El estaño es uno de los metales conocidos desde la antigüedad más remota, utilizado por la humanidad desde al menos 5000 años antes de nuestra era. Su descubrimiento y explotación marcaron un hito crucial en la historia humana: la Edad del Bronce (aproximadamente 3300-1200 a.C.). La aleación de cobre (alrededor del 90%) y estaño (alrededor del 10%) producía bronce, un material revolucionario mucho más duro y duradero que el cobre puro, transformando la armamentística, la agricultura y la artesanía.
Las civilizaciones mesopotámicas, egipcias y del valle del Indo dominaban la metalurgia del bronce ya en el tercer milenio a.C. Los yacimientos de estaño eran raros y preciosos, creando rutas comerciales de larga distancia. Las minas de Cornualles en Inglaterra, explotadas desde la antigüedad, suministraban estaño a fenicios y romanos, volviéndose legendarias. El control de las fuentes de estaño confería una ventaja estratégica considerable.
El nombre estaño proviene del latín stannum, que originalmente designaba una aleación de plata y plomo antes de referirse al estaño puro. El símbolo químico Sn proviene directamente del latín stannum. En inglés, tin deriva del inglés antiguo y germánico, reflejando la importancia de este metal en las culturas europeas antiguas.
Aunque conocido desde milenios, el estaño no fue reconocido como elemento químico distinto hasta el siglo XVIII, con el desarrollo de la química moderna. Antoine Lavoisier lo incluyó en su lista de elementos químicos publicada en 1789, consolidando su reconocimiento científico.
El estaño (símbolo Sn, número atómico 50) es un metal postransicional del grupo 14 de la tabla periódica, junto con el carbono, el silicio, el germanio y el plomo. Su átomo tiene 50 protones, generalmente 70 neutrones (para el isótopo más abundante \(\,^{120}\mathrm{Sn}\)) y 50 electrones con la configuración electrónica [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p².
El estaño es un metal blanco plateado brillante, blando y maleable. Tiene una densidad de 7,31 g/cm³ en su forma estable β (estaño blanco). El estaño presenta dos formas alotrópicas principales con propiedades radicalmente diferentes: el estaño α (estaño gris) y el estaño β (estaño blanco), separados por una temperatura de transición de 13,2 °C.
El estaño blanco (β-Sn), estable por encima de 13,2 °C, es metálico, dúctil y maleable, cristalizando en una estructura tetragonal. Esta es la forma utilizada en todas las aplicaciones prácticas. El estaño gris (α-Sn), estable por debajo de 13,2 °C, es un semiconductor gris, pulverulento y frágil, que cristaliza en una estructura cúbica de diamante similar al silicio. La transformación del estaño blanco en estaño gris a baja temperatura, acompañada de una expansión volumétrica del 27%, se denomina "peste del estaño" o "enfermedad del estaño".
El estaño blanco se funde a 232 °C (505 K) y hierve a 2602 °C (2875 K). Su punto de fusión relativamente bajo facilita su uso en soldaduras y aleaciones de bajo punto de fusión. El estaño resiste bien la corrosión por agua dulce y agua de mar, pero es atacado por ácidos fuertes y bases.
Punto de fusión del estaño: 505 K (232 °C).
Punto de ebullición del estaño: 2875 K (2602 °C).
Temperatura de transición α-Sn → β-Sn: 286 K (13,2 °C).
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Desintegración / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Estaño-112 — \(\,^{112}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 62 | 111,904818 u | ≈ 0,97 % | Estable | Isótopo estable más ligero y raro del estaño natural. |
| Estaño-114 — \(\,^{114}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 64 | 113,902779 u | ≈ 0,66 % | Estable | Segundo isótopo estable más raro del estaño natural. |
| Estaño-115 — \(\,^{115}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 65 | 114,903342 u | ≈ 0,34 % | Estable | Tercer isótopo estable más raro. Utilizado en espectroscopia RMN. |
| Estaño-116 — \(\,^{116}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 66 | 115,901741 u | ≈ 14,54 % | Estable | Cuarto isótopo estable más abundante del estaño natural. |
| Estaño-117 — \(\,^{117}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 67 | 116,902952 u | ≈ 7,68 % | Estable | Quinto isótopo estable más abundante del estaño natural. |
| Estaño-118 — \(\,^{118}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 68 | 117,901603 u | ≈ 24,22 % | Estable | Segundo isótopo más abundante del estaño, representando casi una cuarta parte del total. |
| Estaño-119 — \(\,^{119}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 69 | 118,903308 u | ≈ 8,59 % | Estable | Sexto isótopo estable más abundante. Utilizado en espectroscopia Mössbauer. |
| Estaño-120 — \(\,^{120}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 70 | 119,902194 u | ≈ 32,58 % | Estable | Isótopo más abundante del estaño, representando casi un tercio del total. |
| Estaño-122 — \(\,^{122}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 72 | 121,903439 u | ≈ 4,63 % | Estable | Séptimo isótopo estable más abundante del estaño natural. |
| Estaño-124 — \(\,^{124}\mathrm{Sn}\,\) | 50 | 74 | 123,905274 u | ≈ 5,79 % | Estable | Octavo y último isótopo estable. Isótopo estable más pesado del estaño. |
N.B.:
Capas electrónicas: Cómo están organizados los electrones alrededor del núcleo.
El estaño tiene 50 electrones distribuidos en cinco capas electrónicas. Su configuración electrónica completa es: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p², o simplificada: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p². Esta configuración también puede escribirse como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(4).
Capa K (n=1): contiene 2 electrones en la subcapa 1s. Esta capa interna está completa y es muy estable.
Capa L (n=2): contiene 8 electrones distribuidos como 2s² 2p⁶. Esta capa también está completa, formando una configuración de gas noble (neón).
Capa M (n=3): contiene 18 electrones distribuidos como 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Esta capa completa contribuye a la pantalla electrónica.
Capa N (n=4): contiene 18 electrones distribuidos como 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. La subcapa 4d completa es particularmente estable.
Capa O (n=5): contiene 4 electrones distribuidos como 5s² 5p². Estos cuatro electrones son los electrones de valencia del estaño.
El estaño tiene 4 electrones de valencia: dos electrones 5s² y dos electrones 5p². Los dos principales estados de oxidación son +2 y +4. El estado +4, donde el estaño pierde sus cuatro electrones de valencia para formar el ion Sn⁴⁺, es el más estable y aparece en la mayoría de los compuestos: dióxido de estaño (SnO₂), tetracloruro de estaño (SnCl₄) y compuestos organoestánnicos.
El estado +2, donde el estaño pierde solo sus dos electrones 5p² (efecto de par inerte), se vuelve progresivamente más estable al descender en el grupo 14. Compuestos como el óxido de estaño(II) (SnO) y el cloruro de estaño(II) (SnCl₂) son comunes pero tienden a oxidarse a compuestos de estaño(IV). El cloruro de estaño(II) es un potente agente reductor utilizado en síntesis química.
El estaño es relativamente estable en el aire a temperatura ambiente, formando lentamente una fina capa de óxido protectora que evita una mayor corrosión. Esta resistencia a la corrosión explica su uso histórico y moderno para proteger otros metales (hojalata). El estaño resiste bien el agua dulce, el agua de mar y muchos compuestos orgánicos.
El estaño reacciona con ácidos fuertes para formar sales de estaño(II) o estaño(IV) según las condiciones: Sn + 2HCl → SnCl₂ + H₂ (ácido diluido), o Sn + 4HNO₃ → Sn(NO₃)₄ + 2NO₂ + 2H₂O (ácido nítrico concentrado). Las bases fuertes también atacan al estaño, formando estanatos: Sn + 2NaOH + 4H₂O → Na₂[Sn(OH)₆] + 2H₂.
El estaño reacciona con los halógenos para formar tetrahaluros (estado +4): Sn + 2Cl₂ → SnCl₄. El tetracloruro de estaño es un líquido humeante utilizado en síntesis orgánica. El estaño también forma muchos compuestos organoestánnicos (R₄Sn, R₃SnX, etc.) ampliamente utilizados como catalizadores, estabilizantes de PVC y biocidas, aunque su toxicidad ha llevado a restricciones en su uso.
La aplicación moderna dominante del estaño, que representa alrededor del 50% de la demanda mundial, es en soldaduras electrónicas. Durante décadas, la aleación estaño-plomo (típicamente 63% Sn, 37% Pb) fue la soldadura estándar en electrónica, con un punto de fusión de 183 °C y excelentes propiedades de mojado.
La conciencia sobre la toxicidad del plomo y sus impactos ambientales llevó a la adopción de regulaciones estrictas, notablemente la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) de la Unión Europea en 2006, que prohíbe el plomo en la mayoría de los equipos electrónicos. Esta regulación desencadenó una revolución tecnológica: la transición a soldaduras sin plomo.
Las soldaduras sin plomo se basan principalmente en estaño con diversos aditivos. Las aleaciones más comunes son SAC (estaño-plata-cobre: 96,5% Sn, 3% Ag, 0,5% Cu) con un punto de fusión de 217-220 °C, y Sn-Cu (99,3% Sn, 0,7% Cu) para aplicaciones de menor costo. Esta transición requirió una reestructuración completa de los procesos de fabricación electrónica, con temperaturas de soldadura más altas y desafíos de fiabilidad a largo plazo.
La demanda mundial de estaño para soldaduras ha aumentado con esta transición, pasando de unas 50.000 toneladas/año en los años 90 a más de 180.000 toneladas/año en los años 2020. Cada smartphone contiene aproximadamente 0,5-1 gramo de estaño en sus soldaduras, cada computadora portátil 3-5 gramos, creando una demanda masiva impulsada por la proliferación de la electrónica de consumo.
La hojalata, lámina de acero recubierta con una fina capa de estaño (típicamente 2-10 micras), revolucionó la conservación de alimentos en el siglo XIX. Nicolas Appert inventó el enlatado en 1810, y Peter Durand patentó la lata de hojalata en 1810. Esta innovación permitió la conservación a largo plazo de alimentos, transformando la alimentación, el comercio y la logística militar.
El recubrimiento de estaño protege el acero de la corrosión y evita la migración de iones metálicos a los alimentos. El estaño es no tóxico, químicamente inerte con la mayoría de los alimentos y forma una barrera protectora efectiva. Aunque el aluminio y el plástico han reemplazado gradualmente a la hojalata en algunas aplicaciones, las latas de hojalata siguen siendo ampliamente utilizadas, representando alrededor del 15-20% de la demanda mundial de estaño.
El estaño se sintetiza en las estrellas principalmente a través del proceso s (captura lenta de neutrones) en estrellas de la rama asintótica de las gigantes (AGB), con contribuciones del proceso r (captura rápida de neutrones) durante supernovas y fusiones de estrellas de neutrones. El estaño tiene el mayor número de isótopos estables (10) de todos los elementos, reflejando la estabilidad nuclear particular de los núcleos con 50 protones (número mágico).
La abundancia cósmica del estaño es aproximadamente 4×10⁻⁹ veces la del hidrógeno en número de átomos. Esta abundancia relativamente alta para un elemento pesado se explica por la estabilidad nuclear excepcional del núcleo con Z=50 (capa mágica de protones completa), favoreciendo la formación y supervivencia de los isótopos de estaño durante los procesos de nucleosíntesis.
Los diez isótopos estables del estaño se producen por diferentes combinaciones de los procesos s, r y p (captura de protones), cada uno dominante para ciertos isótopos. El análisis de las proporciones isotópicas del estaño en meteoritos primitivos proporciona restricciones valiosas sobre las contribuciones relativas de estos procesos a la composición del sistema solar y sobre la heterogeneidad de la nebulosa solar primitiva.
Las líneas espectrales del estaño neutro (Sn I) y ionizado (Sn II) son observables en los espectros de ciertas estrellas frías y gigantes enriquecidas en elementos pesados. El análisis de estas líneas permite determinar la abundancia de estaño y trazar el enriquecimiento químico de las galaxias, confirmando el papel de las estrellas AGB en la producción de elementos del proceso s.
N.B.:
El estaño está presente en la corteza terrestre con una concentración media de aproximadamente 2 ppm, lo que lo hace relativamente raro, unas 1000 veces más raro que el zinc pero 40 veces más abundante que la plata. El principal mineral de estaño es la casiterita (SnO₂), que contiene aproximadamente 78% de estaño, generalmente en forma de vetas hidrotermales o depósitos aluviales (placeres).
La producción mundial de estaño es de aproximadamente 350.000 toneladas por año. China domina la producción con alrededor del 40% del total mundial, seguida por Indonesia (20%), Myanmar (15%), Perú (7%) y Bolivia. Los depósitos históricos de Cornualles están agotados desde el siglo XX, pero la minería continúa en el sudeste asiático y Sudamérica.
El reciclaje del estaño es importante, representando alrededor del 30% de la oferta anual. El estaño se recupera principalmente de la hojalata usada (desestañado electrolítico o químico), escorias y residuos de fundición, y desechos electrónicos. La alta tasa de reciclaje del estaño se debe a su valor económico, facilidad de recuperación y preocupaciones ambientales. El estaño no se considera un material crítico en la mayoría de los países debido a reservas suficientes y fuentes diversificadas.
