Задача о свойствах олова

Имя задачи:  Задача о свойствах олова

Автор , учитель химии и биологии

Предмет: химия

Класс: 10

Тема:  «Свойства олова. Его применение».

Профиль: общеобразовательный

Уровень: общий

Текст задачи.

  В 1868 году академик К. Фрицше представил на заседании Петербургской академии наук доклад о том, что на военных и таможенных складах рассыпались все оловянные пуговицы и бруски. Металл по неизвестным причинам превращался в серую труху, похожую на щелочные моющие средства. Вслед за этим выступлением в Академию стало поступать огромное количество сообщений из самых различных мест Европы и даже Северной Америки.

  Все светлые умы науки сходились на мнении, что олово простужается, а затем рассыпается. И тому нашлось много подтверждений:

  Так, товарный поезд из Голландии, перевозивший бруски олова в Москву, вызвал немалое удивление у работников вокзала, когда выяснилось, что весь металл превратился в груды серого порошка. На Нерчинских рудниках во время сильных заморозков рассыпались все оловянные ложки и миски.

  Некоторые историки считают, что одни из обстоятельств поражения армии Наполеона в России в 1812 г. было то, что сильные морозы привели к превращению оловянных пуговиц на мундирах солдат в порошок. Несчастные солдаты великой наполеоновской армии тогда сильно подмерзли, бредя по нашим бескрайним российским просторам.

  Наиболее детально взяться за изучение этой проблемы побудила гибель экспедиции Скотта в 1912 г., которая первой достигла Южного полюса, однако не смогла вернуться обратно. Среди снежной пустыни люди остались без горючего, поскольку керосин вытек из разрушившихся по неизвестной причине баков, которые были пропаяны оловом.

  Реально ли это описание? Дайте пояснения и докажите свою точ­ку зрения. Предложите выход из ситуации.

а) Выделите ключевые слова для информационного поиска.

б) Найдите и соберите необходимую информацию.

в) Обсудите и проанализируйте собранную информацию.

г) Сделайте выводы.

д) Сравните Ваши выводы с выводами известных людей.

Возможные информационные источники.

Книги:

Хомченко для поступающих в вузы: учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1999.

Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы. В 2-х томах. Т. 2 / и др. – М.: Экзамен, 2004.

Книга для чтения по неорганической химии. Книга для учащихся. В 2-х частях / Сост. . – 3-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1993.

Компакт-диски:

Большая энциклопедия «Кирилла и Мефодия».

Web-сайты:

http://www. edic. ru

http://ru. wikipedia. org/

http://www. hemi. nsu. ru

http://maratakm. narod. ru

http://chen.kn. ru

http://school-sector.relarn.ru/nsm

Культурный образец

http://www. megabook. ru

и др. Химия: справочник. –  М.: Дрофа, 2000.

  Долгое время ученые не могли объяснить столь странное поведение металла, и только в недавно выяснилось, что причина кроется в изменении кристаллической структуры олова под действием низких температур.

  Как и многие другие элементы, олово полиморфно, то есть имеет несколько аллотропических модификаций (в переводе с греческого «аллотропия» означает «другое свойство», «другой поворот»). В обычных условиях оно существует в виде бета-модификации, так называемое белое олово, которое устойчиво при температурах выше 13,2 °C. Белое олово — это тот самый мягкий пластичный блестящий металл серебристо-белого цвета, обладающий тетрагональной элементарной ячейкой с параметрами a=0.5831, c=0.3181 нм. Координационное окружение каждого атома олова в нем — октаэдр.

  Чистое олово обладает низкой механической прочностью при комнатной температуре (предел прочности при растяжении 16,6 Мн/м2 или 1,7 кгс/мм2; относительное удлинение 80—90 %), то есть в бета-фазе (можно согнуть оловянную палочку, при этом будет слышен характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга) и поэтому редко используется. Однако оно легко образует сплавы с большинством других черных и цветных металлов. При охлаждении, особенно при морозе на улице, белое олово переходит в б-модификацию — серое олово, которое имеет структуру алмаза (кубическая кристаллическая решетка с параметром а = 0,6491 нм).

  В сером олове координационный полиэдр каждого атома — тетраэдр, координационное число которого 4. Фазовый переход начинается при температуре ниже 13,2 °C, происходит постепенная перестройка в кристаллической решетке оловянного слитка, при которой белое олово превращается в порошкообразное серое (б-олово), причем, чем ниже температура, тем больше скорость этого превращения. При −33 °C скорость превращений становится максимальной, поверхность оловянного слитка покрывается трещинами, и металл превращается в порошок.

  Оказалось, что олово поражает "оловянная чума". Полиморфное превращение "белого олова" в "серое" было известно давно — на складах многих армий, бывало, не досчитывались то пуговиц на шинелях, то котелков. Однако далеко не сразу разобрались, что развивается это явление только в условиях низких температур — быстрее всего процесс идет при –33 °C. Причем, если пораженные вещи соседствуют с целыми, происходит заражение "здорового" металла, прямо как при настоящей "человеческой" чуме. "Оловянная чума" погубила многие ценнейшие коллекции оловянных солдатиков. Например, в запасниках питерского музея Александра Суворова превратились в труху десятки фигурок — в подвале, где они хранились, лопнули зимой батареи отопления.
  «Лекарством» от такой болезни металла послужило создание нового сплава олова с стабилизирующими его «непостоянство» металлами. Британской гильдией производителей был создан стойкий к "чуме" сплав олова, под названием пьютер, состоит из 93% олова, 5% сурьмы и 2% меди и применяется в производстве посуды, предметов быта, украшений. Даже знаменитый «Кубок Америки» и оскаровские статуэтки изготавливаются из пьютера и только потом покрываются золотом и серебром.

  «Вылечить» же металл, столь необходимый для пайки проводов и электронной аппаратуры, возможно, если добавить в него стабилизатор, например висмут. Металлы олово и медь образуют сплав – бронзу. Из бронзы во всем мире изготовляют памятники воинам. В Трептов-парке в Берлине у памятника воинам Советской Армии, павшим при штурме столицы фашистской Германии, отлиты пять огромных (до пяти метров в диаметре) бронзовых венков, лежащих на братских могилах.

  Методический комментарий

  Ключевыми словами для решения данной задачи являются: «аллотропия», «аллотропные модификации», «свойства олова», «применение олова».

  Для решения данной задачи учащиеся должны знать, какие аллотропные модификации олова встречаются в природе.

  Решая данную задачу, ученикам необходимо ответить на следующие вопросы:

1.Физические свойства олова.

2. Какие отличительные свойства у аллотропных модификаций олова?

3. Химическая активность аллотропных модификаций олова.

4. Как и где используют олово?

  Ответы на вопросы позволят учащимся сделать общий вывод о значении олова и зависимости свойств вещества от строения.

  В результате решения задачи у учащихся формируются знания об аллотропии; о связи строения и свойств вещества; практическом применении металла.