قلع و تبدیلات آلوتروپی آن

قلع و تبدیلات آلوتروپی آن

فلزاتی که بیش از یک ساختار کریستالی دارند به آلوتروپ های یکدیگر موسومند و نام این پدیده چندشکلی است. قلع یکی از فلزات معمولی است که تغییرات آلوتروپیک آن بسیار جالب توجه است. قلع سفید (یا قلع بتا) دارای یک ساختارکریستالی مرکزپر چهاروجهی (BCC) در دمای معمولی اتاق است ولی در دمای 13.2 درجه سلسیوس به قلع خاکستری یا آلفا تبدیل می شود که ساختار کریستالی شبیه الماس دارد (ساختار مکعبی الماس گونه) این تبدیل ساختار را می توان به شکل زیر نشان داد:

آهنگ این تحول بسیار آهسته است و هرچه دما ایین تر باشد بر سرعت آن افزوده می شود. همراه با تبدیل قلع سفید به خاکستری تغییر حجمی حدود 27 درصد روی می دهد و در نتیجه چگالی قلع از 7.30 به 5.77 گرم بر سانتی متر مکعب کاهش می یابد. در نتیجهٰ این افزایش حجم به از هم گسیختگی قلع سفید و تبدیل آن به پودری دانه درشت از آلوتروپ خاکستری قلع منجر می شود. در دمای عادی محیط نباید نگران این پدیده بود زیرا سرعت این رویداد بسیار آهسته است.

این تبدیل از قلع سفید به خاکستری نتایج بسیار ناخوشایندی در سال 1850 در روسیه ببار آورد. زمستان آن سال بسیار سرد بود و مدتی طولانی دماهای بسیار پایینی ثبت شد. لباس متحداشکل سربازان روسی دارای تکمه هایی از جنس قلع بود و به علت سرمای زیاد بسیاری از آنها خرد می شد. این اتفاق در مورد بسیاری از لوله های ساز ارغنوان کلیساها نیز افتاد. از این مشکل به عنوان بیماری قلع یاد می شد.

شکل زیر یک نمونه از قلع سفید (چپ) و نمونه معادلی که برای مدتی طولانی تحت دمای 13.2 درجه سلسیوس قرار گرفته را نشان می دهد.

منبع:

MATERIALS SCIENCE and ENGINEERING, An Introduction,  William D. Callister, Jr., David G. Rethwisch