Sn

Tinn

atomnummer: 50
gruppe: 14
periode: 5
atomvekt: 118,710

I mennesket
14 mg

I jordskorpen
1,5 ppm

I havet
0,81 µg/liter

På solen
9000,00 ppt

Innledning

[Foto: Harald Fjeld, KI, UiO.]

Tinnsoldater.
Foto: Harald Fjeld, KI, UiO.

Tinn er et bløtt, sølvhvitt metallisk grunnstoff med kjemisk symbol Sn og atomnummer 50. Metallet utvinnes av tinnstein (kassiteritt, SnO2) og blir renset for kobber, jern, bly m.m. som finnes i malmen. Nest etter gull, kobber og sølv er tinn det tidligst kjente metallet.

I mer enn 5000 år har tinn vært brukt som tilsetning til kobber for å lage bronse, en legering som har gitt navn til en av de store epokene i vår historie. Gjenstander laget av rent tinn er kjent fra drøye 4500 år tilbake, men tinn ble først for 2500 år siden et vanlig bruksmetall. Siden tinn ikke er giftig og ikke angripes lett av stoffer som er i matvarer var det lenge vanlig med fat og krus av tinn, men det gikk av moten da glass og keramikk tok over på 1800 tallet. I dag lages tinnkrus og fat hovedsakelig til dekorasjon og består av en legering med 93 % tinn og 7 % antimon.

Navn

Navnet tinn er anglo-saksisk og kommer antakeligvis fra gammeltysk zin. Metallet kan ha blitt oppkalt etter den etruskiske guden Tinia, mens symbolet Sn kommer fra det latinske navnet stannum som er relatert til ordet stagnum som betyr å dryppe. Navnet kan også ha en keltisk opprinnelse fra Cornwall som var en av de viktigste tinnprodusenter i antikken. Tinn har også blitt omtalt som diabolus metallorum (djevelen blant metaller), på grunn av faseovergangen tinn har ved lav temperatur. Utsetter du tinn for svært lave temperaturer, ned mot minus 20 til minus 40 grader, slår tinnpest til og forvandler tinnet til grått pulver i løpet av kort tid.

Historie

Det finnes ingen nedskrevne kilder om når og hvor tinn ble oppdaget, men arkeologiske funn viser at tinn har vært kjent siden oldtiden. De eldste funnene i form av kobberlegeringer med 10-15 % tinn er gjort i Mesopotamia, Egypt og Pakistan og er fra 3000-3500 f.Kr.

Tinn er ikke blant de eldste metallene i menneskets industrihistorie. De første metallene mennesket brukte var de som finnes i ren tilstand i naturen, og det gikk flere tusen år fra man begynte å lage gjenstander av metaller til man begynte å utvinne metallene fra malm. Man oppdaget at kobber fra ulike gruver hadde ulike egenskaper. Dette skyldtes forurensninger som ga kobberet ønskelige egenskaper som hardhet og smibarhet. Man fant etter hvert ut at man kunne modifisere egenskapene til kobberet ved å blande til andre mineraler før brenningen av malmen. Et av disse mineralene var kassiteritt. Resultatet etter brenningen ble et nytt produkt, bronse, som egnet seg veldig godt til å lage verktøy og våpen.

Forekomst

[Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.]

Kassiteritt, SnO2, fra Tørdal i Telemark
Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Tinn finnes i to modifikasjoner: α-tinn (grått tinn) med kubisk krystallstruktur som er stabilt under 13 oC, og det vanlige metalliske tinnet, β-tinn, som har en tetragonal krystallstruktur.

Tinn utgjør 1,5 ppm av den øvre, faste jordskorpen, det vil si at det havner som nummer 49 blant alle grunnstoffene.

Det finnes ingen spesielt rike forekomster av tinn, og det eneste mineralet av kommersiell betydning er kassiteritt (tinnstein, SnO2). Opprinnelig ble tinn utvunnet fra granittiske bergarter. Størsteparten av tinnforekomstene som utnyttes nå er avleiringer oppstått ved forvitring av primære tinnførende bergarter hvis tinninnhold kan være så lavt som 0,01 %.

Cornwall var en av de viktigste tinnprodusenter i antikken, og forsynte Middelhavsområdet med metallet. Tinngruvene i Cornwall var også de viktigste i verden langt opp mot moderne tid. Produksjonen steg fra 300 tonn i året på 1200-tallet til 9000 tonn per år på 1800-tallet, men i dag er den ubetydelig i verdensmålestokk.

De største tinnprodusentene i verden i dag er Kina, Indonesia, Peru, Brasil, Bolivia, Australia, Malaysia, Russland, Portugal og Thailand. Verdensproduksjonen i 2000 var 200.000 tonn, et nivå den har ligget på de siste 30 årene.

Andre mer sjeldne tinnmineraler:

Tinnkis eller stannitt, Cu2FeSnS4; et tetragonalt mineral som brukes noe til utvinning av tinn. Det finnes i ganske små mengder i enkelte norske kismalmer.

Teallitt, PbSnS2; et sjeldent, rombisk mineral som det i noen tilfelle utvinnes tinn fra.

Samarskitt, (Y,Ce,U,Ca,Pb)(Nb,Ta,Ti,Sn)2O6; et kullsvart, monoklint, radioaktivt mineral som likner columbitt og euxenitt og forekommer som dem på granittpegmatittganger. Ikke uvanlig i Østfold og i Iveland i Telemark.

Nordenskiöldin, CaSnB2O6; et gult, trigonalt, ytterst sjeldent mineral som ble funnet ved Langesundsfjorden av den norske geologen W. C. Brøgger i 1887.

I kroppen

Tinn er lite giftig og har derfor i lang tid vært brukt til lagring av mat. Vi får daglig i oss 0,2-3,5 mg tinn gjennom maten, men lite av dette tas opp i kroppen. Hvis man spiser veldig mye hermetikk kan dette øke noe. En person på 70 kg vil vanligvis inneholde 10-30 mg tinn. Det er ca. 0,38 mg/l i blodet, 1,4 ppm i beinvevet, 0,23-2,3 ppm i levervevet og 0,33-2,4 ppm i muskelvevet. Man kjenner ikke til sykdommer hos mennesker pga tinnmangel, og det er heller ikke påvist noen fysiologisk betydning av tinn i menneskekroppen.

Mange organiske tinnforbindelser er miljøskadelige. De triorganiske er verst. Disse bioakkumuleres i høy grad og har høy akutt giftighet. Bruken av disse er de senere år kraftig redusert.

Organotinn-forbindelser som trimetyl- og trietyl-tinn er giftige for mennesker. Tinn med en eller flere metylgrupper kan dannes naturlig av tinnsulfider i havsedimenter ved reaksjon med metyljodid som produseres av organismer i havet.

Fremstilling

Metallisk tinn fremstilles ved at konsentratet av tinnoksid blir blandet med kull eller koks og varmet opp til 1200-1300 oC slik at tinnoksidet reduseres til tinn:

SnO2 + 2C => Sn + 2CO(g)

Dette raffineres videre ved omsmeltning og oksidering av forurensninger som skilles ut som oksider på smeltens overfalte. Rent tinn (99,99 %) blir framstilt ved elektrolyse.

Betydelige mengder tinn blir også gjenvunnet ved avtinning av fortinnet jernblikk.

Anvendelser

Visste du at...

tinn-whiskers (tynne, nålelignende utvekster som vokser på tinn) forårsaket at satelitten Galaxy IV feilet i 1998?

[Foto: Peter Bush.]

Dannelse av tynne whiskere av tinn er et problem i mikroelektronikk.
Foto: Peter Bush.

Tinn blir brukt til mange formål. Blikkbokser lages av tinnbelagt jernblikk. Slik fortinning for å beskytte jern og andre metaller mot rust og annen kjemisk påvirkning har vært kjent siden oldtiden. Sølvpapir av tinnfolie, stanniol, ble mye brukt til innpakning av mat inntil første halvdel av det 20. århundret, da aluminium overtok.

Det lave smeltepunktet gjør tinn også velegnet til en rekke andre formål. Elektriske og branntekniske sikringer (f.eks. i overrislingsanlegg) har gjerne tinn eller tinnlegeringer som f.eks. Roses metall i en smeltetråd.

Glassplater til vindusglass og liknende lages vanligvis ved at man lar glasset ligge og størkne på et bad av smeltet metall, oftest tinn (Pilkington-prosessen).

Foruten bronse har tinn lenge vært brukt også i en hel del andre legeringer, for eksempel typemetall, som er tinn-bly-antimonlegeringer og tidligere var mye brukt i trykkerier. Roses metall kan bestå av 20-30 % tinn, 25-35 % bly og 35-50 % vismut, med smeltepunkt på 94-110 ºC. Lagermetaller brukes i kulelager og andre friksjonsdempende innretninger og er forskjellige legeringer av tinn, bly, kobber, antimon, aluminium, arsen, fosfor, nikkel, silisium, sølv, indium m.fl. Tinnbaserte lagermetaller kalles gjerne babbittmetall etter oppfinneren, eller hvitmetall p.g.a. den lyse fargen. Andre lagermetaller inneholder også oftest litt tinn. Amalgam for plombering av tenner inneholder gjerne tinn. Refleksflater til speil kan også være laget av tinn-amalgam. Lettsmeltelige legeringer kan lages av tinn, bly, vismut, kadmium m.m.

Organiske tinnforbindelser benyttes blant annet i treimpregnering, plast (som UV-stabilisatorer) og bunnstoff for båter. Bunnstoff som tidligere ble mye brukt på båter er akutt giftige, og nedbryting av stoffene i naturen går svært sakte. Tinnforbindelser brukes fortsatt på enkelte båter.

Tinndioksid, tinnstein, SnO2, brukes som poleringsmiddel for stål, marmor og glass og til å lage hvitt glass, hvite glasurer, emaljer og keramiske farger.

Preparersalt eller natriumheksahydroksostannat, Na2Sn(OH)6, brukes til tinngrundering av ull, til å gjøre silke tyngre, tøy vanntett, til galvanisk fortinning m.m., tidligere mest kjent som beis ved farging av tøy.

Loddetinn består gjerne av 40-70 % tinn og 60-30 % bly og opptar en av de stor andelene av verdensproduksjonen av tinn. Ved tilsetning av vismut og kadmium kan smeltepunktet senkes til 70 ºC.

Tinn-whiskers (tynne, nålelignende utvekster som vokser på tinn) forårsaket at satelitten Galaxy IV feilet i 1998. Dette fenomenet kan også bli et stort problem i framtiden fordi det vokser ut fra tinnbelegget på elektroniske komponenter og kan etter noe tid kortslutte komponentene.

Kjemien

Tinn er et hvitt, glinsende metall - hvitere enn sølv og sink. Det er også mykt og strekkbart og lett å valse til tynn folie. Ved 100 ºC er smidigheten størst, og ved denne temperaturen lar det seg lett strekke til tråder. Over 170 ºC blir metallet sprøtt og får en tendens til å pulverisere. Krystallstrukturen for metallisk tinn er tetragonal, noe som er uvanlig for metaller. Når man bøyer en tinnstang høres en svak knirkende lyd som kalles `tinnskrik`, og skyldes at krystallene gnis mot hverandre.

Ved vanlig temperatur holder tinnet seg uforandret i luft på grunn av en tynn, beskyttende oksidhinne. Tinn angripes ikke av vann og bare langsomt av fortynnede syrer. Tinn løses vanligvis ikke i organiske løsningsmidler og ikke i svake organiske syrer av den typen som finnes i matvarer, og har derfor vært mye brukt til lagring av matvarer.

Tinn danner både to- og fireverdige forbindelser, som betegnes tinn(II)- og tinn(IV)-forbindelser, der de fireverdige tinnforbindelsene er de mest stabile. Tinn er ikke spesielt kresen på hvilke grunnstoffer det danner forbindelser med. Det finnes i en lang rekke mineraler og legeringer og lager bl.a. legeringer med de edle metallene som gull, platina og palladium.

Tinn blir superledende under 3,72 K. Tinn var en av de første superlederne som ble brukt for å teste Meissner-effekten. Nb3Sn brukes kommersielt for å lage superledende magneter på grunn av høy kritisk temperatur og magnetfelt.

Isotoper – radioaktivitet:

Tinn har rekordmange isotoper, hvorav 10 av dem er stabile og forekommer i naturen. I tillegg finnes det en hel haug med ustabile og radioaktive isotoper.

Av de radioaktive isotopene har eksempelvis isotopen med massenummer 126m en halveringstid på 100.000 år, 121Sn 50 år, 119Sn 293 dager, 113Sn 1 dag, mens mange av de andre har halveringstid på et par timer eller mindre.

Faseovergangen - tinnpest

Ved avkjøling til under 13,2 ºC omvandles tinnet fra det vanlige hvite beta-tinnet til alfa-tinn, også kalt grått tinn. Det grå tinnet er et matt, grått pulver uten utpregede metalliske egenskaper. Det har den samme kubisk flatesentrerte krystallstrukturen som diamant, silisium og germanium og tettheten er 5,86 g/cm³ mot 7,3 g/cm³ for det hvite tinnet. Omvandlingen fra hvitt til grått tinn er langsom, men skyter fart i sterk kulde. Ved -40 til -50 ºC går den på noen timer. Blir det kaldere, går det saktere igjen. En liten tilsetning av bly, antimon eller vismut bremser prosessen, mens aluminium og sink påskynder den. Det gjør også nærvær av ferdig dannet grått tinn. Omdanningen skjer ved at det danner seg byller på noen steder av metalloverflaten - byllene svulmer opp og sprekker og frigjør det grå pulveret, blærene sprer seg over metalloverflaten som en infeksjon og til slutt er det bare grått pulver igjen. Dette skjedde blant annet på orgelpiper i tidlige katedraler og på grunn av det groteske utseendet på utvekstene trodde man da at dette var djevelens verk. Fenomenet kalles nå tinnpest.

[Foto: W. J. Plumbridge.]

Utvikling av tinnpest på et stykke av tinn oppbevart ved -18 C.
Foto: W. J. Plumbridge.

[Foto: W. J. Plumbridge.]

..og etter 6 års eksponering ved lav temperatur kan stykket smuldre helt opp.
Foto: W. J. Plumbridge.

Forfatter: Sissel Jørgensen

Finn nabogrunnstoff

Ga Ge As
In Sn Sb
Tl Pb Bi

Vis alt om tinn

Tinn i periodesystemet

Visste du at...

Co

kobolt tidligere ble brukt i «usynlig blekk», og derfor var nyttig når man skulle sende hemmelige meldinger.

Les mer om kobolt

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter