O estanho é um dos poucos metais conhecidos pelo homem desde os tempos pré-históricos. O estanho e o cobre foram descobertos antes do ferro, e sua liga, o bronze, é, aparentemente, o primeiro material "artificial", o primeiro material preparado pelo homem.
Os resultados das escavações arqueológicas sugerem que, já em cinco milênios aC, as pessoas eram capazes de fundir o próprio estanho. Sabe-se que os antigos egípcios trouxeram estanho para a produção de bronze da Pérsia.
Sob o nome "trapu" este metal é descrito na literatura indiana antiga. O nome latino para estanho, stannum, vem do sânscrito "cem", que significa "sólido".
A menção ao estanho também é encontrada em Homero. Quase dez séculos antes da nova era, os fenícios entregaram minério de estanho das Ilhas Britânicas, então chamadas de Cassiterids. Daí o nome cassiterita, o mais importante dos minerais de estanho; composição de seu SnO 2 . Outro mineral importante é a estanina, ou pirita de estanho, Cu 2 FeSnS 4 . Os restantes 14 minerais do elemento nº 50 são muito mais raros e não têm valor industrial. A propósito, nossos ancestrais tinham minérios de estanho mais ricos do que nós. Foi possível fundir metal diretamente de minérios localizados na superfície da Terra e enriquecidos durante os processos naturais de intemperismo e lavagem. Hoje em dia, tais minérios não existem mais. Nas condições modernas, o processo de obtenção de estanho é de vários estágios e trabalhoso. Os minérios a partir dos quais o estanho é agora fundido são de composição complexa: além do elemento nº 50 (na forma de óxido ou sulfeto), eles geralmente contêm silício, ferro, chumbo, cobre, zinco, arsênico, alumínio, cálcio, tungstênio e outros elementos. Os minérios de estanho atuais raramente contêm mais de 1% de Sn, e os placers contêm ainda menos: 0,01...0,02% de Sn. Isso significa que, para obter um quilo de estanho, é necessário minerar e processar pelo menos um centavo de minério.
Como o estanho é obtido dos minérios
A produção do elemento nº 50 a partir de minérios e colocadores sempre começa com o enriquecimento. Os métodos de enriquecimento de minérios de estanho são bastante diversos. Em particular, é usado o método gravitacional, baseado na diferença na densidade dos minerais principais e acompanhantes. Ao mesmo tempo, não devemos esquecer que os acompanhantes estão longe de ser sempre uma raça vazia. Muitas vezes eles contêm metais valiosos, como tungstênio, titânio, lantanídeos. Nesses casos, eles tentam extrair todos os componentes valiosos do minério de estanho.
A composição do concentrado de estanho resultante depende das matérias-primas e também de como esse concentrado foi obtido. O teor de estanho varia de 40 a 70%. O concentrado é enviado para fornos (a 600...700°C), onde são removidas impurezas relativamente voláteis de arsênio e enxofre. E a maior parte do ferro, antimônio, bismuto e alguns outros metais são lixiviados com ácido clorídrico após a queima. Feito isso, resta separar o estanho do oxigênio e do silício. Portanto, a última etapa na produção de estanho preto é a fundição com carvão e fundentes em fornos reverberatórios ou elétricos. Do ponto de vista físico-químico, esse processo é semelhante a um alto-forno: o carbono “retira” o oxigênio do estanho e os fluxos transformam o dióxido de silício em uma escória leve em comparação com o metal.
Ainda há muitas impurezas no estanho bruto: 5 ... 8%. Para obter metal de alta qualidade (96,5 ... 99,9% Sn), é usado fogo ou refino eletrolítico com menos frequência. E o estanho necessário para a indústria de semicondutores com pureza de quase seis noves - 99,99985% Sn - é obtido principalmente por fusão por zona.
Outra fonte
Para obter um quilo de estanho, não é necessário processar um centavo de minério. Você pode fazer o contrário: "descascar" 2.000 latas velhas.
Apenas meio grama de estanho por lata. Mas multiplicados pela escala de produção, esses meio grama se transformam em dezenas de toneladas... A participação do estanho "secundário" na indústria dos países capitalistas é cerca de um terço da produção total. Existem cerca de uma centena de plantas industriais de recuperação de estanho em operação em nosso país.
Como o estanho é removido da folha de flandres? É quase impossível fazer isso mecanicamente, então eles usam a diferença nas propriedades químicas do ferro e do estanho. Na maioria das vezes, o estanho é tratado com cloro gasoso. O ferro na ausência de umidade não reage com ele. O estanho combina com o cloro muito facilmente. Um líquido fumegante é formado - cloreto de estanho SnCl 4, que é usado nas indústrias química e têxtil ou enviado a um eletrolisador para obter estanho metálico. E novamente o “círculo” começará: as chapas de aço serão cobertas com esta lata, elas receberão folha-de-flandres. Ele será feito em jarras, as jarras serão enchidas com comida e seladas. Então eles vão abri-los, comer comida enlatada, jogar fora as latas. E então eles (não todos, infelizmente) chegarão novamente às fábricas de estanho "secundário".
Outros elementos fazem um ciclo na natureza com a participação de plantas, microrganismos, etc. O ciclo do estanho é obra das mãos humanas.
Estanho em ligas
Cerca de metade da produção mundial de estanho vai para latas. A outra metade - em metalurgia, para obter várias ligas. Não falaremos em detalhes sobre a mais famosa das ligas de estanho - o bronze, remetendo os leitores a um artigo sobre o cobre - outro componente importante dos bronzes. Isso é tanto mais justificado porque existem bronzes sem estanho, mas não existem “sem cobre”. Uma das principais razões para a criação de bronzes sem estanho é a escassez do elemento nº 50. No entanto, o bronze contendo estanho ainda é um material importante tanto para a engenharia mecânica quanto para a arte.
A técnica também precisa de outras ligas de estanho. É verdade que quase nunca são usados como materiais estruturais: não são fortes o suficiente e muito caros. Mas eles têm outras propriedades que permitem resolver problemas técnicos importantes com um custo de material relativamente baixo.
Na maioria das vezes, as ligas de estanho são usadas como materiais antifricção ou soldas. As primeiras permitem economizar máquinas e mecanismos, reduzindo as perdas por atrito; o segundo conecta peças de metal.
De todas as ligas antifricção, as babbits de estanho, que contêm até 90% de estanho, têm as melhores propriedades. Soldas de chumbo-estanho macias e de baixo ponto de fusão molham bem a superfície da maioria dos metais, têm alta ductilidade e resistência à fadiga. No entanto, o escopo de sua aplicação é limitado devido à resistência mecânica insuficiente das próprias soldas.
O estanho também faz parte do cervo tipográfico da liga. Finalmente, as ligas à base de estanho são muito necessárias para a engenharia elétrica. O material mais importante para capacitores elétricos é o aço; é estanho quase puro, transformado em folhas finas (a participação de outros metais no estaniol não excede 5%).
Aliás, muitas ligas de estanho são verdadeiros compostos químicos do elemento #50 com outros metais. Fundindo, o estanho interage com cálcio, magnésio, zircônio, titânio e muitos elementos de terras raras. Os compostos resultantes são caracterizados por uma refratariedade bastante alta. Assim, o estaneto de zircónio Zr3Sn2 funde apenas a 1985°C. E não apenas a refratariedade do zircônio é "culpada" aqui, mas também a natureza da liga, a ligação química entre as substâncias que a formam. Ou outro exemplo. O magnésio não pode ser classificado como um metal refratário, 651 ° C está longe de ser um ponto de fusão recorde. O estanho derrete a uma temperatura ainda mais baixa de 232°C. E sua liga - o composto Mg 2 Sn - tem um ponto de fusão de 778 ° C.
O fato de o elemento nº 50 formar ligas bastante numerosas desse tipo nos obriga a considerar criticamente a afirmação de que apenas 7% do estanho produzido no mundo é consumido na forma de compostos químicos (“Brief Chemical Encyclopedia”, vol. 3 , página 739). Aparentemente, estamos falando aqui apenas de compostos com não metais.
Compostos com não metais
Destas substâncias, os cloretos são os mais importantes. O tetracloreto de estanho SnCl 4 dissolve iodo, fósforo, enxofre e muitas substâncias orgânicas. Portanto, é usado principalmente como um solvente muito específico. O dicloreto de estanho SnCl 2 é usado como mordente no tingimento e como agente redutor na síntese de corantes orgânicos. Outro composto do elemento nº 50, o estanato de sódio Na 2 SnO 3, tem as mesmas funções na produção têxtil. Além disso, com sua ajuda, a seda é pesada.
A indústria também utiliza óxidos de estanho de forma limitada. SnO é usado para produzir vidro rubi, e SnO 2 é usado para produzir esmalte branco. Cristais amarelo-ouro de dissulfeto de estanho SnS 2 são frequentemente chamados de folha de ouro, que madeira “dourada”, gesso. Este é, por assim dizer, o uso mais "antimoderno" dos compostos de estanho. E o mais moderno?
Se tivermos em mente apenas compostos de estanho, então este é o uso do estanato de bário BaSnO 3 na engenharia de rádio como um excelente dielétrico. E um dos isótopos de estanho, 119 Sn, desempenhou um papel significativo no estudo do efeito Mössbauer - um fenômeno devido ao qual foi criado um novo método de pesquisa - espectroscopia de ressonância gama. E este não é o único caso em que o metal antigo serviu à ciência moderna.
No exemplo do estanho cinza - uma das modificações do elemento nº 50 - foi revelada uma relação entre as propriedades e a natureza química do material semicondutor. E isso, aparentemente, é a única coisa pela qual o estanho cinza pode ser lembrado com uma palavra gentil: trouxe mais mal, mais bem. Voltaremos a essa variedade do elemento #50 depois de falar sobre outro grande e importante grupo de compostos de estanho.
Sobre organoestanho
Existem muitos compostos organoelementos contendo estanho. O primeiro deles foi recebido em 1852.
A princípio, as substâncias dessa classe eram obtidas apenas de uma maneira - na reação de troca entre compostos inorgânicos de estanho e reagentes de Grignard. Aqui está um exemplo de tal reação:
SnCl 4 + 4RMgX → SnR 4 + 4MgXCl
(R aqui é um radical hidrocarboneto, X é um halogênio).
Os compostos da composição SnR 4 não encontraram ampla aplicação prática. Mas é deles que são obtidas outras substâncias organoestânicas, cujos benefícios são inquestionáveis.
Pela primeira vez, o interesse em organoestânico surgiu durante a Primeira Guerra Mundial. Quase todos os compostos orgânicos de estanho obtidos naquela época eram tóxicos. Esses compostos não foram usados como substâncias tóxicas; sua toxicidade para insetos, fungos e micróbios nocivos foi usada mais tarde. Com base no acetato de trifenilestanho (C 6 H 5) 3 SnOOCCH 3, foi criado um medicamento eficaz para combater doenças fúngicas de batatas e beterrabas. Essa droga acabou tendo outra propriedade útil: estimulava o crescimento e o desenvolvimento das plantas.
Para combater fungos que se desenvolvem no aparato da indústria de celulose e papel, outra substância é utilizada - hidróxido de tributilestanho (C 4 H 9) 3 SnOH. Isso melhora muito o desempenho do hardware.
O dilaurinato de dibutilestanho (C 4 H 9) 2 Sn (OCOC 11 H 23) 2 tem muitas "profissões". É usado na prática veterinária como remédio para helmintos (vermes). A mesma substância é amplamente utilizada na indústria química como estabilizante para cloreto de polivinila e outros materiais poliméricos e como catalisador. A taxa de reação de formação de uretanos (monômeros de borrachas de poliuretano) na presença de tal catalisador aumenta em 37 mil vezes.
Inseticidas eficazes foram criados com base em compostos organoestânicos; os vidros organoestânicos protegem de forma confiável contra a radiação de raios-x, as partes subaquáticas dos navios são cobertas com chumbo polimérico e tintas organoestânicas para que os moluscos não cresçam neles.
Estes são todos compostos de estanho tetravalente. O escopo limitado do artigo não permite falar sobre muitas outras substâncias úteis dessa classe.
Os compostos orgânicos de estanho divalente, pelo contrário, são poucos em número e até agora quase não encontraram aplicação prática.
Sobre estanho cinza
No inverno gelado de 1916, um lote de estanho foi enviado por via férrea do Extremo Oriente para a parte européia da Rússia. Mas não foram lingotes branco-prateados que chegaram ao local, mas principalmente pó cinza fino.
Quatro anos antes, ocorrera uma catástrofe com a expedição do explorador polar Robert Scott. A expedição, rumo ao Pólo Sul, ficou sem combustível: vazou de vasos de ferro pelas costuras soldadas com estanho.
Por volta dos mesmos anos, o famoso químico russo V.V. Markovnikov foi convidado pelo comissariado a explicar o que estava acontecendo com os bules de estanho que foram fornecidos ao exército russo. O bule, que foi levado ao laboratório como estudo de caso, estava coberto de manchas cinzentas e protuberâncias que caíam mesmo com um leve toque à mão. A análise mostrou que tanto a poeira quanto os crescimentos consistiam apenas em estanho, sem quaisquer impurezas.
O que aconteceu com o metal em todos esses casos?
Como muitos outros elementos, o estanho tem várias modificações alotrópicas, vários estados. (A palavra "alotropia" é traduzida do grego como "outra propriedade", "outra volta".) Em temperaturas positivas normais, o estanho parece que ninguém pode duvidar de que pertence à classe dos metais.
Metal branco, dúctil, maleável. Cristais de estanho branco (também chamado de beta-estanho) são tetragonais. O comprimento das arestas da rede cristalina elementar é 5,82 e 3,18 Å. Mas abaixo de 13,2°C, o estado "normal" do estanho é diferente. Assim que este limiar de temperatura é atingido, inicia-se um rearranjo na estrutura cristalina do lingote de estanho. O estanho branco é convertido em estanho cinza em pó ou alfa, e quanto menor a temperatura, maior a taxa dessa transformação. Atinge o seu máximo a menos 39°C.
Cristais de estanho cinza de configuração cúbica; as dimensões de suas células elementares são maiores - o comprimento da borda é 6,49 Å. Portanto, a densidade do estanho cinza é visivelmente menor que a do branco: 5,76 e 7,3 g/cm3, respectivamente.
O resultado do estanho branco ficando cinza às vezes é chamado de "praga do estanho". Manchas e crescimentos em bules do exército, vagões com pó de estanho, costuras que se tornaram permeáveis ao líquido são as consequências dessa “doença”.
Por que histórias como essa não acontecem agora? Só por um motivo: aprenderam a “tratar” a praga do estanho. Sua natureza físico-química foi esclarecida, foi estabelecido como certos aditivos afetam a suscetibilidade do metal à "praga". Descobriu-se que o alumínio e o zinco contribuem para esse processo, enquanto o bismuto, o chumbo e o antimônio, ao contrário, o neutralizam.
Além do estanho branco e cinza, outra modificação alotrópica do elemento nº 50 foi encontrada - estanho gama, que é estável em temperaturas acima de 161°C. Uma característica distintiva desse estanho é a fragilidade. Como todos os metais, o estanho se torna mais dúctil com o aumento da temperatura, mas apenas em temperaturas abaixo de 161°C. Em seguida, perde completamente sua plasticidade, transformando-se em estanho gama, e torna-se tão quebradiço que pode ser esmagado em pó.
Mais sobre escassez
Muitas vezes os artigos sobre os elementos terminam com o raciocínio do autor sobre o futuro de seu "herói". Como regra, é desenhado em luz rosa. O autor do artigo sobre o estanho é privado desta oportunidade: o futuro do estanho, um metal que é sem dúvida o mais útil, não é claro. Não está claro por um único motivo.
Há alguns anos, o US Bureau of Mines publicou cálculos que indicavam que as reservas comprovadas do elemento 50 durariam no mundo no máximo 35 anos. É verdade que depois disso vários novos depósitos foram encontrados, incluindo o maior da Europa, localizado no território da República Popular da Polônia. No entanto, a escassez de estanho continua a preocupar os especialistas.
Assim, finalizando a história sobre o elemento nº 50, queremos mais uma vez lembrá-lo da necessidade de economizar e proteger o estanho.
A falta desse metal preocupava até os clássicos da literatura. Lembra do Andersen? “Vinte e quatro soldados eram exatamente iguais, e o vigésimo quinto soldado era de uma perna só. Foi lançado por último, e faltou um pouco de estanho.” Agora a lata está faltando um pouco. Não é à toa que até os soldados de chumbo bípedes se tornaram uma raridade - os de plástico são mais comuns. Mas com todo o respeito aos polímeros, eles nem sempre podem substituir o estanho.
isótopos
O estanho é um dos elementos mais "multi-isótopos": o estanho natural consiste em dez isótopos com números de massa 112, 114...120, 122 e 124. O mais comum deles é o 120 Sn, que representa cerca de 33% do todo estanho terrestre. Quase 100 vezes menor que o estanho-115, o isótopo mais raro do elemento #50. Outros 15 isótopos de estanho com números de massa 108...111, 113, 121, 123, 125...132 foram obtidos artificialmente. O tempo de vida desses isótopos está longe de ser o mesmo. Assim, o estanho-123 tem uma meia-vida de 136 dias e o estanho-132 é de apenas 2,2 minutos.
Por que o bronze é chamado de bronze?
A palavra "bronze" soa quase a mesma em muitas línguas europeias. A sua origem está associada ao nome de um pequeno porto italiano no Mar Adriático - Brindisi. Era através deste porto que o bronze era entregue à Europa nos velhos tempos, e na Roma antiga essa liga era chamada de "es brindisi" - cobre de Brindisi.
Em homenagem ao inventor
A palavra latina frictio significa fricção. Daí o nome de materiais antifricção, ou seja, materiais "contra atrito". Eles se desgastam um pouco, são macios e dúcteis. Sua principal aplicação é a fabricação de casquilhos. A primeira liga antifricção à base de estanho e chumbo foi proposta em 1839 pelo engenheiro Babbitt. Daí o nome de um grupo grande e muito importante de ligas antifricção - babbits.
Estanho para conservas
O método de preservação a longo prazo de produtos alimentícios por enlatamento em latas estanhadas foi proposto pela primeira vez pelo chef francês F. Appert em 1809.
Do fundo do oceano
Em 1976, uma empresa incomum começou a operar, que é abreviada como REP. É decifrado da seguinte forma: empreendimento de exploração e produção. Ele está localizado principalmente em navios. Além do Círculo Polar Ártico, no Mar de Laptev, na área da Baía de Vankina, a REP extrai areia estanhada do fundo do mar. Aqui, a bordo de um dos navios, há uma usina de enriquecimento.
Produção mundial
Segundo dados americanos, a produção mundial de estanho em 1975 foi de 174...180 mil toneladas.
O estanho é um elemento químico com o símbolo Sn (do latim: stannum) e número atômico 50. É um metal pós-transição no grupo 14 da tabela periódica dos elementos. O estanho é obtido principalmente do minério de estanho mineral contendo dióxido de estanho SnO2. O estanho compartilha semelhanças químicas com seus dois vizinhos do grupo 14, germânio e chumbo, e tem dois estados de oxidação principais, +2 e o ligeiramente mais estável +4. O estanho é o 49º elemento mais abundante e possui os isótopos mais estáveis da tabela periódica (com 10 isótopos estáveis), devido ao seu número "mágico" de prótons. O estanho tem dois alótropos principais: à temperatura ambiente, o alótropo estável é o β-estanho, um metal prateado e maleável, mas em baixas temperaturas, o estanho se transforma em um α-estanho cinza menos denso, que possui uma estrutura cúbica de diamante. O estanho metálico não é facilmente oxidado no ar. A primeira liga a ser usada em larga escala foi o bronze, feito de estanho e cobre, começando por volta de 3000 aC. e. Depois de 600 aC. e. produziu estanho metálico puro. Uma liga de estanho e chumbo, na qual o estanho é 85-90%, geralmente composta de cobre, antimônio e chumbo, foi usada para fazer utensílios desde a Idade do Bronze até o século XX. Hoje em dia, o estanho é usado em muitas ligas, mais comumente em ligas de estanho macio/chumbo, que normalmente contêm 60% ou mais de estanho. Outro uso comum do estanho é como revestimento resistente à corrosão em aço. Os compostos inorgânicos de estanho são bastante não tóxicos. Devido à sua baixa toxicidade, o metal estanhado tem sido usado para embalar alimentos com latas, que são, na verdade, feitas principalmente de aço ou alumínio. No entanto, a superexposição ao estanho pode causar problemas com o metabolismo de micronutrientes essenciais, como cobre e zinco, e alguns compostos organoestânicos podem ser quase tão tóxicos quanto o cianeto.
Características
Fisica
O estanho é um metal branco prateado macio, maleável, dúctil e altamente cristalino. Quando um prato de estanho é dobrado, um som de estalo conhecido como "estanho crack" pode ser ouvido da geminação dos cristais. O estanho funde a uma temperatura baixa, cerca de 232°C, a mais baixa do grupo 14. O ponto de fusão diminui ainda mais para 177,3°C para partículas de 11 nm. β-estanho (forma metálica, ou estanho branco, estrutura BCT), que é estabilizado à temperatura ambiente e acima, maleável. Em contraste, o α-estanho (a forma não metálica, ou estanho cinza), que é estabilizado até 13,2°C, é frágil. O α-estanho tem uma estrutura cristalina cúbica semelhante ao diamante, silício ou germânio. O α-estanho não tem propriedades metálicas, porque seus átomos formam uma estrutura covalente na qual os elétrons não podem se mover livremente. É um material pulverulento cinza fosco que não tem nenhuma aplicação ampla além de algumas aplicações especializadas em semicondutores. Esses dois alótropos, α-estanho e β-estanho, são mais conhecidos como cinza-estanho e branco-estanho, respectivamente. Mais dois alótropos, γ e σ, existem em temperaturas acima de 161°C e pressões acima de vários gigapascals. Sob condições frias, o β-estanho se transforma espontaneamente em α-estanho. Este fenômeno é conhecido como "praga do estanho". Embora a temperatura de transformação α-β seja nominalmente 13,2°C e as impurezas (por exemplo, Al, Zn, etc.) estejam abaixo da temperatura de transição abaixo de 0°C e, com a adição de Sb ou Bi, a transformação pode não ocorrer, aumentando a durabilidade do estanho. Os graus comerciais de estanho (99,8%) resistem à transformação devido ao efeito inibitório de pequenas quantidades de bismuto, antimônio, chumbo e prata presentes como impurezas. Elementos de liga como cobre, antimônio, bismuto, cádmio, prata aumentam a dureza da substância. O estanho forma facilmente fases intermetálicas duras e quebradiças, muitas vezes indesejáveis. O estanho não forma muitas soluções sólidas em outros metais em geral, e vários elementos têm apreciável solubilidade sólida no estanho. Sistemas eutéticos simples, no entanto, são observados com bismuto, gálio, chumbo, tálio e zinco. O estanho torna-se um supercondutor abaixo de 3,72 K e é um dos primeiros supercondutores a ser estudado; O efeito Meissner, uma das características dos supercondutores, foi observado pela primeira vez em cristais de estanho supercondutores.
Propriedades quimicas
O estanho resiste à corrosão da água, mas pode ser atacado por ácidos e álcalis. O estanho pode ser altamente polido e usado como revestimento protetor para outros metais. Uma camada protetora de óxido (passiva) evita oxidação adicional, a mesma que se forma no estanho e outras ligas de estanho. O estanho atua como um catalisador quando o oxigênio está em solução e ajuda a acelerar a corrosão química.
isótopos
O estanho tem dez isótopos estáveis com massas atômicas de 112, 114 a 120, 122 e 124, o maior número de qualquer elemento. Os mais comuns são 120Sn (quase um terço de todo o estanho), 118Sn e 116Sn, enquanto os menos comuns são 115Sn. Isótopos com números de massa pares não têm spin nuclear, enquanto isótopos com números ímpares têm spin +1/2. O estanho, com três isótopos comuns 116Sn, 118Sn e 120Sn, é um dos elementos mais fáceis de detectar e analisar usando espectroscopia de RMN. Acredita-se que esse grande número de isótopos estáveis seja um resultado direto do número atômico 50, o "número mágico" da física nuclear. O estanho também ocorre em 29 isótopos instáveis, abrangendo todas as outras massas atômicas de 99 a 137. Com exceção do 126Sn, com meia-vida de 230.000 anos, todos os radioisótopos têm meia-vida de menos de um ano. O radioativo 100Sn, descoberto em 1994, e o 132Sn estão entre os poucos nuclídeos com núcleo de "dupla magia": apesar de instáveis, com relações próton-nêutron muito desiguais, eles representam pontos finais além dos quais a estabilidade cai rapidamente. Outros 30 isômeros metaestáveis foram característicos de isótopos entre 111 e 131, sendo o mais estável o 121mSn com meia-vida de 43,9 anos. As diferenças relativas na abundância de isótopos de estanho estáveis podem ser explicadas por seus diferentes modos de formação na nucleossíntese estelar. 116Sn a 120Sn inclusive são formados no processo s (nêutrons lentos) na maioria das estrelas e, portanto, são os isótopos mais comuns, enquanto 122Sn e 124Sn não são formados apenas no processo R (nêutrons rápidos) em supernovas e com menos frequência. (Os isótopos 117Sn a 120Sn também se beneficiam do processo r.) Finalmente, os isótopos ricos em prótons mais raros, 112Sn, 114Sn e 115Sn, não podem ser produzidos em quantidades significativas nos processos s e r e são considerados entre os p - núcleos, cuja origem não é totalmente compreendida. Alguns dos mecanismos propostos para a sua formação incluem captura de prótons e fotoclivagem, embora o 115Sn também possa ser parcialmente produzido no processo s, tanto de uma vez quanto como uma "filha" do 115In de vida longa.
Etimologia
A palavra inglesa tin (tin) é comum às línguas germânicas e pode ser rastreada até o proto-germânico *tin-om reconstruído; cognatos incluem Zinn alemão, tenn sueco e estanho holandês. A palavra não ocorre em outros ramos das línguas indo-europeias, com exceção de um empréstimo do germânico (por exemplo, a palavra irlandesa tinne vem do inglês tin). O nome latino stannum originalmente significava uma liga de prata e chumbo, e no século 4 aC. e. passou a significar "estanho" - a palavra latina anterior para isso era plumbum quandum, ou "chumbo branco". A palavra stannum parece ter vindo de um stāgnum anterior (mesma substância), a origem da designação românica e celta para estanho. A origem de stannum/stāgnum é desconhecida; pode ser pré-indo-europeu. Por outro lado, de acordo com o Collegiate Dictionary de Meyer, acredita-se que o stannum seja derivado do Cornish stean e é a prova de que a Cornualha era a principal fonte de estanho nos primeiros séculos dC.
História
A extração e uso do estanho começou na Idade do Bronze, por volta de 3000 aC. e., quando se observou que objetos de cobre formados a partir de minérios polimetálicos com diferentes teores metálicos possuem propriedades físicas diferentes. Os primeiros objetos de bronze continham menos de 2% de estanho ou arsênico e, portanto, acredita-se que sejam o resultado de uma liga não intencional, traçando o conteúdo de metal do minério de cobre. A adição de um segundo metal ao cobre aumenta sua resistência, diminui seu ponto de fusão e melhora o processo de fundição, criando uma fusão mais fluida, mais densa e menos esponjosa quando resfriada. Isso permitiu a criação de formas muito mais complexas de objetos de bronze fechados. Objetos de bronze arsênico surgiram principalmente no Oriente Médio, onde o arsênico é frequentemente encontrado em associação com minério de cobre, no entanto, os riscos à saúde associados ao uso de tais objetos logo ficaram claros, e a busca por fontes de minérios de estanho muito menos perigosos começou cedo .idade do bronze. Isso criou uma demanda pelo raro estanho metálico e formou uma rede comercial ligando fontes distantes de estanho aos mercados das culturas da Idade do Bronze. Cassiterita, ou minério de estanho (SnO2), óxido de estanho, foi provavelmente a fonte original de estanho na antiguidade. Outras formas de minérios de estanho são os sulfetos menos comuns, como a estanita, que requerem um processo de fundição mais agressivo. A cassiterita geralmente se acumula em canais aluviais como depósitos de aluvião porque é mais pesada, mais dura e mais resistente quimicamente que o granito. A cassiterita é geralmente preta ou geralmente escura, e seus depósitos são facilmente visíveis ao longo das margens dos rios. Depósitos aluviais (placer) podem ser facilmente coletados e separados por métodos semelhantes ao garimpo de ouro.
Compostos e química
Na grande maioria, o estanho tem um estado de oxidação de II ou IV.
compostos inorgânicos
Os compostos de halogênio são conhecidos para ambos os estados de oxidação. Para SN(IV), todos os quatro haletos são bem conhecidos: SnF4, SnCl4, SnBr4 e SnI4. Os três elementos mais pesados são compostos moleculares voláteis, enquanto o tetrafluoreto é polimérico. Todos os quatro haletos para Sn(II) também são conhecidos: SnF2, SnCl2, SnBr2 e SnI2. Todos são sólidos poliméricos. Destes oito compostos, apenas os iodetos são coloridos. O cloreto de estanho (II) (também conhecido como cloreto estanoso) é o haleto de estanho comercial mais importante. O cloro reage com o estanho metálico para criar SnCl4, enquanto a reação de ácido clorídrico e estanho produz SnCl2 e gás hidrogenado. Além disso, SnCl4 e Sn combinam-se com cloreto de estanho através de um processo chamado co-proporcionamento: SnCl4 + CH → 2 Sncl2 O estanho pode formar muitos óxidos, sulfetos e outros derivados calcogenetos. O dióxido de SnO2 (cassiterita) é formado quando o estanho é aquecido na presença de ar. O SnO2 é de natureza anfótera, o que significa que se dissolve em soluções ácidas e básicas. Estanatos com a estrutura Sn(OH)6]2, como K2, também são conhecidos, embora o ácido estânico livre H2[CH(one)6] seja desconhecido. Sulfetos de estanho existem em ambos os estados de oxidação +2 e +4: sulfeto de estanho(II) e sulfeto de estanho(IV) (ouro mosaico).
hidretos
Stannan (SnH4), com estanho no estado de oxidação +4, é instável. Os hidretos de organoestanho, no entanto, são bem conhecidos, por exemplo, hidreto de tributilina (Sn(C4H9)3H). Esses compostos liberam radicais transitórios de tributilestanho, que são exemplos raros de compostos de estanho(III).
Compostos organoestânicos
Os compostos organoestânicos, às vezes chamados de estanhos, são compostos químicos com ligações estanho-carbono.Dos compostos de estanho, os derivados orgânicos são os mais úteis comercialmente. Alguns compostos organoestânicos são altamente tóxicos e são usados como biocidas. O primeiro composto organoestânico conhecido foi o dietiltindiodeto (C2H5)2SnI2) descoberto por Edward Frankland em 1849. A maioria dos compostos organoestânicos são líquidos ou sólidos incolores que são resistentes ao ar e à água. Eles adotam uma geometria tetraédrica. Os compostos de tetraalquil e tetraariltina podem ser preparados usando os reagentes de Grignard:
4 + 4 RMgBr → R
Algas haletos mistos, que são mais comuns e de maior valor comercial do que os derivados tetraorgânicos, são feitos por reações de redistribuição:
4Sn → 2SnCl2R2
Os compostos organoestânicos divalentes são raros, embora mais comuns que os compostos organogermânio e organossilício divalentes. A grande estabilização que o Sn(II) tem se deve ao "efeito par inerte". Os compostos organoestânicos (II) incluem tanto os estanilenos (fórmula: R2Sn, como visto para os carbenos singlete) quanto os distanilenos (R4Sn2), que são aproximadamente equivalentes aos alcenos. Ambas as classes mostram reações incomuns.
emergência
O estanho é formado em um longo processo s em estrelas de baixa e média massa (com massas de 0,6 a 10 vezes a do Sol) e, finalmente, no decaimento beta de isótopos pesados de índio. O estanho é o elemento 49 mais abundante na crosta terrestre, com 2 ppm em comparação com 75 mg de zinco, 50 mg/L para o cobre e 14 ppm para o chumbo. O estanho não ocorre como elemento nativo, mas deve ser extraído de vários minérios. A cassiterita (SnO2) é a única fonte comercialmente importante de estanho, embora pequenas quantidades de estanho sejam recuperadas de sulfetos complexos, como estanita, cipindrita, frankeita, canfieldita e tilita. Os minerais de estanho estão quase sempre associados à rocha granítica, geralmente em níveis de 1% de óxido de estanho. Devido à alta gravidade específica do dióxido de estanho, cerca de 80% do estanho extraído vem de depósitos secundários encontrados em depósitos primários. O estanho é frequentemente recuperado de pellets lavados a jusante no passado e depositados em vales ou no mar. Os métodos mais econômicos de extração de estanho são por dragagem, hidráulica ou a céu aberto. A maior parte do estanho do mundo é produzida a partir de depósitos aluviais, que podem conter apenas 0,015% de estanho. Reservas mundiais de minas de estanho (toneladas, 2011)
Indonésia 800000
Brasil 590000
Bolívia 400000
Rússia 350000
Austrália 180000
Tailândia 170.000
Outros 180.000
Total 4800000
China 1500000
Malásia 250.000
Aproximadamente 253.000 toneladas de estanho foram extraídas em 2011, principalmente na China (110.000 toneladas), Indonésia (51.000 toneladas), Peru (34.600 toneladas), Bolívia (20.700 toneladas) e Brasil (12.000 toneladas). As estimativas de produção de estanho têm variado historicamente dependendo da dinâmica de viabilidade econômica e do desenvolvimento de tecnologias de mineração, mas estima-se que nas taxas e tecnologias atuais de consumo, a mineração de estanho terminará na Terra em 40 anos. Lester Brown sugeriu que o estanho poderia acabar em 20 anos com base em uma extrapolação extremamente conservadora de 2% de crescimento ao ano. Reservas de estanho economicamente recuperáveis: Mln. toneladas por ano
Secundário, ou sucata, o estanho também é uma importante fonte desse metal. A recuperação de estanho através da produção secundária ou processamento de sucata de estanho está crescendo rapidamente. Embora os Estados Unidos não mineram estanho desde 1993, nem fundem estanho desde 1989, foram o maior produtor secundário de estanho, reciclando quase 14.000 toneladas em 2006. Novos depósitos estão localizados no sul da Mongólia, e em 2009 novos depósitos de estanho foram descobertos na Colômbia pelo Seminole Group Colombia CI, SAS.
Produção
O estanho é obtido por redução carbotérmica do minério de óxido usando carbono ou coque. Fornos reverberatórios e fornos elétricos podem ser usados.
Preço e troca
O estanho é único entre outras commodities minerais devido a acordos complexos entre países produtores e consumidores que datam de 1921. Os acordos anteriores tendiam a ser um tanto informais e esporádicos e levaram ao "Primeiro Acordo Internacional de Estanho" em 1956, o primeiro de uma série permanente de acordos que efetivamente cessou em 1985. Através desta série de acordos, o International Tin Council (ITC) teve um impacto significativo nos preços do estanho. O MCO apoiou o preço do estanho durante os períodos de preços baixos comprando estanho para seu estoque tampão e foi capaz de manter o preço baixo durante os períodos de preços altos vendendo estanho desse estoque. Essa era uma abordagem antimercado destinada a garantir que o estanho fluísse para os países consumidores e desse lucro para os países produtores. No entanto, o estoque tampão não era grande o suficiente e, durante a maior parte desses 29 anos, os preços do estanho subiram, às vezes dramaticamente, especialmente de 1973 a 1980, quando a inflação desenfreada assolou muitas das economias do mundo. No final da década de 1970 e início da década de 1980, as propriedades de estanho do governo dos EUA estavam em um modo de venda agressivo, em parte para aproveitar os preços historicamente altos do estanho. A forte recessão de 1981-82 provou ser bastante dura para a indústria do estanho. O consumo de estanho caiu drasticamente. O MSO foi capaz de evitar um corte realmente acentuado comprando rápido para seu estoque de reserva; essa atividade exigiu que as MSOs tomassem empréstimos extensivos de bancos e empresas de comércio de aço para aumentar seus recursos. A MCO continuou a contrair empréstimos até o final de 1985, quando atingiu seu limite de crédito. Imediatamente depois disso veio a grande “crise do estanho”, e então o estanho foi excluído da negociação na London Metal Exchange por um período de três anos, o MCO logo entrou em colapso, e o preço do estanho, já em mercado livre, caiu drasticamente para $ 4 por libra (453 g) e permaneceu nesse nível até a década de 1990. O preço aumentou novamente em 2010 com uma recuperação do consumo após a crise econômica mundial de 2008-09, acompanhando a retomada e o crescimento contínuo do consumo no mundo em desenvolvimento. A London Metal Exchange (LME) é o principal pregão do estanho. Outros mercados de estanho são o Kuala Lumpur Tin Market (KLTM) e o Indonesian Tin Exchange (INATIN).
Formulários
Em 2006, cerca de metade de todo o estanho produzido foi usado em solda. O resto das aplicações foram divididas entre estanhagem, produtos químicos de estanho, latão e ligas de bronze e usos de nicho.
Solda
O estanho é usado há muito tempo em ligas com chumbo como solda, variando de 5 a 70%. O estanho forma uma mistura eutética com chumbo na proporção de 63% de estanho e 37% de chumbo. Essas soldas são usadas para conectar tubos ou circuitos elétricos. Em 1º de julho de 2006, a Diretiva de Resíduos de Equipamentos Elétricos e Eletrônicos (Diretiva WEEE) e a Diretiva de Restrição de Substâncias Perigosas entraram em vigor. O teor de chumbo em tais ligas diminuiu. A substituição do chumbo traz muitos problemas, incluindo um ponto de fusão mais alto e bigodes de estanho. "Peste de estanho" pode ser observada em soldas sem chumbo.
Estanhagem
O estanho adere bem ao ferro e é usado para revestir chumbo, zinco e aço para evitar a corrosão. Recipientes de aço estanhado são amplamente utilizados para preservação de alimentos e isso forma a maior parte do mercado de estanho metálico. Em Londres, em 1812, foi feita pela primeira vez uma lata para conservação de alimentos. Em inglês britânico, esses bancos são chamados de "tins" e na América são chamados de "cans" ou "tin cans". A gíria para uma lata de cerveja é "tinnie" ou "tinny". Recipientes de cobre, como panelas e frigideiras, geralmente são revestidos com uma fina camada de estanho, pois a combinação de alimentos ácidos com cobre pode ser tóxica.
Ligas especializadas
O estanho combina com outros elementos para formar muitas ligas úteis. O estanho é mais comumente ligado com cobre. Uma liga de estanho com chumbo tem 85-99% de estanho; metal de rolamento também contém uma alta porcentagem de estanho. O bronze é principalmente cobre (12% de estanho), enquanto a adição de fósforo dá bronze fosforoso. O bronze de sino também é uma liga de cobre-estanho contendo 22% de estanho. O estanho às vezes era usado em moedas para criar centavos americanos e canadenses. Como o cobre é frequentemente o metal base em tais moedas, às vezes incluindo zinco, elas podem ser chamadas de ligas de bronze e/ou latão. O composto nióbio-estanho Nb3Sn tem sido utilizado comercialmente em bobinas de ímãs supercondutores devido à sua alta temperatura crítica (18 K) e campo magnético crítico (25 T). Um ímã supercondutor pesando apenas dois quilos é capaz de criar o mesmo campo magnético que eletroímãs com peso normal. Uma pequena proporção de estanho é adicionada às ligas de zircônio para revestir o combustível nuclear. A maioria dos tubos de metal em um órgão tem quantidades variadas de estanho/chumbo, sendo as ligas 50/50 as mais comuns. A quantidade de estanho no tubo determina o tom do tubo, pois o estanho dá ao instrumento a ressonância desejada. Quando a liga de estanho/chumbo é resfriada, o chumbo esfria um pouco mais rápido e produz um efeito mosqueado ou mosqueado. Esta liga metálica é chamada de metal manchado. As principais vantagens do uso de estanho para tubos são sua aparência, trabalhabilidade e resistência à corrosão.
Outros usos
O aço estanhado perfurado é uma técnica artesanal que se originou na Europa Central para criar utensílios domésticos funcionais e decorativos. As lanternas de estanho perfurado são a aplicação mais comum desta técnica. A luz da vela brilhando através da perfuração cria um padrão de luz decorativo. Lanternas e outros estanhos perfurados foram feitos no Novo Mundo desde os primeiros assentamentos europeus. Um exemplo famoso é a lanterna Revere, em homenagem a Pavel Revere. Até a era moderna, em várias áreas dos Alpes, um chifre de cabra ou carneiro era afiado e o metal era perfurado na forma de um alfabeto e números de um a nove. Esta ferramenta de aprendizagem era conhecida simplesmente como o "chifre". As reproduções modernas são decoradas com motivos como corações e tulipas. Na América, armários de madeira de vários estilos e tamanhos foram usados para bolos e alimentos antes da refrigeração, projetados para repelir pragas e insetos e manter alimentos perecíveis do pó. Estes eram armários de chão ou suspensos. Esses armários tinham inserções de estanho nas portas e às vezes nas laterais. Os vidros das janelas são mais comumente feitos colocando vidro derretido em cima de estanho derretido (o vidro flutuante é uma folha de vidro feita de metal fundido), resultando em uma superfície perfeitamente lisa. Isso também é chamado de "processo Pilkington". O estanho também é usado como eletrodo negativo em baterias modernas de íons de lítio. Seu uso é um pouco limitado pelo fato de que algumas superfícies de estanho catalisam a decomposição de eletrólitos de carbonato usados em baterias de íon-lítio. O fluoreto de estanho (II) é adicionado a alguns produtos dentifrícios (SnF2). O fluoreto de estanho (II) pode ser misturado com abrasivos de cálcio, enquanto o fluoreto de sódio mais comum gradualmente se torna biologicamente inativo na presença de compostos de cálcio. Também se mostrou mais eficaz que o fluoreto de sódio no controle da gengivite.
Compostos organoestânicos
Entre todos os compostos químicos do estanho, os compostos organoestânicos são os mais comumente usados. Sua produção industrial mundial provavelmente excede 50.000 toneladas.
estabilizadores de PVC
O principal uso comercial dos compostos organoestânicos é na estabilização de plásticos de PVC. Na ausência de tais estabilizadores, o PVC se degradaria rapidamente quando exposto ao calor, luz e oxigênio atmosférico, fazendo com que o produto ficasse descolorido e quebradiço. O estanho elimina os íons cloreto lábeis (Cl-) que, de outra forma, causariam a perda de HCl do plástico. Compostos de estanho típicos são ácidos carboxílicos derivados de dicloreto de dibutilestanho tal como dilaurato de dibutilestanho.
Biocidas
Alguns compostos organoestânicos são relativamente tóxicos, o que tem suas vantagens e desvantagens. Eles são usados por suas propriedades biocidas como fungicidas, pesticidas, algicidas, conservantes de madeira e agentes anti-podridão. O óxido de tributilestanho é usado como conservante de madeira. O tributilestanho tem sido usado como aditivo em tintas marinhas para prevenir o crescimento de organismos marinhos em navios, embora o uso tenha diminuído desde que os compostos organoestânicos foram reconhecidos como poluentes orgânicos persistentes com toxicidade extremamente alta para certos organismos marinhos (por exemplo, púrpura). A UE proibiu o uso de compostos organoestânicos em 2003, enquanto as preocupações com a toxicidade desses compostos para a vida marinha e danos à reprodução e crescimento de algumas espécies marinhas (alguns relatórios descrevem efeitos biológicos na vida marinha em uma concentração de 1 nm por litro ) levaram à proibição mundial pela Organização Marítima Internacional. Atualmente, muitos estados restringem o uso de compostos organoestânicos para vasos com mais de 25 m de comprimento.
Química orgânica
Alguns reagentes de estanho são úteis em química orgânica. Em sua aplicação mais comum, o cloreto estanoso é um agente redutor comum para a conversão de grupos nitro e oxima em aminas. A reação de Steele liga compostos organoestânicos a haletos orgânicos ou pseudo-haletos.
baterias de íon de lítio
O estanho forma várias fases intermetálicas com o metal lítio, tornando-o um material potencialmente atraente para aplicações em baterias. A grande expansão volumétrica do estanho após dopagem com lítio e a instabilidade da interface eletrolítica organoestânica em baixos potenciais eletroquímicos são as maiores dificuldades para uso em células comerciais. O problema foi parcialmente resolvido pela Sony. Compostos intermetálicos de estanho com cobalto e carbono são implementados pela Sony em suas células Nexelion lançadas no final dos anos 2000. A composição da substância ativa é aproximadamente Sn0.3Co0.4C0.3. Estudos recentes mostraram que apenas certas faces cristalinas do tetragonal (beta) Sn são responsáveis pela atividade eletroquímica indesejada.
O estanho (lat. Stannum; denotado pelo símbolo Sn) é um elemento do subgrupo principal do quarto grupo, o quinto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 50. Pertence ao grupo da luz metais. Em condições normais, a substância simples estanho é um metal brilhante dúctil, maleável e fusível de cor branco-prateada. O estanho forma duas modificações alotrópicas: abaixo de 13,2 °C α-estanho estável (estanho cinza) com uma rede tipo diamante cúbico, acima de 13,2 °C β-estanho estável (estanho branco) com uma rede cristalina tetragonal.
História
O estanho era conhecido pelo homem já no 4º milênio aC. e. Este metal era inacessível e caro, pois os produtos dele raramente são encontrados entre as antiguidades romanas e gregas. O estanho é mencionado na Bíblia, o quarto livro de Moisés. O estanho é (juntamente com o cobre) um dos componentes do bronze (ver História do Cobre e do Bronze), inventado no final ou meados do 3º milénio aC. Como o bronze era o mais durável dos metais e ligas conhecidos na época, o estanho foi um “metal estratégico” durante toda a “Idade do Bronze”, mais de 2000 anos (muito aproximadamente: 35-11 séculos aC).
origem do nome
O nome latino stannum, associado à palavra sânscrita que significa "resistente, forte", originalmente se referia a uma liga de chumbo e prata e, posteriormente, a outra liga que a imita, contendo cerca de 67% de estanho; por volta do século 4, esta palavra começou a ser chamada de estanho próprio.
A palavra estanho é uma palavra eslava comum que tem correspondências nas línguas bálticas (cf. Lit. alavas, alvas - "estanho", prussiano alwis - "chumbo"). É um sufixo da raiz ol- (cf. Antigo alto alemão elo - "amarelo", latim albus - "branco", etc.), então o metal é nomeado por sua cor.
Produção
Durante o processo de produção, a rocha portadora de minério (cassiterita) é triturada até um tamanho médio de partícula de ~ 10 mm em moinhos industriais, após o que a cassiterita, devido à sua densidade e massa relativamente altas, é separada do estéril pela vibração-gravidade método de concentração de tabelas. Além disso, é utilizado o método de flotação de enriquecimento/purificação de minério. O concentrado de minério de estanho resultante é fundido em fornos. No processo de fundição, ele é restaurado ao estado livre através do uso de carvão vegetal na redução, cujas camadas são empilhadas alternadamente com as camadas de minério.
Inscrição
1. O estanho é usado principalmente como revestimento seguro, não tóxico e resistente à corrosão em sua forma pura ou em ligas com outros metais. As principais aplicações industriais do estanho são em folha de flandres (ferro estanhado) para embalagens de alimentos, soldas para eletrônicos, encanamentos domésticos, ligas de rolamentos e revestimentos de estanho e suas ligas. A liga mais importante de estanho é o bronze (com cobre). Outra liga bem conhecida, o estanho, é usada para fazer utensílios de mesa. Recentemente, houve um ressurgimento do interesse pelo uso do metal, uma vez que é o mais “amigável ao meio ambiente” entre os metais pesados não ferrosos. Ele é usado para criar fios supercondutores baseados no composto intermetálico Nb 3 Sn.
2. Os compostos intermetálicos de estanho e zircônio possuem alto ponto de fusão (até 2000 °C) e resistência à oxidação quando aquecidos ao ar, e possuem diversas aplicações.
3. O estanho é o componente de liga mais importante na produção de ligas estruturais de titânio.
4. O dióxido de estanho é um material abrasivo muito eficaz usado no "acabamento" da superfície do vidro óptico.
5. Uma mistura de sais de estanho - "composição amarela" - era usada anteriormente como corante para lã.
6. O estanho também é usado em fontes de corrente química como material anódico, por exemplo: elemento manganês-estanho, elemento óxido-mercúrio-estanho. O uso de estanho em uma bateria de chumbo-estanho é promissor; assim, por exemplo, em tensão igual, em comparação com uma bateria de chumbo, uma bateria de chumbo-estanho tem 2,5 vezes mais capacidade e 5 vezes mais densidade de energia por unidade de volume, sua resistência interna é muito menor.
O elemento químico estanho é um dos sete metais antigos que são conhecidos pela humanidade. Este metal faz parte do bronze, que é de grande importância. Atualmente, o elemento químico estanho perdeu sua demanda, mas suas propriedades merecem consideração e estudo detalhados.
O que é um elemento
Localiza-se no quinto período, no quarto grupo (o subgrupo principal). Este arranjo indica que o elemento químico estanho é um composto anfotérico capaz de exibir propriedades básicas e ácidas. A massa atômica relativa é 50, por isso é considerado um elemento leve.
Peculiaridades
O elemento químico estanho é uma substância branca prateada, plástica, maleável. À medida que é usado, perde o seu brilho, que é considerado um ponto negativo das suas características. O estanho é um metal difuso, por isso há dificuldades em sua extração. O elemento tem alto ponto de ebulição (2600 graus), baixo ponto de fusão (231,9 C), alta condutividade elétrica e excelente maleabilidade. Possui alta resistência ao rasgo.
O estanho é um elemento que não possui propriedades tóxicas, não afeta negativamente o corpo humano e, portanto, é procurado na produção de alimentos.
Que outra propriedade tem o estanho? Ao escolher este elemento para a fabricação de louças e tubulações de água, você não precisa temer por sua segurança.
Estar no corpo
O que mais caracteriza o estanho (um elemento químico)? Como é lida sua fórmula? Essas questões são abordadas no decorrer do currículo escolar. No nosso corpo, este elemento está localizado nos ossos, contribuindo para o processo de regeneração do tecido ósseo. É classificado como um macronutriente, portanto, para uma vida plena, uma pessoa precisa de dois a dez mg de estanho por dia.
Este elemento entra no corpo em maiores quantidades com alimentos, mas os intestinos não absorvem mais de cinco por cento da ingestão, portanto a probabilidade de envenenamento é mínima.
Com a falta desse metal, o crescimento diminui, ocorre perda auditiva, a composição do tecido ósseo muda e a calvície é observada. O envenenamento é causado pela absorção de poeira ou vapores desse metal, bem como de seus compostos.
Propriedades básicas
A densidade do estanho tem um valor médio. O metal possui alta resistência à corrosão, por isso é utilizado na economia nacional. Por exemplo, o estanho está em demanda na fabricação de latas.
O que mais caracteriza o estanho? A utilização deste metal baseia-se também na sua capacidade de combinar vários metais, criando um ambiente resistente a ambientes agressivos. Por exemplo, o próprio metal é necessário para estanhar utensílios domésticos e utensílios, e suas soldas são necessárias para engenharia de rádio e eletricidade.
Características
De acordo com suas características externas, esse metal é semelhante ao alumínio. Na realidade, a semelhança entre eles é insignificante, limitada apenas pela leveza e brilho metálico, resistência à corrosão química. O alumínio exibe propriedades anfotéricas, portanto, reage facilmente com álcalis e ácidos.
Por exemplo, se o ácido acético atua sobre o alumínio, uma reação química é observada. O estanho é capaz de interagir apenas com ácidos concentrados fortes.
Vantagens e desvantagens do estanho
Este metal praticamente não é utilizado na construção, pois não possui alta resistência mecânica. Basicamente, não é usado atualmente metal puro, mas suas ligas.
Vamos destacar as principais vantagens deste metal. De particular importância é a maleabilidade, é usada no processo de fabricação de utensílios domésticos. Por exemplo, suportes, lâmpadas feitas desse metal parecem esteticamente agradáveis.
O revestimento de estanho permite reduzir significativamente o atrito, graças ao qual o produto é protegido contra desgaste prematuro.
Entre as principais desvantagens deste metal, pode-se citar sua leve resistência. O estanho não é adequado para a fabricação de peças e peças que exigem cargas significativas.
Mineração de metais
O estanho é fundido a baixa temperatura, mas devido à dificuldade de sua extração, o metal é considerado uma substância cara. Devido ao baixo ponto de fusão, ao aplicar estanho na superfície do metal, pode-se obter uma economia significativa de energia elétrica.
Estrutura
O metal tem uma estrutura homogênea, mas, dependendo da temperatura, são possíveis suas diferentes fases, diferindo em características. Entre as modificações mais comuns deste metal, destacamos a variante β que existe a uma temperatura de 20 graus. A condutividade térmica, seu ponto de ebulição, são as principais características dadas para o estanho. Quando a temperatura cai de 13,2 C, uma modificação α é formada, chamada de estanho cinza. Esta forma não possui plasticidade e maleabilidade, possui uma densidade menor, pois possui uma rede cristalina diferente.
Durante a transição de uma forma para outra, observa-se uma mudança de volume, pois há uma diferença de densidade, como resultado da destruição do produto de estanho. Este fenômeno é chamado de "praga do estanho". Esse recurso leva ao fato de que a área de uso do metal é significativamente reduzida.
Em condições naturais, o estanho pode ser encontrado na composição de rochas na forma de um oligoelemento; além disso, suas formas minerais são conhecidas. Por exemplo, a cassiterita contém seu óxido e a pirita de estanho contém seu sulfeto.
Produção
Os minérios de estanho, nos quais o teor de metal não é inferior a 0,1 por cento, são considerados promissores para processamento industrial. Mas, atualmente, esses depósitos também estão sendo explorados, nos quais o teor de metal é de apenas 0,01%. Para a extração do mineral, diversos métodos são utilizados, levando em consideração as especificidades do depósito, bem como sua variedade.
Basicamente, os minérios de estanho são apresentados na forma de areias. A extração se reduz à sua lavagem constante, bem como à concentração do mineral do minério. É muito mais difícil desenvolver um depósito primário, pois são necessárias instalações adicionais, construção e operação de minas.
O concentrado mineral é transportado para uma planta especializada em fundição de metais não ferrosos. Além disso, é realizado o enriquecimento repetido do minério, a moagem e a lavagem. O concentrado de minério é restaurado usando fornos especiais. Para a recuperação completa do estanho, este processo é realizado várias vezes. Na fase final, o processo de limpeza das impurezas do estanho bruto é realizado usando um método térmico ou eletrolítico.
Uso
Como principal característica que permite o uso do estanho, destaca-se sua alta resistência à corrosão. Este metal, assim como suas ligas, estão entre os compostos mais estáveis em relação a produtos químicos agressivos. Mais da metade de todo o estanho produzido no mundo é usado para fazer folha-de-flandres. Essa tecnologia, associada à aplicação de uma fina camada de estanho sobre o aço, passou a ser utilizada para proteger as latas da corrosão química.
A capacidade de desenrolamento do estanho é usada para produzir tubos de paredes finas a partir dele. Devido à instabilidade deste metal a baixas temperaturas, seu uso doméstico é bastante limitado.
As ligas de estanho têm uma condutividade térmica significativamente menor do que o aço, pelo que podem ser utilizadas para a produção de lavatórios e banheiras, bem como para a fabricação de diversos acessórios sanitários.
O estanho é adequado para a produção de pequenos itens decorativos e domésticos, fazendo pratos, criando joias originais. Este metal fosco e maleável, quando combinado com o cobre, há muito se tornou um dos materiais preferidos dos escultores. O bronze combina alta resistência, resistência à corrosão química e natural. Esta liga está em demanda como material decorativo e de construção.
O estanho é um metal tonal-ressonante. Por exemplo, quando combinado com chumbo, obtém-se uma liga que é usada para fazer instrumentos musicais modernos. Os sinos de bronze são conhecidos desde os tempos antigos. Para criar tubos de órgão, é usada uma liga de estanho e chumbo.
Conclusão
A crescente atenção da produção moderna às questões relacionadas à proteção ambiental, bem como aos problemas relacionados à preservação da saúde pública, tem influenciado a composição dos materiais utilizados na fabricação de eletrônicos. Por exemplo, tem havido um interesse crescente na tecnologia de solda sem chumbo. O chumbo é um material que causa danos significativos à saúde humana, por isso deixou de ser utilizado na engenharia elétrica. Os requisitos de soldagem foram apertados e as ligas de estanho começaram a ser usadas em vez de chumbo perigoso.
O estanho puro praticamente não é usado na indústria, pois há problemas com o desenvolvimento da "praga do estanho". Dentre as principais áreas de aplicação deste raro elemento disperso, destacamos a fabricação de fios supercondutores.
O revestimento de estanho puro nas superfícies de contato permite aumentar o processo de soldagem, proteger o metal do processo de corrosão.
Como resultado da transição para a tecnologia sem chumbo, muitos fabricantes de aço começaram a usar estanho natural para revestir superfícies de contato e chumbo. Esta opção permite obter um revestimento protetor de alta qualidade a um custo acessível. Devido à ausência de impurezas, a nova tecnologia não só é considerada amiga do ambiente, como também permite obter excelentes resultados a um custo acessível. Os fabricantes consideram o estanho um metal promissor e moderno em engenharia elétrica e eletrônica de rádio.
Introdução
Bibliografia
Introdução
O estágio mais importante do desenvolvimento foi o uso do ferro e suas ligas. Em meados do século 19, o método de conversão de produção de aço foi dominado e, no final do século, o método de lareira aberta.
As ligas à base de ferro são atualmente o principal material estrutural.
O rápido crescimento da indústria exige o aparecimento de materiais com uma variedade de propriedades.
A metade do século 20 foi marcada pelo surgimento dos polímeros, novos materiais cujas propriedades diferem nitidamente das dos metais.
Os polímeros também são amplamente utilizados em vários campos da tecnologia: engenharia mecânica, indústrias químicas e alimentícias e várias outras áreas.
O desenvolvimento da tecnologia requer materiais com novas propriedades únicas. A energia nuclear e a tecnologia espacial requerem materiais que possam operar em temperaturas muito altas.
A tecnologia de computador tornou-se possível apenas usando materiais com propriedades elétricas especiais.
Assim, a ciência dos materiais é uma das ciências mais importantes e prioritárias que determinam o progresso técnico.
O estanho é um dos poucos metais conhecidos pelo homem desde os tempos pré-históricos. O estanho e o cobre foram descobertos antes do ferro, e sua liga, o bronze, é, aparentemente, o primeiro material "artificial", o primeiro material preparado pelo homem.
Os resultados das escavações arqueológicas sugerem que, já em cinco milênios aC, as pessoas eram capazes de fundir o próprio estanho. Sabe-se que os antigos egípcios trouxeram estanho para a produção de bronze da Pérsia.
Sob o nome "trapu" este metal é descrito na literatura indiana antiga. O nome latino para estanho stannum vem do sânscrito "cem", que significa "sólido".
Lata
Propriedades do estanho:
Número atômico e50
Massa atômica 118.710
Estábulo 112, 114-120, 122, 124
Instável 108-111, 113, 121, 123, 125-127
Ponto de fusão, ° C 231,9
Ponto de ebulição, ° С 262,5
Densidade, g/cm3 7,29
Dureza (de acordo com Brinell) 3,9
A produção de estanho a partir de minérios e aluviões começa sempre com o enriquecimento. Os métodos de enriquecimento de minérios de estanho são bastante diversos. Em particular, é usado o método gravitacional, baseado na diferença na densidade dos minerais principais e acompanhantes. Ao mesmo tempo, não devemos esquecer que os acompanhantes estão longe de ser sempre uma raça vazia. Muitas vezes eles contêm metais valiosos, como tungstênio, titânio, lantanídeos. Nesses casos, eles tentam extrair todos os componentes valiosos do minério de estanho.
A composição do concentrado de estanho resultante depende das matérias-primas e também de como esse concentrado foi obtido. O teor de estanho varia de 40 a 70%. O concentrado é enviado para fornos (a 600...700°C), onde são removidas impurezas relativamente voláteis de arsênio e enxofre. E a maior parte do ferro, antimônio, bismuto e alguns outros metais são lixiviados com ácido clorídrico após a queima. Feito isso, resta separar o estanho do oxigênio e do silício. Portanto, a última etapa na produção de estanho bruto é a fundição com carvão e fundentes em fornos reverberatórios ou elétricos. Do ponto de vista físico-químico, esse processo é semelhante a um alto-forno: o carbono “retira” o oxigênio do estanho e os fluxos transformam o dióxido de silício em uma escória leve em comparação com o metal.
Ainda há muitas impurezas no estanho bruto: 5 ... 8%. Para obter metal de alta qualidade (96,5 ... 99,9% Sn), é usado fogo ou refino eletrolítico com menos frequência. E o estanho necessário para a indústria de semicondutores com pureza de quase seis noves - 99,99985% Sn - é obtido principalmente por fusão por zona.
O estanho também é obtido pela regeneração de resíduos de folha de flandres. Para obter um quilo de estanho, não é necessário processar um centavo de minério, você pode fazer o contrário: "descascar" 2.000 latas antigas.
Apenas meio grama de estanho por lata. Mas multiplicados pela escala de produção, esses meio grama se transformam em dezenas de toneladas... A participação do estanho "secundário" na indústria dos países capitalistas é aproximadamente um terço da produção total. Existem cerca de uma centena de plantas industriais de recuperação de estanho em operação em nosso país.
É quase impossível remover o estanho da folha de flandres por meios mecânicos, então eles usam a diferença nas propriedades químicas do ferro e do estanho. Na maioria das vezes, o estanho é tratado com cloro gasoso. O ferro na ausência de umidade não reage com ele. O estanho combina com o cloro muito facilmente. Um líquido fumegante é formado - cloreto de estanho SnCl4, que é usado nas indústrias química e têxtil ou enviado a um eletrolisador para obter estanho metálico. E novamente o "círculo" começará: as chapas de aço serão cobertas com esta lata, elas receberão folha-de-flandres. Ele será feito em jarras, as jarras serão enchidas com comida e seladas. Então eles vão abri-los, comer comida enlatada, jogar fora as latas. E então eles (não todos, infelizmente) chegarão novamente às fábricas de estanho "secundário".
Outros elementos fazem um ciclo na natureza com a participação de plantas, microrganismos, etc. O ciclo do estanho é obra das mãos humanas.
Ligas. Um terço do estanho é usado para fazer soldas. As soldas são ligas de estanho, principalmente com chumbo em diferentes proporções, dependendo da finalidade. Uma liga contendo 62% Sn e 38% Pb é chamada de eutética e possui o menor ponto de fusão entre as ligas do sistema Sn - Pb. Está incluído nas composições usadas em eletrônica e engenharia elétrica. Outras ligas de chumbo-estanho, como 30% Sn + 70% Pb, com ampla área de solidificação, são usadas para dutos de solda e como material de enchimento. Soldas de estanho sem chumbo também são usadas. Ligas de estanho com antimônio e cobre são usadas como ligas antifricção (babbits, bronzes) na tecnologia de rolamentos para vários mecanismos.
Composição e propriedades de algumas ligas de estanho
Muitas ligas de estanho são verdadeiros compostos químicos do elemento #50 com outros metais. Fundindo, o estanho interage com cálcio, magnésio, zircônio, titânio e muitos elementos de terras raras. Os compostos resultantes são caracterizados por uma refratariedade bastante alta. Assim, o estaneto de zircônio Zr3Sn2 funde apenas a 1985°C. E não apenas a refratariedade do zircônio é "culpada" aqui, mas também a natureza da liga, a ligação química entre as substâncias que a formam. Ou outro exemplo. O magnésio não pode ser classificado como um metal refratário, 651 ° C está longe de ser um ponto de fusão recorde. O estanho derrete a uma temperatura ainda mais baixa - 232°C. E sua liga - o composto Mg2Sn - tem um ponto de fusão de 778°C. As ligas de estanho-chumbo modernas contêm 90-97% de Sn e pequenas adições de cobre e antimônio para aumentar a dureza e a resistência.
Conexões. O estanho forma vários compostos químicos, muitos dos quais têm importantes usos industriais. Além de inúmeros compostos inorgânicos, o átomo de estanho é capaz de formar uma ligação química com o carbono, o que possibilita a obtenção de compostos organometálicos conhecidos como compostos organoestânicos. Soluções aquosas de cloretos de estanho, sulfatos e fluoroboratos servem como eletrólitos para a deposição de estanho e suas ligas. O óxido de estanho é usado como esmalte para cerâmica; dá opacidade ao esmalte e serve como pigmento de coloração. O óxido de estanho também pode ser depositado a partir de soluções como um filme fino em vários produtos, o que confere resistência aos produtos de vidro (ou reduz o peso dos vasos, mantendo sua resistência). A introdução de estanato de zinco e outros derivados de estanho em materiais plásticos e sintéticos reduz a sua inflamabilidade e evita a formação de fumos tóxicos, e esta área de aplicação torna-se importante para os compostos de estanho. Uma grande quantidade de compostos organoestânicos é consumida como estabilizante do policloreto de vinila - substância utilizada na fabricação de contêineres, tubulações, material transparente para telhados, caixilhos de janelas, calhas, etc. Outros compostos organoestânicos são usados como produtos químicos agrícolas, para a fabricação de tintas e preservação da madeira.
As conexões mais importantes:
O dióxido de estanho SnO 2 é insolúvel em água. Na natureza - o mineral cassiterita (pedra de estanho). Obtido pela oxidação do estanho com oxigênio. Aplicação: para obtenção de estanho, pigmento branco para esmaltes, vidros, esmaltes.
Óxido de estanho SnO, cristais pretos. Oxidado no ar acima de 400°C, insolúvel em água. Aplicação: pigmento preto na produção de vidro rubi, para produção de sais de estanho.
O hidreto de estanho SnH 2 é obtido em pequenas quantidades como impureza ao hidrogênio durante a decomposição de ligas de estanho-magnésio com ácidos (ou seja, sob a ação do hidrogênio no momento do isolamento). Durante o armazenamento, decompõe-se gradualmente em estanho livre e hidrogênio.
Tetracloreto de estanho SnCl 4 líquido fumegante no ar, solúvel em água. Aplicação: mordente para tingimento de tecidos, catalisador de polimerização.
O dicloreto de estanho SnCl 2 é solúvel em água. Forma um dihidrato. Aplicação: agente redutor em síntese orgânica, mordente para tingimento de tecidos, para branqueamento de óleos de petróleo.
Dissulfeto de estanho SnS 2, cristais amarelos dourados, insolúveis. "Folha de ouro" - para acabamento sob o ouro da madeira, gesso.
