Capítulo XXIX

ESTAÑO Y PLOMO

==================================================================== SÍMBOLO PESO DENSIDAD PUNTO ÓXIDOS ATÓMICO DE FUSIÓN COMUNES Estaño Sn 119.0 7.35 235 °C SnO SnO{2} Plomo Pb 206.9 11.38 327 °C PbO Pb{3}O{4} PbO{2} ====================================================================

~La familia.~ El estaño y el plomo, junto con el silicio y el germanio, forman una familia en el Grupo IV de la tabla periódica. El silicio ya se ha tratado junto con los no metales, mientras que el germanio, debido a su rareza, solo necesita ser mencionado.

La otra familia del Grupo IV incluye al carbono, ya descrito, y a varios elementos raros.

ESTAÑO

~Ocurrencia.~ El estaño se encuentra en la naturaleza principalmente como óxido (SnO{2}), llamado casiterita o piedra de estaño. Las minas más famosas son las de Cornualles en Inglaterra, y las de la península de Malaca y las islas de las Indias Orientales; en pequeñas cantidades, la piedra de estaño se encuentra en muchos otros lugares.

~Metalurgia.~ La metalurgia del estaño es muy sencilla. El mineral, separado en lo posible de materiales terrosos, se mezcla con carbono y se calienta en un horno, produciéndose la reducción fácilmente. La ecuación es

SnO{2} + C = Sn + CO{2}.

El metal a menudo se purifica calentándolo cuidadosamente hasta que se funde parcialmente; el estaño puro se funde primero y puede separarse de las impurezas.

~Propiedades.~ El estaño puro, llamado estaño en bloque, es un metal blanco, blando, con apariencia y brillo plateados; se funde fácilmente (235 °C) y es algo más liviano que el cobre, con una densidad de 7.3. Es bastante maleable y puede laminarse en hojas muy delgadas, formando papel estañado; sin embargo, la mayor parte del papel estañado contiene una buena cantidad de plomo.

En condiciones ordinarias no se altera por el aire ni la humedad, pero a alta temperatura arde en el aire, formando el óxido SnO{2}. Los ácidos diluidos no lo afectan, pero los ácidos concentrados lo atacan fácilmente. El ácido clorhídrico concentrado lo transforma en cloruro:

Sn + 2HCl = SnCl{2} + 2H.

Con ácido sulfúrico se forman sulfato de estaño y dióxido de azufre:

Sn + 2H{2}SO{4} = SnSO{4} + SO{2} + 2H{2}O

El ácido nítrico concentrado lo oxida, formando un compuesto blanco insoluble de fórmula H{2}SnO{3}, llamado ácido metastannoso:

3Sn + 4HNO{3} + H{2}O = 3H{2}SnO{3} + 4NO.

~Usos del estaño.~ Gran parte del estaño se convierte en hojalata sumergiendo láminas delgadas de acero en el metal fundido. Debido a la forma en que el estaño resiste la acción del aire y los ácidos diluidos, la hojalata se utiliza de muchas maneras, como en techos y en la fabricación de latas, utensilios de cocina y artículos similares.

Muchas aleaciones útiles contienen estaño, algunas de las cuales se han mencionado en relación con el cobre. Cuando el estaño se alea con otros metales de bajo punto de fusión, se forman aleaciones blandas y fácilmente fundibles que se emplean en cojinetes de fricción para maquinaria; el estaño, antimonio, plomo y bismuto son los principales componentes de estas aleaciones. El peltre y la soldadura blanda son aleaciones de estaño y plomo.

~Compuestos del estaño.~ El estaño forma dos series de compuestos: los estannosos, en los que el estaño es divalente, como en los compuestos SnO, SnS, SnCl{2}; y los estánnicos, en los que es tetravalente, como en SnO{2}, SnS{2}. Existe también un ácido, H{2}SnO{3}, llamado ácido estánnico, que forma una serie de sales llamadas estannatos. Aunque este ácido tiene la misma composición que el ácido metastannoso, ambos son muy diferentes en sus propiedades químicas. Esta diferencia probablemente se debe a la distinta disposición de los átomos en las moléculas de ambas sustancias. Solo es necesario mencionar algunos compuestos del estaño.

~Óxido estánnico~ (SnO{2}). El óxido estánnico es interesante, ya que es el principal compuesto de estaño que se encuentra en la naturaleza. A veces se halla en cristales de buen tamaño, pero preparado en laboratorio es un polvo blanco. Cuando se funde con hidróxido de potasio forma estannato de potasio, comportándose de manera muy similar al dióxido de silicio:

SnO{2} + 2KOH = K{2}SnO{3} + H{2}O.

~Cloruros de estaño.~ El cloruro estannoso se prepara disolviendo estaño en ácido clorhídrico concentrado y evaporando la solución hasta la cristalización. Los cristales obtenidos tienen la composición SnCl{2}.2H{2}O y se conocen como cristales de estaño. Tratando una solución de cloruro estannoso con agua regia se forma cloruro estánnico:

SnCl{2} + 2Cl = SnCl{4}.

La sal que cristaliza de dicha solución tiene la composición SnCl{4}.5H{2}O y se conoce comercialmente como oximuriato de estaño. Si se calienta estaño metálico en una corriente de cloro seco, se obtiene el cloruro anhidro (SnCl{4}) como un líquido incoloro y pesado que emite vapores densos al exponerse al aire.

La facilidad con que el cloruro estannoso capta cloro para formar cloruro estánnico lo convierte en un buen agente reductor en muchas reacciones, transformando los cloruros superiores de los metales en inferiores. Así, el cloruro mercúrico se convierte en cloruro mercurioso:

SnCl{2} + 2HgCl{2} = SnCl{4} + 2HgCl.

Si el cloruro estannoso está en exceso, la reacción puede continuar, produciendo mercurio metálico:

SnCl{2} + 2HgCl = SnCl{4} + 2Hg.

El cloruro férrico, de manera similar, se reduce a cloruro ferroso:

SnCl{3} + 2FeCl{3} = SnCl{4} + 2FeCl{2}.

Los cloruros de estaño, así como los estannatos alcalinos, se utilizan mucho como mordientes en los procesos de teñido. Los hidróxidos de estaño y el ácido estánnico libre, que se liberan fácilmente de estos compuestos, poseen en alto grado la capacidad de fijar los tintes en las fibras, como se explicó en el caso del aluminio.

PLOMO

~Ocurrencia.~ El plomo se encuentra en la naturaleza principalmente como sulfuro (PbS), llamado galena; en menor medida se presenta como carbonato, sulfato, cromato y en algunas otras formas. Prácticamente todo el plomo comercial se obtiene de la galena, utilizándose dos métodos generales de metalurgia.

~Metalurgia.~ 1. El sulfuro se funde con chatarra de hierro, formándose sulfuro de hierro y plomo metálico; el plomo líquido, al ser más pesado, se deposita en el fondo del recipiente y puede extraerse:

PbS + Fe = Pb + FeS.

2. El sulfuro se calcina al aire hasta que una parte se ha transformado en óxido y sulfato. Luego se corta el suministro de aire y se continúa el calentamiento, produciéndose las reacciones indicadas en las siguientes ecuaciones:

2PbO + PbS = 3Pb + SO{2},

PbSO{4} + PbS = 2Pb + 2SO{2}.

El plomo así obtenido suele contener pequeñas cantidades de plata, arsénico, antimonio, cobre y otros metales. La plata se elimina por el método de Parkes, como se describe en el apartado de la plata, y los otros metales por diversos procedimientos. El plomo comercial es uno de los metales más puros del comercio, conteniendo por lo general solo unas décimas de porcentaje de impurezas.

~Propiedades.~ El plomo es un metal pesado (densidad = 11.33) que presenta un brillo plateado en una superficie recién cortada, pero que pronto se empaña adquiriendo un color azul grisáceo opaco. Es blando, de fácil fusión (se funde a 327 °C) y bastante maleable, pero carece de tenacidad o resistencia.

No es atacado en gran medida por el oxígeno del aire en condiciones ordinarias, pero se transforma en óxido a alta temperatura. Con excepción de los ácidos clorhídrico y sulfúrico, la mayoría de los ácidos, incluso los muy débiles, lo atacan formando sales solubles de plomo. Los ácidos clorhídrico y sulfúrico calientes y concentrados también lo atacan ligeramente.

~Usos.~ El plomo se emplea en la fabricación de tubos de plomo y en grandes baterías de almacenamiento. En forma de plomo laminado se utiliza para revestir las cámaras de las fábricas de ácido sulfúrico y en la preparación de pigmentos para pinturas. Algunas aleaciones de plomo, como la soldadura y el peltre (plomo y estaño), perdigones (plomo y arsénico) y metales blandos para cojinetes, son de uso generalizado. El metal para tipos de imprenta consiste en plomo, antimonio y a veces estaño. Los compuestos de plomo forman varios pigmentos importantes.

~Compuestos del plomo.~ En casi todos sus compuestos el plomo tiene valencia 2, pero algunos, correspondientes a los compuestos estánnicos, presentan valencia 4.

~Óxidos de plomo.~ El plomo forma varios óxidos, siendo los más importantes la litargiria, el minio o plomo rojo y el peróxido de plomo.

1. Litargiria (PbO). Este óxido se forma cuando el plomo se oxida a temperatura relativamente baja y se obtiene como subproducto en el refinado de la plata. Es un polvo amarillo pálido y tiene varios usos comerciales. Es fácilmente soluble en ácido nítrico:

PbO + 2HNO{3} = Pb(NO{3}){2} + H{2}O.

2. Plomo rojo o minio (Pb{3}O{4}). El minio se prepara calentando plomo (o litargiria) a alta temperatura en el aire. Es un polvo pesado de hermoso color rojo y se utiliza mucho como pigmento.

3. Peróxido de plomo (PbO{2}). Este queda como residuo cuando el minio se calienta con ácido nítrico:

Pb{3}O{4} + 4HNO{3} = 2Pb(NO{3}){2} + PbO{2} + 2H{2}O.

Es un polvo marrón que cede fácilmente parte de su oxígeno y, al igual que el dióxido de manganeso y el dióxido de bario, es un buen agente oxidante.

~Sales solubles de plomo.~ Las sales solubles de plomo pueden obtenerse disolviendo (Pb(C{2}H{3}O{2}){2}.3H{2}O), litargiria en ácidos. El acetato de plomo, llamado azúcar de plomo, y el nitrato de plomo (Pb(NO{3}){2}) son los ejemplos más conocidos. Son sólidos cristalinos blancos y de carácter venenoso.

Sales insolubles de plomo; carbonato de plomo. Aunque el carbonato normal de plomo (PbCO{3}) se encuentra en cierta medida en la naturaleza y puede prepararse en el laboratorio, los carbonatos básicos de composición variable son mucho más fáciles de obtener. Uno de los más simples tiene la composición 2PbCO{3}.Pb(OH){2}. Una mezcla de estos carbonatos se denomina blanco de plomo. Este se prepara a gran escala como pigmento para pintura y como base para pinturas que serán coloreadas con otras sustancias.

Blanco de plomo. El blanco de plomo es una sustancia blanca amorfa que, al mezclarse con aceite, posee un gran poder cubriente, es decir, se extiende formando una película uniforme y cerosa, libre de rayas y grumos, y cubre toda la superficie sobre la que se aplica. Su desventaja como pigmento radica en que se ennegrece gradualmente cuando se expone a compuestos de azufre, que a menudo están presentes en el aire, formando sulfuro de plomo negro (PbS).

Preparación técnica del blanco de plomo. Se emplean diferentes métodos para la preparación del blanco de plomo, pero el antiguo conocido como proceso holandés sigue siendo el principal utilizado. En este proceso se emplean vasijas de barro de unos veinticinco centímetros de altura y de la forma mostrada en la Fig. 89. En el fondo A se coloca una solución al 3% de ácido acético (el vinagre cumple muy bien esta función). El espacio superior se llena con delgadas piezas circulares de plomo perforadas, sostenidas por la pestaña B de la vasija. Estas vasijas se colocan muy juntas sobre una cama de corteza de roble en el piso de una sala conocida como sala de corrosión. Se cubren con tablas, sobre las cuales se coloca más corteza, y se coloca otra fila de vasijas encima. De esta manera se llena la sala. El blanco de plomo se forma por los vapores del ácido acético, junto con el dióxido de carbono liberado en la fermentación de la corteza, que actúan sobre el plomo. El proceso requiere alrededor de tres meses para completarse.

Sulfuro de plomo (PbS). En la naturaleza, este compuesto se presenta en forma altamente cristalina, con cristales que tienen un brillo muy similar al del plomo puro. Se prepara fácilmente en el laboratorio como un precipitado negro, mediante la acción del ácido sulfhídrico sobre sales solubles de plomo:

Pb(NO{3}){2} + H{2}S = PbS + 2HNO{3}.

Es insoluble tanto en agua como en ácidos diluidos.

Otras sales insolubles. El cromato de plomo (PbCrO{4}) es una sustancia amarilla producida por la acción de una sal soluble de plomo sobre un cromato soluble, así:

K{2}CrO{4} + Pb(NO{3}){2} = PbCrO{4} + 2 KNO{3}.

Se utiliza como pigmento amarillo. El sulfato de plomo (PbSO{4}) es una sustancia blanca que a veces se encuentra en la naturaleza y se prepara fácilmente por precipitación. El cloruro de plomo (PbCl{2}) es también una sustancia blanca, casi insoluble en agua fría, pero fácilmente soluble en agua hirviendo.

Torio y cerio. Estos elementos se encuentran en algunos minerales raros, especialmente en las arenas de monacita de las Carolinas y Brasil. Los óxidos de estos elementos se utilizan en la preparación de los manguitos Welsbach para lámparas de gas, debido a la intensa luz que emite una mezcla de los óxidos al ser calentada. Estos manguitos contienen los óxidos de cerio y torio en una proporción de aproximadamente 1% del primero y 99% del segundo. Se ha comprobado que los compuestos de torio, al igual que los de radio, poseen radiactividad, aunque en menor grado.

EJERCICIOS

1. ¿Cómo podría detectarse la presencia de plomo en papel de estaño?

2. El cloruro de estaño (II) reduce el cloruro de oro (AuCl{3}) a oro. Escriba la ecuación.

3. ¿Cuáles son los productos de la hidrólisis cuando se utiliza cloruro de estaño (IV) como mordiente?

4. ¿Cómo podría detectarse arsénico, antimonio o cobre en el plomo?

5. ¿Por qué se utiliza el plomo tan extensamente para la fabricación de tuberías de agua?

6. ¿Qué otros sulfatos, además del de plomo, son insolubles?

7. ¿Podría usarse nitrato de plomo en lugar de cloruro de bario para probar la presencia de sulfatos?

8. ¿Cuánto peróxido de plomo podría obtenerse a partir de 1 kg de minio?

9. La pureza del blanco de plomo suele determinarse observando el volumen de dióxido de carbono liberado cuando se trata con un ácido. ¿Qué ácido debería utilizarse? Suponiendo que tiene la fórmula 2PbCO{3}.Pb(OH){2}, ¿qué tan puro era una muestra si 1 g liberó 30 cc de dióxido de carbono a 20 °C y 750 mm?

10. El silicio pertenece a la misma familia que el estaño y el plomo. ¿En qué aspectos son similares estos elementos?

11. ¿Qué peso de estaño podría obtenerse por reducción de una tonelada de casiterita?

12. ¿Qué reacción esperaría que ocurriera cuando el peróxido de plomo se trata con ácido clorhídrico?

13. El blanco de plomo suele adulterarse con baritina. Sugiera un método para detectarla, si está presente, en una muestra de blanco de plomo.