Stagno (elemento chimico)

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Stagno
Aspetto
Aspetto dell'elemento
grigio argenteo, lucido
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico stagno, Sn, 50
Serie metalli del blocco p
Gruppo, periodo, blocco 14 (IVA), 5, p
Densità 7310 kg/m3
Durezza 1,5
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 118,710 amu
Raggio atomico (calc.) 145 (145) pm
Raggio covalente 141 pm
Raggio di van der Waals 217 pm
Configurazione elettronica [Kr]4d10 5s2 5p2
e per livello energetico 2, 8, 18, 18, 4
Stati di ossidazione 4,2 (anfotero)
Struttura cristallina tetragonale
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
Punto di fusione 505,08 K (231,93 °C)
Punto di ebollizione 2875 K (2602 °C)
Volume molare 16,29 × 10-6  m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 295,8 kJ/mol
Calore di fusione 7,029 kJ/mol
Tensione di vapore 5,78 × 10-21 Pa a 505 K
Velocità del suono 2500 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS 7440-31-5
Elettronegatività 1,96 (Scala di Pauling)
Calore specifico 228 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 9,17 × 106  /(m·Ω)
Conducibilità termica 66,6 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 708,6 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1411,8 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 2943,0 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 3930,3 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione 7456 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
112Sn 0,97% Sn è stabile con 62 neutroni
114Sn 0,65% Sn è stabile con 64 neutroni
115Sn 0,34% Sn è stabile con 65 neutroni
116Sn 14,54% Sn è stabile con 66 neutroni
117Sn 7,68% Sn è stabile con 67 neutroni
118Sn 24,23% Sn è stabile con 68 neutroni
119Sn 8,59% Sn è stabile con 69 neutroni
120Sn 32,59% Sn è stabile con 70 neutroni
121Snm sintetico 55 anni IT
β
0,006
0,394

121Sb
122Sn 4,63% Sn è stabile con 72 neutroni
124Sn 5,79% >1 × 1017  anni ββ 2,2870 124Te
126Sn sintetico 1 × 105  anni β 0,380 126Sb
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Lo stagno è un elemento chimico nella tavola periodica che ha simbolo Sn e numero atomico 50. Questo metallo di post-transizione argenteo e malleabile, che non si ossida facilmente all'aria e resiste alla corrosione, si usa in molte leghe e per ricoprire altri metalli più vulnerabili alla corrosione. Lo stagno si ottiene soprattutto dalla cassiterite (un minerale in cui è presente sotto forma di ossido) e dalla stannite.

Caratteristiche[modifica | modifica sorgente]

Lo stagno è un metallo malleabile e duttile bianco argenteo, con una struttura cristallina particolare che provoca uno stridio caratteristico quando una barra di stagno viene piegata (il rumore è causato dalla rottura dei cristalli): se riscaldato, perde la sua duttilità e diventa fragile. Questo metallo resiste alla corrosione da acqua marina, da acqua distillata e da acqua potabile, ma può essere attaccato da acidi forti, da alcali e da sali acidi. Lo stagno agisce da catalizzatore in presenza di ossigeno disciolto nell'acqua, che accelera l'attacco chimico.

Forme allotropiche[modifica | modifica sorgente]

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 simile al silicio e al 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 cordinazione 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.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Lo stagno si lega facilmente col ferro ed è stato usato in passato per rivestire piombo, zinco e acciaio per impedirne la corrosione. I contenitori, lattine e scatolette, in banda stagnata (lamierino di acciaio stagnato) sono tuttora largamente usati per conservare i cibi, un uso che copre gran parte del mercato mondiale dello stagno metallico. Oltre alla forma metallica trovano largo impiego industriale diversi dei numerosi composti, organici ed inorganici, dello stagno IV.

Altri usi:

  • Alcune importanti leghe dello stagno sono: il bronzo nelle sue varie formulazioni (come la lega campanaria e il bronzo fosforoso), il metallo di Babbitt, leghe die casting, il peltro, la lega da saldatore, il princisbecco e il White metal.
  • Il sale di stagno più importante è il cloruro di stagno, che si usa come agente riducente e come mordente nella stampa calico. Quando dei sali di stagno vengono spruzzati sul vetro, si forma un rivestimento elettricamente conduttivo: questo fenomeno viene sfruttato nella fabbricazione di pannelli luminosi e per frangivento antighiaccio.
  • Il vetro delle finestre è molto spesso fabbricato raffreddando il vetro fuso facendolo galleggiare sopra una massa di stagno fuso, per ottenere una superficie piatta (è il famoso processo Pilkington).
  • Lo stagno si usa anche nelle saldature per unire tubi di rame e di piombo ed entra nella composizione delle più diffuse leghe per saldatura utilizzate per componenti e circuiti elettronici, in leghe per bronzine, nella fabbricazione del vetro e in una vasta gamma di processi chimici.
  • Fogli di stagno (carta stagnola) erano un imballaggio per cibo e medicinali (ormai sono stati soppiantati da sottilissimi fogli di alluminio laminato).
  • Composti dello stagno si usano nelle vernici antivegetative con cui è dipinta l'opera viva delle navi, per impedire il proliferare di alghe, crostacei e molluschi su di essa.

Lo stagno diventa superconduttore al di sotto dei 3,72 K: è stato uno dei primi superconduttori scoperti (il primo è Hg allo stato solido), e l'effetto Meissner, una delle caratteristiche dello stato di superconduttività, è stato osservato per la prima volta in cristalli superconduttori di stagno. La lega niobio-stagno Nb3Sn è usata commercialmente per fabbricare cavi per magneti superconduttori grazie all'alta temperatura critica (18 K) e l'alto valore critico di campo magnetico (25 T). Un magnete superconduttore di un paio di kilogrammi di massa può generare lo stesso campo di un magnete convenzionale pesante molte tonnellate.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Lo stagno (dal latino stannum) è stato uno dei primi metalli ad essere scoperto, e fin dall'antichità venne intensivamente usato per il suo effetto come legante del rame, di cui aumenta di molto la durezza e le doti meccaniche formando la lega nota come bronzo, in uso fino dal 3500 a.C. L'attività di estrazione mineraria dello stagno iniziò presumibilmente in Cornovaglia e a Dartmoor in età classica: grazie ad esso queste regioni svilupparono un fitto commercio con le aree civilizzate del Mar Mediterraneo. Lo stagno puro non venne usato in metallurgia fino al 600 a.C.

Nel 1900 la Malesia produceva la metà di tutto lo stagno a livello mondiale; l'estrazione vi ebbe inizio dopo che nel 1853 l'Inghilterra soppresse l'imposta su questo metallo.

Nell'epoca moderna l'alluminio ha soppiantato alcuni usi dello stagno, ma il termine stagnola è ancora, a volte, impropriamente usato per ogni metallo argenteo in forma di fogli sottili.

Abbondanza[modifica | modifica sorgente]

Circa 35 paesi nel mondo hanno miniere di stagno in attività, e praticamente in ogni continente c'è un importante produttore di stagno. Lo stagno metallico si produce riducendo il minerale con carbone in una fornace a riverbero. L'elemento stagno è relativamente scarso nella crosta terrestre, con una abbondanza relativa di circa 2 ppm, a paragone con le 94 ppm per lo zinco, le 63 ppm per il rame e le 12 ppm per il piombo. La maggior parte dei giacimenti di stagno del mondo sono di natura alluvionale, e metà di essi è nel sudest asiatico. L'unico minerale importante dal punto di vista estrattivo è la cassiterite (SnO2), ma piccole quantità di stagno si possono ottenere anche da solfuri complessi come stannite, cilindrite, franckeite, canfieldite e teallite.

Composti[modifica | modifica sorgente]

Ossidi[modifica | modifica sorgente]

Alogenuri[modifica | modifica sorgente]

Composti organometallici[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi stannani.

Isotopi[modifica | modifica sorgente]

Lo stagno è l'elemento con il maggior numero di isotopi stabili, dieci; questi comprendo 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.[1][2]

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.[3] 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.

Precauzioni[modifica | modifica sorgente]

Le piccole quantità di stagno che si possono trovare nei cibi in scatola non sono dannose per gli esseri umani. Però, i composti trialchilici e triarilici dello stagno sono biocidi, e devono essere maneggiati con molta attenzione.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Soltanto H, F, P, Tl e Xe hanno una ricettività più alta all'analisi NMR per i campioni contenenti isotopi nella loro abbondanza naturale.
  2. ^ Interactive NMR Frequency Map. URL consultato il 5 maggio 2009.
  3. ^ Phil Walker, Doubly Magic Discovery of Tin-100 in Physics World, vol. 7, giugno, 1994.

Citazioni letterarie[modifica | modifica sorgente]

  • Allo stagno è dedicato uno dei racconti de "Il sistema periodico" di Primo Levi.
  • Viene citato in "Oceano Mare" di Alessandro Baricco, quando lo scrittore (parlando in prima persona) descrive la situazione dei naufraghi sulla zattera, che "si tenevano pezzi di stagno sotto la lingua per resistere alla sete"

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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