Cyna – charakterystyka

Przydatne kalkulatory i narzędzia

Cyna (symbol – Sn) jest pierwiastkiem chemicznym, metalem, leżącym w V okresie i XIV grupie i bloku p układu okresowego. 

Symbol Sn
Nazwa w jęz. angielskim tin
Nazwa w jęz. łacińskim stannum
Stan skupienia (w warunkach standardowych) ciało stałe
Charakter chemiczny metal
Liczba atomowa 50
Masa atomowa [u] 118,71
Numer grupy, okres, blok energetyczny XIV, V, p
Stopnie utlenienia -IV, -III, -II, -I, 0, I, II, III, IV
Konfiguracja elektronowa uproszczona [Kr]5s24d105p2
Zapełnienie powłok elektronowych 2, 8, 18, 18, 4
Elektroujemność wg Paulinga 1,96
Temperatura topnienia [ºC] 231,93
Temperatura wrzenia [ºC] 2602
Ciepło właściwe [J/(kg•K)] 228
Gęstość  [kg/m3] 7365 (β); 5769 (α)

Odkrycie

Intencjonalne zastosowanie cyny datowane jest na ok. 3000 lat p.n.e. Była używana do produkcji narzędzi miedzianych, jako dodatek do stopu, zwiększający jego twardość i obniżający temperaturę topnienia, co ułatwiało obróbkę. Najpopularniejszym źródłem cyny był wtedy prawdopodobnie kasyteryt zbudowany z tlenku cyny(IV).

Występowanie

Cyna znajduje się na 49 miejscu najpowszechniej występujących pierwiastków w skorupie ziemskiej i stanowi jej ok. 0,004%. Minerałami zawierającym cynę są m.in. kasyteryt (SnO2) oraz stannin (Cu2FeSnS4). Cyna często występuje w połączeniu z ołowiem, siarką i żelazem. Największe złoża cyny zlokalizowane są w Indonezji, Chinach, Tajlandii i Boliwii. Na terenie Polski złoża cyny można spotkać w powiecie lwóweckim (województwo dolnośląskie).

Otrzymywanie 

Cyna otrzymywana jest na drodze redukcji kasyterytu (SnO2) przez prażenie go z węglem lub koksem:

SnO2 + C → Sn + CO2

Tak otrzymana cyna jest następnie oczyszczana elektrolitycznie.

Właściwości fizyko-chemiczne

Cyna występuje w dwóch odmianach alotropowych α i β. Odmiana β ma budowę krystaliczną o układzie tetragonalnym i jest stabilna w temperaturach powyżej 13,2ºC. Jest kowalnym, plastycznym i odpornym na korozję ciałem stałym o srebrzystobiałym kolorze. Jest nazywana cyną białą. Odmiana α  jest stabilna w temperaturze poniżej 13,2ºC i ma postać szarego proszku (nazywana cyną szarą). Odmiany alotropowe cyny różnią się również gęstościami – cyna biała ma gęstość równą 7365 kg/m3 podczas gdy gęstość cyny szarej wynosi 5769 kg/m3. Dlatego też przejście z jednej formy cyny w drugą wiąże się ze znaczną zmianą jej objętości – objawia się to rozpadem metalicznej cyny białej na szary proszek. Zjawisko to określane jest zarazą cynową. Cyna ma najniższą temperaturę topnienia spośród pierwiastków XIV grupy tj. 232ºC

Cyna jest odporna na korozję pod wpływem wody, jednak ulega reakcjom z kwasami i zasadami. 

Zastosowanie

Ze względu na niską temperaturę topnienia i dużą plastyczność cyna była wykorzystywana do produkcji m.in. mis, kufli, sztućców już w średniowieczu. Jest również składnikiem stopu drukarskiego do produkcji czcionek. Obecnie głównym zastosowaniem cyny jest tworzenie powłok antykorozyjnych np. powierzchni stalowych. Jest też składnikiem stopów i lutów.

Izotopy

Do tej pory opisano 41 izotopów cyny o masach atomowych od 99 do 139u, z czego 10 jest trwałych i występuje w przyrodzie – jest to najwięcej spośród wszystkich pierwiastków. Najpowszechniej występującym izotopem jest 120Sn (stanowi ok. 33% tego pierwiastka), na drugim i trzecim miejscu jest 118Sn i 116Sn. Większość radioizotopów cyny ma okres półtrwania krótszy od roku.

Związki

Cyna na II i IV stopniu utlenienia tworzy związki ze wszystkimi fluorowcami: SnF4, SnCl4, SnBr4, SnI4, SnF2, SnCl2, SnBr2, i SnI2. Fluorek cyny(II) bywa składnikiem past do zębów i ma właściwości przeciwzapalne i antybakteryjne. Chlorek cyny(II) jest stosowany jako reduktor.

Cyna tworzy również związki z tlenem i siarką. Tlenek cyny(II) (SnO) ma właściwości amfoteryczne i reaguje z kwasami oraz zasadami. W wysokiej temperaturze ulega reakcji dysproporcjonowania na tlenek cyny (IV) oraz cynę:

2SnO → SnO2 + Sn

Cyna tworzy również związki metaloorganiczne (cynoorganiczne), w których występują wiązana węgiel-cyna. Niektóre z nich są silnie toksyczne i stosowane są jako biocydy. Pierwszym opisanym związkiem cynoorganicznym był dijodek dietylenocyny ((C2H5)2SnI2).