中世文化における「錫の害虫」

皆さん、

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 (<13.2^oC) 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.

この投稿をした理由は、ポーランドの中世学者ベアータ・リピンスカ氏が、「スズ病」とそれが中世文化、とりわけ教会のオルガンのパイプに与えた影響について研究を行っているからです。同氏から、歴史的観点とは異なる視点から「スズ病」について論じた論文を探す手助けができないか、と連絡がありました。読者の皆様で、ベアータ氏の研究に役立つ参考文献をご存知の方は、[email protected] まで直接ご連絡ください。

図1. プランブリッジ産のSn 0.05 Cu合金に見られるスズペストの形態。詳細は、後述の参考文献を参照のこと。

スズとは何か？
スズは同素体を持つ金属であり、温度や圧力の条件によって異なる結晶構造をとります。スズには2つの同素体があります。「通常」または「白色」と呼ばれるベータスズは、安定した正方晶構造を持ち、密度は7.31g/cm³です。¹³.^{2°C以下に}冷却されると、ベータスズは徐々にアルファスズへと変化します。 「灰色」またはアルファスズは、立方晶構造を持ち、密度はわずか5.77g/cm³です。アルファスズは金属ではなく、半導体でもあります。スズが白色から灰色へと変化する際に生じる膨張により、ほとんどのスズ製品は崩れてしまいます。

白錫が灰錫へと変化するマクロな過程には、およそ18か月を要します。この写真は、おそらく「錫ペスト」に関する現代の写真の中で最も有名なものであり、その現象を非常に鮮明に捉えています。

This photo is titled "The Formation of Beta-Tin into Alpha-Tin in Sn-0.5Cu at T <10^oC" 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.

この現象は何世紀にもわたって知られており、スズ病については、おそらく作り話と思われる興味深い逸話が数多く伝わっている。おそらく最も有名なのは、ナポレオン軍の兵士たちがモスクワからの撤退中に、コートのスズ製のボタンがスズ病によって崩れ落ちたという話だろう。中世によく語られていた別の逸話としては、北ヨーロッパの教会にあるスズ製のパイプオルガンのパイプが劣化してしまったのはサタンの仕業だというものがあった。というのも、スズ病にかかったスズは、まるで「病気にかかった」かのように見えることが多いためである。

当初、スズペストは「スズ病」や「スズのペスト」と呼ばれていました。「スズペスト」という名称は、「ペスト」という言葉をドイツ語に訳した言葉に由来しているものと思われます（つまり、ドイツ語でペストは「pest」です）。

材料について多少の知識がある人にとって、低温下でのベータスズからアルファスズへの相転移は直感に反するように思えるだろう。通常、材料は低温になると収縮し、膨張することはない。そのメカニズムは完全には解明されていないようだが、おそらくは灰色のアルファスズが白色のベータスズよりもエントロピーが低いためであると考えられる。低温下で熱が奪われると、エントロピーの低い状態の方がより安定する可能性が高い。

灰色錫への変質には膨張を伴うため、錫ペストは通常、縁、角、または表面で発生します。発生までには数ヶ月を要することもありますが、いったん始まると変質は急速に進み、数ヶ月以内に構造的な破損を引き起こす可能性があります。

Although tin pest can form at <13.2^oC, 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 -40^oC.

乾杯

ロン博士