|
Dobre uma barra de estanho puro perto do ouvido e ela range. O som não nasce do atrito com a mão, nasce de dentro do metal, onde faixas inteiras de átomos giram de uma vez para acomodar a curva.
Cada estalo é uma macla se formando: uma fatia da rede cristalina que assume a orientação espelhada da vizinha e devolve como som a energia elástica que sobrou.
O mesmo metal guarda um segundo rearranjo, e o segundo é destrutivo. Abaixo de treze graus, o estanho branco deixa de ser a forma estável e começa a virar estanho cinzento, um pó que não conduz nem sustenta nada.
A conversão incha o volume em quase um terço. A peça trinca por dentro, esfarela e ainda contamina a vizinhança, porque encostar um grão de cinzento em estanho branco frio basta para começar a próxima mancha.
I
O Mecanismo
O estanho que conhecemos é o estanho branco. À temperatura ambiente ele é um metal macio de rede tetragonal de corpo centrado, brilhante, dúctil e bom condutor de eletricidade.
Nessa rede, os átomos têm poucos caminhos fáceis para escorregar. O deslizamento entre planos, que é como quase todo metal acomoda uma dobra, resolve só parte do trabalho.
O resto sai por maclagem. Uma faixa inteira do cristal gira de vez e passa a espelhar a orientação da região vizinha, num rearranjo coletivo que atravessa o grão em microssegundos.
O rearranjo é abrupto, e aí está o som. A energia elástica que a barra vinha acumulando é liberada de golpe quando a faixa vira, e parte dela escapa como onda sonora pelo próprio metal.
O grito do estanho não é um som contínuo. É uma sequência de estalos secos, um para cada banda de macla que nasce, e o timbre muda conforme a barra é dobrada mais devagar ou mais rápido.
Dá para ouvir a pureza. Estanho ligado a chumbo range bem menos, e artesãos usavam o som como teste rápido da qualidade do metal séculos antes de existir difração de raios X.
Escutar o rearranjo interno de um sólido virou técnica de engenharia. A emissão acústica, formalizada por Josef Kaiser em mil novecentos e cinquenta, hoje monitora vaso de pressão, ponte e tanque em serviço, ouvindo a trinca antes de ela aparecer.
A segunda transformação começa quando o termômetro cai. Abaixo de treze vírgula dois graus, o estanho branco deixa de ser a fase estável e o lugar passa a ser do estanho cinzento.
As duas formas quase não se parecem. O cinzento tem estrutura cúbica de diamante, a mesma do silício, e se comporta como semicondutor, não como metal.
A diferença de densidade é o estrago. O branco tem cerca de sete vírgula três gramas por centímetro cúbico e o cinzento fica perto de cinco vírgula oito, quase um terço a mais de espaço para os mesmos átomos.
Nada acontece no instante em que a temperatura cruza a marca. A transformação precisa de um núcleo, e a formação espontânea do primeiro grão cinzento pode levar meses ou anos de espera.
Quando o núcleo aparece, a mancha cresce sozinha. O volume novo não cabe no formato antigo, a superfície se solta em verrugas cinzentas e depois em pó, e um objeto inteiro se desmancha a partir de um ponto só.
O frio extremo não acelera para sempre. A força motriz da mudança cresce quando a temperatura cai, mas a mobilidade dos átomos despenca junto, e a velocidade máxima aparece numa faixa perto de trinta graus negativos.
O contágio é literal. Encostar um grão de estanho cinzento numa peça de estanho branco fria dispensa a espera pela nucleação espontânea, e a mancha nova começa no ponto de contato.
O comportamento batizou o fenômeno. Peste do estanho na oficina, doença de museu no acervo: a metáfora de infecção pegou porque o material realmente transmite a transformação por toque.
A cura existe e é brutal. Aquecido acima do ponto de transição, o pó cinzento volta a ser estanho branco e pode ser refundido, mas a peça original já não existe mais.
A composição decide quem adoece. Chumbo, antimônio e bismuto em pequena proporção travam a nucleação, alumínio e zinco aceleram, e estanho quase puro é o caso mais vulnerável de todos.
II
Por que Importa
Tubo de órgão é feito de liga de estanho e chumbo. Quanto mais estanho, mais brilhante o timbre e mais nobre o acabamento, e os tubos de fachada costumam levar as ligas mais ricas em estanho do instrumento.
Igreja sem aquecimento no norte europeu passa o inverno inteiro abaixo dos treze graus. O relato do século dezenove é recorrente: tubos que amanheceram cobertos de manchas cinzentas e esfarelaram ao toque depois de uma sequência de invernos rigorosos.
O chumbo da liga antiga era proteção acidental. Tubo com chumbo suficiente atravessa o mesmo inverno intacto, e o vizinho de estanho quase puro é o que aparece arruinado.
A explicação virou muleta, porém. Tubo de órgão também é destruído pelo ácido acético que evapora da madeira de carvalho dos someiros, e parte do que a literatura antiga chamou de peste tem outra causa.
O acervo de museu enfrenta a versão lenta do problema. Peças de peltre, liga de estanho com antimônio e cobre, guardadas em depósito sem aquecimento, aparecem com verrugas cinzentas e perdem o detalhe de superfície.
A peça afetada entra em quarentena. Como o contato transmite a transformação, o objeto doente é isolado do resto do acervo e a reserva técnica é mantida acima do ponto de transição.
O caso mais atual não está em museu nenhum. A retirada do chumbo da eletrônica, empurrada pela diretiva europeia de dois mil e seis, trocou a solda tradicional por ligas com mais de noventa e cinco por cento de estanho.
A ironia é exata. O elemento removido por toxicidade era justamente o que segurava a nucleação do estanho cinzento, e a peste voltou a ser assunto de engenharia depois de décadas esquecida.
O laboratório reproduziu o problema. Corpos de prova de solda sem chumbo guardados a dezoito graus negativos apareceram tomados pela transformação depois de cerca de um ano e meio, com as ligas de estanho quase puro na frente da fila.
O risco se concentra onde faz frio e o equipamento fica muito tempo parado. Estação polar, aviônica, satélite e estoque de peça de reposição em galpão gelado reúnem as duas condições.
A engenharia responde pela composição. Acrescentar antimônio ou bismuto à liga, evitar acabamento de estanho puro e controlar a temperatura de estocagem são as medidas que aparecem nas recomendações de solda sem chumbo.
A lenda mais famosa do assunto não se sustenta. A história dos botões de estanho da tropa de Napoleão, que teriam esfarelado na campanha da Rússia em mil oitocentos e doze, não fecha com a cinética.
Um inverno é pouco tempo para a nucleação espontânea, boa parte dos botões do período era de latão ou osso, e os exemplares de estanho guardados em coleção seguem brancos e inteiros.
Um caso mais defensável está na Antártida. Latas de querosene seladas com solda de estanho na expedição de mil novecentos e doze foram encontradas vazias, e a peste é a suspeita mais citada para a falha das juntas no frio.
O fecho é o incômodo. O estalo e a ruína são o mesmo traço do metal em duas velocidades, átomos que aceitam se rearranjar em bloco. Num caso o rearranjo é rápido e audível. No outro é silencioso e não deixa peça de pé.
III
A Fonte
Zeitschrift für Physikalische Chemie, 1899. Ernst Cohen e Cornelis van Eijk, em estudos sobre a alotropia do estanho, fixaram em treze vírgula dois graus o ponto de transição entre o estanho branco e o estanho cinzento, forma metálica apenas metaestável abaixo dessa marca.
Progress in Materials Science, 1995. J. W. Christian e S. Mahajan, em "Deformation twinning", reuniram a mecânica da maclagem em metais, incluindo o estanho tetragonal, e descreveram a liberação abrupta de energia elástica que acompanha a formação de cada banda maclada.
Soldering & Surface Mount Technology, 2001. Y. Kariya, C. Gagg e W. J. Plumbridge, em "Tin pest in lead-free solders", reproduziram a transformação em corpos de prova de solda sem chumbo mantidos a dezoito graus negativos, com aparecimento da fase cinzenta depois de cerca de um ano e meio.
Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2007. W. J. Plumbridge, em "Tin pest issues in lead-free electronic solders", detalhou a cinética da transformação, a faixa de temperatura de velocidade máxima e o efeito de chumbo, antimônio e bismuto na supressão da nucleação.
| 
