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Estaño

El estaño es un elemento químico ; su símbolo es Sn ( del latín stannum ) y su número atómico es 50. Es un metal gris metálico, lo suficientemente blando como para cortarlo con ...

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El estaño es un elemento químico ; su símbolo es Sn ( del latín stannum ) y su número atómico es 50. Es un metal gris metálico, lo suficientemente blando como para cortarlo con poca fuerza, [ 13 ] y una barra de estaño se puede doblar con la mano sin mucho esfuerzo. Al doblarse, una barra de estaño emite un sonido, el llamado " grito del estaño ", como resultado del maclado en los cristales de estaño. [ 14 ]

El estaño es un metal de postransición del grupo 14 de la tabla periódica de los elementos. Se obtiene principalmente del mineral casiterita , que contiene óxido de estaño , SnO₂.2. El estaño muestra similitud química con sus dos vecinos del grupo 14,el germanioyel plomo, y tiene dosestados de oxidación: +2 y el ligeramente más estable +4. El estaño es el 49.º elemento másabundanteen la Tierra, constituyendo el 0,00022 % de su corteza, y con 10 isótopos estables, posee el mayor número deisótoposen la tabla periódica, debido a sunúmero mágicode protones.

Presenta dos alótropos principales: a temperatura ambiente, el alótropo estable es el β-estaño, un metal maleable de color blanco plateado ; a bajas temperaturas, es el α-estaño, un metal gris menos denso con estructura cúbica de diamante . El estaño metálico no se oxida fácilmente en el aire ni en el agua.

La primera aleación de estaño utilizada a gran escala fue el bronce , compuesto por 1/8 de  estaño y 7/8 de cobre (12,5 % y 87,5 % respectivamente), desde el año 3000 a . C. Después del año 600 a. C., se produjo estaño metálico puro. El peltre , una aleación de 85-90 % de estaño, con el resto compuesto comúnmente de cobre , antimonio , bismuto y, a veces, plomo y plata, se ha utilizado para cubiertos desde la Edad del Bronce . En la actualidad, el estaño se utiliza en muchas aleaciones, sobre todo en soldaduras blandas de estaño-plomo , que suelen contener un 60 % o más de estaño, y en la fabricación de películas transparentes y conductoras de óxido de indio y estaño para aplicaciones optoelectrónicas . Otra aplicación importante es el estañado de acero resistente a la corrosión . Debido a la baja toxicidad del estaño inorgánico, el acero estañado se utiliza ampliamente para el envasado de alimentos en latas . Algunos compuestos organoestánnicos pueden ser extremadamente tóxicos.   

Características

Físico

Gota solidificada de estaño fundido

El estaño es un metal blanco plateado , blando, maleable , dúctil y altamente cristalino . Cuando se dobla una barra de estaño, se puede oír un crujido conocido como el " grito del estaño " debido al maclado de los cristales. [ 14 ] Esta característica la comparten el indio , el cadmio , el zinc y el mercurio en estado sólido. El estaño se funde a unos 232 °C (450 °F) , el punto más bajo del grupo 14, y hierve a 2602 °C (4716 °F) , el segundo punto más bajo (por delante del plomo ) de su grupo. El punto de fusión se reduce aún más a 177,3 °C (351,1 °F) para partículas de 11 nm. [ 15 ] [ 16 ]        

El β-estaño, también llamado estaño blanco , es el alótropo (forma estructural) del estaño elemental que es estable a temperatura ambiente y por encima de ella. Es metálico y maleable, y tiene una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo . El α-estaño, o estaño gris , es la forma no metálica. Es estable por debajo de 13,2 °C (55,8 °F) y es quebradizo . El α-estaño tiene una estructura cristalina cúbica de diamante , al igual que el diamante y el silicio . El α-estaño no tiene propiedades metálicas porque sus átomos forman una estructura covalente en la que los electrones no pueden moverse libremente. El α-estaño es un material pulverulento de color gris opaco sin usos comunes más allá de aplicaciones especializadas en semiconductores . [ 14 ] El γ-estaño y el σ-estaño existen a temperaturas superiores a 161 °C (322 °F) y presiones superiores a varios GPa . [ 17 ]     

En condiciones de frío, el β-estaño tiende a transformarse espontáneamente en α-estaño, un fenómeno conocido como " plaga de estaño " o "enfermedad del estaño". [ 18 ] Algunas fuentes no verificables también afirman que, durante la campaña rusa de Napoleón de 1812, las temperaturas bajaron tanto que los botones de estaño de los uniformes de los soldados se desintegraron con el tiempo, contribuyendo a la derrota de la Grande Armée , [ 19 ] una leyenda persistente. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

La temperatura de transformación α-β es de 13,2 °C (55,8 °F) , pero las impurezas (por ejemplo, Al, Zn, etc.) la reducen considerablemente por debajo de 0 °C (32 °F) . Con la adición de antimonio o bismuto , la transformación podría no producirse en absoluto, aumentando así la durabilidad. [ 23 ] Los grados comerciales de estaño (con un contenido de estaño del 99,8 %) resisten la transformación debido al efecto inhibidor de pequeñas cantidades de bismuto, antimonio, plomo y plata presentes como impurezas. [ 24 ]    

Los elementos de aleación como el cobre , el antimonio , el bismuto , el cadmio y la plata aumentan la dureza del estaño. [ 24 ] El estaño forma fácilmente fases intermetálicas duras y quebradizas que suelen ser indeseables. No se disuelve con la mayoría de los metales y elementos, por lo que no tiene mucha solubilidad en estado sólido. El estaño se mezcla bien con el bismuto , el galio , el plomo , el talio y el zinc , formando sistemas eutécticos simples . [ 23 ]

El estaño se convierte en superconductor por debajo de 3,72 K [ 25 ] y fue uno de los primeros superconductores estudiados. [ 26 ] El efecto Meissner , una de las características de los superconductores, se descubrió por primera vez en cristales de estaño superconductores. [ 26 ] 

Químico

El estaño resiste la corrosión del agua , pero puede corroerse con ácidos y álcalis . El estaño se puede pulir hasta obtener un alto brillo y se utiliza como recubrimiento protector para otros metales. [ 14 ] Al calentarse en el aire, se oxida lentamente formando una fina capa de pasivación de óxido de estaño ( SnO 2 ) que inhibe una mayor oxidación. [ 27 ] [ 28 ]

isótopos

El estaño tiene entre siete y diez isótopos estables , el mayor número de cualquier elemento. Sus números másicos son 112, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 122 y 124. Siete, 114-120 Sn, son teóricamente estables, mientras que los tres restantes, 112 Sn, 122 Sn y 124 Sn, son potencialmente radiactivos a la desintegración beta doble , pero no se ha observado su desintegración . El estaño-120 constituye casi un tercio de todo el estaño. El estaño-118 y el estaño-116 también son comunes. El estaño-115 es el isótopo estable menos común. [ 29 ] Los isótopos con números másicos pares no tienen espín nuclear , mientras que aquellos con números másicos impares tienen un espín nuclear de 1/2. Se cree que el estaño tiene una gran multitud de isótopos estables debido a que su número atómico es 50, que es un " número mágico " en física nuclear. [ 30 ] [ 31 ]

El estaño es uno de los elementos más fáciles de detectar y analizar mediante espectroscopia de RMN , que se basa en el peso molecular y sus desplazamientos químicos se referencian con respecto al tetrametilestaño ( SnMe4 ). [ b ] [ 32 ]

De los isótopos estables, el estaño-115 tiene una alta sección transversal de captura de neutrones para neutrones térmicos , de 30 barns . El estaño-117 tiene una sección transversal de 2,3 barns, un orden de magnitud menor, mientras que el estaño-119 tiene una sección transversal ligeramente menor de 2,2 barns. [ 33 ] Antes de que estas secciones transversales fueran bien conocidas, se propuso usar soldadura de estaño-plomo como refrigerante para reactores rápidos debido a su bajo punto de fusión. Los estudios actuales se centran en refrigerantes de reactores de plomo o plomo-bismuto porque ambos metales pesados ​​son casi transparentes a los neutrones rápidos, con secciones transversales de captura muy bajas. [ 34 ] Para usar un refrigerante de estaño o estaño-plomo, el estaño primero tendría que pasar por una separación isotópica para eliminar los isótopos con número de masa impar . Combinados, estos tres isótopos constituyen aproximadamente el 17% del estaño natural, pero representan casi toda la sección transversal de captura. De los siete isótopos restantes, el estaño-112 tiene una sección transversal de captura de 1 barn. Los otros seis isótopos que forman el 82,7 % del estaño natural tienen secciones transversales de captura de 0,3 barns o menos, lo que los hace prácticamente transparentes a los neutrones. [ 33 ]

El estaño tiene 33 isótopos inestables, con números másicos que van desde 98 hasta 140. Los isótopos inestables del estaño tienen vidas medias inferiores a un año, excepto el estaño-126 , que tiene una vida media de aproximadamente 230 000 años. El estaño-100 y el estaño-132 son dos de los pocos nucleidos con un núcleo " doblemente mágico "; aunque son inestables, al estar lejos del valle de estabilidad en la relación neutrón-protón, los isótopos de estaño más ligeros que el estaño-100 y más pesados ​​que el estaño-132 son aún menos estables. [ 35 ] Se han identificado otros 55 isómeros metaestables para los isótopos de estaño entre 111 y 131, siendo el más estable el estaño-121m, con una vida media de 43,9 años. [ 36 ]

Etimología

La palabra estaño se comparte entre las lenguas germánicas y se remonta al protogermánico reconstruido * tin-om ; sus cognados incluyen el alemán Zinn , el sueco tenn y el neerlandés tin . No se encuentra en otras ramas del indoeuropeo , excepto por préstamos del germánico (por ejemplo, el irlandés tinne del inglés). [ 37 ] [ 38 ]

El nombre latino para el estaño, stannum o stagnum , originalmente significaba una aleación de plata y plomo, y pasó a significar 'estaño' en el siglo IV [ 39 ] —la palabra latina anterior para ello era plumbum candidum , o "plomo blanco". Stannum aparentemente proviene de un stāgnum anterior (que significa la misma sustancia), [ 37 ] el origen de los términos romances y celtas para el estaño , como el francés étain , el español estaño , el italiano stagno y el irlandés stán . [ 37 ] [ 40 ] El origen de stannum / stāgnum es desconocido; puede ser preindoeuropeo . [ 41 ]

El Meyers Konversations-Lexikon sugiere, en cambio, que stannum proviene del término córnico stean , y es evidencia de que Cornualles en los primeros siglos d.C. fue la principal fuente de estaño.

La palabra griega antigua era κασσίτερος ( kassíteros ). [ 42 ] Beekes sugiere que el nombre podría ser un gentilicio para el pueblo casita de la Edad del Bronce (neoasirio 𒂵𒅆𒄿 ; ka₃-ši-i , kašši) del Antiguo Cercano Oriente . [ 43 ]

Historia

Puñal ceremonial de bronce gigante del tipo Plougrescant-Ommerschans, Plougrescant, Francia, 1500-1300 a.C.

La extracción y el uso del estaño se remontan a los inicios de la Edad del Bronce, alrededor del 3000  a. C., cuando se observó que los objetos de cobre formados por menas polimetálicas con diferentes contenidos de metal presentaban distintas propiedades físicas. [ 44 ] Los primeros objetos de bronce tenían un contenido de estaño o arsénico inferior al 2 % y se cree que son el resultado de una aleación involuntaria debido al contenido de metales traza en el mineral de cobre. [ 45 ] La adición de un segundo metal al cobre aumenta su dureza, reduce la temperatura de fusión y mejora el proceso de fundición al producir una masa fundida más fluida que se enfría formando un metal más denso y menos esponjoso. [ 45 ] Esta fue una innovación importante que permitió la creación de formas mucho más complejas fundidas en moldes cerrados durante la Edad del Bronce. Los objetos de bronce arsenical aparecen por primera vez en el Cercano Oriente, donde el arsénico se encuentra comúnmente con el mineral de cobre, pero los riesgos para la salud se comprendieron rápidamente y la búsqueda de fuentes de minerales de estaño, mucho menos peligrosos, comenzó a principios de la Edad del Bronce. [ 46 ] Esto creó la demanda de estaño, un metal raro, y formó una red comercial que conectaba las fuentes distantes de estaño con los mercados de las culturas de la Edad del Bronce. [ 47 ]

Casiterita ( SnO2 ), la forma de óxido del estaño, fue probablemente la fuente original del estaño. Otros minerales de estaño sonsulfuroscomola estanita, que requieren unde fundición. La casiterita a menudo se acumula encanalesaluvialesdepósitos de placerporque es más dura, más pesada y más resistente químicamente que elgranito. [ 45 ] La casiterita suele ser de color negro u oscuro, y estos depósitos se pueden ver fácilmente en lasriberas de los ríos. Los depósitos aluviales (de placer) pueden haber sido recolectados y separados incidentalmente mediante métodos similares allavado de oro. [ 48 ]

El estaño reemplazó a la plata como principal producto de exportación de Bolivia a principios del siglo XX, ya que se utilizaba en la soldadura debido a la gran expansión de la industria conservera . [ 49 ] A partir de finales de la década de 1920, los precios del estaño iniciaron una larga tendencia de descenso gradual. [ 49 ] Durante la Segunda Guerra Mundial, se creía que el magnate boliviano de la minería del estaño, Simón Iturri Patiño, era uno de los cinco hombres más ricos del mundo. [ 50 ]

Más tarde, en 1985, el desplome de los precios internacionales del estaño provocó la crisis económica boliviana de 1985. [ 49 ] La empresa boliviana Corporación Minera de Bolivia (COMIBOL) se vio obligada a despedir a más de 20.000 mineros. [ 51 ] [ 52 ]

Compuestos y química

En la gran mayoría de sus compuestos, el estaño tiene el estado de oxidación II o IV. Los compuestos que contienen estaño bivalente se denominanestannoso, mientras que aquellos que contienentetravalentese denominanestannico .

compuestos inorgánicos

Los compuestos de haluro se conocen para ambos estados de oxidación. Para el Sn(IV), los cuatro haluros son bien conocidos: SnF₄ , SnCl₄ , SnBr₄ y SnI₄ . Los tres miembros más pesados ​​son compuestos moleculares volátiles, mientras que el tetrafluoruro es polimérico. Los cuatro haluros también se conocen para el Sn(II) : SnF₂ , SnCl₄2 ,SnBr₂ySnI₂Todosson sólidos poliméricos. De estos ocho compuestos, solo los yoduros son coloreados . [ 53]

El cloruro de estaño(II) (también conocido como cloruro estanoso) es el haluro de estaño comercial más importante. Para ilustrar las rutas de formación de estos compuestos, el cloro reacciona con el estaño metálico para dar SnCl₄ , mientras que la reacción del ácido clorhídrico con el estaño produce SnCl₄.2 y gas hidrógeno. Alternativamente, SnCl4y Sn se combinan para formar cloruro estanoso mediante un proceso llamadocomproprocionación: [ 54 ]

SnCl₄ + Sn → 2 SnCl2

El estaño puede formar muchos óxidos, sulfuros y otros derivados de calcogenuros . El dióxido SnO2 (casiterita) se forma cuando el estaño se calienta en presencia deaire. [ 53 ] SnO2 esanfótero, lo que significa que se disuelve tanto en soluciones ácidas como básicas. [ 55 ] Estannatos con la estructura [Sn(OH)6 ]2−, comoK2 [Sn(OH)6 ], también se conocen, aunque el ácido estannico libreH2 [Sn(OH)6 ] es desconocido.

Los sulfuros de estaño existen en los estados de oxidación +2 y +4: sulfuro de estaño(II) y sulfuro de estaño(IV) ( oro mosaico ).

Modelos de bolas y varillas de la estructura del cloruro estanoso sólido ( SnCl2 ) [ 56 ]

hidruros

Estanano ( SnH4 ), con el estaño en estado de oxidación +4, es inestable. Sin embargo, los hidruros de organoestaño son bien conocidos, por ejemplo,el hidruro de tributilestaño(Sn(C4H9)3H). [ 14 ] Estos compuestos liberande tributilestaño, que son ejemplos raros de compuestos de estaño(III). [ 57 ]

compuestos de organoestaño

Los compuestos organoestánnicos , a veces llamados estananos, son compuestos químicos con enlaces estaño-carbono. [ 58 ] De los compuestos de estaño, los derivados orgánicos son los más útiles comercialmente. [ 59 ] Algunos compuestos organoestánnicos son altamente tóxicos y se han utilizado como biocidas . El primer compuesto organoestánnico del que se informó fue el diyoduro de dietilestaño ((C 2 H 5 ) 2 SnI 2 ), informado por Edward Frankland en 1849. [ 60 ]

La mayoría de los compuestos organoestánnicos son líquidos o sólidos incoloros, estables al aire y al agua. Adoptan una geometría tetraédrica. Los compuestos tetraalquil- y tetraarilestaño se pueden preparar utilizando reactivos de Grignard : [ 59 ]

SnCl4 + 4 RMgBr →R4 Sn+ 4 MgBrCl

Los haluro-alquilos mixtos, que son más comunes y comercialmente más importantes que los derivados tetraorgano, se preparan mediante reacciones de redistribución :

SnCl4 +R4 Sn→ 2SnCl2 R2

Los compuestos organoestánnicos divalentes son poco comunes, aunque más comunes que los compuestos organogermanio y organosilicio divalentes relacionados . La mayor estabilización que presenta el Sn(II) se atribuye al " efecto del par inerte ". Los compuestos organoestánnicos(II) incluyen tanto estanilenos (fórmula: R₂Sn , como se observa en los carbenos singlete) como distanilenos ( R₄Sn₂ ) , que son aproximadamente equivalentes a los alquenos . Ambas clases presentan reacciones inusuales. [ 61 ]

Aparición

Muestra de casiterita, el principal mineral de estaño.

El estaño se genera a través del proceso s largo en estrellas de masa baja a media (con masas de 0,6 a 10 veces la del Sol ), y finalmente por desintegración beta de los isótopos pesados ​​del indio . [ 62 ]

El estaño es el 49.º elemento más abundante en la corteza terrestre , representando 2 ppm en comparación con 75 ppm para el zinc, 50 ppm para el cobre y 14 ppm para el plomo. [ 63 ]    

El estaño no se presenta como elemento nativo, sino que debe extraerse de diversos minerales. Casiterita ( SnO2 ) es la única fuente comercialmente importante de estaño, aunque se recuperan pequeñas cantidades de estaño desulfuroscomoestanita,cilindrita,franckeíta,canfielditayteallita. Los minerales con estaño casi siempre están asociados congranítica, generalmente con un contenido de óxido de estaño del 1 %. [ 64 ]

Debido a la mayor densidad del dióxido de estaño, aproximadamente el 80 % del estaño extraído proviene de depósitos secundarios ubicados aguas abajo de los filones primarios. El estaño se recupera a menudo de gránulos arrastrados por la corriente y depositados en valles o en el mar. Los métodos más económicos para extraer estaño son el dragado , la minería hidráulica o las minas a cielo abierto . La mayor parte del estaño mundial se produce a partir de depósitos aluviales , que pueden contener tan solo un 0,015 % de estaño. [ 65 ]

Aproximadamente 253.000 toneladas de estaño fueron extraídas en 2011, principalmente en China (110.000  t), Indonesia (51.000  t), Perú (34.600  t), Bolivia (20.700  t) y Brasil (12.000  t). [ 66 ] Las estimaciones de la producción de estaño han variado históricamente según el mercado y la tecnología minera. Se estima que, a las tasas de consumo y tecnologías actuales, la Tierra se quedará sin estaño extraíble en 40 años. [ 67 ] En 2006, Lester Brown sugirió que el estaño podría agotarse en 20 años basándose en estimaciones conservadoras de un crecimiento anual del 2%. [ 68 ]

El estaño de desecho es una fuente importante de este metal. La recuperación de estaño mediante el reciclaje está aumentando rápidamente desde 2019. [ 69 ] Si bien Estados Unidos no ha extraído (desde 1993) ni fundido (desde 1989) estaño, fue el mayor productor secundario, reciclando casi 14 000 toneladas en 2006. [ 66 ]

Se han reportado nuevos depósitos en Mongolia , [ 70 ] y en 2009 se descubrieron nuevos depósitos de estaño en Colombia. [ 71 ]

Producción

El estaño se produce mediante la reducción carbotérmica del mineral de óxido con carbono o coque. Se pueden utilizar tanto hornos de reverbero como hornos eléctricos : [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]

Horno de arco de SnO 2 + C → Sn + CO 2 ↑

Minería y fundición

Industria

Las diez mayores empresas productoras de estaño produjeron la mayor parte del estaño mundial en 2007.

La mayor parte del estaño del mundo se comercializa en la LME, procedente de 8 países y bajo 17 marcas. [ 77 ]

El Consejo Internacional del Estaño se estableció en 1947 para controlar el precio del estaño. Se disolvió en 1985. En 1984, se creó la Asociación de Países Productores de Estaño, de la que Australia, Bolivia, Indonesia, Malasia, Nigeria, Tailandia y Zaire son miembros. [ 78 ]

Precios y cambios

Producción mundial y precio (en dólares estadounidenses) del estaño

El estaño es único entre las materias primas minerales debido a los complejos acuerdos entre países productores y consumidores que datan de 1921. Los acuerdos anteriores tendían a ser informales y dieron lugar al "Primer Acuerdo Internacional del Estaño" en 1956, el primero de una serie que colapsó en 1985. Mediante estos acuerdos, el Consejo Internacional del Estaño (CIE) tuvo una influencia considerable en los precios del estaño. El CIE apoyó el precio del estaño durante los períodos de precios bajos comprando estaño para su reserva estratégica y pudo contener el precio durante los períodos de precios altos vendiendo desde dicha reserva. Este enfoque era contrario al libre mercado, diseñado para asegurar un flujo suficiente de estaño a los países consumidores y una ganancia para los países productores. Sin embargo, la reserva estratégica no era lo suficientemente grande y, durante la mayor parte de esos 29 años, los precios del estaño aumentaron, a veces bruscamente, especialmente entre 1973 y 1980, cuando la inflación galopante azotó a muchas economías mundiales. [ 79 ]

Durante finales de la década de 1970 y principios de la de 1980, Estados Unidos redujo sus reservas estratégicas de estaño, en parte para aprovechar los precios históricamente altos del metal. La recesión de 1981-82 perjudicó a la industria del estaño. El consumo de estaño disminuyó drásticamente. ITC pudo evitar caídas realmente pronunciadas mediante la compra acelerada de reservas para su contingencia; esta actividad requirió un endeudamiento considerable. ITC continuó endeudándose hasta finales de 1985, cuando alcanzó su límite de crédito. Inmediatamente, se produjo una importante "crisis del estaño": el estaño fue excluido de la bolsa de metales de Londres durante aproximadamente tres años. ITC se disolvió poco después, y el precio del estaño, ahora en un entorno de libre mercado, cayó a 4 dólares por libra y se mantuvo en torno a ese nivel durante la década de 1990. [ 79 ] El precio volvió a subir en 2010 con un repunte del consumo tras la crisis financiera de 2008 y la Gran Recesión , acompañado de la reposición de existencias y el continuo crecimiento del consumo. [ 66 ]

Precios del estaño desde 2008 hasta 2022

La Bolsa de Metales de Londres (LME) es el principal lugar de negociación del estaño. [ 66 ] Otros mercados de contratos de estaño son el Mercado de Estaño de Kuala Lumpur (KLTM) y la Bolsa de Estaño de Indonesia (INATIN). [ 80 ]

Debido a factores relacionados con la crisis de la cadena de suministro mundial de 2021 , los precios del estaño casi se duplicaron durante 2020-2021 y registraron su mayor aumento anual en más de 30 años. El consumo mundial de estaño refinado disminuyó un 1,6 por ciento en 2020, ya que la pandemia de COVID-19 perturbó las industrias manufactureras mundiales. [ 81 ]

Aplicaciones

Consumo mundial de estaño refinado por uso final, 2006

En 2018, poco menos de la mitad de todo el estaño producido se utilizó en soldadura. El resto se repartió entre el estañado, productos químicos de estaño, aleaciones de latón y bronce, y usos especializados. [ 82 ]

Pigmentos

El pigmento amarillo 38, sulfuro de estaño(IV) , se conoce como oro mosaico . [ 83 ]

El púrpura de Casio , pigmento rojo 109, un estannato doble de oro hidratado , se limitaba principalmente, en términos pictóricos, a las miniaturas debido a su elevado coste. Se utilizaba ampliamente para fabricar vidrio de arándano . También se ha utilizado en las artes para teñir porcelana . [ 84 ]

El amarillo de plomo y estaño (que se presenta en dos formas amarillas: estannato y silicato ) fue un pigmento históricamente muy importante para la pintura al óleo y que, en su forma de silicato, también se utilizó en fresco . [ 85 ] El estannato de plomo también se conoce en forma naranja, pero no se ha utilizado ampliamente en las bellas artes. Se puede adquirir como pigmento en proveedores especializados para artistas. Existe otra forma menor, en cuanto a uso artístico y disponibilidad, del amarillo de plomo y estaño conocida como amarillo de antimonio y plomo, también llamado amarillo de Nápoles . [ 86 ]

El azul cerúleo , un cian algo apagado conocido químicamente como estannato de cobalto , sigue siendo un pigmento importante para los artistas. Su tonalidad es similar a la del azul manganeso , Pigmento Azul 33, aunque carece de la viveza de este último y es más opaco. [ 87 ] Los artistas suelen tener que elegir entre el estannato de cobalto y las imitaciones de azul manganeso hechas con azul verdoso de ftalocianina (Pigmento Azul 15:3), ya que la producción industrial de pigmento azul manganeso cesó en la década de 1970. [ 88 ] Sin embargo, el azul cerúleo hecho con estannato de cobalto era popular entre los artistas antes de la producción del azul manganeso. [ 89 ] [ 90 ]

El pigmento rojo 233, comúnmente conocido como Pinkcolor o rosa de alfarero y más precisamente como esfena rosa de cromo y estaño, es un pigmento históricamente importante en acuarela . [ 91 ] Sin embargo, ha experimentado un gran resurgimiento en popularidad debido al boca a boca en Internet . Es totalmente resistente a la luz y químicamente estable tanto en pinturas al óleo como en acuarelas. Otros pigmentos inorgánicos de complejos metálicos mixtos, producidos mediante calcinación , a menudo contienen estaño como componente. Estos pigmentos son conocidos por su resistencia a la luz , resistencia a la intemperie, estabilidad química, falta de toxicidad y opacidad . Muchos son bastante apagados en términos de colorido. Sin embargo, algunos poseen suficiente colorido para ser competitivos en casos de uso que requieren más que una cantidad moderada de él. Algunos son apreciados por otras cualidades. Por ejemplo, Pinkcolor es elegido por muchos acuarelistas por su fuerte granulación , aunque su croma es bajo. Recientemente, el amarillo NTP (un pirocloro ) se ha comercializado como un sustituto no tóxico del cromato de plomo(II), con mayor opacidad, resistencia a la luz y a la intemperie que los pigmentos orgánicos propuestos para reemplazar el cromato de plomo. [ 92 ] El amarillo NTP posee el mayor nivel de saturación de color entre estos pigmentos inorgánicos de metales mixtos contemporáneos. Otros ejemplos de este grupo incluyen Pigmento Amarillo 158 ( Casiterita Amarillo de Estaño y Vanadio ), [ 93 ] Pigmento Amarillo 216 (Amarillo Solaplex), [ 94 ] Pigmento Amarillo 219 ( Estannato de Antimonio y Zinc de Titanio ), [ 95 ] Pigmento Naranja 82 (Óxido de Zinc y Estaño de Titanio, también conocido como Naranja Sicopal), [ 96 ] Pigmento Rojo 121 (también conocido como Violeta de Estaño y Estannato de Cromo ), [ 97 ] Pigmento Rojo 230 ( Corindón Rosa de Alúmina y Cromo ), [ 98 ] Pigmento Rojo 236 ( Casiterita Orquídea de Estaño y Cromo ), [ 99 ] y Pigmento Negro 23 (Casiterita Gris de Antimonio y Estaño). [ 100 ] Otro pigmento azul con estaño y cobalto es el Pigmento Azul 81, Espinela Azul de Alúmina y Cobalto . [ 101 ]

El pigmento blanco 15, óxido de estaño(IV), se utiliza por su iridiscencia , más comúnmente como esmalte cerámico . [ 102 ] No hay pigmentos verdes que hayan sido utilizados por artistas que tengan estaño como componente y los pigmentos violáceos con estaño se clasifican como rojos, según el Índice Internacional de Color .

Soldar

Una bobina de alambre de soldadura sin plomo

El estaño se ha utilizado durante mucho tiempo en aleaciones con plomo como soldadura , en cantidades del 5 al 70 % p/p. El estaño con plomo forma una mezcla eutéctica con una proporción en peso de 61,9 % de estaño y 38,1 % de plomo (la proporción atómica: 73,9 % de estaño y 26,1 % de plomo), con una temperatura de fusión de 183  °C (361,4  °F). Estas soldaduras se utilizan principalmente para unir tuberías o circuitos eléctricos . Desde que la Directiva de la Unión Europea sobre Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos (Directiva RAEE) y la Directiva sobre Restricción de Sustancias Peligrosas entraron en vigor el 1 de julio de 2006, el contenido de plomo en estas aleaciones ha disminuido. Si bien la exposición al plomo se asocia con graves problemas de salud , la soldadura sin plomo no está exenta de problemas, como un punto de fusión más alto y la formación de filamentos de estaño que causan problemas eléctricos. La peste del estaño puede aparecer en las soldaduras sin plomo, lo que provoca la pérdida de la unión soldada. Se están buscando aleaciones de reemplazo, pero los problemas de integridad de la unión persisten. [ 103 ] Una aleación común sin plomo es 99% estaño, 0,7% cobre y 0,3% plata, con una temperatura de fusión de 217  °C (422,6  °F). [ 104 ]

Recubrimiento de estaño

Metal estañado de una lata

El estaño se adhiere fácilmente al hierro y se utiliza para recubrir plomo , zinc y acero para prevenir la corrosión. Los recipientes de acero estañado se utilizan ampliamente para la conservación de alimentos , y esto constituye una gran parte del mercado del estaño metálico. El primer recipiente de hojalata para conservar alimentos se fabricó en Londres en 1812. [ 105 ] Los hablantes de inglés británico llaman a estos recipientes "tins", mientras que los hablantes de inglés estadounidense los llaman " cans " o "tin cans". Una derivación de este uso es el término coloquial " tinnie " o "tinny", que significa "lata de cerveza" en Australia. El silbato de hojalata se llama así porque se produjo en masa por primera vez en acero estañado. [ 106 ] [ 107 ]

Artesanos trabajando con láminas de estaño

Los utensilios de cocina de cobre, como cacerolas y sartenes, suelen estar recubiertos con una fina capa de estaño, mediante galvanoplastia o métodos químicos tradicionales , ya que el uso de utensilios de cocina de cobre con alimentos ácidos puede ser tóxico. [ 108 ] [ 109 ] El papel de estaño , una fina lámina hecha de estaño, se fabrica desde el período Zhou Oriental de China [ 110 ] y se utiliza de diversas maneras para decorar y envolver objetos. [ 111 ] El término se usa a veces para describir el papel de aluminio , más barato y duradero, que lo sustituyó en gran medida en el siglo XX. [ 112 ]

Aleaciones especializadas

El estaño, en combinación con otros elementos, forma una amplia variedad de aleaciones útiles. El estaño se alea más comúnmente con cobre. El peltre tiene entre un 85 y un 99 % de estaño, [ 113 ] y el metal de rodamiento también tiene un alto porcentaje de estaño. [ 114 ] [ 115 ] El bronce es principalmente cobre con un 12 % de estaño, mientras que la adición de fósforo produce bronce fosforoso . El metal de campana también es una aleación de cobre y estaño, que contiene un 22 % de estaño. El estaño se ha utilizado a veces en la acuñación de monedas; una vez constituyó un porcentaje de un solo dígito (generalmente un cinco por ciento o menos) de los centavos estadounidenses [ 116 ] y canadienses [ 117 ] .

Cable de niobio-estaño procedente del reactor de fusión ITER , que actualmente se encuentra en construcción.

El compuesto de niobio-estaño Nb₃Sn se utiliza comercialmente en bobinas de imanes superconductores debido a su alta temperatura crítica (18  K) y campo magnético crítico (25 T ). Un imán superconductor que pesa tan solo dos kilogramos es capaz de producir el campo magnético de un electroimán convencional que pesa toneladas. [ 118 ] 

Se añade un pequeño porcentaje de estaño a las aleaciones de circonio para el revestimiento del combustible nuclear. [ 119 ]

La mayoría de los tubos metálicos de un órgano de tubos son de aleación de estaño y plomo, siendo la composición 50/50 la más común. La proporción de estaño en el tubo define su timbre, ya que el estaño posee una resonancia tonal deseable. Al enfriarse la aleación de estaño y plomo, la fase de plomo se solidifica primero; luego, al alcanzarse la temperatura eutéctica, el líquido restante forma la estructura eutéctica de estaño y plomo en capas, que es brillante. El contraste con la fase de plomo produce un efecto moteado o salpicado. Esta aleación metálica se conoce como metal salpicado. Entre las principales ventajas de usar estaño para los tubos se incluyen su apariencia, facilidad de procesamiento y resistencia a la corrosión. [ 120 ] [ 121 ]

Fabricación de productos químicos

Los compuestos de estaño se utilizan en la producción de diversos productos químicos, incluidos estabilizadores para PVC y catalizadores para procesos industriales. Los lingotes de estaño proporcionan la materia prima necesaria para estas reacciones químicas, garantizando una calidad y un rendimiento constantes. [ 122 ]

Optoelectrónica

Los óxidos de indio y estaño son conductores eléctricos y transparentes, y se utilizan para fabricar películas conductoras transparentes con aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos como pantallas de cristal líquido . [ 123 ]

Otras aplicaciones

Una reproducción de una linterna de granero del siglo XXI hecha de hojalata perforada.
Una mezquita rural en Tripura , India, con techo de hojalata.

El estaño perforado, también llamado hojalata perforada, es una técnica artesanal originaria de Europa central para la creación de artículos domésticos funcionales y decorativos. Los diseños decorativos perforados presentan una amplia variedad, según la tradición local y la habilidad del artesano. Las linternas de hojalata perforada son la aplicación más común de esta técnica artesanal. La luz de una vela que atraviesa el diseño perforado crea un patrón de luz decorativo en la habitación donde se coloca. Las linternas y otros artículos de hojalata perforada se crearon en el Nuevo Mundo desde los primeros asentamientos europeos. Un ejemplo conocido es la linterna Revere, que recibe su nombre de Paul Revere . [ 124 ]

En Estados Unidos, antes de la llegada de la refrigeración, se utilizaban armarios para guardar pasteles y alimentos. Estos eran armarios de madera de diversos estilos y tamaños, ya fueran de pie o colgantes, diseñados para evitar la entrada de alimañas e insectos y proteger los alimentos perecederos del polvo. Estos armarios tenían inserciones de hojalata en las puertas y, a veces, en los laterales, perforadas por el propietario, el carpintero o un hojalatero con distintos diseños para permitir la circulación del aire y, al mismo tiempo, impedir la entrada de moscas. Las reproducciones modernas de estos artículos siguen siendo populares en Norteamérica. [ 125 ]

El vidrio para ventanas se fabrica generalmente haciendo flotar vidrio fundido sobre estaño fundido ( vidrio flotado ), lo que da como resultado una superficie plana e impecable. Esto también se conoce como el " proceso Pilkington ". [ 126 ]

El estaño se utiliza como electrodo negativo en baterías de iones de litio avanzadas . Su aplicación está algo limitada por el hecho de que algunas superficies de estaño catalizan la descomposición de los electrolitos a base de carbonato utilizados en las baterías de iones de litio. [ 127 ]

El fluoruro de estaño(II) se añade a algunos productos para el cuidado dental [ 128 ] como fluoruro estanoso (SnF₂ ) . El fluoruro de estaño(II) se puede mezclar con abrasivos de calcio , mientras que el fluoruro de sodio, más común, se vuelve gradualmente biológicamente inactivo en presencia de compuestos de calcio. [ 129 ] También se ha demostrado que es más eficaz que el fluoruro de sodio para controlar la gingivitis . [ 130 ]

El estaño se utiliza como objetivo para crear plasmas inducidos por láser que actúan como fuente de luz para la litografía ultravioleta extrema . [ 131 ]

compuestos de organoestaño

Los compuestos organoestánnicos son compuestos organometálicos que contienen enlaces estaño-carbono. La producción industrial mundial de compuestos organoestánnicos probablemente supera las 50 000 toneladas . [ 132 ]

Estabilizadores de PVC

La principal aplicación comercial de los compuestos organoestánnicos reside en la estabilización de plásticos de PVC . En ausencia de estos estabilizadores, el PVC se degradaría rápidamente bajo el calor, la luz y el oxígeno atmosférico, dando lugar a productos quebradizos y descoloridos. El estaño neutraliza los iones cloruro lábiles (Cl⁻ ) , que de otro modo eliminarían el HCl del material plástico. [ 133 ] Los compuestos de estaño típicos son derivados del ácido carboxílico del dicloruro de dibutilestaño, como el dilaurato de dibutilestaño . [ 134 ]

Biocidas

Algunos compuestos organoestánnicos son relativamente tóxicos, con ventajas y problemas. Se utilizan por sus propiedades biocidas como fungicidas , pesticidas , alguicidas , conservantes de madera y agentes antiincrustantes . [ 133 ] El óxido de tributilestaño se utiliza como conservante de madera . [ 135 ] El tributilestaño se utiliza para diversos fines industriales, como el control de lodos en fábricas de papel y la desinfección de aguas de refrigeración industriales circulantes. [ 136 ] El tributilestaño se utilizaba como aditivo para la pintura de barcos para prevenir el crecimiento de organismos incrustantes en los barcos, pero su uso disminuyó después de que los compuestos organoestánnicos se reconocieran como contaminantes orgánicos persistentes con alta toxicidad para algunos organismos marinos (el caracol marino , por ejemplo). [ 137 ] La UE prohibió el uso de compuestos de organoestaño en 2003, [ 138 ] mientras que las preocupaciones sobre la toxicidad de estos compuestos para la vida marina y el daño a la reproducción y el crecimiento de algunas especies marinas [ 133 ] (algunos informes describen efectos biológicos en la vida marina a una concentración de 1 nanogramo por litro) han llevado a una prohibición mundial por parte de la Organización Marítima Internacional . [ 139 ] Muchas naciones ahora restringen el uso de compuestos de organoestaño a embarcaciones de más de 25 m (82 pies) de largo. [ 133 ] La persistencia del tributilestaño en el medio acuático depende de la naturaleza del ecosistema. [ 140 ] Debido a esta persistencia y su uso como aditivo en la pintura de barcos, se han encontrado altas concentraciones de tributilestaño en sedimentos marinos ubicados cerca de muelles navales. [ 141 ] El tributilestaño se ha utilizado como biomarcador para el imposex en neogasterópodos , con al menos 82 especies conocidas. [ 142 ] Debido a los altos niveles de TBT en las zonas costeras locales, causados ​​por las actividades marítimas, los mariscos se vieron afectados negativamente. [ 140 ] El imposex es la imposición de características sexuales masculinas en especímenes femeninos, donde desarrollan un pene y un conducto deferente paleal . [ 142 ] [ 143 ]  Un alto nivel de TBT puede dañar las glándulas endocrinas , los sistemas reproductivo y nervioso central , la estructura ósea y el tracto gastrointestinal de los mamíferos . [ 143 ] El tributilestaño también afecta a los mamíferos, incluyendo las nutrias marinas, las ballenas, los delfines y los humanos. [ 143 ]

Química orgánica

Algunos reactivos de estaño son útiles en química orgánica . En su aplicación más importante, el cloruro estanoso es un agente reductor común para la conversión de grupos nitro y oxima en aminas . La reacción de Stille acopla compuestos organoestánnicos con haluros o pseudohaluros orgánicos . [ 144 ]

baterías de iones de litio

El estaño forma varias fases intermetálicas con el litio metálico, lo que lo convierte en un material potencialmente atractivo para aplicaciones en baterías. La gran expansión volumétrica del estaño al alearse con litio y la inestabilidad de la interfaz estaño-electrolito orgánico a bajos potenciales electroquímicos son los mayores desafíos para su empleo en celdas comerciales. [ 145 ] Sony implementó un compuesto intermetálico de estaño con cobalto y carbono en sus celdas Nexelion lanzadas a finales de la década de 2000. La composición del material activo es aproximadamente Sn 0,3 Co 0,4 C 0,3 . La investigación mostró que solo algunas facetas cristalinas del Sn tetragonal (beta) son responsables de la actividad electroquímica indeseable. [ 146 ]

Precauciones

Los casos de intoxicación por estaño metálico, sus óxidos y sus sales son prácticamente desconocidos. Por otro lado, ciertos compuestos organoestánnicos son casi tan tóxicos como el cianuro . [ 59 ]

La exposición al estaño en el lugar de trabajo puede ocurrir por inhalación, contacto con la piel y contacto con los ojos. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. (OSHA) estableció el límite de exposición permisible para el estaño en el lugar de trabajo en 2  mg/m³ durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) determinó un límite de exposición recomendado (REL) de 2  mg/m³ durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 100  mg/m³ , el estaño es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . [ 147 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ La expansión térmica del β-Sn es anisotrópica : los parámetros (a 20 °C) para cada eje cristalino son α a  = 16,19 × 10 −6 /K, α c  = 32,89 × 10 −6 /K, y α promedio =  α V /3 = 21,76 × 10 −6 /K. [ 3 ]
  2. ↑ Solo el hidrógeno, el flúor, el fósforo, el talio y el xenón son más fáciles de analizar mediante RMN para muestras que contienen isótopos en su abundancia natural.

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