Что тяжелее олово или свинец и насколько
Что тверже олово или свинец?
Олово и свинец, очень похожие по свойствам металлы, но в тоже время и имеют ряд кардинальных различий. Оба металла широко применяют на производствах по всему миру. Они имеют как свои хорошие свойства, так и отрицательные, но довольно часто их можно встретить вместе, в одном соединении. Сплавы свинца, олова и прочих элементов, широко распространены. Эти два компонента, в какой-то мере, дополняют друг друга, образовывая новые соединения, отлично подходящие для определенных условий их применения.
Что касается твердости данных металлов, то здесь они скорее схожи. Олово, так же как и свинец является легкоплавким металлом и имеет мягкую форму. Оба металла, можно буквально разрезать обычным ножом. Если посмотреть значения твердости по известной шкале Мооса, то и здесь оба наших металла будут иметь равные показатели 1,5. Что подтверждает то, что свинец и олово имеют одинаковую твердость.
Впрочем, что б окончательно разобраться в данном вопросе, необходимо по конкретнее, рассмотреть шкалу Мооса, общепринятую для определения твердости веществ. Данная шкала включает в себя 10 эталонных минералов, начиная от самого мягкого талька и заканчивая твердейшим минералом алмазом. Твердость определяется методом царапания определяемого металла и определяемым металлом. Таким образом, определяется диапазон, где наш металл уже не может царапать боле твердый минерал среди эталонов, в отличие от боле мягкого элемента, по данной шкале. То есть, если вещество царапает 3 минерал, но об четвертый само царапается, значит, его твердость между тремя м четырьмя.
Поэтому, определение твердости таким методом довольно грубое и сказать наверняка, что тверже олово или свинец определить невозможно, ведь на какие-то сотые доли, один из металлов, может быть тверже, чем оппонент. Но если рассматривать приблизительно, то данные металлы имеют одинаковую твердость, что подтверждено рядом опытов, проведенных с ними, для определения их твердости.
Удельный вес металла. Таблица плотности металлов и сплавов
Таблицы плотности металлов и сплавов
Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.
− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.
Удельный вес цветных металлов
Таблица. Удельный вес металлов, свойства, обозначения металлов, температура плавления
При прокате заготовок из цветных металлов необходимо еще точно знать их химический состав, поскольку от него зависят их физические свойства.
Например, если в алюминии присутствуют примеси (хотя бы и в пределах 1%) кремния или железа, то пластические характеристики у такого металла будут гораздо хуже.
Другое требование к горячему прокату цветных металлов – это предельно точная выдержка температуры металла. К примеру, цинк требует при прокатке температуры строго 180 градусов — если она будет чуть выше или чуть ниже, капризный металл резко утратит пластичность.
Медь более «лояльна» к температуре (ее можно прокатывать при 850 – 900 градусах), но зато требует, чтобы в плавильной печи непременно была окислительная (с повышенным содержанием кислорода) атмосфера — иначе она становится хрупкой.
Таблица удельного веса сплавов металлов
Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.
В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.
Список сплавов металлов
Плотность сплавов (кг/м 3 )
Технические параметры олова и свинца и их сплавов
Сплав олова и свинца обладает особыми параметрами, позволяющими применять его в различных отраслях промышленного производства. Технические характеристики и физические свойства каждого металла определяют их использование для длительного хранения продуктов, пайки и обработки поверхности деталей с целью увеличения срока эксплуатации.
Физические свойства свинца
Археологические артефакты свидетельствуют о том, что этот химический элемент был известен человеку более 6000 лет назад. Его открытие связано с присутствием металла в рудах, содержащих серебро. При их выплавке материал выбрасывался в отходы, но со временем из него начали делать различные изделия: фигурки, водопроводные трубы. В настоящее время свинец применяется:
Главным потребителем свинца является автомобильная промышленность, где широко применяются баббиты. Производство свинцовых стартерных аккумуляторов постоянно растет, в разработки вносятся усовершенствования.
В химической промышленности материал используют для покрытия стальных изделий: аппаратов, резервуаров, трубопроводов. Так как железо и свинец между собой не соединяются, то на изделия предварительно наносят тонкий слой расплавленного олова. Такой процесс обработки называется лужением.
В производстве применяется не только чистый свинец, но и его соединения. Например, оксид свинца используется при изготовлении стекла. Незначительная добавка соединения в материал при плавке стекла позволяет придать хрустальным изделиям прозрачность естественного минерала — горного хрусталя.
Технические параметры олова
Данный химический элемент известен более 3500 лет и изначально предназначался для изготовления столовых предметов. Современное потребление олова связано с консервной промышленностью.
Патент на способ хранения продуктов в жестяных банках принадлежит повару из Франции. С 1810 года человечество получило возможность долговременного хранения пищевых продуктов.
Олово является основным компонентом припоев, применяемых для пайки и лужения теплообменных аппаратов, радиаторов автомобильных двигателей, лужения медицинской и пищевой аппаратуры.
Материал используется для производства оловянной бронзы, обладающей отличными механическими, литейными, антикоррозионными свойствами. Такие сплавы применяются в деталях, предназначенных для эксплуатации в особых условиях и и при особой нагрузке.
Сплавом, обладающим низким коэффициентом трения, является баббит. Он содержит 83% олова, сурьму и медь. Его применяют в производстве подшипников. Благодаря устойчивому соединению сурьмы и меди сплав имеет высокую твердость.
Механизм работы подшипника и компоненты состава исключают возникновение механических повреждений на поверхности детали.
Олово обладает специфическими физическими свойствами:
Истории известны случаи таких преобразований. Пуговицы, сделанные из чистого материала, на морозе теряли свою форму, а «оловянная чума» разрушала слитки металла.
Главные различия металлов и их сплавов
Еще в древности эти материалы различали только по цвету и называли белым и черным оловом. Между ними существуют различия, которые можно легко установить без дополнительных анализов.
Масса свинца выше в 1,5 раза, чем у олова. Зато олово имеет высшую твердость и трещит при деформации. Свинец легко окисляется с образованием пленки серого цвета.
Какие компоненты содержит сплав олова со свинцом, определить сложнее. Приблизительный показатель можно получить при фиксировании температуры и характера плавления соединения.
Подшипниковые материалы, содержащие олово и свинец, сплав металлов с никелем, теллуром, кальцием, обладают высокой устойчивостью к износу.
Припои на основе этих металлов различаются температурой плавления. Мягкие, с температурой плавления до +300 °C, содержат висмут и кадмий. Твердые (тугоплавкие) припои, переходящие в жидкое состояние при +500 °C, в своем составе имеют серебро, цинк, медь.
Для пайки сплавов с высоким содержанием олова, в которых отсутствует свинец, рекомендуется использование реактивов, разбавленной азотной кислоты. При травлении состава основа чернеет, а места с низким содержанием металла остаются светлыми, что позволяет улучшить качество пайки деталей.
Расплавленный чистый свинец не скользит по поверхности, не смачивая ее, но сплав с оловом позволяет получить качественное покрытие. Рабочая температура ванн устанавливается в зависимости от долевого содержания сплавляющего металла.
В случае необходимости уменьшения масляного зазора подшипников и улучшения условий работы деталей применяют поверхностное покрытие сплавами олова или свинца.
Для покрытия поверхности без содержания углеродов в качестве полуды применяют сплав, содержащий 90% свинца, 5% олова и 5% сурьмы. Состав сплава влияет на текучесть материала, которая варьируется в зависимости от соотношения компонентов.
Что тверже олово или свинец
Олово – мягкий и пластичный блестящий металл серебристо-белого цвета. Характеризуется хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, растворимо в разбавленных сильных кислотах и концентрированных щелочах. Олово применяют для нанесения покрытий (лужения), получения сплавов и припоев для пайки, а также в качестве легирующих присадок.
Сплавы олова представляют собой системы олово – сурьма – медь и олово сурьма – свинец, которые содержат от 3 до 90 % олова. Их применяют как антифрикционные сплавы – баббиты для заливки подшипников и как припои. Использование свинца сокращает стоимость припоя, а введение сурьмы повышает прочность шва.
Свинец
Свинец – мягкий ковкий пластичный металл светло-серого цвета с синеватым оттенком. Значительно мягче олова, режется ножом и царапается ногтем, легко прокатывается в тонкие листы. Свинец устойчив против коррозии и воздействия ряда химических веществ, особенно серной кислоты. Выплавка свинца была одним из первых металлургических процессов. Он широко применяется в химической промышленности для защиты аппаратуры от разъедания. Из свинца изготавливают оболочки для защиты электрических кабелей, дробь, краски и свинцовые аккумуляторы.
Сплавы свинца
Сплавы свинца имеют высокую плотность и низкую механическую прочность. Они легкоплавки и устойчивы против коррозии. Сплавы с преобладанием свинца значительно дешевле, чем на основе олова. Их используют как антифрикционные сплавы – баббиты, как типографские сплавы и припои. Свинец с добавками олова и сурьмы становится значительно тверже.
Точную дату появления оловянно-свинцового припоя вряд ли кто-то назовет. Однако соединение, обозначаемое «ПОС», известно еще со средних веков. Оно обладает оптимальными качествами для того, чтобы соединять многие металлы.
Его легко расплавить, а свинец и олово, входящие в состав, добывались несколько тысяч лет назад. В настоящее время припой ПОС – самый распространенный вид расходного материала, применяемый в каждодневной практике.
Основные данные
Популярность припоев из олова и свинца объясняется несколькими обстоятельствами.
Главная особенность сплавов – способность при определенном соотношении компонентов образовывать состав с эвтектическими свойствами. Это межметаллическая система, температура плавления которой меньше, чем ожидаемые значения.
Можно себе представить радость первооткрывателей, которые обнаружили, что оловянно-свинцовый сплав для превращения в жидкое состояние можно нагревать до меньшей температуры.
Интересно, что эвтектическая смесь может служить растворителем, в котором распределяется при добавлении определенное дополнительное количество какого-либо металла.
Так были разработаны разнообразные марки припоев ПОС. В их технических характеристиках указаны пропорции, значения физических констант.
Визуально заметно, что при преобладании в оловянно-свинцовом сплаве олова припой имеет сильно выраженный металлический блеск. Если в сплаве больше свинца, поверхность имеет сероватый цвет с синим оттенком.
Характеристики отдельных марок
Все представители категории относятся к легкоплавким припоям. Оловянно-свинцовые сплавы при любом соотношении исходных металлов плавятся при температуре до 450 °С. Характеристики припоев ПОС регламентированы ГОСТом.
Производители поставляют припойную продукцию:
В целом существует однозначная закономерность. Чем меньше массовая доля олова в оловянно-свинцовом припое, тем больше его температура плавления и меньше прочностные показатели.
Больше половины олова
В сплаве, содержащем 90 % олова, остальную часть массы составляет свинец. Припой ПОС-90 имеет температуру плавления 220 ℃.
Применяется для пайки изделий, которые впоследствии будут подвергаться гальванической обработке золотом или серебром.
Оловянно-свинцовый припой с 61 % олова имеет более доступную температуру плавления, равную 191 °С. ПОС-61 используется для изготовления тонких контактов деталей из медных и стальных сплавов в различных измерительных приборах. Места нанесения сплава не должны подвергаться сильному нагреванию.
Припой модно применять для пайки проводов, имеющих толщину до 0,08 мм, в обмотке. Он может подвергаться действию токов высокой частоты.
Припой используют во всех ситуациях, требующих большой прочности и надежности соединения радиоэлементов, компонентов микросхем. Им можно паять провода, защищенные оболочкой из поливинилхлорида.
Оловянно-свинцовый припой, содержащий равные доли двух металлов, обозначается как ПОС-50. Он плавится при температуре 222 ℃. Применим во всех ситуациях, где может использоваться ПОС-61.
Отличие сводится к тому, что данный припой имеет более высокую температуру плавления. Если контакт может нагреваться это качество будет полезным.
Меньше половины олова
Швы, для которых велика вероятность нагрева до еще более высоких температур, следует паять посредством припоя ПОС-40. Температура плавления оловянно-свинцового сплава, содержащего от 39 % до 41 % олова, составляет 238 °С.
Обращаем внимание на то, что представленные показатели характерны для окончательного плавления сплава. Начинается процесс при несколько более низких температурах.
Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов. Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке.
Еще большую температуру окончательного расплавления имеет сплав ПОС-30. Она равна 256 ℃.
Этот оловянно-свинцовый припой используется для пайки швов, не подлежащих нагрузке, из медных и стальных материалов.
Припой ПОС-18 окончательно расплавляется при 277 ℃. Образующийся шов имеет небольшую механическую устойчивость.
Представленный оловянно-свинцовый сплав можно применять для лужения, пайки ненагружаемых медных деталей, изделий из оцинкованного железа.
Оловянно-свинцовый сплав, содержащий всего 10 % олова, имеет максимальную в этом ряду температуру плавления, равную 299 ℃, и минимальную прочность.
ПОС-10 может использоваться для пайки, лужения контактов на поверхности приборов реле. ГОСТ позволяет применять состав для обработки контрольных точек в топках паровозов. В настоящее время паровозы остались уже только в музеях, иногда их приходится ремонтировать, реставрировать.
Припои с маркировкой ПОС – бессурьмянистые расходные материалы.
Группа специальных сплавов
При добавлении в состав металлических композиций в небольших количествах сурьмы значительно увеличивается прочность шовных соединений.
Материал обозначается маркировкой «ПОСсу», имеет температуры плавления от 189 ℃ (у состава со следовым содержанием сурьмы) до 270 ℃ (у припоя с содержанием сурьмы, достигающим 4 %, в некоторых даже 6 %).
Материалы первой подгруппы с концентрацией добавки, измеряющейся в сотых долях процента – это малосурьмянистые марки.
Такие припои применяются в авиа- и автомобилестроении, при производстве холодильного оборудования, пищевой посуды, подлежащей последующему лужению.
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 |
Олово и свинец находятся в главной подгруппе IV группы Периодической системы, в которую также входят углерод C, кремний Si и германий Ge. Первые два элемента являются неметаллами, германий принадлежит к переходным элементам, а олово и свинец – типичные металлы. Поэтому в данном разделе олово и свинец будут рассматриваться отдельно от остальных элементов главной подгруппы IV группы.
Исторические сведения. Олово и свинец принадлежат к числу семи металлов, известных человечеству издревле, поэтому точная дата их открытия не известна. Следует отметить, что вплоть до наступления н. э. олово и свинец нередко путали между собой, поскольку оба металла обладают схожими свойствами. Отголоски такого заблуждения сохранились до сих пор: например, в некоторых славянских языках (болгарском, сербском, чешском, польском) металл свинец называется словом олово.
Первые изделия из свинца датируются III тысячелетием до н. э. (Месопотамия, Древний Египет). Металл был открыт благодаря широкой распространенности своих руд и легкости, с которой его можно выплавить – достаточно было положить свинцовую руду в костер с большим количеством древесного угля и создать тягу (постоянный доступ свежего воздуха).
Происхождение латинского и русского названий обоих металлов доподлинно не установлено. Одна из версий звучит следующим образом: латинское слово stannum (стойкий) первоначально относилось к сплаву свинца и серебра, позднее к другому, имитирующему его сплаву, содержащему около 67% олова, и лишь с IV века н. э. этим словом стали называть олово.
Распространение в природе. Олово и свинец не принадлежит к группе наиболее распространенных элементов в земной коре, но и не являются редкими металлами.
Оба металла встречаются в природе в основном в виде кислородных или сернистых соединений, среди которых промышленное значение имеют касситерит (оловянный камень) SnO2, станнин (оловянный колчедан) Cu2S∙FeS∙SnS2, галенит (свинцовый блеск) PbS, англезит PbSO4 и церуссит PbCO3. Всего же известно около 25 оловянных и более 100 свинцовых минералов. Исключительно редко олово и свинец встречаются в самородном состоянии.
Физические свойства. Олово имеет две аллотропные модификации. При обычных условиях устойчивой является β-форма (белое олово) – блестящий металл серебристо-белого цвета. Постепенно блеск исчезает, так как на поверхности металла образуется оксидная пленка. При температурах ниже –13оС белое олово превращается в α-форму (серое олово), особенно быстро этот переход происходит при температурах ниже –30оС. α-Олово представляет собой металл серого цвета, внешне похожий на свинец. Кроме цвета, две модификации олова различаются между собой по плотности и пластичности. Белое олово плотностью 7,29 г/см3 несколько тяжелее серого, плотность которого составляет 5,85 г/см3. β-Олово – мягкий и пластичный металл, он легко прокатывается в тонкую фольгу (станиоль), тогда как серое олово не обладает пластичностью и легко рассыпается в порошок.
Известно немало случаев, когда изделия, выполненные из белого олова, на морозе приобретали серый цвет и разрушались. Такое явление получило название «оловянная чума». Причина разрушения состоит в резком увеличении объема металла, ведь плотность белого олова больше, чем серого, и следовательно, при равной массе α-олово будет занимать объем на 25-26% больше по сравнению с β-формой. Переход одной формы олова в другую облегчается при контакте белого олова с частицами серой формы, и он распространяется подобно «болезни». Эта «болезнь» – одна из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 году. На обратном пути участники остались без топлива из-за того, что оно просочилось через запаянные оловом баки, пораженные «чумой».
Свинец представляет собой металл грязно-серого цвета, но на свежем разрезе он имеет синеватый отлив и блестит. Однако блеск быстро пропадает, так как металл покрывается защитной пленкой оксида. Свинец – один из самых тяжелых металлов: его плотность составляет 11,34 г/см3, что примерно в полтора раза больше, чем у железа, или вчетверо больше, чем у алюминия. Недаром в русском языке слово «свинцовый» является синонимом «тяжелого». Кроме того, свинец – один из самых мягких металлов: его можно легко поцарапать ногтем или разрезать ножом.
И олово, и свинец принадлежат к группе легкоплавких металлов. Их температуры плавления равны 232оС и 327оС соответственно. Точки кипения: для олова 2270оС, для свинца 1750оС. Но еще задолго до достижения температуры кипения олово и свинец начинают испаряться. Для олова летучесть начинается примерно с 1200оС, для свинца – с 700оС. Последнее необходимо помнить тем, кто работает со свинцом при повышенных температурах, поскольку сам металл, а также его соединения токсичны. Попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая в дальнейшем их разрушение.
Электропроводность олова и свинца низкая для металлов. Если сравнить оба металла с медью, то они примерно в 10 раз хуже проводят электрический ток.
Химические свойства. Электронная конфигурация атомов олова и свинца завершается на ns2np2, где n – номер последнего (внешнего) электронного слоя. Поэтому оба металла могут проявлять валентности II или IV. Олово в одинаковой мере проявляет обе валентности, но соединения четырехвалентного олова более устойчивы. У свинца двухвалентное состояние преобладает над четырехвалентным, поэтому в большинстве соединений он проявляет валентность II. Кроме того, в атомах обоих металлов присутствуют незаполненные р – и d-орбитали, что сказывается на возможности олова и свинца к комплексообразованию.
Поскольку олово и свинец в электрохимическом ряду напряжений металлов расположены непосредственно перед водородом, их можно отнести к малоактивным металлам. Тем более что на снижении их реакционноспособности сказывается наличие оксидного слоя на поверхности металла.
При комнатной температуре олово и свинец устойчивы к воздействию большинства неметаллов и соединяются только с хлором и бромом, при этом олово проявляет валентность IV, а свинец – валентность II:
Но если подобрать определенные условия, можно получить хлорид четырехвалентного свинца (бромида и иодида свинца (IV) не существует, так как четырехвалентный свинец является сильным окислителем и он окислил бы бромид – и иодид-ионы до свободных галогенов):
Однако соединения свинца (IV) в основном нестабильны и легко превращаются в соединения двухвалентного свинца:
При повышенных температурах химическая активность металлов значительно возрастает, и они вступают в реакцию с кислородом, фтором, йодом, серой, селеном и теллуром. Кроме того, олово при нагревании взаимодействует с фосфором и азотом. И опять наблюдается различие по валентности: олово, как правило, проявляет валентность IV, тогда как свинец – II:
Лишь при реагировании с серой оба металла двухвалентны:
Существует также сульфид четырехвалентного олова SnS2, который получают косвенными методами, например, пропусканием сероводорода через подкисленные растворы солей олова (IV). Сульфида свинца (IV) не существует по той же причине, по которой никогда не образуются бромид и иодид свинца (IV).
С холодной или кипящей водой оба металла не взаимодействуют, зато при повышенных температурах они способны разлагать водяной пар:
Именно инертностью олова по отношению к воде и кислороду при обычных условиях объясняется использование этого металла в покрытии жестяной тары для продуктов питания. К тому же металлическое олово и продукты его коррозии относительно безвредны для человеческого организма. Некоторое время для этих целей применялся свинец, но после того, как стало известно о его токсичности, от него отказались.
Поскольку олово и свинец расположены в ряду металлов левее водорода, они способны вступать в реакцию с кислотами. При этом оба металла проявляют валентность II, исключение составляют концентрированная серная и азотная кислоты – с ними олово уже четырехвалентно. Из-за низкой химической активности металлов их растворение в кислотах происходит крайне медленно. Например, разбавленные соляная и серная кислоты начинают заметно действовать на олово только при нагревании. При комнатной температуре реакция идет с очень низкой скоростью, что почти невозможно заметить пузырьки выделяющегося газа: