Tina
| |||||
| Yleistä | |||||
| Nimi | Tina | ||||
| Tunnus | Sn | ||||
| Järjestysluku | 50 | ||||
| Luokka | metalli | ||||
| Lohko | p-lohko | ||||
| Ryhmä | 14, hiiliryhmä | ||||
| Jakso | 5 | ||||
| Tiheys | (valkoinen) 7,265 (harmaa) 5,769[1] · 103 kg/m3 | ||||
| Kovuus | 1,5[2] (Mohsin asteikko) | ||||
| Väri | Hopeanhohtoinen harmaa | ||||
| Löytövuosi | (Esihistoriall.) | ||||
| Atomiominaisuudet | |||||
| Atomipaino (Ar) | 118,710[3] | ||||
| Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 145[2] pm | ||||
| Kovalenttisäde | 141[2] pm | ||||
| Van der Waalsin säde | 217[2] pm | ||||
| Orbitaalirakenne | [Kr] 4d10 5s2 5p2 | ||||
| Elektroneja elektronikuorilla | 2, 8, 18, 18, 4 | ||||
| Hapetusluvut | +II, +IV | ||||
| Kiderakenne | Tetragonaalinen (β-tina) | ||||
| Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
| Olomuoto | Kiinteä | ||||
| Sulamispiste | 505,08 K (231,93[2] °C) | ||||
| Kiehumispiste | 2 875 K (2 602[2] °C) | ||||
| Moolitilavuus | - · 10−3 m3/mol | ||||
| Höyrystymislämpö | (valkoinen) 296,1[1] kJ/mol | ||||
| Sulamislämpö | (valkoinen) 7,03[1] kJ/mol | ||||
| Höyrynpaine | 5,78 x 10-21 Pa 505,21[4] K:ssa | ||||
| Äänen nopeus | 2 730[1] m/s K:ssa | ||||
| Muuta | |||||
| Elektronegatiivisuus | 1,96[2] (Paulingin asteikko) | ||||
| Ominaislämpökapasiteetti | 0,227 (valkoinen) kJ/(kg K) | ||||
| Sähkönjohtavuus | 9,1 x 106[2] S/m | ||||
| Lämmönjohtavuus | (300 K) 66,8[1] W/(m·K) | ||||
| CAS-numero | 7440-31-5 | ||||
| Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa | |||||
Tina on hiiliryhmään kuuluva metallinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Sn (lat. stannum). Jaksollisessa järjestelmässä tina on 50. alkuaine. Yhdisteissään tina esiintyy hapetusluvuilla +II ja +IV. Tinan CAS-numero on 7440-31-5.
Tina on hopeisen valkoinen metalli. Se on veteenliukenematon, pehmeää ja taottavaa. Tinalle tunnetaan kolme allotroppista muotoa. Tinaa käytetään usein lejeeringeissä, kuten pronssissa ja juotostinassa. Tinan käyttö tunnetaan jo usean tuhannen vuoden takaa. Tinalla ei ole todettu biologista merkitystä, mutta sen yhdisteet voivat olla myrkyllisiä.
Suurin osa tinavarannoista esiintyy niin sanotulla tinavyöhykkeellä Kaakkois-Aasiassa. Merkittävin tinamalmi on kassiteriitti eli tinakivi.
Uudenvuoden ”tinanvalantaan” käytetty metalli ei oikeastaan ole tinaa, vaan suurimmaksi osaksi lyijyä.[5]
Ominaisuudet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Fysikaaliset ominaisuudet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Tina on hopeisen valkoinen metalli. Se on pehmeää ja taottavaa. Tinaa väännettäessä kuuluvaa ääntä sanotaan tinan itkemiseksi. Korkea ääni johtuu kiderakenteen hajoamisesta.[4][6]
Tinalla on kolme allotrooppista muotoa. Normaalissa paineessa (1 bar) ja huoneenlämmössä (298 K) näistä pysyvin on β-Sn eli niin sanottu valkoinen tina, joka on hopeanvalkoinen, kiiltävä, sitkeä ja pehmeähkö metalli. Sillä on tetragoninen kiderakenne.[7]
Tinan toinen allotrooppinen muoto on α-Sn eli niin sanottu harmaa tina. Se on luonteeltaan epämetallinen, siinä atomit ovat sitoutuneet toisiinsa kovalenttisesti, ja se muodostaa pieniä oktaedrisia kiteitä, joilla on timantin kaltainen hilarakenne. Se on alle 13,2 °C:n (286 K) lämpötilassa pysyvä muoto. Tämän vuoksi alle 286 K:n lämpötilassa valkoinen tina muuttuu hitaasti harmaaksi tinaksi. Käytännössä muutos havaitaan kylmässä tinan pinnalle muodostuvina harmaina laikkuina ja esineen hitaana haurastumisena, mistä käytetään nimitystä tinarutto. Muutos β→α tarkoittaa kidehilan muutosta, jossa tinan koordinaatioluku eli kutakin atomia lähimpänä olevien atomien lukumäärä pienenee 6:sta 4:än. β-tina on tiheämpää (7,31 g/cm3) kuin α-tina (5,75 g/cm3), joten normaalista poiketen lämpötilan laskiessa tina muuttuu harvempaan rakenteeseen.[7][8]
Yli 61 °C:n lämpötilassa tina esiintyy γ-tinana eli rombisena tinana, jolla on rombinen kiderakenne. Se on β-tinan tavoin metallinen, mutta sillä on pienempi tiheys. Toisin kuin β-tina, γ-tina on haurasta eikä ole taottavaa.[7]
Kemialliset ominaisuudet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Tina ei reagoi veden tai ilman kanssa huonelämpötilassa eli sillä ei tavata korroosiota. Korkeissa lämpötiloissa se kuitenkin reagoi vesihöyryn ja hapen kanssa ja muodostaa tinaoksidia. Se ei myöskään reagoi voimakkaasti laimean suola- tai rikkihapon kanssa, mutta liukenee laimeaan typpihappoon. Väkeviin happoihin ja kuumiin emäsliuoksiin tina kuitenkin liukenee, ja emäsliuoksissa tina muodostaa hydroksostannaattikomplekseja.[9]
Yhdisteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Kun tinadioksidia lämmitetään ilmakehässä, muodostuu stannaatti-ioni (SnO32-). Tinadioksidi reagoi myös hydroksidi-ionin kanssa muodostaen stannaatti-ionin.[4]
- 2 SnO2 + O2 → 2 SnO32-
- SnO2 + OH- SnO32- + H2O
Tina reagoi halogeenien kanssa muodostaen muun muassa tinakloridia ja -bromidia hapetusasteilla +II ja +IV. Tinalla on taipumus muodostaa halidiyhdisteissä ketjuja ja renkaita kasvattaakseen koordinaatiolukuaan, joten sen halidiyhdisteet voivat olla suhteellisen monimutkaisia. Tina voi myös luovuttaa vapaan elektroniparin vahvalle Lewis-hapolle. Tina muodostaa sekä hapetusasteella +II että +IV hydridin, mutta ne eivät ole stabiileja. Vain tinan organohydridiyhdisteet ovat stabiileja, kuten H(SnPh2)6H.[10]
Tinalla on kaksi oksidia SnO ja SnO2. SnO liukenee happojen vesiliuoksiin muodostaen hydroksidikompleksin. SnO2 taas ei liukene laimeisiin happoihin tai emäksiin, mutta vahvat emäkset saavat sen muodostamaan hydroksostannaatti-ionin. Samoin väkevät hapot reagoivat tinadioksidin kanssa.[11]
Tina muodostaa yhdisteitä myös rikin, seleenin ja telluurin kanssa. Tina muodostaa helposti sidoksia muiden metallien kanssa. Tinan organometalliyhdisteitä on tutkittu paljon. Niitä valmistetaan yleensä Grignardin reaktion, organoalumiiniyhdisteistä tai suoran synteesin kautta eli tinametallin ja alkyylihalogenidien reaktiolla, joista kahdella viimeisellä voidaan valmistaa vain alkyyliyhdisteitä. Suorassa synteesissä metallinen tina reagoi alkyylihalidin kanssa. Organotinayhdisteet kestävät yleensä hyvin vettä ja hapettumista, mutta osa niistä on myrkyllisiä.[12]
Myrkyllisyys ja biologinen merkitys
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Monet tinayhdisteet ovat myrkyllisiä erityisesti hengitettynä. Tinan organometalliyhdisteet rikastuvat helposti luonnossa maaperään ja sedimenttiin. Myös ruuassa voi olla pieniä määriä tinaa, mutta pitoisuudet ovat hyvin pieniä, eivätkä muodosta terveysriskiä.[9][13]
Jos altistuu suurelle määrälle epäorgaanisia tinayhdisteitä, oireina voivat olla vatsakivut, anemia sekä maksa- ja munuaisongelmat. Organoyhdisteet aiheuttavat silmien ja ihon ärtymistä sekä hengitysvaikeuksia. Todella suuret määrät aiheuttavat neurologisia oireita. Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto on määrittänyt, että työilmassa ei saa olla organotinayhdisteitä yli 0,1 mg/m3 ja epäorgaanisia yhdisteitä yli 2 mg/m3.[13] Orgaanisten tinayhdisteiden käyttö laivojen pohjamaaleissa kiellettiin Euroopan unionissa vuonna 2008.[14] Jopa eurosetelien ympäristöturvallisuutta on tutkittu ympäristövaikutuksiltaan pahimmaksi arvioidun organotinayhdisteen tributyylitinan osalta ja sen käyttöä on päätetty rajoittaa.[15]
Tinalla alkuaineena ei ole todettu mitään rakenteellista eikä funktionaalista biologista merkitystä ihmiselle eikä muillekaan eliöille.[13]
Isotoopit
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Tinalla on kymmenen luonnollisesti esiintyvää isotooppia. Yleisimmät pysyvät isotoopit on 116Sn, 118Sn ja 120Sn. Tinan radioaktiivisille isotoopeille ei ole löydetty merkittävää käyttökohdetta.[6][9]
|
1 = Osuus kaikesta luonnossa esiintyvästä tinasta. |
Historia
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Tinayhdisteet ja -lejeeringit on tunnettu jo tuhansia vuosia, ja siihen on viittauksia sekä Raamatussa että Rigvedassa. Tinaa on löydetty huomattavia määriä pronssikauden esineistä. Nimen tina alkuperä ei ole tiedossa, mutta jotkut uskovat sen tulevan etruskilaisen mytologian pääjumalan Tinian nimestä. Keskiajalla tina tunnettiin nimellä stannum, joka on latinaa. Tästä myös juontaa lyhenne Sn.[9][17]
Esiintyminen ja eristys
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Tina on suhteellisen harvinainen alkuaine Maan maaperässä, ja sen massapitoisuuden Maan kuoressa arvellaan olevan 1–2 ppm. Turpeessa pitoisuus voi kuitenkin olla satakertainen tähän verrattuna. Tärkein tinamineraali on kassiteriitti, joka on tinadioksidia. Ammoin suurin osa tinasta haettiin Britteinsaarilta, mutta nykyään suurimmat tinan tuottajat ovat Kiina, Indonesia, Peru, Brasilia ja Bolivia. Vuosittain tinaa louhitaan noin 140 000 tonnia, kun kokonaisvarannot ovat noin 4 miljoonaa tonnia. Suurin osa maapallon tinavarannoista sijaitsee niin sanotulla tinavyöhykkeellä, joka kulkee Kiinan, Thaimaan, Myanmarin, Malesian ja Indonesian alueella.[9][18]
Metallista tinaa voidaan eristää kassiteriitista kuumentamalla sitä hiilen läsnä ollessa, jolloin hiili poistaa mineraalissa olevan hapen. Reaktio on tunnettu jo tuhansia vuosia. Jos tinamineraali sisältää rautaa, voidaan se poistaa lämmittämällä tinamineraalia hapen kanssa, jolloin rauta muodostaa rautaoksidia, joka voidaan poistaa. Kilo puhdasta tinaa maksaa likimain 18 euroa.[6][9]
Käyttö
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Tinaa käytetään yleensä lejeerinkinä eli sekoitettuna muihin metalleihin. Tällaisenaan tinaa käytetään muun muassa juotostinana, jolloin toisena metallina on lyijyä. Juotostina on tinan suurin käyttökohde. Pronssi on tinan ja kuparin muodostama lejeerinki, jota käytetään muun muassa johdoissa, jousissa, hanoissa, sähkölaitteissa ja koriste-esineissä. Tinaa käytetään myös valkometallissa yhdessä arseenin, kadmiumin ja lyijyn kanssa. Valkometallia käytetään teollisuudessa isoissa laakereissa.[9]
Vaikka monet tinayhdisteet ovatkin myrkyllisiä, on tina sellaisenaan käytännössä myrkytöntä. Entisinä aikoina sitä käytettiinkin paljon kuparista valmistettujen keittoastioiden tinaamiseen. Kun alumiinia ei vielä tunnettu, eikä rautaa vielä kyetty emaloimaan, valmistettiin nimittäin kattilat yleensä kuparista. Kun kupari kuitenkin, varsinkin korkeissa lämpötiloissa, reagoi helposti eräiden orgaanisten yhdisteiden kanssa muodostaen myrkyllisiä yhdisteitä, joissa se esiintyy Cu2+-ioneina, oli keittoastiat sisäpinnalta päällystettävä ohuella tinakerroksella myrkytysten välttämiseksi.[19]
Merkittävä tinan käyttökohde on tinapaperi. Tinapaperissa on hyvin ohut tinalevy, jolla voidaan suojata elintarvikkeita hapelta. Alumiinifoliot ovat korvanneet tinapaperit, koska ovat halvempia tuottaa. Tinapäällysteitä käytetään edelleen kuitenkin erityisesti raudan ja teräksen suojaamiseen. Muun muassa monet säilyketölkit tehtiin päällystämällä terästä tinalla. Nykyään tinakerros lakataan, jolloin ruokaan liukenee vähemmän tinaa. Vain hedelmäsäilykkeissä lakkapinnoitusta ei ole, sillä tina säilyttää hedelmien värin. Uudenvuoden tina ei sen sijaan ole tinaa, vaan suurimmaksi osaksi lyijyä.[9][18]
Tinayhdisteillä on erilaisia käyttökohteita. Tinakloridia käytetään muun muassa muovi- ja tekstiiliteollisuudessa, ruuan lisäaineena sekä liimautumisen estoaineena öljyissä. Tinaoksidia käytetään lasi-, keramiikka-, kosmetiikka- ja tekstiiliteollisuudessa sekä kiillotusaineena. Tinakromaattia käytetään väriaineena posliiniesineissä. Tinafluoridia voidaan käyttää hammastahnoissa ehkäisemään reikiintymistä.[9]
Lähteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- N. N. Greenwood & A. Earnshaw: Chemistry of the Elements. (2. painos) Oxford: Elsevier Ltd, 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9 (englanniksi)
Viitteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ a b c d e Tin (Sn) americanelements.com. Viitattu 22.7.2013. (englanniksi)
- ↑ a b c d e f g h Technical data for the element Tin periodictable.com. Viitattu 22.7.2013. (englanniksi)
- ↑ Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
- ↑ a b c Tin 3rd1000.com. Viitattu 22.7.2013. (englanniksi)
- ↑ Lyijyä ja leimahduksia? Hyvä tietää tinasta ja sen vaihtoehdoista (Arkistoitu – Internet Archive) Turvallisuus- ja kemikaalivirasto (Tukes) 30.12.2014.
- ↑ a b c Tin chemicool.com. Viitattu 22.7.2013. (englanniksi)
- ↑ a b c Antti Kivinen & Osmo Mäkitie: Kemia. Otava, 1988. ISBN 951-1-10136-6
- ↑ Catherine E. Housecroft & Alan G. Sharpe: Inorganic Chemistry. (2. painos) Pearson Education Limited, 2005. ISBN 0130-39913-2 (englanniksi)
- ↑ a b c d e f g h i Tin, Chemical Element chemistryexplained.com. Viitattu 22.7.2013. (englanniksi)
- ↑ Greenwood & Earnshaw, s. 373–381
- ↑ Greenwood & Earnshaw, s. 383–387
- ↑ Greenwood & Earnshaw, s. 389–392, 399–403
- ↑ a b c Toxicological profile for tin and tin compounds (pdf) elokuu 2005. U.S. Department of health and human services. Viitattu 22.7.2013. (englanniksi)
- ↑ Orgaaniset tinayhdisteet 30.9.2010. Evira. Arkistoitu 14.8.2014. Viitattu 27.7.2013.
- ↑ Eurosetelien ympäristövaikutukset Euroopan keskuspankki. Viitattu 27.7.2013.
- ↑ Sn Isotopes ie.lbl.gov. Arkistoitu 22.6.2008. Viitattu 22.7.2013. (englanniksi)
- ↑ Greenwood & Earnshaw, s. 367
- ↑ a b Marko Hamilo: Uudenvuoden tina on melkein puhdasta lyijyä Helsingin Sanomat. 15.8.2006. Arkistoitu Viitattu 22.7.2013.
- ↑ Eero Laaksovirta: Keskikoulun kemia, s. 92. Otava, 1972.
Aiheesta muualla
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
- Periodictable: Technical data for Tin (englanniksi)
- PubChem: Tin (englanniksi)
- Mindat: Tin (englanniksi)
- Webmineral: Tin Mineral Data (englanniksi)
- Webmineral: Mineral Species containing Tin (Sn) (englanniksi)
- Handbook of Mineralogy: Tin (pdf) (englanniksi)
- The Royal Society of Chemistry (RSC): Tin (englanniksi)
- PeriodicTable: Tin (Sn) (englanniksi)
- PubChem: Tin (englanniksi)
- Human Metabolome Database (HMDB): Tin (englanniksi)
- Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Tin (englanniksi)
- Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Tin (englanniksi)
- London Metal Exchange: Tin price (englanniksi)
- InfoMine: Tin Prices and Tin Price Charts (englanniksi)