» » Свойства и области применения чистого олова
22.09.2015

Физические свойства
Олово — элемент IV группы; атомный номер его 50, атомная масса 118,7. Это — серебристо-белый металл, для которого установлено в твердом состоянии три модификации: серое олово α-Sn, белое олово β-Sn и олово γ-Sn, способные взаимно превращаться друг в друга при определенных температурах согласно схеме:
Свойства и области применения чистого олова

Среди этих модификаций полупроводниковыми свойствами обладает только серое олово α-Sn. Серое α-олово, кристаллизующееся в решетке алмаза, устойчиво только при температурах ниже 13,2° С. При температуре 13,2° С серое α-олово превращается в обыкновенное белое β-олово, которое кристаллизуется в тетрагональной решетке. При нагревании белого олова выше 161° С оно переходит в ромбическую модификацию γ-олово.
Все три модификации олова характеризуются различной плотностью: серое α-Sn имеет плотность 5,846, белое β-Sn 7,298 и γ-Sn 6,6 г/см3.
Скорость перехода белого олова в серое возрастаете повышением чистоты олова и степени переохлаждения, достигая при этом максимума при -30° С. Переход β-Sn→α-Sn ускоряется также под влиянием малых добавок алюминия и в присутствии (NH4)2 SnCl6 в 10%-ном спиртовом растворе этой соли при охлаждении до -5° С.
Устойчивость серого олова может быть стабилизирована при введении в него до 0,75% Ge. В этом случае переход серого олова в белое происходит при температуре выше 60° С.
Превращение β-Sn→α-Sn легче протекает при соприкосновении белого олова с серым. Последнее в этом случае служит как бы затравкой, способствующей при определенных температурных условиях быстрому переходу белого олова в серое, т. е. распространению так называемой «оловянной чумы».
Добавка в олово 0,5% Bi полностью предотвращает «оловянную чуму», т. е. переход белого олова в серое. Олово, пораженное «оловянной чумой», может быть переведено в обычное белое олово только путем его переплавки, при которой уничтожаются зародыши серого олова. Теплота превращения белого олова в серое составляет 4,45 кал/г.
Олово относится к мягким и пластичным металлам, твердость его по Бринелю при комнатной температуре составляет 4,5—4,2, а при 100° C 3,3 кГ/мм2. Наибольшей пластичностью олово обладает в интервале температур 100—200° С.
Температура плавления олова 231,9° С, а температура кипения 2430° С. Высокая температура кипения олова облегчает приготовление сплавов олова с тугоплавкими металлами. Поверхностное натяжение олова при температуре плавления составляет 531 дин/см.
Электрические свойства
Электропроводность белого β-олова при 20° С составляет 86900 ом-1*см-1. Электросопротивление зависит от чистоты олова; так, для олова чистотой 99,988% при 17°С р = 11.5*10в-6 ом*см, для олова чистотой 99,85% р = 12,8-10в-6 ом*см. При очень низких температурах электросопротивление олова очень мало, а при температуре —269,37° С α-олово приобретает сверхпроводимость.
В виде монокристаллов β-олово обладает меньшим электросопротивлением, чем поликристаллическое. Изменение электросопротивления монокристалла β-олова в интервале температур 117—187° С характеризуется следующими цифрами:
Свойства и области применения чистого олова

При переходе олова в жидкое состояние электросопротивление его резко возрастает до 47,8*10в-6 ом*см.
Как мы указывали, серое олово по своим электрическим свойствам является полупроводником. Полупроводниковые свойства серого олова были обнаружены впервые А. И. Блум и Н.А. Горюновой.
Ширина запрещенной зоны серого олова при -273° С составляет только 0,08 эв. С повышением температуры ширина запрещенной зоны олова уменьшается:
ΔE = 0,08 — 5*10в-5 * T эв.

При 0°С проводимость чистого серого олова составляет 2,16*10в3 ом-1*см-1. Высокая проводимость серого олова обусловливается малой величиной ширины запрещенной зоны и высокой подвижностью носителей тока. Тип проводимости серого олова зависит от примесных атомов. Так, алюминий, галлий, индий, цинк, кадмий и золото действуют как акцепторы, а мышьяк, сурьма и висмут — как доноры; медь, кремний, германий, селен, теллур, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель могут быть акцепторами и донорами в зависимости от условий. Алюминий в небольших концентрациях (до 1,6*10в18 см-3) действует как донор, а присутствие его сверх этого количества обусловливает дырочную проводимость α-Sn.
Химические свойства
Чистое олово устойчиво на воздухе при обычных условиях. С водой оно не реагирует и очень медленно растворяется в разбавленных кислотах. Концентрированная соляная кислота растворяет олово, а с азотной оно энергично реагирует с образованием β-оловяиной кислоты (SnO2); с галогенами реагирует с образованием SnCl4, SnF4 и др.
С водородом олово при непосредственном взаимодействии не соединяется, однако установлено существование органических соединений олова, в которых оно замещает водород: Sn(CH3)4, Sn(C2H5)4 и др.
Гидрид олова SnH4 был получен при электролизе сернокислого олова с электродами из свинца и олова, а также при действии на обезвоженное хлористое олово атомарным водородом. Гидрид олова—очень неустойчивое соединение, даже в запаянной трубке оно разлагается в течение 120 ч.
При нагревании олова в парах воды при температуре красного каления водяной пар разлагается, а олово переходит в двуокись SnO2. Температура плавления SnO2 составляет 1625° С, плавление идет с разложением: отщепляется кислород и появляются пары олова.
Двуокись олова легко восстанавливается даже парами спирта, при нагревании со щелочными металлами самовоспламеняется, энергично восстанавливается алюминием, а с магнием взрывается.
Олово высокой степени чистоты применяют в легкоплавких сплавах с висмутом, сурьмой и свинцом для коммутации многих полупроводниковых приборов. Олово высокой чистоты необходимо также для исследовательских целей.