Estaño

La sustancia simple estaño (en condiciones normales ) es un metal de post-transición dúctil, maleable y fusible, brillante , de color blanco plateado . Se conocen cuatro modificaciones alotrópicas del estaño: por debajo de +13,2 °C, α -estaño estable (estaño gris ) con una red de tipo diamante cúbico , por encima de +13,2 °C, β -estaño estable (estaño blanco ) con una red cristalina tetragonal [4] . A altas presiones, también se encuentran γ -estaño y σ - estaño.

Historia

El estaño ya era conocido por el hombre en el cuarto milenio antes de Cristo. mi. Este metal era inaccesible y costoso, por lo que rara vez se encuentran productos de él entre las antigüedades romanas y griegas . El estaño se menciona en la Biblia , el Cuarto Libro de Moisés . El estaño es (junto con el cobre ) uno de los componentes del bronce al estaño , inventado a finales o mediados del tercer milenio antes de Cristo. mi. Siendo el bronce el más duradero de los metales y aleaciones conocidos en aquella época, el estaño fue el "metal estratégico" durante toda la " Edad del Bronce ", más de 2000 años (muy aproximadamente: XXXV - XI siglos a.C.).

El estaño puro se obtuvo no antes del siglo XII, R. Bacon lo menciona en sus escritos . Antes de esto, el estaño siempre había contenido una cantidad variable de plomo. El cloruro de SnCl 4 fue obtenido por primera vez por A. Libavy en 1597. La alotropía del estaño y el fenómeno de la "plaga del estaño" fueron explicados por E. Cohen en 1911.

Origen del nombre

El nombre latino stannum , asociado a la palabra sánscrita que significa "resistente, duradero", se refería originalmente a una aleación de plomo y plata , y más tarde a otra aleación que la imita , que contiene alrededor del 67% de estaño; hacia el siglo IV d.C. mi. esta palabra comenzó a llamarse en realidad estaño [6] .

La palabra estaño es eslavo común, sin embargo, en algunos idiomas eslavos, la misma palabra o la misma raíz ( polaco ołów , checo olovo , serbio estaño , bielorruso volava , etc.) se usa para referirse a otro metal aparentemente similar: plomo . La palabra estaño tiene correspondencias en las lenguas bálticas (cf. Lit. alavas, alvas , letón alva - "estaño", prusiano alwis - "plomo"). Es una formación de sufijo de la raíz ol- (cf. Alto alemán antiguo elo - "amarillo", latín albus - "blanco", etc.), por lo que el metal se nombra por color [7] .

Propiedades físicas

La configuración electrónica completa del átomo de estaño es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 2

Densidad: en estado sólido a +20 °C - 7,3 g/cm³; en estado líquido en un punto de fusión - 6,98 g / cm³. Temperatura: fusión - 231,91 ° C [2] ; ebullición - 2620 ° С. Coeficiente de expansión lineal: a una temperatura de 0 °C es igual a 1,99 10 −5 K −1 ; a +100 °С es igual a 2,38 10 −5 K −1 [4] ; el promedio en el rango de 0 a 100 °C es 2,62 · 10 −5 K −1 [2] . Capacidad calorífica específica: en estado sólido a +20 °C - 226 J / (kg K); en estado líquido a un punto de fusión de 268 J/(kg K). Capacidad calorífica molar a presión constante: a 0 °C es 27,11 J/(mol K) (estaño blanco), 25,79 J/(mol K) (estaño gris). [cuatro] El calor de fusión es 7,19 kJ/mol. [2] El calor de vaporización es 296 kJ/mol. [cuatro] Conductividad térmica a +20 °C - 65,26 W / (m K) [4] . La resistencia eléctrica específica a +20 °С es de 0,115 μΩ m [4] (según otras fuentes, 0,128 μΩ m a +25 °С [2] ). El coeficiente térmico de resistencia es 4,5·10 −3 K −1 [2] . Conductividad eléctrica específica a +20 °C - 8,69 MS/m. La temperatura de Debye es de 200 K (estaño blanco), 212 K (estaño gris) [2] .

Propiedades mecánicas y tecnológicas:

módulo de elasticidad 55 GPa a 0°C [4] [2] y 48 GPa a 100°C; módulo de corte 16,8–8,1 GPa [2] ; resistencia a la tracción - 20 MPa; alargamiento relativo - 40% [4] ; Dureza Brinell - 152 MPa (estaño blanco), 62 MPa (estaño gris) [4] ; temperatura de fundición - 260-300 °C.

A temperaturas ligeramente superiores a 170 °C, el estaño se vuelve quebradizo [2] .

El potencial de electrodo estándar E °Sn 2+ /Sn es −0,136 V, y E del par °Sn 4+ /Sn 2+ es de aproximadamente 0,151 V.

Peltre gris y blanco

La sustancia simple estaño es polimórfica. En condiciones normales, existe en forma de una modificación β (estaño blanco), que es estable por encima de +13,2 °C. El estaño blanco es un metal dúctil blando de color blanco plateado que forma cristales tetragonales , grupo espacial I 4/ amd , parámetros de celda a = 0,58197 nm , c = 0,3175 nm , Z = 4 . El entorno de coordinación de cada átomo de estaño en él es un octaedro . La densidad de β -Sn es 7,228 g/ cm3 . Al doblar las varillas de estaño, se escucha un crujido característico por la fricción mutua de los cristalitos [8] .

Cuando se enfría, el estaño blanco se transforma en la modificación α (estaño gris). El estaño gris forma cristales cúbicos , grupo espacial Fd 3 m , parámetros de celda a = 0,646 nm , Z = 8 con una estructura de tipo diamante . En el estaño gris, el poliedro de coordinación de cada átomo es un tetraedro , número de coordinación 4. La transición de fase de β - Sn a α - Sn va acompañada de un aumento del volumen específico en un 25,6% (la densidad de α - Sn es de 5,75 g / cm 3 ), lo que conduce a la trituración del estaño en polvo. Entalpía de transición α → β Δ H = 2,08 kJ/mol . Una modificación pasa a otra cuanto más rápido, cuanto más baja es la temperatura ambiente. A -33 °C, la tasa de transformación se vuelve máxima. Sin embargo, el estaño blanco se puede sobreenfriar a temperaturas de helio. El estaño blanco se vuelve gris también bajo la influencia de la radiación ionizante [9] .

Debido a la gran diferencia en las estructuras de las dos modificaciones del estaño, sus propiedades eléctricas también difieren. Entonces, β -Sn es un metal y α -Sn es un semiconductor. Por debajo de 3,72 K α -Sn pasa al estado superconductor. Los átomos en la red cristalina de estaño blanco están en el estado electrónico s 2 p 2 . El gris estaño es un cristal covalente con estructura de diamante y estado electrónico sp 3 . El estaño blanco es débilmente paramagnético , susceptibilidad magnética atómica χ \u003d +4.5 10 -6 (a 303 K ), se vuelve diamagnético en el punto de fusión, χ \u003d -5.1 10 -6 . El estaño gris es diamagnético , χ \u003d -3.7 10 -5 (a 293 K ).

El contacto del estaño gris y el blanco conduce a la "infección" de este último, es decir, a la aceleración de la transición de fase con respecto al proceso espontáneo debido a la aparición de núcleos de una nueva fase cristalina. La combinación de estos fenómenos se denomina "plaga del estaño". [10] El nombre actual para este proceso fue dado por E. Cohen en 1911 (también lo llamó “enfermedad del museo” [11] ), pero este fenómeno era conocido en la antigüedad, es mencionado por Aristóteles y Plutarco [11] . El comienzo del estudio científico de esta transición de fase se estableció en 1870 por el trabajo del científico de San Petersburgo, el académico Y. Fritzsche . Muchas observaciones y pensamientos valiosos sobre este proceso fueron expresados por D. I. Mendeleev en sus Fundamentos de Química.

Una forma de prevenir la "plaga del estaño" es agregar un estabilizador, como el bismuto , al estaño . Por otro lado, el proceso de transición del estaño blanco al gris a temperaturas no muy bajas es acelerado por el catalizador cloroestannato de amonio (NH 4 ) 2 SnCl 6 [12] .

" Tin Plague " - una de las razones de la muerte de la expedición de Scott al Polo Sur en 1912 . Se quedó sin combustible debido a que se filtró combustible de tanques de hojalata sellados afectados por la "plaga de hojalata" [13] .

Algunos historiadores señalan la "plaga del estaño" como una de las razones de la derrota del ejército de Napoleón en Rusia en 1812: las fuertes heladas provocaron la transformación en polvo de los botones de estaño de los uniformes de los soldados [14] .

La plaga del estaño destruyó muchas exhibiciones de museos. No hay objetos de estaño de gran antigüedad en las colecciones de los museos de Rusia, solo hay artículos únicos que datan del siglo XIV, las exhibiciones existentes pertenecen principalmente al siglo XVIII y posteriores. Entonces, varios platos y cuencos del siglo XVII fueron destruidos del tesoro de Tsarevna Tatyana Mikhailovna , hermana del zar Alexei Mikhailovich , y del tesoro de sus hijas Feodosia Alekseevna y Sofya Alekseevna en la sacristía de la Catedral de la Trinidad de la Asunción. Monasterio en Alexandrov , donde durante la devastación posrevolucionaria después de 1917 se detuvo durante mucho tiempo la calefacción [11] .

El estaño, afectado por la "plaga", después de ser fundido nuevamente se vuelve blanco. Sin embargo, para convertir el estaño gris en blanco, basta con mantenerlo a una temperatura elevada, según algunas fuentes, por encima de +40 °C, según otras, por encima de +59 °C [11] . Para detener la destrucción de los objetos afectados por la "plaga del estaño", los restauradores los mantienen en agua hirviendo durante una hora o más [11] .

A altas presiones, se encontraron dos modificaciones más del estaño: γ - estaño (transición a una temperatura de 161 °C y una presión de alrededor de 4 GPa, a temperatura ambiente y una presión de 10 GPa) y σ - estaño (transición a una temperatura de alrededor de 1000 °C y una presión superior a 21 GPa) [15] .

Isótopos

El estaño natural consta de diez nucleidos estables con números de masa 112 (en una mezcla de 0,96 % en masa), 114 (0,66 %), 115 (0,35 %), 116 (14,30 %), 117 (7, 61 %), 118 ( 24,03%), 119 (8,58%), 120 (32,85%), 122 (4,72%) y 124 (5,94%). Para algunos de ellos, la desintegración doble beta es energéticamente posible , pero hasta ahora (2018) no se ha observado experimentalmente, ya que la vida media prevista es muy larga (más de 1020 años) [16] .

El estaño tiene la mayor cantidad de isótopos estables entre todos los elementos , lo que se debe al hecho de que 50 (la cantidad de protones en los núcleos de estaño) es un número mágico : forma una capa de protones llena en el núcleo y, por lo tanto, aumenta la energía de enlace. y estabilidad del núcleo. Se conocen dos isótopos del estaño doblemente mágicos , ambos radiactivos, ya que se encuentran lejos de la banda de estabilidad beta: el 100 Sn deficiente en neutrones ( Z = N = 50 ) y el 132 Sn rico en neutrones ( Z = 50 , N = 82 ).

Los isótopos de estaño 117Sn y 119Sn son isótopos de Mössbauer y se utilizan en la espectroscopia de resonancia gamma .

Propiedades químicas

Lata de metal

A temperatura ambiente, el estaño, como su compañero de grupo, el germanio, es resistente al aire o al agua. Tal inercia se explica por la formación de una película superficial de óxidos. La oxidación notable del estaño en el aire comienza a temperaturas superiores a 150 °C:

{\mathsf {Sn+O_{2}\rightarrow SnO_{2}}}

Cuando se calienta, el estaño reacciona con la mayoría de los no metales. En este caso, los compuestos se forman en el estado de oxidación +4, que es más característico del estaño que el +2. Por ejemplo:

{\mathsf {Sn+2Cl_{2}\rightarrow SnCl_{4}}}

Soluble en ácidos diluidos (HCl, H 2 SO 4 ) [17] :

{\mathsf {Sn+2HCl\rightarrow SnCl_{2}+H_{2}\uparrow }}

El estaño reacciona con ácido clorhídrico concentrado. En este caso, el estaño gris ( α -Sn) forma una solución de cloruro de estaño (II) y blanco ( β -Sn) - cloruro de estaño (IV) [18] :

{\mathsf {Sn+3HCl\rightarrow H[SnCl_{3}]+H_{2}\uparrow }}

{\mathsf {Sn+6HCl\rightarrow H_{2}[SnCl_{6}]+2H_{2}\uparrow ))

La composición del producto de reacción de estaño con ácido nítrico depende de la concentración del ácido. En ácido nítrico concentrado (60%), se forma ácido estánnico β -SnO 2 n H 2 O [17] (a veces su fórmula se escribe como H 2 SnO 3 ). En este caso, el estaño se comporta como un no metal:

{\mathsf {Sn+4HNO_{3}\rightarrow \ SnO_{2}\cdot H_{2}O+4NO_{2}+H_{2}O))

Al interactuar con ácido nítrico diluido (3-5%), se forma nitrato de estaño (II) [17] :

{\mathsf {4Sn+10HNO_{3}\rightarrow 4Sn(NO_{3})_{2}+NH_{4}NO_{3}+3H_{2}O))

Es oxidado por soluciones alcalinas a hidroxoestannato (II), que es propenso a la desproporción en soluciones calientes [17] :

{\mathsf {Sn+NaOH+2H_{2}O\rightarrow Na[Sn(OH)_{3}]+H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {2Na[Sn(OH)_{3}]\rightarrow Sn+Na_{2}[Sn(OH)_{6}]))

{\mathsf {Sn+2NaOH+4H_{2}O\rightarrow Na_{2}[Sn(OH)_{6}]+2H_{2}\uparrow ))

Estaño(II)

Estado de oxidación menos estable que (IV). Los compuestos de estaño (II) tienen una alta actividad reductora y se desproporcionan fácilmente [17] :

{\mathsf {2SnO\xrightarrow {^{o}t} \ SnO_{2}+Sn))

En el aire, los compuestos se oxidan rápidamente con el oxígeno, tanto en forma sólida [17] como en solución [18] :

{\mathsf {2SnO+O_{2}\rightarrow 2SnO_{2}}}

{\mathsf {2Sn^{2+}+O_{2}+4H^{+}\rightarrow 2Sn^{4+}+2H_{2}O))

Un fuerte agente reductor es la " sal de estaño " SnCl 2 ·2H 2 O [17] .

El óxido se puede obtener por la acción del amoníaco sobre una solución caliente de cloruro de estaño (II) en una atmósfera de CO 2 [17] :

{\mathsf {SnCl_{2}+2NH_{3}+H_{2}O\rightarrow SnO+2NH_{4}Cl))

El óxido también se obtiene calentando ligeramente el hidróxido de estaño (II) Sn (OH) 2 al vacío o calentando cuidadosamente algunas sales:

{\mathsf {Sn(OH)_{2}\rightarrow SnO+H_{2}O))

{\mathsf {SnC_{2}O_{4}\rightarrow SnO+CO\uparrow +CO_{2}\uparrow ))

[17]

En soluciones de sales de estaño (II), se produce una fuerte hidrólisis [17] :

{\mathsf {[Sn(H_{2}O)_{3}]^{2+}+H_{2}O\rightarrow [Sn(H_{2}O)_{2}OH]^ {+}+H_{3}O^{+}}}

Cuando una solución de sal de Sn(II) se expone a soluciones de sulfuro, precipita un precipitado de sulfuro de estaño(II) :

{\mathsf {Sn^{{2+}}+S^{{2-}}\rightarrow SnS\downarrow }}

Este sulfuro se puede oxidar fácilmente a un complejo de sulfuro con una solución de polisulfuro de sodio, después de la acidificación, el sulfuro de estaño (IV) se convierte en un precipitado [17] :

{\displaystyle {\mathsf {SnS+Na_{2}S_{2}\rightarrow Na_{2}SnS_{3))))

{\mathsf {Na_{2}SnS_{3}+2HCl\rightarrow SnS_{2}+2NaCl+H_{2}S\uparrow ))

Estaño(IV)

El óxido de estaño (IV) (SnO 2 ) se forma por oxidación directa con oxígeno. Cuando se fusiona con álcalis, forma estanatos , cuando se trata con agua, forma hidroxoestannatos [17] :

{\mathsf {SnO_{2}+2NaOH\xrightarrow {^{o}t} \ Na_{2}SnO_{3}+H_{2}O))

Durante la hidrólisis de soluciones de sales de estaño (IV), se forma un precipitado blanco, el llamado ácido α - estaño [17] :

{\mathsf {SnCl_{4}+4NH_{3}+6H_{2}O\rightarrow H_{2}[Sn(OH)_{6}]+4NH_{4}Cl))

{\mathsf {H_{2}[Sn(OH)_{6}]\rightarrow \ SnO_{2}\cdot nH_{2}O+3H_{2}O))

El ácido de α -estaño recién obtenido se disuelve en ácidos y álcalis [17] :

{\mathsf {SnO_{2}\cdot nH_{2}O+2KOH\rightarrow K_{2}[Sn(OH)_{6}]}}

{\mathsf {SnO_{2}\cdot nH_{2}O+4HNO_{3}\rightarrow Sn(NO_{3})_{4}+(n+2)H_{2}O))

Durante el almacenamiento , el ácido de α -estaño envejece, pierde agua y pasa a ácido de β -estaño, que es químicamente más inerte. Este cambio en las propiedades está asociado con una disminución en el número de grupos HO-Sn activos al reposar y su reemplazo por enlaces puente -Sn-O-Sn más inertes [17] .

El hidruro de estaño - stannan SnH 4 - se puede obtener mediante la reacción:

{\displaystyle {\mathsf {SnCl_{4}+Li[AlH_{4}]\rightarrow SnH_{4}\uparrow +LiCl+AlCl_{3))))

Este hidruro es muy inestable y se descompone lentamente incluso a 0 °C.

El estaño tetravalente forma una clase extensa de compuestos organoestánnicos utilizados en síntesis orgánica, como pesticidas, etc.

Estar en la naturaleza

El estaño es un oligoelemento raro; en términos de prevalencia en la corteza terrestre, el estaño ocupa el lugar 47. El contenido de Clark de estaño en la corteza terrestre es, según varias fuentes, de 2⋅10 −4 a 8⋅10 −3 % en peso. El principal mineral del estaño es la casiterita (piedra de estaño) SnO 2 que contiene hasta un 78,8 % de estaño. Mucho menos común en la naturaleza es el estanino ( piritas de estaño ) - Cu 2 FeSnS 4 (27,5% Sn).

Depósitos

Los depósitos mundiales de estaño se encuentran principalmente en China y el Sudeste Asiático : Indonesia , Malasia y Tailandia . También hay grandes yacimientos en América del Sur ( Bolivia , Perú , Brasil ) y Australia .

En Rusia , las reservas de minerales de estaño se encuentran en el territorio de Khabarovsk ( distrito de Solnechny - los depósitos de Festivalnoe, Solnechnoye, Lunnoye, Pridorozhnoye, Perevalnoye y Sobolinoye [19] ; distrito de Verkhnebureinsky - depósito de Pravourmiyskoye ), en el distrito autónomo de Chukotka ( Pyrkakay stockworks ; Valkumey mine / village , Iultin - el desarrollo de depósitos se cerró a principios de la década de 1990), en Primorsky Krai ( distrito de Kavalerovsky ), en Yakutia ( depósito de Deputatskoye ) y otras áreas.

Distribución en la naturaleza

La prevalencia en la naturaleza se refleja en la siguiente tabla [20] :

Geol. un objeto	Kamen. meteoritos	Dunitos y otros.	Basaltos , etc	Dioritas, etc	Granitoides	Arcilla, etc	agua del océano	Materia viva (% del peso vivo)	La tierra	ceniza vegetal
Contenido, peso. %	001⋅10 −4	05⋅10 −5	01.5⋅10 −4	0000−	0003⋅10 −4	1⋅10−3 _	07⋅10 −7	00005⋅10 −5	1⋅10−3 _	005⋅10−4 _

En aguas superficiales no contaminadas, el estaño se encuentra en concentraciones de submicrogramos. En las aguas subterráneas su concentración alcanza unos pocos microgramos por litro, aumentando en la zona de los yacimientos de mineral de estaño, ingresa a las aguas debido a la destrucción de minerales principalmente sulfurados que son inestables en la zona de oxidación. PMC Sn = 2 mg/dm³ .

El estaño es un elemento anfótero, es decir, un elemento capaz de exhibir propiedades ácidas y básicas. Esta propiedad del estaño también determina las características de su distribución en la naturaleza. Debido a esta dualidad, el estaño exhibe propiedades litófilas, calcofílicas y siderófilas. El estaño en sus propiedades muestra cercanía al cuarzo, como resultado de lo cual se conoce una estrecha relación del estaño en forma de óxido (casiterita) con los granitoides ácidos ( litofilicidad ), a menudo enriquecidos en estaño, hasta la formación de cuarzos independientes - vetas de casiterita. El comportamiento alcalino del estaño está determinado en la formación de compuestos sulfurados muy diversos ( calcofilia ), hasta la formación de estaño nativo y varios compuestos intermetálicos conocidos en rocas ultrabásicas ( siderofilia ).

Formularios de ubicación

La forma principal de encontrar estaño en rocas y minerales es dispersa (o endocripta). Sin embargo, el estaño también forma minerales, y en esta forma se encuentra a menudo no solo como un accesorio en rocas ígneas ácidas, sino que también forma concentraciones comerciales principalmente en formas de óxido (casiterita SnO 2 ) y sulfuro (estanina) [21] .

fase sólida. Minerales

En general, se pueden distinguir las siguientes formas de encontrar estaño en la naturaleza:

Forma dispersa: Se desconoce la forma específica en la que se presenta el estaño en esta forma. Aquí podemos hablar de una forma isomórficamente dispersa de aparición de estaño debido a la presencia de isomorfismo con una serie de elementos (Ta, Nb, W - con la formación de compuestos típicamente de oxígeno; V, Cr, Ti, Mn, Sc - con la formación de compuestos de oxígeno y sulfuro). Si las concentraciones de estaño no exceden ciertos valores críticos, entonces puede reemplazar isomórficamente a los elementos mencionados. Los mecanismos del isomorfismo son diferentes.
Forma mineral: El estaño se encuentra en minerales concentradores . Por regla general, se trata de minerales en los que está presente el hierro Fe + 2 : biotitas , granates , piroxenos , magnetitas , turmalinas , etc. Esta relación se debe al isomorfismo, por ejemplo, según el esquema Sn +4 +Fe + 2 → 2Fe + 3 . En los skarns que contienen estaño, se encuentran altas concentraciones de estaño en granates (hasta 5,8% en peso) (especialmente en andraditas ), epidotas (hasta 2,84% en peso), etc.

En los depósitos de sulfuro, el estaño se incluye como elemento isomorfo en la esfalerita ( depósito de Silinskoye , Rusia, Primorye), calcopirita ( depósito de Dubrovskoye , Rusia, Primorye), piritas. Se encontraron altas concentraciones de estaño en pirrotita de greisens del depósito Smirnovsky (Rusia, Primorye). Se cree que debido al isomorfismo limitado, se produce la descomposición de soluciones sólidas con microsegregaciones de Cu 2 +1 Fe +2 SnS 4 o tillita PbSnS 2 y otros minerales.

Formas minerales propias Elementos nativos, aleaciones y compuestos intermetálicos

Aunque las concentraciones de estos minerales en las rocas son muy bajas, se distribuyen en una amplia gama de formaciones genéticas. Entre las formas nativas, junto con Sn, se han identificado Fe, Al, Cu, Ti, Cd, etc., sin contar los ya conocidos platinoides nativos , oro y plata . Los mismos elementos forman entre sí varias aleaciones: (Cu + Sn + Sb), (Pb + Sn + Sb) y otras, así como soluciones sólidas. Entre los compuestos intermetálicos, stistaite SnSb, atakite (Pd,Pt) 3 Sn, shtumyrlite Pt (Sn, Bi), zvyagintsevite (Pd, Pt) 3 (Pb, Sn), taimyrite (Pd, Cu, Pt) 3 Sn y otros [ 22] [23] .

Las formas dadas de encontrar estaño y otros elementos se encuentran en varias formaciones geológicas [23] :

Un grupo de rocas ígneas intrusivas y efusivas: trampas , picritas de la plataforma siberiana, hipermáficas y gabroides de Kamchatka, kimberlitas de Yakutia, lamproitas de Aldan, etc.; granitoides de Primorye, el Lejano Oriente, Tien Shan.
Un grupo de rocas alteradas metasomática e hidrotermalmente: minerales de cobre y níquel de la plataforma siberiana, objetos de mineral de oro de los Urales, el Cáucaso, Uzbekistán, etc. [24]
Grupo de formación mineral moderna: sedimentos pelágicos del Océano Pacífico, productos de la erupción de la Gran Fisura Tolbachik, sistema hidrotermal Uzon en Kamchatka y otros.
Grupo de rocas sedimentarias de diversos orígenes.

Compuestos de óxido de estaño

La forma más famosa es el principal mineral de estaño, la casiterita SnO 2 , que es una combinación de estaño con oxígeno . Según la espectroscopia de resonancia gamma nuclear , el mineral contiene Sn + 4 .

Casiterita

La casiterita (del griego kassiteros - estaño) es el principal mineral para la obtención de estaño, la fórmula química es SnO 2 . Contiene teóricamente 78,62% Sn. Forma segregaciones separadas, granos, agregados macizos sólidos, en los que los granos minerales alcanzan un tamaño de 3-4 mm e incluso más. En su forma pura, los cristales incoloros, las impurezas le dan al mineral una variedad de colores.

Densidad 6040-7120 kg/m³ (la más baja de las casiteritas de color claro).
Dureza Mohs 6.5.
Brillo - mate, en los bordes - diamante.
El escote es imperfecto.
La fractura es concoide.

Las principales formas de aislamiento de la casiterita:

microinclusiones en otros minerales;
depósitos minerales accesorios en rocas y minerales;
minerales sólidos o diseminados: agregados radiantes radiales en forma de aguja (depósitos de Primorye ), segregaciones y acumulaciones colomorfas y criptocristalinas (depósitos de Primorye); la forma cristalina es la principal forma de aislamiento de la casiterita.

En Rusia, hay depósitos de casiterita en el noreste, en Primorye, Yakutia , Transbaikalia ; en el extranjero: en Malasia , Tailandia , Indonesia , China , Bolivia , Nigeria y otros países.

Compuestos de hidróxido

Un lugar secundario lo ocupan los compuestos de hidróxido de estaño , que pueden considerarse como sales de ácidos politínicos . Estos incluyen el mineral sukulaite Ta 2 Sn 2 +2 O [25] ; solución sólida de estaño en magnetita de la forma Fe 2 SnO 4 o Fe 3 SnO 3 (Bretshtein Yu. S., 1974; Voronina L. B., 1979); " varlamovite " - un producto de la oxidación de stannin ; se cree que es una mezcla de compuestos Sn amorfos y semiamorfos, ácido metastánico, una fase policondensada y una fase de hidrocassiterita. También se conocen productos de oxidación hidratados - hidromartita 3SnO·H 2 O; muhistonita (Cu,Zn,Fe)Sn(OH) 6 ; hidroestannato de cobre CuSn(OH) 6 y otros.

Silicatos

Se conoce un gran grupo de silicatos de estaño , representado por la malayaita CaSn[SiO 5 ] [26] ; pabstita Ba(Sn, Ti)Si 3 O 9 [25] , estocasita Ca 2 Sn 2 Si 6 O 18 4H 2 O, etc. La malayaita incluso forma acumulaciones industriales.

Espinelas

Las espinelas también se conocen a partir de otros compuestos de óxido , por ejemplo, el mineral nigerita Sn 2 Fe 4 Al 16 O 32 (Peterson EU, 1986).

Compuestos sulfurados de estaño

Incluye varios compuestos de estaño con azufre. Este es el segundo grupo industrialmente importante de formas minerales de estaño. El más importante de ellos es el estannino , el segundo mineral más importante. Además, se observan frankeita Pb 5 Sn 3 Sb 2 S 14 , herzenbergita SnS, berndtita SnS 2 , tillita PbSnS 2 y kesterita Cu 2 ZnSnS 4 . También se han identificado compuestos de sulfuro más complejos de estaño con plomo , plata y cobre , que son principalmente de importancia mineralógica. La estrecha relación del estaño con el cobre provoca la presencia frecuente de calcopirita CuFeS 2 en los yacimientos de estaño con la formación de la paragénesis de casiterita-calcopirita.

Stannin

Stannin (del lat. stannum - estaño), piritas de estaño, un mineral de la clase de sulfuros con la fórmula general de la forma Cu 2 FeSnS 4 . Se sigue de la fórmula de la calcopirita reemplazando un átomo de Fe con Sn. Contiene 29,58% Cu, 12,99% Fe, 27,5% Sn y 29,8 S, así como impurezas de Zn, Sb, Cd, Pb y Ag. Mineral generalizado en depósitos de estaño de Rusia. En varios depósitos en Rusia (Primorye, Yakutia) y Asia Central (Tayikistán), es un elemento esencial de los minerales de sulfuro y, a menudo, junto con la varlamovita , constituye del 10 al 40% del estaño total. A menudo forma diseminación en esfalerita ZnS, calcopirita. En muchos casos se observan fenómenos de decaimiento de estanita con liberación de casiterita.

Forma coloidal

Los compuestos coloidales y estaño-silíceos juegan un papel importante en la geoquímica del estaño, aunque no se ha estudiado en detalle. Los compuestos colomórficos y los productos de sus transformaciones cristalinas en variedades criptocristalinas juegan un lugar importante en la geología del elemento. La casiterita colomorfa se considera como una forma de expresión de soluciones viscosas tipo gel.

Estudios independientes han revelado una solubilidad anormalmente alta de SnO 2 en soluciones de cloro-silicio. La solubilidad máxima se logra en una proporción de . ${\frac {{\mathsf {SnO}}_{2}}{{\mathsf {SiO}}_{2}}}=1{,}5$

El análisis de las propiedades del compuesto Sn (OH) 4 y su proximidad al compuesto Si (OH) 4 revela su capacidad de polimerizar con la formación de H 2 Sn k O 2 k +1 , Sn k O 2 k −1 ( OH) 2 compuestos . En ambos casos es posible la sustitución del grupo (OH) por aniones F y Cl.

Así, la polimerización de moléculas de Sn(OH) 4 y su combinación con moléculas de Si(OH) 4 conduce a la formación de un gel (coloidal) y la aparición de cadenas H m Sn 2 n Si n O p , con m ≤ 8 [27] , o H s [SiO 2 n (SnO m ) d ] (Nekrasov I. Ya. et al., 1973).

Los datos disponibles sugieren que la forma coloidal es un intermediario natural en la precipitación de estaño de soluciones hidrotermales.

Formas de encontrar estaño en fase líquida

La parte menos estudiada de la geoquímica del estaño, aunque se han encontrado casiteritas en inclusiones gas-líquido en forma de minerales prisioneros (Kokorin A. M. et al., 1975). No existen trabajos sobre el análisis de soluciones naturales específicas que contengan estaño. Básicamente, toda la información se basa en los resultados de estudios experimentales, que hablan solo sobre las formas probables de estaño en soluciones. El académico V. L. Barsukov [21] juega un papel importante en el desarrollo de la metodología para estos estudios .

Todo el conjunto de formas establecidas experimentalmente para encontrar estaño en soluciones se divide en grupos:

compuestos iónicos . Estos compuestos y sus estructuras se describen en términos de valencia clásica y conceptos estereoquímicos. Se distinguen subgrupos:
1. Los iones simples Sn + 2 y Sn + 4 se encuentran principalmente en fundidos magmáticos, así como en soluciones hidrotermales con valores de pH bajos. Sin embargo, en los sistemas hidrotermales existentes, reflejados por la composición de las inclusiones gas-líquido, tales condiciones no se han establecido.
2. Haluros - SnF 2 , SnF 4 0 , SnCl 4 0 . Se cree que el papel del cloro en el transporte y depósito de estaño y metales relacionados es más importante que el papel del flúor.
3. Compuestos de hidroxilo . En condiciones alcalinas, los compuestos iniciales son H 2 SnO 2 , H 2 SnO 4 , H 2 SnO 3 . Estas formas a menudo se establecen sobre la base de formas minerales conocidas. Algunas de estas formas tienen orígenes tanto artificiales (CaSnO 3 , Ca 2 SnO 4 ) como naturales (FeSnO 2 , Fe 2 SnO 4 ). En ambientes ácidos, estos compuestos se comportan como bases débiles como Sn(OH) 2 , Sn(OH) 4 . Se cree que una de las formas de manifestación de tales compuestos es la varlamovita . De acuerdo con datos experimentales, Sn(OH) 4 se deposita solo a T < 280 °C en condiciones ligeramente ácidas o neutras a pH = 7–9 . Los compuestos Sn(OH) 4 y Sn(OH) 3 + son estables a pH = 7-9, mientras que Sn(OH) 2 +2 y Sn(OH) +2 son estables a pH < 7 . Muy a menudo, los grupos (OH) -1 se reemplazan por F y Cl, creando modificaciones de hidrocompuestos de estaño sustituidos con halógeno. En general, estas formas están representadas por los compuestos Sn (OH) 4- k F k o Sn (OH) 4- k F k-n Cl n . En general, el compuesto Sn(OH) 3 F es estable a T = +25 ... +50 °C , y Sn(OH) 2 F 2 - a T = 200 °C .
4. compuestos de sulfuro . Según datos experimentales, la solución contiene compuestos SnS 4–4 o SnS 3–2 a pH > 9 ; SnS 2 O – 2 ( pH = 8–9 ) y Sn(SH) 4 ( pH = 6 ). Se menciona la existencia de un compuesto del tipo Na 2 SnS 3 , que es inestable en medio ácido.
Se han estudiado compuestos complejos de estaño disolviendo casiterita en medios fluorados. Estos compuestos son altamente solubles. Las mismas propiedades poseen los compuestos obtenidos en soluciones de cloruro. Las principales formas de compuestos complejos conocidos a partir de experimentos incluyen Na 2 [Sn(OH) 6 ], Na 2 [SnF 6 ], Na 2 [Sn(OH) 2 F 4 ], etc. Los experimentos han demostrado que el complejo Sn (OH ) 4 F 2 −2 dominará a T = 200 °C .
Compuestos coloidales y de estaño-silicio . Su existencia se evidencia por la presencia de segregaciones colomórficas de casiterita en muchos depósitos.

Tipos industriales de yacimientos de estaño

Las características geoquímicas del estaño descritas anteriormente se reflejan indirectamente en la clasificación formacional de los depósitos de estaño propuesta por E. A. Radkevich con adiciones posteriores.

A. Formación de granito con estaño . La casiterita se encuentra en la parte accesoria de los granitos. B. Formación de granitos de metales raros . Se trata de granitos del tipo litionita-amazonita-albita (apogranitos según A. A. Beus). Casiterita en la parte accesoria junto con columbita-tatnatlita, microlita y otras. C. Formación de pegmatitas que contienen estaño . La mineralización de estaño es típica para los tipos Be-Li-, Be-Ta-, F-Li-. D. Formación de feldespato-cuarzo-casiterita . Seleccionado IV. F. Grigoriev. Se trata de vetas de cuarzo-feldespato con casiterita y otros minerales. D. Formación de cuarzo-casiterita . Distribuido en el noreste de Rusia. Estas son zonas de vetas, greisens con cuarzo, moscovita, wolframita, casiterita y otras. E. Formación de casiterita-silicato-sulfuro con tipos de turmalina y clorita. Una de las principales formaciones productivas de la Primorie de Rusia. G. Formación de sulfuro de casiterita . También la principal formación estanífera. Distingue los principales tipos: 1) mineralización de estaño-tungsteno de stockwork; 2) yacimientos del tipo quar-casiterita-arsenopirita; 3) vetas productivas de cuarzo del tipo sulfuro-casiterita-clorita. H. Formación de skarn de estaño . I. Formación de estaño leñoso (formación de riolita). K. Formación de rocas básicas y ultrabásicas (según I. Ya. Nekrasov) [27] . L. Formación de rocas alcalinas de Ucrania (según V. S. Metallidi, 1988).

Producción

Durante el proceso de producción, la roca con contenido de mineral ( casiterita ) se tritura a un tamaño de partícula promedio de ~10 mm en molinos industriales, después de lo cual la casiterita, debido a su densidad y masa relativamente altas, se separa de la roca estéril por la vibración-gravedad. Método de mesas concentradoras. Además, se utiliza el método de flotación para el enriquecimiento/purificación del mineral. Por lo tanto, es posible aumentar el contenido de estaño en el mineral hasta un 40-70%. A continuación, el concentrado se tuesta en oxígeno para eliminar las impurezas de azufre y arsénico. El concentrado de mineral de estaño resultante se funde en hornos. En el proceso de fundición, se restaura a un estado libre utilizando carbón vegetal en la restauración, cuyas capas se apilan alternativamente con las capas de mineral o aluminio (zinc) en hornos eléctricos : El estaño de alta pureza de pureza semiconductora se prepara mediante refinado electroquímico o fusión por zonas [28] . En julio de 2021, el precio del estaño se disparó a casi $34.000/tonelada [29] ${\displaystyle {\mathsf {SnO_{2}+C=Sn+CO_{2))))$

Aplicación

El estaño se usa principalmente como un recubrimiento seguro, no tóxico y resistente a la corrosión en su forma pura o en aleaciones con otros metales. Los principales usos industriales del estaño se encuentran en la hojalata (hierro estañado) para el envasado de alimentos, soldaduras para electrónica , plomería doméstica, aleaciones para rodamientos y revestimientos de estaño y sus aleaciones. La aleación más importante de estaño es el bronce (con cobre). Otra aleación muy conocida, el peltre , se utiliza para fabricar vajillas. Para estos fines, se consume alrededor del 33% de todo el estaño extraído. Hasta el 60% del estaño producido se utiliza en forma de aleaciones con cobre, cobre y zinc, cobre y antimonio (aleación para rodamientos o babbit ), con zinc (pluma de embalaje) y en forma de estaño-plomo y estaño- soldaduras de zinc. Recientemente, ha habido un resurgimiento del interés en el uso del metal, ya que es el más “ambientalmente amigable” entre los metales pesados no ferrosos. Se utiliza para crear cables superconductores a base de compuesto intermetálico Nb 3 Sn .
El disulfuro de estaño SnS 2 se usa en la composición de pinturas que imitan el dorado ("potal").
Los isómeros nucleares radiactivos artificiales de estaño 117m Sn y 119m Sn son fuentes de radiación gamma , son isótopos de Mössbauer y se utilizan en espectroscopia de resonancia gamma .
Los compuestos intermetálicos de estaño y circonio tienen puntos de fusión altos (hasta 2000 °C) y resistencia a la oxidación cuando se calientan en el aire y tienen varias aplicaciones.
El estaño es el componente de aleación más importante en la producción de aleaciones estructurales de titanio .
El dióxido de estaño es un material abrasivo muy eficaz que se utiliza en el "acabado" de la superficie del vidrio óptico .
Una mezcla de sales de estaño -“ composición amarilla ”- se utilizaba anteriormente como tinte para lana .
El estaño también se utiliza en fuentes de corriente química como material de ánodo , por ejemplo: elemento manganeso-estaño, elemento óxido-mercurio-estaño.
Se están estudiando capas de estaño bidimensionales aisladas ( stanen ) creadas por analogía con el grafeno [30] [31] .

Acción fisiológica

Casi nada se sabe sobre el papel del estaño en los organismos vivos. La ingesta diaria de estaño con alimentos es de 0,2 a 3,5 mg , con el consumo regular de alimentos enlatados, hasta 38 mg . El cuerpo humano contiene aproximadamente (1-2) 10-4 % de estaño, la mayor concentración se observa en el intestino. [32]

El estaño metálico no es tóxico, lo que permite su uso en la industria alimentaria. El estaño representa un peligro para los humanos en forma de vapores, diversas partículas de aerosol y polvo. Cuando se expone a vapores o polvo de estaño, se puede desarrollar estanosis : daño a los pulmones. La sustancia gaseosa stannan (hidrógeno estaño) es el veneno más fuerte, además, se enciende espontáneamente al contacto con el aire. También son muy tóxicos algunos compuestos organoestánnicos como el tetraetilestaño . La concentración permisible temporal de compuestos de estaño en el aire atmosférico es de 0,05 mg/m 3 , el MPC de estaño en alimentos es de 200 mg/kg , en productos lácteos y jugos - 100 mg/kg . La dosis tóxica de estaño para el ser humano es de 2 g , la intoxicación del organismo comienza cuando el contenido en el organismo es de 250 mg/kg . [32]

Las impurezas nocivas contenidas en el estaño en condiciones normales de almacenamiento y uso, incluso en la fusión a temperaturas de hasta 600 ° C, no se liberan al aire en volúmenes que excedan la concentración máxima permitida (en particular, determinada de acuerdo con GOST 12.1.005 - 76. La exposición prolongada (dentro de 15 a 20 años ) al polvo de estaño tiene un efecto fibrogénico en los pulmones y puede hacer que los trabajadores se enfermen de neumoconiosis [33] .

Galería de imágenes

cubo de estaño
Mineral de estaño
Vaso de hojalata de Gdansk ( Polonia )
Lata recubierta de estaño
Soldadito de plomo en forma después del lanzamiento
Cristal de casiterita zonado en sección delgada ( luz polarizada , ancho de imagen - 3,3 mm)
Cristales de casiterita (oscuro)

Notas

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Enlaces

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Lata en llamas, video

diccionarios y enciclopedias

En catálogos bibliográficos
BNE : XX530512 BNF : 11952265h TIERRA : 4190888-0 J9U : 987007538936405171 LCCN : sh85135484 NDL : 00571788 NKC : ph119284

Sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev

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Metales alcalinos	metales alcalinotérreos	lantánidos	actínidos	metales de transición
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Serie de actividad electroquímica de los metales.
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , Th , Np , U , Hf , Be , Al , Ti , Zr , Yb , Mn , V , Nb , Pa , Cr , Zn , Ga , Fe , Cd , In , Tl , Co , Ni , Te , Mo , Sn , Pb , H 2 , W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au

Compuestos de estaño

Acetato de estaño(II) (Sn(OCOCH 3 ) 2 )
Bromuro de estaño (II) (SnBr 2 )
Bromuro de estaño (IV) (SnBr 4 )
Hexahidroxoestannato de sodio (IV) (Na 2 [Sn (OH) 6 ])
Hexafenilestaño (Sn 2 (C 6 H 5 ) 6 )
Hexacloroestannato de amonio (IV) ((NH 4 ) 2 [SnCl 6 ])
Hexacloroestannato de hidrógeno (IV) (H 2 [SnCl 6 ])
Hexacloroestannato de potasio (IV) (K 2 [SnCl 6 ])
hexaclorostannatos
Hidróxido de estaño(II) (Sn(OH) 2 )
Fosfato de hidrógeno de estaño (Sn(H 2 PO 4 ) 2 )
Diseleniuro de estaño (SnSe 2 )
Difenilestaño (Sn(C 6 H 5 ) 2 )
Dietilestaño (Sn(C 2 H 5 ) 2 )
Yoduro de estaño (II) (SnI 2 )
Yoduro de estaño (IV) (SnI 4 )
Nitrato de estaño(II) (Sn(NO 3 ) 2 )
Nitrato de estaño(IV) (Sn(NO 3 ) 4 )
Oxalato de estaño (II) (SnC 2 O 4 )
Óxido de estaño (II) (SnO)
Óxido de estaño (IV) (SnO 2 )
Ortofosfato de estaño (II) (Sn 3 (PO 4 ) 2 )
Perclorato de estaño(II) (Sn(ClO 4 ) 2 )
Pirofosfato de estaño (II) (Sn 2 P 2 O 7 )
Seleniuro de estaño (SnSe)
Stannan ( SnH 4 )
Stannin (Cu 2 FeSnS 4 )
Sulfato de estaño(II) (SnSO 4 )
Sulfato de estaño(IV) (Sn(SO 4 ) 2 )
Sulfuro de estaño (II) (SnS)
Sulfuro de estaño (IV) (SnS 2 )
Telururo de estaño (SnTe)
Tristannuro de bario (BaSn 3 )
Fluoruro de estaño (II) (SnF 2 )
Fluoruro de estaño (IV) (SnF 4 )
Cloruro de estaño (II) (SnCl 2 )
Cloruro de estaño(IV) (SnCl 4 )
Eicosastannid gentriacontacalcium (Ca 31 Sn 20 )

moneda de metales
Rieles	Aluminio (Al) Hierro (Fe) Oro (Au) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Niobio (Nb) Estaño (Sn) Paladio (Pd) platino (pt) Plata (AG) Plomo (Pb) Tantalio (Ta) Cromo (Cr) Cinc (Zn)
Aleaciones	amonital Bronce al aluminio (CuAl) Bronce (CuSn) ducado de oro Cobre Kolyvan (CuAuAg) Latón (CuZn) Cobre Níquel (CuNi) Melchor (CuNiFeMn) Neusilber, Neusilber (CuZnNi) Acero inoxidable (FeCrNi) Níquel Bronce (CuSnNi) Aleación de níquel-hierro (NiFe) Aleación de níquel-zinc (NiZn) Potín Oro del norte (CuAlZnSn) Acero (Fe) Libra esterlina (AgCu) Tompac (CuZn) Acero cromado (FeCr) Hierro fundido (Fe) Electro, electrón, electrum (AuAg)
Grupos de monedas	Bimetálico billón bronce Cobre planchar Dorado Paladio Platino Plata Zinc Aluminio
Grupos de metales	Grupo de monedas (subgrupo de cobre) metales nobles Grupo Platino
ver también	Papel moneda dinero polimero papel moneda rublos de cuero Sellos-dinero moneda Notgeld monedas de porcelana Símbolos de metales nobles