Оловянная чума
Оловя́нная чума́ — переход олова из β-модификации (белое олово, имеющее вид серебристого металла) в α-модификацию (серое олово, имеющего вид полуметалла, рассыпающегося в крупинки). В нормальных условиях, при температуре выше +13,2°C олово имеет привычный вид и существует в виде металла. Однако при охлаждении оловянные изделия начинают постепенно «портиться», покрываться серыми пятнами и рассыпаться, что имеет вид плесени, инфекции или «чумы», поражающей металл. Одна модификация переходит в другую тем быстрее, чем ниже температура окружающей среды. При −33°C скорость превращения становится максимальной.
Соприкосновение серого и белого олова приводит к «заражению» последнего, то есть к ускорению перехода, что также напоминает инфекционное заболевание. Название этому процессу в 1911 году дал Э. Коген (он называл его также «музейной болезнью»), однако это явление было известно ещё в античности, оно упоминается Аристотелем и Плутархом. Одним из средств предотвращения «оловянной чумы» является добавление в олово стабилизатора, например висмута.
Как считается, именно оловянная чума стала одной из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 году. Группа осталась без горючего из-за того, что топливо вытекло из запаянных оловом баков, поражённых «оловянной чумой». Некоторые историки указывают на «оловянную чуму» как на одно из обстоятельств поражения армии Наполеона в России в 1812 году — сильные морозы привели к превращению оловянных пуговиц на мундирах солдат в порошок.
Оловянная чума в определениях и коротких цитатах
правитьОловянная чума ― процесс перехода обыкновенного белого олова в серое порошкообразное олово, происходящий при температуре ниже −18°.[1] | |
| — Словарь свободного часа (заметка), 1951 |
Каждый металл заболевает по-разному, и на олове, — например, на оловянной монете, — появляется белый, рыхлый порошок, который быстро съедает всю монету. Это и называется — оловянная чума! К нам в Вески каждое лето на инженер-химик приезжал на дачу, — учёная голова! Он металлы лечил, как, скажи, человека лечат…[2] | |
| — Михаил Коряков, «Освобождение души», 1952 |
…партия новеньких солдатских шинелей с победоносно поблескивающими оловянными пуговицами была приведена в негодность и представляла печальное зрелище. Шинели были вымазаны каким-то серым, неприятным веществом, а пуговицы… исчезли.[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
Пока корабли приближались к Южному полюсу и становилось всё холоднее и холоднее, по непонятной причине дали течь баки с жидким топливом, паянные оловом. Распространились слухи об «оловянной чуме».[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
Но всё-таки олово не раскрыло своей тайны до конца. Если другие охлаждённые металлы сохраняют металлические свойства, то олово ведёт себя совсем неожиданно. Оно превращается в полупроводник… Это пока единственный и всё ещё не объяснённый факт.[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
| — Белла Скирстымонская, «Олово», 1970 |
| — Белла Скирстымонская, «Олово», 1970 |
| — Александр Китайгородский, «О создании новых веществ и материалов будущего», 1974 |
| — Александр Китайгородский, Лев Ландау, «Физика для всех. Молекулы», 1978 |
Превращение начинается в отдельных точках и постепенно распространяется по поверхности изделия, выполненного из олова, пятнами. Причём, всё как у людей: стоит «заболевшему» предмету коснуться здорового, как тот вскоре тоже начинает покрываться серыми пятнами и рассыпаться.[7] | |
| — Борис Бирюков, «Почему ломаются машины?» 1982 |
…если вóвремя устранить все зародыши α-фазы, то есть, «предупредить инфекцию», то олово может остаться здоровым до температуры <даже> не ―13,2°С, <...> а приблизительно до ―30 °С, когда металл быстро начинает рассыпаться.[7] | |
| — Борис Бирюков, «Почему ломаются машины?» 1982 |
| — Виктор Крицман, Владимир Станцо, Энциклопедический словарь юного химика, 1982 |
| — Аркадий Курамшин, «Элементы: замечательный сон профессора Менделеева», 2019 |
Оловянная чума в научной и научно-популярной литературе
правитьОловянная чума ― процесс перехода обыкновенного белого олова в серое порошкообразное олово, происходящий при температуре ниже −18°. Объясняется перекристаллизацией.[1] | |
| — Словарный запас свободного часа (заметка), 1951 |
При нормальной плюсовой температуре олово выглядит так, что никто не может усомниться в принадлежности его к классу металлов. Белый металл ― пластичный, ковкий. Кристаллы белого олова (его называют ещё бета-оловом) тетрагональны. Длина ребра элементарной кристаллической решётки ― 5,82 ангстрема. Но при температуре ниже 13,2° C «нормальное» состояние олова иное. Едва достигнут этот температурный порог, в кристаллической структуре оловянного слитка начинается перестройка. Белое олово превращается в порошкообразное серое, или альфа-олово, и чем ниже температура, тем больше скорость этого превращения. Максимума она достигает при минус 30° C. Кристаллы серого олова ― иной конфигурации; размеры их элементарной ячейки больше ― длина ребра 6,49 ангстрема. Потому плотность у серого олова заметно меньше, чем у белого: 5,76 и 7,3 г/см3 соответственно.[4] | |
| — Белла Скирстымонская, «Олово», 1970 |
Результат превращения белого олова в серое иногда называют «оловянной чумой». Пятна и наросты на армейских чайниках, вагоны с оловянной пылью, швы, ставшие проницаемыми для жидкости ― следствия этой «болезни». Почему сейчас не случаются подобные истории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выяснена её физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивость металла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуют этому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.[4] | |
| — Белла Скирстымонская, «Олово», 1970 |
Совсем иную «клиническую» картину имеет оловянная чума. Ею олово заболевает, если длительное время оловянное изделие находится при низких температурах. В таких условиях металлическое β-олово превращается в неметаллическое вещество α-олово. | |
| — Борис Бирюков, «Почему ломаются машины?» 1982 |
Серое олово представляет собой аморфный порошок и занимает гораздо больший объём, поэтому поражённые участки разрушаются под малейшей нагрузкой. При этом прежний вид изделия, даже нагревая его, восстановить невозможно. Но если вóвремя устранить все зародыши α-фазы, то есть, «предупредить инфекцию», то олово может остаться здоровым до температуры <даже> не −13,2 °С (температуры начала фазового превращения β в α), а приблизительно до −30 °С, когда металл быстро начинает рассыпаться.[7] | |
| — Борис Бирюков, «Почему ломаются машины?» 1982 |
Олово — достаточно пластичный серебристо-белый металл, плавится при 231,9°C. Существует в двух аллотропических модификациях — альфа- и бета-олово. Существование его третьей, высокотемпературной модификации — хрупкого гамма-олова — долгое время считалось твёрдо установленным, однако сейчас этот факт оспаривается многими исследователями-металловедами. <...> | |
| — Виктор Крицман, Владимир Станцо, Энциклопедический словарь юного химика, 1982 |
Оловянной чумой называют протекающий при низкой температуре (для чистого олова 13.2 °C, однако примеси в олове понижают её) процесс перехода одной аллотропной модификации олова в другую, которая выглядит как порошок. Появление порошкоообразной аллотропной модификации ускоряет трансформацию металлического олова, «заражая» его, поэтому этот процесс и назвали чумой.[9] | |
| — Аркадий Курамшин, «Элементы: замечательный сон профессора Менделеева», 2019 |
В книге Пенни Лекутера и Джея Берресона «Семнадцать молекул, изменивших мир», оловянной чумой объясняется провал зимней компании Наполеона в России в 1812 году — сильные морозы заставляли оловянные пуговицы мундирах французских солдат рассыпаться в порошок (возможно, это и было, но вряд ли можно назвать это главной причиной бегства Наполеона из России). | |
| — Аркадий Курамшин, «Элементы: замечательный сон профессора Менделеева», 2019 |
Оловянная чума в публицистике и документальной прозе
править
Странный случай, происшедший на одном из складов военной амуниции в Петербурге полтора столетия тому назад, можно, пожалуй, считать началом этой истории. Как и всякий военный склад, этот тоже тщательно охранялся. Тем не менее партия новеньких солдатских шинелей с победоносно поблескивающими оловянными пуговицами была приведена в негодность и представляла печальное зрелище. Шинели были вымазаны каким-то серым, неприятным веществом, а пуговицы… исчезли. Виновник загадочного происшествия так тогда и не был найден, хотя занималась этим вопросом Академия наук.[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
В 1912 году, во время полярной экспедиции англичанина Роберта Скотта к берегам Антарктиды, случилось непоправимое несчастье. Пока корабли приближались к Южному полюсу и становилось всё холоднее и холоднее,[10] по непонятной причине дали течь баки с жидким топливом, паянные оловом. Распространились слухи об «оловянной чуме». Она разгуливала по складам; вместо аккуратных брусочков белого олова в них находили груды грязновато-серого порошкообразного вещества, неведомо откуда взявшегося. Однако инфекция была разборчива. Она посещала не все склады, а выбирала лишь те, которые сооружались зимой, наспех. «Оловянная чума» как бы подстерегала момент, когда олово выгружалось на холоду, и набрасывалась на металл. Тайной «оловянной чумы» занялись учёные.[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
До 1868 года его не видел ни один человек на Земле. Никто его не знал и о нём ничего не слышал. Впервые его присутствие было обнаружено на Солнце. Он оставил ярко-жёлтые следы я солнечном спектре, которые нашли сразу два астронома ― француз П. Жансен и англичанин Н. Локьер. Так люди впервые услышали о гелии, показания которого помогли раскрыть тайну «оловянной чумы». Это был газ без цвета и запаха, не способный соединяться ни с каким другим элементом, самый лёгкий из семейства благородных газов. Казалось, это скромный труженик с покладистым характером; им наполняли дирижабли, применяли его и в металлургии и в медицине. Но на первый взгляд ничем особенным не примечательный газ имел и второе лицо. Странности начались тотчас, как гелий оказался сильно охлаждённым.[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
А след «оловянной чумы»? Не затерялся ли он в путанице многочисленных следов, покрывающих недавно еще девственные просторы «царства холода»? Если их отыскать и пойти по ним, они приведут в Харьков, в одну из старейших лабораторий низких температур, руководимую действительным членом Академии наук УССР Б. Г. Лазаревым. Он и его сотрудники В. И. Хоткевич, И. А. Гиндин, Я. Д. Стародубцев натолкнулись в своих исследованиях и на давнюю загадку олова. Изучая поведение металлов при низких температурах, они обнаружили интереснейшие вещи. <...> Оказалось, учёные имели дело всё с теми же исходными веществами. Это были те же металлы, но при низких температурах они, так же как и обыкновенная вода, изменили свою структуру.[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
Харьковчанами раскрыт и секрет олова. Оно тоже испытывает превращения, названные низкотемпературным полиморфизмом. При определённой температуре белое олово превращается в серое порошкообразное вещество, удивительно похожее на то, которое полтора столетия тому назад было обнаружено на складе. Это то же олово, но изменившее свою структуру. Такое превращение может произойти и при более высокой температуре, если ему помочь ― «потрясти» металл. Удар, сотрясение ускоряет перерождение. Как видно, по этой же причине развалились баки с горючим на экспедиционных кораблях Роберта Скотта. Поэтому никогда не паяют чистым оловом радиотехническую аппаратуру, подверженную тряске.[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
Путь по следам «оловянной чумы» пройден недаром. Он привёл человека в «царство холода». И гость стал осматриваться, «обживаться», знакомиться с новыми порядками, задумываться: не могут ли они быть полезны? Оказалось, что могут и послужить, и помочь, и пригодиться. Могут решить многие насущные проблемы техники. Даже воздух, обыкновенный воздух в «царстве холода» становится другим, податливым и легко отдаёт свой кислород. В 1946 году Капица разработал очень эффективный и удобный способ выделения кислорода из воздуха в огромных количествах ― десятками тонн в час. Теперь кислород широко используется во всём мире для автогенной сварки, для принудительного дутья в доменных, мартеновских, бессемеровских печах.[3] | |
| — Ирина Радунская, «По следам оловянной чумы», 1959 |
Срок жизни неустойчивых атомных построений может быть самым разным. Их существование зависит прежде всего от давления и температуры. При комнатной температуре олово может быть белым и серым. Оба сорта олова обладают разными свойствами и, разумеется, разной структурой. Но при низкой температуре происходит превращение. Об этом узнали на своём горьком опыте участники экспедиции Скотта на полюс Земли. При больших морозах сосуды, спаянные оловом, разрушились… Оловянная чума ― такое название получил переход серого олова в белое ― сыграла с ними свою роковую роль. При комнатной температуре эта болезнь развивается бесконечно медленно. Чем ниже температура, тем быстрее идёт превращение. А при совсем низких температурах процесс может произойти мгновенно.[5] | |
| — Александр Китайгородский, «О создании новых веществ и материалов будущего», 1974 |
В некоторых случаях мы имеем дело с такими состояниями вещества, которым бы полагалось жить совсем при других температурах. Белое олово должно превратиться в серое при падении температуры до +13° С. Мы обычно имеем дело с белым оловом и знаем, что зимой с ним ничего не делается. Оно превосходно выдерживает переохлаждения в 20-30 градусов. Однако в условиях суровой зимы белое олово превращается в серое. Незнание этого факта было одним из обстоятельств, погубивших экспедицию Скотта на Южный полюс (1912 г.) Жидкое топливо, взятое экспедицией, находилось в сосудах, паянных оловом. При больших холодах белое олово превратилось в серый порошок ― сосуды распаялись; и топливо вылилось. Недаром появление серых пятен на белом олове называют оловянной чумой. Так же, как и в случае серы, белое олово может быть превращено в серое при температуре чуть ниже 13° С,; если только на оловянный предмет попадет крошечная крупинка серой разновидности.[6] | |
| — Александр Китайгородский, Лев Ландау, «Физика для всех. Молекулы», 1978 |
Существует ложное представление о применении для изготовления оружия твёрдой бронзы, — сплава меди и олова. Да, твёрдость такого сплава высока. Но <...> олово страдает такой болезнью, как «оловянная чума», т. е. при температуре ниже −13°С превращается из «белого олова» в «серое олово», а при температуре ниже −33°C полностью рассыпается, как песок. По этой причине исчезают коллекции оловянной утвари, оловянных солдатиков, а, по некоторым сведениям, солдаты армий Наполеона I Бонапарта российской зимой остаются без пуговиц на одежде (сделанных из олова) и без мисок, также сделанных из этого материала. В мифологии описана «оловянная чума», погубившая посуду в армии Цезаря (что невероятно, — олово в те времена неизвестно, по причине отсутствия доступной руды). Можно предположить, — такие описания попросту «списаны» с приключений Наполеоновских армий.[11] | |
| — Аркадий Казанский, «Гомер vs Вергилий. Демифологизация», 2018 |
Оловянная чума в мемуарах, письмах и дневниковой прозе
править— Оловянная чума… отроду такой не слыхивал. | |
| — Михаил Коряков, «Освобождение души», 1952 |
Прадед помолчал. И пояснил: | |
| — Александра Михневич, «Символ No7», 2019 |
― Есть несколько причин, ― ответил я. ― Прежде всего оловянная чума. | |
| — Эдуард Веркин, «cнарк снарк: Чагинск. Книга 1», 2020 |
Источники
править- ↑ 1 2 В свободный час (редакционная колонка). — М.: «Техника — молодёжи». № 2, 1951 г.
- ↑ 1 2 М. М. Коряков, «Освобождение души», — Нью-Йорк: 1952 г.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Ирина Радунская, По следам оловянной чумы. — М.: «Огонек», № 33, 1959 г.
- ↑ 1 2 3 4 Б. И. Скирстымонская. Олово. — М.: «Химия и жизнь» № 5, 1970 г.
- ↑ 1 2 А. И. Китайгородский. Заглянем в будущее (серия «Эврика»). — М.: Молодая гвардия, 1974 г.
- ↑ 1 2 А. И. Китайгородский, Л. Д. Ландау. Физика для всех. — М.: Наука, 1984 г.
- ↑ 1 2 3 4 Б. Н. Бирюков. Почему ломаются машины? — М.: Радио и связь, 1982 г.
- ↑ 1 2 Крицман В. А., В. В. Станцо. Энциклопедический словарь юного химика (изд. второе). — М.: «Педагогика», 1990 г.
- ↑ 1 2 3 Аркадий Курамшин. Элементы: замечательный сон профессора Менделеева. — М.: АСТ, 2019 г.
- ↑ Курьёзную фразу про корабли, которые «приближались к Южному полюсу» придётся оставить на совести автора.
- ↑ Аркадий Казанский. Гомер vs Вергилий. Демифологизация. Комментарии к «Троянской Войне». — М.: Ридеро, 2018 г.
- ↑ Александра Михневич. Символ No7. — М.: Ridero, 2019 г.
- ↑ Эдуард Веркин. cнарк снарк: Чагинск. Книга 1. — М.: Эксмо, Inspiria, 2022 г.
