Estanh (element)

50 indi ← estanh → antimòni
Descobridor o inventaire
Data de descobèrta
Contrari
Color
Simbòl de quantitat
Simbòl d'unitat
Proprietat de
Fondador
Compren
Data de debuta
Data de fin
Precedit per
Seguit per
Coordenadas
Ge ↑ Sn ↓ Pb	Taula periodica
Generalitats
Nom, Simbòl, Numèro	estanh, Sn, 50
Tièra quimica	metal paure
Grop, Periòde, Blòc	14, 5, p
Aparéncia	Gris argent
Massa atomica	118.710(7) g/mol
Configuracion electronica	[Kr] 4d10 5s2 5p2
Electrons per nivèl energetic	2, 8, 18, 18, 4
Proprietats fisicas
Fasa	solid
Densitat (temperatura ambienta)	(blanc) 7.265 g/cm³
Densitat (temperatura ambienta)	(gris) 5.769 g/cm³
Densitat liquida al punt de fusion	6.99 g/cm³
Punt de fusion	505.08 K (231.93 °C, 449.47 °F)
Punt d'ebullicion	2875 K (2602 °C, 4716 °F)
Calor de fusion	(blanc) 7.03 kJ/mol
Calor de vaporizacion	(blanc) 296.1 kJ/mol
Capacitat calorifica	(25 °C) (blanc) 27.112 J/(mol·K)
Pression de vapor P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T/K 1497 1657 1855 2107 2438 2893
Proprietats atomicas
Estructura cristallina	tetragonala
Estat d'oxidacion	4, 2 (oxid amfotèr)
Electronegativitat	1.96 (Escala de Pauling)
Potencials d'ionizacion (mai)	1èr : 708.6 kJ/mol
	2nd : 1411.8 kJ/mol
	3en : 2943.0 kJ/mol
Rai atomic	145 pm
Rai atomic calculat	145 pm
Rai covalent	141 pm
Rai de Van der Waals	217 pm
Informacions divèrsas
Magnetisme	pas de donada
Conductivitat termica	(300 K) 66.8 W/(m·K)
Dilatacion termica	(25 °C) 22.0 µm/(m·K)
Velocitat del son	(a temperatura ambienta) (rolled) 2730 m/s
Modul de Young	50 GPa
Shear modulus	18 GPa
Modul de Bulk	58 GPa
Coeficient de Poisson	0.36
Duretat de Mohs	1.5
Duretat de Brinell	51 MPa
Numèro CAS	7440-31-5
Isotòps pus estables
Article : Isotòps del (de l') estanh iso NA Mièja vida MD ED (MeV) PD 112Sn 0.97% Sn es estable amb 62 neutrons 114Sn 0.65% Sn es estable amb 64 neutrons 115Sn 0.34% Sn es estable amb 65 neutrons 116Sn 14.54% Sn es estable amb 66 neutrons 117Sn 7.68% Sn es estable amb 67 neutrons 118Sn 24.23% Sn es estable amb 68 neutrons 119Sn 8.59% Sn es estable amb 69 neutrons 120Sn 32.59% Sn es estable amb 70 neutrons 122Sn 4.63% Sn es estable amb 72 neutrons 124Sn 5.79% Sn es estable amb 74 neutrons 126Sn syn ~1 E5 y Beta- 0.380 126Sb

L’estanh (var. estam) es un element quimic de simbòl Sn e de numerò atomic Z = 50. Situat dins la 14^a colona de la classicacion periodica, es dins lei condicions normalas de pression e de temperatura, un metau gris argent de pes atomic 118,69.

Conegut dempuei l'Antiquitat Auta, foguèt utilizat tre lo Temps dau Bronze per fabricar de bronzes en associacion amb lo coire. En causa de son ponch de fusion bas (293 °C), es un metau aisat de trabalhar e qu'es pas sensible a la corrosion. Dins la societat actuala, es donc mai que mai utilizat per formar de jaç protectius a la superficia d'objèctes d'acier. Intra tanben dins la fabricacion deis organostannics, un ensemble de de compausats organics permetent de realizar certanei sintèsis en quimia organica ò d'empachar la proliferacion dei microorganismes sus la còca dei naviris (antifouling).

En despiech d'aquela utilizacion anciana, l'estanh es un element relativament rar dins la crosta terrèstra. A la fin deis ans 2010, la produccion annuala èra ansin d'aperaquí 200 000 tonas e lei resèrvas identificadas èran leugierament superioras a 4 milions de tonas. De procès de reciclatge existisson, mai son costós e pauc eficaç. L'estanh es donc considerat coma una matèria premiera critica.

Istòria

Fotografia d'una mina d'estanh antica dins la region de Darmoth.

L'estanh es un metau conegut dempuei l'Antiquitat Auta (milleni III avC ?) car foguèt utilizat dins mai d'una region per fabricar d'objèctes de bronze a partir d'aliatges amb lo coire. Tre aqueu periòde, foguèt lo centre de circuits marchands. D'efiech, lei premiers procès de produccion de bronze èran relativament simples, çò qu'entraïnava la preséncia de quantitats importantas d'arsenic dins leis aliatges. Per s'aparar còntra aqueu problema, lei culturas pus avançadas avián donc besonh d'estanh pur e d'esplechas se desvolopèron dins de regions coma leis Illas Britanicas, lei Monts Metallifèrs, Yunnan ò Malàisia. La cassiterita èra probablament lo minerau utilizat dins aquelei regions productritz e lo mestritge de la metallurgia de l'estanh sembla donc relativament ancian.

A partir de la fin dau sègle XVI, de trabalhs novèus estudièron lei proprietats dei derivats de l'estanh. En particular, foguèron utilizats per obtenir de colors novèlas dins lo domeni deis esmauts amb Bernard Palissy (1510 - 1589 ò 1590) e en tenchura amb la descubèrta dau clorur estannic per Andreas Libavius (1555-1616). A la fin dau sègle XVIII, lei proprietats de l'acid estannic, basa de la quimia deis organostannics, foguèron citadas per Antoine Lavoisier (1743-1794). Pasmens, lo premier organostannic vertadier foguèt descubèrt en 1849 per lo Britanic Edward Frankland (1825-1899) e son usatge demorèt rar fins ais ans 1970. Enfin, a la fin dau sègle XVIII ò au començament dau sègle XIX, l'estanh foguèt adoptat dins l'industria alimentària per protegir lo contengut dei consèrvas.

En parallèl, leis aliatges plomb-estanh, coneguts dempuei lo millenari I avC, foguèron mai e mai utilizats per realizar de soudaduras. L'interès d'aquel aliatge es son ponch de fusion fòrça bas (entre 170 e 230 °C) que facilita sa mesa en òbra. Pasmens, entraïnèt de cas de saturnisme, especialament quand foguèt utilizat per d'objèctes destinats a l'alimentacion. D'aliatges novèus foguèron pauc a cha pauc imaginats en remplaçant lo plomb per un metau mens toxic coma l'antimòni, lo bismut ò lo coire.

Quimia de l'estanh

Caracteristicas

Caracteristicas fisicas

Dins lei condicions normadas de pression e de temperatura, l'estanh existís sota doas formas diferentas. La premiera, dicha « estanh blanc », es un metau blanc viu, malleable, relativament ductible e pauc resistent a la traccion. Sa densitat es de 7,265, son ponch de fusion es de 231,928 °C, çò qu'es feble per un metau, e son ponch de vaporizacion es de 2 602 °C. Resistís a la corrosion de l'aire gràcias a la formacion d'un jaç d'oxid protector. La segonda es dicha « estanh gris ». De densitat pus febla (5,769), es la forma pus establa, mai sa formacion es sovent blocada per l'apondon d'una fraccion de bismut. Es una varietat fragila qu'es impròpria a la fabricacion d'objèctes d'estanh. La temperatura de transicion entre lei doas formas es teoricament de 13,2 °C mai, en realitat, a luòc a de temperaturas pus bassas.

Caracteristicas quimicas

L'estanh es un metau paure, de configuracion electronica [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p², que fa partida de la 14^a colona de la taula periodica deis elements. Sei proprietats quimicas presentan donc de similaritats amb aquelei dau carbòni e dau silici.

Lei compausats principaus de l'estanh son liats ai nombres d'oxidacion +II (derivats estannós) e +IV (derivats estannics). Pòdon aisament formar de moleculas amb l'oxigèn (SnO e SnO₂), lo sofre (SnS e Sn₂) ò d'alogèns (SnCl₂, SnCl₂, SnBr₂, SnI₂, SnCl₄, SnCl₄, SnBr₄ e SnI₄) per formar de compausats inorganics. La formacion d'idrurs es possible amb lo compausat SnH₄ que se desgrada lentament per formar d'estanh metallic e de diidrogèn. De mai, en causa de la diferéncia de potenciaus fòrça entre leis ions estannós e estannics (0,15 V), lei saus estannós son de reductors eficaç. Fòrça compausats estannics an de proprietats de catalisaires en quimia organica.

L'autre aspècte major de la quimia de l'estanh es lo domeni deis organostannics. Aquelei compausats son caracterizats per l'establiment d'un liame covalent entre un atòm d'estanh e de carbòni. Fan partida deis organometallics e permèton de reaccions organicas particularas coma la reaccion de Stille.

Isotòpia

Article detalhat: Isotòps de l'estanh.

En 2020, 39 isotòps de l'estanh èran coneguts. Dètz son considerats coma estables mai i a de sospicions d'activitat radioactiva per leis isotòps 112, 122 e 124. Dins aquò, ges de desintegracion es estada observada a l'ora d'ara e lo periòde radioactiu, se son efectivament radioactius, d'aqueleis atòms dèu èsser fòrça lòng. Leis autreis isotòps son aquelei de massa 114 a 120. Lo pus frequent es l'estanh-120 (32,58%) seguit per l'estanh-118 (24,22%), l'estanh-116 (14,54%), l'estanh-119 (8,59%), l'estanh-117 (7,68%), l'estanh-124 (5,79%) e l'estanh-122 (4,63%). Leis autreis isotòps son rars (mens de 1%).

Entre leis isotòps radioactius, se pòdon citar l'estanh-121m e l'estanh-126. Lo premier s'obsèrva dins lei reactors de neutrons termics normaus. Lo segond fa partida dei sèt produchs de fission de vida lònga. Es pauc radioactiu mai se descompausa en antimòni-126 qu'es un important emetor de raionaments gamma.

Ocurréncia

L'estanh es un element relativament rar dins la crosta terrèstra amb una concentracion mejana de 2 ppm. Aquò s'explica per la produccion deis atòms d'estanh a partir de reaccions de nucleosintèsi liadas au procès s. Se tròba rarament a l'estat natiu e fòrma generalament de mineraus en associacion amb l'oxigèn, lo sofre e d'autrei metaus. Lo pus conegut es probablament la cassiterita en causa de son importància economica. Pasmens, existís tanben l'estannita, la cilindrita, la franckeita, la canfieldita e la teallita.

• 
  Cassiterita
• 
  Estannita
• 
  Cilindrita
• 
  Franckeita
• 
  Canfieldita
• 
  Teallita

Metallurgia de l'estanh

Principis de produccion

Fotografia d'un fuelh d'estanh pur a 99,9%.

Dins la natura, se l'estanh pòu existir sota forma nativa, lei depaus son rars e lei quantitats fòrça feblas. Lo minerau principau qu'es esplechat per l'industria miniera per produrre d'estanh metallic es la cassiterita, un oxid de formula SnO₂. Pasmens, aqueu minerau es sovent mesclat amb d'autrei compausats quimics e la concentracion d'estanh es rarament superiora a 4 %. L'objectiu dau procès de produccion es donc de concentrar la cassiterita avans de la redurre, en preséncia de carbòni, per produrre lo metau a l'estat pur.

Lei premiereis etapas varian segon lei jaciments e leis impuretats que vènon amb la cassiterita. Lei pus frequentas son lo fèrre, lo manganès e lo tungstèn que pòdon aver un interès comerciau pròpri. La preparacion dau minerau compren dos ensembles d'etapas. Lo premier es basat sus de netejatges amb de giscles d'aiga sota pression. Lo segond emplega de metòdes de trissatge, de flotacion e de separacion magnetica ò mecanica.

Après aver agantat una concentracion de cassiterita sufisenta, lo minerau es cremat e tractat per una solucion acida (lixiviacion) que permet d'eliminar divèrseis impuretats e d'agantar de concentracions d'estanh situadas entre 50 % e 60 %. La reduccion es sovent realizada dins un forn electric a partir d'una mescla de minerau, de còc e de fondant a una temperatura situada entre 800 e 1 300 °C. Un premier tractament permet de recuperar una fasa d'estanh liquid cubèrt per una escòria solida contenent lo fèrre e 10 a 15 % d'estanh. Lo segond tractament es unicament aplicat a l'escòria. Per aquò, la partida solida es mesclada amb una preparacion a basa de còc, de cauç e de fèrrosilici. S'obtèn alora un produch trifasat. La fasa inferiora es facha d'estanh liquid (qu'es recuperat), la fasa intermediària es compausada de fèrrosilici e lo rèsta es format per leis impuretats solidas. Lo metau obtengut après aqueu procès contèn generalament 0,5 % d'impuretats e existís tres procès generaus d'afinatge (liquacion, oxidacion ò filtracion) que permèton de la demenir a 0,03%.

Reciclatge

Lo reciclatge de l'estanh es una tecnica utilizada dins lei país que tènon pas ò pauc de jaciments de cassiterita. Pasmens, presenta de dificultats importantas de mesa en òbra car lei concentracons dins leis objèctes recuperats son sovent feblas (10 % en mejana dins lei bronzes e 2 g/m² dins leis objèctes de fèrre blanc). De mai, leis aciers eissits d'aquelei procès contènon sovent de traças d'estanh que limitan lor utilizacion.

Dos ensembles de metòdes de reciclatge existisson. Lo premier es basat sus de tecnicas d'electrolisi e permet de recuperar d'estanh pur utilizable en metallurgia. Permetent de produrre de clorur d'estanh (II), lo segond es basat sus un corrent de clòr. Sa produccion es destinada a la tenchura.

Produccion e aplicacions

Produccion

Au començament dau sègle XXI, la produccion d'estanh a luòc dins lei regions tenent de jaciments importants de cassiterita. Dins leis ans 2010, lei resèrvas principalas identificadas se trobavan en China, en Indonesia, en Brasil, en Malàisia e dins lei regions andinas. Pasmens, d'esfòrç importants de recèrca son en cors per descubrir de jaciments novèus car lei resèrvas mondialas (4,8 milions de tonas) semblan insufisentas a respècte de la produccion (253 000 tonas en 2011). Lei productors pus importants èran China (110 000 t), Indonesia (51 000 t), Peró (34 600 t), Bolívia (20 700 t) e Brasil (12 000 t).

Utilizacions e aplicacions

Proteccion còntra la corrosion

Articles detalhats: Fèrre blanc e Estamatge.

Fotografia de bobinas de fèrre blanc.

L'estanh pur es sovent utilizat per protegir lo fèrre ò l'acier còntra la corrosion ò còntra l'accion de produchs quimics (inorganics ò organics). Lo principi generau, dich estamatge, es de cubrir l'objècte de protegir per un jaç d'estanh. Divèrsei metòdes (electrolisi, depaus quimic, immersion dins un banh d'estanh en fusion, etc.) son utilizats. L'estamatge es fòrça interessant dins lo domeni alimentari car lei saus pus frequents de l'estanh son pas toxics. En particular, intra dins la fabricacion dau fèrre blanc, una tòla d'acier doç cubèrta per un jaç fin d'estanh, qu'es fòrça utilizat per la fabricacion d'embalatges alimentaris (consèrvas, botelhons...) ò industriaus (pòt de pintura...).

Aliatges

Relòtge solar de bronze.

Article detalhat: Bronze.

La fabricacion de bronze, aliatge entre l'estanh e lo coire, es l'aplicacion pus anciana de l'estanh. La fabricacion d'aquel aliatge es relativament aisada e la concentracion d'estanh pòu i agantar 35%. Dins aquò, a partir de 15%, lei bronzes vènon durs e fragils, çò que limita lor usatge a la fabricacion d'objèctes particulars (campanas, miraus...). En dessota de 15%, l'addicion d'estanh permet de demenir lo ponch de fusion dau coire e de melhorar lei caracteristicas mecanicas dau materiau. Istoricament importants car definisson l'Edat dau Bronze, aqueleis aliatges son uei totjorn utilizats per fabricar de pèças mecanicas per motlatge ò per deformacion. En particular, permèton de fabricar de materiaus antifriccion gràcias a sei proprietats plasticas.

L'estanh fòrma pereu d'aliatges amb lo plomb e l'antimòni. L'aliatge plomb-estanh es utilizat per la brasadura. Dich metau blanc, aquel aliatge deu pas èsser confondut amb lo fèrre blanc car lo plomb pòu entraïnar d'intoxicacions grèvas. Amb l'antimòni, l'estanh es sovent utilizat per fabricar d'aliatges destinats a la fabricacion d'objèctes de decoracion.

Organostannics

Article detalhat: Organostannic.

Leis organostannics son de compausats quimics tenent una liason covalenta entre un atòm d'estanh e un atòm de carbòni. Fan partida deis organometallics. Son sintetizats a partir d'una reaccion entre un organomagnesian e un alogenur d'estanh. Aperaquí 260 organostannics son estats identificats per lei quimistas. Au mens 36 son toxics ò ecotoxics. An d'aplicacions variadas en causa de sa toxicitat (proteccion dei còcas de naviris còntra leis algas) ò de sei proprietats quimicas (reactius en quimia organica, estabilizacion de polimèrs e de lubrificants... etc.).

Toxicologia

L'estanh metallic e la màger de sei saus son pas toxicas per l'èsser uman. En revènge, pòu èsser associat amb de traças de plomb ò d'antimòni, dos elements fòrça toxics. Aquò es sovent lo cas dins leis aliatges utilizats per realizar de soudaduras (especialament dins leis aparelhs ancians).

Un nombre important d'organostannics presentan una toxicitat ò de riscs importants per l'environament. En particular, son toxics per lei neurònas e pòdon engendrar de trèbols dau sistèma endocrin. De recèrcas son tanben en cors per determinar un efiech cancerigèn. Son donc l'objècte d'una legislacion estricta dins mai d'un país e l'usatge deis organostannics pus toxics, coma lei tribulestanhs, es enebit ò limitat. Pasmens, lor degradacion lenta constituís egalament una question de tèrme lòng en causa dei quantitats ja presentas dins leis ecosistèmas.

Annèxas

Liames intèrnes

• Aliatge plomb-estanh.
• Brasadura.
• Bronze.
• Cassiterita.
• Estamatge.
• Fèrre blanc.
• Lèpra de l'estanh.
• Metau.
• Organostannics.

Bibliografia

Istòria de la produccion e de l'utilizacion :

• (fr) Denise Barthomeuf, « La place de l’Anatolie dans les débuts de la métallurgie du cuivre et du bronze (du VIIe au IIIe millénaire av. J.-C.) », dins Olivier Pelon (dir.), Studia Aegeo-Anatolica. Mélanges préparés sous la direction d'Olivier Pelon, MOM Éditions, 2004, pp. 149-186.
• (fr) René Musset, « La métallurgie de l'étain », Annales de géographie, 1936, vol. 257, pp. 551-552.

Proprietats generalas e metallurgia de l'estanh :

• (en) E. Broekaert, J. de Cuyper e J. van't Hoff, « New process for cassiterite ore flotation », dins Mineral processing and extractive metallurgy, Londres, The Institution of Mining and Metallurgy, 1984, pp. 453-463.
• (fr) Serge Calabre, L'Étain, Economica, 1999.
• (fr) Jacques de Cuyper, « Métallurgie et recyclage de l’étain - Traitements métallurgiques », dins Techniques de l'ingénieur. Élaboration et recyclage des métaux, Éditions techniques de l'ingénieur, 1999.
• (en) V. M. Lepetic, « Cassiterite flotation : a review », dins Advances in mineral processing, Littleton (Colorado), Society of Mining Engineers, 1986, pp. 343-350.
• (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 90^a edicion, 2009.
• (en) Oleg D. Neikov, Handbook of Non Ferrous Metal Powders, Elsevier, 2009.
• (fr) A. Wells, « Améliorations du traitement minéralurgique à Wheal Jane, Cornouailles, Angleterre », Industrie minérale, Mines et carrières, Les techniques, Société de l’Industrie Minérale, 1990, vol. 72, n° 2-3.

Proprietats deis isotòps de l'estanh :

• (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nuclear Physics A, vol. 729,‎ 2003, pp. 3–128.
• (en) N. E. Holden e D. R. Lide (dir.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 85^a edicion, 2004.
• (en) J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman e P. D. P. Taylor, « Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) », eePure and Applied Chemistryee, vol. 75, n° 6,‎ 2003, pp. 683–800.
• (en) M. E. Wieser, « Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) », Pure and Applied Chemistry, vol. 78, n° 11,‎ 2006, pp. 2051–2066.

Toxicologia de l'estanh e de sei compausats :

• (fr) C. Alzieu e P. Michel, L'étain et les organoétains en milieu marin – Biogéochimie et écotoxicologie, IFREMER, Repères Océan, 15, 1998.
• (en) A. Gennari, B. Viviani, C. L. Galli, M. Mari Novich, R. Pieters e E. Corsini, « Organotins induce apoptosis by disturbance of [Ca2+]i and mitochondrial activity, causing oxidative stress and activation of caspases in rat thymocytes », Toxicology and Applied Pharmacology, 2000, vol. 169, pp. 185-190.
• (fr) J. Rodier, L'analyse de l'eau – eaux naturelles, eaux résiduaires, eau de mer, París, 8^a edicion, Dunod, 1996.
• (en) I. Watanabe, « Organotins (triethyltin) », dins P. S. Spencer e H. C. Schaumburg (dir.), Experimental and clinical neurotoxicology, Baltimore, Williams and Wilkins, 1980, pp. 545-557.
• (en) P. W. Wester, E. I. Krajnc, F. X. van Leeuwen, J. G. Loeber, C. A van der Heijden, H. A. Vaessen e P. W. Helleman, « Chronic toxicity and carcinogenicity of bis(tri - n - butyltin)oxide (TBTO) in the rat », Food and Chemical Toxicology, 1990, vol. 28, pp. 179-196.