Zinn

Zinn ist auch der Name der deutschen Leichtathletin Elfi Zinn; des ehem. hessischen Ministerpräsidenten Georg August Zinn und der Schriftstellerin Dorit Zinn.

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Zinn (altgermanische Bezeichnung: z. B. althochdeutsch zin = Stab, Zinn) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Sn (lat. stannum = Zinn, Silber, Blei) und der Ordnungszahl 50. Es ist ein silberweiß glänzendes und sehr weiches Schwermetall, das sich mit dem Fingernagel ritzen lässt. Auffällig ist sein niedriger Schmelzpunkt und die relativ hohe Siedetemperatur.

Eigenschaften
Indium - Zinn - Antimon Ge Sn Pb       [Kr]4d105s25p2 120 50 Sn Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Zinn, Sn, 50
Serie	Metalle
Gruppe, Periode, Block	14 (IVA), 5, p
Aussehen	silbrig glänzend grau
Massenanteil an der Erdhülle	3 · 10-3 %
Atomar
Atommasse	118,710
Atomradius (berechnet)	145 (145) pm
Kovalenter Radius	141 pm
van der Waals-Radius	217 pm
Elektronenkonfiguration	[Kr]4d105s25p2
Elektronen pro Energieniveau	2, 8, 18, 18, 4
Oxidationszustände (Oxide)	4, 2 (amphoter)
Normalpotential	-0,138 V (Sn2+ + 2e- → Sn)
Elektronegativität	1,96 (Pauling-Skala)
Austrittsarbeit	4,38 eV
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
Physikalisch
Aggregatzustand (Magnetismus)	fest
Kristallstruktur	tetragonal
Dichte (Mohshärte)	7310 kg/m3 (1,5)
Schmelzpunkt	505,08 K (231,93 °C)
Siedepunkt	2875 K (2602 °C)
Molares Volumen	16,29 · 10-6 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
Spezifische Wärmekapazität	228 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	9,17 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit	66,6 W/(m · K)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP 110Sn {syn.} 4,11 h ε 0,638 110In 111Sn {syn.} 35,3 min ε 2,445 111In 112Sn 0,97 % Sn ist stabil mit 62 Neutronen 113Sn {syn.} 115,09 d ε 1,036 113In 114Sn 0,65 % Sn ist stabil mit 64 Neutronen 115Sn 0,34 % Sn ist stabil mit 65 Neutronen 116Sn 14,54 % Sn ist stabil mit 66 Neutronen 117Sn 7,68 % Sn ist stabil mit 67 Neutronen 118Sn 24,23 % Sn ist stabil mit 68 Neutronen 119Sn 8,59 % Sn ist stabil mit 69 Neutronen 120Sn 32,59 % Sn ist stabil mit 70 Neutronen 121Sn {syn.} 27,6 h β- 0,388 121Sb 121mSn {syn.} 55 a IT β- 0,006 0,394 121Sn 121Sb 122Sn 4,63 % Sn ist stabil mit 72 Neutronen 123Sn {syn.} 129,2 d β- 1,404 123Sb 124Sn 5,79 % Sn ist stabil mit 74 Neutronen 125Sn {syn.} 9,64 d β- 2,364 125Sb 126Sn {syn.} ~100000 a β- 0,380 126Sb
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.

Geschichte

Das Metall ist vermutlich seit 3500 v. Chr. 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 lässt sich leicht aus Zinnstein (Kassiterit, ein rotbraun/schwarzes Erz auch Zinnoxid, SnO₂) gewinnen. 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 Massenprozent 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 Konzentrierung auf etwa 75% wird ein Schmelzprozess eingesetzt.

2004 wird die Zinnproduktion vermutlich wie folgt aussehen: Volksrepublik China etwa 30%, restliches Südostasien etwa 30%, Südamerika etwa 20%.

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

Metallisches Zinn ist auch in größeren Mengen an sich ungiftig. Die Giftwirkung einfacher Zinnverbindungen und Salze ist gering. Einige organische Zinnverbindungen dagegen sind hochtoxisch. Die Trialkyl-Zinnverbindungen (insbesondere TBT, engl. "TriButylTin", Tributylzinn) und Triphenylzinn werden in Anstrichfarbe für Schiffe verwendet, um die sich an den Schiffsrümpfen festsetzenden Mikroorganismen und Muscheln abzutöten. Dadurch kommt 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 Cystein.

Verwendung

Seit Jahrhunderten wird Zinnblech großflächig zur Herstellung von Orgelpfeifen im Sichtbereich verwendet. Diese behalten ihre silbrige Farbe über viele Jahrzehnte. Das weiche Metall wird als Legierung verwendet und hat für die Klangentfaltung sehr gute vibrationsdämpfende Eigenschaften. Viele Haushaltsgegenstände, Geschirre, Tuben und Dosen wurden früher ganz aus Zinn gefertigt, rundweg der einfacheren Verarbeitungstechnologie der Zeit entsprechend. Mittlerweile jedoch wurde das relativ kostbare Material durch preiswertere Möglichkeiten ersetzt. Industriell stellt man aus verzinntem Eisenblech so genanntes Weißblech (beispielsweise für Konservendosen oder Backformen) her. Zu dünner Folie gewalzt nennt man es auch Stanniol, hier ist Zinn im 20. Jahrhundert durch das viel preiswertere Aluminium verdrängt worden. Bei manchen Farbtuben und 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, beinhaltet 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 183° 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 elektrischer Leiter in Anzeigegeräten wie LCD Displays. Das reine, weiße, nicht sehr harte Zinndioxid besitzt eine hohe Lichtbrechung und wird im optischen Bereich und als mildes Poliermittel eingesetzt. In der Dentaltechnik wird Zinn auch als Bestandteil von Amalgamen zur Zahnfüllung eingesetzt. Die sehr toxischen organischen Zinnverbindungen finden als Fungizide oder Desinfektionsmittel Verwendung.

Der Jahresweltverbrauch an Zinn liegt bei etwa 300.000 t. 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 bleifreie Lote mit Zinnanteilen > 95% wird der jährliche Bedarf um etwa 10% wachsen. Die Preise steigen durch die hohe Nachfrage kontinuierlich. Im Jahre 2003 wurden an der LME (London Metal Exchanges) etwa 5.000 US-Dollar pro Tonne bezahlt. 2004 lagen die Preise zwischenzeitlich bei etwa 8.000 bis 10.000 US-Dollar pro Tonne. Die größten 10 Zinnverbraucher (2003) weltweit sind nach China auf Platz 1 die Länder USA, Japan, Deutschland, übriges Europa, Korea, übriges Asien, Taiwan, Großbritannien und Frankreich.

Zinn wird anstelle von Blei auch zum Bleigießen verwendet.

Zusammenfassung

Zinn (Sn): Ist ein Silber weiß glänzendes Metall und hat eine Oxidschicht die sehr stabil gegenüber Chemikalien ist. Sn lässt sich gut auswalzen und kommt in 2 Modifikationen vor.

Modifikation: Ist das Alpha – Sn. Dieses entsteht nur unter 13 °C und ist pulvrig.

Modifikation: Ist das Beta – Sn. Dieses ist nur über 13 °C stabil.

Siehe auch

• Indiumzinnoxid

Weblinks

• http://www.uniterra.de/rutherford/ele050.htm
• http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/50Zinn.htm