Förtenning

Tillhör kategori: aggregationsformer, kemiska metoder

Författare: Sabiha Al-Ubaidi

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Använd skyddsglasögon 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 30 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Tenn reagerar mindre med syre i luften än vad järn gör. Därför används tenn för korrosionsskydd av stål och koppar med dess legeringar. Olika metoder tillämpas för att göra beläggning av en metal på en annan. I detta experiment får du lära dig en av metoderna. Du skall försöka göra en ytbehandling av tenn på en järnspik.

Riktlinjer

Experimentet utförs lämpligen som läraredemonstration för elever i grundskolan och som elevförsök för gymnasieelever.

Säkerhet

Utför experimentet i dragskåp eller under ventilationshuv. Använd skyddsglasögon mot stänk och skyddshandskar för att inte bränna dig.

Tennet som bli kvar återanvändas i andra försök.

Materiel

Förarbete

Om du vill spara tid för experimentet så kan du i förväg preparera järnspiken. Se under "Utförande".

Utförande

Preparera spiken

  1. Preparera järnspiken genom att doppa den i utspädd salpetersyra (1 M).
  2. Skölj spiken.
  3. Låt den torka. Hjälp eventuellt till med hårtork. Undvik att kladda på ytan med fingrarna.

Förtenna

  1. Packa degeln med tennfolie, så att den blir full.
  2. Värm försiktigt degeln över en brännare i dragskåpet.
  3. Medan tennet smälter, lägg i mera tennfolie till dess degeln är halvfull med smält tenn.
  4. Preparera en järnspik genom att först doppa den i utspädd salpetersyra (1 M) och sedan skölja och torka den. Undvik att få syra på fingrarna.
  5. Minska temperaturen hos tennsmältan så att den är precis ovanför smältpunkten.
  6. Strö försiktigt en halv tesked zinkklorid (ZnCl2) över smältan. Om det blir tjock rök, så är temperaturen för hög.
  7. Doppa försiktigt järnspiken i smältan.
  8. Skölj spiken med vatten. Vad ser du? Den blanka beläggningen är tenn.
Ordentligt med flussmedel och inte för kalla, massiva metallbitar är viktigt föra tt få ett bra resultat. För lite flussmedel leder till att tennet inte väter metallen. Vid alltför låg temperatur bildas klumpar.
Bild: © Sabiha Al-Ubaidi

Förtennade mässingbitar. Det är lättare att få ett bra resultat med koppar och kopparlegeringar som mässing än med stål (järn).
Bild: © Sabiha Al-Ubaidi

Variation

Man kan använda olika metallföremål, exempelvis mässing och andra kopparlegeringar.

Förklaring

När tennet ska häfta vid järnet så måste det komma i nära kontakt med järnet. Därför måste det vara i smält form. Tennets smältpunkt är relativt låg, 232 °C, så det är ganska enkelt att smälta. För vidhäftning måste järnytan vara ren. Flussmedlet zinkklorid tar bort all oxid från järnspiken och förbereder den för tennbeläggningen. Sedan kan det smälta tennet häfta vid på järnspiken som doppas i smältan. När järnspiken lyfts upp igen svalnar och stelnar tennbeläggningen. För att få bättre tennbelägning på ett stort föremål kan man doppa hela biten i flussmedlet.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Tenn

Förekomst och historia

Enligt studier är den genomsnittliga halten av tenn i jordskorpan låg. På några ställen har emellertid en koncentration skett till brytvärda fyndigheter. Det enda tennmineral, som har verklig betydelse som malm, är kassiterit (tennsten) SnO2. De viktigaste tennfyndigheterna ligger i sydöstra Asien (Indonesien med öarna Banka och Billiton, Malackahalvön, Tailand), Bolivia samt Katanga. Sverige saknar egentliga tennförekomster.

Tenn användes mycket tidigt både som rent tenn och legerat med koppar till brons. Under antiken utvanns det i Cornwall men dessa fyndigheter saknar numera betydelse. Dess latinska namn är stannum, därav den kemiska beteckningen Sn.

Egenskaper

Tenn
Kemiskt tecken:   Sn
Atomnummer:   50
Atommassa:   118,69 u
Densitet (vitt, β-tenn):   7,31 g/cm3
Densitet (grått, α-tenn):   5,75 g/cm3
Smältpunkt:   232°C
Kokpunkt:   2623°C

Tenn är ett silvervitt metalliskt grundämne. Det kan valsas ut till, s.k. stanniol (efter latinets stannum = tenn) . Tenn ingår i många typer av legeringar, t.ex. brons.

Metalliskt tenn kan vid temperatur under 13°C ombildas till pulverformigt tenn, så kallad tennpest. Tennpesten kan hindras genom att tenn legeras med några tiondels procent antimon, bly eller vismut. Undvik därför att välja förtenning för detaljer som ska användas eller förvaras under denna temperatur.

Tenn har alltså en omvandlingspunkt vid 13°C. Stabilt under denna temperatur är α-tenn med kubisk diamantstuktur, som vanligen bildar ett grått pulver (grått tenn). Alfa-tenn är egenhalvledare. Stabilt över 13°C är β- tenn, en smidig, glänsande silvervit metall (vitt tenn) med tetragonal struktur. Vid böjning av en stav av vitt tenn hörs ett gnisslande ljud (tennet skriker), som beror på kristalliternas gnidning mot varandra. α-tennstrukturen är mindre kompakt än β-tennstrukturen. I närheten av omvandlingspunkten är densiteten för α-tenn 5,75 och för β-tenn 7,31 g /cm3.

Vid vanlig temperatur angrips tenn knappast av luft eller vatten. Ett tunt oxidskikt bildas dock på ytan, och vid upphettning i luft tillväxer detta i tjocklek. Vid hög temperatur kan förbränning ske till SnO2 (tenndioxid). Vid upphettning kokar tenn vid cirka 2600 °C. Tenn angrips långsamt av utspädda syror under bildning av tenn(II)salter och vätgas. Högre syrastyrka och uppvärmning gynnar angreppet men med oxiderande syror fås andra reaktioner. Koncentrerad salpetersyra bildar finkornig, vit SnO2 med absorberat vatten i växlande mängd. Varm koncentrerad svavelsyra angriper trögare under reduktion till svaveldioxid. Vid kokning med alkalihydroxidlösning fås hexahydroxostannat(ΙV)joner:

Sn(s) + 2OH + 4H2O → Sn(OH)62− + 2H2(g)

Tenn ingår i många legeringar, varav här endast nämns de i vilka tenn är huvudbeståndsdel (de övriga, t. ex. brons, nämns under huvudmetallen). Tennlagermetaller (vitmetall , babbitt ) innehåller förutom tenn 7-20% antimon och några procent koppar. På senare tid har man i stor utsträckning bytt ut tenn mot bly (blylagermetall).

Till hushålls- och prydnadsföremål av tenn används förr tenn-blylegeringar (hit hör även engelsk ”pewter”). Högre glans och ogiftighet får man genom legering av tenn med 4-8% antimon och ca 2% koppar (britanniametall). Tenn för tuber och folie (stanniol) har numera nästan helt ersatts med aluminium. Planglas tillverkas nu alltmer genom att glassmälta hälls ut på en stor yta av smält tenn.

Legeringen tennbrons

Kopparbaserade legeringar med mindre än 98 vikts-% koppar kallas brons. Tennbrons kan innehålla 5-30, numera dock sällan över 10 vikts-% tenn. Dess stora betydelse i gamla tider berodde på att den var ganska hård och samtidigt lätt att smälta och gjuta.

Tennframställning och användning

Efter anrikning och eventuell rostning för att avlägsna svavel och arsenik, fåss tenn ur kassiterit genom reduktion med kol i schakt- eller flamugn:

SnO2 + 2C → Sn + 2CO(g)

Det mesta tennet används för korrosionsskydd på metaller. Skyddet sker genom förtenning, så att underliggande täcks av tennskiktet på ytan. Vanligast är att förtenna järnplåt som används i konservburksindustrin. Den förtennade järnplåten benämns vitplåt. Tennet är ganska sällsynt och därför dyrt. Överdraget av tenn görs numera vanligen på elektrolytisk väg. Elektrolytisk förtenning ger bättre möjlighet att kontrollera det utfällda tennskiktets tjocklek än vid varmförtenning (doppförtenning). Tennskiktet blir då tunnare och man sparar på det dyra tennet. För användes uteslutande doppförtenning, så som i detta experiment, men tennskiktet blev då mycket tjockare. Förtenning av konservburksplåt blir allt ovanligare. I stället lackar man plåten för att skydda järnet mot korrosion.

Tenn används också till lödning, vanligen som blylegeringar (lödtenn, mjuklod). Dessa legeringar är lättsmälta, men ganska mjuka. Eftersom bly är giftigt kan man inte använda blylegeringar m,ed tenn för att löda samman konservburkar. Både vid förtenning och lödning måste metallytan vara alldeles ren och fri från oxider, annars fäster inte tennet.

Tenn kan användas vid tillverkning av fönsterglas enligt Pilkintonprocessen. Då får smält glas flyta ut på smält tenn för att ge en plan yta. En annan tillämpning är att spraya tennsalter på glas för att få en elektriskt ledande hinna. Detta kan utnyttjas för uppvärmning av glasrutor så att de avfrostas, t.ex. i bakrutor på bilar.

Förtenning

Som sagt sker den mesta förtenningen på stål. Stål med kolhalter över 2% är dock svåra att förtenna. Förtenningen kan ske genom varmdoppning eller på elektrolytisk väg. Var sig man använder den ena elle andra metoden kan man efter förtenningen glanssmälta ytan. Ytan blir då spegelblank, den blir tätare och man undviker s.k "whiskers".

Varmdoppning

Varmdoppning innebär att föremålet doppas i en smälta av beläggningsmetallen. I gränszonen mellan tennet och basmetallen bildas ett tunt skikt där metallerna löser sig och bildar legering. Doppförtenning är möjlig tack vare tennets förmåga att väta rena metallytor.

Stål med högre kolhalt än 2 % är svårt att förtenna vare sig elektrolytisk eller genom varm förtenning.

Metallbeläggning med zink, aluminium, aluminium-zinklegering och bly utförs också genom varmdoppning. Den stora användningen av tenn inom livsmedelsindustrin hänför sig till att tenn anses oskadligt för människor och djur.

Elektrolytisk beläggning

Elektrolytisk förtenning ger ett tunnare tennskikt som också är lättare ett kontrollera. Den går till så att föremålet som ska förtennas sänks ned i ett bad med tennsalter. Föremålet kopplas till den negativa polen hos en spänningskälla och blir därför katod, dvs. den plats där tennjoner reduceras till tenn. Det reducerade tennet faller ut på föremålets yta.

Fluss

Före förtenning löses oxiderna genom syrabehandling, betning, ofta med utspädd svavel- eller saltsyra. Under själva processen fordras för avlägsnade av kvarvarande oxider och undvikande av ny oxidation närvaro av fluss- eller lödmedel. Flussmedlet ska skydda metallytan genom att flyta ut på denna men samtidigt kunna skjutas undan av lödtennet. Dessutom skall det kunna lösa oxiderna. Flussmedel används också vid lödning. I lödtråd, som används vid lödning av elektronikkomponenter, är flussmedlet inbakat i tråden. Vid förtenning eller lödning med tenn eller tennlegeringar (mjuklödning) används bl.a. NH4Cl (ammoniumklorid, salmiak) men oftare ”lödvatten”, en vattenlösning av ZnCl2 och NH4Cl som flussmedel.

Fördjupning

Litteratur

  1. Christie L. Borgford, Lee R. Summerlin, Chemical Activities: Teacher Edition, p. 38, 1988, American Chemical Society, Washington, DC.
  2. Kemisk förtenning, KonstruktörsLotsen, IVF
    http://lotsen.ivf.se/?path=/KonsLotsen/Bok/appendix1/KemiskFortenning.html (2006-04-12)
  3. Förtenning, Bodycote Ytbehandling AB
    http://www.bodycote.se/Ytbehandlingsguide/Fortenning_sida.asp (2006-04-12)
  4. Ytbehandlingsöversikt, Lesjöfors AB
    http://catalog.lesjoforsab.com/catalog/stockspring/1/225-227.pdf (2006-04-12)
  5. Electrochemistry Encyclopedia: Electroplating, Zoltan Nagy, Illinois Institute of Technology, Chicago
    http://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-e01-electroplat.htm (2006-08-25)
  6. Tin, WebElements
    http://www.webelements.co.uk/webelements/elements/text/Sn/key.html?vo=1 (2006-03-23)
  7. Main page - English, Wikipedia
    http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page (2006-04-11)
    • Tin
      http://en.wikipedia.org/wiki/Tin (2006-03-23)
  8. Huvudsida - Svenska, Wikipedia
    http://sv.wikipedia.org/wiki/Huvudsida (2006-04-11)
    • Tenn
      http://sv.wikipedia.org/wiki/Tenn (2006-04-11)
    • Lödning
      http://sv.wikipedia.org/wiki/L%C3%B6dning (2006-04-12)
    • Fluss
      http://sv.wikipedia.org/wiki/Fluss (2006-04-12)
  9. Kassiterit, Varuträsk mineralpark, GeoNord
    http://www.geonord.org/varutrask/mineral/kassiterit.html (2006-05-18)

Fler experiment


aggregationsformer
Avdunstning och temperatur
Badbomber
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den tillknycklade plåtburken
En märklig planta
Ett glas luft
Exempelfil_Försvinnande bläck (Erik Lövbom)
Fryspunktsnedsättning
Gore-Tex, materialet som andas
Gör ditt eget läppcerat
Gör ett avtryck från papper till stearin
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur kan man göra kläder av plast?
Hur mycket vatten finns i maten?
Kemi i en brustablett
Kemiskt snöfall
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Lödtenn 60
Molnet i flaskan
Myggmedel - hur funkar det?
Osynlig gas
Platta yoghurtburkar
Popcorn
Salta isen
Saltat islyft
Slime
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Studsboll
Syrehalten i luft
Tillverka en parfym och gör doftande skraplotter
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför smäller inte ballongen?
Vattenvulkan
Ägget i flaskan

kemiska metoder
Att göra bly
Att vara kemisk detektiv
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Blev disken ren?
Bränna papper
Elektrofores av grön hushållsfärg
Framkalla fingeravtryck med jodånga
Framkalla fotopapper
Framställ låglaktosmjölk
Gör hårt vatten mjukt
Identifiera plasten
Indikatorpärlor
Innehåller koksaltet jod?
Kemi med zinkjodid, del 2: Återbilda grundämnena elektrokemiskt
Kemisk vattenrening
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
Syrehalten i luft
Testa C-vitamin i maten
Tillverka en ytspänningsvåg
Tillverka fotopapper
Tvätta i hårt vatten
Vad innehåller mjölk?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel