Tinn

Indium ←  Tinn → Antimon
 
 
femti		 ja
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Komplett tabell • Utvidet tabell
Generell informasjon
navn , symbol , nummer Tinn, Sn, 50
kjemisk serie p blokkmetaller
gruppe , punktum , blokk 14 , 5 , s
Atommasse 118 710u  _
Elektronisk konfigurasjon [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 2 _ _
Mohs hardhet 1.5
elektroner per nivå 2, 8, 18, 18, 4 ( bilde )
Utseende skinnende sølvgrå
Atomiske egenskaper
middels radius 145  p.m.
elektronegativitet 1,96 ( Pauling-skala )
Atomradius (kalk) 145  pm ( Bohr radius )
kovalent radius 180  p.m.
van der Waals radius 217  p.m.
Oksidasjonstilstand(er) 4 .2
Oksyd amfoterisk
1. ioniseringsenergi 708,6 kJ  /mol
2. ioniseringsenergi 1411,8 kJ/mol
3. ioniseringsenergi 2943,0 kJ/mol
4. ioniseringsenergi 3930,3 kJ/mol
5. ioniseringsenergi 7456kJ/mol
Spektrallinjer
fysiske egenskaper
vanlig stat Fast
Tetthet 7365 kg  / m3
Smeltepunkt 505,08K (232 °C)
Kokepunkt 2875K (2602°C)
fordampningsentalpi 295,8 kJ  /mol
fusjonsentalpi 7.029 kJ  /mol
Damptrykk 5,78 10 -21 Pa ved 505K
Flere
krystallstruktur tetragonal
Spesifikk varme 228  J / ( K kg )
Elektrisk ledningsevne 9,17 10 6  S / m
Termisk ledningsevne 66,6 W  /(Km)
Lydens hastighet 2500m  /s ved 293,15K  (20  ° C )
mer stabile isotoper
Hovedartikkel: Isotoper av tinn
iso AN Periode MD Ed P.S.
MeV
112Sn _0,97 %Stabil med 62 nøytroner
114Sn _0,66 %stabil med 64 nøytroner
115Sn _0,34 %Stabil med 65 nøytroner
116Sn _14,54 %Stabil med 66 nøytroner
117 Sn7,68 %Stabil med 67 nøytroner
118Sn _24,22 %Stabil med 68 nøytroner
119Sn _8,59 %Stabil med 69 nøytroner
120Sn _32,58 %stabil med 70 nøytroner
122Sn _4,63 %Stabil med 72 nøytroner
124Sn _5,79 %Stabil med 74 nøytroner
126Sn _Syntetisk~1 × 10 5 årβ- _0,380126 sb
Verdier i SI og normale forhold for trykk og temperatur , med mindre annet er angitt.

Tinn er et kjemisk grunnstoff med symbol Sn (fra latin stannum) og atomnummer 50 . Den er plassert i gruppe 14 i grunnstoffenes periodiske system . 10 stabile isotoper er kjent . Dens viktigste malm er kassiteritt .

Kjennetegn på tinn

Det er et fast grunnstoff ved romtemperatur (20 °C). Den er formbar, og den oksiderer overfladisk ved romtemperatur . Denne effekten gjør den motstandsdyktig mot korrosjon gjennom passivering . Derfor brukes den til å belegge andre metaller, og dermed beskytte dem mot korrosjon. Det finnes også i mange legeringer . Når du bøyer en stang av dette metallet, produseres en karakteristisk lyd kalt tinnskriket , produsert av friksjonen til krystallene som utgjør den. En av dens mest slående egenskaper er at den under visse termiske forhold lider av tinnpest . Rent tinn har to allotropiske varianter: grått tinn, et ikke-metallisk, halvlederpulver , med en kubisk struktur og stabilt ved temperaturer under 13,2 °C, som er veldig sprøtt og har lavere egenvekt enn hvitt; og hvitt tinn, den normale, metalliske, elektriske lederen , med en tetragonal struktur og stabil ved temperaturer over 13,2 °C.

Fysikk

Tinn er et mykt, formbart , formbart og svært krystallinsk sølvhvitt metall . Når en tinnstang bøyes, kan en knitrende lyd kjent som " tinnskriket " høres på grunn av krystallenes tvilling . [ 1 ] Tinn smelter ved lave temperaturer på omtrent 232 grader Celsius (449,6 °F), den laveste i gruppe 14. Smeltepunktet synker ytterligere til 177,3 grader Celsius (351,1 °F). F) for 11 nm partiklene. [ 2 ]​ [ 3 ]

ekstern video
β-α-overgang av tinn ved -40 °C (tidsforløp; ett sekund av videoen er en time i sanntid
Advarsel : Denne filen ligger på et eksternt nettsted, utenfor Wikimedia Foundations kontroll .

β-Tinn (metallisk form, eller hvit tinn, BCT-struktur), som er stabil ved romtemperatur og over, er formbar. Derimot er α-tinn (ikke-metallisk form, eller grått tinn), som er stabilt under 13,2 grader Celsius (55,8 °F), sprø . α-Tinn har en kubisk krystallstruktur som ligner på diamant , silisium eller germanium . α-tinn har ikke metalliske egenskaper fordi atomene danner en kovalent struktur der elektroner ikke kan bevege seg fritt. Det er et matt grått, pulveraktig materiale uten vanlig bruk annet enn noen få spesialiserte halvlederapplikasjoner . [ 1 ] Disse to allotropene , α-tinn og β-tinn, er mer kjent som henholdsvis grått tinn og hvitt tinn . To andre allotroper, γ og σ, eksisterer ved temperaturer høyere enn 161 grader Celsius (321,8 °F) og trykk større enn flere GPa . [ 4 ] Under kalde forhold har β-tinn en tendens til å spontant transformeres til α-tinn, et fenomen kjent som " tinnpest " eller "tinnsyke". Noen uverifiserbare kilder sier også at under Napoleons russiske felttog i 1812 ble temperaturene så kalde at tinnknappene på soldatenes uniformer gikk i oppløsning over tid, noe som bidro til nederlaget til Grande Armée , [ 5 ]​ en vedvarende legende som sannsynligvis har ingen bakgrunn i virkelige hendelser. [ 6 ]​ [ 7 ]​ [ 8 ]

Selv om α-β-transformasjonstemperaturen nominelt er 13,2 grader Celsius (55,8 °F), senker urenheter (f.eks. Al, Zn, etc.) overgangstemperaturen godt under 0 grader Celsius (32,0 °F) og ved å tilsette antimon eller vismut , kan det hende at transformasjonen ikke skjer i det hele tatt, noe som øker tinnets holdbarhet. [ 9 ]

Kommersielle kvaliteter av tinn (99,8 %) motstår transformasjon på grunn av den hemmende effekten av de små mengdene vismut, antimon, bly og sølv som finnes som urenheter. Legeringselementer som kobber, antimon, vismut, kadmium og sølv øker hardheten. Tinn har en tendens til å danne harde og sprø intermetalliske faser ganske lett, noe som ofte er uønsket. Det danner ikke store spekter av fast løsning i andre metaller generelt, og få elementer har nevneverdig fast løselighet i tinn. Imidlertid forekommer enkle eutektiske systemer med vismut , gallium , bly , tallium og sink . [ 9 ]

Tinn blir en superleder under 3,72  K [ 10 ] og var en av de første superlederne som ble studert; Meissner-effekten , en av de karakteristiske egenskapene til superledere, ble først oppdaget i superledende tinnkrystaller. [ 11 ]

Kjemikalier

Tinn motstår korrosjon, men kan angripes av syrer og alkalier . Tinn kan være høypolert og brukes som et beskyttende belegg for andre metaller. [ 1 ] Et beskyttende oksidlag ( passivering ) hindrer videre oksidasjon, det samme som dannes på tinn og andre tinnlegeringer. [ 12 ] Tinn fungerer som en katalysator når oksygen er i løsning og bidrar til å fremskynde den kjemiske reaksjonen. [ 1 ]

Tinn har ti stabile isotoper , med atommasser på 112, 114 til 120, 122 og 124, det største antallet av et element. Av disse er de mest tallrike 120 Sn (nesten en tredjedel av alt tinn), 118 Sn og 116 Sn, mens den minst rikelig er 115 Sn. Isotoper med partall har ingen kjernefysisk spinn , mens odde har et spinn på +1/2. Tinn, med sine tre vanlige isotoper 116Sn , 118Sn og 120Sn , er et av de enkleste elementene å oppdage og analysere ved kjernemagnetisk resonansspektroskopi , og dets kjemiske skift er referert til SnMe
4. [ 13 ]

Dette store antallet stabile isotoper antas å være et direkte resultat av atomnummer 50, et " magisk tall " i kjernefysikk. Tinn forekommer også i 31 ustabile isotoper, som omfatter alle gjenværende atommasser fra 99 til 139. Bortsett fra 126Sn , med en halveringstid på 230 000 år, har alle radioisotoper en halveringstid på mindre enn ett år. Radioaktivt 100 Sn , oppdaget i 1994, og 132 Sn er to av få nuklider med en " dobbeltmagisk " kjerne: til tross for at de er ustabile og har svært asymmetriske proton-nøytronforhold, representerer de endepunkter utover hvilke stabiliteten faller raskt. [ 14 ] Ytterligere 30 metastabile isomerer er blitt karakterisert for isotoper mellom 111 og 131, den mest stabile er 121mSn med en halveringstid på 43,9 år. [ 15 ]

De relative forskjellene i forekomsten av de stabile isotoper av tinn kan forklares med deres forskjellige dannelsesmåter i stjernenukleosyntesen . 116 Sn til og med 120 Sn dannes i s (langsom nøytronfangst ) i de fleste stjerner og er derfor de vanligste isotoper, mens 122 Sn og 124 Sn kun dannes i r - prosessen (rask nøytronfangst) i supernovaer og er mindre vanlig. (Isotopene 117 Sn til og med 120 Sn mottar også bidrag fra r -prosessen. ) Til slutt kan de sjeldnere protonrike isotopene, 112Sn , 114Sn og 115Sn , ikke produseres i betydelige mengder i s- eller r - prosesser og regnes blant p-kjernene , hvis opprinnelse ennå ikke er godt forstått. Noen av de spekulerte mekanismene for dannelsen inkluderer protonfangst så vel som fotodisintegrasjon , selv om 115Sn også delvis kan produseres i s -prosessen , enten direkte eller som en datter av den langlivede 115In . [ 16 ]

Bruker

Historikk

Bruken av tinn begynte i det nære østen og på Balkan rundt 2000 f.Kr. C., blir brukt i legering med kobber for å produsere et nytt materiale, bronse , og dermed gi opphav til den såkalte bronsealderen . Betydningen av den nye legeringen, som frem til da ble laget mer effektive våpen og verktøy med enn de som var laget av stein eller bein, førte til intens langdistansehandel med områder der tinnforekomster fantes gjennom hele antikken. [ 17 ]

Tidlige bronsegjenstander hadde et tinn- eller arseninnhold på mindre enn 2 %, som antas å være et resultat av utilsiktet legering på grunn av spormetallinnhold i kobbermalmen. [ 18 ] Tilsetningen av et andre metall til kobber øker dets hardhet, senker smeltetemperaturen og forbedrer støpeprosessen ved å produsere en mer flytende smelte som avkjøles til et tettere, mindre svampaktig metall. [ 18 ] Dette var en viktig innovasjon som muliggjorde de mye mer komplekse formene støpt i lukkede former fra bronsealderen. Arseniske bronseobjekter dukker først opp i det nære østen, hvor arsen ofte finnes i forbindelse med kobbermalm, men helserisikoen ble raskt realisert og letingen etter kilder til de mye mindre farlige tinnmalmene begynte i tidlig bronsealder. [ 19 ] Dette skapte etterspørsel etter det sjeldne metalltinnet og dannet et handelsnettverk som koblet fjerne kilder til tinn med markedene for bronsealderkulturer. [ referanse nødvendig ]

Cassiterite (SnO 2 ) , oksidformen til tinn, var mest sannsynlig den opprinnelige kilden til tinn i antikken. Andre former for tinnmalm er de mindre rikelige sulfidene , for eksempel stannitt , som krever en mer komplisert smelteprosess . Cassiteritt akkumuleres ofte i alluviale kanaler som plasseringsavsetninger fordi det er hardere, tyngre og mer kjemisk motstandsdyktig enn den medfølgende granitten . [ 18 ] Cassiteritt er vanligvis svart eller generelt mørk i fargen, og disse avsetningene kan lett sees på elvebredder. Alluviale forekomster kan tilfeldigvis ha blitt plukket opp og separert ved metoder som ligner på panorering etter gull . [ 20 ]

Se også: Tinnforekomster og deres handel i oldtiden

Skaffer

Se også: Greissen

Tinn er hentet fra mineralet kassiteritt der det forekommer som et oksid (tinn(IV)oksid eller tinndioksid). Malmen males og anrikes på tinndioksyd ved flotasjon, deretter stekes og varmes opp med koks i en etterklangsovn som metallet oppnås med. [ 21 ]​ [ 22 ]​ [ 23 ]

legeringer

Tinnbaserte legeringer, også kjent som hvite metaller , inneholder vanligvis kobber , antimon og bly . Disse legeringene har forskjellige mekaniske egenskaper, avhengig av deres sammensetning. [ 24 ]

Noen tinn-, kobber- og antimonlegeringer brukes som antifriksjonsmaterialer i lagre , på grunn av deres lave skjærstyrke og reduserte vedheft . [ 24 ]

Tinn-bly-legeringer markedsføres i forskjellige sammensetninger og smeltepunkter, hvor den eutektiske legeringen er 61,9 % tinn og 38,1 % bly, med et smeltepunkt på 183  °C . [ 25 ] Resten av tinn-blylegeringene smelter i et temperaturområde der det er en likevekt mellom den faste fasen og den flytende fasen under smelte- og størkningsprosessene , noe som gir opphav til segregering av den faste fasen under størkning og dermed til forskjellige krystallstrukturer. Den eutektiske legeringen, som trenger en lavere temperatur for å nå væskefasen, er mye brukt i myklodding av elektroniske komponenter for å redusere sjansene for skade på grunn av overoppheting av nevnte komponenter. Noen legeringer basert på tinn og bly har også små andeler antimon (i størrelsesorden 2,5%). Hovedproblemet med blylegeringer er den potensielle miljøpåvirkningen av deres rester, og derfor er blyfrie legeringer, som tinn-sølv-kobber-legeringer eller noen tinn-kobber-legeringer, under utvikling.

Tinn er en legering av tinn, bly og antimon som brukes til dekorative redskaper. Tinn brukes også i tannproteselegeringer , bronselegeringer og titan- og zirkoniumlegeringer . [ 24 ]

Store produserende land

De viktigste produsentene av tinn i verden er Kina , Malaysia , Peru , Indonesia , Bolivia og Brasil [ 26 ] (spesielt i delstaten Minas Gerais ) [ 27 ]

Land Verdensproduksjon i 2019, i tusenvis av tonn per år
 Kina 84,5
 Indonesia 77,5
 burma 42,0
 Peru 19.9
 bolivia 17.0
 Brasil 14.0
 Den demokratiske republikken Kongo 12.2
 Australia 7.7
 Nigeria 5.8
 Vietnam 5.5
Kilde: United States Geological Survey (USGS) - 2021

Toksikologiske effekter

Både metallisk tinn og dets organiske og uorganiske forbindelser, enten de dannes naturlig eller i deres industrielle bruk, kan produsere giftige effekter på miljøet og levende vesener som blir utsatt for dem.

Tinn slippes ut i miljøet ved naturlige prosesser og ved menneskelige aktiviteter, som gruvedrift, olje- og kullforbrenning, samt industrielle aktiviteter knyttet til produksjon og bruk av tinn.

Metallisk tinn, når det finnes i atmosfæren i gassform, fester seg til støvpartikler, som kan mobiliseres ved påvirkning av vind, regn eller snø.

Når metallisk tinn slippes ut i miljøet, kan det binde seg med klor, svovel eller oksygen for å danne uorganiske tinnforbindelser, som tinnklorid, tinnsulfid eller tinndioksid. Disse typene forbindelser kan ikke brytes ned og kan bare endre sin kjemiske form, slik at de festes av jord og sedimenter eller løses opp i vann.

Når det kombineres med karbon, kan det danne organiske forbindelser som dibutyltinn, tributyltinn og trifenyltinn. Disse typene forbindelser kan akkumuleres i jorda eller i vannet, eller brytes ned til uorganiske forbindelser ved påvirkning av sollys eller bakterier. Oppholdstiden i mediet til disse forbindelsene varierer avhengig av forbindelsen, og kan være fra dager til måneder i vannet, og år hvis de er i jorda. På grunn av deres kjemiske form kan organiske tinnforbindelser også bioakkumuleres ved å bli assimilert av metabolismen til levende vesener, og gjennomgår en biomagnifiseringsprosess gjennom de forskjellige næringsnettene.

Effekter på mennesker

De viktigste rutene for tinnforgiftning hos mennesker er:

Metallisk tinn i seg selv er lite giftig for mennesker siden det ikke absorberes effektivt i fordøyelseskanalen, men innånding av tinndamp er skadelig for luftveiene.

Inntak av store mengder uorganiske tinnforbindelser kan forårsake magesmerter, anemi og lever- og nyrelidelser.

Innånding eller inntak av organiske tinnforbindelser (som trimetyltinn og trietyltinn) kan forstyrre hjernens og nervesystemets funksjon. I alvorlige tilfeller kan det føre til død. Andre organiske tinnforbindelser (som dibutyltinn og tributyltinn) påvirker immunsystemet og reproduksjonen hos dyr, selv om dette ennå ikke er evaluert hos mennesker.

Både organiske og uorganiske forbindelser kan forårsake irritasjon ved kontakt med hud eller øyne.

Juridiske grenser

De juridiske grensene for innhold av uorganisk tinn satt av EU er:

uorganisk tinn Maksimalt innhold (mg/kg ferskvekt)
Hermetikk annet enn drikkevarer 200
Hermetiserte drikker inkludert frukt- og grønnsaksjuice 100
Babymat på boks og kornbasert mat på boks for spedbarn og små barn, unntatt dehydrerte og pulveriserte produkter femti
Hermetisk morsmelkerstatning og tilskuddserstatning (inkludert morsmelk og tilskuddsmelk), unntatt tørkede og pulveriserte produkter femti
Hermetisert dietetisk mat beregnet for spesielle medisinske formål, spesielt beregnet på spedbarn, unntatt dehydrerte og pulveriserte produkter femti

Referanser

  1. ↑ abcd Holleman , Arnold F .; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). Tinn. Lehrbuch der Anorganischen Chemie (på tysk) (91–100 utgave). Walter de Gruyter. s. 793-800. ISBN  978-3-11-007511-3 . 
  2. ^ "Blekk med nanopartikler av tinn kan skrive ut fremtidige kretskort" . Phys.org . 12. april 2011. Arkivert fra originalen 16. september 2011. 
  3. ↑ Jo, Yun-hwan; Jung, Inyu; Choi, Chung Seok; Kim, Inyoung; Lee, Hyuk Mo (2011). "Syntese og karakterisering av lavtemperatur Sn-nanopartikler for fremstilling av svært ledende blekk". Nanotechnology 22 (22): 225701. Bibcode : 2011 Nanot..22v5701J . PMID  21454937 . doi : 10.1088/0957-4484/22/22/225701 . 
  4. ↑ Molodets, AM; Nabatov, SS (2000). "Termodynamiske potensialer, tilstandsdiagram og faseoverganger av tinn ved sjokkkompresjon". Høy temperatur 38 (5): 715-721. S2CID  120417927 . doi : 10.1007/BF02755923 . 
  5. ↑ Le Coureur, Penny; Burreson, Jay (2004). Napoleons knapper: 17 molekyler som endret historien . New York: Penguin Group, USA. 
  6. ↑ Öhrström, Lars (2013). Den siste alkymisten i Paris . Oxford: Oxford University Press. ISBN  978-0-19-966109-1 . 
  7. ↑ Cotton, Simon (29. april 2014). "Bokomtale: Den siste alkymisten i Paris" . ChemistryWorld . Royal Society of Chemistry . Arkivert fra originalen 10. august 2014 . Hentet 22. november 2019 . 
  8. ^ Emsley, John (1. oktober 2011). Nature's Building Blocks: an AZ Guide to the Elements (ny utgave). New York, USA: Oxford University Press . s. 552 . ISBN  978-0-19-960563-7 . «Bare offiserer hadde metallknapper, og de var laget av messing. » 
  9. ^ a b Schwartz, Mel (2002). «Tinn og legeringer, egenskaper». Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes (2. utgave). CRC Trykk. ISBN  978-1-56676-661-6 . 
  10. ↑ Dehaas, W.; Deboer, J.; Vandenberg, G. (1935). «Den elektriske motstanden til kadmium, tallium og tinn ved lave temperaturer». Physica 2 (1–12): 453. Bibcode : 1935Phy.....2..453D . doi : 10.1016/S0031-8914(35)90114-8 . 
  11. ↑ Meissner, W.; R. Ochsenfeld (1933). «Ein neuer effekt bei eintritt der Supraleitfähigkeit». Naturwissenschaften 21 (44): 787-788. Bibcode : 1933NW.....21..787M . S2CID  37842752 . doi : 10.1007/BF01504252 . 
  12. ↑ Craig, Bruce D.; Anderson, David S.; Internasjonalt, ASM (januar 1995). Håndbok for korrosjonsdata . s. 126. ISBN  978-0-87170-518-1 . Arkivert fra originalen 11. mai 2016. 
  13. ^ "Interaktivt NMR-frekvenskart" . Arkivert fra originalen 4. juni 2011 . Hentet 5. mai 2009 . 
  14. ^ Walker, Phil (1994). "Dobbelt magisk oppdagelse av Tin-100". Physics World 7 (juni): 28. doi : 10.1088/2058-7058/7/6/24 . 
  15. ↑ Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), «The N UBASE evaluation of nuclear and decay properties» , Nuclear Physics A 729 : 3-128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A , doi : 10.1016/j.nucl.1.12003.sa. 001  .
  16. ^ Cameron, AGW (1973). "Overflod av elementene i solsystemet" . Romvitenskapsanmeldelser 15 (1): 121-146. Bibcode : 1973SSRv...15..121C . S2CID  120201972 . doi : 10.1007/BF00172440 . Arkivert fra originalen 21. oktober 2011. 
  17. ↑ Cierny, J.; Weisgerberg, G. (2003). "The "Bronze Age tin mines in Central Asia". I Giumlia-Mair, A.; Lo Schiavo, F., eds. The Problem of Early Tin . Oxford: Archaeopress. s. 23-31. ISBN  978-1-84171 -564-3 . 
  18. ↑ abc Penhallurick , R.D. (1986). Tinn i antikken: dets gruvedrift og handel i hele den antikke verden med spesiell referanse til Cornwall . London: Institute of Metals. ISBN  978-0-904357-81-3 . 
  19. ^ Charles, J.A. (1979). "Utviklingen av bruken av tinn og tinn-bronse: noen problemer". I Franklin, AD; Olin, JS; Wertime, TA, red. Jakten på eldgammel tinn . Washington DC: Et seminar arrangert av Theodore A. Wertime og holdt ved Smithsonian Institution og National Bureau of Standards, Washington DC 14.–15. mars 1977. s. 25-32. 
  20. ↑ Dube, R.K. (september 2006). «Sammenheng mellom gull og tinn: Et historisk perspektiv». Gullbulletin 39 (3): 103-113. doi : 10.1007/BF03215537 . 
  21. ^ Schrader, George F.; Elshennawy, Ahmad K.; Doyle, Lawrence E. (juli 2000). Produksjonsprosesser og materialer . ISBN  978-0-87263-517-3 . Arkivert fra originalen 11. mai 2016. 
  22. ^ Louis, Henry (1911). Metallurgi av tinn . McGraw-Hill Book Company. 
  23. ↑ Knorr, Klaus (1945). Tinn under kontroll . Stanford University Press. ISBN  978-0-8047-2136-3 . Arkivert fra originalen 19. mai 2016. 
  24. ↑ abc Kalpakjian , Serope (2002). Manufacturing, Engineering and Technology , Pearson Education, s.171. ISBN 970-26-0137-1
  25. ↑ Baez Crespo, Juan Carlos (2007). Fasediagrammer arkivert 2009-05-20 på Wayback Machine .
  26. ^ "Geographic Landscape. Mining" Arkivert 2017-10-24 på Wayback Machine . Lærer online.cl
  27. ↑ "Gruvresursene i regionen" Fundación YPF

Eksterne lenker