Mọi người ơi,
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.
Lý do tôi viết bài này là vì một nhà nghiên cứu thời Trung cổ, Beata Lipińska, đến từ Ba Lan, đang nghiên cứu về bệnh “tin pest” và tác động của nó đối với văn hóa thời Trung cổ, đặc biệt là trên các ống đàn organ nhà thờ. Cô ấy đã liên hệ với tôi để hỏi xem tôi có thể giúp cô ấy tìm các bài báo thảo luận về bệnh “tin pest” từ góc độ phi lịch sử hay không. Nếu quý độc giả có bất kỳ tài liệu tham khảo nào có thể giúp ích cho Beata, xin vui lòng liên hệ trực tiếp với cô ấy qua địa chỉ email [email protected].
Hình 1. Các dạng “sâu thiếc” trong hợp kim Sn 0,05 Cu từ Plumbridge. Xem bài báo được trích dẫn dưới đây.
THẾ NÀO LÀ KÍ SINH TRÙNG THỐNG?
Thống là một kim loại có tính đồng hình, nghĩa là nó có các cấu trúc tinh thể khác nhau tùy theo điều kiện nhiệt độ và áp suất. Thống có hai dạng đồng hình. Thống beta “bình thường” hay còn gọi là thống trắng có cấu trúc tinh thể tứ giác ổn định với mật độ 7,31 g/cm³. Khi được làm lạnh xuốngdưới 13,2°C, thống beta sẽ từ từ chuyển thành thống alpha. Thiếc “xám” hay thiếc alpha có cấu trúc lập phương và mật độ chỉ 5,77 g/cm³. Thiếc alpha cũng là chất bán dẫn, không phải kim loại. Sự giãn nở của thiếc từ dạng trắng sang dạng xám khiến hầu hết các vật thể bằng thiếc bị vỡ vụn.
Quá trình chuyển đổi vĩ mô từ màu trắng sang màu xám của cây thiếc diễn ra trong khoảng 18 tháng. Bức ảnh này, có lẽ là bức ảnh hiện đại nổi tiếng nhất về bệnh thiếc, đã thể hiện hiện tượng này một cách khá rõ ràng.
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.
Hiện tượng này đã được biết đến từ nhiều thế kỷ nay và có rất nhiều câu chuyện thú vị, có lẽ là hư cấu, về bệnh thối thiếc. Có lẽ câu chuyện nổi tiếng nhất là về những chiếc cúc thiếc trên áo khoác của binh lính Napoleon đã bị thối rữa do bệnh thối thiếc trong khi họ đang rút quân khỏi Moscow. Một câu chuyện truyền miệng phổ biến khác vào thời Trung Cổ là Satan phải chịu trách nhiệm cho sự xuống cấp của các ống đàn organ bằng thiếc trong các nhà thờ ở Bắc Âu, vì bệnh thối thiếc thường trông giống như thiếc đã bị “bệnh”.
Ban đầu, bệnh héo lá thiếc được gọi là “bệnh thiếc” hoặc “dịch thiếc”. Tôi tin rằng tên gọi “bệnh héo lá thiếc” bắt nguồn từ bản dịch tiếng Đức của từ “plague” (tức là trong tiếng Đức, “plague” được dịch là “pest”).
Đối với hầu hết những người có chút kiến thức về vật liệu, quá trình chuyển đổi từ thiếc beta sang thiếc alpha ở nhiệt độ thấp hơn dường như đi ngược lại trực giác. Thông thường, vật liệu co lại khi nhiệt độ giảm; chúng không giãn nở. Mặc dù cơ chế này dường như chưa được hiểu rõ hoàn toàn, nhưng có thể là do thiếc alpha màu xám có entropy thấp hơn so với thiếc beta màu trắng. Khi nhiệt lượng bị loại bỏ ở nhiệt độ thấp hơn, trạng thái có entropy thấp hơn có khả năng sẽ ổn định hơn.
Do quá trình chuyển hóa thành thiếc xám đòi hỏi sự giãn nở, nên hiện tượng “bệnh thiếc” thường bắt đầu hình thành tại các mép, góc hoặc bề mặt. Quá trình hình thành ban đầu có thể kéo dài hàng chục tháng, nhưng một khi đã bắt đầu, quá trình chuyển hóa có thể diễn ra rất nhanh, dẫn đến sự hư hỏng cấu trúc chỉ trong vòng vài tháng.
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.
Chúc mừng,
Tiến sĩ Ron
