锡的结构以及锡疫
2011-06-05 17:48阅读：
1. 锡的结构
金属锡柔软，易弯曲，熔点231.89℃，沸点2260℃。它有不同晶体异形体，根据外观颜色可以分成白锡、灰锡、脆锡三种。
在室温（20℃）和高于室温的条件下，最稳定的形态是白锡，白锡是一种延展性良好的金属，可以煅造。白锡（β锡）属四方晶系，密度7.28克/立方厘米，硬度2，延展性好；
当温度在13℃以下时，锡的结晶点阵就会重新排列，原子之间的空隙就会加大，形成一种新的结晶形态，即灰锡。灰锡因为物理结构的改变失去金属部分特性成为一种半导体。在不同结晶点阵之间的，接触处发生的内应力使金属锡碎裂成粉末。灰锡（α锡）
属金刚石型等轴晶系，为金刚石形立方晶系，密度5.75克/立方厘米；
当锡处于高温状态时，例如接近熔点，它的特性又会进一步改变，延展性变得较弱，在这个状态，锡块容易断裂，叫做脆锡。脆锡为正交晶系，密度6.54克/立方厘米。
2. 锡疫
2.1 锡纽扣失踪之谜
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19世纪的一个冬天，俄国彼得堡的天气异常寒冷。彼得堡军用仓库管理员向军队发放了崭新的军大衣。官兵们接到这批军大衣后，发现所有的军大衣都没有钮扣。他们非常气愤，于是上告到沙皇那里。沙皇听了勃然大怒，下令要严惩监制军装的大臣。大臣哀求沙皇宽限他几天，以便进行调查。
大臣到了仓库，一看别的军装也都没有扣子。管理员告诉他，军装入库时是有扣子的。为什么军装在仓库里钮扣就消失了呢？大臣非常惊奇。他又仔细观察了一会儿，发现钉扣子的线没有割断的痕迹，只是在每个钉扣子的地方有一小堆灰色粉末。管理员告诉他，军装上原来钉的是锡做的钮扣。
“为什么锡扣子在仓库里变成灰色粉末了呢？”大臣百思不解，找到了彼得堡科学院，请他们给予解释。科学家们为这个问题搅尽了脑汁。后来，一位科学家跑到大臣那里，说他能解开这个谜。大臣半信半疑，就和科学家一起去拜见沙皇，说锡钮扣变成粉末是天冷冻的。沙皇不相信，非要科学家拿出证据不可。科学家要了一把锡酒壶放到花园里的一个石头桌子上。几天以后，科学家和大臣陪同沙皇一起到花园去观察锡壶。一看，锡壶仍旧放在那里，沙皇、大臣不约而同地怒视着科学家。科学家胸有成竹地走到锡壶跟前，轻轻地用手指一捅，锡酒壶就像沙子堆似的塌了下来，变成一堆粉末。科学家解释说，因为今年冬天天气特别冷，所以把军大衣上的锡钮扣和锡酒壶冻成锡粉末了。寒冷为什么会把锡钮扣冻成锡粉呢？
2.2 理论解释
原来，锡有两种同素异晶体。在熔点以下，18℃以上时，锡为白色，叫白锡，很稳定，具有正方晶格，比重为7.3；温度低于18℃时，锡多为灰锡，其结晶为钻石形的立方晶格，比重为5.85。锡随温度的降低由白锡变为灰锡时，其晶格结构要发生改变，其体积增加30%左右，锡便崩解了。人们把锡的崩解，叫做“锡疫”，也叫做锡的“相变”。但我们为什么不能经常看见锡的这种崩解现象呢？这是因为在温度略低于18℃时，相变速度很慢，随着温度的继续下降，相变速度加快。当温度下降到-30℃时，相变速度最快。锡的相变速度除了与温度有关外，还与锡所含的杂质有关。就拿锑来说吧，它就可以减慢锡的相变速度，当锡中含锑量达到0.5%时，就可以阻止相变的发生。
β锡转变成α锡时呈现粉状，这种现象称为“锡疫”。
锡也只有在常温下富有展性，如果温度下降到-13.2℃以下，它竟会逐渐变成煤灰般松散的粉末。特别是在-33℃或有红盐(SnCl4·2NH4Cl)的酒精溶液存在时，这种变化的速度大大加快。一把好端端的锡壶，会“自动”变成一堆粉末。这种锡的“疾病”还会传染给其他“健康”的锡器，被称为“锡疫”。造成锡疫的原因，是由于锡的晶格发生了变化：在常温下，锡是正方晶系的晶体结构，叫做白锡。当你把一根锡条弯曲时，常可以听到一阵嚓嚓声，这便是因为正方晶系的白锡晶体间在弯曲时相互摩擦，发出了声音。在-13.2℃以下，白锡转变成一种无定形的灰锡。于是，成块的锡便变成了一团粉末。
锡疫从字面上理解是金属锡得了瘟疫。其实是一种因为锡在低温状态下的物理现象。在低温下，锡金属失去金属光泽，原有的金属晶体结构也改变，原有固体金属会变成粉末状，而且这种现象会因为锡金属之间的接触而蔓延，因此人们称这种现象为锡疫。
3.1 锡疫的防治
主要方法
传染防治：未染上“锡疫”的锡板，一旦和有“锡疫”的锡板接触，也会产生灰色的斑点而逐渐“腐烂”掉。这一现象可能会影响镀锌板的品质和抗腐蚀性能。因此对于锡金属要注意如果无法保证储存温度要有一定的隔离手段，防止锡疫“传染”。
合金办法根治：金属铋可以预防“锡疫”，主要原理是铋原子中有多余的电子可借给锡原子构成的结晶点阵，使其状态稳定化，这样就可以避免低温情况下晶体架构的变化，从而避免“锡疫”的发生。合金可以有效的避免金属锡在低温状态下引起的不良变化。除了铋之外，锡也可以掺杂其它金属。
合金法的缺点
掺杂了金属铋以后，合金的熔点会大大降低，例如含量百分比为52:32:16的铋铅锡合金熔点只有95℃，远远小于三种金属纯净物的熔点(锡232℃；铋271℃；铅327℃)。镓铟锡合金的熔点更低，例如某种比例下熔点只有10.6℃，在常温下就变成液态了。
