Tina

Indium ← Tina → Antimoni Ge ↑ Sn ↓ Pb       Koko taulukko
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 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.

Ominaisuudet

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.

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 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.

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.

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

Kaikista alkuaineista tinalla on eniten pysyviä isotooppeja, 10 kpl. Sellaisia ovat ¹¹², ¹²²Sn, ¹²⁴Sn sekä kaikki, joiden massaluku on välillä 114...120. Yleisin niistä on ¹²⁰Sn, jota on noin kolmasosa luonnon tinasta. 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.

Valmistus

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

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. Tinalankaa muun muassa käytetään koristeena.

Tinan seokset

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

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. Tina(IV)-yhdisteissä atomit sitoutuvat toisiinsa ko­va­len­tti­sesti kun tasas tina(II)-yhdisteet, joissa tina on sitoutunut hyvin elektro­negatiiviseen alku­aineeseen, ovat ioni­sidoksellisia

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

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

SnO₂ + OH^- $\rightleftharpoons$ SnO₃^2- + H₂O

Tässä syntyvä ioni, SnO₃^2-, on nimeltään stannaatti-ioni. Sen muodostamista suoloista natriumstannaattia käytetään tekstiilien värjäykseen ja syttymistä estävään käsittelyyn sekä galvano­tekniikassa. Kromistannaattia ja eräitä muita stannaatteja käytetään lasitteiden värjäykseen.

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

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

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.

Aiheesta muualla

• Tinan kansainvälinen kemikaalikortti
• The Isotopes Project Home Page: Luettelo tinan isotoopeista (englanniksi)
• Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR): Toxicological profile for tin and tin compounds (pdf) (englanniksi)
• Americanelements: Tin Technical and Safety Data (englanniksi)
• Argonne National Laboratory: Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Tin, sivut 54-55 (englanniksi) (pdf)
• Mindat: Tin (englanniksi)
• Webmineral: Tin Mineral Data (englanniksi)