Zinn                         50Sn

  

Abb.: elementares Zinn

 

lat.: stannum ("Zinn")

   
relative Atommasse: 118,710
Ordnungszahl: 50
Schmelzpunkt: 231,9681°C
Siedepunkt: 2270°C
Oxidationszahlen: 4,2
Dichte: 7,29 g/cm³
Härte (Mohs): 1,8
Elektronegativität (Pauling): 1,94
Atomradius: 140 pm
Elektronenkonfiguration: [Kr]4d105s25p2

 

Eigenschaften

 

Zinn besitzt die meisten stabilen Isotope unter allen Elementen. Das Schwermetall Zinn tritt in mehreren Modifikationen auf, bei Raumtemperatur als tetragonales so genanntes β-Zinn: Ein silberweißes, glänzendes Metall mit einer Dichte von 7,29. Zinn gehört zu den weichsten Metallen: Es läßt sich mit dem Messer anritzen und zu 0,02–0,09 mm dicken Folien (Stanniol) auswalzen. Beim Verbiegen einer Zinn-Stange hört man ein eigenartiges Geräusch (Zinngeschrei), das von der gegenseitigen Reibung der Kristallite herrührt. Beim Erwärmen auf 162° entsteht das rhombische γ-Zinn (auch sprödes Zinn genannt). Eine feinkörnige, spröde Masse, die beim Fall in Stücke zerspringt. Im allgemeinen wird diese Form jedoch nicht als eigenständige Modifikation betrachtet. Unterhalb 13,2° ist eine weitere Zinn-Modifikation., das im Diamant-Gittertyp kristallisierende, das so genannte α-Zinn oder graue Zinn (graues Pulver mit Halbleitereigenschaften und einer Dichte von 5,75g/cm³) stabil. Zwischen 0 und 13,2° verläuft die Umwandlung des weißen β-Zinn in das pulverige, graue Zinn nur sehr. Bei tieferen Temperaturen hingenen (etwa –48°) läuft die Umwandlung schon in wenigen Stunden ab. Das Zinn zersetzt sich von verschiedenen Stellen aus zu grauem Pulver. Man bezeichnet diese Erscheinung als Zinnpest, denn man kann Geräte aus β-Zinn mit α-Zinn „infizieren“. Die Ursachen der Erscheinung sind noch unbekannt. Erhitzt man die graue Zinn-Modifikation auf dem Wasserbad, so geht sie wieder in gewöhnliches, weißes Zinn über. Mit Metallen wie Kupfer, Blei, Cadmium, Antimon und Bismut lässt sich Zinn leicht legieren.

 

Bei Raumtemperatur behält Zinn seinen Glanz an der Luft und im Wasser fast unbegrenzt lange bei. Der Grund dafür ist eine dünne, durchsichtige Oxidschicht. Infolge seiner Stellung in der Spannungsreihe widersteht es dem Angriff vieler Chemikalien ziemlich gut. Taucht man einen Zinn-Stab in die Lösung. eines Zinn-Salzes, so erhält man eine lockere Abscheidung von Sn (Zinnbaum). Beim Erhitzen an der Luft verbrennt Zinn mit intensiv weißem Licht zu Zinndioxid (Zinnstein).

Sn + O2 → SnO2       ΔHR = -581 kJ/mol

 

Zusammen mit Chlor bildet Zinn leicht Zinntetrachlorid (SnCl4), mit Schwefel unter Erwärmen Zinnsulfide, mit Salzsäure Zinn(II)-chlorid.

Sn + 2HCl → SnCl2 + H2

 

Beim Kochen mit Natronlauge bildet sich Natriumhexahydroxostannat

Sn + 4H2O + 2NaOH → Na2[Sn(OH)6] + 2H2

 

 

Vorkommen

 

Etwa 0,0035% der obersten, 16 km dicken Erdkruste dürften aus Zinn bestehen; damit steht es in der Häufigkeitsliste der Elemente in der Nähe von Cobalt, Cer und Yttrium. Das wichtigste Zinn-Erz ist der Zinnstein (SnO2). Zinnstein kommt sowohl auf primären Lagerstätten (so genanntes Bergzinn) als auch auf sekundären vor (so genannte Zinnseifen) vor. Zinnstein wird in Ländern wie Australien, Malaysia, Indonesien, Bolivien, Nigeria und Kongo abgebaut.

 

 

Geschichtliches

 

Der Elementname Zinn leitet sich von althochdeutschen: zin und altnordischen: tin ab. Das Element wurde wegen seines Glanzes und seiner Weichheit meist dem Planeten Jupiter, seltener dem Planeten Venus zugeordnet. Das Elementsymbol Zinn geht nach einem Vorschlag von Berzelius auf die lateinische Bezeichnung stannum für das Element zurück. Der Zinnstein ist an einigen Stellen der Erde erheblich angereichert, er regt schon durch seine auffällige Schwere zu metallurgischen Maßnahmen an und kann durch Kohle verhältnismäßig leicht reduziert werden – aus diesen Gründen kann die Zinn-Herstellung schon vor Jahrtausenden gelungen sein. Die ältesten Funde weisen nicht auf reines Zinn, sondern auf Zinn-Kupfer-Legierungen (Bronze) hin. Diese kamen um 3500–3200 vor Christie Geburt auf und wurden zur Herstellung von Beilen und Speerspitzen verwendet. Offenbar hat man damals Kupfer- und Zinnerze gemeinsam verhüttet und auf die Herstellung von Zinn als solchem verzichtet. In China und Japan soll reines Zinn etwa 1800 v. Chr. hergestellt worden sein. Die Ägypter haben um 600 v. Chr. gelegentlich reines Zinn den Mumiengräbern beigegeben. Zu Homers Zeiten war Zinn gut bekannt; man verwendete es zur Verzierung von Panzern, Schilden und Beinschienen. Cäsar berichtet über die Zinnvorkommen. in Britannien, und zu Plinius' Zeiten wurden Kupfergefäße mit dünnen Zinn-Überzügen versehen. Da in den Mittelmeerländern größere Zinnlagerstätten nirgends anzutreffen sind, muss das Metall oder Erz aus fernen Ländern wie England oder Indien eingeführt worden sein. In Pfahlbauten der Schweiz fand man ebenfalls Nadeln, Knöpfe und Ringe aus Zinn. In Peru haben die Inkas Zinn hergestellt; auch die Azteken in Mexiko haben Zinn seit langem gekannt. Bis ins 13. Jahrhundert lieferte England (Cornwall) den Hauptanteil des europäischen Zinns; heute sind diese Lager weitgehend erschöpft. Um 1146 sollen die ersten Zinn-Gruben in Böhmen eröffnet worden sein. Auch in Sachsen entstanden in jenen Zeiten die ersten Zinn-Bergwerke; diese deckten bis zu ihrer Zerstörung im Dreißigjährigen Krieg den deutschen Zinnbedarf. Nach der allmählichen Erschöpfung dieser Lager traten die überseeischen Zinnvorkommen in den Vordergrund.

 

 

Darstellung

 

Abgebautes Zinndioxid wird nach Zerkleinerung mittels naßmechanischen Methoden durch Aufschlämmen, Flotation und Entfernung von Beimengungen bis auf einen Zinngehalt von 35–75% konzentriert. Anschließend wird das Erz zusammen mit Zuschlägen wie Kalk, Sand, Pyrit und Flugstäuben bei etwa 1100° in Elektroöfen geschmolzen und mittels Kohlenstoff reduziert (Reduktionsarbeit).

SnO2 + 2C  → Sn + 2CO

SnO2 + 2CO → Sn + 2CO2

 

Hierbei erhält man Rohzinn von hohem Reinheitsgrad (97–99%) sowie zinnhaltige Schlacken (Silicate). Zur Darstellung von reinem Zinn bedient man sich der Seigerung oder der Elektrolyse. Bei der Steigerung erhitzt man das Rohzinn auf Temperaturen knapp über dem Schmezpunkt des Zinns. Das flüssige Zinn läuft dabei ab und Verunreinigungen von schwerer schmelzbaren Metallen bleiben zurück (z.B. Eisen).

 

 

Verwendung

 

Zinn wird zur Herstellung von Weißblech für die Konserven-Industrie sowie zur Erzeugung von Lötzinn (Lötzinn: 64% Sn, 36% Pb, Schmp. 181°) verwendet. Außerdem stellt man eine Reihe von Zinnlegierungen und Bronzen her. Es dient ebenso als Material für Verpackungsfolien und Lametta (Stanniol). Diese Aufgabe ist heute jedoch weitgehend durch Aluminium abgedeckt. Man benötigt das Metall außerdem in der Elektro-Industrie zum Herstellen von elektronischen Bauteilen. Zinn-organische Verbindungen finden in der Landwirtschaft Anwendung als Fungizide und in Krankenhäusern als Desinfektionsmittel. Vom gesamten Zinn-Verbrauch dürften fast 40% auf Weißblech, etwa 30% auf Lötlegierrungen (davon allein 3/4  für die Elektronik-Industrie) und etwa 15% auf Zinn-Chemikalien entfallen.
 

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