30 Tage kostenlos testen:
Mehr Spaß am Lernen.

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Zinn 09:45 min

Textversion des Videos

Transkript Zinn

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieses Video heißt "Zinn". Dieses Video können sich alle Schülerinnen und Schüler vom 7. bis zum 12. Schuljahr anschauen. Ich sage, für wen was speziell vorgesehen ist. Der Film gehört zur Reihe Elemente. Die Vorkenntnisse sollten naturwissenschaftlich und chemisch entsprechend dem Schuljahr sein. Mein Ziel ist es, euch einen Überblick über die Eigenschaften, die Gewinnung und die Verwendung des chemischen Elements Zinn zu geben. Das Video besteht aus 10 Abschnitten: 1. Zinn im Periodensystem der Elemente 2. Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften 3. Wichtige chemische Eigenschaften 4. Verwendung 5. Herstellung von Zinn 6. Die wichtigste Zinnlegierung 7. Die Zinnoxide 8. Zinngeschrei und Zinnpest 9. Der heutige Verbrauch 10. Perspektiven Dieser Abschnitt und die folgenden sind vorzugsweise für die Klassenstufen 7 und 8 gedacht. 1. Zinn im PSE, im Periodensystem der Elemente Die 5 chemischen Elemente Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Zinn und Blei gehören der 4. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente an. Um die Eigenschaften von Zinn vorauszusagen, müssen wir uns an eine Gesetzmäßigkeit erinnern. Wir haben gelernt, dass der Metallcharakter in den Hauptgruppen von oben nach unten zunimmt. Kohlenstoff ist ein typisches Nichtmetall, Blei ist ein typisches Metall. Zinn steht direkt über dem Blei, ist somit auch ein Metall. Die Nummer der Hauptgruppe ist gleich der Zahl der äußeren Elektronen. Ein Zinnatom hat somit 4 Außenelektronen, man nennt sie auch Valenzelektronen. Anstelle dessen sagt man auch: Zinn hat die Wertigkeit 4. Folglich gibt es das Oxid SnO2. Ein Zinnatom ist mit 2 Sauerstoffatomen verbunden. Und das ist logisch, denn wir haben einmal gelernt, dass Sauerstoff zweiwertig ist. 2. Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften Das chemische Symbol für Zinn Sn stammt vom lateinischen Wort Stannum. Und so sieht ein Zinnwürfel aus, schaut ihn Euch an. Bei Zinn handelt es sich um ein silberweißes Metall. Zinn ist sehr weich, es ist ein Schwermetall und hat eine Dichte von 7,265 Gramm pro cm³. Außerdem schmilzt Zinn niedrig bei 292 Grad Celsius. 3. Wichtige chemische Eigenschaften Zinn reagiert nicht mit Wasser, auf der Metalloberfläche bildet sich eine feste Oxidschicht, die das Metall vor weiterer Zersetzung schützt. Zinn reagiert sowohl mit Säuren als auch mit Basen. Ein solches Verhalten nennt man amphother. 4. Verwendung Das ist der letzte Abschnitt, der speziell für die Klassenstufen 7 und 8 vorgesehen ist. Zinn ist ein Element des Altertums, es wurde schon in der Bronzezeit verwendet. Auch später in der Antike wurden Gegenstände aus Bronze, die Zinn enthalten, gefertigt. Später stellte man Essgeschirr aus Hartzinn her. Das Lötzinn wird zum Weichlöten verwendet. Die Orgelpfeifen in Kirchenorgeln sind aus Zinn gefertigt. In geringen Mengen ist Zinn im Weißblech enthalten, die Oberfläche von Stahl wird mit Zinn versehen wie zum Beispiel bei der Rasselstein GmbH. Aus Weißblech werden Konservendosen hergestellt. In der Metalllegierung Nordisches Gold ist Zinn mit 1 % vertreten. Man findet diese Legierung in den 1- und 2-Euro-Münzen. 5. Die Herstellung von Zinn Dieser und die folgenden 3 Abschnitte sind speziell für die Jahrgangsstufen 9 und 10 vorgesehen. Es gibt nur wenige Erze, die Zinn enthalten. Eines davon ist Kassiterit, auch Zinnstein genannt. Kassiterit besteht hauptsächlich aus Zinn (IV)-Oxid. Bei der Herstellung wird Zinn (IV)-Oxid mit Kohlenstoff versetzt. Es bildet sich Zinn und Kohlenstoffdioxid wird als Nebenprodukt frei. Das Oxid wird mit Kohlenstoff reduziert. 6. Die wichtigste Zinnlegierung Was versteht man unter einer Legierung? Eine Legierung ist eine feste Lösung zweier, manchmal auch mehrerer Metalle. Eine solche Lösung erhält man, wenn man Kupfer mit Zinn legiert. Im Ergebnis erhält man Bronze. Bronze ist vielleicht nicht die wichtigste Legierung vom wirtschaftlichen Standpunkt, aber mit Sicherheit vom geschichtlichen. Im 17. Jahrhundert gab es bereits Bronzemanufakturen. Heute wird Bronze vorzugsweise in der Kunst verwendet, für Skulpturen, Monumente, Grabmäler und Pokale. In der Technik findet Bronze für spezielle Lager Verwendung. 7. Die Zinnoxide Über Zinn (IV)-Oxid haben wir bereits gesprochen. Es gibt aber auch das Zinn (II)-Oxid, in dem das Zinn zweiwertig ist. Wir merken uns, ein Oxid kann der maximalen Wertigkeit entsprechen. Die Wertigkeit kann aber auch niedriger sein. 8. Zinngeschrei und Zinnpest Die 3 letzten Abschnitte sind speziell für die Jahgangsstufen 11 und 12 vorgesehen. Wie kann es sein, dass Zinn in lautes Geschrei ausbricht? Doch keine Angst, gebrüllt wird hier nicht. Es handelt sich eher um ein dezentes Geräusch. Dieses wird hörbar beim Verbiegen eines Zinngegenstandes. Der zweite Begriff hatte mitunter spektakuläre Auswirkungen. Der Begriff Zinnpest steht in engem, spektakulärem Zusammenhang mit einem Ereignis aus der Weltgeschichte. Es geht hier um Robert F. Scott und seine Südpolarexpedition in den Jahren 1911/1912. Die Brennstoffkanister gingen an den Nahtstellen entzwei, die mit Zinn verlötet waren. Der Brennstoff ging verloren, das war einer der Gründe für den Tod aller Expeditionsmitglieder. Die Ursache besteht darin, dass Zinn in 2 unterschiedlichen Formen auftritt, nämlich als Alpha- und Beta-Zinn. Man spricht hier auch von allotropen Modifikationen. Beta-Zinn ist metallisch, wir kennen es als normales Zinn oberhalb von 13 Grad Celsius. Bei Abkühlung unterhalb 13 Grad Celsius findet eine Umwandlung in Alpha-Zinn statt. Das ist ein Pulver. Der Prozess selbst wird als Zinnpest bezeichnet. Gegenmittel gegen die Zinnpest sind Legierungen mit Bismut oder Antimon. 9. Der heutige Verbrauch In der Erdkruste ist Zinn wenig vorhanden, nur 2,3 ppm. Die Ausbeutung der Erdkruste beträgt 370.000 Tonnen pro Jahr. Die aktuellen Reserven liegen bei 5,6 Millionen Tonnen. Weil der Bedarf an Zinn steigt, wird es zu einer Zinnverknappung kommen. 80% des Zinns gewinnt man aus Sekundärlagerstätten, sogenannten Seifen. Diese Art der Gewinnung findet hauptsächlich in Mittelchina, Thailand und Indonesien statt. Der Marktpreis für Zinn betrug im Jahr 2003 nur 5.000 Dollar und schnellte bis 2008 auf 24.000 Dollar hoch. Mitte November 2011 befand er sich bei 22.000 Dollar. Die größten Zinnverbraucher der Welt sind China, USA, Japan und Deutschland. Der Verbrauch an Zinn schlüsselt sich so auf: 35% Lote, 30% Weißblech und 30% Chemikalien und Pigmente. 10. Perspektiven Das chemische Element Zinn verfügt über ein großes Anwendungsspektrum. In Polymeren wie PVC wirkt es als Stabilisator. Als Oxid verwendet man es als Poliermittel. Zinnoxid mit Indiumoxid wird in LCD-Displays verwendet. Zinnverbindungen findet man in Anstrichmitteln als Antifouling bei Schiffen, und nicht zu vergessen die Zinnfiguren und Lametta. Es ist zu befürchten, dass es langfristig zur  einer weiteren Verteuerung des Zinns kommt. Damit nimmt die Bedeutung des Recycling immens zu. Man wird nicht umhinkommen, auch nach alternativen Lösungen zu suchen. Ich danke für Eure Aufmerksamkeit, alles Gute, auf Wiedersehen.

1 Kommentar
  1. toll mega hip mafaggaz

    Von finn t., vor mehr als einem Jahr

Zinn Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Zinn kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe die Stellung des Zinns im Periodensystem.

    Tipps

    Nutze ein Periodensystem der Elemente zur Überprüfung der Aussagen.

    Lösung

    Zinn hat die Ordnungszahl 50 und ist in der 4. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente zu finden. Weitere Elemente der Kohlenstoffgruppe sind $C$, $Si$, $Ge$ und $Pb$. Sie alle haben 4 Valenzelektronen und können somit bis zu vier Bindungen eingehen. Mögliche Oxide des Zinns sind $SnO_2$ oder $SnO$. Da der Metallcharakter innerhalb einer Hauptgruppe von oben nach unten zunimmt, gehört Zinn zu den Metallen.

  • Bestimme Eigenschaft oder Anwendung der folgenden Stoffe.

    Tipps

    Zinn bleibt bei Legierungen mit Bismut auch bei niedrigen Temperaturen stabil.

    Lösung

    Da Zinn in der vierten Hauptgruppe steht, besitzt es 4 Valenzelektronen. Es ergeben sich daraus die Verbindungen Zinn(II)- und Zinn(IV)-oxid. Letzteres liegt als Zinnstein-Erz (Kassiterit) vor. Zinn(II)-oxid weist, wie der Name es beinhaltet, dagegen nur eine Wertigkeit von 2 auf.

    $Cu$ und $Sn$ bilden die Legierung Bronze. Sie wird in der Kunst verwendet, bei Grabmälern oder zur Herstellung von Pokalen. Zinn hat zwei Modifikationen: $\alpha$ und $\beta$. Letztere liegt vor, wenn Zinn einer Temperatur von über 13 °C ausgesetzt ist. Bei geringeren Temperaturen liegt die $\alpha$-Modifikation vor.

  • Erkenne die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Zinns.

    Tipps

    Chemische Eigenschaften beziehen sich auf das Reaktionsverhalten des Zinns.

    Lösung

    Als physikalische Eigenschaften bezeichnet man Werte, die man durch Messungen und Experimente erhalten und physikalischen Größen zuordnen kann. Neben der silbrig glänzenden Farbe der Metalle wird auch die Mohshärte betrachtet. Bei Zinn liegt diese bei 1,5, weshalb Zinn zu den weichen Stoffen gehört. Ebenfalls wichtig ist die Dichte. Da die von Zinn bei etwa 7,3 $g/cm^3$ liegt, ist Zinn ein Schwermetall. Weiterhin ist dieser Stoff niedrig schmelzend, da dieser Effekt bereits bei 292 °C zu beobachten ist.

    Betrachtet man die chemischen Eigenschaften, so fällt auf, dass Zinn amphoter ist, d.h. es kann als Säure oder Base fungieren (und somit Protonen aufnehmen oder abgeben). Ebenfalls wichtig ist, dass Zinn an der Oberfläche eine feste Oxidschicht bildet.

  • Erläutere Napoleons Problem mit Zinn.

    Tipps

    Bei einer kleineren Dichte benötigen gleich viele Teilchen ein größeres Volumen.

    Lösung

    Da sich die Feldzüge vom Sommer bis zum Winter hinzogen, wurden die Soldaten mit der Zeit sinkenden Temperaturen ausgesetzt. Diese führten zur Umbildung vom $\beta$-Zinn in den $\alpha$-Zinn. Letzteres hat mit einer Dichte von 5,8 $g/cm^3$ eine geringere Dichte als die $\beta$-Form (7,3 $g/cm^3$). Sie benötigt somit mehr Platz für die gleiche Anzahl Zinnatome, was zur Folge hat, dass sich auf Zinnoberflächen (wie zum Beispiel Knöpfen) durch Aufbrechen der Kristallstrukturen Blasen bilden, die bei Berührung leicht zerspringen und dann in Form von Pulver vorliegen.

  • Erkläre das Experiment „Zinngeschrei“.

    Tipps

    Beschreibe, was bei der Durchführung des Experiments mit dem Gitter passiert.

    Lösung

    Die drei Modifikationen haben unterschiedliche Kristallgitter: $\alpha$-Zinn besitzt ein kubisches Diamantgitter, $\beta$-Zinn ein verzerrt oktaedrisches Gitter und $\gamma$-Zinn ein rhombisches Gitter.

    Diese Gitterstruktur ist der Grund für das Knirschen, wenn ein Zinnstab gebogen wird. Es kommt zur Verschiebung des Kristallgitters, wodurch die Kristalle aneinander reiben.

    Zinngeschrei ist nur bei reinem Zinn und nicht bei seinen Legierungen zu hören.

  • Formuliere die Reaktionsgleichungen der Zinnverbindungen.

    Tipps

    Reaktionsgleichungen werden ausgeglichen durch Auszählen der Atome jedes Elements auf beiden Seiten des Reaktionspfeils.

    Lösung

    Zinn reagiert mit Salzsäure zu Zinn(II)-chlorid und einem Mol Wasserstoff. Da Zinnchlorid hier zwei Atome Chlor besitzt, müssen zwei Mol $HCl$ eingesetzt werden.

    Zinn(II)-chlorid ist ein Salz und kann dann zum Beispiel mit Natriumhydroxid reagieren. Dabei entstehen neben Zinn(II)-hydroxid zwei Mol Natriumchlorid. Um richtig auszugleichen, muss auf der Eduktseite $2~NaOH$ in eine Lücke eingetragen werden. Zinn(II)-hydroxid ist schwer wasserlöslich und fällt daher bei dieser Reaktion als weißer Niederschlag aus.

    Zinn(II)-hydroxid kann ebenfalls mit Natronlauge reagieren. Weil das dadurch entstehende Natriumstannat zwei Atome Natrium enthält, muss auch hier wieder in eine der Lücken bei den Ausgangsstoffen $2~NaOH$ eingesetzt werden.