Tina

Fysikaaliset ominaisuudet

Tina on hopeisen valkoinen metalli. Se on pehmeää ja taottavaa. Tinaa väännettäessä kuuluvaa ääntä sanotaan tinan itkemiseksi. Korkea ääni johtuu kiderakenteen hajoamisesta.
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.
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.
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.

Kemialliset ominaisuudet

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.

Myrkyllisyys ja biologinen merkitys

Monet tinayhdisteet ovat myrkyllisiä erityisesti hengitettynä. Tinan organoyhdisteet rikastuvat helposti luonnossa maaperään ja sedimenttiin. Myös ruuassa voi olla pieniä määriä tinaa, mutta pitoisuudet ovat hyvin pieniä eivätkä muodosta terveysriskiä.
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. Orgaanisten tinayhdisteiden käyttö laivojen pohjamaaleissa on kielletty Euroopan Unionissa vuonna 2008. Jopa eurosetelien ympäristöturvallisuutta on tutkittu ympäristövaikutuksiltaan pahimmaksi arvioidun organotinayhdisteen tributyylitinan osalta ja sen käyttöä on päätetty rajoittaa.
Tinalla alkuaineena ei ole todettu mitään rakenteellista eikä funktionaalista biologista merkitystä ihmiselle eikä muillekaan eliöille.

Historia

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.

Esiintyminen ja eristys

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.
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.

Käyttö

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.
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.
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.
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.