Tina

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tämä artikkeli käsittelee alkuainetta. Asteroidista kertoo artikkeli 1222 Tina. Tina on myös naisen nimi useissa kielissä.
IndiumTinaAntimoni
Ge

Sn

Pb  
 
 
Sn-TableImage.png
Yleistä
Nimi Tina
Tunnus Sn
Järjestysluku 50
Luokka metalli
Lohko p-lohko
Ryhmä 14, hiiliryhmä
Jakso 5
Tiheys (valkoinen) 7,265
(harmaa) 5,769×103 kg/m3
Kovuus 1,5 (Mohsin asteikko)
Väri Hopeanhohtoinen harmaa
Löytövuosi (Esihistoriall.)
Atomiominaisuudet
Atomipaino 118,710[1] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 145 pm
Kovalenttisäde 141 pm
Van der Waalsin säde 217 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 °C)
Kiehumispiste 2875 K (2602 °C)
Moolitilavuus -×10−6 m3/mol
Höyrystymislämpö (valkoinen) 296,1 kJ/mol
Sulamislämpö (valkoinen) 7,03 kJ/mol
Äänen nopeus 2730 m/s K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,96 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,227 (valkoinen) kJ/kg K
Lämmönjohtavuus (300 K) 66,8 W/(m×K)
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Tina (lat. stannum) on hiiliryhmään kuuluva metallinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Sn. Jaksollisessa järjestelmässä tina on 50. alkuaine. Yhdisteissään tina esiintyy hapetusluvuilla +II ja +IV. Tina on veteen liukenematonta ja sen CAS-numero on 7440-31-5.

Tina on ollut tunnettu jo esihistoriallisena aikana. Antiikin aikana sitä saatiin varsinkin Länsi-Euroopassa sijainneilta Tinasaarilta eli Kassiteriiteilta, joiden on arveltu sijainneen joko Pohjois-Espanjan tai Ison-Britannian rannikolla.

Sisällysluettelo

Ominaisuudet [muokkaa]

β-Tinaa vasemmalla ja α-tinaa oikealla

Tinalla on kolme allotrooppista muotoa. Normaalissa paineessa (1 bar) ja huoneenlämmössä (298 K) näitä pysyvin on β-Sn eli niin sanottu valkoinen tina, joka on hopeanvalkoinen, kiiltävä, sitkeä ja pehmeähkö metalli. Sillä on tetragoninen kiderakenne.[2]

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.[2] Se on alle 13,2 °C:n (286 K) lämpötilassa pysyvä muoto. Tämän vuoksi alle 286 K 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.[3] β-tina on tiheämpää (7,31 g/cm3) kuin α-tina (5,75 g/cm3), joten normaalista poiketen lämpötilan laskiessa tina muuttuu harvempaan rakenteeseen.

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.[2]

Tina kestää hyvin ilman, veden ja heikkojen happojen vaikutuksen, ja siksi sitä käytetään rautalevyjen suojana.

Huoneenlämmössä tina on ilmassa kestävää, mutta kuumennettaessa se hapettuu tinadioksidiksi (tina(IV)oksidi) SnO2. Kuitenkin jo huoneenlämmössä tina reagoi kloorin ja bromin kanssa. Se liukenee happoihin ja alkaliliuoksiin. Tärkein tinamineraali on tinakivi eli kassiteriitti.

Isotoopit [muokkaa]

Kaikista alkuaineista tinalla on eniten pysyviä isotooppeja, 10 kpl. Sellaisia ovat 112, 122Sn, 124Sn sekä kaikki, joiden massaluku on välillä 114...120.[4] Yleisin niistä on 120Sn, jota on noin kolmasosa luonnon tinasta.[5] Vakaiden isotooppien suuren lukumäärän selitetään johtuvan siitä, että tinan järjestysluku, 50, kuuluu ydinfysiikan ns. maagisten lukujen joukkoon.

Lisäksi tunnetaan 29 radioaktiivista tinaisotooppia, joiden massaluvut vaihtelevat 99:stä 137:ään. Näistä 126Sn:n puoliintumisaika on noin 230 000 vuotta, kaikkien muiden alle vuoden.[4]

Valmistus [muokkaa]

Tinaa valmistetaan pelkistämällä tinakiveä eli kasseriittia hiilellä 1 400 °C:n lämpötilassa.

2{\rm SnO}_2(s) + {\rm C}(s) \rightarrow 2{\rm Sn}(s) + {\rm CO}_2(g)

Tinaa voidaan valmistaa tinakivestä myös vetykaasulla pelkistämällä, jolloin tarvitaan edellisen reaktion tapaan korkea lämpötila.

{\rm SnO}_2(s) + 2 {\rm H}_2(g) \rightarrow {\rm Sn}(s) + 2 {\rm H}_2{\rm O}(g)

Käyttö [muokkaa]

Tinaa käytetään koriste- ja käyttöesineiden sekä monien metalliseosten (esimerkiksi pronssin) valmistukseen, metallien päällystämiseen (erityisesti kupariastioiden sisäpinnoilla) sekä juottamiseen. Alumiini on osittain syrjäyttänyt tinan voideputkiloiden valmistuksessa. Tinapaperia käytettiin ennen yleisesti ruokatavaroiden pakkaamiseen, mutta nykyään alumiinifolio on syrjäyttänyt sen.[6] Tinalankaa muun muassa käytetään koristeena.

Tinan seokset [muokkaa]

Tinan ja lyijyn muodostamaa seosta kutsutaan juotostinaksi. RoHS-direktiivin myötä on kuitenkin siirrytty lyijyttömiin seoksiin, kuten pienillä määrillä hopeaa ja kuparia seostettuun tinaan.

Kirjasinmetalli on tinan, lyijyn ja antimonin seos. Uuden­vuoden­tinat ovat kirjasinmetallia ja siten jätteenä ongelmajätettä.

Pronssi on tinan ja kuparin seos. Tinan ja hopean seosta käytetään tinalankana, ns. luulajanlanka.

Tinan yhdisteet [muokkaa]

Yhdisteissään tina esiinty tavallisimmin hapetusasteeella +II tai +IV. Tina(II)-yhdisteitä, joissa sillä on hapetusluku +II, sanotaan myös stanno­yhdisteiksi, tina(IV)-yhdisteitä, joissa sillä on hapetusluku +IV, vastaavasti stanni­yhdisteiksi.[7] Tina(IV)-yhdisteissä atomit sitoutuvat toisiinsa ko­va­len­tti­sesti kun tasas tina(II)-yhdisteet, joissa tina on sitoutunut hyvin elektro­negatiiviseen alku­aineeseen, ovat ioni­sidoksellisia[8]

Kaikki tina(II)-yhdisteet ovat pelkistimiä, jotka hapettuvat helposti tina(IV)-yhdisteiksi.[8] Tinaoksidi (SnO) on amfolyytti, joka emästen kanssa reagoidessaan muodostaa stanniiteiksi nimitettyjä suoloja, jollainen on esimerkiksi natriunstannaatti Na2SnO. Vastaava happo, tinahapoke, tunnetaan vain liuoksena.[7] Tinadikloridi on vesiliukoinen, yleisesti käytetty pelkistin.[8]

Tinadioksidi (SnO4) on luonteeltaan amfoteerinen. Se ei liukene veteen eikä emäksisiin liuoksiinkaan, mutta reagoi sulan alkalihydroksidin kanssa seuraavasti:

SnO2 + OH- \rightleftharpoons SnO32- + H2O

Tässä syntyvä ioni, SnO32-, on nimeltään stannaatti-ioni.[8] Sen muodostamista suoloista natriumstannaattia käytetään tekstiilien värjäykseen ja syttymistä estävään käsittelyyn sekä galvano­tekniikassa. Kromistannaattia ja eräitä muita stannaatteja käytetään lasitteiden värjäykseen.[7]

Tinahappo on yhteisnimitys kahdelle yhdisteelle, joista käytetään myös α-tinahappo eli tina(IV)hydroksidi (Sn(OH)4), ja β-tinahappo eli meta­tina­happo (H2SnO3)[7]. Metatinahappoa syntyy tinan reagoidessa typpi­hapon kanssa.[7] Tinan ja kloorin reagoidessa syntyvä tina(IV)kloridi, SnCl4, on savuava neste, jota käytetään peittaukseen ja orgaanisten yhdisteiden klooraukseen.[7]

Stannaani on tinan ja vedyn yhdiste, SnH4, joka molelyyli­rakenteeltaan muistuttaa metaania. Se on tavallisissa lämpö­tiloissa kaasu, ja sen kiehumispiste on -52 °C.[8]

Tina muodostaa myös useita organometalliyhdisteitä. Sellainen on esimerkiksi tributyylitina, jota on käytetty laivojen pohja­­maaleissa. Se on kuitenkin osoittautunut vaaralliseksi vesi­eliöille, minkä vuoksi sen käytöstä on luovuttu.

Lähteet [muokkaa]

  1. 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)
  2. a b c Antti Kivinen, Osmo Mäkitie: Kemia. Otava, 1988. ISBN 951-1-10136-6.
  3. Catherine E. Housecroft, Alan G. Sharpe: Inorganic Chemistry, 2nd ed. Pearson Education Limited, 2005. ISBN 0130-39913-2. (englanniksi)
  4. a b Chart of Nuclides NNDC. Viitattu 25.3.2013.
  5. Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements NIST. Viitattu 25.3.2013.
  6. Anja Haavisto, Atso Hella, Osmo Hurmola, Vuokko Tuomi: Alkuaineiden kiehtova maailma. Otava, 1992. ISBN 951-1-12509-5.
  7. a b c d e f Otavan iso Fokus, 7. osa (Sv-Öö), s. 4255, art. Tina. Otava, 1974. ISBN 951-1-01251-4.
  8. a b c d e Kivinen, Mäkitie, s. 326-329

Aiheesta muualla [muokkaa]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Tina.