Tina

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

Tina on hopeisen valkoinen metalli. Se on veteenliukenematon, pehmeää ja taottavaa. Tinalle tunnetaan kolme allotroppista muotoa. Tinaa käytetään usein lejeeringeissä, kuten pronssissa ja juotostinassa. Tinan käyttö tunnetaan jo usean tuhannen vuoden takaa. Tinalla ei ole todettu biologista merkitystä, mutta sen yhdisteet voivat olla myrkyllisiä.

Suurin osa tinavarannoista esiintyy niin sanotulla tinavyöhykkeellä Kaakkois-Aasiassa. Merkittävin tinamalmi on kassiteriitti eli tinakivi.

Uudenvuoden ”tinanvalantaan” käytetty metalli ei oikeastaan ole tinaa, vaan suurimmaksi osaksi lyijyä.

Ominaisuudet

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.

Yhdisteet 
Kun tinadioksidia lämmitetään ilmakehässä, muodostuu stannaatti-ioni (SnO32-). Tinadioksidi reagoi myös hydroksidi-ionin kanssa muodostaen stannaatti-ionin.
2 SnO2 + O2 → 2 SnO32-
SnO2 + OH-  SnO32- + H2O
Tina reagoi halogeenien kanssa muodostaen muun muassa tinakloridia ja -bromidia hapetusasteilla +II ja +IV. Tinalla on taipumus muodostaa halidiyhdisteissä ketjuja ja renkaita kasvattaakseen koordinaatiolukuaan, joten sen halidiyhdisteet voivat olla suhteellisen monimutkaisia. Tina voi myös luovuttaa vapaan elektroniparin vahvalle Lewis-hapolle. Tina muodostaa sekä hapetusasteella +II että +IV hydridin, mutta ne eivät ole stabiileja. Vain tinan organohydridiyhdisteet ovat stabiileja, kuten H(SnPh2)6H.

Tinalla on kaksi oksidia SnO ja SnO2. SnO liukenee happojen vesiliuoksiin muodostaen hydroksidikompleksin. SnO2 taas ei liukene laimeisiin happoihin tai emäksiin, mutta vahvat emäkset saavat sen muodostamaan hydroksostannaatti-ionin. Samoin väkevät hapot reagoivat tinadioksidin kanssa.

Tina muodostaa yhdisteitä myös rikin, seleenin ja telluurin kanssa. Tina muodostaa helposti sidoksia muiden metallien kanssa. Tinan organometalliyhdisteitä on tutkittu paljon. Niitä valmistetaan yleensä Grignardin reaktion, organoalumiiniyhdisteistä tai suoran synteesin kautta eli tinametallin ja alkyylihalogenidien reaktiolla, joista kahdella viimeisellä voidaan valmistaa vain alkyyliyhdisteitä. Suorassa synteesissä metallinen tina reagoi alkyylihalidin kanssa. Organotinayhdisteet kestäävät yleensä hyvin vettä ja hapettumista, mutta osa niistä on myrkyllisiä.

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.

Isotoopit 
Tinalla on 10 luonnollisesti esiintyvää isotooppia. Yleisimmät pysyvät isotoopit on 116Sn, 118Sn ja 120Sn. Tinan radioaktiivisille isotoopeille ei ole löydetty merkittävää käyttökohdetta.

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.

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla 

Periodictable: Technical data for Tin 
PubChem: Tin 
Mindat: Tin 
Webmineral: Tin Mineral Data 
Webmineral: Mineral Species containing Tin (Sn) 
Handbook of Mineralogy: Tin (pdf) 
Human Metabolome Database (HMDB): Tin 
Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Tin 
Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Tin 
London Metal Exchange: Tin price 
InfoMine: Tin Prices and Tin Price Charts 

54 Kemia

Seulonnan keskeiset artikkelit