Gente,
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.
Il motivo di questo post è che una studiosa di storia medievale, Beata Lipińska, originaria della Polonia, sta conducendo una ricerca sulla “piaga dello stagno” e sui suoi effetti sulla cultura medievale, in particolare sulle canne degli organi da chiesa. Mi ha contattato per chiedermi se posso aiutarla a trovare articoli che trattino il tema della “piaga dello stagno” da un punto di vista non storico. Se i lettori dispongono di riferimenti che potrebbero essere utili a Beata, sono pregati di contattarla direttamente all’indirizzo [email protected].
Figura 1. Forme di corrosione da stagno in una lega di Sn 0,05 Cu proveniente da Plumbridge. Si veda l’articolo citato di seguito.
COS’È LO STAGNO?
Lo stagno è un metallo allotropico, il che significa che presenta diverse strutture cristalline a seconda delle condizioni di temperatura e pressione. Lo stagno ha due forme allotropiche. Lo stagno beta “normale” o bianco ha una struttura cristallina tetragonale stabile con una densità di 7,31 g/cm³. Quando la temperatura scende al di sottodei 13,2 °C, lo stagno beta si trasforma lentamente in stagno alfa. Lo stagno “grigio” o alfa presenta una struttura cubica e una densità di soli 5,77 g/cm³. Lo stagno alfa è inoltre un semiconduttore, non un metallo. L’espansione dello stagno dalla forma bianca a quella grigia provoca la frantumazione della maggior parte degli oggetti in stagno.
La trasformazione su larga scala dello stagno bianco in stagno grigio richiede circa 18 mesi. La foto, che è probabilmente la più famosa immagine moderna della “malattia dello stagno”, illustra il fenomeno in modo piuttosto chiaro.
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.
Questo fenomeno è noto da secoli e esistono molte storie interessanti, probabilmente apocrife, sulla "ruggine dello stagno". Forse la più famosa è quella dei bottoni di stagno sulle giubbe dei soldati di Napoleone che si disintegrarono a causa della "ruggine dello stagno" durante la ritirata da Mosca. Un altro aneddoto diffuso nel Medioevo era che Satana fosse responsabile del deterioramento delle canne d'organo in stagno nelle chiese dell'Europa settentrionale, poiché la "ruggine dello stagno" spesso sembra far sì che lo stagno sia "malato".
Inizialmente, la "tin pest" era chiamata "tin disease" o "tin plague". Ritengo che il nome "tin pest" derivi dalla traduzione tedesca della parola "plague" (cioè, in tedesco, "plague" si dice "pest").
Per la maggior parte delle persone che hanno una minima conoscenza dei materiali, la conversione dello stagno beta in stagno alfa a temperature più basse sembra controintuitiva. Di solito i materiali si restringono a temperature più basse; non si espandono. Sebbene sembri che il meccanismo non sia ancora del tutto chiaro, è probabile che ciò sia dovuto al fatto che lo stagno alfa grigio abbia un’entropia inferiore rispetto allo stagno beta bianco. Con la sottrazione di calore a temperature più basse, uno stato a minore entropia risulterebbe probabilmente più stabile.
Poiché la conversione in stagno grigio richiede un'espansione, la "ruggine dello stagno" di solito ha origine su un bordo, un angolo o una superficie. La formazione iniziale può richiedere decine di mesi, ma una volta iniziata, la conversione può avvenire rapidamente, causando il cedimento strutturale nel giro di pochi mesi.
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.
Salute,
Dr. Ron
