Zinn
weiß (β)
grau (α)
Kategorie: Zinn Zinn ist ein chemisches Element mit dem Symbol Sn (von lateinisch : stannum ) und der Ordnungszahl 50. Zinn ist ein silbriges Metall, das charakteristischerweise einen schwachen gelben Farbton hat. Zinn ist wie Indium weich genug, um ohne viel Kraftaufwand geschnitten zu werden. Beim Biegen einer Zinnstange ist durch die Zwillingsbildung in Zinnkristallen der sogenannte „ Zinnschrei “ zu hören ; diese Eigenschaft wird von Indium, Cadmium, Zink und gefrorenem Quecksilber geteilt. Reines Zinn behält nach dem Erstarren ein spiegelähnliches Aussehen, das den meisten Metallen ähnelt. Jedoch wird in den meist Zinn - Legierungen (wie zB Zinn ), das Metall erstarrt mit einer stumpfen grauen Farbe. Zinn ist ein Post-Übergangsmetall in der Gruppe 14 des Periodensystems der Elemente. Es wird hauptsächlich aus dem Mineral Cassiterit gewonnen, das Zinnoxid SnO 2 enthält. Zinn zeigt eine chemische Ähnlichkeit mit seinen beiden Nachbarn in Gruppe 14, Germanium und Blei und hat zwei Hauptoxidationsstufen, +2 und die etwas stabilere +4. Zinn ist das 49. häufigste Element der Erde und hat mit 10 stabilen Isotopen die größte Anzahl stabiler Isotope im Periodensystem, dank seiner magischen Protonenzahl. Es hat zwei Haupt Allotrope : bei Raumtemperatur, die stabile allotrope ist β-Zinn, ein silberweißes, formbares Metall, aber bei niedrigeren Temperaturen, es verwandelt mich in das weniger dichte Grau α-Zinn, die die HAS kubische Diamantstruktur. Metallisches Zinn oxidiert an der Luft nicht leicht.
Die erste Zinn - Legierung in großem Maßstab verwendet wurde, war Bronze, hergestellt aus 1 / 8 Zinn und 7 / 8 Kupfer, bereits ab 3000 vor Christus. Nach 600 v. Chr. wurde reines metallisches Zinn hergestellt. Zinn, eine Legierung aus 85-90% Zinn, wobei der Rest üblicherweise aus Kupfer, Antimon und Blei besteht, wurde von der Bronzezeit bis zum 20. Jahrhundert für Besteck verwendet. In der heutigen Zeit ist, Zinn in vielen Legierungen, insbesondere Zinn / Blei - Weichlote, die in der Regel 60% oder mehr Zinn, und bei der Herstellung von transparenten, elektrisch leitenden Schichten aus Indiumzinnoxid in optoelektronischen Anwendungen. Eine weitere große Anwendung für Zinn ist Korrosion -resistenter Verzinnen von Stahl. Aufgrund der geringen Toxizität von anorganischem Zinn wird verzinnter Stahl häufig für Lebensmittelverpackungen als Konservendosen verwendet. Einige Organozinnverbindungen können jedoch fast so giftig wie Cyanid sein.
Inhalt
- 1 Eigenschaften
- 1.1 Physisch
- 1.2 Chemikalie
- 1.3 Isotope
- 2 Etymologie
- 3 Geschichte
- 4 Verbindungen und Chemie
- 4.1 Anorganische Verbindungen
- 4.2 Hydride
- 4.3 Organozinnverbindungen
- 5 Vorkommen
- 6 Produktion
- 6.1 Bergbau und Verhüttung
- 6.2 Industrie
- 7 Preis und Umtausch
- 8 Anwendungen
- 8.1 Löten
- 8.2 Verzinnung
- 8.3 Speziallegierungen
- 8.4 Optoelektronik
- 8.5 Andere Anwendungen
- 8.6 Organozinnverbindungen
- 8.6.1 PVC-Stabilisatoren
- 8.6.2 Biozide
- 8.6.3 Organische Chemie
- 8.6.4 Li-Ionen-Akkus
- 9 Vorsichtsmaßnahmen
- 10 Siehe auch
- 11 Hinweise
- 12 Referenzen
- 13 Bibliographie
- 14 Externe Links
Eigenschaften
Physisch
Tröpfchen aus erstarrtem geschmolzenem ZinnZinn ist ein weiches, formbares, duktiles und hochkristallines silbrig-weißes Metall. Wenn ein Zinnstab gebogen wird, ist aus der Zwillingsbildung der Kristalle ein knisterndes Geräusch zu hören, das als " Zinnschrei " bekannt ist. Zinn schmilzt bei niedrigen Temperaturen von etwa 232 °C (450 °F), der niedrigsten in Gruppe 14. Der Schmelzpunkt wird für 11-nm-Partikel weiter auf 177,3 °C (351,1 °F) gesenkt.
| Externes Video | |
|---|---|
 β-α-Übergang von Zinn bei −40 °C (Zeitraffer; eine Sekunde des Videos entspricht einer Stunde in Echtzeit |
β-Zinn (die metallische Form oder weißes Zinn, BCT-Struktur), das bei und über Raumtemperatur stabil ist, ist formbar. Im Gegensatz dazu ist α-Zinn (nichtmetallische Form oder graues Zinn), das unter 13,2 °C (55,8 °F) stabil ist, spröde. α-Zinn hat eine diamantkubische Kristallstruktur, ähnlich wie Diamant, Silizium oder Germanium. α-Zinn hat überhaupt keine metallischen Eigenschaften, weil seine Atome eine kovalente Struktur bilden, in der sich Elektronen nicht frei bewegen können. Es handelt sich um ein mattgraues, pulverförmiges Material, das außer einigen spezialisierten Halbleiteranwendungen keine allgemeine Verwendung findet. Diese beiden Allotrope, α-Zinn und β-Zinn, sind häufiger als graues Zinn bzw. weißes Zinn bekannt. Zwei weitere Allotrope, und σ, existieren bei Temperaturen über 161 °C (322 °F) und Drücken über mehreren GPa. Unter kalten Bedingungen neigt β-Zinn dazu, sich spontan in α-Zinn umzuwandeln, ein Phänomen, das als " Zinnschädling " oder "Zinnkrankheit" bekannt ist. Einige nicht überprüfbare Quellen sagen auch, dass die Temperaturen während Napoleons Russlandfeldzug von 1812 so kalt wurden, dass die Zinnknöpfe an den Uniformen der Soldaten im Laufe der Zeit zerfielen, was zur Niederlage der Grande Armée beitrug, eine hartnäckige Legende, die wahrscheinlich keine Hintergrund in realen Ereignissen.
Obwohl die α-β-Umwandlungstemperatur nominell 13,2 °C (55,8 °F) beträgt, senken Verunreinigungen (z. B. Al, Zn usw.) die Übergangstemperatur deutlich unter 0 °C (32 °F) und bei Zugabe von Antimon oder Wismut, die Umwandlung findet möglicherweise überhaupt nicht statt, was die Haltbarkeit des Zinns erhöht.
Kommerzielle Zinnqualitäten (99,8%) widerstehen einer Umwandlung aufgrund der hemmenden Wirkung der geringen Mengen an Bismut, Antimon, Blei und Silber, die als Verunreinigungen vorhanden sind. Legierungselemente wie Kupfer, Antimon, Wismut, Cadmium und Silber erhöhen die Härte. Zinn neigt eher dazu, harte, spröde intermetallische Phasen zu bilden, die oft unerwünscht sind. Es bildet in anderen Metallen im Allgemeinen keine weiten Bereiche fester Lösung, und nur wenige Elemente haben eine nennenswerte feste Löslichkeit im Zinn. Einfache eutektische Systeme treten dagegen bei Wismut, Gallium, Blei, Thallium und Zink auf.
Zinn wird unterhalb von 3,72 K zum Supraleiter und war einer der ersten Supraleiter, die untersucht wurden; Der Meissner-Effekt, eines der charakteristischen Merkmale von Supraleitern, wurde erstmals in supraleitenden Zinnkristallen entdeckt.
Chemisch
Zinn ist korrosionsbeständig gegen Wasser, kann jedoch von Säuren und Laugen angegriffen werden. Zinn kann hochglanzpoliert werden und wird als Schutzschicht für andere Metalle verwendet. Eine schützende Oxidschicht ( Passivierung ) verhindert eine weitere Oxidation, die sich auf Zinn und anderen Zinnlegierungen bildet. Zinn wirkt als Katalysator, wenn Sauerstoff in Lösung ist und hilft, die chemische Reaktion zu beschleunigen.
Isotope
Hauptartikel: Isotope von ZinnZinn hat zehn stabile Isotope mit Atommassen von 112, 114 bis 120, 122 und 124, die größte Zahl aller Elemente. Von diesen sind 120 Sn (fast ein Drittel des gesamten Zinns), 118 Sn und 116 Sn am häufigsten, während 115 Sn am wenigsten vorkommen. Die Isotope mit gerader Massenzahl haben keinen Kernspin, während die mit ungerader Masse einen Spin von +1/2 haben. Zinn mit seinen drei gemeinsamen Isotopen 116 Sn, 118 Sn und 120 Sn gehört zu den am einfachsten durch NMR-Spektroskopie zu detektierenden und zu analysierenden Elementen, und seine chemischen Verschiebungen werden gegen SnMe. verglichen 4.
Diese große Zahl stabiler Isotope gilt als direkte Folge der Ordnungszahl 50, einer „ magischen Zahl “ in der Kernphysik. Zinn kommt auch in 31 instabilen Isotopen vor, die alle restlichen Atommassen von 99 bis 139 umfassen. Abgesehen von 126 Sn mit einer Halbwertszeit von 230.000 Jahren haben alle Radioisotope eine Halbwertszeit von weniger als einem Jahr. Das 1994 entdeckte radioaktive 100 Sn und 132 Sn sind zwei der wenigen Nuklide mit einem „ doppelt magischen “ Kern: Obwohl sie instabil sind und sehr einseitige Proton-Neutronen-Verhältnisse aufweisen, stellen sie Endpunkte dar, ab denen die Stabilität schnell abfällt. Weitere 30 metastabile Isomere wurden für Isotope zwischen 111 und 131 charakterisiert, wobei das stabilste 121m Sn mit einer Halbwertszeit von 43,9 Jahren ist.
Die relativen Unterschiede in der Häufigkeit der stabilen Isotope des Zinns können durch ihre unterschiedlichen Entstehungsweisen bei der stellaren Nukleosynthese erklärt werden. 116 Sn bis einschließlich 120 Sn werden in den meisten Sternen im s- Prozess (langsamer Neutroneneinfang) gebildet und sind daher die häufigsten Isotope, während 122 Sn und 124 Sn nur im r- Prozess (schneller Neutroneneinfang) in. gebildet werden Supernovae und sind seltener. (Die Isotope 117 Sn bis 120 Sn erhalten ebenfalls Beiträge aus dem r- Prozess.) Schließlich können die seltensten protonenreichen Isotope 112 Sn, 114 Sn und 115 Sn nicht in signifikanten Mengen im s- oder r- Prozess hergestellt werden. Prozesse und zählen zu den p-Kernen, deren Ursprünge noch nicht gut verstanden sind. Einige spekulierte Mechanismen für ihre Bildung umfassen Protoneneinfang sowie Photodesintegration, obwohl 115 Sn auch teilweise im s- Prozess produziert werden könnte, sowohl direkt als auch als Tochter des langlebigen 115 In.
Etymologie
Das Wort Zinn wird unter den germanischen Sprachen geteilt und kann auf das rekonstruierte Protogermanische * tin-om zurückgeführt werden ; Verwandte schließen deutsches Zinn, schwedisches tenn und holländisches Zinn ein. Es wird in anderen Zweigen des Indo-Europäischen nicht gefunden, außer durch Anleihen aus dem Germanischen (z. B. Irish Tinne aus dem Englischen).
Der lateinische Name stannum bedeutete ursprünglich eine Legierung aus Silber und Blei und bedeutete im 4. Jahrhundert "Zinn" - das frühere lateinische Wort dafür war plumbum candidum oder "weißes Blei". Stannum stammt anscheinend von einem früheren stāgnum (d. h. der gleichen Substanz), dem Ursprung der romanischen und keltischen Begriffe für Zinn. Der Ursprung von Stannum / Stāgnum ist unbekannt; es kann prä- sein indoeuropäischen.
Das Meyers Konversations-Lexikon spekuliert im Gegenteil, dass Stannum von (dem Vorfahren von) Cornish stean abgeleitet wird und ist ein Beweis dafür, dass Cornwall in den ersten Jahrhunderten n. Chr. die Hauptquelle von Zinn war.
Geschichte
Hauptartikel: Zinnquellen und Handel in der Antike
Ceremonial riesige Bronze dirk des Plougrescant-Ommerschans Typ, Plougrescant, Frankreich, 1500-1300 BC.Die Gewinnung und Verwendung von Zinn kann auf die Anfänge der Bronzezeit um 3000 v. Chr. datiert werden, als beobachtet wurde, dass Kupfergegenstände aus polymetallischen Erzen mit unterschiedlichen Metallgehalten unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufwiesen. Die frühesten Bronzeobjekte hatten einen Zinn- oder Arsengehalt von weniger als 2% und sind daher vermutlich das Ergebnis einer unbeabsichtigten Legierung aufgrund des Spurenmetallgehalts im Kupfererz. Die Zugabe eines zweiten Metalls zu Kupfer erhöht seine Härte, senkt die Schmelztemperatur und verbessert den Gießprozess, indem eine flüssigere Schmelze erzeugt wird, die zu einem dichteren, weniger schwammigen Metall abkühlt. Dies war eine wichtige Innovation, die die viel komplexeren Formen ermöglichte, die in geschlossenen Formen der Bronzezeit gegossen wurden. Arsenische Bronzeobjekte tauchen zuerst im Nahen Osten auf, wo Arsen häufig in Verbindung mit Kupfererz gefunden wird, aber die Gesundheitsrisiken wurden schnell erkannt und die Suche nach Quellen für die viel weniger gefährlichen Zinnerze begann früh in der Bronzezeit. Dies schuf die Nachfrage nach seltenem Zinnmetall und bildete ein Handelsnetzwerk, das die fernen Zinnquellen mit den Märkten der bronzezeitlichen Kulturen verband.
Kassiterit (SnO 2), die Zinnoxidform von Zinn, war wahrscheinlich die ursprüngliche Quelle von Zinn in der Antike. Andere Formen von Zinnerzen sind weniger häufig vorkommende Sulfide wie Stannit, die einen aufwendigeren Schmelzprozess erfordern. Kassiterit sammelt sich oft in alluvialen Kanälen als Seifenablagerungen an, weil er härter, schwerer und chemisch widerstandsfähiger ist als der begleitende Granit. Kassiterit ist normalerweise schwarz oder im Allgemeinen dunkel gefärbt, und diese Ablagerungen sind an Flussufern leicht zu erkennen. Alluviale ( Placer ) Ablagerungen können zufällig gesammelt und durch Methoden ähnlich dem Goldwaschen getrennt worden sein.
Verbindungen und Chemie
Siehe auch: Kategorie:ZinnverbindungenZinn hat in den allermeisten Verbindungen die Oxidationsstufe II oder IV.
Anorganische Verbindungen
Halogenidverbindungen sind für beide Oxidationsstufen bekannt. Für Sn(IV) sind alle vier Halogenide bekannt: SnF 4, SnCl 4, SnBr 4 und SnI 4. Die drei schwereren Mitglieder sind flüchtige Molekülverbindungen, während das Tetrafluorid polymer ist. Alle vier Halogenide sind auch für Sn(II) bekannt: SnF 2, SnCl 2, SnBr 2 und SnI 2. Alle sind polymere Feststoffe. Von diesen acht Verbindungen sind nur die Jodide gefärbt.
Zinn(II)-chlorid (auch als Zinn (II)-chlorid bekannt) ist im kommerziellen Sinne das wichtigste Zinnhalogenid. Zur Veranschaulichung der Wege zu solchen Verbindungen reagiert Chlor mit Zinnmetall zu SnCl 4, während die Reaktion von Salzsäure und Zinn SnCl 2 und Wasserstoffgas erzeugt. Alternativ verbinden sich SnCl 4 und Sn durch einen Prozess namens Komproportionierung zu Zinnchlorid:
- SnCl 4 + Sn → 2 SnCl 2
Zinn kann viele Oxide, Sulfide und andere Chalkogenid-Derivate bilden. Beim Erhitzen von Zinn in Gegenwart von Luft entsteht das Dioxid SnO 2 (Kassiterit). SnO 2 ist amphoter, das heißt, es löst sich sowohl in sauren als auch in basischen Lösungen. Stannate mit der Struktur [Sn(OH) 6 ] 2− wie K 2 [Sn(OH) 6 ] sind ebenfalls bekannt, während die freie Zinnsäure H 2 [Sn(OH) 6 ] unbekannt ist.
Sulfide von Zinn exist sowohl in den +2 und +4 Oxidationsstufen: Zinn (II) -sulfid und Zinn (IV) -sulfid ( Musivgold ).
Kugel-Stab-Modelle der Struktur von festem Zinn ( II)chlorid (SnCl 2).Hydride
Stannan (SnH 4) mit Zinn in der Oxidationsstufe +4 ist instabil. Organozinnhydride sind jedoch gut bekannt, zB Tributylzinnhydrid (Sn(C 4 H 9) 3 H). Diese Verbindungen setzen transiente Tributylzinnradikale frei, die seltene Beispiele für Zinn(III)-Verbindungen sind.
Organozinnverbindungen
Organozinnverbindungen, manchmal auch Stannane genannt, sind chemische Verbindungen mit Zinn-Kohlenstoff-Bindungen. Von den Zinnverbindungen sind die organischen Derivate die kommerziell nützlichsten. Einige Organozinnverbindungen sind hochgiftig und wurden als Biozide verwendet. Die erste Organozinnverbindung, über die berichtet wurde, war Diethylzinndiiodid ((C 2 H 5) 2 SnI 2), das 1849 von Edward Frankland beschrieben wurde.
Die meisten Organozinnverbindungen sind farblose Flüssigkeiten oder Feststoffe, die gegenüber Luft und Wasser stabil sind. Sie nehmen tetraedrische Geometrie an. Tetraalkyl- und Tetraarylzinnverbindungen können mit Grignard-Reagenzien hergestellt werden :
- SnCl 4+ 4 RMgBr → R 4Sn + 4 MgBrCl
Die gebräuchlicheren und kommerziell wichtigeren gemischten Halogenid-Alkyle als die Tetraorgano-Derivate werden durch Umverteilungsreaktionen hergestellt :
- SnCl 4+ R 4Sn → 2 SnCl 2 R 2
Zweiwertige Organozinnverbindungen sind selten, wenn auch häufiger als verwandte zweiwertige Organogermanium- und Organosiliciumverbindungen. Die größere Stabilisierung von Sn(II) wird auf den „ Inert-Paar-Effekt “ zurückgeführt. Organozinn(II)-Verbindungen umfassen sowohl Stannylene (Formel: R 2 Sn, wie für Singulett- Carbene gesehen ) als auch Distannylene (R 4 Sn 2), die ungefähr Alkenen entsprechen. Beide Klassen zeigen ungewöhnliche Reaktionen.
Auftreten
Siehe auch: Kategorie:Zinnmineralien
Probe von Kassiterit, die wichtigsten Erz von ZinnZinn wird über die lange erzeugten s -Prozess in niedrigen bis mittleren Massen Sterne (mit Massen von 0,6 bis 10 - fache der des Sun ) und schließlich durch Beta - Zerfall der schweren Isotopen Indium.
Zinn ist das 49-häufigste Element in der Erdkruste und entspricht 2 ppm im Vergleich zu 75 ppm für Zink, 50 ppm für Kupfer und 14 ppm für Blei.
Zinn kommt nicht als natives Element vor, sondern muss aus verschiedenen Erzen gewonnen werden. Cassiterit (SnO 2) ist die einzige kommerziell wichtige Zinnquelle, obwohl kleine Mengen Zinn aus komplexen Sulfiden wie Stannit, Cylindrit, Frankkeit, Canfieldit und Tealit gewonnen werden. Mineralien mit Zinn werden fast immer mit Granitgestein in Verbindung gebracht, normalerweise mit einem Gehalt von 1 % Zinnoxid.
Aufgrund des höheren spezifischen Gewichts von Zinndioxid stammen etwa 80 % des geförderten Zinns aus sekundären Lagerstätten, die stromabwärts der primären Erzgänge gefunden werden. Zinn wird oft aus Granulat gewonnen, das in der Vergangenheit flussabwärts gewaschen und in Tälern oder im Meer abgelagert wurde. Die wirtschaftlichsten Wege zur Gewinnung von Zinn sind Baggerarbeiten, Hydroking oder Tagebau. Der größte Teil des weltweiten Zinns wird aus Seifenablagerungen hergestellt, die nur 0,015% Zinn enthalten können.
| Land | Reserven |
|---|---|
 China | 1.500.000 |
 Malaysia | 250.000 |
 Peru | 310.000 |
 Indonesien | 800.000 |
 Brasilien | 590.000 |
 Bolivien | 400.000 |
 Russland | 350.000 |
 Australien | 180.000 |
 Thailand | 170.000 |
| Andere | 180.000 |
| Gesamt | 4.800.000 |
Im Jahr 2011 wurden rund 253.000 t Zinn abgebaut, hauptsächlich in China (110.000 t), Indonesien (51.000 t), Peru (34.600 t), Bolivien (20.700 t) und Brasilien (12.000 t). Die Schätzungen der Zinnproduktion haben sich historisch mit der Dynamik der wirtschaftlichen Machbarkeit und der Entwicklung von Bergbautechnologien verändert, aber es wird geschätzt, dass bei den derzeitigen Verbrauchsraten und Technologien der Erde in 40 Jahren das abbaubare Zinn ausgehen wird. Lester Brown hat vorgeschlagen, dass Zinn innerhalb von 20 Jahren ausgehen könnte, basierend auf einer äußerst konservativen Extrapolation von 2% Wachstum pro Jahr.
| Jahr | Millionen Tonnen |
|---|---|
| 1965 | 4.265 |
| 1970 | 3.930 |
| 1975 | 9.060 |
| 1980 | 9.100 |
| 1985 | 3.060 |
| 1990 | 7.100 |
| 2000 | 7.100 |
| 2010 | 5.200 |
Sekundärzinn oder Schrott ist ebenfalls eine wichtige Quelle für das Metall. Die Rückgewinnung von Zinn durch Sekundärproduktion oder das Recycling von Altzinn nimmt rapide zu. Während die Vereinigten Staaten seit 1993 weder Zinn abgebaut noch seit 1989 geschmolzen haben, waren sie mit fast 14.000 Tonnen im Jahr 2006 der größte Sekundärproduzent.
In der Mongolei werden neue Vorkommen gemeldet, und 2009 wurden in Kolumbien durch die Seminole Group Colombia CI, SAS neue Zinnvorkommen entdeckt.
Produktion
Zinn hergestellt wird durch carbothermische Reduktion des oxidischen Erzen mit Kohlenstoff oder Koks. Es können sowohl ein Hallofen als auch ein Elektroofen verwendet werden.
Bergbau und Verhüttung
Hauptartikel: ZinnbergbauIndustrie
Kerzenständer aus ZinnDie zehn größten Unternehmen produzierten 2007 den größten Teil des weltweiten Zinns.
Der Großteil des weltweiten Zinns wird an der London Metal Exchange (LME) aus 8 Ländern unter 17 Marken gehandelt.
| Unternehmen | Gemeinwesen | 2006 | 2007 | 2017 | 2006-2017 % Veränderung |
|---|---|---|---|---|---|
| Yunnan Tin | China | 52.339 | 61.129 | 74.500 | 42,3 |
| PT Timah | Indonesien | 44.689 | 58.325 | 30.200 | -32.4 |
| Malaysia Smelting Corp | Malaysia | 22.850 | 25.471 | 27.200 | 19,0 |
| Yunnan Chengfeng | China | 21.765 | 18.000 | 26.800 | 23.1 |
| Minsur | Peru | 40.977 | 35.940 | 18.000 | -56.1 |
| EM Vinto | Bolivien | 11.804 | 9.448 | 12.600 | 6,7 |
| Guangxi China Tin | China | / | / | 11.500 | / |
| Thaisarco | Thailand | 27.828 | 19.826 | 10.600 | -61,9 |
| Metallo-Chimique | Belgien | 8.049 | 8.372 | 9.700 | 20,5 |
| Gejiu Zi Li | China | / | / | 8.700 | / |
Ein Internationaler Zinnrat wurde 1947 gegründet, um den Zinnpreis zu kontrollieren, bis er 1985 zusammenbrach. 1984 wurde eine Vereinigung der Zinnproduzierenden Länder gegründet, der Australien, Bolivien, Indonesien, Malaysia, Nigeria, Thailand und Zaire angehörten.
Preis und Umtausch
Weltproduktion und Preis (US-Börse) von Zinn.Zinn ist unter anderen mineralischen Rohstoffen aufgrund der komplexen Abkommen zwischen Erzeuger- und Verbraucherländern aus dem Jahr 1921 einzigartig. Die früheren Abkommen waren eher informell und sporadisch und führten 1956 zum "Ersten Internationalen Zinnabkommen", dem ersten fortlaufend nummerierte Reihe, die 1985 faktisch zusammenbrach. Durch diese Reihe von Abkommen hatte der International Tin Council (ITC) einen erheblichen Einfluss auf die Zinnpreise. Die ITC stützte den Zinnpreis in Niedrigpreisphasen durch den Kauf von Zinn für seinen Puffervorrat und konnte den Preis in Hochpreisphasen durch den Verkauf von Zinn aus dem Vorratslager dämpfen. Dies war ein gegen den freien Markt gerichteter Ansatz, der einen ausreichenden Zinnfluss in die Verbraucherländer und einen Gewinn für die Erzeugerländer sicherstellen sollte. Der Puffervorrat war jedoch nicht ausreichend groß, und während der meisten dieser 29 Jahre stiegen die Zinnpreise manchmal stark an, insbesondere von 1973 bis 1980, als eine grassierende Inflation viele Weltwirtschaften heimsuchte.
In den späten 1970er und frühen 1980er Jahren war der Zinnvorrat der US-Regierung in einem aggressiven Verkaufsmodus, teilweise um von den historisch hohen Zinnpreisen zu profitieren. Die scharfe Rezession von 1981-82 erwies sich als ziemlich hart für die Zinnindustrie. Der Zinnverbrauch ging dramatisch zurück. Die ITC konnte durch beschleunigte Käufe für ihre Pufferbestände wirklich starke Rückgänge vermeiden; Diese Aktivität erforderte, dass die ITC umfangreiche Kredite bei Banken und Metallhandelsfirmen aufnahm, um ihre Ressourcen zu erhöhen. Die ITC nahm bis Ende 1985 Kredite auf, als sie ihr Kreditlimit erreichte. Unmittelbar darauf folgte eine große „Zinnkrise“ – Zinn wurde für etwa drei Jahre vom Handel an der London Metal Exchange gestrichen, die ITC löste sich kurz darauf auf und der Zinnpreis stürzte, jetzt in einem freien Marktumfeld, stark auf 4 USD pro ab Pfund und blieb bis in die 1990er Jahre auf diesem Niveau. Der Preis stieg bis 2010 erneut an, wobei der Konsum nach der Weltwirtschaftskrise 2008-09 wieder anzog und die Lageraufstockung und das anhaltende Konsumwachstum in den Entwicklungsländern der Welt einhergingen.
London Metal Exchange (LME) ist der wichtigste Handelsplatz für Zinn. Andere Zinn-Kontraktmärkte sind der Kuala Lumpur Tin Market (KLTM) und die Indonesia Tin Exchange (INATIN).
Der Preis pro kg über Jahre:
| 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Preis | 18.51 | 13.57 | 20.41 | 26.05 | 21.13 |
Anwendungen
Weltweiter Verbrauch von raffiniertem Zinn nach Endverwendung, 2006Im Jahr 2018 wurde knapp die Hälfte des produzierten Zinns in Lot verwendet. Der Rest verteilte sich auf Verzinnung, Zinnchemikalien, Messing- und Bronzelegierungen und Nischenanwendungen.
Lot
Eine Spule von bleifreien Lötmittels DrahtZinn wird seit langem in Legierungen mit Blei als Lot verwendet, in Mengen von 5 bis 70 % w/w. Zinn mit Blei bildet ein eutektisches Gemisch mit einem Gewichtsanteil von 61,9% Zinn und 38,1% Blei (der Atomanteil: 73,9% Zinn und 26,1% Blei), mit einer Schmelztemperatur von 183 °C (361,4 °F). Solche Lote werden hauptsächlich zum Verbinden von Rohren oder Stromkreisen verwendet. Seit dem Inkrafttreten der Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte der Europäischen Union (WEEE-Richtlinie) und der Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe am 1. Juli 2006 ist der Bleigehalt in solchen Legierungen gesunken. Während Bleiexposition mit ernsthaften Gesundheitsproblemen verbunden ist, ist bleifreies Lot nicht ohne seine eigenen Herausforderungen, einschließlich eines höheren Schmelzpunkts und der Bildung von Zinnwhiskern, die elektrische Probleme verursachen. Bei bleifreien Loten kann eine Zinnpest auftreten, die zum Verlust der Lötstelle führt. Ersatzlegierungen werden schnell gefunden, obwohl Probleme der Verbindungsintegrität bestehen bleiben.
Verzinnen
Verzinntes Metall aus der Dose. Zinn verbindet sich leicht mit Eisen und wird zum Beschichten von Blei, Zink und Stahl verwendet, um Korrosion zu verhindern. Verzinnte Stahlbehälter werden häufig zur Konservierung von Lebensmitteln verwendet, und dies macht einen großen Teil des Marktes für metallisches Zinn aus. Ein Weißblech-Kanister zum Konservieren von Lebensmitteln wurde erstmals 1812 in London hergestellt. Sprecher des britischen Englisch nennen sie "Tins", während Sprecher des amerikanischen Englisch sie " Cans " oder "Tin Cans" nennen. Eine Ableitung dieser Verwendung ist der umgangssprachliche Begriff " tinnie " oder " tinny ", was in Australien "Dose Bier" bedeutet. Die Zinnpfeife wird so genannt, weil sie zuerst aus verzinntem Stahl in Massenproduktion hergestellt wurde. Kupferkochgefäße wie Kochtöpfe und Bratpfannen werden häufig mit einer dünnen Zinnschicht ausgekleidet, da die Kombination von sauren Lebensmitteln mit Kupfer giftig sein kann.
Speziallegierungen
Zinn - Platte 
Handwerker, die mit Zinnblechen arbeiten.Zinn in Kombination mit anderen Elementen bildet eine Vielzahl von nützlichen Legierungen. Zinn wird am häufigsten mit Kupfer legiert. Zinn besteht zu 85–99 % aus Zinn; Auch Lagermetall hat einen hohen Zinnanteil. Bronze ist meist Kupfer (12% Zinn), während der Zugabe von Phosphor gibt Phosphorbronze. Glockenmetall ist ebenfalls eine Kupfer-Zinn-Legierung mit 22% Zinn. Zinn wurde manchmal in Münzen verwendet; zum Beispiel bildete es einst einen einstelligen Prozentsatz (normalerweise fünf Prozent oder weniger) der amerikanischen und kanadischen Pfennige. Da Kupfer oft das Hauptmetall in solchen Münzen ist, manchmal einschließlich Zink, könnten diese als Bronze- und / oder Messinglegierungen bezeichnet werden.
Die Niob- -TiN Verbindung Nb 3 Sn wird kommerziell in verwendeten Spulen des supraleitenden Magneten für seine hohe kritische Temperatur (18 K) und der kritischen Magnetfeld (25 T ). Ein supraleitender Magnet mit einem Gewicht von nur zwei Kilogramm kann das Magnetfeld eines herkömmlichen tonnenschweren Elektromagneten aufnehmen.
Ein kleiner Prozentsatz von Zinn wird Zirkoniumlegierungen für die Umhüllung von Kernbrennstoff zugesetzt.
Die meisten Metallpfeifen in einer Pfeifenorgel bestehen aus einer Zinn/Blei-Legierung, wobei 50/50 die häufigste Zusammensetzung ist. Der Zinnanteil in der Pfeife bestimmt den Ton der Pfeife, da Zinn eine wünschenswerte Klangresonanz hat. Beim Abkühlen einer Zinn/Blei-Legierung erstarrt zuerst die Bleiphase, dann bildet die verbleibende Flüssigkeit bei Erreichen der eutektischen Temperatur die geschichtete eutektische Zinn/Blei-Struktur, die glänzend ist und der Kontrast zur Bleiphase einen fleckigen oder fleckigen Effekt erzeugt. Diese Metallegierung wird als Spotted Metal bezeichnet. Zu den Hauptvorteilen der Verwendung von Zinn für Rohre gehören sein Aussehen, seine Verarbeitbarkeit und seine Korrosionsbeständigkeit.
Optoelektronik
Die Oxide von Indium und Zinn sind elektrisch leitfähig und transparent und werden verwendet, um transparente elektrisch leitende Filme mit Anwendungen in optoelektronischen Geräten wie Flüssigkristallanzeigen herzustellen.
Andere Anwendungen
Eine nachgebaute Scheunenlaterne aus dem 21. Jahrhundert aus gestanztem Blech.Gestanzter verzinnter Stahl, auch Lochblech genannt, ist eine aus Mitteleuropa stammende handwerkliche Technik zur Herstellung funktionaler und dekorativer Haushaltswaren. Dekorative Piercing-Designs gibt es in einer großen Vielfalt, die auf lokaler Tradition und den persönlichen Kreationen des Kunsthandwerkers basieren. Gestanzte Zinnlaternen sind die häufigste Anwendung dieser handwerklichen Technik. Das Licht einer Kerze, die durch das durchbrochene Design scheint, erzeugt ein dekoratives Lichtmuster im Raum, in dem sie sitzt. Laternen und andere gestanzte Zinnartikel wurden in der Neuen Welt seit der frühesten europäischen Besiedlung hergestellt. Ein bekanntes Beispiel ist die Revere-Laterne, benannt nach Paul Revere.
Vor der Neuzeit wurde in einigen Gebieten der Alpen ein Ziegen- oder Schafshorn geschärft und eine Blechtafel mit dem Alphabet und den Zahlen von eins bis neun ausgestanzt. Dieses Lernwerkzeug wurde passenderweise als "das Horn" bezeichnet. Moderne Reproduktionen sind mit Motiven wie Herzen und Tulpen verziert.
In Amerika waren in den Tagen vor der Kühlung Kuchentresore und Lebensmitteltresore im Einsatz. Dies waren Holzschränke in verschiedenen Stilen und Größen – entweder bodenstehende oder hängende Schränke, die Ungeziefer und Insekten abhalten und Staub von verderblichen Lebensmitteln fernhalten sollten. Diese Schränke hatten Weißblecheinsätze in den Türen und manchmal auch in den Seiten, die vom Hausbesitzer, Schreiner oder Spengler in unterschiedlichen Ausführungen ausgestanzt wurden, um Luftzirkulation zu ermöglichen und Fliegen auszuschließen. Moderne Reproduktionen dieser Artikel bleiben in Nordamerika beliebt.
Fensterglas wird meistens durch Schwimmen von geschmolzenem Glas auf geschmolzenem Zinn ( Floatglas ) hergestellt, was zu einer ebenen und makellosen Oberfläche führt. Dies wird auch als „ Pilkington-Verfahren “ bezeichnet.
Zinn wird auch als negative Elektrode in modernen Li-Ionen-Batterien verwendet. Seine Anwendung wird durch die Tatsache eingeschränkt, dass einige Zinnoberflächen die Zersetzung von Elektrolyten auf Carbonatbasis katalysieren, die in Li-Ionen-Batterien verwendet werden.
Zinn(II)fluorid wird einigen Zahnpflegeprodukten als Zinn (II) fluorid (SnF 2) zugesetzt. Zinn(II)fluorid kann mit Calciumschleifmitteln gemischt werden, während das häufigere Natriumfluorid in Gegenwart von Calciumverbindungen allmählich biologisch inaktiv wird. Es hat sich auch als wirksamer als Natriumfluorid bei der Bekämpfung von Gingivitis erwiesen.
Zinn wird auch als Target verwendet, um laserinduzierte Plasmen zu erzeugen, die als Lichtquelle für die Extrem-Ultraviolett-Lithographie dienen.
Organozinnverbindungen
Hauptartikel: OrganozinnchemieVon allen chemischen Zinnverbindungen werden die Organozinnverbindungen am häufigsten verwendet. Die weltweite Industrieproduktion übersteigt wahrscheinlich 50.000 Tonnen.
PVC-Stabilisatoren
Die wichtigste kommerzielle Anwendung von Organozinnverbindungen ist die Stabilisierung von PVC- Kunststoffen. Ohne solche Stabilisatoren würde PVC ansonsten unter Hitze, Licht und Luftsauerstoff schnell abgebaut, was zu verfärbten, spröden Produkten führen würde. Zinn fängt labile Chloridionen (Cl –) ab, die ansonsten den Verlust von HCl aus dem Kunststoff initiieren würden. Typische Zinnverbindungen sind Carbonsäurederivate von Dibutylzinndichlorid, wie das Dilaurat.
Biozide
Einige Organozinnverbindungen sind relativ toxisch, mit sowohl Vorteilen als auch Problemen. Sie werden wegen ihrer bioziden Eigenschaften als Fungizide, Pestizide, Algizide, Holzschutzmittel und Antifoulingmittel verwendet. Tributylzinnoxid wird als Holzschutzmittel verwendet. Tributylzinn wird auch für verschiedene industrielle Zwecke verwendet, beispielsweise zur Schleimbekämpfung in Papierfabriken und zur Desinfektion des zirkulierenden industriellen Kühlwassers. Tributylzinn wurde als Additiv für Schiffsanstriche verwendet, um das Wachstum von Meeresorganismen auf Schiffen zu verhindern, wobei die Verwendung zurückging, nachdem Organozinnverbindungen als persistente organische Schadstoffe mit einer extrem hohen Toxizität für einige Meeresorganismen ( z. B. die Wellhornschnecke ) erkannt wurden. Die EU hat die Verwendung von Organozinnverbindungen im Jahr 2003 verboten, während Bedenken hinsichtlich der Toxizität dieser Verbindungen für Meereslebewesen und der Schädigung der Fortpflanzung und des Wachstums einiger Meerestiere bestehen (einige Berichte beschreiben biologische Auswirkungen auf Meereslebewesen bei einer Konzentration von 1 Nanogramm pro Liter) haben zu einem weltweiten Verbot durch die International Maritime Organization geführt. Viele Nationen beschränken jetzt die Verwendung von Organozinnverbindungen auf Schiffe mit einer Länge von mehr als 25 m (82 ft). Die Persistenz von Tributylzinn in der aquatischen Umwelt hängt von der Natur des Ökosystems ab. Aufgrund dieser Persistenz und weil es ein Zusatz in Schiffsanstrichen ist, wurden hohe Konzentrationen von Tributylzinn in Meeressedimenten in der Nähe von Marinedocks gefunden. Tributylzinn wurde auch als Biomarker für Imposex bei Neograstropoden mit mindestens 82 bekannten Arten verwendet. Bei den extrem hohen TBT-Gehalten in den lokalen Küstengebieten aufgrund der Schifffahrtsaktivitäten wirkten sich die Schalentiere nachteilig aus. Imposex ist die Auferlegung männlicher Geschlechtsmerkmale bei weiblichen Exemplaren, bei denen sie beginnen, einen Penis und eine Pallialvans deferens zu wachsen. Ein hoher TBT-Spiegel in einem Organismus ist tödlich, da er die endokrinen Drüsen, das Fortpflanzungssystem und das zentrale Nervensystem, die Knochenstruktur und den Magen-Darm-Trakt von Säugetieren schädigen kann. Tributylzinn wirkt sich nicht nur auf Säugetiere, sondern auch auf Seeotter, Wale, Delfine und den Menschen aus.
Organische Chemie
Einige Zinnreagenzien sind in der organischen Chemie nützlich. In der größten Anwendung ist Zinn(II)-chlorid ein übliches Reduktionsmittel für die Umwandlung von Nitro- und Oximgruppen in Amine. Die Stille-Reaktion kuppelt Organozinnverbindungen mit organischen Halogeniden oder Pseudohalogeniden.
Lithium-Ionen-Akkus
Hauptartikel: Lithium-Ionen-AkkuZinn bildet mit Lithiummetall mehrere intermetallische Phasen, was es zu einem potenziell attraktiven Material für Batterieanwendungen macht. Große volumetrische Ausdehnung von Zinn beim Legieren mit Lithium und Instabilität der Zinn-organischen Elektrolytgrenzfläche bei niedrigen elektrochemischen Potentialen sind die größten Herausforderungen für den Einsatz in kommerziellen Zellen. Das Problem wurde teilweise von Sony gelöst. Eine intermetallische Zinnverbindung mit Kobalt und Kohlenstoff wurde von Sony in seinen Ende der 2000er Jahre auf den Markt gebrachten Nexelion-Zellen implementiert. Die Zusammensetzung des Aktivmaterials beträgt ungefähr Sn 0,3 Co 0,4 C 0,3. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass nur einige kristalline Facetten von tetragonalem (beta) Sn für unerwünschte elektrochemische Aktivität verantwortlich sind.
Vorsichtsmaßnahmen
Hauptartikel: ZinnvergiftungVergiftungsfälle durch Zinnmetall, seine Oxide und seine Salze sind fast unbekannt. Andererseits sind bestimmte Organozinnverbindungen fast so giftig wie Cyanid.
Die Exposition gegenüber Zinn am Arbeitsplatz kann durch Einatmen, Haut- und Augenkontakt erfolgen. Die Arbeitsschutzbehörde (OSHA) hat den gesetzlichen Grenzwert ( zulässiger Expositionsgrenzwert ) für die Zinnbelastung am Arbeitsplatz auf 2 mg/m 3 über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat einen empfohlenen Expositionsgrenzwert (REL) von 2 mg/m 3 über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Bei Konzentrationen von 100 mg/m 3 ist Zinn unmittelbar gefährlich für Leben und Gesundheit.
Siehe auch
- Cassiterides (die mythischen Zinninseln)
- Liste der Länder nach Zinnproduktion
- Stannary
- Terne
- Zinn-Schädling
- Zinnbergbau in Großbritannien
- Verzinnen
- Whisker (Metallurgie) (Zinn-Whisker)
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Anmerkungen
- ^ Nur H, F, P, Tl und Xe haben eine höhere Empfänglichkeit für die NMR-Analyse von Proben, die Isotope in ihrer natürlichen Häufigkeit enthalten.
Verweise
Literaturverzeichnis
-
Dieser Artikel enthält Text aus einer Veröffentlichung, die jetzt gemeinfrei ist : Carlin, James F., Jr. (1998). "Bedeutende Ereignisse mit Einfluss auf die Zinnpreise seit 1958". Nationale geodätische Vermessung der USA - CRC-Mitwirkende (2006). David R. Lide (Hrsg.). Handbuch der Chemie und Physik (87. Aufl.). Boca Raton, Florida: CRC Press, Taylor amp; Francis Group. ISBN 978-0-8493-0487-3.
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Externe Links
- Zinn im Periodensystem der Videos (University of Nottingham)
- Theodore Grays hölzernes Periodensystem : Zinnproben und Abgüsse
- Unedle Metalle: Zinn
- CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
- Zinn (USD-Cent pro kg)
