锡是一种坚硬的金属,它有3种同素异形体,即白锡(β-Sn)、灰锡(α-Sn)和脆锡。通常锡是一种银白色金属,在13.2℃以上时更加坚硬和稳定;然而白锡在气温下降到13.2℃以下时体积骤然膨胀,原子之间空间加大,摩尔体积膨胀26%,于是发生由白锡到灰锡的相变。这个相变不是迅速、自发地产生,而是可能要经历数年后才开始。
β-Sn是一种独特的材料,它的原子排列和一般金属材料不同,是高度有序的锡四面体,具有方向性的键合,这是非金属共价键的特征。β-Sn在冷却至13.2℃以下时会发生结晶相变(多型态相变或者同素异型相变),变成易碎的α-Sn。如果α-Sn保留了β-Sn的延展性,此体积膨胀可能不会成为一个问题,但是α-Sn和其相邻的周期表IV族元素(C、Si、Ge、Sn、Pb)一样易碎,α-Sn其它特性与其姐妹元素Ge和Si相类似:相变时β-Sn相变为α-Sn,其晶体结构和硅一样是金刚石立方结构。相变时的膨胀使易碎的α-Sn晶格产生很高的应力,使锡碎裂为暗的、粉状的材料。这一改变是很难用肉眼注意到的,因此即使在极低的温度下,也不会立即发现这一改变。首先,锡金属上会出现一些粉状小点,然后会出现一些小孔,最后锡金属的边缘会分崩离析。如果温度急剧下降到零下33℃时,就会产生“锡瘟”现象,晶体锡会变成粉末锡。
如果Sn中有某些杂质存在,比如Al或Zn会增强这种相变发生趋势,更低的温度也会加速这种变化,在-30℃~-40℃之间相变速率会达到最大值。也有报道称掺入一定量(可能只有0.1至0.5mass%)的合适材料,如Sb和Bi多余的电子可供锡的结晶重新排列,使锡的状态稳定从而抑制这个相变,或者会把相变开始的温度降至很低,使其已无关紧要,或者在此温度本身就不能形成相变中所要求的原子重排。另外与Sn有良好互溶性的Pb能阻止锡瘟发生,只不过溶解量至少要达到5%才能起到作用。
值得注意的是:锡不但怕冷,而且怕热。将白锡加热到161℃以上时,它会变成具有斜方晶系的斜方锡,即脆锡,敲打时也会变成粉末。