Alva (Sn) — ķīmiskais elements
Alva — mīksts metāls ar zemu kušanas temperatūru
Alva (Sn) ir ķīmiskais elements ar atomskaitli 50, kas atrodas periodiskās tabulas 14. grupā. Tas ir sudrabaini balts metāls, kam raksturīgs mīkstums, plastiskums, salīdzinoši zema kušanas temperatūra un laba izturība pret koroziju parastos apstākļos. Elementa latīniskais nosaukums ir stannum, no kura cēlies tā ķīmiskais simbols Sn.
Alva cilvēcei ir pazīstama kopš seniem laikiem, un tai bijusi nozīmīga loma metalurģijas attīstībā. Mūsdienās to izmanto aizsargpārklājumiem, lodēšanas materiālu ražošanā, dažādu ķīmisko savienojumu izgatavošanā un elektronikas rūpniecībā. Īpašu interesi rada alvas fizikālās īpašības, tostarp raksturīgā "alvas čīkstēšana" un spēja zemā temperatūrā mainīt kristālisko struktūru.
Alvas galvenie raksturlielumi
Fizikālās īpašības
Istabas temperatūrā alva ir mīksts, sudrabaini balts metāls ar metālisku spīdumu. Tā ir viegli deformējama, velmējama un formējama. Baltās alvas blīvums ir aptuveni 7,31 g/cm³. Tā kā alvas kušanas temperatūra ir tikai 231,93 °C, metālu var izkausēt ievērojami zemākā temperatūrā nekā dzelzi, varu vai alumīniju.
Alva vada siltumu un elektrisko strāvu, lai gan tās elektrovadītspēja ir zemāka nekā varam. Saliecot dažus tīras alvas paraugus, var dzirdēt raksturīgu krakšķēšanu, ko dēvē par "alvas čīkstēšanu". Šī skaņa rodas metāla kristālu pārvietošanās un pārkārtošanās rezultātā mehāniskas deformācijas laikā.
Alvas mēris un kristāliskās formas
Alva pastāv vairākās kristāliskās modifikācijās. Parastā temperatūrā stabila ir baltā alva (β-Sn), kurai piemīt metāliskas īpašības. Temperatūrā zem aptuveni 13,2 °C termodinamiski stabilāka kļūst cita forma — pelēkā alva (α-Sn), kurai ir atšķirīga kristāliskā struktūra un ievērojami mazāks blīvums.
Baltās alvas pārvēršanos pelēkajā pavada tilpuma palielināšanās un metāla struktūras sairšana. Šo parādību sauc par "alvas mēri". Praksē pārvērtība parasti norit lēni un ir atkarīga no temperatūras, metāla tīrības un kristalizācijas centru klātbūtnes. Īpaši nelabvēlīga ir ilgstoša zemas temperatūras iedarbība un apstākļi, kas veicina pelēkās alvas veidošanos.
Ķīmiskās īpašības
Parastos apstākļos alva ir salīdzinoši izturīga pret gaisa iedarbību, jo uz tās virsmas veidojas plāna aizsargājoša oksīda kārtiņa. Karsējot tā aktīvāk reaģē ar skābekli, veidojot oksīdus, galvenokārt alvas dioksīdu (SnO₂). Alva visbiežāk veido savienojumus ar oksidēšanās pakāpēm +2 un +4.
Metāls reaģē ar noteiktām skābēm un sārmiem, un reakcijas raksturs ir atkarīgs no koncentrācijas un temperatūras. Pateicoties ķīmiskajai noturībai, spējai veidot aizsargpārklājumus un salīdzinoši zemajai kušanas temperatūrai, alva tiek plaši izmantota dažādās rūpnieciskajās tehnoloģijās.
Kur izmanto alvu
Alvošana un aizsargpārklājumi
Alvu izmanto plāna aizsargslāņa uzklāšanai uz tērauda un citām metāla virsmām. Alvots tērauds tiek izmantots skārda iepakojuma, tostarp pārtikas produktu iepakojuma, ražošanā. Alvas pārklājums aizsargā virsmu un uzlabo tās tehnoloģiskās īpašības.
Elektronika un lodēšana
Alva ir svarīga lodēšanas materiālu sastāvdaļa elektroniskajās ierīcēs, elektriskajos savienojumos un metāla detaļās. Tās salīdzinoši zemā kušanas temperatūra ļauj veidot savienojumus bez pārmērīgas pamatmateriālu karsēšanas.
Ķīmiskā rūpniecība
Alvas savienojumus izmanto speciālu pārklājumu, keramikas, stikla un ķīmisko reaģentu ražošanā. Alvas dioksīdu izmanto funkcionālajos pārklājumos, gāzu sensoros un citos tehniskajos materiālos.
Metalurģija un speciālie materiāli
Alvu izmanto metalurģijā dažādu metāla materiālu īpašību mainīšanai. Tā tiek izmantota arī atsevišķu gultņu materiālu, tehnoloģisko pārklājumu un specializētu rūpniecisko izstrādājumu ražošanā.
Alvas iegūšana
Galvenais dabiskais alvas avots ir minerāls kasiterīts (SnO₂). Alvu saturošas rūdas iegūst un bagātina, atdalot derīgo minerālu no nevajadzīgajiem iežiem. Pēc sagatavošanas koncentrātu pakļauj metalurģiskai pārstrādei, kuras laikā alvas savienojumus reducē līdz metāliskai alvai.
Viena no tradicionālajām alvas iegūšanas metodēm ir reducējoša kausēšana, izmantojot oglekli saturošus materiālus. Iegūto metālu attīra no piemaisījumiem ar dažādām rafinēšanas metodēm. Produktiem, kuriem nepieciešama augsta tīrības pakāpe, izmanto papildu attīrīšanas posmus.
Alva dabā un otrreizējā pārstrādē
Alva Zemes garozā sastopama galvenokārt minerālu sastāvā, no kuriem svarīgākais ir kasiterīts. Nozīmīgas atradnes ir saistītas ar dažādiem ģeoloģiskajiem procesiem, tostarp rūdas dzīslu un sanesu veidošanos. Vēsturiski alvas ieguve bijusi svarīga metalurģijas un starptautiskās tirdzniecības attīstībā.
Alva ir piemērota otrreizējai pārstrādei, un to var atkārtoti atgriezt rūpnieciskajā apritē. To atgūst no ražošanas atlikumiem, alvu saturošiem pārklājumiem, elektroniskajiem komponentiem un citiem materiāliem. Pārstrāde ļauj samazināt nepieciešamību pēc pirmreizējām izejvielām un dabas resursu patēriņu.
