Escandio
El escandio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Sc y su número atómico es 21. Es un metal de transición que se encuentra en minerales de Escandinavia y que se clasifica con frecuencia entre los lantánidos por sus similitudes con ellos.
Características principales
Es un metal blando, muy ligero, resistente al ataque del ácido nítrico yfluorhídrico, de color plateado deslustra expuesto al aire adoptando un color ligeramente rosado. Su estado de oxidación más común es +3 y sus sales son incoloras. Sus propiedades son más parecidas a las delitrio y los lantánidos que a las del titanio por lo que suele incluirse con frecuencia entre las tierras raras.
Aplicaciones
El óxido de escandio Sc2O3, se utiliza en luces de alta intensidad y añadiendo yoduro de escandio en las lámparas de vapor de mercurio se consigue una luz solar artificial de muy alta calidad. El isótopo radiactivo Sc-46 se usa en el craqueo del petróleo como trazador.
La adición de escandio al aluminio limita el crecimiento excesivo del grano que se produce en la zona afectada por el calor en la soldadura de aleaciones de aluminio. Esto tiene dos efectos beneficiosos: El precipitado Al3Sc forma cristales menores que los que se forman en otras aleaciones de aluminio y el volumen de las zonas libres de precipitado que normalmente existen en los límites de grano de las aleaciones de aluminio endurecido por envejecimiento se reduce. Ambos efectos aumentan la utilidad de la aleación. Sin embargo, las aleaciones de titanio, que son similares en ligereza y resistencia, son más baratas y mucho más ampliamente utilizadas.
La aplicación principal del escandio en peso es en las aleaciones de aluminio-escandio para componentes menores de la industria aeroespacial. Estas aleaciones contienen entre 0,1 % y 0,5 % del escandio. Estas fueron utilizadas en los aviones militares rusos Mig 21 y Mig 29.
Historia
El escandio (del latín científico scandĭum, y éste de Scandi, Escandinavia) fue descubierto por Lars Fredrick Nilson en 1879 mientras trabajaba con su equipo en la búsqueda de metales tierras raras mediante análisis espectral de los minerales euxenita y gadolinita. Para aislar el elemento procesó 10 kg de euxenita con otros residuos de tierras raras logrando aproximadamente 2 gramos de óxido (Sc2O3) de gran pureza.
En 1869 Dmitri Mendeleyev predijo, basándose en las leyes periódicas, que este metal debía tener propiedades similares a las del boro por lo que llamó al elemento aún por descubrir ekaboro (símbolo Eb). Aproximadamente en la misma época que Nilson, Per Theodor Cleve descubrió el óxido de escandio y confirmó que se trataba del ekaboro.
En 1937 se aisló por vez primera el metal por electrólisis de una solución eutéctica de potasio, litio y cloruros de escandio a 700-800 °C empleando como electrodos un filamento de wolframio y un baño de cinc líquido en un crisol de grafito. La primera libra de escandio del 99% de pureza se fabricó en 1960.
Abundancia y obtención
Las únicas fuentes concentradas conocidas del metal, que no se encuentra en estado nativo, son minerales poco abundantes de Escandinavia y Madagascar como euxenita, gadolinita y thortveitita.
Es más abundante en el Sol y estrellas similares (23.º en abundancia) que en la Tierra (50.º) donde se encuentra muy repartido, apareciendo trazas del metal en más de 800 minerales. El color azul del aguamarina, variedad del berilo, se cree que se debe a la presencia de escandio y aparece entre los residuos de lawolframita tras la extracción del wolframio.
La thortveitita es la principal mena de escandio siendo otra fuente importante los residuos de la extracción deluranio donde se obtiene como subproducto. El metal se obtiene industrialmente por reducción del fluoruro de escandio con calcio.
Isótopos
El escandio natural tiene un único isótopo estable, el Sc-45. Se conocen 13 isótopos radiactivos de los que los más estables son el Sc-46 con un periodo de semidesintegración de 83,79 días, el Sc-47 (3,3492 días) y Sc-48 (43,67 horas); los demás isótopos radiactivos tiene periodos de semidesintegración inferiores a las 4 horas y la mayoría menores de 2 minutos. Se conocen además 5 estados metaestables, siendo el más estable el Scm-44 (periodo de semidesintegración de 58,6 horas).
La masa atómica de los isótopos de escandio varía desde 39,978 uma del Sc-40 hasta 53,963 uma del Sc-54. El modo de desintegración principal de los isótopos más ligeros que el estable (Sc-45) es la captura electrónica originándose isótopos de calcio, mientras que los isótopos más pesados que el estable se desintegran principalmente mediante emisión beta dando lugar a isótopos de titanio.
Precauciones
El polvo de escandio metálico es inflamable.
Escandio |  |
Número Atómico: 21
Masa Atómica: 44,9559
Número de protones/electrones: 21
Número de neutrones (Isótopo 45-Sc): 24
Estructura electrónica: [Ar] 3d1 4s2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 9, 2
Números de oxidación: +3
Masa Atómica: 44,9559
Número de protones/electrones: 21
Número de neutrones (Isótopo 45-Sc): 24
Estructura electrónica: [Ar] 3d1 4s2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 9, 2
Números de oxidación: +3
Electronegatividad: 1,36
Energía de ionización (kJ.mol-1): 631
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 18
Radio atómico (pm): 164
Radio iónico (pm) (carga del ion): 83(+3)
Energía de ionización (kJ.mol-1): 631
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 18
Radio atómico (pm): 164
Radio iónico (pm) (carga del ion): 83(+3)
Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 15,9
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 304,8
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 304,8
Punto de Fusión (ºC): 1541
Punto de Ebullición (ºC): 2836
Densidad (kg/m3): 2989; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 15,04
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Blanco-plateado.
Punto de Ebullición (ºC): 2836
Densidad (kg/m3): 2989; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 15,04
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Blanco-plateado.
Estaño
El estaño es un elemento químico de símbolo Sn (del latín stannum y número atómico 50). Está situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos. Se conocen 10 isótopos estables. Su principal mena es lacasiterita.
Características del estaño
Es un metal plateado, maleable, que se oxida fácilmente, a temperatura ambiente, cambiando de color a un gris mas opaco, y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones sufre la peste del estaño. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido característico llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales que la componen. Por debajo de los -18°C empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris, a este proceso se lo conoce como peste del estaño. El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: el estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 °C, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 °C.
Usos
- Se usa como protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva.
- También se usa para disminuir la fragilidad del vidrio.
- Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentífricos y pigmentos.
- Se usa para realizar bronce, aleación de estaño y cobre.
- Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo.
- Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de los órganos musicales.
- Tiene utilidad en etiquetas.
- Recubrimiento de acero.
- Se usa como material de aporte en soldadura blanda con cautín, bien puro o aleado. La directiva RoHSprohíbe el uso de plomo en la soldadura de determinados aparatos eléctricos y electrónicos.
- El estaño también se utiliza en la industria de la cerámica para la fabricación de los esmaltes cerámicos. Su función es la siguiente: en baja y en alta es un opacificante. En alta la proporción del porcentaje es más alto que en baja temperatura.
- Es usado también en el sobretaponado de botellas de vino, en forma de cápsula. Su uso se extendió tras la prohibición del uso del plomo en la industria alimentaria. España es uno de los mayores fabricantes de cápsulas de estaño.
Historia
El uso del estaño comenzó en el Cercano Oriente y los Balcanes alrededor del 3000 a. C., utilizándose en aleación con el cobre para producir un nuevo metal, el bronce, dando así origen a la denominada Edad de Bronce. La importancia del nuevo metal, con el que se fabricaban armas y herramientas más eficaces que las de piedra o de hueso habidas hasta entonces, originó durante toda la Antigüedad un intenso comercio a largas distancias con las zonas donde existían yacimientos de estaño.
Véase también: Yacimientos de estaño y su comercio en la antigüedad
Obtención
Véase también: Greisen
El estaño se obtiene del mineral casiterita en donde se presenta como óxido (óxido de estaño (IV) o dióxido de estaño). Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal.
Aleaciones
Las aleaciones con base de estaño, también conocidas como metales blancos, generalmente contienen cobre, antimonio y plomo. Estas aleaciones tienen diferentes propiedades mecánicas, dependiendo de su composición.1
Algunas aleaciones de estaño, cobre y antimonio son utilizadas como materiales antifricción en cojinetes, por su baja resistencia de cizalladura y su reducida adherencia.1
Las aleaciones estaño y plomo se comercializan en varias composiciones y puntos de fusión, siendo la aleación eutéctica aquella que tiene un 61,9 % de estaño y un 38,1 % de plomo, con un punto de fusión de 183 °C.2 El resto de aleaciones estaño-plomo funden en un rango de temperaturas en el cual hay un equilibrio entre la fase sólida y la fase líquida durante los procesos defusión y de solidificación, dando lugar a la segregación de la fase sólida durante la solidificación y, por tanto, a estructuras cristalinas diferentes. La aleación eutéctica, que necesita menor temperatura para llegar a la fase líquida es muy utilizada en la soldadura blanda de componentes electrónicos para disminuir las probabilidades de daño por sobrecalentamiento de dichos componentes. Algunas aleaciones basadas en estaño y plomo tienen además pequeñas proporciones de antimonio (del orden del 2,5 %). El principal problema de las aleaciones con plomo es el impacto ambiental potencial de sus residuos, por lo que están en desarrollo aleaciones libres de plomo, como las aleaciones de estaño-plata-cobre o algunas aleaciones estaño-cobre.
El peltre es una aleación de estaño, plomo y antimonio utilizada para utensilios decorativos. El estaño también es utilizado en aleaciones de prótesis dentales, aleaciones de bronce y aleaciones de titanio y circonio.1
Principales países productores
Los principales productores de estaño del mundo son China, Malasia, Perú, Indonesia, Brasil3 y Bolivia (especialmente en el estado de Minas Gerais)4
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| Fuente: United States Geological Survey (USGS) - 2011 |
Efectos toxicológicos
Tanto el estaño metálico como sus compuestos orgánicos e inorgánicos, ya sean formados de manera natural o en sus usos industriales, puede producir efector tóxicos sobre el medio ambiente y los seres vivos expuestos a ellos.
El estaño es liberado en el medio ambiente por procesos naturales y por las actividades humanas, tales como la minería, la combustión de petróleo y carbón, además de las actividades industriales asociadas a la producción y usos del estaño.
El estaño metálico cuando se encuentra en la atmósfera en forma gaseosa se adhiere a las partículas de polvo, las cuales pueden ser movilizadas por la acción del viento la lluvia o la nieve.
Cuando se libera el estaño metálico en el medio ambiente, este se puede unir con el cloro, azufre u oxígeno para formar compuestos inorgánicos de estaño, tales como el cloruro de estaño, sulfuro de estaño, u dióxido de estaño. Este tipo de compuestos no pueden ser degradados y solo pueden cambiar su forma química, de manera que son adheridos por el suelo y los sedimentos o son disueltos en el agua.
Cuando se combina con el carbono puede formar compuestos orgánicos tales como dibutilestaño, tributilo de estaño y el trifenilestaño. Este tipo de compuestos pueden ser acumulados en el suelo o en el agua, o ser degradados a compuestos inorgánicos por la acción de la luz solar o las bacterias. El tiempo de permanencia en el medio de estos compuestos es variable en función del compuesto, pudiendo ser desde días hasta meses en el agua, y años si se encuentran en el suelo. Debido a su forma química los compuestos orgánicos de estaño también pueden bioacumularse al ser asimilado por el metabolismo de los seres vivos, sufriendo un proceso de biomagnificación a lo largo de las diferentes redes tróficas.
Efectos sobre el ser humano
Las principales vías de intoxicación con estaño en humanos son:
- La ingestión de alimentos o bebidas que se encuentran envasados en latas hechas con estaño, aunque la mayoría de las que se encuentran actualmente en el mercado están protegidas mediante una laca protectora.
- Ingestión de pescados o mariscos que procedan de aguas contaminadas con este metal.
- Contacto con productos domésticos que contengan compuestos de estaño, como algunos plásticos tales como el PVC.
- Respirar aire que contenga vapores de estaño o polvo de estaño.
El estaño metálico en sí no es muy tóxico para el ser humano ya que en el tracto digestivo no se absorbe de manera efectiva, pero la inhalación de los vapores de estaño sí que es nociva para el aparato respiratorio.
La ingestión de grandes cantidades de compuestos inorgánicos de estaño puede producir dolores de estómago, anemia, y alteraciones en el hígado y los riñones.
La inhalación o la ingesta de compuestos orgánicos de estaño (tales como el trimetilestaño y el trietilestaño) pueden interferir con el funcionamiento del sistema nervioso y el cerebro. En casos graves, puede causar la muerte. Otros compuestos orgánicos de estaño (tales como el dibutilestaño y el tributilestaño) afectan el sistema inmunitario y a la reproducción en animales, aunque esto no se ha evaluado aun en seres humanos.
Tanto compuestos orgánicos como inorgánicos pueden producir irritación por contacto con la piel o los ojos.
Límites legales
Los límites legales de contenido de estaño inorgánico marcados por la Unión Europea son:
Estaño inorgánico |
Contenidos máximos (mg/Kg peso fresco)
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Alimentos enlatados diferentes de las bebidas
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200
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Bebidas enlatadas incluidos zumos de frutas y verduras
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100
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Alimentos infantiles enlatados y alimentos enlatados elaborados a base de cereales para lactantes y niños de corta edad, excepto productos deshidratados y en polvo
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50
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Preparados para lactantes y preparados de continuación enlatados (incluida la leche para lactantes y la leche de continuación), excepto productos deshidratados y en polvo
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50
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Alimentos dietéticos enlatados destinados a usos médicos especiales, específicamente destinados a los lactantes, excepto productos deshidratados y en polvo.
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