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Étain

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Cet article concerne l'élément chimique. Pour les autres significations, voirÉtain (homonymie).

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
SymboleSn
NomÉtain
Numéro atomique50
Groupe14
Période5e période
BlocBloc p
Famille d'élémentsMétal pauvre
Configuration électronique[Kr] 4d10 5s2 5p2
Électrons parniveau d’énergie2, 8, 18, 18, 4
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique118,710 ± 0,007 u[1]
Rayon atomique(calc)145 pm (145 pm)
Rayon de covalence139 ± 4 pm[2]
Rayon de van der Waals217
État d’oxydation0, +2,+4
Électronégativité(Pauling)1,96
OxydeAmphotère
Énergies d’ionisation[3]
1re :7,343 92 eV2e :14,632 2 eV
3e :30,502 60 eV4e :40,735 02 eV
5e :72,28 eV
Isotopes les plus stables
IsoANPériodeMDEdPD
MeV
112Sn0,97 %stable avec 62neutrons
114Sn0,65 %stable avec 64neutrons
115Sn0,34 %stable avec 65neutrons
116Sn14,54 %stable avec 66neutrons
117Sn7,68 %stable avec 67neutrons
118Sn24,23 %stable avec 68neutrons
119Sn8,59 %stable avec 69neutrons
120Sn32,59 %stable avec 70neutrons
122Sn4,63 %stable avec 72neutrons
124Sn5,79 %stable avec 74neutrons
126Sn{syn.}~100 000 aβ-0,380126Sb
Propriétés physiques ducorps simple
État ordinairesolide
Allotrope à l'état standardÉtain blanc (β,tétragonal)
Autres allotropesÉtain gris (α,cubique diamant)
Masse volumique5,77 g·cm-3 (gris),

7,29 g·cm-3 (blanc)[1]

Système cristallinTétragonal centré
Dureté(Mohs)1,5
CouleurGris argenté
Point de fusion231,928 °C (congélation)[4]
Point d’ébullition2 602 °C[1]
Enthalpie de fusion7,029 kJ·mol-1
Enthalpie de vaporisation295,8 kJ·mol-1
Volume molaire16,3 cm3·mol-1[5]
Pression de vapeur5,78×10-21 Pa à231,85 °C[5]
Vitesse du son2 500 m·s-1 à20 °C
Chaleur massique228 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique9,17×106 S·m-1
Conductivité thermique66,6 W·m-1·K-1
Solubilitésol. dansHCl,

H2SO4 concentré chaud[6]

Divers
No CAS7440-31-5[7]
No ECHA100.028.310
No CE231-141-8
Précautions
SIMDUT[8]

Produit non contrôlé
Ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT.

Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients
Commentaires : La dénomination chimique et la concentration de cet ingrédient doivent être divulgués sur la fiche signalétique s'il est présent à une concentration égale ou supérieure à 1,0 % dans un produit contrôlé.

Unités duSI &CNTP, sauf indication contraire.
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L'étain est l'élément chimique denuméro atomique 50, desymbole Sn (dulatinstannum). C'est unmétal pauvre dugroupe 14 du tableau périodique. Il existe dixisotopes stables de l'étain, principalement ceux de masses 120, 118 et 116.

L'étain existe auxétats d'oxydation 0, +II et +IV. Àtempérature ambiante le 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 lebronze. 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 appelécassitérite où il se trouve sous forme d'oxyde SnO2.

Caractéristiques

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C'est unmétal gris-argent, malléable, moyennementductile à température ambiante. Il est hautementcristallisé et 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 mer et l'eau douce, mais peut être attaqué par lesacides forts. 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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Articles détaillés :Peste de l'étain etStanène.

À la pression atmosphérique, l'étain pur possède trois variétésallotropiques (il peut exister sous trois formes cristallines). Entre13 °C et162 °C, l'étain est de structuretétragonale (formeβ{\displaystyle \beta }), c'est l'étain blanc, de masse volumique7,28 g cm−3. Au-dessus de162 °C, on trouve la structureorthorhombique (formeγ{\displaystyle \gamma }), cassante, que l'on peut pulvériser avec un mortier. En dessous de13 °C, l'étain blanc se transforme lentement en étain gris, destructure diamant (formeα{\displaystyle \alpha }), de masse volumique5,75 g 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 Russie par les soldats deNapoléon, bien placés pour faire cette observation, leurs boutons de pantalons étaient en étain[9] »,[10].

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.

Isotopes

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Article détaillé :Isotopes de l'étain.

L'étain possède 40isotopes connus, 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.

Historique

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Article détaillé :Histoire de la production de l'étain.

L'étain est connu dès laPréhistoire sur toute la planète. C'est un des composants de la métallurgie dubronze. Le nom d'origine latinestannum oustagnum fut d'abord utilisé pour un mélange d'argent et deplomb. L'étain utilisé par les Grecs et les Mésopotamiens des débuts de l'âge du bronze était extrait principalement enAfghanistan[11]. Les navires phéniciens franchirent lescolonnes d'Hercule et allèrent jusqu'enBretagne et enCornouailles (les mythiques « îles Cassitérides ») à la recherche des mines d'étain (engrec ancienκασσίτερος /kasíteros). Plus tard,Jules César a signalé l'exploitation de minerais d'étain en Bretagne, qu'il situe à tort dans le centre du pays au lieu des Cornouailles[12].

Production

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Extraction

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La métallurgie de l'étain est une réduction de l'oxyde SnO2 par le carbone à haute température[13].

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 ionsstannate SnO44−. Ceux-ci sont ensuite réduits en étain métallique par électrolyse[13].

La France ne possède plus de mine d'étain depuis1975. Les dernières, enBretagne (mine deSaint-Renan) en produisaient 500 t/an[13].

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

Production minière mondiale 2014[14]

PaysProduction% monde
1Chine106 000 t34,4 %
2Indonésie88 300 t28,7 %
3Birmanie30 000 t9,7 %
4Pérou23 100 t7,5 %
5Bolivie19 800 t6,4 %
6Brésil12 100 t3,9 %
7Australie7 200 t2,3 %
8Viêt-Nam5 400 t1,8 %
9Rwanda4 000 t1,3 %
9RDCongo4 000 t1,3 %
Total monde307 900 t100 %

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[15].

Alliages

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Lesbronzes sont de nos jours des mélanges decuivre et 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 blanc n'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 typographique est un alliage destiné à la fabrication des caractères typographiques qui contient 5 % d'étain pour 70 % deplomb et 25 % d’antimoine (des proportions plus anciennes font état de 15 % d'étain pour 80 % de plomb et 5 % d'antimoine).

Législation

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Poinçon - LR Etain -Titre légal sur une timbale.

En France, il est interdit de vendre sous la dénominationétain un objet fabriqué avec un alliage dans lequel l'étain entre à moins de 82%[16]. Le poinçon est la marque du spécialiste qui garantit que cette condition est remplie.

Composés

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  • Ledioxyde d'étain SnO2 est utilisé entre 4 et 8 % dans certains verres comme opacifiant[13].
  • Letétrachlorure d'étain SnCl4 permet de préparer les dérivésorganoétains ou sert comme catalyseur deFriedel-Crafts pour les réactions d'acylation, d'alkylation et decyclisation[13].
  • Lesstannates SnO44− sont des sources d'étain pour les étamages électrolytiques[13].
  • L'octanoate d'étain(II) Sn(C7H15COO)2 s'utilise comme catalyseur pour la production de mousses de polyuréthane[13].
  • Lesorganoétains (50 000 t/ans utilisées dans le monde), dont :
    • le plus utilisé, letributylétain n-(C4H9)3Sn-H. Il est utilisé pour les peintures navalesantifouling[13].
    • les dialkylétains (20 940 t) sont utilisés comme stabilisant thermique du PVC[13]
    • Le dilaurate de dibutylétain, (nC4H9)2Sn(OOCC11H23)2, sert de catalyseur pour la fabrication des caoutchoucs silicones[13].
    • L'oxyde de tributylétain [(n-C4H9)3Sn]2O est un fongicide utilisé pour la préservation du bois[13]. 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.

Utilisations

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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 plat est 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'orgue utilisent 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
Lescloches se 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 leursbrasages à l'aide d'alliages comportant, pour la plupart, de l'étain.

Étamage

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Article détaillé :Étamage.

L'étamage consiste 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-blanc est 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].

Toxicologie

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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).

En2018 en France le « Voletpérinatal » duprogramme national debiosurveillance a publié une évaluation de l'imprégnation desfemmes enceintes notamment 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 (« Cohorte Elfe »). Cette cohorte comprenait des femmes ayant accouché en France en2011 horsCorse etTOM)[17]. Ledosage urinaire de 990 femmes enceintes arrivant à la maternité a confirmé une quasi-omniprésence de l'étain dans l'environnement[17] ; il a été retrouvé dans 91 % des échantillons d’urine analysées[17] (moyenne géométrique : 0,29 μg/L ;créatinine : 0,39 μ μg/g[17]). Ces taux sont relativement similaires à ceux cités hors de France par des études ayant porté sur des adultes, et (par quelques rares études) concernant les femmes enceintes[17]. 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 descanalisations ou dans certains matériaux entrant en contact avec l’eau destinée à la consommation humaine)[17].

Couleur

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Théière en étain.

L'étain utilisé en décoration a unbrillant assez 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 couleurétain est unnom de couleur en 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 broder[18] ; en matériaux de constructionbéton ciré étain[19].

L'étain est le composant principal d'unpigmentjaune historique, l'or mussif, un bisulfure d'étain d'aspect doré, utilisé notamment dans l'art byzantin pour 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[20].

Significations conventionnelles

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Notes et références

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  1. ab etc(en) David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,,90e éd., 2804 p., Relié(ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. (en)Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited »,Dalton Transactions,‎,p. 2832 - 2838(DOI 10.1039/b801115j)
  3. (en) David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC,,89e éd.,p. 10-203
  4. Procès-verbaux du Comité international des poids et mesures,78e session, 1989,pp. T1-T21 (et pp. T23-T42, version anglaise).
  5. a etbhttp://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Sn.html
  6. (en) Thomas R. Dulski,A manual for the chemical analysis of metals,vol. 25, ASTM International,, 251 p.(ISBN 0803120664,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 chimiquesReptox de 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. Bernard Bodo, « La Bérézina : quand le métal devient poussière ou la guerre sans bouton. Mythe ou réalité ? », surmediachimie.org(consulté le).
  11. 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 »,, 686 p.(ISBN 978-2-7011-6492-2),chap. 1 (« Le monde égéen avant Mycènes. »),p. 46.
  12. Jules César,Commentaires sur la guerre des Gaules, V, 12.
  13. abcdefghij etkJean-Louis VIGNES - Gilles ANDRE - Frédéric KAPALA Données industrielles, économiques, géographiques sur les principaux produits chimiques, métaux et matériaux 8e Édition : 2005-2013.
  14. « Accueil », surmineralinfo.fr(consulté le)
  15. Le marché de l’étain en 2022, BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières)et autres cités par BRGM, 2022
  16. réglementation sur les objets en étain.
  17. abcde etf: métaux et métalloïde des 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
  18. « Nuancier DMC numéros et noms », sursd-g1.archive-host.com.
  19. « Nuancier béton ciré », sur3dco.fr.
  20. JeanPetit, JacquesRoire et HenriValot,Encyclopédie de la peinture : formuler, fabriquer, appliquer,t. 3, Puteaux, EREC,,p. 46
  21. 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.

Voir aussi

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Articles connexes

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Liens externes

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