Proprietà e metallurgia dello Stagno

AREA I - ARTE TECNICO-SCIENTIFICA (ATS)

Cap. ATS-G07 - Proprietà metalli - Pag. ATS-G07.01

Gli argomenti trattati sono stati inseriti da Ing. Arch. Michele Cuzzoni nel 2012 - © Copyright 2007- 2024 - e sono desunti dalla documentazione indicata in Bibliografia a fondo pagina

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INDICE:

• Generalità

• Forme allotropiche

• Isotopi

 

 

 

 

 

 

Lo stagno è un metallo morbido, flessibile, bianco-argento. Lo stagno resiste alla corrosione di acqua distillata marina e di acqua di rubinetto dolce e può essere attaccato dagli acidi forti, alcali e sali acidi.

I principali stati di ossidazione sono +2 e +4. La coppia Sn²⁺ / Sn ha E⁰ = - 0,136 V mentre la coppia Sn⁴⁺ / Sn ²⁺ ha E⁰ = + 0,15 V. E' poco elettropositivo e viene facilmente attaccato dagli acidi e anche dalle basi. In questo modo lo stagno dimostra il suo carattere anfotero:

 

 

Con gli acidi ossidanti la reazione è del tipo:

 

 

L'acido nitrico concentrato non riesce a scioglierlo poiché lo trasforma in acido metastannico, insolubile:

 

 

Questo non significa che lo stagno non viene ossidato dall'acido nitrico concentrato, ma che il prodotto di ossidazione non è solubile in acqua. La questione è importante in tutti i casi nei quali si ha la necessità di portare in soluzione lo stagno o una lega che lo contiene, ad esempio per farne l'analisi.

Le reazioni con acido solforico sono diverse a seconda che questo sia diluito o concentrato:

 

 

 

Nello stato di ossidazione inferiore esiste come catione libero a pH < 1 e precipita come Sn(OH)₂, bianco, a pH 1,5 ¸ 2. L'idrossido può venire scritto anche come ossido idrato, SnO_(aq). Questo si ridiscioglie a pH = 13 per formare lo ione stannito [Sn(OH)₄]^2-. Forma complessi con gli alogenuri e con lo ione ossalato. Tra i composti poco solubili è da ricordare SnS, bruno, che non ha carattere di solfoanidride ed è quindi insolubile in solfuro ammonico, mentre si scioglie  in polisolfuro di ammonio per l'azione ossidante che questo ha sullo stagno(II) che diventa stagno(IV) secondo la reazione:

 

 

I composti di stagno (II) vengono ossidati all'aria e il metallo diventa stagno(IV).

Lo stagno(IV) è stabile come catione libero solo a pH molto acidi. A pH = 0,5 precipita Sn(OH)₄, scritto anche come SnO_2(aq.). Questo ossido ha carattere essenzialmente acido e si scioglie in ambiente basico:

 

Il sale poco solubile più importante è SnS₂, una solfoanidride. Si complessa con cloruri, ossalati e tartrati.

Le reazioni analitiche coinvolgono lo stagno(II); va ricordato che al secondo gruppo lo stagno(II) viene ossidato secondo la reazione:

 

per cui prima di eseguire i saggi di conferma occorre ripassare a stagno(II) per riduzione operata ad esempio con ferro.

Le principali sono:

- con HgCl₂: si ha la riduzione del mercurio(II) a Hg₂Cl₂ che precipita bianco e successivamente a Hg, nero; nel complesso si ottiene una colorazione più o meno grigia. Avvengono le reazioni:

 

Fra gli usi più importanti di questo metallo vi è quello della banda stagnata (latta) usata nella fabbricazione dello scatolame. Altre applicazioni sono quelle nelle leghe per saldatura costituite da piombo e stagno, nella preparazione di metalli antifrizione, nei bronzi, nei fogli sottili per condensatori elettrici, nei peltri, ecc.

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Lo stagno solido a temperature normali ha due forme allotropiche.

Sotto i 13,2 °C è stabile la forma allotropica alfa, detta stagno grigio, che ha una struttura cristallina cubica molto diversa dal silicio e dal germanio.

Sopra la temperatura limite di 13,2 °C invece è stabile la seconda forma allotropica, stagno beta, detto anche stagno bianco con una struttura cristallina tetragonale.

Stagno alfa: densità 5,769 g/cm^-3; numero di coordinazione 4

Stagno beta: densità 7,265 g/cm^-3; numero di coordinazione 6

 

Se raffreddato da solido, lo stagno bianco si riconverte lentamente nella forma allotropica alfa, un fenomeno noto come peste dello stagno che viene favorito da impurità di alluminio e zinco presenti nel metallo: per impedire questa trasformazione vengono aggiunte allo stagno puro piccole quantità di antimonio e bismuto.

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Lo stagno è l'elemento con il maggior numero di isotopi stabili, dieci; questi comprendono tutti quelli con le masse atomiche fra 112 e 124, ad eccezione di 113, 121 e 123. Di questi, quelli più abbondanti sono ¹²⁰Sn (almeno un terzo di tutto lo stagno), ¹¹⁸Sn e ¹¹⁶Sn, mentre quello meno abbondante è ¹¹⁵Sn.

Gli isotopi che possiedono numeri atomici pari non hanno spin nucleare, mentre quelli dispari hanno uno spin di +1/2.

Lo stagno, insieme ai suoi tre isotopi più comuni ¹¹⁵Sn, ¹¹⁷Sn e ¹¹⁹Sn, è tra gli elementi più facili da rilevare e analizzare mediante la spettroscopia NMR, e i suoi spostamenti chimici sono raffrontati rispetto allo SnMe₄.

Si pensa che questo ampio numero di isotopi sia un risultato diretto dello stagno che possiede un numero atomico di 50, che nella fisica nucleare è un "numero magico". Ci sono 28 isotopi instabili aggiuntivi che sono noti, che abbracciano tutti quelli rimanenti con masse atomiche tra 99 e 137.

A parte lo ¹²⁶Sn, che ha un'emivita di 230.000 anni, tutti gli isotopi radioattivi hanno un'emivita di meno di un anno. Lo ¹⁰⁰Sn radioattivo è uno dei pochi nuclidi che possiedono un nucleo "doppiamente magico" e fu scoperto in tempi relativamente recenti, nel 1994.

Altri 30 isomeri metastabili sono stati caratterizzati per gli isotopi tra 111 e 131, il più stabile dei quali essendo lo ^121mSn, con un'emivita di 43,9 anni.

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Bibliografia

 

Bib-TS-010 - M. Cavallini, F. Iacoviello - Materiali Metallici - Francesco Ciolfi Editore, via E. De Nicola, Cassino

Bib-TS-011 - W. Nicodemi - Metallurgia - Masson, Milano

Bib-TS-012 - A. Cigada - Struttura e proprietà dei materiali metallici - Città Studi, Milano

Bib-TS-092 - L. Mugnani - Manuale pratico di fonderia - Milano, 1928

Bib-TS-093 - Dispense di Chimica - A.A. 1992/1993 - Facoltà di Ingegneria Edile / Architettura - Pavia

 

 

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