Cínové náčinie - výhody, nevýhody, pravidlá starostlivosti. Viac o škodlivých a „užitočných“ jedlách. Účinky

Rastúca pozornosť moderného priemyslu k otázkam ochrany životného prostredia a starostlivosti o zdravie obyvateľstva v poslednom období výrazne ovplyvňuje zloženie materiálov a technológií používaných pri výrobe elektroniky. Rozšírila sa najmä technológia bezolovnatého spájkovania. Olovo je materiál, ktorý značne poškodzuje ľudské zdravie, ale odmietnutie jeho použitia v elektronike spôsobilo množstvo technologických problémov. O nových bezolovnatých spájkach je známe, že majú vyššiu teplotu topenia, čo zužuje procesné okno a tým zvyšuje kontrolovateľnosť procesu spájkovania. V niektorých aplikáciách, ako je pokovovanie podložiek na doskách plošných spojov a kolíkoch komponentov, sa pri prechode na bezolovnatú technológiu používal čistý cín vďaka svojej spracovateľnosti. Pri použití čistého cínu vzniká aj množstvo nových problémov súvisiacich predovšetkým s vlastnosťami tohto materiálu, ktoré ovplyvňujú spoľahlivosť a výkon zariadení v náročných podmienkach. Najmä cín je náchylný na tvorbu nitkových výrastkov – takzvaných „cínových fúzov“ a v mrazoch je náchylný na „chorobu“ – takzvaný „cínový mor“.

Tento článok sa zaoberá hlavnými problémami, ktoré môžu vzniknúť pri použití čistého cínu namiesto zliatin obsahujúcich olovo, ich príčinami, ako aj metódami riešenia prípadných defektov.

Cín: vlastnosti a aplikácie

Cín (lat. Stannum) je chemický prvok nachádzajúci sa v piatom období v skupine IVA periodického systému Mendelejeva; atómové číslo 50, atómová hmotnosť 118,69; bod topenia 231,9°C, bod varu 2620°C, biely lesklý kov, ťažký, mäkký a ťažný. Cín je vzácny stopový prvok, z hľadiska rozšírenosti v zemskej kôre je cín na 47. mieste. Používa sa predovšetkým ako bezpečný, netoxický, korózii odolný náter v čistej forme alebo v zliatinách s inými kovmi. Najdôležitejšou zliatinou cínu je bronz (s meďou). Najmä cín sa aktívne používa na vytváranie supravodivých drôtov na báze zlúčeniny Nb3Sn.

Cín sa vďaka svojej dobrej spracovateľnosti rozšíril v elektronickom priemysle ako spájka a povlaky.

Čistý cín ako nátery

Na zabezpečenie spájkovateľnosti a ochranu základného kovu pred koróziou sa používa povlakovanie kontaktných plôch čistým cínom.

S prechodom na bezolovnatú technológiu mnohí výrobcovia začali používať čistý cín na pokrytie vývodov a kontaktných plôch komponentov.

Ponorné cínovanie podložiek dosiek plošných spojov sa tiež používalo skôr spolu s cínovo-olovnatým povlakom kvôli takej vlastnosti, ktorá je potrebná na vytváranie kvalitných spájkovaných spojov, ako je rovinnosť povrchu. Plochý povrch kontaktných plôšok potiahnutý ponorným cínom umožňuje kvalitnú povrchovú montáž viackolíkových komponentov, vrátane tých s malým rozstupom kolíkov. Použitie čistého cínu v bezolovnatej technológii navyše zabezpečuje, že sa do spájky počas spájkovania nepridávajú ďalšie materiály. Tieto vlastnosti v kombinácii s nízkou cenou sa stali predpokladom pre široké použitie procesov pokovovania ponorením.

Imerzný cín sa chemicky nanáša na medený povrch vytlačeného vzoru substitučnou reakciou. V tomto prípade kov základu, ktorý sa má potiahnuť, daruje cínový ión v roztoku elektrón, ktorý prechádza do kovovej formy, zatiaľ čo základný kov rozpúšťa anódu:

Me 0 + Sn 2+ -> Me 2+ + Sn 0.

Štandardný elektródový potenciál medi je pozitívnejší vzhľadom na potenciál cínu, takže substitučná reakcia môže nastať iba v prítomnosti komplexotvorného činidla (tiomočoviny), ktoré posúva potenciál do zápornejšieho rozsahu hodnôt s ohľadom na cínovať:

2Cu0 + Sn2+ + 4NH2CSNH2 + 2CH3S03H -> 2Cu (NH2CSNH2)2CH3S03 + Sn0 + 2H+,

kde NH2CSNH2 je tiomočovina, CH3S03H je kyselina metánsulfónová.

Hrúbka ponorného cínového povlaku je asi 1 µm.

So začiatkom aktívneho používania čistého cínu so stále rastúcimi požiadavkami na mikrominiaturizáciu výrobkov však boli špecialisti konfrontovaní s novými prejavmi vlastností tohto materiálu, ktoré sú v metalurgii už dávno známe: tzv. „fúzy“ z cínu a „plechový mor“.

plechové fúzy

Tvorba fúzov je známy fenomén. Je charakteristický nielen pre cín, na tvorbu fúzov sú náchylné aj kovy ako zinok a kadmium. V skutočnosti prvé publikované správy o „fúzoch“ cínu pochádzajú zo 40-50-tych rokov XX storočia, tomuto fenoménu sa však pri výrobe elektroniky venovala malá pozornosť, keďže k rastu cínových fúzov nedochádza. v prítomnosti olovo obsahujúceho povlaku cínových základov, ako aj s dostatočným množstvom olovenej nečistoty v cíne. Použitie klasickej eutektickej zliatiny cínu a olova, najpoužívanejšej pred prechodom na bezolovnatú technológiu, zabezpečilo, že tento problém nenastal.

Cínové fúzy sú tenké vlákna, ktoré môžu rásť vertikálne, zakrivené, špirálovité, vo forme háčikovitých alebo vidlicovitých kryštálov cínu. Dĺžka fúzov môže byť až 150 µm, čo spôsobuje vážne nebezpečenstvo skratu susedných prvkov vodivého vzoru dosky plošných spojov. Whiskery, ohnuté alebo odtrhnuté pri výrobe výrobkov a ich prevádzke, môžu vytvárať vodivé prepojky medzi povrchmi vedúcimi prúd. Zároveň sa pri dostatočne veľkom prúde môžu fúzy roztaviť a spôsobiť krátkodobé poruchy. Whiskery môžu spôsobiť prerušované aj trvalé poruchy produktu.

Ryža. 1. Príklad zakriveného fúzu cínu pod mikroskopom. Fotografia z .

Ryža. 2. Príklad cínového fúzu pri zväčšení 3000x. Fotografia z .

Nie je možné presne predpovedať tvorbu cínových fúzov: môžu sa objaviť na nových produktoch aj roky po začatí prevádzky, a to na prvkoch aj pod nimi. Vôbec sa nemusia objaviť. Je známe, že fúzy typicky rastú na povlakoch s hrúbkou nad 0,5 μm.

Donedávna medzi odborníkmi nepanovala zhoda o dôvodoch rastu cínových fúzov. Za posledných niekoľko rokov došlo k významnému pokroku v štúdiu fúzov a hlavných príčin ich vzniku, no napriek tomu stále neexistuje konečné dohodnuté riešenie príčin tohto javu. Neexistujú ani žiadne priemyselné normy, ktoré by definovali cínové fúzy a upravovali, ako s nimi zaobchádzať.

Zistilo sa, že hnacou silou pri tvorbe fúzov je tlakové napätie vo vrstvách cínu. Toto namáhanie môže byť spôsobené rôznymi príčinami, ako je tvorba intermetalickej štruktúry, oxidácia a korózia, teplotné cykly alebo mechanické namáhanie.

V galvanicky pokovovaných povlakoch cínu dochádza ihneď po nanesení k ťahovému napätiu, ktoré časom (3-5 dní) slabne. Po 5-7 dňoch začína rásť vnútorné tlakové napätie, ktoré je dôsledkom tvorby intermetalických zlúčenín (Cu6Sn5 a Cu3Sn) na rozhraní vrstiev cínu a medi, ktorých molárny objem je väčší v pomere k objem vrstiev čistého cínu a medi. V dôsledku toho nastáva špirálový posun pozdĺž hranice zŕn kryštálovej mriežky, kde začína rast fúzov.

Ponorný cín má malú hrúbku, takže po potiahnutí nedochádza k namáhaniu v ťahu. Rast fúzov však stále prebieha a príčinou ich rastu je tlakové napätie vyplývajúce z rastu intermetalickej vrstvy. Keďže hrúbka cínu je malá, jeho atómy migrujú pozdĺž hraníc medzi kovovými zrnami do miesta rastu fúzov.

Tenké náterové vrstvy sú najviac náchylné na vnútorné napätie, pretože intermetalické zlúčeniny rýchlo úplne absorbujú vrstvu čistého cínu a oxidujú. Optimálna hrúbka ponorného cínu, ktorá sa rovná ~ 1 μm, už predstavuje vážny problém pre difúziu intermetalických zlúčenín.

Fúzy alebo dendrity?

Plechové fúzy by sa nemali zamieňať s dendritickým porastom, ktorý je tiež pomerne častou príčinou porúch elektronických zariadení, najmä prerušovaných alebo trvalých skratov. Rozdiel nespočíva len v procese formovania, ale aj v tom, čo je o týchto dvoch javoch známe.

Dendrity sú dobre známe, pretože nepredstavujú problém spôsobený prechodom na bezolovnatú technológiu. Sú to kovové vlákna alebo kryštály, ktoré rastú na povrchu kovu (v rovine x-y), a nie kolmo naň (na rozdiel od fúzov), vo forme stromových štruktúr. Mechanizmus dendritického rastu je elektrolytický. To znamená, že pre rast dendritov je potrebné mať elektrolyt a napätie, a preto môžu dendrity viesť k poruchám iba vtedy, ak existujú podmienky na tvorbu elektrolytu (napríklad vlhkosť plus zvyškový tok alebo organické kyseliny). a tiež len počas prevádzky produktu.

Pod vplyvom napätia prítomného na doske sa vodič-anóda rozpúšťa a dáva kladne nabité kovové ióny () do kanála. Ióny sú nasmerované cez kanál do vodičovej katódy, sú na nej obnovené do kovového stavu a vytvárajú vodivé prepojky v izolačnej medzere vo forme voľnej kovovej štruktúry podobnej dendritu (). Rýchlosť rastu dendritov na katóde môže dosiahnuť 0,1 mm za minútu. V dôsledku týchto procesov sa môžu v priebehu niekoľkých minút () vytvoriť fúzy s hrúbkou 2 ... 20 mikrónov a dĺžkou až 12 mm (). Po vytvorení vláknitého mostíka kryštály postupne zhrubnú na 0,1 mm a získajú výrazný kovový lesk. Odpor takýchto kryštálov môže dosiahnuť až 1 ohm.

Ryža. 3. Schéma tvorby dendritov v kanáli vyplnenom ionogénnym znečistením. Kreslenie z .

Postupnosť rastu dendritov je jasne vidieť na fotografiách ().

Ryža. Obr. 4. Etapy rastu kovových dendritov: a — 2 min; b - 2,5 min; c – 3 minúty; d - 4 min. Fotografia z .

Dendritický rast je pozorovaný na vodičoch potiahnutých Ag, Cu, SnPb, Au, AuPd. Aby sa zabránilo rozvoju dendritického rastu, výrobcovia kontrolujú prítomnosť vlhkosti a chemických zvyškov na konečných produktoch, ktoré sú schopné rozpúšťať kov s tvorbou iónov, ktoré potom tvoria dendrity.

Intermetalické látky v pocínovaní

Ako viete, intermetalidy alebo intermetalické zlúčeniny sú zlúčeniny dvoch alebo viacerých kovov navzájom. Intermetalické zlúčeniny označujú kovové zlúčeniny alebo metalidy. Vznikajú ako výsledok vzájomného pôsobenia zložiek pri fúzii, kondenzácii z pár, a tiež pri reakciách v pevnom skupenstve v dôsledku vzájomnej difúzie (pri chemicko-tepelnom spracovaní), pri rozklade presýteného tuhého roztoku jedného kovu v iný v dôsledku silnej plastickej deformácie pri mechanickom legovaní (mechanoaktivácia). V skutočnosti je intermetalická zlúčenina tenká hraničná vrstva vzájomnej penetrácie spájkovaných kovov do seba.

V spájkovaných spojoch hrá intermetalická vrstva úlohu mechanického spojiva. Avšak vznik intermetalických zlúčenín medzi cínovým povlakom a základným materiálom a ich následná oxidácia sú priamou príčinou zhoršenia spájkovateľnosti. Ak je hrúbka cínového povlaku príliš tenká, stále rastúca vrstva intermetalických zlúčenín absorbuje čistý cín, oxiduje a zhoršuje zmáčavosť spájky.

Ako už bolo uvedené, tvorba intermetalických zlúčenín môže byť príčinou tvorby cínových fúzov.

Náchylnosť cínu na tvorbu intermetalických zlúčenín je spojená s jeho štruktúrou, ktorá má na telo centrovanú tetragonálnu kryštálovú mriežku. Pomer dĺžky strán mriežkovej bunky (с/а) je menší ako jedna (obdĺžnik v priereze). Takáto nekubická mriežková štruktúra naznačuje anizotropné vlastnosti kovu. Pre cín sú koeficient tepelnej rozťažnosti a koeficient vlastnej difúzie väčšie v smere dlhšej strany kryštálovej bunky.

Vedci zaznamenali jednosmerný rast cínových fúzov, čo je ďalším potvrdením spojenia anizotropnej štruktúry cínu s tvorbou fúzov.

Okrem toho je v dôsledku tvorby intermetalických zlúčenín možný vznik takzvaných vlasových trhlín, tvorba krehkých spájkovaných spojov, čo negatívne ovplyvňuje vlastnosti produktu.

"Choroba" bieleho cínu

„Choroba“ bieleho cínu nezávisí ani tak od spoločného využívania cínu s akýmikoľvek inými materiálmi, ale od jeho povahy.

Koncom minulého storočia došlo k zaujímavej udalosti: cín bol poslaný z Holandska do Moskvy po železnici. Vlak odišiel, naložený tyčami bieleho plechu a priviezol len sivý zbytočný prášok. Po ceste plech „prechladol“ a „napadol ho mor“. Toto je jeden z mála legendárnych príbehov, kde cínový mor spôsobil ekonomické straty a dokonca aj smrť.

Ryža. 5. Cín s 5% obsahom medi po dlhom pobyte pri teplote -18°C. Fotografia z .

V skutočnosti je táto „choroba“ výsledkom preskupenia poradia atómov v kryštalickom cíne.

Cín môže existovať v dvoch modifikáciách: prvou je obyčajný strieborno-biely cín, kujný kov, ktorý môže rásť aj vo forme veľkých monokryštálov. Biely cín vzniká pri teplotách nad +13,2°C. Ak teplota klesne pod 13 ° C, potom sa atómy cínu môžu preusporiadať a vytvárať kryštály inej odrody - krehkého nekovového šedého cínu. Vlastnosti týchto dvoch druhov cínu sa výrazne líšia. Hustota bieleho cínu je 7,3 g/cm3 a hustota šedého cínu je 5,8 g/cm3. Koeficient tepelnej rozťažnosti šedého cínu je 4-krát vyšší ako v prípade bieleho cínu. Vnútorné napätia, ktoré vznikajú v miestach dotyku rôznych kryštálových mriežok, vedú k tomu, že materiál praská a drobí sa na prášok. Výsledná modifikácia už stráca vlastnosti kovu a stáva sa polovodičom.

Je známe, že biele aj sivé kryštály pozostávajú z rovnakých atómov cínu. Hlavným dôvodom rozdielu je však usporiadanie atómov v kryštálovej mriežke. Od zmeny veľkosti a tvaru atómových štruktúr sa vlastnosti hmoty úplne menia.

Jedna modifikácia prechádza do druhej, čím skôr je teplota okolia nižšia. Pri teplote mínus 33°C dosahuje rýchlosť tejto premeny maximum. Ak zalejete sivý cín vriacou vodou, potom sa pri silnom zahriatí atómy opäť preusporiadajú a cín sa opäť zmení na bielu odrodu.

Medzi fyzikmi kovov prevláda názor, že prechod bieleho cínu na sivú začína „infekciou“: na povrch bieleho cínu dopadajú čiastočky sivej farby a mechanizmus ich pôsobenia je podobný pôsobeniu „semena“ počas tzv. kryštalizácia kvapalín. Existuje však názor, že na infekciu „plechovým morom“ nie je potrebný priamy kontakt bieleho a šedého cínu.

Napriek tomu, že sivý cín je z hľadiska štruktúry a typu väzby medzi atómami polovodič, pre sivé kryštály cínu sa zatiaľ nenašlo takmer žiadne praktické uplatnenie - sú príliš náročné na pestovanie, sú krehké a z hľadiska elektrických vlastností nie sú o nič lepšie ako germánium a kremík, ktorých priemyselná výroba je plne zvládnutá.

Spôsoby predchádzania vzniku defektov spojených s používaním cínu

V súčasnosti sú vyvinuté metódy boja proti rastu intermetalík, výskytu cínových fúzov a cínového moru, vďaka čomu je možné predísť alebo znížiť pravdepodobnosť ich výskytu.

Zistilo sa, že rôzne konformné poťahové materiály môžu pomôcť znížiť poškodenie spôsobené cínovými fúzmi. Nátery nezabraňujú rastu fúzov, ale štúdie ukázali, že niektoré nátery spomaľujú alebo brzdia tvorbu fúzov. V niektorých prípadoch sa fúzy, ktoré sa vytvoria, „uzamknú“ vo vnútri povlaku, čo bráni ich rozvoju vedúcemu ku skratom.

Použitie povlakov, ktoré nie sú dostatočne hrubé alebo silné, aby zadržali rast fúzov, je kontroverznou otázkou. Nátery, ktoré majú dierky, sú vo všeobecnosti nepoužiteľné, pretože umožňujú prenikanie vlhkosti. Táto vlhkosť vytvára podmienky pre potenciálny dendritický rast a tiež poskytuje kanál pre tvorbu fúzov. Fúzy z cínu sú veľmi stabilné. Pod pokrievkou vyrastú a ak nie je dostatočne pevná, môžu cez ňu prerásť malé úponky.

Okrem toho môže byť korózia teoreticky významným zdrojom tlakového napätia v cínových fóliách a v dôsledku toho môže spôsobiť rast fúzov. Preto je potrebné prijať opatrenia, ktoré zabránia silnej oxidácii a kondenzácii vlhkosti.

Najlepším odporúčaním skupiny používateľov iNEMI Tin Whisker na potlačenie fúzov je použitie niklovej rozpery medzi pocínovaním a medenou základňou. Parametre ako hrúbka, pórovitosť a pružnosť niklového pokovovania sú veľmi dôležité na poskytnutie účinnej medenej bariérovej vrstvy. Zároveň je v dôsledku vytvorenia takejto vrstvy obmedzená difúzia medi a tvorba intermetalických zlúčenín cínu. Zistilo sa tiež, že je účinné nanášať nikel na oceľový substrát.

Odporúča sa vyhnúť sa nanášaniu cínu na mosadz, pretože táto kombinácia kovov má tendenciu viesť k fúzom. Pocínovanie mosadzou je možné použiť len vtedy, keď je aplikovaná niklová difúzna bariéra. Minimálna hrúbka niklovej difúznej bariéry je 1,27 µm.

Ak je povlak vystavený dlhodobému mechanickému tlaku, výrazne sa zvyšuje riziko rastu cínových fúzov. Malo by sa vykonať starostlivé testovanie, aby sa zistilo, či rast fúzov zníži spoľahlivosť produktu.

Cínový mor v elektronickom priemysle je pomerne zriedkavý jav. Aj keď sa použijú povlaky z úplne čistého kovového cínu, po spájkovaní sa rozpustí v spájkovacej zliatine a v prítomnosti nečistôt už cín nepodlieha cínovému moru. Preto sa na spájkovanie používa cín a spájkované výrobky sa nerozpadajú. V komponentových povlakoch olova sa spravidla nepoužíva absolútne čistý cín, nevyhnutne sa k nemu pridávajú nečistoty, ktorých aj malé množstvo môže tento problém odstrániť. Ak do cínu pridáte trochu, napríklad bizmutu, môžete zabrániť cínovému moru. Atómy bizmutu v kryštálovej mriežke cínu interferujú s preskupením a biely cín zostáva kovom a nerozpadá sa ani pri nízkych teplotách. Okrem toho sa dopovanie cínu antimónom, kobaltom a inými kovmi stalo prostriedkom proti cínovému moru. Zistilo sa, že hliník a zinok, naopak, prispievajú k vzniku moru.

Niektorí výrobcovia obmedzujú trvanlivosť čistých pocínovaných komponentov pri nízkych teplotách. Pri použití spájok s vysokým obsahom cínu je potrebné zvážiť aj účinok „cínového moru“. Keďže „cínový mor“ má silný účinok len pri teplotách pod -40 °C (pri teplotách blízkych nule trvá proces transformácie mnoho rokov), jeho vplyv na bezolovnaté komponenty je v súčasnosti málo pochopený.

Záver

Napriek dosiahnutým pokrokom je stále jasné, že úplne nerozumieme základom tvorby cínových fúzov a tomu, ako rastú. Neexistujú žiadne kvantitatívne modely na predpovedanie a predpovedanie rastu fúzov. Skupina používateľov iNEMI Tin Whisker User Group vyvinula základné metódy a štandardy na zníženie tlakového napätia v cínových fóliách a tým na zabránenie vzniku fúzov. Všetky tieto odporúčania sú založené na skúsenostiach. A ak dnes existujú osvedčené metódy na prevenciu cínového moru, potom ešte nie je možné zaručiť úplnú absenciu fúzov po procese aplikácie cínu.

www.ostec-smt.ru

Ponorný plech ako vrchný náter. Spoľahlivosť - v prvom rade! "Technológie v elektronickom priemysle", č. 4, 2007

Whisker Hodnotenie pocínovaných logických komponentov. Douglas W. Romm, Donald C. Abbott, Stu Grenney a Muhammad Khan. Texas Instruments. Správa o prihláške SZZA037A - február 2003.

Porovnajme vplyv na zdravie kovového, keramického, skleneného riadu, ale aj riadu s antiadhéznym povlakom a teraz vzácnejšieho dreva atď.
V komentároch sú cenné dodatky.

1. Drevo

V Rusku bol pôvodný riad drevený. Jedli drevenými lyžicami z drevených misiek, používali drevené misky, naberačky a krčahy. Okrem toho plietli nádoby z brezovej kôry - soľničky, tueski na skladovanie múky, obilnín.

Je známe, že brezová kôra má mnoho liečivých vlastností - od baktericídnych až po tonické. Takže telo našich predkov postupne nahromadilo liečivé vlastnosti stromov.

Je však dôležité vziať do úvahy, že drevené náčinie natreté pod Khokhloma by sa nemalo používať ako jedlo.

2. Meď

Ďalej sa objavil medený riad. Možno aj vy máte v kuchyni medenú misu alebo kastról? V mnohých rodinách sa totiž riad z medi a jej zliatin dedí z generácie na generáciu. A niet sa čomu čudovať: vždy sa to páčilo! Faktom je, že vďaka svojej vysokej tepelnej vodivosti má meď na varenie pozoruhodnú kvalitu - teplo je rovnomerne rozložené po povrchu riadu. A preto sa lahodný džem, voňavá káva alebo úžasná omáčka získavajú v medenej nádobe akoby samy od seba.

Moderná veda však trochu tlmí naše emócie - z jej pohľadu aj veľmi malé množstvo tohto kovu ničí kyselinu askorbovú v bobuliach a ovocí.

A ešte niečo: potraviny uložené v medenej nádobe strácajú vitamíny, polynenasýtené mastné kyseliny v nej ľahko oxidujú a tvoria zlúčeniny nebezpečné pre telo – voľné radikály. Pri častom používaní nie je vylúčená otrava.

Navyše meď vo vlhkom prostredí ľahko oxiduje a na riade vzniká zelený či modrozelený film – patina. Pri zahrievaní interaguje s potravinovými kyselinami a vytvára soli medi, ktoré sú pre telo škodlivé.

Preto je potrebné po umytí tanier alebo umývadlo dôkladne utrieť, aby sa zabránilo vytvoreniu filmu. Ak sa napriek tomu objaví patina, musí sa pred použitím riadu opatrne odstrániť z celého povrchu. Môžete to urobiť takto: utrite kuchynskou soľou navlhčenou v octe a ihneď opláchnite najprv teplou a potom studenou vodou.

3. Nebezpečenstvo olova v keramickom riade

Po stáročia sa olovo pridávalo do zliatin používaných na výrobu riadu. Smutné dôsledky toho v našej dobe sú vedcom dobre známe: olovo, postupne sa hromadí v ľudskom telečo vedie k otrave.

V Rímskej ríši nádoby na víno a iné kuchynské náčinie obsahovali veľké množstvo olova. Ako výsledok priemerná dĺžka života sa skrátila takmer o polovicu. Niektorí historici sa dokonca domnievajú, že otrava olovom rímskeho „vrcholu“ nebola posledným dôvodom úpadku mocného štátu.

Aj v našej dobe vedci dokázali, že na vine je olovo zničenie zdravia moskovských kniežat- voda, ktorá bola dodávaná do Kremľa, pretekala oloveným vodovodným potrubím ...

V mnohých krajinách sveta bol zavedený pred viac ako štvrťstoročím zákaz olova pri výrobe stolového riadu.

Ale napriek tomu sa aj dnes môžete ľahko stať majiteľom škodlivých hrncov alebo napríklad pohárov.

Tu je vhodné pripomenúť známy príbeh amerického manželského páru.

Raz, na dovolenke v Taliansku, si manželia kúpili krásne keramické poháre. Po príchode domov ich neodložili do skrinky za sklom, aby ich obdivovali a ukazovali hosťom, ale začali ich aktívne používať každý deň.

O dva a pol roka neskôr obaja manželia vykazovali príznaky otravy olovom: nespavosť, nervové zrútenia, náhle záchvaty bolesti „chôdza“ v rôznych častiach tela. Lekári, na ktorých sa postihnutí obrátili, si nevedeli rady – nevedeli pochopiť, o čo ide.

Muž dokonca absolvoval dve úplne zbytočné operácie a žena sa tvrdohlavo liečila na ochorenie pečene.

Ale podľa známeho príslovia „záchrana topiaceho sa je dielom samotných topiacich sa“ si americký pár, ktorý „nahrabal“ kopec špeciálnej lekárskej (a možno nielen) literatúry, diagnostikoval otravu olovom! A mal úplnú pravdu, čo potom potvrdili aj špecialisti pracujúci s jedmi.

Skúsme prísť na to, ako sa olovo dostalo do riadu (napokon, poháre sú keramické, nie kovové!). Dá sa predpokladať, že boli dekoratívne, a teda neboli určené na pitie čaju, kávy a iných nápojov z nich.

Faktom je, že podľa hygienických noriem je pri výrobe dekoratívnych jedál povolená prítomnosť olova. Ukazuje sa, že sa pridáva do farieb, aby dodal keramike hladkosť a krásny lesk. Ale: v návode na používanie takéhoto riadu musí byť napísané, že sa v ňom nedajú skladovať potraviny!

Preto si sami vyvodíme záver: ak si kúpime predajný tanier, pohár, hrniec – pestrofarebný, nehanbite sa a určite si od predajcu vypýtajte certifikát. A v tomto dokumente hľadáme informácie o výsledkoch kontroly jedál na obsah toxických látok. Ale, bohužiaľ, realita je taká, že certifikáty sú často sfalšované.

Takže možno ešte lepšie pozor, nekupujte keramiku s príliš jasnou červenou a žltou maľbou, čo takmer vždy indikuje prítomnosť olova a kadmia vo farbe.

Mimochodom, jasne zelená farba prípadne "tónovaná" meďou. A okrem toho, že sám o sebe nie je užitočný, urýchľuje aj proces uvoľňovania olova. Preto pre krásu nie je zakázané kupovať takéto šálky, ale na každodenné použitie na určený účel odborníci kategoricky neodporúčajú.

4. Olovo v plechovkách

Okrem riadu sa môžu stať zdrojom otravy olovom aj niektoré plechové plechovky, pretože ich prvky sú navzájom spojené spájkou obsahujúcou olovo. Tieto banky sa dajú ľahko identifikovať vlnitý šev a spojovacia línia v striebornej šedej s nepravidelnými obrysmi. Aj keď je vnútorný povrch plechoviek zvyčajne potiahnutý špeciálnou zmesou, nie vždy to pomôže.

Sú prípady, kedy sa pri dlhodobom skladovaní nahromadilo až 3 mg/kg olova, čo je oveľa viac ako je prípustná hladina. Jeho obsah môže byť obzvlášť veľký v konzervované kyslé potraviny: paradajky, ovocné šťavy atď.

Aby ste sa nevystavili nebezpečenstvu, musíte si kúpiť konzervy v plechovkách s hladkými zvarmi, ktoré sa nachádzajú medzi nálepkou a horným alebo spodným koncom téglika.

5. Hliník

Hliníkový riad spred 10-15 rokov bolo možné vidieť takmer v každej kuchyni. Ľahko sa čistí a jedlo sa v ňom pri varení nepripáli. V takom hrnci je veľmi dobré variť mlieko, variť mliečne kaše, želé, zeleninu na vinaigrette a šalát atď. Ale, bohužiaľ, všetko toto jedlo je „ochutené“ hliníkom!

A pod vplyvom mlieka ako predstaviteľa zásad a pod vplyvom kyslého prostredia zeleniny pripravovanej v mikroskopických dávkach sa hliník „odlupuje“ z riadu a bezpečne končí v našom žalúdku. Vo vode neoxiduje, ale dokonca „vymýva“ svoje mikročastice.

Takže ak je to možné, nevarte ani neskladujte potraviny v hliníku nemal by sa používať riad (hoci je vhodný na skladovanie obilnín a iných sypkých produktov, ktoré samozrejme nereagujú s hliníkom). Samozrejme, ak ste dieťaťu uvarili kašu z ovsených vločiek v hliníkovej naberačke raz-dva, nič zlé sa nestane. Ale ak to robíte každý deň, potom sa nečudujte, že dieťa je strašne vzrušujúce.

No, ak si roky varíte v jedlách z tohto kovu, potom jedna z existujúcich hypotéz znie: skôr či neskôr sa vo vašom tele nahromadí dostatok hliníka na to, aby vyvolal také hrozné choroby, ako je anémia, ochorenia obličiek a pečene, rôzne neurologické zmeny a dokonca aj choroby.Parkinsonova a Alzheimerova choroba.

6. Melamín

Pomerne nedávno sa v našich kuchyniach objavil krásny riad z melamínu vyrobený v Číne a Turecku. Vzhľadom pripomína porcelán, no je oveľa ľahší. Pre svoj veľmi atraktívny vzhľad, čistotu farieb je obľúbený u kupujúcich.

Ale toto jedlo je toxické! Jedným zo zdrojov nebezpečenstva sú soli olova (opäť!), kadmia a iných kovov, ktoré tvoria farby, ktorými sa podpisuje.

Transferové atramenty nie sú potiahnuté žiadnou ochrannou vrstvou a do produktov sa dostávajú veľmi ľahko.

Ďalším nebezpečenstvom je to melamín obsahuje toxický formaldehyd. Vyžaruje to veľa plastov, ale melamín to podľa výsledkov špeciálnych štúdií robí obzvlášť silne - v desiatky alebo dokonca stokrát vyššia ako prípustná norma. U pokusných zvierat takéto dávky formaldehydu spôsobujú mutagénne zmeny v organizme a vznik rakovinových buniek.

Sanepidnadzor zakázal predaj melamínového riadu. Ale choďte do sekcie riadu akéhokoľvek trhu a uvidíte pekné šálky, taniere a všetky druhy ich súprav.

Okrem melamínu nájdete v predaji riad aj z iných polymérnych kovov.

Špecialisti, ktorí sa podieľajú na testovaní a certifikácii týchto produktov, veria, že je možné ich použiť, ale len pri dôslednom dodržiavaní pokynov výrobcu.

Napríklad, ak je plastové náčinie určené len na sypké výrobky, potom sa v ňom nemôže uchovávať kvapalina, inak môže absorbovať toxické látky. Ak je v návode na použitie napríklad plastových nádob napísané, že sú na studené jedlá, tak do nich nedávajte teplé jedlá atď.

7. "Nehrdzavejúca oceľ" a striebro

V poslednej dobe je veľmi populárny nerezový riad, zliatina železa, uhlíka a iných prvkov. Oceľ s prídavkom 18 % chrómu a 10 % alebo 8 % niklu sa široko používa na výrobu kuchynského náradia. Ak je vyrobený z vysoko kvalitnej ocele (a výrobná technológia nie je porušená), nemení chuť výrobkov a je zdravotne nezávadná. Najlepšia trieda ocele je 304 (alebo 18/10), o niečo horšie sú triedy 201 a 202. Lacný nerezový riad z Číny, Indie a iných ázijských krajín môže byť nekvalitný a dokonca zdraviu nebezpečný kvôli nežiaducim nečistotám. Teraz je však úspešne maskovaný ako európsky ...

Uprednostňujú sa nerezové hrnce a panvice s hrubým dnom – poskytujú postupný ohrev a dlhé chladenie. Riad z "nehrdzavejúcej ocele" sa nedá prehriať - jedlo v ňom sa potom pripáli.

To vyvoláva otázku: existuje niečo ako úplne bezpečný riad? Možno je najlepšie jesť zo strieborného taniera striebornou lyžičkou a piť zo strieborného pohára? Každý predsa pozná liečivé vlastnosti tohto kovu a históriu Suvorovskej armády, kde dôstojníci netrpeli chorobami tráviaceho traktu, keďže jedli zo strieborných jedál, zatiaľ čo vojaci na tieto choroby zomierali vo veľkom počte?

Odborníci tvrdia, že ióny striebra bránia rozvoju patogénnej mikroflóry vo vodných roztokoch.

Ukazuje sa však, že jedlo obohatené o ióny striebra môže pri dlhodobom používaní nepriaznivo ovplyvniť nervový systém človeka, spôsobiť bolesti hlavy, pocit ťažkosti v nohách a oslabiť zrak. A ak opäť používate strieborné náčinie neustále, roky, môžete si „zarobiť“ na také vážne ochorenie, ako je gastroenteritída a dokonca aj cirhóza pečene!

8. Smalt a sklo

Možno, že starý dobrý smaltovaný riad spĺňa všetky bezpečnostné požiadavky. Tá je, samozrejme, v každom dome. Jeho hlavnou výhodou je smalt, ktorý vďaka inertnosti svojich zložiek neinteraguje so soľami, kyselinami alebo zásadami. Vďaka tomu je smaltovaný riad veľmi obľúbený.

Samozrejme, takýto riad môžete použiť len vcelku. Na miestach poškodenia, prasklín a triesok sa skutočne objavujú žltkasto-červené škvrny, ktoré sa pri umývaní neodstraňujú. Toto je normálna hrdza. A ona sa pri interakcii s kyselinami potravy tvorí soli železa škodlivé pre ľudí. Navyše pri umývaní v miestach poškodenia môžu zostať čiastočky čistiaceho prostriedku, ktoré sa vám potom dostanú aj do žalúdka.

Vyhnite sa smaltovanému riadu s hnedým, červeným a žltým vnútorným povlakom – tieto farbivá obsahujú škodlivé látky, ktoré by nemali prísť do kontaktu s potravinami.

Iný pohľad bezpečného riadu- z tepelne odolného skla. Aby sklo získalo tieto vlastnosti, do jeho zloženia sa pridávajú prvky, ktoré si zachovávajú pevnosť pri vysokých teplotách. Takže by ste sa nemali báť, že čajník vyrobený z takéhoto skla na plynovom ohni alebo plech na pečenie v rúre môže prasknúť, rozpadnúť sa atď., Nestojí to za to.

Musíme si však uvedomiť, že pri použití žiaruvzdorného riadu, keď je v "horúcom stave", sa musíte vyhnúť kontaktu s veľmi studenými povrchmi - potom hrniec praskne.

Sklo je tiež chemicky inertné, podobne ako smalt, takže riad z neho nie je z tohto hľadiska nebezpečný. Navyše je pohodlný - dobre sa umýva a jedlo v ňom vyzerá krásne ako pri varení, tak aj pri podávaní.

9. Teflón

Teflón je obchodný názov polyméru používaného na nepriľnavé povlaky na riadoch. Jedlo sa totiž na teflónovej panvici nepripáli, aj keď jej povrch vymastíme len minimálnym množstvom oleja či tuku. Zároveň bude v potravinách menej škodlivých a karcinogénnych látok – tých, ktoré vznikajú pri prevarení jedla.

A v každom prípade, aby nám teflónový povrch slúžil „verne“, je potrebné, aby ostal neporušený čo najdlhšie. K tomu je v prvom rade potrebné mať na farme drevené alebo teflónové špeciálne špachtle na otáčanie či miešanie uvareného jedla. A nedávajte prázdny hrniec alebo panvicu na oheň.

Mimochodom, odborníci radia kupovať riad s hrubým dnom, pretože skúsenosti ukazujú, že tenké panvice, bez ohľadu na to, ako starostlivo sa o ne staráte, z nejakého dôvodu dlho nevydržia.

Na záver pár tipov o jedlách z rôznych materiálov.

Aby akýkoľvek porcelán slúžil dlhšie, musí byť „vytvrdený“. Šálky, podšálky, taniere atď. sa niekoľko hodín zalievajú studenou vodou. A potom, keď vyberú jeden kus po druhom, zalejú ho horúcou vodou.

Smaltovaný riad je tiež „tvrdený“, ale iným spôsobom. Nová panvica sa naplní až po okraj soľným roztokom: 2 polievkové lyžice. l. na liter vody a priveďte do varu. Potom nechajte vychladnúť.

Ale aj „vytvrdený“ smaltovaný riad je najlepšie chránený a nie je okamžite umiestnený z chladničky na horúci sporák - smalt môže prasknúť pri prudkom poklese teploty.

A ďalej. Ukazuje sa, že biely smalt spomaľuje absorpciu tepla, čo znamená, že varenie jedla v takýchto jedlách vám bude trvať dlhšie ako na panvici s tmavým smaltom.

Mimochodom, na výrobu džemu odborníci považujú za najlepšie nádoby vyrobené zo smaltu alebo nehrdzavejúcej ocele.

Teflón je veľmi krehký nepriľnavý povlak. Preto na umývanie takéhoto riadu nie je potrebné používať nielen kovové žinky, ale ani práškové výrobky - dokonca aj tie môžu poškriabať teflón. Panvice a hrnce umyte mäkkou handričkou a tekutým čistiacim prostriedkom a potom dôkladne osušte uterákom.

Do mikrovlnnej rúry sa hodí nielen žiaruvzdorné sklo. Môžete použiť iné sklo, ak, samozrejme, neobsahuje prímes olova. A tiež porcelán - len by nemal mať kovové vzory vrátane „zlatých“ okrajov. Vhodná je aj hlinená nádoba – ak je celoplošne glazovaná (vrátane dna). Ale pri použití plastu buďte opatrní - pozorne si prečítajte pokyny výrobcu.

Každý chemický prvok periodického systému a ním tvorené jednoduché a zložité látky sú jedinečné. Majú jedinečné vlastnosti a mnohé z nich nepochybne významne prispievajú k ľudskému životu a existencii vo všeobecnosti. Chemický prvok cín nie je výnimkou.

Zoznámenie ľudí s týmto kovom siaha až do staroveku. Tento chemický prvok zohral rozhodujúcu úlohu vo vývoji ľudskej civilizácie, dodnes sú vlastnosti cínu široko využívané.

Cín v histórii

Prvú zmienku o tomto kove, ktorý, ako ľudia predtým verili, mal dokonca aj nejaké magické vlastnosti, nájdeme v biblických textoch. Cín zohral rozhodujúcu úlohu pri zlepšovaní života v dobe bronzovej. V tom čase bola najodolnejšou kovovou zliatinou, ktorú človek vlastnil, bronz, ktorý možno získať pridaním chemického prvku cínu do medi. Niekoľko storočí sa z tohto materiálu vyrábalo všetko, od nástrojov až po šperky.

Po objavení vlastností železa sa zliatina cínu neprestala používať, samozrejme, nepoužíva sa v rovnakom rozsahu, ale bronz, ako aj mnohé ďalšie jeho zliatiny, sa aktívne podieľajú na priemysle, technológii a medicína dnes spolu so soľami tohto kovu, ako je chlorid.cín, ktorý sa získava interakciou cínu s chlórom, táto kvapalina vrie pri 112 stupňoch Celzia, dobre sa rozpúšťa vo vode, tvorí kryštalické hydráty a na vzduchu dymí.

Pozícia prvku v periodickej tabuľke

Chemický prvok cín (latinský názov stannum je „stannum“, píše sa symbolom Sn) Dmitrij Ivanovič Mendelejev sa právom umiestnil na čísle päťdesiat, v piatej perióde. Má množstvo izotopov, najrozšírenejší je izotop 120. Tento kov je tiež v hlavnej podskupine šiestej skupiny spolu s uhlíkom, kremíkom, germániom a fleroviom. Jeho poloha predpovedá amfotérne vlastnosti a cín má rovnako kyslé a zásadité vlastnosti, ktoré budú podrobnejšie opísané nižšie.

Periodická tabuľka tiež ukazuje atómovú hmotnosť cínu, ktorá je 118,69. Elektronická konfigurácia 5s 2 5p 2, ktorá v zložení komplexných látok umožňuje kovu vykazovať oxidačné stavy +2 a +4, pričom sa vzdajú dvoch elektrónov iba z podúrovne p alebo štyroch elektrónov z podúrovne s a p, čím sa úplne vyprázdni celú vonkajšiu úroveň.

Elektronická charakteristika prvku

V súlade s atómovým číslom obsahuje cirkumjadrový priestor atómu cínu až päťdesiat elektrónov, ktoré sú umiestnené na piatich úrovniach, ktoré sú zase rozdelené do niekoľkých podúrovní. Prvé dve majú iba s- a p-podúrovne a od tretej je trojité rozdelenie na s-, p-, d-.

Uvažujme o vonkajšej, pretože chemickú aktivitu atómu určuje jeho štruktúra a plnenie elektrónmi. V neexcitovanom stave prvok vykazuje valenciu rovnajúcu sa dvom, pri excitácii prechádza jeden elektrón z podúrovne s do vakancie v podúrovni p (môže obsahovať maximálne tri nepárové elektróny). V tomto prípade cín vykazuje valenciu a oxidačný stav - 4, pretože neexistujú žiadne spárované elektróny, čo znamená, že ich nič nedrží na podúrovniach v procese chemickej interakcie.

Jednoduchá látka kov a jeho vlastnosti

Cín je kov striebornej farby, patrí do skupiny taviteľných. Kov je mäkký a pomerne ľahko sa deformuje. Kov, ako je cín, má množstvo vlastností. Teplota pod 13,2 je hranicou prechodu kovovej modifikácie cínu na prášok, ktorý je sprevádzaný zmenou farby zo strieborno-bielej na sivú a poklesom hustoty látky. Cín sa topí pri 231,9 stupňoch a vrie pri 2270 stupňoch Celzia. Kryštalická tetragonálna štruktúra bieleho cínu vysvetľuje charakteristické chrumkavosť kovu pri jeho ohýbaní a zahrievaní v mieste ohybu trením kryštálov látky o seba. Sivý cín má kubickú syngóniu.

Chemické vlastnosti cínu majú dvojakú podstatu, vstupuje do kyslých aj zásaditých reakcií, vykazuje amfoterickosť. Kov interaguje s alkáliami, ako aj kyselinami, ako je kyselina sírová a dusičná, a je aktívny pri reakcii s halogénmi.

Zliatiny cínu

Prečo sa namiesto čistých kovov častejšie používajú ich zliatiny s určitým percentom zložiek? Faktom je, že zliatina má vlastnosti, ktoré jednotlivý kov nemá, alebo sú tieto vlastnosti oveľa silnejšie (napríklad elektrická vodivosť, odolnosť proti korózii, pasivácia alebo aktivácia fyzikálnych a chemických vlastností kovov, ak je to potrebné, atď.) . Cín (na fotografii je vzorka čistého kovu) je súčasťou mnohých zliatin. Môže sa použiť ako prísada alebo základná látka.

K dnešnému dňu je známe veľké množstvo zliatin takého kovu, ako je cín (cena za ne sa veľmi líši), zvážime najobľúbenejšie a najpoužívanejšie (o použití určitých zliatin sa bude diskutovať v príslušnej časti). Vo všeobecnosti majú zliatiny cínu tieto vlastnosti: vysoká ťažnosť, nízka malá tvrdosť a pevnosť.

Niektoré príklady zliatin

Najdôležitejšie prírodné zlúčeniny

Cín tvorí množstvo prírodných zlúčenín – rúd. Kov tvorí 24 minerálnych zlúčenín, pre priemysel je najdôležitejší oxid cínu - kassiterit, ako aj rám - Cu 2 FeSnS 4. Cín je rozptýlený v zemskej kôre a zlúčeniny ním tvorené sú magnetického pôvodu. Soli polyolových kyselín a kremičitany cínu sa používajú aj v priemysle.

Cín a ľudské telo

Chemický prvok cín je z hľadiska jeho kvantitatívneho obsahu v ľudskom tele stopový prvok. Jeho hlavná akumulácia je v kostnom tkanive, kde normálny obsah kovu prispieva k jeho včasnému vývoju a celkovému fungovaniu pohybového aparátu. Okrem kostí sa cín koncentruje v gastrointestinálnom trakte, pľúcach, obličkách a srdci.

Je dôležité poznamenať, že nadmerná akumulácia tohto kovu môže viesť k celkovej otrave tela a dlhšia expozícia môže viesť dokonca k nepriaznivým génovým mutáciám. V poslednej dobe je tento problém dosť dôležitý, pretože ekologický stav životného prostredia nie je veľmi žiaduci. Medzi obyvateľmi megacities a oblastí v blízkosti priemyselných zón je vysoká pravdepodobnosť intoxikácie cínom. Najčastejšie k otrave dochádza hromadením solí cínu v pľúcach, napríklad chloridom cínatým a inými. Nedostatok mikroživín môže zároveň spôsobiť spomalenie rastu, stratu sluchu a vypadávanie vlasov.

Aplikácia

Kov je komerčne dostupný v mnohých hutách a spoločnostiach. Vyrába sa vo forme ingotov, tyčí, drôtov, valcov, anód vyrobených z čistej jednoduchej látky, ako je cín. Cena sa pohybuje od 900 do 3000 rubľov za kg.

Cín vo svojej čistej forme sa používa zriedka. Používajú sa najmä jeho zliatiny a zlúčeniny – soli. Spájkovací cín sa používa v prípade upevňovacích dielov, ktoré nie sú vystavené vysokým teplotám a silnému mechanickému zaťaženiu, vyrobených zo zliatin medi, ocele, medi, ale neodporúča sa na diely z hliníka alebo jeho zliatin. Vlastnosti a charakteristiky zliatin cínu sú opísané v príslušnej časti.

Spájky sa používajú na spájkovanie mikroobvodov, v tejto situácii sú ideálne aj zliatiny na báze kovu, ako je cín. Fotografia zobrazuje proces nanášania zliatiny cínu a olova. S ním môžete vykonávať pomerne jemnú prácu.

Pre vysokú odolnosť cínu proti korózii sa používa na výrobu pocínovaného železa (plechu) - potravinových konzerv. V medicíne, najmä v zubnom lekárstve, sa cín používa na plombovanie zubov. Domové potrubia sú pokryté cínom, ložiská sú vyrobené z jeho zliatin. Neoceniteľný je aj prínos tejto látky pre elektrotechniku.

Ako elektrolyty sa používajú vodné roztoky solí cínu, ako sú fluoroboritany, sírany a chloridy. Oxid cínu je glazúra na keramiku. Zavedením rôznych derivátov cínu do plastov a syntetických materiálov sa zdá byť možné znížiť ich horľavosť a emisie škodlivých výparov.

Cín (= Stanum) (Sn)

Dôvod pádu Veľkej rímskej ríše.

V ľudskom tele viac cín sa hromadí v zubnej sklovine, nechtoch a kostiach, it časť žalúdočného enzýmu gastrín , ovplyvňuje aktivitu flavínových enzýmov, podporuje rastové procesy.

Denná potreba ľudského tela- 2-10 mg. Nedostatok cínu sa môže vyvinúť s nedostatočným príjmom tohto prvku (1 mg / deň alebo menej).

Počas dňa sa do tela dospelého človeka dostane až 15 mg cínu; 3-10% tohto množstva sa absorbuje v gastrointestinálnom trakte. V tele sa cín nachádza najmä vo forme solí rozpustných v tukoch. Cín je prítomný v tkanivách v koncentráciách od 0,5 do 4,0 µg/g. Kosti predstavujú 0,8 µg/g cínu, obličky, srdce a tenké črevo - 0,1 µg/g. Cín sa v mozgu novorodencov nenachádza.

Cín sa vylučuje z tela žlčou a močom.

Biologická úloha v ľudskom tele. Biologická úloha cínu v tele nie je úplne objasnená. Cín je súčasťou žalúdočného enzýmu gastrín, ovplyvňuje aktivitu flavínových enzýmov a môže podporovať rastové procesy.

Príznaky nedostatku cínu: pri pokusoch na zvieratách sa ukázalo, že nedostatok cínu je sprevádzaný spomalením rastu a rastu, porušením minerálneho zloženia vnútorných orgánov a poruchou sluchu u pokusných zvierat.
Strava s nedostatkom cínu u laboratórnych zvierat tiež spôsobuje alopéciu. Tieto údaje o úlohe nedostatku cínu však vyžadujú potvrdenie.

S nadmerným príjmom cín sa hromadí v pečeni, obličkách, kostre a svaloch.
Organické zlúčeniny cínu po zavedení do gastrointestinálneho traktu vykazujú výrazný kumulatívny účinok, po ktorom nasleduje vývoj chromozomálnych aberácií v bunkách kostnej drene.

Nadbytok cínu spôsobuje narušenie niektorých funkcií mozgu a deti a mestskí obyvatelia, ktorí nemajú možnosť cestovať mimo mesta, alebo bývajú v blízkosti diaľnic, trpia viac ako ostatní.

Hlavné prejavy prebytočného cínu: pretrvávajúce bolesti hlavy poruchy videnia; podráždenie kože; staniáza (zmeny v pľúcach), strata chuti do jedla, kovová chuť v ústach, nevoľnosť, bolesť brucha, čriev, hnačka, zväčšená pečeň, zvýšené hladiny transamináz v krvi, hyperglykémia, znížené hladiny zinku a medi v telo.

Na základe výsledkov analýzy kostí starých Indiánov v Severnej Amerike, ktorých vek bol 1600 rokov, a ich porovnaním s kosťami Američanov a Angličanov, ktorí zomreli v posledných rokoch, sa ukázalo, že kosti našich súčasníkov obsahujú 700-1200-krát viac cínu ako kosti starých obyvateľov zemegule .

Predpokladal to americký historik medicíny Seabury J. Gilfillan Rím padol kvôli prebytku cínu . Je známe, že v starom Ríme namiesto vody zvyčajne používali víno sladené kondenzovanou hroznovou šťavou. Pripravil tento produkt v plechové kotlíky . Hrozno a sama o sebe obsahuje cín v malom množstve ani nehovoriac rybárčenie, ktoré padalo do vína zo stien kotlov. Nadmerná koncentrácia cínu sa ukázala byť škodlivá pre zdravie Rimanov, ktorí sa namiesto militantného postupu a obrany svojich múrov zaoberali iba gastrointestinálnymi problémami..

Zvyk sladenia vína sa medzičasom rozšíril aj do iných európskych krajín, kde mnísi často pripravovali víno v tej istej nádobe. Preto v Stredoveká jedna z najčastejších chorôb mníchov ktorý rád pil víno, bola takzvaná "črevná kolika" , ako aj zrakové a duševné poruchy . Až v 7. storočí sa ukázalo, že dôvodom bol cín.

Molex sa zaviazal podporovať svojich zákazníkov pri ich prechode na bezolovnaté produkty.

Už viac ako 50 rokov sa spájkovanie olovom používa prakticky v celom elektronickom priemysle na inštaláciu komponentov na dosky plošných spojov. Budúcnosť tejto technológie je však veľmi otázna vzhľadom na rastúce obavy spôsobené zvyšovaním obsahu olova v pôde a v konečnom dôsledku aj prenikaním olova do pitnej vody. Napriek vedeckým dôkazom, že vplyv elektronického priemyslu na environmentálne olovo je extrémne nízky, existuje hnutie za zákaz používania olova v elektronickom priemysle.

V októbri 2002 bola v Európe schválená legislatíva zakazujúca používanie olova vo väčšine elektrických a elektronických výrobkov s účinnosťou od 1. júla 2006. Dodatočná legislatíva upravujúca používanie olova v európskom automobilovom priemysle nadobudla účinnosť 1. júla 2003. Legislatíva sa síce vzťahuje priamo len na Európske spoločenstvo, no nové pravidlá musia dodržiavať aj všetky spoločnosti, ktoré posielajú do Európy. Molex sa zaviazal podporovať svojich zákazníkov pri ich prechode na bezolovnaté produkty. Spoločnosť začala s prechodom na bezolovnaté produkty v roku 2000. Tento proces by mal byť ukončený do júla 2006.

Olovo v elektronike

V elektronických produktoch sú tri hlavné komponenty obsahujúce olovo: spájka, podložky dosiek plošných spojov a pokovovanie elektronických komponentov. V typickom spájkovom spoji je hlavným determinantom prítomnosti olova spájka. V súlade s tým má povlak dosky s plošnými spojmi a vodičov elektronických komponentov oveľa menší vplyv na obsah olova. Výsledkom bolo, že prvými krokmi k zníženiu olova v elektronických výrobkoch bolo nájdenie zliatiny, ktorá môže nahradiť tradičné spájky obsahujúce olovo. V súčasnosti sa spájka používa vo väčšine prípadov inštalácie elektronických komponentov na dosku plošných spojov:

• technológia povrchovej montáže (spájka sa používa vo forme pasty, ktorá sa nanáša na povrch dosky plošných spojov pomocou špeciálnej šablóny alebo šablóny);
• inštalácia do otvorov dosky (pomocou roztavenej spájky, ktorá je v špeciálnom kúpeli);
• ručné spájkovanie spájkovačkou (zvyčajne sa spájka nanáša vo forme drôtu, tenkej rúrky alebo pásky).

V dôsledku mnohých experimentov, ktoré sa uskutočnili za posledných niekoľko rokov, bola navrhnutá rodina zliatin cín-striebro-meď (SnAgCu) ako náhrada za spájky obsahujúce olovo.

Pre technológiu povrchovej montáže sa SnAgCu pravdepodobne stane najobľúbenejším riešením. Azda najväčším problémom pri použití takejto zliatiny ako spájky je vyššia teplota topenia. Napríklad teplota topenia zliatiny SnAgCu je 217 °C, zatiaľ čo zliatina cínu a olova Sn37Pb sa topí pri 183 °C. V súlade s tým bude technologický proces vyžadovať zvýšenie teploty spájkovania na 240-260 °C.

Legislatíva

Európa stojí na čele hnutia za zákaz používania olova v priemysle. Koncom roka 2002 Európsky parlament schválil dve uznesenia upravujúce vplyv odpadu z elektrotechnického a elektronického priemyslu na životné prostredie. V rámci týchto zákonov je používanie olova vo väčšine produktov zakázané alebo prísne obmedzené. Rezolúcie nazvané The Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) a Restriction of Hazardous Substances (RoHS) vyžadujú od 1. júla 2006 zníženie používania materiálov obsahujúcich olovo.

Okrem týchto dvoch uznesení prijalo Európske spoločenstvo aj rezolúciu o vozidlách po dobe životnosti (ELV), ktorá definuje používanie olova v automobilovom priemysle. Hoci je používanie olovenej spájky v automobiloch dočasne povolené, toto schválenie sa nevzťahuje na používanie konektorov potiahnutých olovom.

V Japonsku neexistuje žiadna legislatíva zakazujúca používanie olova v elektronike. Existujú však dva zákony, ktoré pri spoločnom uplatňovaní jasne naznačujú, že takýto zákaz možno zaviesť. Prvý zákon „Recyklácia spotrebnej elektroniky v Japonsku“ špecifikuje, že výrobcovia musia od apríla 2001 prijať opatrenia na likvidáciu televízorov, chladničiek, práčok atď. Druhý zákon zakazuje výrobcom vypúšťať do životného prostredia akékoľvek škodlivé látky.

V Spojených štátoch neexistujú žiadne jasné obmedzenia na používanie olova v elektrických alebo elektronických zariadeniach.

Ako to ovplyvní konektory?

Molex podrobne preskúmal vplyv, ktorý by zákaz olova mohol mať na výrobcov konektorov a ich produkty. Kontaktné pokovovanie a plastové puzdro konektora sú hlavné prvky konektora, ktoré sú najviac náchylné na účinky bezolovnatých zliatin.

Hlavným prvkom elektródy v konektore je povrchová vrstva kontaktu (svorky). Mnohé svorky sú pokovované zliatinou cínu a olova (zvyčajne galvanicky pokovované), aby sa umožnilo spájkovanie, ako aj vytvorenie spoľahlivého elektrického kontaktu v bezspájkových technológiách, ako je krimpovanie vodičov alebo lisovanie vodičov do dosky plošných spojov. Pri výbere alternatívnej zliatiny na takéto pokovovanie by sa mali zvážiť požiadavky na koncové pokovovanie pomocou ktorejkoľvek z vyššie uvedených technológií. Povlak určený na spájkovanie teda musí mať vlastnosť zmáčať povrch roztavenou spájkou a zabezpečiť spoľahlivosť spájkovaného spoja. V prípade nespájkovaných spojov (krimpovanie vodičov v kontakte, spojenie kontaktných prvkov) musí povlak poskytovať zodpovedajúci prechodový odpor kontaktného páru, ktorý by sa nemal časom a vplyvom klimatických podmienok zhoršovať. Okrem toho musí povlak poskytnúť určitý počet spojov kontaktného páru. Technológia lisovania kontaktov do dosky plošných spojov vyžaduje určitý koeficient trenia od povlaku. Okrem týchto faktorov musí byť bezolovnatý náter odolný proti rastu „plechových chĺpkov“. Termín "cínové chĺpky" označuje mikroskopicky jemné kryštály čistého cínu, ktoré sa objavujú na povrchu zliatiny s vysokým obsahom cínu. V prípade rastu "cínových chĺpkov" existuje nebezpečenstvo, že kryštály cínu môžu spôsobiť skrat susedných vodičov alebo kontaktných párov.

Hoci dielektrické materiály puzdier konektorov (vo väčšine prípadov rôzne druhy plastov) neobsahujú olovo, zákaz používania olova výrazne ovplyvnil technológiu ich výroby. Tento efekt je spôsobený najmä zvýšenou teplotou tavenia (240–260 °C) použitých spájkovacích zliatin. Plast tela musí odolávať tejto teplote bez výraznej deformácie materiálu. V súčasnosti existujú špeciálne plasty, ktoré sa používajú pri výrobe krytov konektorov pre technológiu povrchovej montáže. Tieto plasty znesú teploty spájkovania ako tradičné spájky, ale ich schopnosť zachovať si svoje vlastnosti pri použití bezolovnatej technológie ešte nie je úplne preskúmaná. Štúdium plastu iba ako materiálu zároveň neposkytuje požadovaný výsledok, pretože tvar tela a hrúbka steny majú významný vplyv na odolnosť proti deformácii a zmene farby pri zvýšených teplotách.

Poznámky:

1. Pravdepodobnosť rastu „cínových chĺpkov“ pri čistom cíne, zliatinách cínu a bizmutu, cín-striebro je o niečo vyššia ako pri zliatinách cínu a olova. Použitie niklovej bariéry medzi kontaktným materiálom a kontaktným povlakom túto pravdepodobnosť výrazne znižuje. Molex zvyčajne používa niklovú bariéru s hrúbkou 1,25 mikrónu.
2. Štúdie ukázali, že pri použití zliatiny cínu a medi je pravdepodobnosť rastu „cínových chĺpkov“ vyššia ako pri použití čistého cínu.
3. Keď sa ako povlak použije zliatina cínu a bizmutu, existuje možnosť, že keď sa takýto povlak dostane do kontaktu s bežnými povlakmi obsahujúcimi olovo, môže sa vytvoriť zliatina cínu, olova a bizmutu s teplotou topenia 96 °C. Takáto zliatina troch kovov môže vzniknúť v mieste kontaktu, čo môže výrazne ovplyvniť spoľahlivosť výrobkov pracujúcich pri zvýšených teplotách.
4. Pre zliatiny cínu a bizmutu, cínu a medi je veľmi ťažké riadiť proces. Takže pri použití zliatiny cínu a bizmutu sa bizmut môže ukladať oveľa rýchlejšie, čo povedie k porušeniu technológie.
5. Použitie zliatiny cínu a striebra na poťahovanie vyžaduje použitie špeciálnych, veľmi zložitých činidiel, ktoré zabezpečujú súčasné a rovnomerné nanášanie cínu a striebra. Výroba a likvidácia takýchto činidiel je mimoriadne náročná úloha.
6. Náklady na výrobný odpad pri použití kontaktov potiahnutých zliatinou cínu a bizmutu sú nižšie ako pri použití zliatin cínu a olova, cínu a medi. Takýto odpad zvyčajne recyklujú výrobcovia zliatin medi. Prítomnosť bizmutu je pri výrobe takýchto zliatin neprijateľná.

Technológia

Kontaktné pokovovanie

Na uľahčenie prechodu na bezolovnatú technológiu spoločnosť Molex poskytla komplexné riešenie, od ktorého sa očakáva, že sa bude používať vo väčšine priemyselných odvetví, bez ohľadu na to, kde sa výroba nachádza. Najlepšou náhradou súčasnej zliatiny kontaktného pokovovania je čistý cín. Molex a ďalší výrobcovia konektorov používajú tento kov na pokovovanie kontaktov už viac ako dvadsať rokov. Pri hľadaní najlepšieho riešenia sa však experimentovalo aj s inými kovmi a ich zliatinami. Teda okrem čistého cínu, zliatiny cínu a bizmutu (SnBi), cínu a medi (SnCu), cínu a striebra (SnAg), zlato nanesené na zliatinu paládia a niklu (Au flash/PdNi) a nanesené zlato na paládiu (Au flash/Pd). Výsledky experimentov boli v mnohých ohľadoch porovnané s výsledkami získanými pomocou tradičnej technológie. Hlavné parametre sú nasledovné:

• zmáčavosť spájky (jednoduchosť spájkovania);
• poskytovanie spoľahlivého spájkovaného spoja;
• odolnosť proti rastu "cínových chĺpkov";
• kompatibilita s existujúcou technológiou;
• prechodový odpor v mieste kontaktu;
• odolnosť proti opotrebovaniu;
• Koeficient trenia;
• technológia povrchovej úpravy;
• náklady na výrobný odpad;
• náklady na zliatinu.

V súčasnosti sa ako kontaktný povlak pri spájkovaní používa zliatina pozostávajúca z 90 hmotnostných dielov cínu a 10 hmotnostných dielov olova. Tabuľka 1 ukazuje porovnanie použitia špecifikovanej zliatiny a kovov (a ich zliatin), ktoré by ju mohli nahradiť.

Ako je možné vidieť z tabuľky 1, čistý cín je najlepším kandidátom na nahradenie zliatin olova. Nebyť možnosti rastu „cínových chĺpkov“, takouto náhradou by v 100% prípadoch mohol byť čistý cín.

Výber čistého cínu na pokovovanie kontaktov potvrdili aj ďalší výrobcovia konektorov. Spoločnosti ako Molex, Tyco Electronics, FCI a Amphenol vydali spoločné vyhlásenie odôvodňujúce použitie čistého cínu na pokovovanie kolíkov konektorov.

Kryty vyrobené z plastu

Niektoré z termoplastických materiálov používaných na výrobu krytov konektorov sa používajú v technológii SMT. Avšak zliatiny, ktoré sú hlavnými kandidátmi na nahradenie zliatin obsahujúcich olovo, majú výrazne vyššiu teplotu topenia. Očakáva sa, že teplota spájkovania pomocou novej technológie dosiahne 260°C. V tomto prípade musia nainštalované komponenty odolávať tejto teplote 120 sekúnd.

Teplota topenia a teplota mäknutia (Heat Deflection Temperature; norma ISO R 75) sú hlavné charakteristiky, ktoré určujú schopnosť plastu zachovať si vlastnosti pri zvýšených teplotách. Dôležitým parametrom je teplota topenia, ktorá určuje moment, kedy sa plast zmení z tekutého na pevný, keďže plast musí byť počas procesu tvarovania v tekutom stave. Teplota mäknutia je relatívna hodnota, ktorá určuje schopnosť plastu odolávať danej teplote pri určitom zaťažení po určitú dobu. Vo všeobecnosti platí, že pre bezolovnatú technológiu povrchovej montáže musí mať plast bod topenia nad 260 °C. Teplota mäknutia musí byť tiež vyššia ako 260 °C. Existuje však takzvaná „šedá zóna“, v ktorej môže mať materiál s teplotou topenia 260°C rovnakú alebo o niečo nižšiu teplotu mäknutia. Okrem toho v tomto prípade môže byť použitie konkrétneho produktu uznané ako prijateľné pri vykonávaní množstva štúdií a experimentov. Takéto štúdie sa vykonávajú podľa schválenej a otvorene publikovanej metódy na testovanie produktov z hľadiska kompatibility s technológiou povrchovej montáže s použitím bezolovnatých zliatin.

Tabuľka 2 uvádza bod topenia a bod mäknutia pre najbežnejšie plasty, ktoré sa v súčasnosti používajú v krytoch konektorov.

Niektoré materiály ako PPA, PA46 a LCP odolávajú teplotám požadovaným technológiou povrchovej montáže pomocou bezolovnatých zliatin. Výrobky vyrobené z určitých materiálov (PCT a PPS) musia byť podrobené dodatočným testom. V dôsledku toho sa zvýši cena všetkých konektorov, ktoré vyžadujú výmenu puzdier za nové vyrobené z vysokoteplotných plastov.

prechodová stratégia

Materiálová stratégia Molexu pre tento prechod je založená na presvedčení, že olovené aj bezolovnaté zliatiny sa budú v priemysle ešte nejaký čas používať. Počas tejto doby sa vytvorí a predstaví veľké množstvo nových produktov, skladových čísel, špeciálnych označení a etikiet. Súčasťou stratégie je vyhnúť sa novým kódom položiek všade, kde je to možné.

Navrhuje sa dvojstupňový prechod na bezolovnatú technológiu. Ako prvý krok sa zrealizuje iba prechod na bezolovnaté kontakty. V tejto fáze sa zámerne nedotýkame teplotnej kompatibility materiálu puzdra konektora. Vlastná technológia spoločnosti Molex zaisťuje, že pri použití spájok s obsahom olova nehrozí žiadne riziko pri prechode z tradičných zliatin na pokovovanie kontaktov na pokovovanie čistým cínom. V dôsledku toho nie je potrebné vytvárať nové čísla položiek, pretože spotrebiteľské vlastnosti produktov sa nemenia. Takéto kontakty sa budú označovať ako „bezolovnaté“.

V druhom kroku sa testujú plasty používané v krytoch konektorov pri teplotách určených technológiou povrchovej montáže pomocou bezolovnatých zliatin. Konektory, ktoré vyžadujú zmenu materiálu tela, budú mať vygenerované nové čísla dielov. Takéto výrobky sa budú označovať ako „kompatibilné s technológiou povrchovej montáže s použitím bezolovnatých zliatin“.

Technické informácie "cínové vlásky"

Čistý cín a zliatiny s vysokým obsahom cínu sa dostali pod zvýšenú pozornosť kvôli problému tvorby „cínových chĺpkov“. Tieto "chĺpky", čo sú tenké kryštály cínu, môžu spontánne rásť na povrchu cínu alebo zliatiny obsahujúcej cín a v niektorých prípadoch spôsobiť skrat v elektrických obvodoch. Možným dôvodom výskytu týchto kryštálov je vnútorné napätie v štruktúre zliatiny.

Napriek značnému úsiliu v oblasti výskumu tohto fenoménu stále nie je jasný zásadný mechanizmus, ktorý vedie k vzniku „plechových chĺpkov“. Hoci nebol identifikovaný jediný určujúci faktor, predpokladá sa, že rast vlasov ovplyvňujú nasledujúce faktory:

• vnútorné napätie materiálu;
• teplota;
• vlhkosť;
• teplotné cyklovanie.

Molex začal skúmať povahu tohto javu v roku 1999 a pokračuje v experimentoch dodnes. Výsledky sú zverejnené a dostupné na webovej stránke.
www.molex.com.