L'étain (lat. Stannum ; désigné par le symbole Sn) est un élément du sous-groupe principal du quatrième groupe, la cinquième période du tableau périodique des éléments chimiques de D.I. Mendeleïev, de numéro atomique 50. Appartient au groupe des métaux légers. . Dans des conditions normales, l’étain, substance simple, est un métal argenté brillant ductile, malléable et fusible. blanc. L'étain forme deux modifications allotropiques : en dessous de 13,2 °C, l'α-étain (étain gris) avec un réseau cubique de type diamant est stable au-dessus de 13,2 °C, le β-étain (étain blanc) avec un réseau cristallin tétragonal est stable.
Histoire
L'étain était déjà connu de l'homme au 4ème millénaire avant JC. e. Ce métal était inaccessible et coûteux, car les produits fabriqués à partir de celui-ci sont rarement trouvés parmi les antiquités romaines et grecques. Il y a des mentions de l'étain dans la Bible, le Quatrième Livre de Moïse. L'étain est (avec le cuivre) un des composants du bronze (voir Histoire du cuivre et du bronze), inventé à la fin ou au milieu du 3ème millénaire avant JC. Avant JC. Le bronze étant le plus durable des métaux et alliages connus à cette époque, l'étain fut un « métal stratégique » tout au long de « l'âge du bronze », soit plus de 2000 ans (très approximativement : 35-11ème siècles avant JC).
Origine du nom
Le nom latin stannum, lié au mot sanskrit signifiant « stable, durable », faisait à l'origine référence à un alliage de plomb et d'argent, puis à un autre alliage l'imitant, contenant environ 67 % d'étain ; au IVe siècle, ce mot commença à être utilisé pour désigner l'étain lui-même.
Le mot étain est un slave commun, ayant des correspondances dans les langues baltes (cf. Lit. alavas, alvas - « étain », prussien alwis - « plomb »). C'est un suffixe de la racine ol- (cf. vieux haut allemand elo - « jaune », latin albus - « blanc », etc.), donc le métal est nommé par couleur.
Production
Au cours du processus de production, la roche contenant du minerai (cassitérite) est broyée jusqu'à des tailles de particules d'environ 10 mm en moyenne dans des broyeurs industriels, après quoi la cassitérite, en raison de sa densité et de sa masse relativement élevées, est séparée des stériles à l'aide du méthode vibration-gravité sur coiffeuses. De plus, la méthode de flottation pour l’enrichissement/purification du minerai est utilisée. Le concentré de minerai d’étain obtenu est fondu dans des fours. Au cours du processus de fusion, il est restitué à l'état libre grâce à l'utilisation de charbon de bois dans la réduction, dont les couches sont empilées en alternance avec les couches de minerai.
Application
1. L'étain est principalement utilisé comme revêtement sûr, non toxique et résistant à la corrosion dans forme pure ou en alliages avec d'autres métaux. Les principales utilisations industrielles de l'étain sont le fer blanc (fer étamé) pour la fabrication de récipients. produits alimentaires, dans les soudures électroniques, dans la tuyauterie domestique, dans les alliages pour roulements et dans les revêtements d'étain et de ses alliages. L'alliage d'étain le plus important est le bronze (avec le cuivre). Un autre alliage bien connu, l’étain, est utilisé pour fabriquer de la vaisselle. Récemment, il y a eu un regain d'intérêt pour l'utilisation du métal, car il est le plus « écologique » parmi les métaux lourds non ferreux. Utilisé pour créer des fils supraconducteurs à base du composé intermétallique Nb 3 Sn.
2. Les composés intermétalliques d'étain et de zirconium ont des points de fusion élevés (jusqu'à 2 000 °C) et une résistance à l'oxydation lorsqu'ils sont chauffés à l'air et ont de nombreuses applications.
3. L’étain est le composant d’alliage le plus important dans la production d’alliages structurels de titane.
4. Le dioxyde d'étain est un matériau abrasif très efficace utilisé pour « finir » la surface du verre optique.
5. Un mélange de sels d'étain - « composition jaune » - était auparavant utilisé comme colorant pour la laine.
6. L'étain est également utilisé dans les sources de courant chimique comme matériau d'anode, par exemple : élément manganèse-étain, élément oxyde de mercure-étain. L’utilisation de l’étain dans une batterie plomb-étain est prometteuse ; par exemple, à même tension, par rapport à une batterie au plomb, une batterie plomb-étain a une capacité 2,5 fois supérieure et une densité énergétique par unité de volume 5 fois supérieure, sa résistance interne est bien inférieure.
L'étain est un métal léger de numéro atomique 50, qui appartient au groupe 14 du tableau périodique des éléments. Cet élément était connu dans l'Antiquité et était considéré comme l'un des métaux les plus rares et les plus chers, de sorte que les produits en étain pouvaient être achetés par les habitants les plus riches de l'Empire romain et Grèce antique. Le bronze spécial était fabriqué à partir d'étain, utilisé au troisième millénaire avant JC. À cette époque, le bronze était l'alliage le plus durable et le plus populaire, et l'étain était l'une des impuretés et était utilisé pendant plus de deux mille ans.
En latin, ce métal s'appelait le mot « stannum », qui signifie durabilité et résistance, mais ce nom désignait auparavant un alliage de plomb et d'argent. Ce n’est qu’au IVe siècle que ce mot commença à être utilisé pour désigner l’étain lui-même. Le nom même « étain » a de nombreuses versions de son origine. Dans la Rome antique, les récipients à vin étaient en plomb. On peut supposer que l'étain était le nom donné au matériau à partir duquel les récipients étaient fabriqués pour stocker la boisson en étain, consommée par les anciens Slaves.
Dans la nature, ce métal est rare ; en termes de prévalence dans la croûte terrestre, l'étain n'occupe que la 47ème place et est extrait de la cassitérite, dite pierre d'étain, qui contient environ 80 pour cent de ce métal.
CassitériteApplications industrielles
L’étain étant un métal non toxique et très durable, il est utilisé dans des alliages avec d’autres métaux. Il est principalement utilisé pour fabriquer du fer blanc, qui est utilisé dans la production de boîtes de conserve, de soudures pour l'électronique, ainsi que pour la production de bronze.
Propriétés physiques de l'étain
Cet élément est un métal blanc aux reflets argentés.
Boîte grise et blanche
Si vous chauffez le moule, vous entendrez un crépitement. Ce bruit est provoqué par le frottement des cristaux les uns contre les autres. De plus, un craquement caractéristique apparaîtra si un morceau d'étain est simplement plié.
L'étain est très ductile et malléable. Dans les conditions classiques, cet élément existe sous la forme d’« étain blanc », modifiable en fonction de la température. Par exemple, par temps froid, l’étain blanc deviendra gris et aura une structure similaire à celle du diamant. D’ailleurs, l’étain gris est très fragile et s’effrite littéralement en poudre sous vos yeux. À cet égard, l’histoire utilise la terminologie de « peste de l’étain ».
Auparavant, les gens ne connaissaient pas cette propriété de l'étain, c'est pourquoi on en fabriquait des boutons et des tasses pour les soldats, ainsi que d'autres objets utiles qui, après une courte période de froid, se transformaient en poudre. Certains historiens pensent que c'est précisément à cause de cette propriété de l'étain que l'efficacité au combat de l'armée de Napoléon a diminué.
Obtention d'étain
La principale méthode d'obtention de l'étain est la récupération du métal à partir du minerai contenant de l'oxyde d'étain (IV) à l'aide de charbon, d'aluminium ou.
SnO₂ + C = Sn + CO₂
L'étain particulièrement pur est obtenu par affinage électrochimique ou par fusion de zone.
Propriétés chimiques de l'étain
À température ambiante, l'étain est assez résistant à l'exposition à l'air ou. Ceci s'explique par le fait qu'un mince film d'oxyde apparaît à la surface du métal.
Dans l'air, l'étain ne commence à s'oxyder qu'à des températures supérieures à 150 °C :
Sn + O₂ → SnO₂
Fibres SnO₂ dans un microscope optique
Si l'étain est chauffé, cet élément réagira avec la plupart des non-métaux, formant des composés avec l'état d'oxydation +4 (ce qui est plus caractéristique de cet élément) :
Sn + 2Cl₂ → SnCl₄
L'interaction de l'étain et de l'acide chlorhydrique concentré se déroule assez lentement :
Sn + 4HCl → H₂ + H₂
L'étain réagit très lentement avec l'acide sulfurique concentré, alors qu'il ne réagit pas du tout avec l'acide sulfurique dilué.
La réaction de l'étain avec acide nitrique, qui dépend de la concentration de la solution. La réaction se déroule pour former de l'acide stanneux, H₂SnO₃, qui est une poudre amorphe blanche :
3Sn + 4HNO₃ + nH₂O = 3H₂SnO₃ nH₂O + 4NO
S'il est mélangé avec de l'acide nitrique dilué, cet élément présentera des propriétés métalliques avec formation de nitrate d'étain :
4Sn + 10HNO₃ = 4Sn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O
L'étain chauffé peut réagir avec les alcalis pour libérer de l'hydrogène :
Sn + 2KOH + 4H₂O = K₂ + 2H₂
vous trouverez des expériences sûres et très belles avec l'étain.
États d'oxydation de l'étain
Dans son état simple, l’état d’oxydation de l’étain est nul. Sn peut également avoir un état d'oxydation de +2 : oxyde d'étain (II) SnO, SnCl₂, hydroxyde d'étain (II) Sn (OH)₂. L'état d'oxydation +4 est le plus typique pour l'oxyde d'étain (IV) SnO₂, les halogénures (IV), par exemple le chlorure de SnCl₄, le sulfure d'étain (IV) SnS₂, le nitrure d'étain (IV) Sn₃N₄.
Le métal blanc et tendre - l'étain - fut l'un des premiers métaux que l'homme apprit à traiter. Les scientifiques pensent que l’extraction de l’étain a commencé bien avant la découverte du fer.
Certaines découvertes archéologiques confirment que les mines d’étain de l’actuel Irak étaient en activité il y a quatre mille ans. L'étain était commercialisé : les marchands l'échangeaient contre des pierres précieuses. Dans la nature, l’étain se trouve dans la cassitérite, un minerai d’oxyde d’étain, un minéral dont les gisements se trouvent en Asie du Sud-Est, en Amérique du Sud, en Australie et en Chine.
De l'histoire
Selon les historiens et les archéologues, l’étain a été découvert pour la première fois, probablement par accident, dans des gisements alluviaux de cassitérite. Des fourneaux anciens contenant des déchets de scories ont été découverts dans le sud-ouest de la Grande-Bretagne. Parmi les objets découverts de l'époque de la Rome antique et de la Grèce, les objets en étain sont très rares, ce qui confirme l'hypothèse selon laquelle ce métal était cher.
L'étain est mentionné dans les ouvrages de la littérature arabe des VIIIe-IXe siècles, ainsi que dans les ouvrages médiévaux décrivant des voyages et de grandes découvertes. En Bohême et en Saxe, l'exploitation de l'étain a commencé au XIIe siècle. 
Il est intéressant de noter que bien avant que les gens ne commencent à extraire de l'étain pur, ils ont inventé le bronze, un alliage d'étain et de cuivre. Selon certaines sources, le bronze était connu de l'homme dès 2500 avant JC.
Le fait est que l'étain existe dans les minerais avec le cuivre, donc lors de la fusion, ils n'ont pas obtenu du cuivre pur, mais son alliage avec l'étain, c'est-à-dire le bronze. L'étain peut être trouvé comme impureté fortuite dans les ustensiles en cuivre des pharaons égyptiens fabriqués en 2000 avant JC.
Propriétés chimiques de l'étain
L'étain est inerte à l'eau et à l'oxygène à température ambiante. Le métal a également tendance à se recouvrir d’un mince film d’oxyde lorsqu’il est exposé à l’air. C'est l'inertie chimique de l'étain dans des conditions normales qui a rendu ce métal populaire parmi les fabricants de récipients en fer blanc. 
Les acides sulfurique et chlorhydrique à l'état dilué agissent sur l'étain extrêmement lentement et, sous forme concentrée, ils le dissolvent lorsqu'ils sont chauffés. Lors de la connexion avec acide chlorhydrique on obtient du chlorure d'étain et, lors de la réaction avec le soufre, du sulfate d'étain.
Lors de la réaction avec de l'acide nitrique dilué, on obtient du nitrate d'étain et avec de l'acide nitrique concentré, on obtient de l'acide d'étain insoluble. Les composés d'étain revêtent une grande importance industrielle : ils sont utilisés dans la production de revêtements galvaniques.
Applications de l'étain
Ce métal mou blanc argenté peut être déroulé en une fine feuille. L'étain ne rouille pas, c'est pourquoi il est largement utilisé dans différents domaines. Le plus souvent, les conteneurs sont fabriqués à partir de ce métal. Si l'étain est appliqué en couche mince sur un autre métal, il donnera à la surface une brillance et une douceur particulières.
Cette propriété de l’étain est utilisée dans la fabrication de boîtes de conserve. L'étain est souvent utilisé comme revêtement anticorrosion. Plus d’un tiers de tout l’étain extrait dans le monde est aujourd’hui utilisé dans la production d’emballages pour aliments et boissons. Les boîtes de conserve, bien connues de tous, sont en acier recouvert d'une couche d'étain d'une épaisseur maximale de 0,4 micron. 
Un autre tiers de l'étain extrait est utilisé pour fabriquer des soudures - des alliages contenant du plomb dans différentes proportions. Les soudures sont utilisées en électrotechnique pour souder des canalisations. Ces alliages peuvent contenir jusqu'à 97 % d'étain, de cuivre et d'antimoine, ce qui augmente la dureté et la résistance de l'alliage.
Les ustensiles (principalement le frage) sont fabriqués à partir d'étain mélangé à de l'antimoine. Dans l’industrie, l’étain est utilisé dans divers composés chimiques.
Étain- métal brillant ductile, malléable et fusible de couleur blanc argenté. Il est principalement utilisé comme revêtement sûr, non toxique et résistant à la corrosion sous sa forme pure ou en alliage avec d'autres métaux. Les principales utilisations industrielles de l'étain sont le fer blanc (fer étamé) pour la fabrication de conteneurs, les soudures pour l'électronique, la tuyauterie domestique, les alliages de roulements et les revêtements d'étain et de ses alliages. L'élément est constitué de 10 isotopes de numéros de masse 112, 114. -120, 122, 124 ; ce dernier est faiblement radioactif ; L'isotope 120 Sn est le plus répandu (environ 33 %).
Voir aussi :
STRUCTURE
L'étain a deux modifications allotropiques : a-Sn (étain gris) avec un réseau cristallin cubique à face centrée et b-Sn (étain blanc ordinaire) avec un réseau cristallin tétragonal centré sur le corps. La transition de phase b -> a est accélérée à basse température (-30°C) et en présence de noyaux de cristaux d'étain gris ; Il existe des cas connus où des produits en étain se sont effondrés au froid en poudre grise (« peste de l'étain »), mais cette transformation, même à très basse température, est fortement inhibée par la présence de minuscules impuretés et se produit donc rarement, ce qui représente un résultat plus scientifique que pratique. intérêt. PROPRIÉTÉS
La densité du b-Sn est de 7,29 g/cm 3, la densité du a-Sn est de 5,85 g/cm 3. Point de fusion 231,9°C, point d'ébullition 2270°C.
Coefficient de température de dilatation linéaire 23·10 -6 (0-100 °C) ; capacité thermique spécifique (0°C) 0,225 kJ/(kg K), soit 0,0536 cal/(g °C) ; conductivité thermique (0°C) 65,8 W/(m K), soit 0,157 cal/(cm sec °C) ; résistance électrique spécifique (20 °C) 0,115·10 -6 ohm·m, soit 11,5·10 -6 ohm·cm. L'étain gris est diamagnétique et l'étain blanc est paramagnétique.
Résistance à la traction 16,6 MN/m2 (1,7 kgf/mm2) ; allongement relatif 80-90 % ; Dureté Brinell 38,3-41,2 MN/m2 (3,9-4,2 kgf/mm2). Lors du pliage des tiges d'étain, un craquement caractéristique se fait entendre dû au frottement mutuel des cristallites.
L'étain pur a une faible résistance mécanique à température ambiante (vous pouvez plier une tige d'étain et entendre un bruit de craquement caractéristique provoqué par le frottement des cristaux individuels les uns contre les autres) et est donc rarement utilisé.
RÉSERVES ET PRODUCTION
L'étain est un oligoélément rare ; l'étain se classe au 47ème rang en termes d'abondance dans la croûte terrestre. La teneur en Clark de l'étain dans la croûte terrestre varie, selon diverses sources, de 2,10−4 à 8,10−3 % en masse. Le principal minéral de l'étain est la cassitérite (pierre d'étain) SnO 2, contenant jusqu'à 78,8 % d'étain. Le stannin (pyrite d'étain) - Cu 2 FeSnS 4 (27,5 % Sn) est beaucoup moins courant dans la nature. Les gisements mondiaux d'étain se trouvent principalement en Chine et en Asie du Sud-Est - Indonésie, Malaisie et Thaïlande. Il existe également d'importants gisements en Amérique du Sud (Bolivie, Pérou, Brésil) et en Australie.
En Russie, les réserves de minerai d'étain se trouvent dans l'Okrug autonome de Tchoukotka (usines de stockage de Pyrkakai ; mine/village de Valkumey, Iultin - l'exploitation minière a été fermée au début des années 1990), dans le territoire de Primorsky (district de Kavalerovsky), dans le territoire de Khabarovsk (district de Solnechny, District de Verkhnebureinsky (gisement Pravourmiyskoye)), en Yakoutie (gisement Deputatskoye) et dans d'autres régions.
Au cours du processus de production, la roche minéralisée (cassitérite) est broyée jusqu'à des particules d'une taille moyenne d'environ 10 mm dans des broyeurs industriels, après quoi la cassitérite, en raison de sa densité et de sa masse relativement élevées, est séparée des stériles par vibration. -méthode gravitationnelle sur coiffeuses. De plus, la méthode de flottation pour l’enrichissement/purification du minerai est utilisée. De cette manière, il est possible d'augmenter la teneur en étain du minerai jusqu'à 40 à 70 %. Ensuite, le concentré est grillé dans l'oxygène pour éliminer les impuretés de soufre et d'arsenic. Le concentré de minerai d’étain obtenu est fondu dans des fours. Lors du processus de fusion, il est restitué à l'état libre grâce à l'utilisation de charbon de bois dans la réduction dont les couches sont déposées en alternance avec des couches de minerai, ou d'aluminium (zinc) dans des fours électriques : SnO 2 + C = Sn + CO 2. L'étain particulièrement pur de pureté semi-conductrice est préparé par raffinage électrochimique ou par fusion de zone.
ORIGINE
La principale forme d'occurrence de l'étain dans les roches et les minéraux est dispersée (ou endoccrite). Cependant, l'étain forme également des formes minérales, et sous cette forme, on le trouve souvent non seulement comme accessoire dans les roches ignées acides, mais forme également des concentrations industrielles principalement sous forme d'oxyde (cassitérite SnO 2) et de sulfure (stannine).
En général, on peut distinguer les formes suivantes d'étain dans la nature :
- Forme diffuse : La forme spécifique d’apparition de l’étain sous cette forme est inconnue. Ici, nous pouvons parler d'une forme isomorphiquement dispersée d'occurrence d'étain en raison de la présence d'un isomorphisme avec un certain nombre d'éléments (Ta, Nb, W - avec formation de composés typiquement oxygénés ; V, Cr, Ti, Mn, Sc - avec la formation d'oxygène et de composés sulfurés). Si les concentrations d'étain ne dépassent pas certaines valeurs critiques, il peut alors remplacer de manière isomorphe les éléments nommés. Les mécanismes de l'isomorphisme sont différents.
- Forme minérale : L’étain se trouve dans les minéraux concentrateurs. En règle générale, il s'agit de minéraux dans lesquels du fer Fe +2 est présent : biotites, grenats, pyroxènes, magnétites, tourmalines, etc. Cette relation est due à l'isomorphisme, par exemple selon le schéma Sn +4 + Fe +2 → 2Fe +3. Dans les skarns étainifères, de fortes concentrations d'étain se trouvent dans les grenats (jusqu'à 5,8 % en poids) (en particulier dans les andradites), les épidotes (jusqu'à 2,84 % en poids), etc.
Dans les gisements de sulfures, l'étain est inclus comme élément isomorphe dans les sphalérites (gisement Silinskoye, Russie, Primorye), les chalcopyrites (gisement Dubrovskoye, Russie, Primorye) et les pyrites. De fortes concentrations d'étain ont été détectées dans la pyrrhotite du greisen du gisement de Smirnovskoye (Russie, Primorye). On pense qu'en raison d'un isomorphisme limité, la décomposition de solutions solides avec des micro-précipitations de Cu 2 +1 Fe +2 SnS 4 ou de tillite PbSnS 2 et d'autres minéraux se produit.
APPLICATION
L'étain est principalement utilisé comme revêtement sûr, non toxique et résistant à la corrosion, sous sa forme pure ou en alliage avec d'autres métaux. Les principales utilisations industrielles de l'étain sont le fer blanc (fer étamé) pour les récipients alimentaires, les soudures pour l'électronique, la tuyauterie domestique, les alliages pour roulements et les revêtements d'étain et de ses alliages. L'alliage d'étain le plus important est le bronze (avec le cuivre). Un autre alliage bien connu, l’étain, est utilisé pour fabriquer de la vaisselle. Environ 33 % de tout l’étain extrait est consommé à ces fins. Jusqu'à 60 % de l'étain produit est utilisé sous forme d'alliages avec du cuivre, du cuivre et du zinc, du cuivre et de l'antimoine (alliage à roulements ou régule), avec du zinc (feuille d'emballage) et sous forme d'étain-plomb et d'étain-zinc. soudures. Récemment, il y a eu un regain d'intérêt pour l'utilisation du métal, car il est le plus « écologique » parmi les métaux lourds non ferreux. Utilisé pour créer des fils supraconducteurs à base du composé intermétallique Nb 3 Sn.
Le disulfure d'étain SnS 2 est utilisé dans les peintures imitant la feuille d'or (« potal »).
Les isomères nucléaires radioactifs artificiels de l'étain 117m Sn et 119m Sn sont des sources de rayonnement gamma, sont des isotopes de Mössbauer et sont utilisés en spectroscopie de résonance gamma.
Les composés intermétalliques d'étain et de zirconium ont des points de fusion élevés (jusqu'à 2 000 °C) et une résistance à l'oxydation lorsqu'ils sont chauffés à l'air et ont de nombreuses applications.
L’étain est le composant d’alliage le plus important dans la production d’alliages structurels de titane.
Le dioxyde d'étain est un matériau abrasif très efficace utilisé pour « finir » la surface du verre optique.
Un mélange de sels d'étain - la « composition jaune » - était auparavant utilisé comme colorant pour la laine.
L'étain est également utilisé dans les sources de courant chimique comme matériau d'anode, par exemple : élément manganèse-étain, élément oxyde de mercure-étain. L’utilisation de l’étain dans une batterie plomb-étain est prometteuse ; par exemple, à même tension, par rapport à une batterie au plomb, une batterie plomb-étain a une capacité 2,5 fois supérieure et une densité énergétique par unité de volume 5 fois supérieure, sa résistance interne est bien inférieure.
Des couches isolées bidimensionnelles d'étain (stanène), créées par analogie avec le graphène, sont étudiées.
Étain - Sn
CLASSIFICATION
| Strunz (8e édition) | 1/A.05-30 |
| Nickel-Strunz (10e édition) | 1.AC.10 |
| Dana (7e édition) | 1.1.19.1 |
| Dana (8e édition) | 1.1.13.1 | Salut CIM Réf | 1.29 |
L'étain est l'un des rares métaux connus par l'homme depuis la préhistoire. L’étain et le cuivre ont été découverts avant le fer, et leur alliage, le bronze, est apparemment le tout premier matériau « artificiel », le premier matériau préparé par l’homme.
Les résultats des fouilles archéologiques suggèrent que même cinq millénaires avant JC, les hommes savaient fondre l'étain lui-même. On sait que les anciens Égyptiens apportaient de l’étain de Perse pour la production de bronze.
Ce métal est décrit sous le nom de « trapu » dans la littérature indienne ancienne. Le nom latin de l’étain, stannum, vient du mot sanskrit « sta », qui signifie « solide ».
La mention de l’étain se retrouve également chez Homère. Près de dix siècles avant JC, les Phéniciens livraient du minerai d'étain depuis les îles britanniques, alors appelées les Cassitérides. D'où le nom de cassitérite, le plus important des minéraux d'étain ; sa composition est SnO 2. Un autre minéral important est le stannin, ou pyrite d'étain, Cu 2 FeSnS 4 . Les 14 minéraux restants de l'élément n° 50 sont beaucoup moins courants et n'ont aucune importance industrielle. À propos, nos ancêtres possédaient des minerais d’étain plus riches que nous. Il était possible de fondre du métal directement à partir de minerais situés à la surface de la Terre et enrichis au cours des processus naturels d'altération et de lixiviation. De tels minerais n’existent plus aujourd’hui. DANS conditions modernes Le processus d'obtention de l'étain est en plusieurs étapes et demande beaucoup de main-d'œuvre. Les minerais à partir desquels l'étain est aujourd'hui fondu sont de composition complexe : outre l'élément n°50 (sous forme d'oxyde ou de sulfure), ils contiennent généralement du silicium, du fer, du plomb, du cuivre, du zinc, de l'arsenic, de l'aluminium, du calcium, du tungstène. et d'autres éléments. Les minerais d'étain d'aujourd'hui contiennent rarement plus de 1 % de Sn, et les placers en contiennent encore moins : 0,01...0,02 % de Sn. Cela signifie que pour obtenir un kilogramme d'étain, il faut extraire et traiter au moins un quintal de minerai.
Comment obtient-on l’étain à partir des minerais ?
La production de l'élément n°50 à partir de minerais et de placers commence toujours par un enrichissement. Les méthodes d'enrichissement des minerais d'étain sont très diverses. En particulier, la méthode gravitationnelle est utilisée, basée sur la différence de densité des minéraux principaux et associés. En même temps, il ne faut pas oublier que ceux qui les accompagnent ne sont pas toujours des races vides. Ils contiennent souvent des métaux précieux, tels que le tungstène, le titane et les lanthanides. Dans de tels cas, ils essaient d’extraire tous les composants précieux du minerai d’étain.
La composition du concentré d'étain résultant dépend des matières premières, ainsi que de la méthode par laquelle ce concentré a été obtenu. La teneur en étain varie de 40 à 70 %. Le concentré est envoyé dans des fours (à 600...700°C), où les impuretés relativement volatiles d'arsenic et de soufre en sont éliminées. Et la plupart du fer, de l'antimoine, du bismuth et de certains autres métaux sont lessivés avec de l'acide chlorhydrique après la cuisson. Une fois cela fait, il ne reste plus qu’à séparer l’étain de l’oxygène et du silicium. Par conséquent, la dernière étape de la production d’étain brut consiste à fondre du charbon et des fondants dans des fours à réverbère ou électriques. D'un point de vue physico-chimique, ce procédé s'apparente à celui des hauts fourneaux : le carbone « enlève » l'oxygène de l'étain et les fondants transforment le dioxyde de silicium en scories, légères par rapport au métal.
Il y a encore beaucoup d'impuretés dans l'étain brut : 5...8 %. Pour obtenir du métal de qualité (96,5...99,9 % Sn), le feu ou, plus rarement, l'affinage électrolytique sont utilisés. Et l'étain nécessaire à l'industrie des semi-conducteurs avec une pureté de près de six neuf - 99,99985 % de Sn - est obtenu principalement par la méthode de fusion de zone.
Une autre source
Pour obtenir un kilogramme d’étain, il n’est pas nécessaire de traiter un quintal de minerai. Vous pouvez procéder différemment : « arracher » 2000 vieilles boîtes de conserve.
Il n'y a qu'un demi-gramme d'étain par pot. Mais multipliés par l'échelle de production, ces demi-grammes se transforment en dizaines de tonnes... La part de l'étain « secondaire » dans l'industrie des pays capitalistes représente environ un tiers de la production totale. Il existe une centaine d’usines industrielles de récupération d’étain en activité dans notre pays.
Comment retirer l’étain du fer blanc ? Il est presque impossible de le faire par des moyens mécaniques, c'est pourquoi ils utilisent la différence entre les propriétés chimiques du fer et de l'étain. Le plus souvent, l’étain est traité avec du chlore gazeux. Le fer ne réagit pas avec lui en l’absence d’humidité. L’étain se combine très facilement au chlore. Un liquide fumant se forme - le chlorure d'étain SnCl 4, qui est utilisé en chimie et industrie textile ou envoyé à un électrolyseur pour en extraire de l'étain métallique. Et le « tourbillon » recommencera : ils recouvriront des tôles d'acier avec cet étain et obtiendront du fer blanc. Il sera transformé en bocaux, les bocaux seront remplis de nourriture et scellés. Ensuite, ils les ouvriront, mangeront les boîtes de conserve et les jetteront. Et puis ils (pas tous, malheureusement) finiront à nouveau dans des usines d’étain « secondaires ».
D'autres éléments circulent dans la nature avec la participation de plantes, de micro-organismes, etc. Le cycle de l’étain est l’œuvre de mains humaines.
L'étain dans les alliages
Environ la moitié de la production mondiale d’étain est destinée aux boîtes de conserve. L’autre moitié est destinée à la métallurgie, pour produire divers alliages. Nous ne parlerons pas en détail du plus célèbre des alliages d'étain - le bronze, renvoyant les lecteurs à l'article sur le cuivre - un autre composant important des bronzes. Ceci est d’autant plus justifié qu’il existe des bronzes sans étain, mais il n’existe pas de bronzes « sans cuivre ». L'une des principales raisons de la création de bronzes sans étain est la rareté de l'élément n°50. Néanmoins, le bronze contenant de l’étain continue d’être un matériau important tant pour l’ingénierie que pour l’art.
L'équipement nécessite également d'autres alliages d'étain. Cependant, ils ne sont presque jamais utilisés comme matériaux de structure : ils ne sont pas assez solides et sont trop chers. Mais ils ont d'autres propriétés qui permettent de résoudre des problèmes techniques importants avec des coûts de matériaux relativement faibles.
Plus souvent alliages d'étain utilisés comme matériaux antifriction ou soudures. Les premiers permettent de préserver les machines et les mécanismes, en réduisant les pertes par frottement ; ces derniers relient des pièces métalliques.
De tous les alliages antifriction, les régules d'étain, qui contiennent jusqu'à 90 % d'étain, ont les meilleures propriétés. Les soudures plomb-étain tendres et à faible point de fusion mouillent bien la surface de la plupart des métaux et ont une ductilité et une résistance à la fatigue élevées. Cependant, leur champ d'application est limité en raison de la résistance mécanique insuffisante des soudures elles-mêmes.
L'étain est également inclus dans l'alliage typographique garta. Enfin, les alliages à base d’étain sont indispensables en électrotechnique. Le matériau le plus important pour les condensateurs électriques est le staniol ; il s'agit d'étain presque pur, transformé en fines feuilles (la part des autres métaux dans le staniol ne dépasse pas 5 %).
À propos, de nombreux alliages d’étain sont de véritables composés chimiques de l’élément n°50 avec d’autres métaux. Lorsqu'il est fusionné, l'étain interagit avec le calcium, le magnésium, le zirconium, le titane et de nombreux éléments des terres rares. Les composés formés dans ce cas sont assez réfractaires. Ainsi, le stannire de zirconium Zr 3 Sn 2 ne fond qu'à 1985°C. Et ce n'est pas seulement le caractère réfractaire du zirconium qui est en cause ici, mais aussi la nature de l'alliage, la liaison chimique entre les substances qui le forment. Ou un autre exemple. Du magnésium au nombre métaux réfractaires vous ne pouvez pas comprendre, 651°C est loin d’être un point de fusion record. L'étain fond à une température encore plus basse - 232°C. Et leur alliage – le composé Mg 2 Sn – a un point de fusion de 778°C.
Le fait que l'élément n° 50 forme d'assez nombreux alliages de ce genre nous amène à critiquer l'affirmation selon laquelle seulement 7 % de l'étain produit dans le monde est consommé sous forme de composés chimiques (Concise Chemical Encyclopedia, vol. 3, p. 739). Apparemment, nous parlons ici uniquement de composés avec des non-métaux.
Composés avec des non-métaux
De ces substances valeur la plus élevée ont des chlorures. L'iode, le phosphore, le soufre et de nombreuses substances organiques se dissolvent dans le tétrachlorure d'étain SnCl 4. Il est donc principalement utilisé comme solvant très spécifique. Le dichlorure d'étain SnCl 2 est utilisé comme mordant pour la teinture et comme agent réducteur dans la synthèse des colorants organiques. Un autre composé de l'élément n°50, le stannate de sodium Na 2 SnO 3, a les mêmes fonctions dans la production textile. De plus, cela alourdit la soie.
L'industrie utilise les oxydes d'étain dans une mesure limitée. SnO est utilisé pour produire du verre rubis et SnO 2 est utilisé pour produire un glaçage blanc. Les cristaux jaune doré de disulfure d'étain SnS 2 sont souvent appelés feuilles d'or, qui sont utilisées pour « dorer » le bois et le gypse. Il s’agit, pour ainsi dire, de l’utilisation la plus « antimoderne » des composés de l’étain. Et les plus modernes ?
Si nous ne gardons à l'esprit que les composés d'étain, il s'agit alors de l'utilisation du stannate de baryum BaSnO 3 en ingénierie radio comme excellent diélectrique. Et l'un des isotopes de l'étain, le 119 Sn, a joué un rôle important dans l'étude de l'effet Mössbauer, un phénomène qui a conduit à la création d'une nouvelle méthode de recherche : la spectroscopie de résonance gamma. Et ce n’est pas le seul cas où un métal ancien a servi la science moderne.
En prenant l'exemple de l'étain gris, une des modifications de l'élément n°50, un lien a été révélé entre les propriétés et la nature chimique du matériau semi-conducteur. Et c'est apparemment la seule chose pour laquelle on peut se souvenir de l'étain gris avec un mot gentil : il a apporté plus de mal que de bien. Nous reviendrons sur cette variété d'élément n°50 après avoir parlé d'un autre groupe important et important de composés d'étain.
À propos des organostanniques
Il existe une grande variété de composés organo-éléments parmi lesquels l’étain. Le premier d'entre eux a été reçu en 1852.
Au début, les substances de cette classe n'étaient obtenues que d'une seule manière : par une réaction d'échange entre des composés inorganiques d'étain et des réactifs de Grignard. Voici un exemple d’une telle réaction :
SnCl4 + 4RMgX → SnR4 + 4MgXCl
(R est ici un radical hydrocarboné, X est un halogène).
Composés de composition SnR 4 large application pratique pas trouvé. Mais c'est à partir d'eux que l'on obtient d'autres substances organostanniques dont les bienfaits sont incontestables.
L’intérêt pour les organostanniques est apparu pour la première fois pendant la Première Guerre mondiale. Presque tous les composés organiques de l'étain obtenus à cette époque étaient toxiques. Ces composés n’ont pas été utilisés comme substances toxiques ; leur toxicité pour les insectes, les moisissures et les microbes nocifs a été utilisée plus tard. À base d'acétate de triphénylétain (C 6 H 5) 3 SnOOCCH 3, un médicament efficace a été créé pour lutter contre les maladies fongiques des pommes de terre et des betteraves sucrières. Ce médicament s'est avéré avoir un effet de plus propriété utile: Il stimule la croissance et le développement des plantes.
Pour lutter contre les champignons qui se développent dans les appareils de l'industrie des pâtes et papiers, une autre substance est utilisée - l'hydroxyde de tributylétain (C 4 H 9) 3 SnOH. Cela améliore considérablement les performances de l'équipement.
Le dilaurate de dibutylétain (C 4 H 9) 2 Sn (OCOC 11 H 23) 2 a de nombreux « métiers ». Il est utilisé en pratique vétérinaire comme remède contre les helminthes (vers). La même substance est largement utilisée dans industrie chimique comme stabilisant pour le chlorure de polyvinyle et d'autres matériaux polymères et comme catalyseur. Le taux de réaction de formation d'uréthanes (monomères de caoutchouc polyuréthane) en présence d'un tel catalyseur augmente de 37 000 fois.
Des insecticides efficaces ont été créés à base de composés organostanniques ; les verres organostanniques protègent de manière fiable contre les rayons X, le plomb polymère et les peintures organostanniques sont utilisés pour recouvrir les parties sous-marines des navires afin d'empêcher les mollusques de s'y développer.
Ce sont tous des composés d’étain tétravalent. La portée limitée de l'article ne nous permet pas de parler de nombreuses autres substances utiles de cette classe.
Les composés organiques de l'étain divalent, au contraire, sont peu nombreux et n'ont jusqu'à présent trouvé pratiquement aucune utilisation pratique.
À propos de l'étain gris
Au cours de l'hiver glacial de 1916, une cargaison d'étain fut envoyée par chemin de fer de l'Extrême-Orient à la partie européenne de la Russie. Mais ce qui est arrivé sur les lieux n’était pas des lingots blanc argenté, mais surtout une fine poudre grise.
Quatre ans plus tôt, un désastre s'était produit lors de l'expédition de l'explorateur polaire Robert Scott. L'expédition se dirigeant vers le pôle Sud s'est retrouvée sans carburant : du carburant s'échappait des vaisseaux en fer par les coutures soudées à l'étain.
Vers les mêmes années, le célèbre chimiste russe V.V. Markovnikov a été contacté par le commissariat pour lui demander d'expliquer ce qui se passait avec les théières en conserve fournies à l'armée russe. La théière, apportée au laboratoire à titre d'exemple, était couverte de taches grises et d'excroissances qui s'effritaient même lorsqu'on les tapotait légèrement avec la main. L'analyse a montré que la poussière et les excroissances étaient constituées uniquement d'étain, sans aucune impureté.
Qu’est-il arrivé au métal dans tous ces cas ?
Comme beaucoup d’autres éléments, l’étain présente plusieurs modifications allotropiques, plusieurs états. (Le mot « allotropie » est traduit du grec par « une autre propriété », « un autre tournant ».) À des températures normales supérieures à zéro, l'étain a un aspect tel que personne ne peut douter de son appartenance à la classe des métaux.
Métal blanc, ductile, malléable. Les cristaux d'étain blanc (également appelés étain bêta) sont tétragonaux. La longueur des bords du réseau cristallin élémentaire est de 5,82 et 3,18 Å. Mais en dessous de 13,2°C, l’état « normal » de l’étain est différent. Dès que ce seuil de température est atteint, une restructuration s'amorce dans la structure cristalline du lingot d'étain. L'étain blanc se transforme en gris poudré, ou étain alpha, et plus la température est basse, plus le plus de vitesse cette transformation. Elle atteint son maximum à moins 39°C.
Cristaux d'étain gris de configuration cubique ; les dimensions de leurs cellules unitaires sont plus grandes : la longueur du bord est de 6,49 Å. Par conséquent, la densité de l'étain gris est sensiblement inférieure à celle du blanc : 5,76 et 7,3 g/cm 3, respectivement.
Le résultat de la transformation de l’étain blanc en gris est parfois appelé « peste de l’étain ». Les taches et excroissances sur les théières militaires, les wagons avec de la poussière d'étain, les coutures devenues perméables aux liquides sont les conséquences de cette « maladie ».
Pourquoi des histoires similaires ne se produisent-elles pas maintenant ? Pour une seule raison : ils ont appris à « soigner » la peste de l’étain. Sa nature physico-chimique a été clarifiée et il a été établi comment certains additifs affectent la susceptibilité du métal à la « peste ». Il s'est avéré que l'aluminium et le zinc favorisent ce processus, tandis que le bismuth, le plomb et l'antimoine le neutralisent au contraire.
En plus de l'étain blanc et gris, une autre modification allotropique de l'élément n° 50 a été découverte : l'étain gamma, stable à des températures supérieures à 161°C. Une particularité de cette boîte est sa fragilité. Comme tous les métaux, l’étain devient plus ductile à mesure que la température augmente, mais seulement à des températures inférieures à 161°C. Ensuite, il perd complètement sa ductilité, se transforme en étain gamma et devient si cassant qu'il peut être réduit en poudre.
Encore une fois sur le déficit
Souvent, les articles sur les éléments se terminent par les spéculations de l’auteur sur l’avenir de son « héros ». En règle générale, il est dessiné en lumière rose. L'auteur de l'article sur l'étain est privé de cette opportunité : l'avenir de l'étain - métal sans doute le plus utile - est incertain. Ce n'est pas clair pour une seule raison.
Il y a plusieurs années, le Bureau américain des Mines a publié des calculs dont il ressortait que les réserves prouvées de l'élément n° 50 dureraient au plus 35 ans dans le monde. Certes, après cela, plusieurs nouveaux gisements ont été découverts, dont le plus grand d'Europe, situé sur le territoire de la République populaire de Pologne. Et pourtant, la pénurie d’étain continue d’inquiéter les experts.
Par conséquent, en terminant l'histoire de l'élément n° 50, nous souhaitons vous rappeler une fois de plus la nécessité de conserver et de protéger l'étain.
La pénurie de ce métal inquiétait même les classiques de la littérature. Vous vous souvenez d'Andersen ? « Vingt-quatre soldats étaient exactement les mêmes, et le vingt-cinquième soldat était unijambiste. C’était le dernier à être coulé et il n’y avait pas assez d’étain. Maintenant, la boîte manque un peu. Ce n’est pas pour rien que même les soldats de plomb à deux pattes sont devenus rares – les soldats en plastique sont plus courants. Mais n’en déplaise aux polymères, ils ne peuvent pas toujours remplacer l’étain.
Isotopes
L'étain est l'un des éléments les plus « multi-isotopiques » : l'étain naturel est constitué de dix isotopes de numéros de masse 112, 114...120, 122 et 124. Le plus courant d'entre eux est le 120 Sn, qui représente environ 33 % de l'ensemble. étain terrestre. Près de 100 fois moins que l'étain-115, l'isotope le plus rare de l'élément n°50. 15 autres isotopes de l'étain avec des numéros de masse 108...111, 113, 121, 123, 125...132 ont été obtenus artificiellement. La durée de vie de ces isotopes est loin d’être la même. Ainsi, l’étain-123 a une demi-vie de 136 jours et l’étain-132 de seulement 2,2 minutes.
Pourquoi le bronze est-il appelé bronze ?
Le mot « bronze » sonne presque de la même manière dans de nombreuses langues européennes. Son origine est associée au nom d'un petit port italien de la mer Adriatique - Brindisi. C'est par ce port que le bronze était livré en Europe dans l'Antiquité, et dans la Rome antique, cet alliage était appelé « es Brindisi » - cuivre de Brindisi.
En l'honneur de l'inventeur
Le mot latin frictio signifie friction. D'où l'appellation matériaux anti-friction, c'est-à-dire matériaux « contre les frottements ». Ils s'usent peu et sont souples et ductiles. Leur application principale est la fabrication de coussinets. Le premier alliage antifriction à base d'étain et de plomb a été proposé en 1839 par l'ingénieur Babbitt. D'où le nom d'un groupe important et très important d'alliages antifriction - les régules.
Boîte pour conserves
La méthode de conservation à long terme des produits alimentaires par mise en conserve dans des bocaux étamés a été proposée pour la première fois par le chef français F. Appert en 1809.
Du fond de l'océan
En 1976, une entreprise inhabituelle a commencé à fonctionner, abrégée en REP. Cela signifie : entreprise d’exploration et d’exploitation. On le trouve principalement sur les navires. Au-delà du cercle polaire arctique, dans la mer de Laptev, dans la région de la baie de Vankina, REP extrait du fond marin du sable étain. Ici, à bord de l'un des navires, se trouve une usine d'enrichissement.
Production mondiale
Selon les données américaines, la production mondiale d'étain en 1975 était de 174 à 180 000 tonnes.
