Gli utensili in peltro non sono in realtà stagno al 100%, sono fatti di leghe di stagno. I prodotti di questo metallo sono considerati i quarti in valore dopo platino, oro e argento. Con il passare del tempo, diventano solo migliori e più preziosi, ma devi essere in grado di prenderti cura di loro adeguatamente. Come farlo?
Gli articoli in peltro sono in genere realizzati per il 95% o più dal metallo stesso, mentre il resto è costituito da additivi di rame o antimonio.
Lo stagno è incluso nell'elenco dei sette metalli più antichi e ha proprietà uniche: non danneggia la salute umana, non emette sostanze nocive a contatto con cibi caldi e non è soggetto ad ossidazione. Il cibo negli apparecchi di latta non acquisisce odori o sapori estranei. Questo metallo è uno dei più adatti per creare utensili da cucina.
Con il passare del tempo, i pezzi di peltro possono sbiadire e assumere un'interessante tonalità grigio vellutata chiamata "patina". Queste cose sono particolarmente apprezzate tra i collezionisti.
Danno del peltro
Quando acquisti nuovi prodotti, devi studiarne attentamente la composizione. Lo stagno è un metallo molto costoso e alcuni produttori senza scrupoli possono aggiungere alla lega impurità che non sono sempre adatte alla fabbricazione di apparecchi alimentari.
Se nella composizione è presente piombo, il prodotto diventa opaco nel tempo, scurisce. Vale la pena rifiutarsi di utilizzare tali piatti per lo scopo previsto.
Cura del peltro
I prodotti in latta sono piuttosto esigenti: necessitano di una manutenzione regolare. Idealmente, dovrebbero essere puliti immediatamente dopo l'uso in modo che i detriti di cibo non rimangano al loro interno per troppo tempo.
Lo sporco può essere rimosso con acqua tiepida e una spugna morbida ricoperta di detersivo per piatti. Dopo la pulizia, gli apparecchi devono essere risciacquati con acqua pulita e asciugati su un asciugamano o un essiccatore.
Non utilizzare una lavastoviglie per pulire questi prodotti. Inoltre, non utilizzare spugne dure o detersivi abrasivi: possono graffiare la superficie dei dispositivi.
Gli utensili moderni, non patinati e scuriti in peltro possono essere puliti con uno smalto progettato per oggetti in argento o ottone. Sono adatte anche alcune composizioni abrasive leggermente ad azione ("Shine-500" o analoghi). Vengono applicati su un panno morbido e l'oscuramento o la corrosione vengono rimossi.
Lo squisito peltro, il cui interesse è tornato a crescere, può essere un ottimo regalo per qualsiasi evento significativo. Realizzati in un metallo raro e prezioso, gli oggetti accuratamente eseguiti testimoniano la sottigliezza del gusto dei loro proprietari. Daranno un senso di antichità, decoreranno qualsiasi casa e attireranno l'attenzione degli ospiti.
Lo stagno è ottenuto da minerali o sabbia arricchita di metalli. Ce n'è uno nei mari dell'Artico. Una miscela di granuli con un alto contenuto di stagno viene estratta direttamente dal fondo del mare di Laptev. L'estrazione della roccia viene effettuata con l'ausilio di navi specializzate nell'area della baia di Vankina. Il primo lotto di sabbia è stato sollevato in superficie nel 1976.
Cos'è la latta?
Lo stagno è un metallo. Si colloca al 50° posto nella tabella degli elementi chimici di Dmitri Mendeleev. Il 50° numero è nel 4° gruppo della tabella, nel suo sottogruppo principale. Sono inseriti nel quinto periodo dell'elenco. Peso della lattaè uguale a 118.710.
Il metallo è raro e sparso. È isolato in piccole quantità da minerali e sabbie. Secondo il contenuto nella crosta terrestre, lo stagno occupa il 47° posto tra gli elementi chimici. La maggior parte del metallo bianco argenteo è in cassetterite. Questo è un minerale. Contiene quasi l'80% di stagno. A proposito, è la proporzione di cassetterite che è grande nelle sabbie sollevate dal fondo dell'oceano. Anche la proporzione di metallo leggero è ricca di pirite di stagno, ma si trova raramente in natura.
Proprietà fisiche e chimiche dello stagno
L'elemento ha una barra di fusione bassa. Limitare temperatura della latta, in cui il metallo rimane solido - 231 gradi Celsius. Già a 231,9 gradi, l'elemento si scioglie. Questa cifra è la stessa per entrambe le modifiche del metallo. È disponibile in bianco e grigio. L'elemento acquisisce una tonalità scura, passando dallo stato metallico allo stato polveroso. La densità della polvere è molto più bassa, è pari a 5.850 grammi per centimetro cubo. Questo indicatore è più di mille inferiore alla densità dello stagno allo stato metallico.
Lo stagno passa allo stato di polvere solo a basse temperature. La metamorfosi è chiamata peste dello stagno. A causa di ciò, ad esempio, nel 1912 un'intera spedizione perì. Inviato al Polo Nord, il team Scott è rimasto senza carburante a metà strada. Il cherosene è fuoriuscito dai serbatoi. Erano di stagno, ma la saldatura era di stagno. Al freddo, è diventata una polvere e si è rovesciata dalle cuciture, e con essa è uscito carburante.
stagno di fusione differisce notevolmente dalla barra bollente. Quest'ultimo è di 2270 gradi. L'elemento si piega facilmente anche quando è raffreddato e con un leggero riscaldamento diventa come una plastilina. Il metallo è leggero, il suo peso è paragonabile all'alluminio.
coperture metalliche ossido di stagno. Forma un film che protegge l'elemento dalla corrosione. Lo stagno non perde questa proprietà anche in aria umida con una temperatura di 100 gradi Celsius.
Lo stagno non è nell'elenco dei metalli chimicamente resistenti. Reagisce, ad esempio, con gli acidi nitrico e solforico. Lo stagno reagisce anche con gli alogeni.
Applicazione di stagno
Le persone trovavano impiego per lo stagno anche prima della nostra era. Il metallo biancastro ha servito l'umanità fin dall'età del bronzo. È chiamato così in onore della lega, i prodotti da cui provenivano in quest'epoca. E per quanto riguarda la latta? Faceva parte del bronzo. Allora è stato lega di stagno e rame. Questa è la ricetta ora. È vero, a volte vengono aggiunti alluminio, silicio e piombo. E il ruolo del bronzo nella vita della società non è più lo stesso.
Nel 21° secolo, il metallo leggero viene utilizzato non solo per il bronzo, ma anche per le saldature. Per questi scopi, di solito lega di stagno e piombo. Vengono utilizzati anche composti con cadmio e bismuto. Tali composizioni non si sbriciolano in polvere anche al freddo, quindi fungono da "tessuto connettivo" affidabile per varie parti.
Lega di stagno con piombo e antimonio viene utilizzato nell'industria della stampa. La combinazione dei tre elementi va a creare dei font tipografici.
La pellicola è arrotolata con la latta. Tubi e altri elementi sono realizzati in metallo bianco, che deve avere proprietà anticorrosione. Poiché lo stagno non arrugginisce, ne fanno i piatti. Il metallo alimentare è un ottimo conduttore di calore. L'elemento non è tossico. Viene utilizzato anche per rivestire contenitori per la conservazione a lungo termine di alimenti, ad esempio per lattine. A proposito, le banche sono ricoperte di stagno all'esterno. Questo viene sempre fatto con contenitori di latta, che lo proteggono dalla distruzione.
Anche utensili di latta venivano realizzati nell'antichità. I nostri antenati notarono anche la particolarità dello stagno di non soccombere alla corrosione, di non arrugginirsi. Tuttavia, le posate in metallo leggero non erano comuni. Il motivo è il costo. In epoche passate, lo stagno costava alla pari dell'oro e anche di più. Quindi, anche tra i nobili romani, lo stagno non era sempre in abbondanza.
Lo stagno è un elemento importante nell'industria tessile. È qui che entrano in gioco i sali metallici. Sono utilizzati nella produzione di seta naturale e nella stampa su tessuti chintz. L'elemento biancastro è utile anche in medicina. Lo stagno è necessario ai dentisti per formare alcune otturazioni. Ora sono un ricordo del passato, ma prima rappresentavano quasi il 100% di tutti i cerotti dentali. In precedenza, lo stagno veniva utilizzato anche nel trattamento dell'epilessia. Le convulsioni sono state alleviate con pillole di stagno e cloro. Molte nevrosi sono state trattate allo stesso modo. Sembra spaventoso, ma lo stagno si trova nel corpo umano senza pillole. Inoltre, l'elemento è richiesto. Con la sua carenza, ad esempio, la crescita delle persone rallenta.
Puoi acquistare metallo per determinate esigenze per circa 1.000 rubli. esso lattina, prezzo su cui è installato tenendo conto dell'elaborazione. Chiedono mille per aste, cilindri e altri elementi già pronti. Puro compra latta può essere molto più economico, in media del 30-40%. Polvere di metallo ancora più economica. A proposito, viene aggiunto alle miscele insetticide. Questo è il nome delle composizioni chimiche per la persecuzione degli insetti, ad esempio i parassiti del giardino e del giardino. Anche i "parassiti" marini hanno paura dello stagno. Quindi, i molluschi non si attaccano al fondo delle navi ricoperti di metallo bianco, non distruggendo così la struttura.
La crescente attenzione dell'industria moderna ai temi della conservazione dell'ambiente e della cura della salute della popolazione ha recentemente influenzato notevolmente la composizione dei materiali e delle tecnologie utilizzate nella produzione dell'elettronica. In particolare, si è diffusa la tecnologia di saldatura senza piombo. Il piombo è un materiale che provoca danni significativi alla salute umana, ma il rifiuto del suo utilizzo nell'elettronica ha causato una serie di problemi tecnologici. È noto che le nuove leghe saldanti senza piombo hanno un punto di fusione più elevato, che restringe la finestra del processo e quindi aumenta la controllabilità del processo di saldatura. In alcune applicazioni, come la placcatura di cuscinetti su PCB e pin di componenti, lo stagno puro è stato utilizzato con il passaggio alla tecnologia senza piombo grazie alla sua processabilità. Quando si utilizza lo stagno puro, sorgono anche una serie di nuovi problemi, principalmente legati alle proprietà di questo materiale, che influiscono sull'affidabilità e sulle prestazioni delle apparecchiature in condizioni difficili. In particolare, lo stagno è soggetto alla formazione di escrescenze di filo - i cosiddetti "baffi di stagno" ed è soggetto a "malattie" al freddo - la cosiddetta "peste dello stagno".
Questo articolo discute i principali problemi che possono sorgere quando si utilizza stagno puro invece di leghe contenenti piombo, le loro cause, nonché i metodi per affrontare potenziali difetti.
Stagno: caratteristiche e applicazioni
Lo stagno (lat. Stannum) è un elemento chimico situato nel quinto periodo nel gruppo IVA del sistema periodico di Mendeleev; numero atomico 50, massa atomica 118,69; punto di fusione 231,9°C, punto di ebollizione 2620°C, metallo bianco lucido, pesante, morbido e duttile. Lo stagno è un oligoelemento raro; in termini di prevalenza nella crosta terrestre, lo stagno occupa il 47° posto. Viene utilizzato principalmente come rivestimento sicuro, non tossico e resistente alla corrosione nella sua forma pura o in leghe con altri metalli. La lega più importante di stagno è il bronzo (con rame). Lo stagno, in particolare, viene utilizzato attivamente per creare fili superconduttori basati sul composto Nb3Sn.
Lo stagno si è diffuso nell'industria elettronica come saldature e rivestimenti grazie alla sua buona lavorabilità.
Stagno puro come rivestimento
Il rivestimento delle superfici di contatto con stagno puro viene utilizzato per garantire la saldabilità e proteggere il metallo di base dalla corrosione.
Con il passaggio alla tecnologia senza piombo, molti produttori hanno iniziato a utilizzare lo stagno puro per coprire i cavi e le superfici di contatto dei componenti.
In precedenza è stato utilizzato anche il rivestimento di stagno per immersione dei pad dei circuiti stampati insieme al rivestimento di stagno-piombo, a causa di tale proprietà, necessaria per realizzare giunti di saldatura di alta qualità, come la planarità della superficie. La superficie piatta delle piazzole di contatto rivestite con stagno a immersione consente un montaggio superficiale di alta qualità di componenti multi-pin, compresi quelli con un passo del perno piccolo. Inoltre, l'uso di stagno puro nella tecnologia senza piombo garantisce che altri materiali non vengano aggiunti alla saldatura durante la saldatura. Queste qualità, unite ad un prezzo contenuto, sono diventate un prerequisito per l'uso diffuso dei processi di rivestimento in stagno per immersione.
Lo stagno per immersione viene depositato chimicamente sulla superficie di rame del motivo stampato mediante una reazione di sostituzione. In questo caso, il metallo della base da rivestire dona un elettrone allo ione stagno nella soluzione, che passa nella forma metallica, mentre il metallo della base dissolve l'anodo:
Io 0 + Sn 2+ -> Io 2+ + Sn 0 .
Il potenziale dell'elettrodo standard del rame è più positivo rispetto al potenziale dello stagno, quindi la reazione di sostituzione può avvenire solo in presenza di un agente complessante (tiourea), che sposta il potenziale in un range di valori più negativo rispetto stagnare:
2Cu 0 + Sn 2+ + 4NH 2 CSNH 2 + 2CH 3 S0 3 H -> 2Cu (NH 2 CSNH 2) 2 CH 3 S0 3 + Sn 0 + 2H + ,
dove NH2CSNH2 è tiourea, CH3S03H è acido metansolfonico.
Lo spessore del rivestimento di stagno ad immersione è di circa 1 µm.
Tuttavia, con l'inizio dell'uso attivo dello stagno puro con esigenze sempre crescenti di microminiaturizzazione dei prodotti, gli specialisti si sono trovati di fronte a nuove manifestazioni delle caratteristiche di questo materiale da tempo note in metallurgia: il cosiddetto. "baffi" di stagno e "peste di stagno".
baffi di latta
La formazione dei baffi è un fenomeno ben noto. È caratteristico non solo dello stagno, ma anche metalli come lo zinco e il cadmio sono inclini alla formazione di baffi. Infatti i primi resoconti pubblicati sui "baffi" di stagno risalgono agli anni 40-50 del XX secolo, tuttavia si è prestata poca attenzione a questo fenomeno nella produzione di elettronica, poiché la crescita dei baffi di stagno non si verifica in presenza di un rivestimento contenente piombo di basi di stagno, nonché con una quantità sufficiente di impurità di piombo nello stagno. L'uso della classica lega eutettica stagno-piombo, la più utilizzata prima del passaggio alla tecnologia senza piombo, ha fatto sì che questo problema non si verificasse.
I baffi di latta sono fili sottili che possono crescere verticalmente, curvandosi, a spirale, sotto forma di cristalli di latta a forma di uncino o di forchetta. La lunghezza dei baffi può arrivare fino a 150 µm, il che provoca un serio pericolo di cortocircuito degli elementi adiacenti del modello conduttivo del circuito stampato. I baffi, piegati o strappati durante la fabbricazione dei prodotti e il loro funzionamento, possono formare ponti conduttivi tra le superfici che trasportano corrente. Allo stesso tempo, a una corrente sufficientemente grande, i baffi possono sciogliersi, causando guasti a breve termine. I baffi possono causare guasti al prodotto sia intermittenti che permanenti.
Riso. 1. Un esempio di baffo di latta ricurvo al microscopio. Foto da .
Riso. 2. Un esempio di baffo di latta con un ingrandimento di 3000x. Foto da .
È impossibile prevedere con precisione la formazione di baffi di stagno: possono apparire sia sui nuovi prodotti che anni dopo l'inizio dell'operazione, sia sugli elementi che sotto di essi. Potrebbero non apparire affatto. È noto che i baffi crescono tipicamente su rivestimenti di spessore superiore a 0,5 µm.
Fino a poco tempo, non c'era consenso tra gli esperti sulle ragioni della crescita dei baffi di latta. Negli ultimi anni si sono registrati notevoli progressi nello studio dei baffi e delle principali cause della loro formazione, ma, tuttavia, non esiste ancora una soluzione definitiva concordata sulle ragioni di questo fenomeno. Inoltre, non esistono standard del settore che definiscano i baffi di latta e regolamentano come affrontarli.
È stato stabilito che la forza trainante nella formazione dei baffi è lo stress di compressione negli strati di stagno. Questo stress può essere dovuto a varie cause, come la formazione di una struttura intermetallica, l'ossidazione e la corrosione, i cicli di temperatura o lo stress meccanico.
Nei rivestimenti in stagno elettrodeposti, subito dopo la deposizione, si verifica una sollecitazione di trazione, che si indebolisce nel tempo (3-5 giorni). Dopo 5-7 giorni inizia a crescere lo stress di compressione interno, conseguenza della formazione di composti intermetallici (Cu6Sn5 e Cu3Sn) al limite degli strati stagno-rame, il cui volume molare è maggiore rispetto al volume di puro stagno e strati di rame. Di conseguenza, si verifica uno spostamento elicoidale lungo il bordo del grano del reticolo cristallino, dove inizia la crescita dei baffi.
Lo stagno ad immersione ha un piccolo spessore, quindi non c'è stress da trazione dopo il rivestimento. Tuttavia, la crescita dei baffi avviene ancora e la causa della loro crescita è lo stress di compressione risultante dalla crescita dello strato intermetallico. Poiché lo spessore dello stagno è piccolo, i suoi atomi migrano lungo i confini tra i grani di metallo fino al luogo di crescita dei baffi.
Gli strati di rivestimento sottili sono più suscettibili alle sollecitazioni interne, poiché i composti intermetallici assorbono rapidamente completamente lo strato di stagno puro e si ossidano. Lo spessore ottimale dello stagno ad immersione, pari a ~1 μm, presenta già una seria difficoltà per la diffusione dei composti intermetallici.
Baffi o dendriti?
I baffi di stagno non devono essere confusi con la crescita dendritica, che è anche una causa relativamente comune di guasti ai dispositivi elettronici, prevalentemente cortocircuiti intermittenti o permanenti. La differenza non sta solo nel processo di formazione, ma anche in ciò che si sa di questi due fenomeni.
I dendriti sono ben compresi in quanto non sono un problema causato dal passaggio alla tecnologia senza piombo. Sono fili o cristalli di metallo che crescono sulla superficie del metallo (nel piano xy) e non perpendicolari ad esso (a differenza dei baffi), sotto forma di strutture ad albero. Il meccanismo di crescita dendritica è elettrolitico. Cioè, per la crescita dei dendriti, è necessario avere un elettrolita e una tensione, e quindi i dendriti possono portare a guasti solo se ci sono le condizioni per la formazione di un elettrolita (ad esempio umidità più flusso residuo o acidi organici) , e anche solo durante il funzionamento del prodotto.
Sotto l'influenza della tensione presente sulla scheda, il conduttore-anodo si dissolve, fornendo ioni metallici caricati positivamente () nel canale. Gli ioni vengono diretti attraverso il canale al conduttore-catodo, vengono ripristinati su di esso in uno stato metallico, formando ponticelli conduttivi nello spazio isolante sotto forma di una struttura metallica sciolta simile a un dendrite (). Il tasso di crescita dei dendriti sul catodo può raggiungere 0,1 mm al minuto. Come risultato di questi processi, in pochi minuti si possono formare baffi con uno spessore di 2 ... 20 micron e una lunghezza fino a 12 mm (). Dopo la formazione di un ponte filamentoso, i cristalli si ispessiscono gradualmente fino a 0,1 mm, acquisendo una lucentezza metallica distinta. La resistenza di tali cristalli può raggiungere fino a 1 ohm.
Riso. 3. Schema di formazione dei dendriti in un canale pieno di inquinamento ionogeno. Disegno da .
La sequenza di crescita dei dendriti può essere chiaramente vista nelle fotografie ().
Riso. Fico. 4. Stadi di crescita di dendriti di metallo: a — 2 min; b - 2,5 minuti; c — 3 min; d - 4 min. Foto da .
La crescita dendritica si osserva su conduttori rivestiti con Ag, Cu, SnPb, Au, AuPd. Per evitare lo sviluppo di crescita dendritica, i produttori controllano la presenza di umidità e residui chimici sui prodotti finali, che sono in grado di sciogliere il metallo con formazione di ioni, che poi formano dendriti.
Intermetallici nel rivestimento di stagno
Come sapete, gli intermetallidi o composti intermetallici sono composti di due o più metalli tra loro. I composti intermetallici si riferiscono a composti metallici o metallidi. Si formano a seguito dell'interazione di componenti durante la fusione, la condensazione del vapore e anche durante le reazioni allo stato solido dovute alla diffusione reciproca (durante il trattamento chimico-termico), durante la decomposizione di una soluzione solida supersatura di un metallo in un altro, a seguito di una forte deformazione plastica durante la lega meccanica (meccanoattivazione). In effetti, un composto intermetallico è un sottile strato limite di compenetrazione di metalli saldati l'uno nell'altro.
Nei giunti saldati, lo strato intermetallico svolge il ruolo di legante meccanico. Tuttavia, la formazione di composti intermetallici tra il rivestimento di stagno e il materiale di base e la loro successiva ossidazione sono una causa diretta del deterioramento della saldabilità. Se lo spessore del rivestimento di stagno è troppo sottile, lo strato sempre crescente di composti intermetallici assorbe lo stagno puro, si ossida e compromette la bagnabilità della saldatura.
Come già notato, la formazione di composti intermetallici può essere la causa della formazione di baffi di stagno.
La suscettibilità dello stagno alla formazione di composti intermetallici è associata alla sua struttura, che ha un reticolo cristallino tetragonale centrato sul corpo. Il rapporto tra la lunghezza dei lati della cella del reticolo (ñ/а) è inferiore all'unità (rettangolo nella sezione trasversale). Una tale struttura reticolare non cubica indica le proprietà anisotropiche del metallo. Per lo stagno, il coefficiente di dilatazione termica e il coefficiente di autodiffusione sono maggiori nella direzione del lato più lungo della cella cristallina.
Gli scienziati hanno notato la crescita unidirezionale dei baffi di stagno, che è un'ulteriore conferma della connessione della struttura anisotropa dello stagno con la formazione di baffi.
Inoltre, a causa della formazione di composti intermetallici, è possibile la comparsa delle cosiddette crepe capillari, la formazione di fragili giunti di saldatura, che influiscono negativamente sulle caratteristiche del prodotto.
"Malattia" di latta bianca
La "malattia" dello stagno bianco dipende non tanto dallo sfruttamento congiunto dello stagno con qualsiasi altro materiale, ma dalla sua natura.
Alla fine del secolo scorso si verificò un incidente interessante: lo stagno fu inviato dall'Olanda a Mosca per ferrovia. Il treno partì, carico di sbarre di latta bianca, e portò solo una polvere grigia e inutile. Lungo la strada, la latta "prese il raffreddore" e fu "attaccata dalla peste". Questa è una delle poche storie leggendarie in cui la peste dello stagno ha causato perdite economiche e persino morti.
Riso. 5. Stagno con contenuto di rame del 5% dopo una lunga permanenza a una temperatura di -18°C. Foto da .
In effetti, questa "malattia" è il risultato di un riordinamento dell'ordine degli atomi nello stagno cristallino.
Lo stagno può esistere in due modifiche: la prima è il normale stagno bianco-argento, un metallo malleabile che può crescere anche sotto forma di grandi cristalli singoli. Lo stagno bianco si forma a temperature superiori a +13,2°C. Se la temperatura scende al di sotto di 13 ° C, gli atomi di stagno possono riorganizzarsi e formare cristalli di un'altra varietà: stagno grigio fragile non metallico. Le proprietà di questi due tipi di stagno differiscono in modo significativo. La densità dello stagno bianco è 7,3 g/cm3 e quella dello stagno grigio è 5,8 g/cm3. Il coefficiente di dilatazione termica dello stagno grigio è 4 volte quello dello stagno bianco. Le sollecitazioni interne che si verificano nei punti di contatto di diversi reticoli cristallini portano al fatto che il materiale si screpola e si sbriciola in polvere. La modifica risultante perde già le proprietà del metallo e diventa un semiconduttore.
È noto che sia i cristalli bianchi che quelli grigi sono costituiti dagli stessi atomi di stagno. Tuttavia, il motivo principale della differenza è nella disposizione degli atomi nel reticolo cristallino. Da un cambiamento nella dimensione e nella forma delle strutture atomiche, le proprietà della materia cambiano completamente.
Una modifica passa all'altra prima, più bassa è la temperatura ambiente. A una temperatura di meno 33°C, la velocità di questa trasformazione raggiunge il suo massimo. Se si bagna la latta grigia con acqua bollente, da un forte riscaldamento gli atomi si riorganizzeranno di nuovo e la latta ritornerà in una varietà bianca.
Tra i fisici dei metalli prevale l'opinione che il passaggio dello stagno bianco al grigio inizi con "infezione": particelle di grigio cadono sulla superficie dello stagno bianco e il meccanismo della loro azione è simile all'azione del "seme" durante il cristallizzazione dei liquidi. Tuttavia, si ritiene che il contatto diretto dello stagno bianco e grigio non sia necessario per l'infezione con la "piaga dello stagno".
Nonostante il fatto che lo stagno grigio sia un semiconduttore in termini di struttura e tipo di legame tra gli atomi, non è stata ancora trovata quasi nessuna applicazione pratica per i cristalli di stagno grigio: sono troppo difficili da coltivare, sono fragili e in termini di proprietà elettriche non sono migliori del germanio e del silicio, la cui produzione industriale è pienamente padroneggiata.
Metodi per prevenire la formazione di difetti legati all'uso dello stagno
Allo stato attuale, sono stati sviluppati metodi per combattere la crescita di intermetallici, la comparsa di baffi di stagno e la peste di stagno, grazie ai quali è possibile evitare o ridurre la probabilità che si verifichino.
È stato scoperto che vari materiali di rivestimento conformi possono aiutare a ridurre i danni causati dai baffi di stagno. I rivestimenti non impediscono la crescita dei baffi, ma gli studi hanno dimostrato che alcuni rivestimenti rallentano o inibiscono la formazione dei baffi. In alcuni casi, i baffi che si formano si "bloccano" all'interno del rivestimento, impedendo loro di svilupparsi portando a cortocircuiti.
L'uso di rivestimenti non abbastanza spessi o resistenti da contenere la crescita dei baffi è una questione controversa. I rivestimenti che hanno fori di spillo sono generalmente inutili in quanto consentono all'umidità di entrare. Questa umidità crea le condizioni per una potenziale crescita dendritica e fornisce anche un condotto per la formazione dei baffi. I baffi di stagno sono molto stabili. Cresceranno sotto la copertura e, se non è abbastanza forte, possono crescere piccoli viticci attraverso di essa.
Inoltre, la corrosione può teoricamente essere una fonte significativa di stress da compressione nei film di stagno e, di conseguenza, può causare la crescita dei baffi. Pertanto, è necessario adottare misure per prevenire una forte ossidazione e condensazione dell'umidità.
La principale raccomandazione dell'iNEMI Tin Whisker User Group per la soppressione dei baffi consiste nell'utilizzare un distanziatore in nichel tra la placcatura in stagno e la base in rame. Parametri come lo spessore, la porosità e la resilienza della nichelatura sono molto importanti per fornire un efficace strato barriera di rame. Allo stesso tempo, a causa della creazione di tale strato, la diffusione del rame e la formazione di composti intermetallici di stagno sono limitate. È stato anche trovato efficace per depositare nichel su un substrato di acciaio.
Si consiglia di evitare di applicare stagno sull'ottone, poiché questa combinazione di metalli tende a produrre baffi. La stagnatura in ottone può essere utilizzata solo quando viene applicata una barriera alla diffusione del nichel. Lo spessore minimo della barriera alla diffusione del nichel è 1,27 µm.
Se il rivestimento è sottoposto a una pressione meccanica prolungata, il rischio di crescita di baffi di stagno aumenta notevolmente. È necessario eseguire test accurati per determinare se la crescita dei baffi ridurrà l'affidabilità del prodotto.
La piaga dello stagno nell'industria elettronica è un fenomeno abbastanza raro. Anche se si utilizzano rivestimenti di stagno metallico completamente puro, dopo la saldatura si dissolve nella lega saldante e, in presenza di impurità, lo stagno non è più soggetto alla piaga dello stagno. Ecco perché lo stagno viene utilizzato per la saldatura e i prodotti saldati non si sfaldano. Di norma, nelle vernici di piombo dei componenti non viene utilizzato stagno assolutamente puro, al quale vengono necessariamente aggiunte impurità, anche una piccola quantità delle quali può eliminare questo problema. Se aggiungi un po', ad esempio, bismuto allo stagno, puoi prevenire la piaga dello stagno. Gli atomi di bismuto nel reticolo cristallino dello stagno interferiscono con il riarrangiamento e lo stagno bianco rimane un metallo e non si scompone nemmeno alle basse temperature. Inoltre, il doping dello stagno con antimonio, cobalto e altri metalli divenne un rimedio contro la peste dello stagno. Si è riscontrato che alluminio e zinco, al contrario, contribuiscono alla formazione della peste.
Alcuni produttori limitano la durata di conservazione dei componenti rivestiti di stagno puro a basse temperature. L'effetto della "peste dello stagno" dovrebbe essere considerato anche quando si utilizzano saldature con un alto contenuto di stagno. Poiché la "peste dello stagno" ha un forte effetto solo a temperature inferiori a -40 °C (a temperature prossime allo zero, il processo di trasformazione richiede molti anni), il suo effetto sui componenti senza piombo è attualmente poco conosciuto.
Conclusione
Nonostante i progressi fatti, è ancora chiaro che non comprendiamo appieno le basi della formazione dei baffi di stagno e come crescono. Non esistono modelli quantitativi per prevedere e prevedere la crescita dei baffi. L'iNEMI Tin Whisker User Group ha sviluppato metodi e standard di base per ridurre lo stress di compressione nei film di stagno e quindi prevenire i baffi. Tutti questi consigli sono basati sull'esperienza. E se oggi esistono metodi collaudati per prevenire la piaga dello stagno, allora non è ancora possibile garantire la completa assenza di baffi dopo il processo di applicazione dello stagno.
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Molex si impegna a supportare i propri clienti nella transizione verso prodotti senza piombo.
Per più di 50 anni, la saldatura al piombo è stata utilizzata praticamente nell'intera industria elettronica per installare componenti su circuiti stampati. Tuttavia, il futuro di questa tecnologia è in grande dubbio a causa della crescente preoccupazione causata dall'aumento del contenuto di piombo nel suolo e, in definitiva, dalla penetrazione del piombo nell'acqua potabile. Nonostante le prove scientifiche che l'impatto dell'industria elettronica sul piombo ambientale sia estremamente basso, esiste un movimento per vietare l'uso del piombo nell'industria elettronica.
Nell'ottobre 2002, in Europa è stata approvata una legislazione per vietare l'uso del piombo nella maggior parte dei prodotti elettrici ed elettronici a partire dal 1 luglio 2006. Il 1° luglio 2003 è entrata in vigore un'ulteriore legislazione che disciplina l'uso del piombo nell'industria automobilistica europea. Sebbene la normativa si applichi direttamente solo alla Comunità Europea, anche tutte le compagnie che spediscono in Europa devono rispettare le nuove regole. Molex si impegna a supportare i propri clienti nella transizione verso prodotti senza piombo. L'azienda ha iniziato la transizione ai prodotti senza piombo nel 2000. Questo processo dovrebbe essere completato entro luglio 2006.
Piombo nell'elettronica
Ci sono tre componenti principali contenenti piombo nei prodotti elettronici: saldatura, pad per circuiti stampati e placcatura di piombo dei componenti elettronici. In un tipico giunto di saldatura, la saldatura è il principale determinante della presenza di piombo. Di conseguenza, il rivestimento della scheda a circuito stampato e i conduttori dei componenti elettronici hanno un effetto molto minore sul contenuto di conduttori. Di conseguenza, i primi passi verso la riduzione del piombo nei prodotti elettronici sono stati trovare una lega in grado di sostituire le tradizionali saldature contenenti piombo. Attualmente, la saldatura viene utilizzata nella maggior parte dei casi di installazione di componenti elettronici su un circuito stampato:
- tecnologia a montaggio superficiale (la saldatura viene utilizzata sotto forma di pasta, che viene applicata sulla superficie del circuito stampato utilizzando un modello o uno stencil speciale);
- installazione nei fori della scheda (usando saldatura fusa, che si trova in un bagno speciale);
- saldatura manuale con un saldatore (di solito la saldatura viene applicata sotto forma di filo, tubo sottile o nastro).
A seguito di numerosi esperimenti condotti negli ultimi anni, la famiglia di leghe stagno-argento-rame (SnAgCu) è stata proposta in sostituzione delle saldature contenenti piombo.
Per la tecnologia a montaggio superficiale, è probabile che SnAgCu diventi la soluzione più popolare. Forse il problema più grande con l'utilizzo di una tale lega come saldatura è il punto di fusione più alto. Ad esempio, il punto di fusione della lega SnAgCu è 217°C, mentre la lega stagno-piombo Sn37Pb fonde a 183°C. Di conseguenza, il processo tecnologico richiederà un aumento della temperatura di saldatura fino a 240-260°C.
Legislazione
L'Europa ha guidato un movimento per vietare l'uso del piombo nell'industria. Alla fine del 2002 il Parlamento Europeo ha approvato due risoluzioni che regolano l'impatto dei rifiuti dell'industria elettrica ed elettronica sull'ambiente. Come parte di queste leggi, l'uso del piombo nella maggior parte dei prodotti è vietato o severamente limitato. Le risoluzioni denominate The Waste Electrical and Electronic Equipment (RAEE) e Restriction of Hazardous Substances (RoHS) richiedono riduzioni nell'uso di materiali contenenti piombo a partire dal 1 luglio 2006.
Oltre a queste due risoluzioni, la Comunità Europea ha adottato anche la risoluzione sui veicoli fuori uso (ELV), che definisce l'uso del piombo nell'industria automobilistica. Sebbene l'uso di saldature al piombo nelle automobili sia temporaneamente consentito, questa approvazione non si applica all'uso di connettori rivestiti di piombo.
Non esiste una legislazione in Giappone che vieti l'uso del piombo nell'elettronica. Tuttavia, ci sono due leggi che, se applicate insieme, indicano chiaramente che un tale divieto può essere introdotto. La prima legge, "Riciclaggio dell'elettronica di consumo in Giappone", specifica che i produttori devono adottare misure per lo smaltimento di televisori, frigoriferi, lavatrici, ecc. a partire dall'aprile 2001. La seconda legge vieta ai produttori di rilasciare nell'ambiente sostanze nocive.
Negli Stati Uniti non ci sono chiare restrizioni sull'uso del piombo nelle apparecchiature elettriche o elettroniche.
In che modo ciò influisce sui connettori?
Molex ha esplorato in dettaglio l'impatto che un divieto di piombo potrebbe avere sui produttori di connettori e sui loro prodotti. La placcatura dei contatti e l'alloggiamento in plastica del connettore sono i principali elementi del connettore più suscettibili agli effetti delle leghe senza piombo.
L'elemento principale nel connettore è il rivestimento del contatto (terminale). Molti terminali sono placcati con una lega stagno-piombo (solitamente elettroplaccata) per consentire la saldatura, nonché per creare un contatto elettrico affidabile nelle tecnologie senza saldatura, come la crimpatura dei conduttori o la pressatura dei conduttori in un circuito stampato. I requisiti per la placcatura terminale utilizzando una qualsiasi delle tecnologie sopra menzionate dovrebbero essere considerati quando si seleziona una lega alternativa per tale placcatura. Pertanto, un rivestimento destinato alla saldatura deve avere la proprietà di bagnare la superficie con saldatura fusa e garantire l'affidabilità del giunto di saldatura. Nel caso di connessioni non saldate (aggraffatura del filo a contatto, connessione di elementi di contatto), il rivestimento deve fornire un'adeguata resistenza di contatto della coppia di contatti, che non deve deteriorarsi nel tempo e sotto l'influenza delle condizioni climatiche. Inoltre, il rivestimento deve fornire un certo numero di giunti della coppia di contatti. La tecnologia di pressatura dei contatti in un circuito stampato richiede un certo coefficiente di attrito dal rivestimento. Oltre a questi fattori, il rivestimento senza piombo deve essere resistente alla crescita dei "capelli di latta". Il termine "peli di stagno" si riferisce a cristalli microscopici di stagno puro che appaiono sulla superficie di una lega ad alto contenuto di stagno. In caso di crescita di "peli di stagno", esiste il pericolo che i cristalli di stagno possano causare un cortocircuito dei conduttori adiacenti o delle coppie di contatti.
Sebbene i materiali dielettrici degli alloggiamenti dei connettori (nella maggior parte dei casi, vari tipi di plastica) non contengano piombo, il divieto dell'uso del piombo ha avuto un impatto significativo sulla tecnologia della loro produzione. Questo effetto è dovuto principalmente all'aumento della temperatura di fusione (240-260°C) delle leghe di saldatura utilizzate. La plastica del corpo deve resistere a questa temperatura senza alcuna deformazione evidente del materiale. Attualmente, ci sono plastiche speciali che vengono utilizzate nella produzione di alloggiamenti per connettori per la tecnologia a montaggio superficiale. Queste materie plastiche possono resistere alle temperature di saldatura delle saldature tradizionali, ma la loro capacità di mantenere le loro proprietà quando si utilizza la tecnologia senza piombo non è stata ancora completamente esplorata. Allo stesso tempo, lo studio della plastica solo come materiale non dà il risultato sperato, poiché la forma del corpo e lo spessore della parete hanno un impatto significativo sulla resistenza alla deformazione e allo scolorimento a temperature elevate.
Appunti:
- La probabilità che "peli di stagno" crescano con stagno puro, leghe di stagno-bismuto, stagno-argento è leggermente superiore rispetto alle leghe di stagno-piombo. L'uso di una barriera di nichel tra il materiale di contatto e il rivestimento di contatto riduce notevolmente questa probabilità. Molex utilizza tipicamente una barriera al nichel da 1,25 micron.
- Gli studi hanno dimostrato che quando si utilizza una lega di stagno e rame, la probabilità di crescita di "peli di stagno" è maggiore rispetto a quando si utilizza lo stagno puro.
- Quando una lega stagno-bismuto viene utilizzata come rivestimento, esiste la possibilità che quando tale rivestimento viene a contatto con rivestimenti convenzionali contenenti piombo, si possa formare una lega stagno-piombo-bismuto con un punto di fusione di 96°C. Una tale lega di tre metalli può formarsi nel punto di contatto, il che può influire in modo significativo sull'affidabilità dei prodotti che funzionano a temperature elevate.
- Per le leghe di stagno e bismuto, stagno e rame, è molto difficile controllare il processo. Quindi, quando si utilizza una lega di stagno e bismuto, il bismuto può essere depositato molto più velocemente, il che porterà a una violazione della tecnologia.
- L'uso di stagno e leghe d'argento per il rivestimento richiede l'uso di reagenti speciali e molto complessi che garantiscono la deposizione simultanea e uniforme di stagno e argento. La produzione e lo smaltimento di tali reagenti è un compito estremamente difficile.
- Il costo degli scarti di produzione quando si utilizzano contatti rivestiti con una lega di stagno e bismuto è inferiore rispetto a quando si utilizzano leghe di stagno e piombo, stagno e rame. Tali rifiuti vengono solitamente riciclati dai produttori di leghe di rame. La presenza di bismuto è inaccettabile nella produzione di tali leghe.
Tecnologia
Placcatura a contatto
Per facilitare il passaggio alla tecnologia lead-free, Molex ha fornito una soluzione completa che dovrebbe essere utilizzata nella maggior parte dei settori, indipendentemente da dove si trovi la produzione. Il miglior sostituto per l'attuale lega di placcatura a contatto è lo stagno puro. Molex e altri produttori di connettori utilizzano questo metallo per la placcatura dei contatti da oltre vent'anni. Tuttavia, nella ricerca della soluzione migliore, sono stati effettuati esperimenti anche con altri metalli e loro leghe. Così, oltre allo stagno puro, leghe di stagno e bismuto (SnBi), stagno e rame (SnCu), stagno e argento (SnAg), oro depositato su una lega di palladio e nichel (Au flash/PdNi) e oro depositato su palladio ( Au flash/Pd). I risultati degli esperimenti sono stati confrontati sotto molti aspetti con i risultati ottenuti utilizzando la tecnologia tradizionale. I parametri principali sono i seguenti:
- bagnabilità della saldatura (facilità di saldatura);
- fornire un giunto di saldatura affidabile;
- resistenza alla crescita dei "peli di stagno";
- compatibilità con la tecnologia esistente;
- resistenza di contatto nel punto di contatto;
- resistenza all'usura;
- coefficiente d'attrito;
- tecnologia di rivestimento;
- costo degli scarti di produzione;
- costo della lega.
Attualmente, una lega costituita da 90 parti in peso di stagno e 10 parti in peso di piombo viene utilizzata come rivestimento di contatto nella saldatura. La tabella 1 mostra un confronto dell'applicazione della lega specificata e dei metalli (e loro leghe) che potrebbero sostituirla.
Come si può vedere dalla tabella 1, lo stagno puro è il miglior candidato per sostituire le leghe di piombo. Se non fosse per la possibilità di crescita dei "peli di stagno", lo stagno puro potrebbe essere un tale sostituto nel 100% dei casi.
La scelta dello stagno puro per la placcatura dei contatti è stata confermata da altri produttori di connettori. Aziende come Molex, Tyco Electronics, FCI e Amphenol hanno rilasciato una dichiarazione congiunta che giustifica l'uso di stagno puro per la placcatura dei pin dei connettori.
Contenitori in plastica
Alcuni dei materiali termoplastici utilizzati per realizzare gli alloggiamenti dei connettori sono utilizzati nella tecnologia SMT. Tuttavia, le leghe che sono le principali candidate per sostituire le leghe contenenti piombo hanno un punto di fusione significativamente più alto. Si prevede che la temperatura di saldatura utilizzando la nuova tecnologia raggiunga i 260°C. In questo caso, i componenti installati devono resistere a questa temperatura per 120 secondi.
La temperatura di fusione e la temperatura di rammollimento (Heat Deflection Temperature; norma ISO R 75) sono le principali caratteristiche che determinano la capacità di una plastica di mantenere le proprietà a temperature elevate. La temperatura di fusione, che determina il momento in cui la plastica passa da liquida a solida, è un parametro importante, poiché la plastica deve trovarsi allo stato liquido durante il processo di stampaggio. La temperatura di rammollimento è un valore relativo che determina la capacità di una plastica di resistere a una data temperatura sotto un certo carico per un certo periodo di tempo. In generale, per la tecnologia a montaggio superficiale senza piombo, la plastica deve avere un punto di fusione superiore a 260°C. Anche la temperatura di rammollimento deve essere superiore a 260°C. Tuttavia, esiste una cosiddetta "zona grigia" in cui un materiale con un punto di fusione di 260°C può avere un punto di rammollimento uguale o leggermente inferiore. Inoltre, in questo caso, l'uso di un determinato prodotto può essere riconosciuto come accettabile quando si effettuano numerosi studi ed esperimenti. Tali studi sono condotti secondo il metodo approvato e pubblicamente pubblicato per testare i prodotti per la compatibilità con la tecnologia a montaggio superficiale utilizzando leghe senza piombo.
La tabella 2 elenca il punto di fusione e il punto di rammollimento per le plastiche più comuni attualmente utilizzate negli alloggiamenti dei connettori.
Alcuni materiali come PPA, PA46 e LCP resistono alle temperature richieste dalla tecnologia di montaggio superficiale utilizzando leghe senza piombo. I prodotti realizzati con determinati materiali (PCT e PPS) devono essere sottoposti a test aggiuntivi. Di conseguenza, il prezzo di tutti i connettori che richiedono la sostituzione di alloggiamenti con nuovi in plastica per alte temperature aumenterà.
strategia di transizione
La strategia dei materiali di Molex per questa transizione si basa sulla convinzione che sia il piombo che le leghe prive di piombo saranno utilizzate nel settore per un po' di tempo a venire. Durante questo periodo, verrà creato e introdotto un gran numero di nuovi prodotti, codici stock, contrassegni speciali ed etichette. Parte della strategia consiste nell'evitare nuovi codici articolo ove possibile.
Viene proposta una transizione in due fasi verso la tecnologia senza piombo. Come primo passo, verrà implementata solo la transizione ai contatti con rivestimento senza piombo. In questa fase, non tocchiamo deliberatamente la compatibilità termica del materiale dell'alloggiamento del connettore. La tecnologia proprietaria di Molex garantisce che non vi siano rischi nel passaggio dalle tradizionali leghe per placcatura a contatto alla stagnatura pura quando si utilizzano saldature contenenti piombo. Di conseguenza, non è necessario creare nuovi codici articolo, poiché le proprietà del consumatore dei prodotti non cambiano. Tali contatti verranno definiti "senza piombo".
La seconda fase testerà la plastica utilizzata negli alloggiamenti dei connettori a temperature determinate dalla tecnologia di montaggio superficiale utilizzando leghe senza piombo. I connettori che richiedono una modifica del materiale del corpo avranno nuovi codici articolo generati. Tali prodotti saranno indicati come "compatibili con la tecnologia a montaggio superficiale che utilizza leghe senza piombo".
Informazioni tecniche "peli di latta"
Stagno puro e leghe ad alto contenuto di stagno sono state oggetto di un maggiore controllo a causa del problema della formazione di "peli di stagno". Questi "peli", che sono sottili cristalli di stagno, possono crescere spontaneamente sulla superficie dello stagno o di una lega contenente stagno e, in alcuni casi, causare cortocircuiti nei circuiti elettrici. Una possibile ragione per l'aspetto di questi cristalli è lo stress interno nella struttura della lega.
Nonostante i notevoli sforzi nel campo della ricerca su questo fenomeno, non è ancora chiaro il meccanismo fondamentale che porta alla formazione dei "peli di stagno". Sebbene non sia stato identificato un singolo fattore determinante, si ritiene che i seguenti fattori influenzino la crescita dei capelli:
- sollecitazione interna del materiale;
- temperatura;
- umidità;
- ciclo di temperatura.
Molex ha iniziato a indagare sulla natura di questo fenomeno nel 1999 e continua a sperimentare ancora oggi. I risultati sono pubblicati e disponibili sul sito.
www.molex.com.
Ogni elemento chimico del sistema periodico e le sostanze semplici e complesse da esso formati sono unici. Hanno proprietà uniche e molti danno un contributo innegabilmente significativo alla vita umana e all'esistenza in generale. L'elemento chimico stagno non fa eccezione.
La conoscenza delle persone con questo metallo risale ai tempi antichi. Questo elemento chimico ha giocato un ruolo decisivo nello sviluppo della civiltà umana; ancora oggi le proprietà dello stagno sono ampiamente utilizzate.
Stagno nella storia
La prima menzione di questo metallo, che, come si credeva prima, aveva anche alcune proprietà magiche, si trova nei testi biblici. Lo stagno ha svolto un ruolo decisivo nel migliorare la vita durante l'età del bronzo. A quel tempo, la lega metallica più durevole che una persona possedeva era il bronzo, che si poteva ottenere aggiungendo l'elemento chimico stagno al rame. Per diversi secoli, tutto è stato realizzato con questo materiale, dagli strumenti ai gioielli.
Dopo la scoperta delle proprietà del ferro, la lega di stagno non ha smesso di essere utilizzata, ovviamente non è utilizzata sulla stessa scala, ma il bronzo, così come molte altre sue leghe, sono attivamente coinvolti nell'industria, nella tecnologia e la medicina oggi, insieme ai sali di questo metallo, come il cloruro di stagno, che si ottiene dall'interazione dello stagno con il cloro, questo liquido bolle a 112 gradi Celsius, si dissolve bene nell'acqua, forma idrati cristallini e fuma nell'aria.
La posizione dell'elemento nella tavola periodica
L'elemento chimico stagno (il nome latino stannum è “stannum”, scritto con il simbolo Sn) Dmitry Ivanovich Mendeleev si colloca giustamente al numero cinquanta, nel quinto periodo. Ha un certo numero di isotopi, il più comune è l'isotopo 120. Questo metallo è anche nel sottogruppo principale del sesto gruppo, insieme a carbonio, silicio, germanio e flerovium. La sua posizione prevede proprietà anfotere e lo stagno ha caratteristiche ugualmente acide e basiche, che saranno descritte più dettagliatamente di seguito.
La tavola periodica mostra anche la massa atomica dello stagno, che è 118,69. La configurazione elettronica 5s 2 5p 2, che nella composizione di sostanze complesse permette al metallo di esibire stati di ossidazione +2 e +4, cedendo due elettroni solo dal sottolivello p o quattro da s- e p-, svuotando completamente il intero livello esterno.
Caratteristica elettronica dell'elemento
In base al numero atomico, lo spazio circumnucleare dell'atomo di stagno contiene fino a cinquanta elettroni, si trovano su cinque livelli, che, a loro volta, sono suddivisi in un numero di sottolivelli. I primi due hanno solo sottolivelli s e p, e a partire dal terzo c'è una tripla suddivisione in s-, p-, d-.
Consideriamo quello esterno, poiché è la sua struttura e il riempimento di elettroni che determinano l'attività chimica dell'atomo. Nello stato non eccitato, l'elemento mostra una valenza pari a due; all'eccitazione, un elettrone passa dal sottolivello s a un posto vacante nel sottolivello p (può contenere un massimo di tre elettroni spaiati). In questo caso, lo stagno mostra valenza e stato di ossidazione - 4, poiché non ci sono elettroni accoppiati, il che significa che nulla li tiene ai livelli secondari nel processo di interazione chimica.
Metallo sostanza semplice e sue proprietà
Lo stagno è un metallo color argento, appartiene al gruppo dei fusibili. Il metallo è morbido e relativamente facile da deformare. Un certo numero di caratteristiche sono inerenti a un metallo come lo stagno. Una temperatura inferiore a 13,2 è il confine della transizione della modifica metallica dello stagno in polvere, che è accompagnata da un cambiamento di colore dal bianco-argento al grigio e da una diminuzione della densità della sostanza. Lo stagno si scioglie a 231,9 gradi e bolle a 2270 gradi Celsius. La struttura tetragonale cristallina dello stagno bianco spiega il caratteristico scricchiolio del metallo quando viene piegato e riscaldato nel punto di inflessione sfregando l'uno contro l'altro i cristalli della sostanza. Lo stagno grigio ha una sintonia cubica.
Le proprietà chimiche dello stagno hanno una doppia essenza, entra nelle reazioni sia acide che basiche, mostrando anfotericità. Il metallo interagisce con gli alcali, così come con gli acidi, come solforico e nitrico, ed è attivo quando reagisce con gli alogeni.
Leghe di stagno
Perché le loro leghe con una certa percentuale di componenti costitutivi vengono utilizzate più spesso al posto dei metalli puri? Il fatto è che la lega ha proprietà che un singolo metallo non ha, oppure queste proprietà sono molto più forti (ad esempio conducibilità elettrica, resistenza alla corrosione, passivazione o attivazione delle caratteristiche fisiche e chimiche dei metalli, se necessario, ecc.) . Lo stagno (la foto mostra un campione di metallo puro) fa parte di molte leghe. Può essere utilizzato come additivo o sostanza di base.
Ad oggi è noto un gran numero di leghe di un metallo come lo stagno (il prezzo varia ampiamente), considereremo le più popolari e utilizzate (l'uso di alcune leghe sarà discusso nella sezione appropriata). In generale, le leghe stannum hanno le seguenti caratteristiche: elevata duttilità, bassa durezza e resistenza.
Alcuni esempi di leghe
I più importanti composti naturali
Lo stagno forma una serie di composti naturali - minerali. Il metallo forma 24 composti minerali, il più importante per l'industria è l'ossido di stagno - cassiterite e il telaio - Cu 2 FeSnS 4. Lo stagno è sparso nella crosta terrestre e i composti da esso formati sono di origine magnetica. Nell'industria vengono utilizzati anche sali di acidi poliolici e silicati di stagno.
Stagno e il corpo umano
L'elemento chimico stagno è un oligoelemento in termini di contenuto quantitativo nel corpo umano. Il suo principale accumulo è nel tessuto osseo, dove il normale contenuto del metallo contribuisce al suo sviluppo tempestivo e al funzionamento generale del sistema muscolo-scheletrico. Oltre alle ossa, lo stagno è concentrato nel tratto gastrointestinale, nei polmoni, nei reni e nel cuore.
È importante notare che un accumulo eccessivo di questo metallo può portare a un avvelenamento generale del corpo e un'esposizione più lunga può persino portare a mutazioni genetiche avverse. Recentemente, questo problema è abbastanza rilevante, poiché lo stato ecologico dell'ambiente lascia molto a desiderare. Esiste un'alta probabilità di intossicazione da stagno tra i residenti delle megalopoli e delle aree vicine alle zone industriali. Molto spesso, l'avvelenamento si verifica attraverso l'accumulo di sali di stagno nei polmoni, ad esempio cloruro di stagno e altri. Allo stesso tempo, una carenza di micronutrienti può causare ritardo della crescita, perdita dell'udito e caduta dei capelli.
Applicazione
Il metallo è disponibile in commercio da molte fonderie e aziende. Viene prodotto sotto forma di lingotti, bacchette, fili, cilindri, anodi realizzati con una sostanza pura e semplice come lo stagno. Il prezzo varia da 900 a 3000 rubli al kg.
Lo stagno nella sua forma pura è usato raramente. Vengono utilizzate principalmente le sue leghe e composti: i sali. Lo stagno saldante viene utilizzato nel caso di fissaggio di parti non esposte ad alte temperature e forti carichi meccanici, realizzati in leghe di rame, acciaio, rame, ma è sconsigliato per quelli in alluminio o sue leghe. Le proprietà e le caratteristiche delle leghe di stagno sono descritte nella sezione corrispondente.
Le saldature vengono utilizzate per la saldatura di microcircuiti, in questa situazione sono ideali anche le leghe a base di un metallo come lo stagno. La foto mostra il processo di applicazione di una lega stagno-piombo. Con esso, puoi eseguire lavori piuttosto delicati.
A causa dell'elevata resistenza dello stagno alla corrosione, viene utilizzato per la produzione di ferro stagnato (latta) - lattine per alimenti. In medicina, in particolare in odontoiatria, lo stagno viene utilizzato per riempire i denti. Le condutture domestiche sono ricoperte di stagno, i cuscinetti sono realizzati con le sue leghe. Anche il contributo di questa sostanza all'ingegneria elettrica è inestimabile.
Come elettroliti vengono utilizzate soluzioni acquose di sali di stagno come fluoroborati, solfati e cloruri. L'ossido di stagno è uno smalto per ceramica. Introducendo vari derivati dello stagno in materiali plastici e sintetici, sembra possibile ridurne l'infiammabilità e l'emissione di fumi nocivi.
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