Lödtenn 60

Tillhör kategori: aggregationsformer, fysikalisk kemi, kemisk bindning

Författare: Madelene Aheinen, Björn Lestander

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Miljöfarligt Använd skyddsglasögon 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 60 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

D får göra ditt eget lödtenn. Lödtenn används för att löda ihop olika elektriska komponenter, du kan gjuta i egna formar och t. ex göra tennsoldater av detta också.

Riktlinjer

Experimentet är lämpligt att utföra i grupp (3-4 st).

Säkerhet

Vi arbetar med rena metaller bly och tenn. Se upp för hettan vid smältning av metallerna, brännskaderisken är att se upp med. Andas inte in ångorna när du smälter metallerna.

Det blir inga avfallsprodukter vid detta experiment (förutom det lödtenn som framställs).

[Tenn - hygieniska gränsvärden och hälsoeffekter (http://www.occmed.uu.se/metal/sn4.html): Endast för organiska tennföreningar finns det gränsvärden. De kritiska effekterna är påverkan på det centrala nervsystemet och Nivågränsvärdet är 0,1 mg/m3]

[Metallers påverkan, av Staffan Skerfving (http://www.ymed.lu.se/utbildning/miljotox/ssk2.html)]

Materiel

Förarbete

Inget förarbete.

Utförande

Framställa lödtenn

  1. Använd gärna bly du själv framställt i experimentet "Att göra bly", eller skaffa bly på annat sätt.
  2. Lodet ska innehålla 60 % tenn och 40 % bly (viktsprocent). Beräkna hur mycket tenn du behöver till den mängd bly du har.
  3. Blanda tenn och blyet i en porslindegel.
  4. Sätt degeln i en triangeln på kokringen. Tänd brännaren och värm degelns botten tills blyet och tennet smälter samman.
  5. Försök att bilda en lödstång under svalningsprocessen.
  6. Låt tennet svalna.
  7. Prova att löda samman eletriska komponenter. Tag t ex 5 st 10 Ω (ohm) elektriska motstånd och en lödkolv. Löd ihop motstånden till en seriekrets, motståndsmät och se att ditt lödtenn har fått de rätta elektriska egenskaperna.

För en lyckad lödning ...

Förklaring

Du har här gjort en legering - en metallblandning av tenn och bly. Man kan ändra en metalls egenskaper genom att man legerar den med en eller flera andra metaller.

Den smälta som du fått och som du format till en lödstång är nu klar att använda.

Lödning är en metod att med hjälp av värme och ett kemiskt bindemedel (lod) sammanfoga för lödning lämpliga metaller.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Tenn

Tenn började man utvinna ur malmer vid ca 4000 f Kr. Kassiterit (tennsten) är den enda tennmineral som har betydelse som malm. Tennstenens kemiska beteckning är SnO2 (tenndioxid). De viktigaste tennfyndigheterna ligger i sydöstra Asien, Katanga och i Bolivia. Sverige saknar egentliga tennförekomster.

Vid anrikning avlägsnar man andra mineraler som arsenik och svavel. I en schakt- eller flamung där man tillsätter kol får man ut råtenn:
SnO2 + 2 C → Sn + 2 CO(g).

Vid vanliga temperaturer angrips tenn inte av luft och vatten, ett tunt oxidsikt bildas på ytan. Vid böjning av en stav av tenn hörs ett gnisslande ljud ("tennskriket"), som beror på tennkristallernas gnidning mot varandra.

Tenn ingår i många legeringar t. ex. brons och lödtenn.

Största mängden tenn används som korrosionsskyddande överdrag på metaller. Mest förtennas järnplåt som förbrukas framförallt av konservburksindustrin. Överdraget anbringas på elektrolytisk väg, vilket sparar tenn i förhållande till den tidigare förhärskande doppförtenningen.

Tenn är en av de material som man använder för att minska blyanvändningen. T. ex ersätter tenn bly i hjulvikterna.

Att tillverka smycken, bägare, tallrikar, tennsoldater och olika prydnadsföremål i material av tenn har varit ett stort användningsområde för tenn.

Lödtenn 60

Lödtenn är en gråvit metallegering med ett smälttemperatur på 183 °C och är helt flytande vid +191 °C. Det här temperaturområdet kallas för stelnings- , respektive smältintervall. Dess värmeledningsförmåga är 13 % av standard Cu, och en elektricitetsledningsförmåga som är 12 % av standard Cu.

Lödtenn 60 är utmärkt att användas till lödning av fina detaljer, maskinlödning av tryckta kretskort och elektroniklödning. Gjutningstemperatur är på 200 - 250 °C vilket gör att den är utmärk till att gjuta smycken och prydnadsföremål.

När man tillsätter mer bly än tenn kommer de fysikaliska egenskaperna att förändras. Smälttemperaturen kommer att öka. Värmeledningsförmågan och elektricitetsledningsförmågan kommer att minska med några procent.

Varmförtenning är en mycket vanlig för ytbehandling av mönsterkortens lödöar. Varmförtenning (med tenn eller tennbly) skyddar den underliggande kopparen från oxider och ger en yta med utmärkt lödbarhet. Men varmförtenning är ingen populär process. Mönsterkortsindustrin har länge försökt finna ersättare.

Boliden Bergsöe AB är en av de ledande industrier som tar hand om tennavfall från industrin. Genom att raffinera och legera avfallet ger det konkurrenskraftigt pris jämfört med att framställa legeringar av tenn från gruvor.

Tenn i sameslöjd

I den samiska slöjdtraditionen har det varit vanlig att man använt tenn till att brodera med.

Läderpåse med tennbroderi
Foto: © Madelene Aheinen och Björn Lestander, Arjeplog.

Tips på fler aktiviteter

Denna laboration är lämplig att använda när man läser om metaller. Den kan också användas i området elektronik i fysiken. På slöjden kan man brodera med och gjuta med tenn.

Fördjupning

Aggregationsform

Faserna och fasövergångarna

Allt som finns runtomkring oss är antingen fast, flytande (vätska) eller i gasform. Dessa former kallas aggregationsformer (aggregation = hopklumpning) eller faser. Atomerna (eller molekylerna) i de olika faserna har olika stort energiinnehåll, olika stor rörelse, och har därför olika volym.

Fast form vid låg temperatur

Vid den absoluta nollpunkten, -273°C = 0 K, finns ingen atomrörelse (K är Kelvin, enheten för absolut temperatur). Alla ämnen är fasta och atomerna ligger regelbundet ordnade så tätt som möjligt. Om temperaturen höjs börjar atomerna vibrera kring sina jämviktslägen. Det fasta ämnet behåller sin form och inom måttliga temperaturintervall och volymen är nästan konstant. Massan är densamma.

Den lilla utvidgning som sker vid värme kan räcka för att lossa en mutter genom att värma på den. Förr var man tvungen att lägga järnvägsräls med mellanrum i skarvarna, för att undvika att rälsen böjde sig under varma dagar, s.k. solkurva. Nutidens järnvägsräls läggs av en formbeständigare metallblandning.

Övergår till vätska (blir flytande) när temperaturen når smältpunkten

När temperaturen stiger ytterligare rubbas atomerna ur sina jämviktslägen. De börjar glida i förhållande till varandra och har blivit en vätska. Fasövergången sker vid smältpunkten. Så länge det finns fast material ligger temperaturen kvar på smältpunkten och stiger inte, även om man tillför värme. Det beror på att all energi går åt till fasövergången. Vätskor ändrar form efter de kärl de förvaras i och har i allmänhet något större volym än samma ämne i fast form (Känt undantag är is, som har större volym än samma mängd vatten pga lucker kristallstruktur hos isen). Mellan molekylerna i vätskan finns sammanhållande krafter. Massan är densamma i vätskan som i den fasta fasen.

Övergår till gas när temperaturen når kokpunkten
En gas fyller upp hela det kärl som den förvaras i.
Bild: © Svante Åberg

Om temperaturen i vätskan höjs, ökar molekylernas rörelseenergi och till slut får några så stor energi att de lämnar den flytande fasen. Övergången från vätska till gas sker när temperaturen nått kokpunkten. Det har bildats en gas. Gasen har ingen bestämd form. Den anpassar sig efter det utrymme den finns i, eftersom molekylerna är helt fria från varandra och färdas rakt fram ända till dess de stöter på någonting, som kan vara kärlets väggar. De krockar också med varandra och byter riktning men dessemellan färdas de "långa" sträckor i absolut tomrum. Gasen har mycket större volym än samma mängd ämne i flytande form och molekylerna i en gas är så långt ifrån varann att de inte påverkar varann. Därför blandas olika gaser lätt. Volymen hos en gas är beroende av temperaturen. Med högre temperatur ökar molekylernas rörelsehastighet, krockarna mellan molekylerna och väggarna blir hårdare. Kollisionerna med väggarna är det vi kallar tryck. Kan väggen utvidgas ökar volymen, i annat fall ökar trycket. Massan är densamma.


Fasövergångarna har bestämda namn. När temperaturen öker sker smältning och förångning (kokning). När temperaturen minsakar sker de motsatta processerna som kallas kondensation och stelning. Observera att smältpunkten och stelningspunkten är exakt samma temperatur. På motsvarande sätt är kokpunkten och kondensationspunkten (för den rena gasen) samma temperatur.

Sublimering


Fasdiagram för koldioxid.
Ben Finney Mark Jacobs: CC0

Fasta ämnen kan övergå direkt till gas utan att först bli vätska. Förutsättningen är att temperatur och tryck befinner sig under ämnets trippelpunkt i ett fasdiagram. Man säger att ämnet sublimerar. Det är en endoterm process, dvs. en process som kräver energitillförsel. Oftast tas energin i form av värme från om givningen, vilket innebär att temperaturen sjunker.

Den motsatta processen när gas övergår direkt till fast form utan att först bilda en vätska kallas desublimering eller deposition. Den processen är exoterm, dvs. avger energi, vanligen i form av värme. Även denna process kan bara ske när tryck och temperatur ligger under ämnets trippelpunkt.

Superkritisk vätska

Över en viss temperatur och visst tryck går det inte längre att urskilja någon fasgräns mellan vätska och gas. Densiteten är hög, praktiskt taget som hos en vätska. Den höga temperaturen får molekylerna att fritt röra sig mellan faserna så att fasgränsen upplöses.

Den superkritiska vätskan har egenskaper utöver det vanliga. Den har förmåga att diffundera genom många fasta material på samma sätt som en gas gör. Samtidigt har den förmåga att lösa ämnen på samma sätt som en vätska gör. Förmågan att fungera som lösningsmedel gör att den i vissa tillämpningar kan ersätta organiska lösningsmedel, till exempel i extraktioner.

Koldioxid är ett ämne som ofta används i tillämpningar med superkritiska vätskor.

Plasma är en fjärde aggregationsform

De tre vanliga aggregationsformerna fast, flytande och gas bestäms av bindningarna mellan atomerna eller molekylerna. Ju varmare det är, desto lösare är atomer och molekyler kopplade till varandra.

Men vid tillräckligt hög temperatur sker någon helt annorlunda, nämligen att elektroner i atomerna slits loss och man får en blandning av positiva atomjoner och fria elektroner. Det är en typ av gasblandning som är elektriskt ledande.

Solen innehåller plasma

Sådan plasma finns i solens atmosfär. Eftersom den är elektriskt ledande, så fångar plasman också upp de starka magnetfälten från solens inre. Vid soleruptioner slungas plasma ut i världsrymden och man kan se hur magnetlinjerna i plasman håller samman plasman i böljande stråk. Dessa utkastningar av laddade partiklar strålar sedan vidare ut från solen och når så småningom jorden. Eftersom rymden är så tom har elektronerna och atomjonerna svårt att hitta varandra igen och återförenas till normala atomer. Därför är partikelstrålningen från solen elektriskt laddad. När partiklarna kommer in i jordens magnetfält tunnlas de ned via magnetfälten vid nord- och sydpolen. När de laddade partiklarna kommer ned till jordatmosfären sker kollisioner med luftens atomer och molekyler. De energier som då utvecklas ger det norr- och sydsken som man kan se mörka, klara vinternätter.

Andra exempel på plasma

I blixtar blir också temperaturen tillräckligt hög för att luftens atomer ska bilda plasma. Det gör att elektriska urladdningar kan ske via blixtens väg mellan molnen och jorden.

En eldslåga innehåller plasma. Faktiskt avger en stearinljuslåga joner till den omgivande luften. Dessa joner kan urladda statisk elektricitet. Om du har en dammvippa av syntetiska fibrer och du har laddat upp den med statisk elektricitet, så kan du observera vad som händer om du närmar den ett brinnande ljus. Redan på håll, så urladdas den statiska elektriciteten. Det beror på att jonerna accelereras till vippan av det elektriska fältet kring den statiskt uppladdade vippan. Detta experiment fungerar bara om luften är tillräckligt torr, annars kan man inte ladda upp vippan. Därför fungerar experimentet bäst vintertid då inomhusluften är torrare.

Konstgjord plasma finns också i lysrör och i plasmaskärmar för datorer.

Fasövergångar och bindningar

Det är lätt att konstatera att smält- och kokpunkter för ämnen kan variera mycket. Vissa ämnen är svåra att tänka sig på annat än ett sätt till vardags. Sten, koksalt och stål är fasta, bensin och alkohol är flytande och luft och gasol är gaser. Många vet också att i extrema fall, t ex i vulkaner, flyter mineralerna (stenen) och att när man svetsar flyter stålet. Det enda ämne man i vardagen möter i alla tre aggregationsformerna är vatten.

Starka bindningar ger höga smält- och kokpunkter

Mineraler och metaller är alltså exempel på ämnen med hög smältpunkt. Att det är så beror på styrkan hos de bindningar som håller ihop ämnena. Alla salter är uppbyggda av joner.

Attraktionskraften mellan positiva och negativa joner, jonbindning, är stark och salter har därför hög smältpunkt.

Mellan de enskilda atomerna i en metall finns metallbindning. Metallbindningen utgörs av de ingående atomernas valenselektroner som bildar ett gemensamt elektronmoln för hela "metallbiten". För att bryta den bindningen krävs mycket energi, vilket ger hög smältpunkt. Ett känt undantag är kvicksilver, en metall som är vätska vid rumstemperatur och alltså har svagare metallbindning.

Även kovalent bindning när atomer delar elektroner kan vara mycket stark. Faktum är att diamant och grafit, kolatomer sammanhållna av kovalenta bindningar har högre smältpunkt än alla metaller.

Svaga bindningar ger låga smält- och kokpunkter

Ämnen uppbyggda av molekyler (eller atomer som i ädelgaserna) har starka kovalenta bindningar mellan atomerna inom molekylerna men svagare bindningar mellan molekylerna. Det gör att smält- och kokpunkten blir relativt låg.

Den svagaste bindningen finns mellan molekyler och atomer är van der Waalsbindning. Den uppkommer pga mycket tillfälligt ojämnt fördelade elektronmoln hos opolära molekyler (atomer). Bindningarna finns både i fast fas och vätskefas. Eftersom bindningen är så svag blir smältpunkten låg, i många fall nedåt eller under -200°C. Den svaga bindningen gör också att skillnaden mellan smält- och kokpunkt blir liten.

Mellan ämnen som är dipoler förekommer dipol-dipolbindning där den positiva polen hos en molekyl attraherar den negativa hos nästa. Smält- och kokpunkten blir låg men högre än med enbart van der Waalsbindning.

För vissa ämnen som är dipoler är smält- och kokpunkten oväntat hög och avståndet mellan smält- och kokpunkten relativt stort. Vatten är ett bra exempel på detta. Det måste bero på starkare bindning än enbart mellan dipoler. De ämnen som har de egenskaperna innehåller alla väte. Vätet är bundet till en fluor-, syre- eller kväveatom, som drar till sig elektronparet i bindningen. Vätet blir positivt och kan attraheras av icke-bindande elektronpar på t ex en syreatom på en intilliggande molekyl. Det bildas en vätebindning. Den är starkare än van der Waalsbindningen och dipol-dipolbindningen. Vätebindningar har stor betydelse för att stabilisera strukturen i bl a proteiner och DNA.

Litteratur

  1. Gunnar Hägg, Allmän och oorganisk kemi, 1984, 8:e upplagan, Almqvist & Wiksell, Uppsala.
  2. Kemi på Jesu tid, P-O Quist, Fysikalisk kemi, Umeå universitet
    http://www.teknat.umu.se/popvet/POP/jesuskemi.html (2003-01-01)
  3. Brons, susning.nu
    http://susning.nu/Brons (2003-08-15)
  4. Lödning, SAAB
    http://www.edu.linkoping.se/Berzelius/gymnasiet/projekt/Y98/saab/mjukl.htm (2003-08-15)
  5. Om bronsgjutning i yngre järnålder/tidig medeltid, Anders Söderberg
    http://members.chello.se/vikingbronze/introduktion.htm (2003-08-15)
  6. Materialguiden: Bly, Riksantikvarieämbetet
    http://www.raa.se/materialguiden/index.asp?page=mat_show&matid=13 (2003-08-15)
  7. Metaller i arbets- och miljömedicinen, Arbets- och miljömedicin, Akademiska sjukhuset i Uppsala
    http://www.occmed.uu.se/metal/metall.html (2003-08-15)
  8. Metallers hälsoeffekter, Staffan Skerfving
    http://www.ymed.lu.se/utbildning/miljotox/ssk2.html (2003-08-15)
  9. Tennsoldater inte bara för barn, Jonas Richthoff
    http://www.svt.se/svt24/1998/980131/tenn.htm (2003-08-15)
  10. Cosi antiktenn från Italien, Dacapo silver AB
    http://www.dacaposilver.se/sort5.htm (2003-08-15)
  11. Slöjd- och konsthantverk, Samernas Riksförbund
    http://www.sapmi.se/ssr/konst.html (2003-08-15)

Fler experiment


aggregationsformer
Avdunstning och temperatur
Badbomber
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den tillknycklade plåtburken
En märklig planta
Ett glas luft
Exempelfil_Försvinnande bläck (Erik Lövbom)
Fryspunktsnedsättning
Förtenning
Gore-Tex, materialet som andas
Gör ditt eget läppcerat
Gör ett avtryck från papper till stearin
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur kan man göra kläder av plast?
Hur mycket vatten finns i maten?
Kemi i en brustablett
Kemiskt snöfall
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Molnet i flaskan
Myggmedel - hur funkar det?
Osynlig gas
Platta yoghurtburkar
Popcorn
Salta isen
Saltat islyft
Slime
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Studsboll
Syrehalten i luft
Tillverka en parfym och gör doftande skraplotter
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför smäller inte ballongen?
Vattenvulkan
Ägget i flaskan

fysikalisk kemi
Avdunstning och temperatur
Bestäm CMC för diskmedel
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Blandningar av lösningsmedel
Blå himmel och röd solnedgång
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den tillknycklade plåtburken
Den tunga koldioxiden
Diffusionshastigheten hos ammoniak respektive väteklorid - en jämförelse
Diska med äggula
En märklig planta
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Ett glas luft
Ett lysande experiment - Kemiluminiscens
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Flaskor mun mot mun
Flyter isen i matoljan?
Frigolit i aceton
Fryspunktsnedsättning
Försvinnande bläck
Gasvolym och temperatur
Gelégodis i vatten
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Gör ett avtryck från papper till stearin
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur mycket vatten finns i maten?
Håller bubblan?
Identifiera plasten
Kemisk jämvikt hos ett osynligt bläck
Kemiskt snöfall
Klorofyllets röda fluorescens
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Ljuset under glaset
Löslighet och pH - En extraktion
Maizena gör motstånd
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Molnet i flaskan
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
När 1 plus 1 inte är 2
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Osynlig gas
pH i kokt mineralvatten
Platta yoghurtburkar
Salta isen
Saltat islyft
Se genom papper
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Såpbubblor
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka en ytspänningsvåg
Trolleri med vätskor
Undersök en- och flervärda alkoholer
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför smäller inte ballongen?
Vattenrening
Vattenvulkan
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Värmeutvidgning
Åka hiss
Ägget i flaskan
Älskling, jag krympte ballongen

kemisk bindning
Att vara kemisk detektiv
Bestäm CMC för diskmedel
Blandningar av lösningsmedel
Diska med äggula
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Frigolit i aceton
Färga ullgarn med svampar
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Gör ett avtryck från papper till stearin
Gör hårt vatten mjukt
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hur kan man göra kläder av plast?
Hur mycket vatten finns i maten?
Håller bubblan?
Kemisk vattenrening
Kristallvatten i kopparsulfat
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
När 1 plus 1 inte är 2
Permanenta håret
Slime
Studsboll
Såpbubblor
Tag bort rostfläcken med det ämne som gör rabarber sura
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka en ytspänningsvåg
Tillverka papperslim
Trolleri med vätskor
Tvätta i hårt vatten
Undersök en- och flervärda alkoholer
Varför färgas textiler olika?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel