Zinn

Eigenschaften
[Kr] 4d105s25p2 50 Sn Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Zinn, Sn, 50
Serie	Metalle (Kohlenstoffgruppe)
Gruppe, Periode, Block	14, 5, p
Aussehen	silbrig glänzend grau
Massenanteil an der Erdhülle	3 · 10-3 %
Atomar
Atommasse	118,710 u
Atomradius (berechnet)	145 (145) pm
Kovalenter Radius	141 pm
Van-der-Waals-Radius	213 pm
Elektronenkonfiguration	[Kr] 4d105s25p2
Elektronen pro Energieniveau	2, 8, 18, 18, 4
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
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen
Kristallstruktur	tetragonal
Dichte	7,31 g/cm3
Mohshärte	1,5
Magnetismus
Schmelzpunkt	505,08 K (231,93 °C)
Siedepunkt	2875 K (2601,85 °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
Spezifische Wärmekapazität	228 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	9,17 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit	66,6 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	(-4) 4, 2
Oxide (Basizität)	(amphoter)
Normalpotential	-0,138 V (Sn2+ + 2e- → Sn)
Elektronegativität	1,96 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP 112Sn 0,97 % Stabil 113Sn {syn.} 115,09 d ε 1,036 113In 114Sn 0,65 % Stabil 115Sn 0,34 % Stabil 116Sn 14,54 % Stabil 117Sn 7,68 % Stabil 118Sn 24,23 % Stabil 119Sn 8,59 % Stabil 120Sn 32,59 % Stabil 121Sn {syn.} 27,06 h β− 0,388 121Sb 121metaSn {syn.} 55 a IT 0,006 121Sn β− 0,394 121Sb 122Sn 4,63 % Stabil 123Sn {syn.} 129,2 d β− 1,404 123Sb 124Sn 5,6 % Stabil 125Sn {syn.} 9,64 d β− 2,364 125Sb 126Sn {syn.} ~230.000 a β− 0,380 126Sb
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung
Pulver Xn Gesundheits- schädlich
R- und S-Sätze	R: 40 (Pulver)[1]
	S: 36/37(Pulver)[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Zinn (althochdeutsch zin „Stab, Zinn“) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Sn (lat. stannum „Zinn“) und der Ordnungszahl 50. Das silberweiß glänzende und sehr weiche Schwermetall lässt sich mit dem Fingernagel ritzen. Auffällig sind sein niedriger Schmelzpunkt und die relativ hohe Siedetemperatur.

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Geschichte

Das Metall Zinn ist vermutlich seit 3500 v. Chr. bekannt; im südtürkischen Taurus-Gebirge wurden beispielsweise das Zinnbergwerk Kestel und die Zinnverarbeitungsstätte Göltepe entdeckt - auf etwa 3000 v. Chr. datiert. Auch in einem ägyptischen Grabmal aus der 18. Dynastie (~1500 v. Chr.) wurden Gegenstände aus Zinn gefunden. Durch die Legierung Bronze, deren Bestandteile Kupfer und Zinn sind, ist es von großer Bedeutung (Bronzezeit). Der römische Schriftsteller Plinius nannte Zinn plumbum album (weißes Blei; Blei hingegen war plumbum nigrum = schwarzes Blei). Die hohe Nachfrage nach Zinn wird sogar als ein Grund für die römische Besetzung Britanniens angeführt – in der südwestlichen Region Cornwall befanden sich damals bedeutende Erzvorkommen. Im Lateinischen heißt Zinn stannum, daher rührt auch das chem. Symbol Sn her. Lange nachdem die Bronze durch das Eisen verdrängt wurde, erlangte Zinn Mitte des 19. Jahrhunderts durch die industrielle Herstellung von Weißblech von neuem große 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 höher schmelzende 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 Massenprozenten 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.

Die Staaten mit der größten Förderung

Die bedeutendste Fördernation für Zinn ist China, gefolgt von Peru und Bolivien. In Europa sind Portugal und Spanien als größte Zinnproduzenten zu nennen.

Siehe auch.

• Industrie - die größten Produzenten von: Dünger, Eisen, Kunstfasern, Papier, Stahl, Zement
• Bergbau - die Staaten mit der größten Förderung von: Bauxit, Blei, Eisenerz, Diamanten, Gold, Kupfer, Platin, Silber, Zink, Zinn

Eigenschaften

  Zinn kann drei Modifikationen mit verschiedener Kristallstruktur und Dichte annehmen. α-Zinn (kubisches Diamantgitter, 5,75 g/cm³) ist unterhalb von 13,2 °C stabil und besitzt einen Bandabstand von E_G=0,1 eV, 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 zu 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 Geräusch tritt jedoch nur bei Zinn mittlerer Reinheit auf, sowohl ultrareines als auch verunreinigtes Zinn zeigen diese Eigenschaft nicht. 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 allerdings unter Entwicklung von Wasserstoffgas zersetzt. Jedoch ist Zinn(IV)oxid ähnlich inert wie Titan(IV)oxid.

Isotope

Zinn besitzt insgesamt 10 natürlich vorkommende Isotope. Es sind dies ^{112Sn, 114Sn, 115Sn, 116Sn, 117Sn, 118Sn, 119Sn, 120Sn, 122Sn und 124Sn. 120Sn ist dabei mit 32,4 % Anteil an natürlichem Zinn das häufigste Isotop. Daneben gibt es noch 28 instabile Isotope[2], von denen 126Sn mit einer Halbwertszeit von 230.000 Jahren[2] das langlebigste ist. Alle anderen Isotope haben eine Halbwertzeit von nur maximal 129 Tagen. Lediglich beim 121Sn existiert ein Kernisomer mit 55 Jahren Halbwertzeit. Als Tracer werden am häufigsten die Isotope 113Sn 121Sn 123Sn und 125Sn verwendet. Zinn hat als einziges Element drei stabile Isotope mit ungerader Massenzahl, und mit 10 stabilen Isotopen die meisten stabilen Isotope von allen Elementen überhaupt.}

Siehe auch: Liste der Zinn-Isotope

Nachweis

Als Nachweisreaktion für Zinnsalze wird die Leuchtprobe durchgeführt: Die Lösung ist mit 20 %iger Salzsäure und Zinkpulver zur Reduktion von Sn(IV) zu Sn(II)) zu versetzen - es entsteht Wasserstoff (naszierend, atomar - gutes Reduktionsmittel). In diese Lösung ein Reagenzglas eintauchen, das mit kaltem Wasser und Kaliumpermangantlösung gefüllt ist (Das Kaliumpermangant dient hier nur als Kontrast). Im Dunklen in die nichtleuchtende Bunsenbrennerflamme halten. Nach kurzer Zeit entsteht bei Anwesenheit von Zinn die typisch blaue Fluoreszenz, hervorgerufen durch Zinn(II)-chlorid^[3]. Ebenso bilden sich in konzentrierter Salzsäure mit dem Auge deutlich zu erkennende lange Nadeln, die farblos sind, jedoch auch farbig durch Einlagerungen von Metallionen sein können (z. B. Cu(II) -> türkis).

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 Anstrichfarben 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 mit dem Schwefel aus Aminosäuren wie beispielsweise Cystein.

Verwendung

Seit Jahrhunderten wird reines Zinnblech großflächig zur Herstellung von Orgelpfeifen im Sichtbereich verwendet. Diese behalten ihre silbrige Farbe über viele Jahrzehnte. Das weiche Metall wird aber in der Regel in einer Legierung mit Blei, dem so genannten Orgelmetall verwendet und hat für die Klangentfaltung sehr gute vibrationsdämpfende Eigenschaften. Zu tiefe Temperaturen sind wegen der Umwandlung in α-Zinn schädlich für Orgelpfeifen, siehe Zinnpest. Viele Haushaltsgegenstände, Geschirre, Tuben, Dosen und auch das Kinderspielzeug Zinnfiguren wurden früher ganz aus Zinn gefertigt, rundweg der einfacheren Verarbeitungstechnologie der Zeit entsprechend. Mittlerweile jedoch wurde das relativ kostbare Material meist durch preiswertere Möglichkeiten ersetzt. Ziergegenstände und Modeschmuck werden weiterhin aus Zinnlegierungen, Hartzinn bzw. Britanniametall hergestellt.

Weißblech ist verzinntes Eisenblech, es wird beispielsweise für Konservendosen oder Backformen verwendet. Tin, das englische Wort für Dose bzw. Konservenbüchse, ist mit dem Wort Zinn verwandt.

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 begegnet uns Zinn noch.

Als Legierungsbestandteil wird Zinn vielfältig verwendet, mit Kupfer zu Bronze oder anderen Werkstoffen legiert. Nordisches Gold, die Legierung der goldfarbigen Euromünzen, beinhaltet unter anderem 1 % Zinn.

Als Bestandteil von Metall-Legierungen 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. Ab Juli 2006 darf jedoch kein bleihaltiges Lötzinn in elektronischen Geräten mehr verwendet werden (siehe RoHS), man setzt nun bleifreie Zinnlegierungen mit Kupfer und Silber ein, z.B. Sn95.5Ag3.8Cu0.7 (Schmelztemperatur ca. 220°C).
Hochreine Zinn-Einkristalle eignen sich auch zur Herstellung von elektronischen Bauteilen.

In der Floatglasherstellung schwimmt die zähflüssige Glasmasse bis zur Erstarrung auf einer spiegelglatten flüssigen Zinnschmelze.

Zinnverbindungen werden dem Kunststoff PVC als Stabilisatoren beigemischt. Tributylzinn dient als sog. Antifouling-Zusatz in Anstrichstoffen für Schiffe und verhindert den Bewuchs der Schiffskörper, es ist mittlerweile jedoch umstritten und weitgehend verboten.

In Form einer transparenten Zinnoxid-Indiumoxid-Verbindung ist es elektrischer Leiter in Anzeigegeräten wie LC-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 5000 US-Dollar pro Tonne bezahlt. 2004 lagen die Preise zwischenzeitlich bei etwa 8000 bis 10.000 US-Dollar pro Tonne. Die zehn größten 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.

Stannum metallicum („metallisches Zinn“) findet auch bei der Herstellung von homöopathischen Arzneimitteln sowie als Bandwurm-Gegenmittel Verwendung.

Unter der Bezeichnung Argentin wurde Zinnpulver früher zur Herstellung von unechtem Silberpapier und unechter Silberfolie verwendet.

Seit dem Mittelalter ist Zinngießer ein spezieller Beruf, der sich bis heute erhalten hat ( Metall- und Glockengießer/-in).

Verbindungen

Zinnverbindungen kommen in den Oxidationsstufen +II und +IV vor, wobei Zinn(IV)-Verbindungen stabiler sind, da Zinn ein Element der IV-Hauptgruppe ist. Zinn(II)-Verbindungen lassen sich deshalb leicht in Zinn(IV)-Verbindungen umsetzen. Viele Zinnverbindungen sind Salze, es gibt aber auch eine Reihe von organischen Zinnverbindungen.

Oxide

• Zinn(II)-oxid SnO, CAS: 21651-19-4
• Zinn(II,IV)-oxid Sn₂O₃
• Zinn(IV)-oxid SnO₂, CAS: 18282-10-5

Salze

• Zinn(II)-chlorid SnCl₂, CAS: 7772-99-8
• Zinn(IV)-chlorid SnCl₄, CAS: 7646-78-8
• Zinn(II)-sulfat SnSO₄, CAS: 7488-55-3
• Zinn(IV)-sulfat Sn(SO₄)₂, CAS: 19307-28-9
• Zinn(II)-sulfid SnS, CAS: 1314-95-0
• Zinn(IV)-sulfid SnS₂, CAS: 1315-01-1
• Zinn(II)-iodid SnI₂, CAS: 10294-70-9
• Zinn(IV)-iodid SnI₄, CAS: 7790-47-8
• Zinn(IV)-bromid SnBr₄, CAS: 7789-67-5
• Zinn(II)-nitrat Sn(NO₃)₂
• Zinn(IV)-nitrat Sn(NO₃)₄
• Zinn(II)-oxalat Sn(COO)₂, CAS: 814-94-8
• Zinn(II)-selenid SnSe, CAS: 1315-06-0
• Zinn(II)-pyrophosphat Sn₂P₂O₇, CAS: 15578-26-4
• Zinn(II)-fluorid SnF₂, CAS: 7783-47-3

Organische Zinnverbindungen

• Dibutylzinnlaurat (DBTDL) C₃₂H₆₄O₄Sn, CAS: 77-58-7
• Dibutylzinnoxid (DBTO) (H₉C₄)₂SnO, CAS: 818-08-6
• Dibutylzinndiacetat C₁₂H₂₄O₄Sn , CAS: 1067-33-0
• Diphenylzinndichlorid C₁₂H₁₀Cl₂Sn, CAS: 1135-99-5
• Tributylzinn C₁₂H₂₈Sn, CAS: 56573-85-4
• Tributylzinnchlorid (TBTCL) (C₄H₉)₂SnCl₂, CAS: 683-18-1
• Tributylzinnfluorid (TBTF) C₁₂H₂₇FSn, CAS: 1983-10-4
• Tributylzinnsulfid (TBTS) C₂₄H₅₄SSn₂, CAS: 4808-30-4
• Tributylzinnoxid (TBTO) C₂₄H₅₄OSn₂, CAS: 56-35-9
• Triphenylzinnhydrid C₁₈H₁₆Sn, CAS: 892-20-6
• Triphenylzinnhydroxid C₁₈H₁₆OSn, CAS: 76-87-9
• Triphenylzinnchlorid C₁₈H₁₅ClSn, CAS: 639-58-7
• Tetrabutylzinn C₁₆H₃₆Sn, CAS: 1461-25-2
• Tetraphenylzinn (H₅C₆)₄Sn, CAS: 595-90-4
• Zinkhydroxystannat ZnSnO₃ 3H₂O, CAS: 12027-96-2

Weitere Verbindungen

• Natriumstannat Na₂SnO₃, CAS: 12058-66-1
• Kaliumstannat K₂SnO₃, CAS: 12142-33-5
• Zinndifluoborat Sn(BF₄)₂, CAS: 13814-97-6
• Zinn(II)-hydroxid Sn(OH)₂, CAS: 12026-24-3
• Zinn(IV)-hydroxid Sn(OH)₄, CAS: 12054-72-7
• Zinn(II)-2-ethylhexanoat Sn(OOCCH(C₂H₅)C₄H₉)₂, CAS: 301-10-0
• Zinn(II)-oleat Sn(C₁₇H₃₄COO), CAS: 1912-84-1

Siehe auch

• Indiumzinnoxid
• Zum historischen Zinnabbau im Erzgebirge siehe Plattner Kunstgraben#Der Zinnabbau

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Sicherheitsdatenblatt (alfa-aesar) (in kompakter Form: keine R/S-Sätze)
2. ↑ ^{a b} G. Audia, O. Bersillonb, J. Blachotb, A.H. Wapstrac: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. In: Nuclear Physics. Bd. A 729, 2003, S. 3–128.
3. ↑ Taschenbuch der Chemie von Schröter, Lautenschläger und Teschner 18.Auflage, Seite 440

Literatur

• Ludwig Mory / E. Pichelkastner / B. Höfler: Bruckmann´s Zinn-Lexikon. München 1977
• Vanessa Brett: Zinn. Herder, Freiburg 1983
• K.A. Yener, A. Adriaens, B. Earl, H. Özbal: Analyses of Metalliferous Residues, Crucible Fragments, Experimental Smelts, and Ores from Kestel Tin Mine and the Tin Processing Site of Göltepe, Turkey. In: P.T. Craddock, J. Lang (Eds.): Mining and Metal Production Through The Ages. The British Museum Press, London, 2003, S. 181-197.