L' étain natif est une espèce minérale naturelle, corps simple métallique, dense et très rare de formule chimique , correspondant à l'élément chimique étain noté Sn. L'étain appartient à la classe minéralogique des éléments natifs, en particulier des métaux natifs.
Historique de la description et de l'appellation Les Romains connaissaient l'adjectif stanneus, qualifiant ce qui était d'étain, métal dédié à Jupiter. Le mot latin stannus est polysémique, signifiant en premier lieu le plomb d'œuvre, en second lieu le plomb argentifère et enfin l'étain. Pline mentionne et décrit un alliage de plomb et d'étain. Dans le monde gréco-romain tardif, le terme latin stannum tend s'imposer pour désigner ce métal précieuxIl figure selon Homère dans la liste des métaux précieux de l'époque antique, avec l'or, l'argent et le bronze (sic). Lire infra le chapitre histoire..
Au siècle des Lumières, la communauté des minéralogistes européens doute parfois de l'existence de l'étain natifJean-Claude de la Métherie, Théorie de la terre, tome 1, Tome 1, seconde édition avec "Minéralogie", chez Maradan, Paris, an V (1797). En particulier étain natif ou gediegenes Zinn, page 273-74. L'étain préparé à partir de minerai est détaillé dès la page 271.. Pourtant, les minéralogistes de terrain, comme le Suédois Quist dans les Mémoires de Stockholm en 1765 ou les ingénieurs familiers des mines de Cornouailles dans quelques notes sur des lamelles métalliques d'étain naturel dans les Philosophical Transactions, en sont convaincus et l'ont évoqué. Romé de l'Isle admettait cette existence assuréeCristallographie, Tome III, page 407..
Pour mettre un terme à ce débat recommencé ad vitam aeternam de façon stérile, la communauté des minéralogistes a décidé d'admettre l'étain ou étain natif parmi les minéraux métaux natifs connus de toute Antiquité, avec une probabilité non négligeable dans la plupart des nombreux sites dispersés reconnus de grandes mines d'étain autrefois.
L'association internationale de minéralogie a rajouté un topotype remarquable qui est la rivière Miass, dans le district de Tcheliabinsk, au sud des monts Oural en Russie.
L'étain de bois dénomme encore parfois une cassitérite en masse fibreuse et radiée, souvent à bandes alternées présentant un aspect finement veinulé similaire à un bois fossile (vu en tranche). Elle peut être sous la forme érodée d'un galet roulé. L'étain d'alluvion désigne aussi de la cassitérite, associée à des sables mélangés à des particules d'autres roches et minéraux, qui apparaissent dans les placers.
Cristallographie et cristallochimie La maille de son système cristallin est isométrique et tétragonale. Les cristaux naturels sont trop petits pour être étudiés à l'œil nu.
L'étain est en réalité trimorphe. L'étain natif est un étain blanc dit Sn β, décrit ci-dessous. Chaque atome de l'empilement modèle a quatre voisins très proches formant autour de lui un tétraèdre très aplati, avec deux des très proches voisins un peu plus loin. Cette structure irrégulière explique l'anisotropie. Elle est responsable de nombreuses anomalies constatées expérimentalement, le magnétisme de monocristaux d'étain ou l'existence d'un différentiel important de résistivité électrique suivant les axes cristallins.
Il fait partie du groupe de zinc, mais il est seul dans sa famille étain indium.
Propriétés physiques et chimiques, toxicologie thumb|Bouton d'étain détruit par la peste. L'étain présente un polymorphisme. Il existe en pratique l'étain blanc métallique Sn β de maille tétragonale ou quadratique et de densité 7,28. Une transformation, très lente en dessous de et initié par des chocs, mais plus rapide par grands froids engendre l'étain gris d'aspect métallique, mais en réalité non métallique nommé Sn α, cubique avec une structure type diamant et une densité plus faible 5,75. L'enthalpie de cette transition de phase est de l'ordre de 2,1 kJ/mol. Les conséquences de cette transition lente sur les objets en étain (boutons, vaisselles, outils...) se nomme la peste de l'étain ou lorsqu'elle reste superficielle la lèpre de l'étain. Lorsque la température est basse, la transition de phase présente un caractère brisant, causé par la réduction rapide de masse volumique. Le refroidissement progressif engendre des phénomènes de rétraction. Comme l'étain gris Sn α est en réalité cassant, la pièce d'étain peut se fracturer facilement. Si le refroidissement est brutal, il provoque un ébranlement du réseau cristallin, qui laisse parfois que débris et poussières. Une trempe thermique de à cause une dislocation totale.
L'étain gris en surface corrodée forme des figures nommées "fleurs", c'est l'étain moiré. L'étain gris, de structure analogue à celle du diamant, mais à la cassure facile et poussiéreuse, est également insoluble dans l'eau. Il est soluble dans l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique et les bases concentrées.
L'étain blanc Sn β, fruit d'un empilement métallique (ions dans une mer de Fermi) n'est stable qu'entre et . Au delà, le solide stable est l'étain métal Sn γ.
Les cristaux artificiels d'étain blanc fabriqué par les chimistes et par les procédés antiques sont pseudo-orthorhombiques et peuvent être plus grands, mais ils s'amenuisent et se désagrègent lors des grands froidsCitons l'altération catastrophique des boutons en étain des tenues de militaires français pendant la dure campagne de Russie en 1812. Ces petites pièces d'étain ravagées par la peste de l'étain ne pouvaient plus ni fermer les vestes ni tenir et supporter leurs culottes..
La plage liquide dépasse une amplitude de . L'étain liquide est donc très fluide, il s'insinue dans les pores et les interstices des matériaux. L'étamage autrefois classique des tôles fines, avant la mise au point des procédés électrolytique plus économe, peut se réaliser par immersion dans un bain de métal. C'est ainsi que le fer blanc ou la tôle d'acier étamé dispose par ce revêtement d'étain d'une efficace protection anti-corrosion, qui justifie son usage pour les boîtes de conserve alimentaire. Contrairement à un jugement a priori, cet étain blanc en fine couches de contact avec le fer résiste aux grands froidsCe n'est pas le cas des multiples alliages techniques, par exemple les classiques alliages plomb étain de scellage des réservoirs ou tanks utilisés autrefois dans les expéditions arctiques ou antarctiques et causant force déconvenues..
L'étain natif ou étain blanc est un métal tendre et ductile, très malléable et sectile. Le pliage d'un barre, d'une tige, d'une plaque d'étain génère un son caractéristique, le crissement ou plainte de l'étain du aux frottements internes des cristaux engendrées par la séparation forcée des cristaux jumelées. Malgré son cri plaintif autrefois nommé stridor ou craquement, il est facilement laminable en feuilles très fines. Les autorités anglaises avaient généralisé l'emballage protecteur des paquets de thé par des feuilles d'étain d'originaire des placers de Malaisie pour assurer leur distribution maritime dans tout l'Empire britannique.
L'étain blanc ternit à l'air. L'oxydation lente à l'air est stoppée par une couche de passivation, du fait des qualités couvrantes de l'oxyde formé. L'étain ne s'oxyde pas en profondeur : il ne rouille pas. A température ambiante, il résiste bien à l'air et à l'eau. Cette propriété justifie l'étamage de métaux plus vulnérables, comme le cuivre, le fer (fer blanc des conserves) ou l'acier. L'étamage est le recouvrement par de l'étain liquide ou par un dépôt multicouche d'étain via électrolyse.
Chauffé fortement, l'étain pur brûle avec une lumière blanchâtre et claire. Le résidu se nomme cendre d'étain. Donnons la réaction de formation exothermique de l'oxyde stannique ou oxyde d'étain IV qui correspond au minéral cassitérite.
Sn solide cristal + O gaz → SnO poudre blanche à sec ou masse solide couvrante avec
L'oxyde d'étain(II) ou SnO, obtenue par une oxydation plus lente ou modérée, est encore nommé oxyde stanneux.
L'étain est insoluble dans l'eau. L'étain est résistant aux acides et bases faibles, en particulier aux acides organiques des aliments car l'étain en surface est complexé par les nombreux complexants des corps végétaux. Il n'est pas soluble dans l'acide nitrique dilué.
Mais il est facilement attaqué, c'est-à-dire oxydé, par l'acide nitrique concentré, avec une grande effervescence. Des vapeurs nitreuses naissent et s'évaporent, laissant un résidu d'acide stannique.
Il se dissout également dans l'acide sulfurique concentré et, assez lentement, dans l'acide chlorhydrique concentré. Il est possible ici d'entrevoir la nature de l'étain solubilisé car le non métal Sn α donne le chlorure stannique et Sn β le chlorure stanneux.
Sn corps simple non métallique Sn α + 4 HClaq liquide acide fumant → SnCl liquide incolore fumant à l'air humide + 2 H gaz
Sn corps simple métal blanc Sn β + 2 HClaq liquide acide fumant → SnCl poudre blanche + H gaz
L'ion stanneux Sn et l'ion stannique Sn peuvent être respectivement précipités par le gaz sulfhydrique HS en un sulfure d'étain brun SnS et un sulfure d'étain(IV) jaune SnS dit or mussif.
À l'instar du soufre S ou du corps simple phosphore P, l'étain réagit avec les halogènes pour donner des tétrahalogénures.
L'étain forme très facilement des complexes en chimie. Il existe un grand nombre de composés organo-stanniquesUne gamme de composés organo-stannique a un usage stabilisant du PVC..
L'étain s'amalgame avec le mercure. L'amalgame obtenu tend à se solidifier en cristaux octaédriques.
Analyse, distinction Il forme souvent des alliages naturels avec le cuivre, l'or, le palladium et les platinoïdes (Pt, Os...), le plomb et l'antimoine. Avec le cuivre, le minéral le plus connu est le bronze η de formule . Il existe aussi l'alliage comme autre espèce minérale reconnue.
L'adjonction d'un quantité parfois infime d'étain au sein du cuivre fait bondir la dureté et la résistance mécanique et chimique du matériau cuivre légèrement allié. L'étain durcit le cuivre.
L'alliage avec l'or natif est la yuanjiangite AuSn. La sorosite désigne un alliage où 0.1 ≤ x ≤ 0.2.
L'alliage avec le platine natif se nomme la niggliite
Il est moins dur que le plomb natif qui est par contre plus dense.
La stistaïte est l'alliance avec l'antimoine .
Toxicité L'étain métal n'est en général pas toxique, par ses propriétés chimiques. Le composé est toutefois toxique et vénéneux, ainsi que les composés alkyles. Le chlorure stannique est irritant pour les yeux et les muqueuses.
Notons que les alliages avec des métaux fortement toxiques, comme le plomb, restent dangereux. Les verriers ou les fondeurs d'ancien régime, utilisant des alliages à base de Sn et de Pb, ont souffert de maintes pathologies d'intoxication, induisant des altérations graves de santé à la fin de leur vie.
Gîtologie, occurrences et gisements L'étain natif est parfois présent dans les sables aurifères et platinifères en petits grains roulés. En Guyane, il est intimement associé avec l'or et le quartz dans les pépites de la rivière Appronagua.
Il est présent à l'état de granules incorporés dans la calcite. Il est également présent dans les kimberlites, ainsi que dans les dorsales océaniques où il est associé à la cassitérite, à l'or natif et au cuivre natif, au platine natif et à l'osmium natif et à la sorosite.
Minéraux associés : métaux natifs en particulier platine natif, or natif, cassitérite, calcite, dolomie, marbre, pyrite, quartz.
Gisements relativement abondants ou caractéristiques Australie sables aurifères et platinifères d'Oban, Nouvelle-Galles du Sud Bolivie Canada Beaver Lodge, Saskatchewan (inséré dans la calcite) France salas aurifères de Guyane, Grande-Bretagne mine de cuivre et d'étain de Dolcoath, Cornouailles •États-Unis Nombreux États américains Russie Oural, Sibérie
Usages thumb|Plat bassin de lit en étain, musée Albert-Demard en Haute-Saône.