Cín – abstrakcia

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY
Tematický celok:  PERIODICKÁ SÚSTAVA PRVKOV 
Téma: KOVY

Existuje príbeh o Napoleonových gombíkoch, ktoré boli údajne príčinou porážky Napoleonových vojsk v Rusku. Gombíky na oblečení vojakov boli totiž z cínu. A ten pri nízkych teplotách podlieha „cínovému moru“. Je to samovoľný fyzikálny proces rekryštalizácie, pri ktorom sa kovový cín vystavený nízkym teplotách (pod 13,2°C) mení na sivý prášok. Čím je teplota nižšia, tým je tento dej rýchlejší. Cínové gombíky na uniformách Napoleonových vojakov nevydržali príliš silné ruské mrazy, rozpadli sa a oblečenie nemalo čo držať. Vojaci mrzli. Pravdaže je to len príbeh. A hoci nevieme, či je pravdivý, pre chemikov je zaujímavý 😉.

Cín je jeden z prvých známych kovov a počiatky jeho používania človekom siahajú až do doby bronzovej, pretože spolu s meďou tvoria zliatinu – bronz. V čistom stave sa začal používať až oveľa neskôr. Spracovanie cínu dosiahlo vrchol v období renesancie a baroka, kedy sa z neho vyrábali hlavne úžitkové nádoby, poháre, čaše, taniere i liturgické predmety ako krstiteľnice a svietniky. Neskôr sa používal aj na výrobu hračiek, sošiek a medailí. Použitie cínu vyplýva z jeho vlastností – je to mäkký kov, ktorý sa vynikajúco odlieva a tvárni, ale má nízku pevnosť a tvrdosť. Je odolný voči korózii a zdravotne nezávadný. Ešte donedávna sa používala tenká cínová fólia staniol (dnes ju už nahradil lacnejší alobal), alebo ním boli pokovované vnútorné strany plechoviek. Dodnes najpoužívanejšou zliatinou cínu je spájka s uplatnením v elektrotechnike, elektronike, na spájanie medených potrubí, pozinkovaných plechov, letovanie konzerv, hudobných nástrojov aj výrobu šperkov.

Cín má nízku teplotu topenia a preto ho môžeš ľahko a rýchlo roztaviť. Práve túto jeho vlastnosť využiješ v nasledujúcom experimente.

Pomôcky:

téglik na tavenie, trojnožka, sieťka, kahan, zápalky, vyššia sklenená nádoba/kadička, rukavica

Chemikálie:

cín, polyakrylát sodný – guličky, voda

Postup: 

1. Pokiaľ máš k dispozícii cínové prúty, nasekaj ich na menšie kúsky. 
2. Malé kúsky cínu vlož do tavného téglika a nad plameňom kahana nechaj roztaviť.
3. Roztavený kvapalný cín opatrne nalej do nádoby naplnenej polyakrylátovými guličkami a studenou vodou.
4. Cínový útvar, ktorý vznikol vyber z nádoby.

Na prvý pohľad by sa zdalo, že kvapalný cín nalievaš do čistej vody. Keďže vo vode sa nachádzajú polyakrylátové guličky, cín preteká pomedzi ne cez medzery a ochladený vodou takmer ihneď tuhne, čím sa sformuje do abstraktného útvaru.

Polyakrylátové guličky

Polyakrylát sodný je superabsorbent, ktorý dokáže absorbovať vodu v množstve 200 a 300 násobku svojej hmotnosti. Takže voda v polyakrylátovej guličke tvorí viac ako 99% jej hmotnosti. Keď takúto guličku „plnú vody“ ponoríš do nádoby s vodou, stane sa neviditeľnou, pretože jej index lomu svetla je takmer úplne rovnaký ako index lomu svetla vody.

Postup prípravy „neviditeľných“ guličiek:

1. Polyakrylátové guličky (cca 1 lyžicu) nasyp do vyššej sklenej nádoby/kadičky.
2. Nádobu/kadičku naplň vodou.

Polyakrylátové guličky postupne absorbujú vodu a tak zväčšujú svoj objem. Po 6 až 8 hodinách sú úplne naplnené, ich povrch je hladký, tvar pravidelný guľatý a po ponorení do nádoby s vodou sú priehľadné.

Cínové srdiečko:

Cín sa v minulosti používal aj na výrobu hračiek, panáčikov či zvieratiek. Možno poznáš rozprávku O statočnom cínovom vojačikovi. Chudáčik vojačik z rozprávky spadol do rozžeravenej peci, ľahko sa roztavil a ostalo z neho len cínové srdiečko. Presne také, aké sme vyrobili počas Rozprávkovej noci s Andersenom.

Postup prípravy cínového srdiečka:

Okrem pomôcok, ktoré potrebuješ na roztavenie cínu si prichystaj:

malú silikónovú formičku v tvare srdiečka, kadičku s vodou, pipetu, očko z drôtika, kliešte

1. Malé kúsky cínu vlož do tavného téglika a nad plameňom kahana nechaj roztaviť.
2. Do silikónovej formičky kvapni pár kvapiek vody.
3. Roztavený kvapalný cín opatrne nalej do silikónovej formičky.
4. Očko z drôtika pomocou kliešťov vlož do roztaveného cínu tak, aby vyčnievalo.
5. Po povrchu cínu môžeš opatrne po kvapkách kvapkať vodu a tak cín chladiť.
6. Počkaj pár minút, kým cín zatuhne a srdiečko vyber z formičky.

TIPY:

• Voda, ktorú nakvapkáš do silikónovej formičky ešte pred naliatím cínu spôsobí, že na povrchu cínového srdiečka sa vytvoria drobné priehlbinky. Je to zapríčinené rýchlejším ochladením povrchu cínu okolo drobnej kvapky vody, ktorá zároveň pri styku s horúcim cínom vyprskne.
• Pri nalievaní cínu do silikónovej formičky pracuj opatrne a chráň si oči, pretože horúci cín pri styku s vodou spôsobí jej rýchle zohriate do varu – horúce drobné kvapky vody môžu prskať do okolia.
• Očko z drôtika, ktoré vložíš do srdiečka, bude slúžiť na zavesenie, a tak môžeš srdiečko využiť ako prívesok na náhrdelník

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Vyhľadaj cín v periodickej tabuľke prvkov. Uveď jeho protónové číslo, číslo skupiny aj číslo periódy, v ktorej sa nachádza.
2. Podľa čísla skupiny a periódy urči, koľko elektrónových vrstiev má cín a koľko elektrónov sa nachádza na poslednej elektrónovej vrstve.
3. Cín podlieha tzv. „cínovému moru“. Pokús sa tento dej vysvetliť. Uveď za akých podmienok k uvedenému deju dochádza.
4. Vysvetli pojem “rekryštalizácia”.
5. Uveď čo je bronz a čo obsahuje.
6. Myslíš, že by sme mohli aj dnes vyrobiť nádoby, riad, poháre či príbory vhodné a bezpečné pre potraviny z cínu?
7. Uveď latinský názov cínu.
8. Vyhľadaj čo je to staniol a od čoho je odvodené toto pomenovanie.
9. Cín sa používa v podobe spájky dodnes. Uveď jej konkrétne použitie.
10. Spájka je zliatina cínu s inými kovmi. Vyhľadaj, ktoré kovy sa v spájke môžu nachádzať a ako sa menia vlastnosti spájky s jej zložením.
11. Popremýšľaj ako je možné že cín sa relatívne rýchlo roztaví v plameni kahana.
12. Opíš čo sa stalo s cínovým vojačikov z rozprávky O statočnom cínovom vojačikovi v žeravej peci.
13. Vysvetli prečo na povrchu srdiečka, ktoré si pripravil vznikli priehlbinky.
14. Vyhľadaj kde sa používa polyakrylát sodný.
15. Vysvetli prečo sú polyakrylátové guličky vo vode po nejakom čase takmer neviditeľné.
16. Opíš čo sa stane s cínom po naliatí do zmesi polyakrylátových guličiek a vody.