Сергей Венецкий - Рассказы о металлах [4-е изд.]

Какие же процессы лежат в основе этих превращений олова? В средние века невежественные церковники считали, что "оловянная чума" вызывается наговорами ведьмы, и поэтому многие ни в чем не повинные женщины были сожжены на "очистительных" кострах. С развитием науки нелепость таких утверждений становилась очевидной, но найти истинную причину "оловянной чумы" ученые еще долго не могли.

Лишь после того, как на помощь металловедам пришел рентгеновский анализ, позволивший заглянуть внутрь металлов и определить их кристаллическое строение, удалось полностью реабилитировать "ведьм" и дать подлинно научное объяснение этому загадочному явлению. Оказалось, что олово (как, впрочем, и другие металлы) может иметь различные кристаллические формы. При комнатной и более высокой температуре самой устойчивой модификацией (разновидностью) является белое олово — вязкий, пластичный металл. При температуре ниже 13 °C кристаллическая решетка олова перестраивается так, чтобы атомы расположились в пространстве менее плотно. Образующаяся при этом новая модификация — серое олово — уже теряет свойства металла и становится полупроводником. Внутренние напряжения, которые возникают в местах контакта разных кристаллических решеток, приводят к тому, что материал трескается и рассыпается в порошок. Одна модификация переходит в другую тем скорее, чем ниже окружающая температура. При —33 °C скорость этого превращения достигает максимума. Вот почему сильные морозы так быстро и безжалостно расправляются с оловянными изделиями.

Но ведь олово широко применяют для пайки радиоэлектронной (особенно полупроводниковой) аппаратуры, для полуды проводов и различных деталей, вместе с которыми оно попадает и в Арктику, и в Антарктиду, и в другие холодные места нашей планеты. Значит, все эти приборы, в которых использовано олово, быстро выходят из строя? Разумеется, нет. Ученые научились делать олову "прививки", обеспечивающие металлу иммунитет против "оловянной чумы". Подходящей для этой цели "вакциной" служит, например, висмут. Атомы висмута, поставляя дополнительные электроны в решетку олова, стабилизируют его состояние, что полностью исключает возможность "заболевания".

Чистое олово обладает любопытным свойством: при изгибе прутков или пластинок этого металла слышен легкий треск — "оловянный крик". Этот характерный знак возникает вследствие взаимного трения кристаллов олова при их смещении и деформации. Сплавы же олова с другими металлами в подобных ситуациях, как говорится, держат язык за зубами.

Почти половина всего добываемого в мире олова расходуется сегодня на производство белой жести, используемой главным образом для изготовления консервных банок. Здесь в полной мере проявляются ценные качества металла: его химическая устойчивость по отношению к кислороду, воде, органическим кислотам и, вместе с тем, полная безвредность его солей для человеческого организма. Олово прекрасно справляется с этой ролью и практически не знает конкурентов. Не случайно его называют "металлом консервной банки". Благодаря тончайшему оловянному слою, покрывающему жесть, люди имеют возможность подолгу хранить миллионы тонн мяса, рыбы, фруктов, овощей, молочных продуктов.

Прежде для нанесения оловянного покрытия применяли горячий способ, при котором очищенный и обезжиренный лист железа погружали в расплавленное олово. Если же надо было полудить одну сторону листа, ее очищали, нагревали и натирали оловом. Сейчас этот способ уже сдан в архив, а на смену ему пришло лужение в гальванических ваннах.

Истории техники известен пример промышленного шпионажа, связанный с производством белой жести. Во второй половине XVII века Англия, располагавшая и железом, и оловом, тем не менее вынуждена была покупать белую жесть, поскольку английские железодельцы не знали секрета ее изготовления. К тому времени металлурги Саксонского княжества уже более ста лет умели лудить тонкие железные листы и их продукция шла, во многие страны. Раскрыть тайну немецких мастеров было поручено в 1665 году некоему Эндрю Яррантону. Спустя несколько лет он так описывал цели своей "творческой командировки" в вышедшем в свет трактате "Способы укрепления Англии на море и на суше": "Мне предоставили достаточную сумму денег, чтобы покрыть расходы на путешествие туда, где делают листы белой жести. Оттуда я должен был привезти искусство ее изготовления". Визит в Саксонию оказался успешным, и вскоре английские промышленники уже могли похвастать отличной белой жестью собственного производства.

Но перенесемся вновь на три столетия вперед и мысленно представим себе гору из сотен миллиардов консервных банок, ежегодно выпускаемых в наше время во всех странах мира. Рядом с этой сооруженной фантазией консервной горой гигант Эверест, должно быть, выглядел бы не более чем скромный холмик. Рано или поздно пустая жестяная банка попадает на мусорную свалку, однако олову (а в каждой банке его примерно полграмма) не грозит быть здесь навеки погребенным: человек заботится о том, чтобы извлечь ценный металл и вновь использовать его для своих нужд.

Собранные жестянки направляются в специальную установку, где под действием щелочей и электрического тока железо вынуждено снимать оловянную рубашку. Из этой своеобразной "бани" выходят очищенная жесть и светлые оловянные слитки — они готовы снова превратиться в консервные банки.

Характерная особенность олова — его легкоплавкость. Помните, как в сказке Ганса Христиана Андерсена мгновенно растаял в огне стойкий оловянный солдатик, когда по злой воле он оказался в печке?

Благодаря сравнительно низкой температуре плавления этот металл снискал репутацию основного компонента припоев и легкоплавких сплавов. Интересно отметить, что сплав олова (16 %) с висмутом (52 %) и свинцом (32 %) может расплавиться даже в кипятке: температура плавления этого сплава всего 95 °C, в то время как его составляющие плавятся при значительно более высокой температуре: олово — при 232 °C, висмут — при 271 °C, а свинец — при 327 °C. Еще более охотно переходят в жидкое состояние сплавы, в которых олово служит добавкой к галлию и индию: известен, например, сплав, плавящийся уже при 3 °C. Сплавы такого типа применяют в электротехнике как предохранители.

Хорошие литейные свойства, ковкость, красивый серебристо-белый цвет открыли перед оловом двери декоративно-прикладного искусства. Еще в Древней Греции и Древнем Египте из него выполняли украшения, напаянные на другие металлы. Гомер рассказывает в "Илиаде", как древнегреческий бог огня и кузнечного ремесла Гефест, выковав для героя Ахилла — щит, нанес на него рисунок из олова. В более позднее время, примерно в XIII веке, в Европе появились оловянные блюда, чаши, кубки, церковная утварь и другие изделия с рельефными изображениями