Leute,
Readers may remember that I have had an interest in tin pest for some time. Tin pest can occur if nearly-pure tin is exposed to cold temperatures (<13.2oC) for long periods of time. At the end of this post, I provide a short summary of the tin pest phenomenon. See this striking time lapse video of tin pest forming; I assume the time period is over many months.
Der Anlass für diesen Beitrag ist, dass die mittelalterliche Wissenschaftlerin Beata Lipińska aus Polen sich mit der Zinnfäule und deren Auswirkungen auf die mittelalterliche Kultur befasst, insbesondere im Zusammenhang mit Orgelpfeifen. Sie hat mich kontaktiert, um zu fragen, ob ich ihr helfen kann, Fachartikel zu finden, die sich aus ahistorischer Perspektive mit der Zinnfäule befassen. Falls Leser über Literaturhinweise verfügen, die Beata weiterhelfen könnten, wenden Sie sich bitte direkt an sie unter [email protected].
Abbildung 1. Zinnschimmelbildung in einer Sn-0,05-Cu-Legierung aus Plumbridge. Siehe die unten angegebene Veröffentlichung.
WAS IST ZINN?
Zinn ist ein allotropes Metall, was bedeutet, dass es unter unterschiedlichen Temperatur- und Druckbedingungen verschiedene Kristallstrukturen aufweist. Zinn hat zwei allotropische Formen. „Normales“ oder weißes Beta-Zinn hat eine stabile, tetragonale Kristallstruktur mit einer Dichte von 7,31 g/cm³. Bei Abkühlungunter 13,2 °Cwandelt sich Beta-Zinn langsam in Alpha-Zinn um. „Graues“ oder Alpha-Zinn hat eine kubische Struktur und eine Dichte von nur 5,77 g/cm³. Alpha-Zinn ist zudem ein Halbleiter und kein Metall. Die Umwandlung von weißem in graues Zinn führt dazu, dass die meisten Zinngegenstände zerbröckeln.
Die makroskopische Umwandlung von weißem zu grauem Zinn dauert etwa 18 Monate. Das Foto, das wohl das berühmteste moderne Bild der Zinnfäule ist, zeigt das Phänomen sehr deutlich.
This photo is titled "The Formation of Beta-Tin into Alpha-Tin in Sn-0.5Cu at T <10oC" and is referenced from a paper by Y. Karlya, C. Gagg, andW.J.Plumbridge, "Tin pest in lead-free solders", inSoldering and Surface Mount Technology, 13/1 [2000] 39-40.
Dieses Phänomen ist seit Jahrhunderten bekannt, und es gibt viele interessante, wahrscheinlich apokryphe Geschichten über die Zinnfäule. Die wohl berühmteste davon handelt von den Zinnknöpfen an den Mänteln der Soldaten Napoleons, die sich während ihres Rückzugs aus Moskau aufgrund der Zinnfäule auflösten. Eine weitere im Mittelalter weit verbreitete Anekdote besagte, dass Satan für den Verfall der Zinnorgelpfeifen in nordeuropäischen Kirchen verantwortlich sei, da die Zinnfäule oft so aussieht, als sei das Zinn „erkrankt“.
Anfangs wurde die Zinnpest als „Zinnkrankheit“ oder „Zinnpest“ bezeichnet. Ich glaube, dass der Name „Zinnpest“ von der deutschen Übersetzung des Wortes „Pest“ stammt (d. h., auf Deutsch heißt Pest „Pest“).
Für die meisten Menschen, die sich ein wenig mit Werkstoffen auskennen, erscheint die Umwandlung von Beta-Zinn in Alpha-Zinn bei kälteren Temperaturen kontraintuitiv. Normalerweise schrumpfen Werkstoffe bei kälteren Temperaturen; sie dehnen sich nicht aus. Auch wenn der Mechanismus offenbar noch nicht vollständig verstanden ist, liegt dies wahrscheinlich daran, dass graues Alpha-Zinn eine geringere Entropie aufweist als weißes Beta-Zinn. Durch den Wärmeabzug bei den niedrigeren Temperaturen wäre ein Zustand mit geringerer Entropie wahrscheinlich stabiler.
Da die Umwandlung zu grauem Zinn eine Ausbreitung erfordert, setzt die Zinnfäule in der Regel an einer Kante, Ecke oder Oberfläche ein. Die Entstehung kann mehrere zehn Monate dauern, doch sobald sie einmal begonnen hat, kann die Umwandlung rasch voranschreiten und innerhalb weniger Monate zu einem Versagen der Struktur führen.
Although tin pest can form at <13.2oC, most researchers believe that the kinetics are very sluggish at this temperature. There seems to be general agreement in the literature that the maximum rate of tin pest formation occurs at -30 to -40oC.
Zum Wohl,
Dr. Ron
