Zinn

Zinn wird eher selten verwendet, kommt auch selten vor und trotzdem gehört es zu den bekanntesten Metallen. Bereits im Altertum wurde Zinn verwendet und es kann leider kein Entdecker genannt werden. Die Legierung Kupfer-Zinn (Bronze) bildete den Werkstoff der Bronzezeit. Reines Zinn wurde um 600 v. Ch. in ägyptischen Mumiengräbern gefunden. Im Mittelalter war Zinn für Gebrauchsgegenstände weit verbreitet. Solche Gegenstände findet man bis heute in alten Häusern bzw. in Museen (Abb. 1).

       

        Abb. 1 Alte Gegenstände aus Zinn
Die auf dem Photo dargestellten Gegenstände sind höchstwahrscheinlich nicht aus reinem Zinn angefertigt. Auch berühmte Zinnsoldaten nicht. Es wurden vor allem Zinn-Blei- oder Zinn- Antimon-Blei-Legierungen dafür verwendet. Insbesondere Blei war und ist billiger als Zinn und leichter zu schmelzen.
Im Periodensystem der Elemente findet Zinn sich auf dem 50. Platz und es hat 10 stabile Isotope, was einen Rekord unter den Elementen darstellt. Der deutsche Name stammte von „zein“ (germ. = Stab), dagegen wurde das chemische Symbol „Sn“ vom lateinischen Namen „stannum“ abgeleitet. Übrigens wird auch noch heute eine sehr dünne Alufolie als „Stanniol“ bezeichnet, womit eigentlich die früher verwendete Zinnfolie gemeint ist.
Zinn kommt in der Erdkruste selten und nur gebunden vor, was Ursache für seinen hohen Preis ist. Das einzig wichtige Mineral ist Kassiterit (Zinnstein), das zur Gruppe der Oxide gehört.
Zinn ist ein schweres (die Dichte beträgt 7,31 g/cm³) und weiches (jedoch härter als Blei) Metall. An der Luft ist es sehr beständig. Elektrochemisch gesehen ist Zinn edler als Eisen und Nickel, daher müssen Verletzungen einer Zinn-Schicht vermieden werden. Durch seine Oxidschicht sieht es charakteristisch grau mit einem leichten Schimmer aus. Die niedrige Schmelztemperatur von etwa 232 °C verursacht, dass Zinn sich sehr leicht schmelzen und in detaillierte Formen gießen lässt.
Zu den eigentümlichen Erscheinungen von Zinn gehören die sogenannte Zinnpest und das Zinngeschrei, deren Ursachen in Besonderheiten der kristallinen Struktur liegen. Die berüchtigte Zinnpest lässt jedoch durch geeignete Legierungszusätze (vor allem Blei und Antimon) vollständig verhindern.
Heute haben Zinn und seine Legierungen eine wichtige technische Bedeutung vor allem für die Herstellung von Getränke- und Konservendosen (Abb. 2a) sowie von Lötmitteln (Abb. 2b).

       a)       b) 

     Abb. 2 Anwendungsbeispiele für Zinnlegierungen a) Getränke- und Konservendosen, b) Weichlot 
Weißblech ist ein verzinntes Blech aus Stahl und ein bekanntes Material für Dosen (s. Metalle für Getränkedosen). Auf einer solchen Dose finden wir dann die Bezeichnung „FE“. Zinn ist ungiftig und chemisch beständig und damit für Anwendung im Lebensmittelbereich gut geeignet. Angeblich wurde die Idee einer Konservendose infolge eines Wettbewerbes geboren, der von Napoleon ausgeschrieben wurde. Die Dose aus Weißblech geht auf den Anfang des 19. Jahrhunderts zurück. Obwohl sie in Frankreich erfunden wurde, entstand die erste Konservenfabrik 1813 in London. Sie stellte Rationen für die britische Armee her. Zinn bietet für Stahl einen besseren Korrosionsschutz als Zink.
Eine technisch wichtige Anwendung finden Zinn und seine Legierungen für Weichlote. Es werden dabei vor allem Zinn-Blei-Legierungen mit kleinen Mengen an Antimon, Wismut, Cadmium und Kupfer genutzt, da sie bei geringer Temperatur schmelzen – was bereits die Römer wussten.
Zinn und Blei bilden ein einfaches binäres eutektisches System, wobei die eutektische Legierung mit 62% Zinn eine Schmelztemperatur von 185°C hat. Diese Temperatur ist gleichzeitig die Solidus-Temperatur für Lote mit einem Zinn-Gehalt zwischen 19,5% bis 97,5%. Die Liquidus-Temperaturen fallen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung bis zur eutektischen Temperatur ab. Infolge dessen entstehen unterschiedlich große Erstarrungsintervalle. Je kleiner sie sind, desto dünnflüssiger sind die Lote. Solche Lote werden bevorzugt zum Verlöten von elektronischen Bauteilen mit gedruckten Schaltungen eingesetzt, da selbst feine Poren und Zwischenräume ausgefüllt werden. Der Vorteil eines höheren Blei-Gehalts liegt vor allem im niedrigen Preis. In der Lebensmittelindustrie und im Haushaltsbereich werden jedoch andere Legierungen von Zinn z.B. mit Kupfer verwendet, da diese nicht giftig sind.
Eine andere Anwendung von Zinn sind Gleitlagermetalle. In der weichen Zinn-Grundmasse befinden sich harte intermetallische Phasen aus Kupfer-Zinn- und Antimon-Zinn-Verbindungen.
Die erste Anwendung von Zinn als Legierungselement für Bronze ist bis heute bedeutsam geblieben, da dieses Kupfermaterial ausgezeichnete Eigenschaften hat (s. Bronze).
Eine moderne Anwendung findet Zinn als Bestandteil von Indium-Zinn-Oxid (ITO), das als transparenter Halbleiter in vielen Bereichen eingesetzt wird. <<