Zinn
Zinn (v. althochdeutsch zin: Stab) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Sn (lat. Stannum)und der Ordnungszahl 50. Es ist ein silberweiß glänzendes und sehr weiches Schwermetall, es lässt sich mit dem Fingernagel ritzen. Auffällig ist sein niedriger Schmelzpunkt und die relativ hohe Siedetemperatur.
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| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Name, Symbol, Ordnungszahl | Zinn, Sn, 50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie | Metalle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 14 (IVA), 5, p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte, Mohshärte | 7310 kg/m3, 1,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | silbrig glänzend grau | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomgewicht | 118,710 amu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 145 (145) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 141 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| van der Waals-Radius | 217 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Kr]4d10 5s2 5p2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| e- 's pro Energieniveau | 2, 8, 18, 18, 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände (Oxid) | 4, 2 (amphoter) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | tetragonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand (Magnetismus) | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 505,08 K (231,93 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 2875 K (2602 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 16,29 · 10-3 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 295,8 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | 7,029 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dampfdruck | 5,78 · 10-21 Pa bei 505 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | 2500 m/s bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verschiedenes | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 1,96 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Spezifische Wärmekapazität | 228 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 9,17 · 106/m Ohm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 66,6 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 708,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 1411,8 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 2943,0 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. Ionisierungsenergie | 3930,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5. Ionisierungsenergie | 7456 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stabilste Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt, sofern nicht anders angegeben. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eigenschaften
Zinn kann drei Modifikationen mit verschiedener Kristallstruktur und Dichte annehmen. α-Zinn (kubisches Gitter, 5,75 g/cm3) ist unterhalb von 13,2 °C stabil, β-Zinn (tetragonales Gitter, 7,31 g/cm3) bis 162 °C und γ-Zinn (rhombisches Gitter, 6,54 g/cm3) oberhalb von 162 °C oder unter hohem Druck. Natürliches Zinn besteht aus zehn verschiedenen stabilen Isotopen, das ist die größte Anzahl aller Elemente. Außerdem sind noch 28 radioaktive Isotope bekannt.
Die Rekristallisation von β-Zinn in α-Zinn bei niedrigen Temperaturen äußert sich als die so genannte Zinnpest.
Beim Verbiegen des relativ weichen Zinns, beispielsweise von Zinnstangen, tritt ein charakteristisches Geräusch, das "Zinngeschrei" (auch "Zinnschrei"), auf. Es entsteht durch die Reibung der β-Kristallite aneinander. Das β-Zinn hat einen abgeflachten Tetraeder als Raumzellenstruktur aus dem sich zusätzlich zwei Verbindungen ausbilden.
Durch die Oxidschicht mit der Zinn sich überzieht ist es sehr beständig. Von konzentrierten Säuren und Basen wird es jedoch unter Entwicklung von Wasserstoffgas zersetzt.
biologische Wirkung
Das Zinn-metall ist an sich ungiftig auch in größeren Mengen. Die Giftwirkung einfacher Zinnverbindungen und Salze ist gering. Einige organische Zinnverbindungen dagegen sind hochtoxisch. Die Alkyl3Sn, Mg3Sn und nBu3Sn Verbindungen wurden als TBT (TriButylTin)in Anstrichfarbe für Schiffe verwendet, um die sich an den Schiffsrümpfen festsetzenden Mikroorganinsmen und Muscheln ab zu töten. Dadurch kam es in der Umgebung von großen Hafenstädten zu hohen Konzentrationen an TBT im Meerwasser. Die toxische Wirkung beruht auf der Denaturierung einiger Proteine durch die Wechselwirkung des Schwefels aus Aminosäuren beispielsweise Cystin.
Geschichte
Das Metall ist vermutlich seit 2500 V.u.Z. bekannt; allerdings wurde im südtürkischen Taurus-Gebirge ein Zinnbergwerk entdeckt, welches auf etwa 3000 v. Chr. datiert wird. Durch die Legierung Bronze, deren Bestandteile Kupfer und Zinn sind, ist es von großer Bedeutung (Bronzezeit). Im Lateinischen heißt Zinn "stannum", daher rührt auch das chem. Symbol Sn. Nachdem die Bronze durch das Eisen verdrängt wurde, erlangte Mitte des 19. Jahrhunderts Zinn durch die Herstellung von Weißblech industrielle Bedeutung.
Herstellung und Vorkommen
Zinn wird aus Zinnstein (Kassiterit, ein rotbraune/schwarzes Erz auch Zinkoxid, SnO2) gewonnen. Dazu wird das Erz zuerst zerkleinert und dann durch verschiedene Verfahren (Aufschlämmen, elektrische/magnetische Scheidung) angereichert. Nach der Reduktion mit Kohlenstoff wird das Zinn knapp über seine Schmelztemperatur erhitzt, so dass es ohne höherschmelzende Verunreinigungen abfließen kann. Heute gewinnt man einen Großteil durch Recycling und hier durch Elektrolyse.
In der Erdkruste ist es mit einem Anteil von etwa 0,0035 % (auf die Masse bezogen) vertreten.
Nach aktuellen Schätzungen reichen die vorhandenen Lagerstätten noch etwa 35 Jahre. Zinn kommt zu über 80% als Ansammlung in Schwemmlandablagerungen (Sekundärlagerstätten) an Flüssen sowie auf dem Meeresgrund vor. Hierbei ist eine Region beginnend in Zentralchina über Thailand bis nach Indonesien bevorzugt. Das Material in den Schwemmlandlagerstätten hat nur einen Metallanteil von etwa 5%. Erst nach verschiedenen Schritten zur Konzentration auf etwa 75% wird ein Schmelzprozess eingesetzt.
Die Zinnproduktion im Jahre 2004 wird vermutlich wie folgt aussehen: China etwa 30%, restliches Südostasien etwa 30%, Südamerika etwa 20%.
Verwendung
Seit Jahrhunderten wird Zinnblech zur Herstellung von Orgelpfeifen im Sichtbereich verwendet. Diese behalten Ihre silbrige Farbe über viele Jahrzehnte, das weiche Metall hat für die Klangentfaltung sehr gute vibrationsdämpfende Eigenschaften. Viele Haushaltsgegenstände, Geschirre, Tuben, Dosen, wurden früher ganz aus Zinn gefertigt, jedoch wurde das relativ kostbare Material durch preiswertere ersetzt. Industriell stellt man aus verzinnten Eisenblech, so genanntes Weißblech (beispielsweise für Konservendosen) oder Backformen her. Zu dünnen Folien gewalzt nennt man es auch Stanniol, hier ist Zinn im 20. Jhrh. durch das viel preiswertere Aluminium verdrängt worden. Bei manchen Farbtuben, Weinflaschenverschlüssen kommt uns Zinn noch entgegen. Als Legierungsbestandteil wird Zinn vielfältig verwendet. Mit Kupfer zu Bronze oder anderen Werkstoffen legiert. Die Legierung der goldfarbigen Euromünzen die wir täglich zwischen den Fingern anfassen "Nordisches Gold" beinnhaltet unter anderem 1% Zinn. Als Bestandteil von Metalllegierungen mit niedrigem Schmelzpunkt ist es unersetzbar. Weichlot (so genanntes "Lötzinn") zur Verbindung elektronischer Bauteile (beispielsweise auf Leiterplatten) wird mit Blei (eine typische Mischung ist etwa 63 % Sn und 37 % Pb) und anderen Metallen in geringerem Anteil legiert. Die Mischung schmilzt bei etwa 187° C. In der Flachglasherstellung schwimmt die zähflüssige Glasmasse bis zur Erstarrung auf einer spiegelglatten flüssigen Zinnschmelze. In der modernen Industrie werden Zinnverbindungen als Stabilisator dem PVC Kunststoff beigemischt. Hochreine Zinn-Einkristalle eignen sich auch zur Herstellung von elektronischen Bauteilen. In Form einer transparenten Zinnoxid-Indiumoxid Verbindung ist es elektrischen Leiter in Anzeigegeräten wie LCD Displays. Das reine weisse Zinndioxid besitzt eine hohe Lichtbrechung und wird als mildes Poliermittel eingesetzt. In der Dentaltechnik wird Zinn auch als Mitbestandteil von Amalgamen zur Zahnfüllung verwendet. Auch finden organische Lösungen davon als Fungizide oder Desinfektionsmittel Verwendung.
Jahresweltverbrauch an Zinn liegt bei etwa 300000 to. Davon werden etwa 35 % für Lote, etwa 30% für Weißblech und etwa 30% für Chemikalien und Pigmente eingesetzt. Durch die Umstellung der Zinn-Blei-Lote auf bleifrei Lote mit Zinnanteilen > 95% wird der jährliche Bedarf um etwa 10% wachsen. Die Preise sind durch die hohe Nachfrage kontinuierlich am steigen. Im Jahre 2003 wurden an der LME (London Metal Exchanges) etwa 5000 US$/to bezahlt. Die Preise in 2004 sind zwischenzeitlich bei etwa 8000 - 10000 US$/to. Die größten 10 Zinnverbraucher weltweit sind nach China auf Platz 1 die Länder USA, Japan, Deutschland, übriges Europa, Korea, übriges Asien, Taiwan, Großbritannien und Frankreich.