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Étain

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Étain
Image illustrative de l’article Étain
Feuille d'étain pur à 99,9 % (0,1x100 mm)
IndiumÉtainAntimoine
Ge
Structure cristalline tétragonale centrée

50
Sn
Sn
Pb
Tableau completTableau étendu
Position dans letableau périodique
Symbole Sn
Nom Étain
Numéro atomique 50
Groupe 14
Période 5epériode
Bloc Bloc p
Famille d'éléments Métal pauvre
Configuration électronique [Kr] 4d105s25p2
Électronsparniveau d’énergie 2, 8, 18, 18, 4
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 118,710± 0,007u[1]
Rayon atomique(calc) 145pm(145pm)
Rayon de covalence 139± 4pm[2]
Rayon de van der Waals 217
État d’oxydation 0, +2,+4
Électronégativité(Pauling) 1,96
Oxyde Amphotère
Énergies d’ionisation[3]
1re:7,343 92eV 2e:14,632 2eV
3e:30,502 60eV 4e:40,735 02eV
5e:72,28eV
Isotopes les plus stables
IsoANPériodeMDEdPD
MeV
112Sn0,97%stableavec 62neutrons
114Sn0,65%stableavec 64neutrons
115Sn0,34%stableavec 65neutrons
116Sn14,54%stableavec 66neutrons
117Sn7,68%stableavec 67neutrons
118Sn24,23%stableavec 68neutrons
119Sn8,59%stableavec 69neutrons
120Sn32,59%stableavec 70neutrons
122Sn4,63%stableavec 72neutrons
124Sn5,79%stableavec 74neutrons
126Sn{syn.}~100 000aβ-0,380126Sb
Propriétés physiques ducorps simple
État ordinaire solide
Allotropeà l'état standard Étain blanc (β,tétragonal)
Autres allotropes Étain gris (α,cubique diamant)
Masse volumique 5,77g·cm-3(gris),

7,29g·cm-3(blanc)[1]

Système cristallin Tétragonal centré
Dureté(Mohs) 1,5
Couleur Gris argenté
Point de fusion 231,928°C(congélation)[4]
Point d’ébullition 2 602°C[1]
Énergie de fusion 7,029kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 295,8kJ·mol-1
Volume molaire 16,3cm3·mol-1[5]
Pression de vapeur 5,78×10-21Paà231,85°C[5]
Vitesse du son 2 500m·s-1à20°C
Chaleur massique 228J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 9,17×106S·m-1
Conductivité thermique 66,6W·m-1·K-1
Solubilité sol. dansHCl,

H2SO4concentré chaud[6]

Divers
NoCAS 7440-31-5[7]
NoECHA 100.028.310
NoCE 231-141-8
Précautions
SIMDUT[8]

Produit non contrôlé

Unités duSI&CNTP,sauf indication contraire.

L'étainest l'élément chimiquedenuméro atomique50, desymboleSn (dulatinstannum). C'est unmétal pauvredugroupe 14 du tableau périodique.Il existe dixisotopes stablesde l'étain, principalement ceux de masses 120, 118 et 116.

L'étain existe auxétats d'oxydation0, +II et +IV. Àtempérature ambiantele corps simple étain est unsolide métallique.

L'étain est connu dès l'Antiquité, où il servait à protéger la vaisselle de l'oxydation et pour préparer le bronze. Il est toujours utilisé pour cet usage, et pour lebrasage.Cet élément est peu toxique. Rare à l'état natif,l'étain est essentiellement extrait d'un minéral appelécassitériteoù il se trouve sous forme d'oxyde SnO2.

Caractéristiques

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Étain.

C'est unmétalgris-argent, malléable, moyennementductileà température ambiante. Il est hautementcristalliséet la déformation d'une lame d'étain produit du bruit; on dit que l'étain « crie » ou « pleure » (phénomène demaclage).

Il résiste à la corrosion par l'eau de meret l'eau douce,mais peut être attaqué par lesacidesforts. Cette résistance est de nature cinétique puisque le potentiel normal du couple Sn2+Sn = -0,136 V. Il est donc thermodynamiquement attaqué par l'eau, et bien sûr par l'oxygène.

Variétés allotropiques

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À la pression atmosphérique, l'étain pur possède trois variétésallotropiques(il peut exister sous trois formes cristallines). Entre13°Cet162°C,l'étain est de structuretétragonale(forme), c'est l'étain blanc, de masse volumique7,28g cm−3.Au-dessus de162°C,on trouve la structureorthorhombique(forme), cassante, que l'on peut pulvériser avec un mortier. En dessous de13°C,l'étain blanc se transforme lentement en étain gris, destructure diamant(forme), de masse volumique5,75g cm−3.

Cette transformation et le changement de densité qui l'accompagne affectent la tenue mécanique du matériau. En dessous de−50°C,la transformation est rapide et l'étain devient pulvérulent (tombe en poussière). C'est la «peste de l'étain» (« lèpre de l'étain » quand le phénomène reste superficiel). Ce phénomène« est décrit lors de lacampagne de Russiepar les soldats deNapoléon,bien placés pour faire cette observation, leurs boutons de pantalons étaient en étain[9]».

Par déposition contrôlée de l'étain en phase gazeuse sur un substrat solide on peut former une monocouche d'atomes d'étain de structure hexagonale: lestanène,similaire augraphène.Le stanène est unisolant topologiquebidimensionnel.

L'étain possède 40isotopesconnus, de nombre de masse variant de 99 à 138, et 32isomères nucléaires.Parmi eux, 10 sont stables (trois sont potentiellement radioactifs, mais aucune désintégration n'a pour l'instant été observée), ce qui fait de l'étain l'élément comportant le plus d'isotopes stables, suivi par lexénon.Il y a de grandes chances que cette propriété ait un rapport avec le fait que l'étain possède 50protons,unnombre magique.

L'étain est connu dès laPréhistoiresur toute la planète. C'est un des composants de la métallurgie dubronze.Le nom d'origine latinestannumoustagnumfut d'abord utilisé pour un mélange d'argentet deplomb.L'étain utilisé par les Grecs et les Mésopotamiens des débuts de l'âge du bronze était extrait principalement enAfghanistan[10].Les navires phéniciens franchirent lescolonnes d'Herculeet allèrent jusqu'enBretagneet enCornouailles(les mythiques «îles Cassitérides») à la recherche des mines d'étain (engrec ancienκασσίτερος/kasíteros). Plus tard,Jules Césara signalé l'exploitation de minerais d'étain en Bretagne, qu'il situe à tort dans le centre du pays au lieu des Cornouailles[11].

La métallurgie de l'étain est une réduction de l'oxyde SnO2par le carbone à haute température[12].

Il existe également un circuit de recyclage qui produit 30 % de l'étain. Ainsi, l'étain contenu dans un alliage appeléfer-blanc(acier recouvert de 0,3 % d'étain pour le protéger) est récupéré par traitement à la soude à 70 °C. L'acier reste à l'état métallique alors que l'étain est attaqué et produit des ionsstannateSnO44−.Ceux-ci sont ensuite réduits en étain métallique par électrolyse[12].

La France ne possède plus de mine d'étain depuis1975.Les dernières, enBretagne(mine deSaint-Renan) en produisaient 500 t/an[12].

LaMalaisieest le pays où se situent la plupart des réserves mondiales d'étain. Lacassitéritey est notamment exploitée par dragage des fonds sous-marins, ce qui n'est pas sans poser de sérieux problèmes environnementaux.

Production minière mondiale 2014[13]

Pays Production % monde
1 Chine 106 000 t 34,4 %
2 Indonésie 88 300 t 28,7 %
3 Birmanie 30 000 t 9,7 %
4 Pérou 23 100 t 7,5 %
5 Bolivie 19 800 t 6,4 %
6 Brésil 12 100 t 3,9 %
7 Australie 7 200 t 2,3 %
8 Viêt-Nam 5 400 t 1,8 %
9 Rwanda 4 000 t 1,3 %
9 RDCongo 4 000 t 1,3 %
Total monde 307 900 t 100 %

Note 1: À la suite des troubles en Birmanie depuis 2014 il s'avère qu'environ un quart de la production chinoise jusqu'en 2014 est en réalité une production birmane à la frontière chinoise.

Note 2: L'étain se recycle et la Belgique produit - par exemple - environ 9 000 t d'étain recyclé par an.

Note 3: En raison d'une faible demande et d'une offre constante d'étain recyclé, le cours de l'étain est depuis 2008 inférieur au coût d'extraction. C'est pourquoi l'extraction est en diminution et parfois artisanale[14].

Lesbronzessont de nos jours des mélanges decuivreet d'étain. Le terme désignait autrefois tous les alliages du cuivre; on l'appelait aussiairain,sans que la composition de l'alliage soit plus précise. Utilisé dès l'Antiquité,il a caractérisé l’âge du bronze.

Les autres alliages sont moins notoires, et les termes qui les décrivent sont plus précis.

  • L'alliage plomb-étain,dit aussi parfoismétal blancn'est plus utilisé pour le contact alimentaire en raison de la toxicité du plomb, mais sert pour labrasure.
  • Le « métal anglais » est un alliage d'étain (de 70 à 94 %), d'antimoine(de 5 à 24 %) et decuivre(jusqu'à 5 %) servant à la fabrication de vaisselle et d'objets de décoration.
  • Leplomb typographiqueest un alliage destiné à la fabrication des caractères typographiques qui contient 5 % d'étain pour 70 % deplombet 25 % d’antimoine(des proportions plus anciennes font état de 15 % d'étain pour 80 % de plomb et 5 % d'antimoine).
  • Ledioxyde d'étainSnO2est utilisé entre 4 et 8 % dans certains verres comme opacifiant[12].
  • Letétrachlorure d'étainSnCl4permet de préparer les dérivésorganoétainsou sert comme catalyseur deFriedel-Craftspour les réactions d'acylation,d'alkylationet decyclisation[12].
  • LesstannatesSnO44−sont des sources d'étain pour les étamages électrolytiques[12].
  • L'octanoated'étain (II) Sn(C7H15COO)2s'utilise comme catalyseur pour la production de mousses de polyuréthane[12].
  • Lesorganoétains(50 000 t/ans utilisées dans le monde), dont:
    • le plus utilisé, le tributylétain n-(C4H9)3Sn-H.Il est utilisé pour les peintures navalesantifouling[12].
    • les dialkylétains (20 940 t) sont utilisés comme stabilisant thermique du PVC[12]
    • Le dilaurate de dibutylétain, (nC4H9)2Sn(OOCC11H23)2,sert de catalyseur pour la fabrication des caoutchoucs silicones[12].
    • L'oxyde detributylétain[(n-C4H9)3Sn]2Oest un fongicide utilisé pour la préservation du bois[12].On l'utilise dans des peintures pour coques de bateau pour empêcher la fixation des algues. Ce composé est toxique pour l'environnement, ce qui en fait limiter l'usage actuellement.
Création et Moulage en «plat d'étain»

L'étain peut s'utiliser aucontact des aliments.

L'étain intervient sous forme pure ou alliée dans la fabrication de nombreux objets, notamment:

L'étain sert encore comme auxiliaire de fabrication. Le procédé le plus répandu pour celle duverre platest le flottage sur lit d'étain en fusion (verre « float » ou verre flotté).

Instruments de musique

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Tuyau d'orgue
L'étain donne une belle sonorité, résiste bien à la corrosion et garde une belle couleur pour les tuyaux de « montre ». Les facteurs d'orgueutilisent rarement l'étain pur, le plus souvent un alliage d'étain comprenant au moins 50 % d'étain avec du plomb, du cuivre et des traces d'autres métaux comme l'antimoine.
Cloche
Lesclochesse fondent en bronze contenant entre 21,5 et 24 % d'étain (d'autant plus que la cloche est petite). La teneur en étain influe sur la dureté du métal, et, par conséquent, sur la qualité du son de la cloche.
Cymbale
Comme pour la cloche, l'alliage joue un rôle important dans la sonorité de l'instrument, en plus du mode de fabrication; la composition du métal est différente si celui-ci est destiné à gagner sa structure par martelage. Les alliages les plus connus sont le B8 (CuSn8) avec 8 % d'étain et 92 % de cuivre, et le B20 (CuSn20) avec 20 % d'étain et 80 % de cuivre[réf.souhaitée].
Cuivres
L'étain n'entre dans la fabrication des instruments de la famille descuivres,pour la plupart fabriqués en laiton malgré leur nom en français, que dans leursbrasagesà l'aide d'alliages comportant, pour la plupart, de l'étain.

L'étamageconsiste à recouvrir une pièce métallique d'une fine couche d'étain ou d'un alliage plomb-étain.

On étame le verre pour fabriquer des miroirs, les casseroles en cuivre pour éviter la formation d'oxyde de cuivre toxique (vert-de-gris), ou les conducteurs électriques pour améliorer les contacts et faciliter la brasure de composants.

Lefer-blancest une tôle fine d'acier doux étamée, généralement par électro-déposition. Le fer-blanc était surtout utilisé pour fabriquer les emballages métalliques (boîtes de conserve).

Sur uncircuit imprimé,l'étain pur (sans plomb) peut former des «whiskers», c'est-à-dire des fils micrométriques susceptibles de provoquer des courts-circuits. Le processus de formation des «whiskers», qui dure plusieurs mois, est mal compris (il semble que l'intensité du champ magnétique joue un rôle). Des remèdes existent (ajouts de traces d'autres métaux au moment du dépôt de la couche d'étain)[réf.souhaitée].

Ce métal n'est pas toxique, mais était et reste souvent associé à des traces deplomb,qui l'est.

Imprégnation des populations humaines

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Elle semble presque systématique dans les pays riches (dont France) mais en des proportions encore mal connue, et elle varie vraisemblablement selon de nombreux paramètres (environnementaux et alimentaires notamment).

En2018en France le «Voletpérinatal» duprogramme national debiosurveillancea publié une évaluation de l'imprégnation desfemmes enceintesnotamment par le cobalt (et par 12 autres métaux ou métalloïdes et quelques polluants organiques).

Ce travail a été fait à l'occasion du suivi d'une cohorte de 4 145 femmes enceintes («CohorteElfe»). Cette cohorte comprenait des femmes ayant accouché en France en2011horsCorseetTOM)[15].Ledosage urinairede 990 femmes enceintes arrivant à la maternité a confirmé une quasi-omniprésence de l'étain dans l'environnement[15];il a été retrouvé dans 91 % des échantillons d’urine analysées[15](moyenne géométrique:0,29 μg/L;créatinine:0,39 μ μg/g[15]). Ces taux sont relativement similaires à ceux cités hors de France par des études ayant porté sur des adultes, et (par quelques rares étude) concernant les femmes enceintes[15].Dans le contexte périnatal français de 2011, le risque d'imprégnation par l’étain a semblé croître avec la consommation d'eau du robinet(peut-être en raison de la fréquence de l'étain dans les produits de soudures descanalisationsou dans certains matériaux entrant en contact avec l’eau destinée à la consommation humaine)[15].

Théière en étain.

L'étain utilisé en décoration a unbrillantassez faible par rapport à celui d'autres métaux, mais suffisant pour être difficile à répliquer, sauf avec despeintures métallisées.La surface de l'étain oxydée (patinée) est plus sombre et moins brillante que celle de l'étain neuf.

La couleurétainest unnom de couleuren usage dans lamode,pour désigner une nuance degris,qui ne peut avoir l'apparence du métal. Dans la décoration et le bâtiment, il s'utilise pour des surfaces grises ayant un certain brillant.

Dans les répertoires commerciaux, on trouve en fil à broder169 étain[16];en matériaux de constructionbéton ciré étain[17].

L'étain est le composant principal d'unpigmentjaunehistorique, l'or mussif,un bisulfure d'étain d'aspect doré, utilisé notamment dans l'art byzantinpour les icônes et les mosaïques. Il se compose de fines plaquettes donnant un éclat à la peinture. Il est référencé PY38 auColour Index.C'est un produit vénéneux, abandonné aujourd'hui au profit de poudres de bronze[18].

Significations conventionnelles

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  • Lesnocesd'étain symbolisent les 10 ans demariagedans le folklore français.
  • L'étain est le4eniveau dans la progression de lasarbacanesportive.
  • Fabre d'Églantineproposa d'associer à chaque jour ducalendrier républicainun des« objets qui composent la véritable richesse nationale »,à la place des saints du calendrier romain. Le26ejour du mois denivôsea donc été dédié à l'étain[19].

Notes et références

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  1. abetc(en)David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,CRC Press Inc,,90eéd.,2804p.,Relié(ISBN978-1-420-09084-0)
  2. (en)Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago AlvarezCovalent radii revisited»,Dalton Transactions,‎,p.2832 - 2838(DOI10.1039/b801115j)
  3. (en)David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,CRC,,89eéd.,p.10-203
  4. Procès-verbaux du Comité international des poids et mesures,78esession, 1989,pp. T1-T21(et pp. T23-T42, version anglaise).
  5. aetbhttp://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Sn.html
  6. (en)Thomas R. Dulski,A manual for the chemical analysis of metals,vol.25, ASTM International,,251p.(ISBN0803120664,lire en ligne),p.71
  7. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  8. «Étain» dans la base de données de produits chimiquesReptoxde laCSST(organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  9. RobertLuft,Dictionnaire des corps purs simples de la chimie: Éléments, atomes et molécules,Association Cultures et Techniques,,p.175.
  10. Brigitte Le Guen (dir.), Marie-Cécilia d'Ercole et Julien Zurbach,Naissance de la Grèce: De Minos à Solon. 3200 à 510 avant notre ère,Paris/impr. en République tchèque,Éditions Belin,coll.« Mondes anciens »,,686p.(ISBN978-2-7011-6492-2),chap.1 (« Le monde égéen avant Mycènes. »),p.46.
  11. Jules César,Commentaires sur la guerre des Gaules,V, 12.
  12. abcdefghijetkJean-Louis VIGNES - Gilles ANDRE - Frédéric KAPALA Données industrielles, économiques, géographiques sur les principaux produits chimiques, métaux et matériaux 8e Édition: 2005-2013.
  13. «Accueil», surmineralinfo.fr(consulté le)
  14. Le marché de l’étain en 2022,BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières)et autrescités par BRGM, 2022
  15. abcdeetf:métaux et métalloïdedes recherches de la cohorte Elfe; Décembre 2016; SANTÉ PUBLIQUE France / Imprégnation des femmes enceintes par les polluants de l’environnement en France en 2011]. Volet périnatal du programme national de biosurveillance|PDF, 224p|aussi disponible à partir de l’URL: www.santepubliquefrance.fr
  16. «Nuancier DMC numéros et noms», sursd-g1.archive-host.com.
  17. «Nuancier béton ciré», sur3dco.fr.
  18. JeanPetit,JacquesRoireet HenriValot,Encyclopédie de la peinture: formuler, fabriquer, appliquer,t.3, Puteaux, EREC,,p.46
  19. Fabre d'Églantine,Rapport fait à la Convention nationale dans la séance du 3 du second mois de la seconde année de la République Française,(lire en ligne),p.12, 22.

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Articles connexes

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Liens externes

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