1 5. EL ALUMINIO El aluminio es tercer elemento más
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5. EL ALUMINIO El aluminio es tercer elemento más abundante de la tierra. Constituye aproximadamente el 8% de su corteza. Sólo el silicio y el oxígeno son más abundantes. Sólo existe en la naturaleza en combinación con otros materiales - silicatos y óxidos- muy estables, que dificultaron el desarrollo de métodos para obtener el aluminio en un estado razonablemente puro. Como metal su uso común es muy reciente. Las primeras civilizaciones utilizaban adobes ricos en aluminio para crear cerámica y sales de aluminio para hacer medicinas y colorantes. En 1808, Sir Humphrey Davy de Gran Bretaña, estableció la existencia del aluminio y le dio su nombre. En 1821, Pierre Vertier encuentra en Provenza una piedra dura, rojiza y parecida a la arcilla, que contenia un 52% de óxido de aluminio, a la que denominó Bauxita. El aluminio no fue aislado como tal hasta 1825. El primer lingote de aluminio se presentó al mundo en 1855 en la Exposición Universal. 30 años más tarde, en 1886 simultáneamente el francés Paul Heroult y el americano Charles Martin Hall hallarían el procedimiento industrial para la obtención del aluminio a partir de la electrólisis. La presencia de este metal en la arquitectura se remonta a 1897 con la construcción de la cúpula de la iglesia de Sant Joaquino con aluminio impuro. 5.1. Propiedades. Símbolo Número Atómico Punto de Fusión Punto de Ebullición Densidad Color - Al 13 660,32 ºC 2519 ºC 2,70 g/cm3 a 20 ºC Plateado-blanco. Metal muy electropositivo y extremamente reactivo. Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de óxido de aluminio resiste a la corrosión. Esto hace que sea inerte a los ácidos, pero no a los alcalís. Es un metal ligero. Es un buen conductor de electricidad, sólo superado por el cobre. El aluminio puro tiene unas propiedades mecánicas reducidas pero sus aleaciones consiguen puntos muy elevados. Tiene una buena conductibidad térmica. Es maleable y dúctil pero tiene escasa resistencia mecánica. 5.2.Minerales Se encuentra normalmente en forma de silicato de aluminio puro o mezclado con otros metales como sodio, potasio, hierro, calcio y magnesio, pero nunca como metal libre. Los silicatos no son menas útiles, porque es extremamente difícil y caro extraer el aluminio de ellas. 1 Entre estas combinaciones naturales destacan: ortosa o feldespato potásico [KAlSi3O8], albita o feldespato sódico [NaAlSi3O8], anortita o feldespato cálcico [CaAl2Si3O8], moscovita o mica de potasio [KAl2(AlSi3O10)(OH,F)2], caolín o caolinita [Al4(Si4O10)(OH)8], corindón [Al2O3] y arcillas (mezclas de productos de descomposición de silicatos de aluminio (granito, gneis, feldespatos) por acción del agua, dióxido de carbono, calor, etc). La bauxita [Al2O3.xH2O], óxido de aluminio hidratado impuro, es la fuente comercial de aluminio y de sus compuestos. 5.3. Obtención El procedimiento de extracción consta de dos fases: - Extracción del óxido de aluminio puro Al2O3 (alúmina) de la bauxita. La alúmina se obtiene a partir del método químico desarrollado por K. J. Bayer consistente en una serie de reacciones químicas desencadenadas cíclicamente que comienzan mezclando bauxita triturada con soda cáustica liquida y calentada a baja presión obteniendo así hidróxido de aluminio. Este se separa del residuo insoluble (lodo rojo) por precipitación. Por calcinación del hidróxido se obtiene la alúmina con apariencia de un polvo blanco como la sal de cocina. - Reducción electrolítica del óxido de aluminio. En 1886 Charles Martin Hall en los Estados Unidos y Paul L. T. Héroult en Francia descubrieron por separado y casi simultáneamente que el óxido de aluminio o alúmina (P.F. 2050ºC) se disuelve en criolita (Na3AlF) fundida (a 950ºC) en una mezcla de densidad inferior a la del aluminio, con lo que éste sedimenta, evitándose su oxidación con el oxígeno atmosférico, pudiendo ser descompuesta electrolíticamente en una cuba que actúa de cátodo con electrodos de carbón que actúan de ánodo. En el cátodo se deposita aluminio líquido, ya que el baño se encuentra a una temperatura superior a la de su punto de fusión, que cae por gravedad al fondo de la cuba electrolítica de donde se retira. De este proceso sale, el aluminio con un 93.3 y 99.8 % de pureza. Para producir una tonelada de aluminio se requieren de cinco toneladas de bauxita para dos toneladas de alúmina con un consumo de 13000 Kw/H. El aluminio obtenido se denomina primario y no es utilizado en esta forma sino aleado con otros metales que le aumentan sus cualidades y propiedades como resistencia a la corrosión y características mecánicas y de elasticidad. Las aleaciones del aluminio se presentan en forma de tochos para extrusión, placas para laminación y lingotes para fundiciones y son materia prima para las industrias transformadoras. El consumo energético del proceso es muy grande. Actualmente, el mineral criolita ha sido reemplazado por una mezcla de fluoruros de sodio, aluminio y calcio. Otro método más moderno es la electrólisis del AlCl3, sin fundente. El reciclado requiere menos de un 5% del consumo eléctrico gastado para obtener la misma cantidad de aluminio de la bauxita. 2 5.3.1. Manufacturas del aluminio. El proceso productivo se inicia con la fundición del aluminio primario (con una riqueza del 99.7%), aleándolo con diferentes elementos como el magnesio, silicio, cobre, manganeso, entre otros, que le proporcionan diferentes propiedades físicas y mecánicas, dependiendo de su uso final. La planta de fundición provee de materia prima a la planta de extrusión con lingotes, a la planta de laminación con placas en gran variedad de anchos y longitudes. Con el fín de asegurar la uniformidad en propiedades y composición de las placas y lingotes, estos se introducen en hornos de homogeneizado, donde se consigue una composición homogénea y la liberación de tensiones internas que puedan haberse creado durante el colado del metal. 5.3.1.1. Extrusión. El proceso de extrusión consiste en hacer pasar a una gran presión un lingote cilíndrico precalentado, por el orificio de una matriz que configura la forma del perfil de aluminio. Este perfil puede ser tubular y sólido dependiendo de la necesidad. Una vez esta barra está fría se corta en piezas más pequeñas y cada una de esta se alarga de las puntas para que queden completamente rectas. Por ser un proceso de trabajo en caliente, la mayoría de los perfiles se deben tratar térmicamente para aumentar su resistencia. 5.3.1.2. Laminación. El proceso de laminación consiste en hacer pasar una placa de aluminio a través de dos rodillos, los cuales ejercen una presión determinada que aplasta dicha placa hasta lograr el calibre deseado. De esta manera se producen láminas lisas y en rollos, discos.... 5.3.1.3. Templado. Las deformaciones a que se someten los productos de aluminio durante su elaboración, ocasionan que sus propiedades mecánicas varien en relación directa a la magnitud de dichas deformaciones. Algunas aleaciones de alumino pueden aumentar o disminuir sus propiedades mecánicas mediante tratamientos térmicos, mientras que otras sólo pueden ablandarse por este medio; las primeras se denominan aleaciones tratables térmicamente, y las otras, aleaciones no tratables térmicamente. El sistema de designación de temples está basado en las secuencias de los tratamientos básicos utilizados. Posteriormente a la designación de la aleación, separada por un guión entre las dos aparecen las letras F,T,H y O. 3 F: de fabricación - Se aplica a productos obtenidos por procesos de deformación en los que no se tiene especial control de las condiciones térmicas ni de endurecimiento por deformación. O: recocido - Se aplica a productos trabajados mecánicamente que han sido recocidos con el objeto de obtener el estado de más baja resistencia. H: endurecimiento por deformación - Se aplica a productos obtenidos por trabajo mecánico que han sido reconocidos con el objeto de obtener estados intermedios de resistencia. T: Previamente tratado térmicamente - Se aplica a productos tratados para obtener temples estables, con o sin endurecimiento por trabajo mecánico. 5.4 Acabados de superficie y estructuras Para un mejor acabado, las barras de aluminio siguen un proceso de acabado: anodizado o lacado. 5.4.1. Anodizado. El anodizado es un proceso por el que se se transforma la superficie del aluminio en óxido de aluminio. Este óxido constituye una excelente protección y ofrece una alta resistencia a la corrosión en cualquier ambiente al que se exponga. 5.4.2. Lacado. El lacado es el proceso por el cual se añade un revestimiento de color al aluminio. Es preciso calentar el aluminio a la temperatura justa para conseguir la adherencia del pigmento de color (que es en polvo). 5.5. Aleaciones El aluminio es un metal con unas propiedades metálicas muy reducidas, por lo que para su utilización se alea con otros metáles como el magnesio, silicio, cobre, manganeso, entre otros, que le proporcionan diferentes propiedades físicas y mecánicas, dependiendo de su uso final. Para designar tanto el aluminio como sus diferentes aleaciones se utiliza un sistema numérico de cuatro dígitos. (norma ANSIH35.1) Aluminio de 99,00%mínimo de pureza 1xxx Grupo de aleaciones de aluminio según el elemento de aleación principal Cobre 2xxx Manganeso 3xxx Silicio 4xxx Magnesio 5xxx Magnesio y Silicio 6xxx Zinc 7xxx Otros elementos 8xxx Seriales no usados 9xxx El segundo dígito indica modificaciones de la aleación original o de límites de impurezas. Los dos últimos dígitos identifican la aleación de aluminio o indican la pureza del aluminio. 4 5.6.Aplicaciones Uno de los aspectos más importantes del uso del aluminio es su reciclaje total, de esta manera se disminuye considerablemente los gastos para producir este metal. - Por su alta resistencia a la corrosión, las magníficas propiedades estructurales, la calidad de fabricación y su coste relativamente bajo, en arquitectura e industria. Se puede utilizar en puertas, ventanas, contraventanas, muros... El perfil de aluminio con puente térmico está compuesto por dos partes de aluminio unidas mediante poliamidas tipo PA66, cargadas con un 25% de fibra de vidrio (para dar rigidez). La ventaja del perfil de aluminio con puente térmico respecto al normal es el aislamiento entre la parte interna y la externa del perfil; por lo tanto, asegura el aislamiento mucho mejor ya sea desde el punto térmico como en el acústico, evitando además problemas de condensación. - Por su proporción resistencia-peso (un volumen de aluminio pesa menos que 1/3 del mismo volumen de acero. Los únicos metales más ligeros son el litio, el berilio y el magnesio), se utiliza para construir aviones, bicicletas, automóviles... y otras aplicaciones en las prima la movilidad y la conservación de energía. - Por su elevada conductividad del calor, el aluminio se emplea en radiadores, utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. - Por su buena relación conductividad eléctrica-peso (si bien es un 63% menos conductor que el cobre, para un mismo volumen, pesa menos de la mitad). El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio en tendidos eléctricos. - Por su alta resistencia sometido a bajas temperaturas. El papel de aluminio de 0,018 cm de espesor, actualmente muy utilizado en usos domésticos, protege los alimentos y otros 5 productos perecederos. Unido a su poco peso, facilidad de moldeado y a su compatibilidad con comidas y bebidas, el aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios flexibles, y botellas y latas de fácil apertura. - Por su resistencia a la corrosión al agua del mar, se utiliza para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos. - Por su elevada reflexión para la luz visible y el calor radiante, el aluminio evaporado al vacío, forma una capa óxido que no se deteriora como las de plata. Se usan para la construcción de espejos de telescopios, papeles decorativos, empaquetado, juguetes, etc. - La alúmina se usa en la fabricación de vidrios y material refractario y como catalizador. - El sulfato se usa en la fabricación de colas, curtientes... en la industria papelera se emplea para coagular fibras de celulosa y obtener una superficie dura e impermeable. 5.7. Compatibilidad con otros materiales. 5.7.1. Aluminio - otros metales. - El acero no protegido se oxida y los arrastres del óxido simplemente manchan el aluminio. En presencia de un electrolito, tal como el agua de mar o las condensaciones de humedad en atmósfera industrial se pueden producir ataques locales. Es conveniente evitar el contacto directo efectuando sobre el acero tratamientos como: el cincado, pintura pigmentada al cinc, pintura bituminosa; o aislando el aluminio del acero por la interposición de una banda plástica de neopreno. - El contacto del cobre y sus aleaciones (latón, bronce, bronce al aluminio) es peligroso para el aluminio y deben aislarse convenientemente los dos metales. - Aunque el plomo es más electropositivo que el aluminio, existen numerosos ejemplos de contactos aluminio-plomo que se comportan perfectamente bien. No se aconseja en particular, la utilización de pinturas al óxido de plomo (minio de plomo). 5.7.2. Aluminio – yeso / cemento. El polvo de yeso o de cemento en presencia de humedad y las salpicaduras de yeso o de cemento fresco provocan un ataque superficial al metal, dejando manchas blancas después de limpiado, incluso sobre aluminio anodizado. Estas manchas no tienen prácticamente influencia sobre la resistencia misma del producto pero afectan su aspecto superficial. El ataque sobre el aluminio se detiene cuando el yeso o el cemento han fraguado. Estos inconvenientes pueden ser fácilmente evitables mediante algunas precauciones de protección tales como la aplicación de bandas adhesivas, lacas pelables u otras alternativas. 5.7.3. Aluminio – madera. La mayor parte de las maderas secas no ejercen acción sobre el aluminio. No obstante, ciertas maderas tales como el roble y el castaño sufren una reacción ácida en presencia de la humedad. Por lo tanto es conveniente pintar o barnizar estas maderas antes de ponerlas en contacto con el aluminio. 6 6. COBRE Ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Puede encontrarse en estado puro, pero es más frecuente encontrarlo agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas. Ya era conocido en épocas prehistóricas, y las primeras herramientas y enseres fabricados probablemente fueran de cobre. Se han encontrado objetos de este metal en las ruinas de muchas civilizaciones antiguas, como en Egipto, Asia Menor, China, sureste de Europa, Chipre (de donde proviene la palabra cobre), Creta y América del Sur. A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y confeccionar útiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales. También se emplea el cobre en muchos pigmentos, en insecticidas o en fungicidas. 6.1. Propiedades. Símbolo Número Atómico Punto de Fusión Punto de Ebullición Densidad Color Cu 29 1.083 ºC 2.567 ºC 8,90 g/cm3 a 20 ºC Pardo-rojizo. - Es blando, maleable y dúctil, y puede ser estirado en hilos de diámetros muy pequeños (hasta 0.03 mm). - El es el mejor conductor del calor y de la electricidad entre todos los metales de menor costo, (sólo superado por la plata). - Alta resistencia a la corrosión. El aire seco no altera el metal, pero en presencia de la humedad atmosférica y del CO2 su superficie se oxida lentamente a Cu2O, rojo, lo que evita la oxidación posterior. En zonas húmedas se forma una capa protectora de color verde de carbonato básico de cobre (Cu(OH)2CO3) en las ciudades, de sulfato básico de cobre (CuSO4.Cu(OH)2) en los centros industriales y de cloruro básico (CuCl2.3Cu(OH)2) en las zonas costeras. - El HNO3 caliente o frío, diluído o concentrado, disuelve al metal rápidamente formando nitrato cúprico y desprendiendo óxido de nitrógeno. - Las sustancias que contienen azufre lo corroen. - El cobre forma dos series de sales, cúpricas (+2), y cuprosas (+1), pudiendo pasar de unas a otras por oxidación o reducción. Las sales cúpricas hidratadas son azules o verdeazuladas; las cuprosas son incoloras. 7 6.2. Minerales. 6.2.1. Cuprita. (Cu+2º). Derivado del latín "cuprum" cobre. Contiene 88.8% de cobre y generalmente algo de hierro. Se presenta generalmente en cristales octaédricos, aunque no son raros los cristales cúbicos o dodecaédricos. En ocasiones en cristales fibrosos de intenso color rojo (Calcotriquita). También masivo y compacto de grano fino. Color: Brillo: Dureza: Densidad: Óptica: Rojo rubí cuando es pura. De metálico a adiamantino. De 3.5 a 4 6 g/cm3 Opaco, de color gris azulado, reflexiones internas rojas. Yacimientos en España: "La Cruz", de Linares (Jaén), El Pedroso (Sevilla) con malaquita y cobre nativo, con el cobre gris de Hinojosa del Duque y Santa María de Trasierra (Córdoba), Ríotinto con malaquita fibrosa. 6.3. Obtención La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena (son rentables con un contenido superior al 0,4% de cobre). - Los minerales que contienen cobre nativo se trituran, se lavan y se separa el cobre para fundirlo y prepararlo en barras. - Extracción pirometalúrgica. Si la mena consiste en óxido o carbonato de cobre, se tritura y se trata con ácido sulfúrico diluido para producir sulfato de cobre disuelto del que se obtiene el metal por electrólisis o, utilizando chatarra, por desplazamiento con el hierro: Cu SO4 + Fe = Cu + FeSO4 Los óxidos y los carbonatos también se reducen con carbón cuando los minerales tienen bastante riqueza en cobre. Si la mena es rica en sulfuros (contienen entre el 1 y el 12% de cobre) se muele y se concentran por flotación. Los concentrados se reducen (tostación) en un horno eléctrico o de reverbero, quedando cobre metálico crudo, llamado blíster, aproximadamente del 98% de pureza. Posteriormente se realiza el afino electrolítico utilizando las placas de cobre cocido como ánodo sumergidas en una disolución sulfúrica de sulfato de cobre; como cátodo se usa cobre puro. El cobre del ánodo pasa a la disolución y en el cátodo se deposita cobre puro (pureza del 99,99%). 8 - Extracción hidrometalúrgica. Consiste en la reducción por H2 del Cu2+ de sus minerales en disolución acuosa. El material de partida contiene CuO o CuS que se disuelve con ácido sulfúrico y se hace burbujear hidrógeno en la disolución obtenida. 6.4. Aplicaciones - Por su resistencia a la corrosión se usa para construir calderas, alambiques, monedas, cubiertas... - Algunas soluciones de cobre tienen la propiedad de disolver la celulosa, por lo que se utiliza en la fabricación de plásticos. - Por su alta conductividad eléctrica se utiliza tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones. - El sulfato de cobre (II) es la sal más importante. Utilizado como veneno agrícola (fungicida) y como algicida en la purificación de aguas. Es producto de partida de numerosos colorantes. - El Cu2O (amarillo a rojo) se emplea como pigmento de pinturas anticorrosión, en desinsectación, como catalizador y para la obtención de vidrios y esmaltes rojos. - El CuO (marrón negruzco a negro) se emplea para obtener vidrios y esmaltes negros, verdes y azules, como catalizador, en vidrios ópticos y como abono. El cobre se emplea para producir gran número de aleaciones. Las dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con cinc, y el bronce, una aleación con estaño. A menudo, tanto el cinc como el estaño se funden en una misma aleación, haciendo difícil una diferenciación precisa entre el latón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades. También se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y es un componente importante en aleaciones como el monel, el bronce de cañón y la plata alemana o alpaca. 9 6.4.1. Bronce. Aleación de cobre y estaño. La proporción de cobre en la aleación nunca es inferior al 75 por ciento. La de estaño no debe de pasar del 10 ó 12 por ciento si se desea evitar un alto coeficiente de fragilidad. En general la aleación constituye un material mucho mas duro que sus principales componentes por separado. El cobre proporciona al bronce la dureza y resistencia, en tanto el estaño le proporciona ligereza y trabajabilidad, al fluidificar el cobre y permitirle acceder a los extremos más difíciles del molde, al tiempo que retarda el enfriamiento de la pieza, evitando agrietamiento o tensiones excesivas en su superficie. En ocasiones, a esta aleación se le adiciona una pequeña proporción de plomo, para mejorar su comportamiento frente al agua, al tiempo que se facilita el trabajo para cincelarlo en frío. - El bronce estatuario suele contener entre un 80 y un 90 por ciento de cobre, y el utilizado en monedas y metales se compone generalmente de unas 95 partes de cobre, cuatro de estaño y una de cinc. - El bronce que contiene un 5 por ciento de estaño es blanco y puede trabajarse en frío. - El que contiene un 10 por ciento es muy adecuado para la fabricación de herramientas, (el antiguo bronce de cañón contenía por lo común un diez u ocho por ciento de estaño). - El bronce de campana utiliza hasta el 25 por ciento de estaño, con lo que aumentan sus cualidades tonales si bien es muy quebradizo. - Cuando la proporción de cinc es del 15 por ciento o más, el bronce se vuelve duro, convirtiéndose en un material adecuado para la fundición de figuras. - Los Bronces al Aluminio son aleaciones a base de Cobre con adiciones de Aluminio hasta 14%. Industrialmente, son de importancia porque poseen alta resistencia mecánica y excepcional resistencia a la corrosión y oxidación a altas temperaturas. Además, retienen una considerable proporción de su resistencia mecánica a temperaturas moderadamente elevadas. El bronce es atacado por la acción combinada de la humedad y la contaminación atmosférica, que producen fenómenos de ataque electroquímico. Los daños más frecuentes son la oxidación del cobre, que produce manchas de color rojizo o negro, y la formación de carbonatos, que crean capas en la superficie de color verde o azulado, tan características en las figuras o cubiertas de cobre. Pero el ataque más peligroso para el bronce es la combinación del agua y la sal, por lo que en ambientes costeros o próximos a terrenos salinos se forman cloruros de cobre, que facilita su transformación en ácido clorhídrico, tremendamente corrosivo para el bronce. En estos casos, la solución consiste en un tratamiento a base de pulverizaciones de óxido de plata para evitar la corrosión, y mantener su durabilidad. 10 6.4.2. Latón. En tiempos remotos, al intentar los alquimistas crear artificialmente metales preciosos, obtuvieron un metal amarillo que se supuso era oro. Por casualidad habían fundido juntos cobre y cinc en las proporciones adecuadas para formar lo que hoy conocemos como latón. El latón es mas resistente, mas duro y mas barato que el cobre. Posee las propiedades para moldearse con facilidad y para resistir el desgaste y la corrosión. Si se funden juntos cobre y cinc en proporciones variables, entre un 55 y un 63 por ciento de cobre y un 45 y un 37 por ciento de cinc, respectivamente, la aleación que se produce es la que llamamos latón. Algunas veces se agregan pequeñas cantidades de estaño, hierro o níquel para producir diferentes clases de latón, que se conocen bajo diversos nombres, tales como latón comercial, naval, rojo, metal Muntz, etc. El latón tiene una excelente maquinabilidad y dócil comportamiento en la deformación a diversas temperaturas. Además de un fácil y uniforme mecanizado y alta ductilidad, en frío y en caliente, es muy resistente a la corrosión en ambientes agresivos. Es importante también su resistencia al desgaste. Estas características se pueden modificar y mejorar ajustando las proporciones relativas de sus componentes y con pequeñas adiciones de otros elementos. Los procesos de fusión, colada y extrusión, bajo estricto control, producen las distintas calidades, ligadas íntima y homogéneamente, que demanda cada mercado y aplicación específica. De esta forma, se obtienen latones especialmente aptos para la mecanización con fácil desprendimiento de viruta, otros idóneos para estampación en caliente o para la deformación en frío, en mayor o menor grado, etc. El tipo de aleación debe ser estudiado en cada caso, siendo los criterios básicos de elección: 11 La maleabilidad del latón depende de su concentración en cinc. No se puede trabajar el latón que contiene más de 45 % de cinc. Este tipo de latón se llama "latón blanco", y es de poca importancia industrial. Los latones que contienen menos que 40 % de cinc son maleables y se llaman latón "alpha", y se utilizan para fabricar tornillos, puntas, cartuchos, pernos, tuercas, etc. El latón "beta" esta compuesto de 40 hasta 45 % de cinc y su trabajo se hace bajo calor. Esta aleación es suficientemente fuerte para fabricar canillas, cabezas de extintor, artefactos para ventanas y puertas, etc. CuZn36Pb3 CuZn38Pb1,5 Piezas mecanizadas en tornos de alta velocidad que deben sufrir deformaciones en frío. Tuercas, Piezas forjadas o prensadas, piezas de relojería. tornillos, cojinetes, clavos... CuZn39Pb3 Todo tipo de piezas mecanizadas. Cerrajería y decoletaje. CuZn36Pb1,5 Piezas que necesiten una importante deformación en frío. Piñones, ruedas, piezas de relojería .... CuZn39Pb2/CuZn40Pb2 Piezas forjadas en caliente y prensadas, que necesiten un alto gradode precisión en el mecanizado posterior. Valvulería accesorios, decoración, llaves .... 12 7. ESTAÑO Etimología : del latín stannum En la antigüedad se confundía con el plomo. Los romanos ya los distinguían y utilizaban. Al plomo le llamaban plumbum nigrum y al estaño plumbum candidum. El estaño ocupa el lugar 49 entre los elementos de la corteza terrestre. 7.1. Propiedades. Símbolo Número Atómico Punto de Fusión Punto de Ebullición Densidad Color Sn 50 232 ºC 2.260 ºC 7,28 g/cm3 a 20 ºC Gris. - El estaño es muy dúctil y maleable a 100 °C de temperatura. - Funde a baja temperatura y tiene gran fluidez cuando se funde. Posee un punto de ebullición alto. - El estaño reacciona tanto con ácidos fuertes como con bases fuertes, pero es relativamente resistente a soluciones casi neutras. - En presencia de aire se forma una fina película invisible de óxido de estaño(IV) [SnO2] que impide una posterior oxidación. Este hecho se utiliza con frecuencia para recubrir con estaño superficies de hierro, acero y cobre y evitar la corrosión de las mismas. - A temperatura ambiente es estable frente al aire y el agua. Si se calienta fuertemente arde con llama blanquecina, produciendo SnO2. 7.2. Minerales 7.2.1. Casiterita. (SnO2). De la palabra griega "kassiteros". Contiene el 78.6% de estaño y el 21.4% de oxígeno, con algo de hierro, niobio y tántalo sustituyendo al estaño. Infusible e insoluble. Se puede presentar en forma de cristales de hábito prismático o bipiramidal o en forma masiva o granular, en formas reniformes o fibroso radiadas. (estaño leñoso). Color: Brillo: Dureza: Densidad: Óptica: De negro a blanco pasando por pardo que es el más corriente. Adamantino craso, resinoso. De 6 a 7. 7 g/cm3 Opaco, pule muy mal. Color gris mate, con reflexiones internas pardo amarillentas. 13 7.2.2. Estanita. (Cu2FeSnS4). El nombre hace alusión al estaño contenido en el mineral. Contiene 29.8% de estaño, 29.6% de cobre, 27.6% de hierro y el resto de azufre con pequeñas cantidades de zinc. Soluble en ácido nítrico. Suele presentarse en forma de cristales pseudotetraédricos o pseudododecaédricos, generalmente estriados. También son comunes formas masivas granulares. Color: Brillo: Dureza: Densidad: Óptica: Gris a negro de acero, en ocasiones con tonos azulados. Metálico opaco. 4. 4.4. Mineral opaco. 7.3. Obtención Las rocas (principalmente casiterita) se muelen, lavan y mediante flotación se eliminan las impurezas obteniendo un material rico en SnO2, que se tuesta para oxidar los sulfuros de hierro y cobre. Seguidamente se somete a un segundo lavado para eliminar los restos de sulfato de cobre producidos durante la tostación y se reduce con carbón a 1200ºC en un horno eléctrico o de reverbero. (SnO2 + 2C = Sn + 2CO) El estaño fundido se recoge en la parte inferior y se moldea en bloques conocidos como estaño en lingotes. Los lingotes se afinan por electrólisis o refundiéndolos a temperatura moderada para separar el estaño de las impurezas, que permanecen sin fundir. Aproximadamente la cuarta parte del estaño consumido procede de la recuperación del que contienen las latas. Para ello se disuelve con lejías alcalinas en presencia de nitratos para formar estannato de sodio, del cual se extrae el metal por electrólisis. Otro método es la electrólisis directa del material de partida (se obtienen entonces la esponja de estaño). 7.4. Variedades Existen dos formas alotrópicas del estaño: estaño blanco y estaño gris. - Estaño blanco. Metal brillante, maleable, dúctil, muy blando y tiene estructura cristalina tetragonal: debido a la rotura de estos cristales, se oye el grito del estaño cuando se dobla una barra del metal. Es muy delicado que adquiere poros y grietas con facilidad; si se corroe aparecen en su superficie marcas como de escarcha. A temperaturas inferiores a 13,2 ºC se transforma lentamente en estaño gris: es la peste del estaño. 14 El paso de estaño blanco a estaño gris que era conocido antiguamente como la "peste o enfermedad del estaño" ha dado lugar a situaciones curiosas. Se cuenta que en el frío invierno del año 1851 los tubos de estaño del órgano de una iglesia se desmoronaron y se convirtieron en polvo. Lo mismo le sucedió en 1868 a un cargamento de estaño que se encontraba almacenado en la aduana de San Petersburgo. - Estaño gris, pulvurento, ligero, con estructura cúbica tipo diamante, con una densidad relativa de 5,75 y con pocas aplicaciones). Por encima de 13,2 ºC el estaño gris se convierte en estaño blanco. El estaño comercial contiene ciertas impurezas aleadas que evitan las transformaciones de una variedad de estaño en otra. 7.5. Aplicaciones El estaño es un metal utilizado en múltiples procesos industriales: - En forma pura tiene pocas aplicaciones: ánodos, condensadores y tapones. - Debido a su estabilidad y su falta de toxicidad se utiliza como recubrimiento de metales, como capa protectora para recipientes para conservar alimentos y bebidas. Se llama hojalata a la lámina de acero de bajo carbono (metal base) recubierta en ambas caras por una capa delgada de estaño mediante un proceso electrolítico. Como el estaño se adhiere firmemente al metal base, la hojalata puede ser prensada, estampada, troquelada y doblada hasta darle formas complejas, sin que se desprenda la capa de estaño. Esto consume aproximadamente el 40% del estaño. - Es importante en las aleaciones comunes de bronce (estaño y cobre). - En soldaduras (aleaciones 64% estaño, 36% plomo, punto de fusión 181ºC). En electrónica, el sistema más utilizado para garantizar la circulación de corriente entre los diferentes componentes de un circuito, es la soldadura con estaño. Se consiguen uniones muy fiables y definitivas, que permiten además sujetar los componentes en su sitio y soportan bastante bien los golpes y las vibraciones. - La mayor parte del vidrio de ventanas se produce actualmente añadiendo vidrio fundido sobre estaño fundido en el cual flota, para producir una superficie lisa. - Las sales de estaño pulverizadas sobre vidrio se utilizan para producir capas conductoras que se usan en paneles luminosos y calefacción de cristales de coches. 15 - Se usa aleado con titanio en la industria aerospacial. - Como ingrediente de algunos insecticidas. - El sulfuro estaño (IV), conocido también como oro musivo, se usa en forma de polvo para broncear artículos de madera. - El óxido estanoso, SnO es un producto cristalino de color negro-azul, soluble en los ácidos comunes y en bases fuertes. Se emplea para fabricar sales estanosas en galvanoplastia y en manufactura de vidrio. - El óxido estánico, SnO2, es un polvo blanco, insoluble en ácidos y álcalis. Es un excelente opacador de brillo y componente de colorantes cerámicos rosas, amarillos y marrones y de cuerpos refractarios y dieléctricos. Es un importante agente pulidor del mármol y de las piedras decorativas. 16 8. ZINC Conocido en aleación con el cobre en la antigua Grecia. Fue ampliamente descrito en tratados de alquimia, pero su obtención industrial no se inició en Europa hasta el s. XVIII. Ocupa el lugar 24 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. No existe libre en la naturaleza, sino que se encuentra combinado como óxido, silicato, carbonato... 8.1. Propiedades. Símbolo Número Atómico Punto de Fusión Punto de Ebullición Densidad Color Zn 30 419,53 ºC 907 ºC 7,28 g/cm3 a 20 ºC Blanco azulado. - Pierde su brillo original, al formarse una capa superficial e incolora de carbonato y óxido, cuando está en contacto con el aire. De esta forma queda protegido, ya que se adhiere bien y tiene el mismo coeficiente de dilatación que el metal. Es estable frente al agua dulce y salada debido a esta capa. - En caliente, el cinc reacciona activamente con el oxígeno y con el agua, en ambos casos formando el correspondiente óxido (ZnO), y con esta última con desprendimiento de hidrógeno. - Insoluble en agua caliente y fría, y soluble en alcohol, en los ácidos y en los álcalis. - Es extremadamente frágil a temperaturas ordinarias, pero se vuelve maleable entre los 120 y los 150 °C, y se lamina fácilmente al pasarlo entre rodillos calientes. - Es un buen conductor de la electricidad y del calor (27% de las del cobre). 8.2. Minerales. 8.2.1. Flankinita. ((Zn,Mn2+,Fe2+)(Fe3+,Mn3+)2O4). Debe su nombre a la localidad de Franklin, New Yersey (EEUU) donde fue descubierto. Contiene aproximadamente 66% de hierro, 17% de zinc y 16% de manganeso. Se presenta en forma de cristales octaédricos. Color: Raya: Brillo: Dureza: Densidad: Otras: Negro pardo. Castaña rojiza. Metálico. 6. 5.15. Ligeramente magnética al calentarse con llama reductora. Yacimientos en España: Barruecopardo y Vitigudino (Salamanca). 17 8.2.2. Esfalerita (Zn,Fe)S). La palabra deriva del término griego que significa "traidor", el otro término de este mineral blenda proviene del alemán "blenden" que significa ofuscar pues pese a su parecido con la galena no daba plomo. Principal mena del zinc, y una de las principales fuentes de cadmio, indio, galio y germanio.Contiene el 67% de zinc y el 33% de azufre. El contenido en hierro (por sustitución del zinc) puede llegar al 36.5%, constituyendo la variedad mineral llamada Marmatita de color negro. El magnesio y el cadmio confieren coloraciones rojas (Esfalerita Rubí) o amarillenta (Esfalerita Acaramelada). Los cristales son generalmente dodecaédricos y cubos, en maclas. También se encuentra en masas exfoliables de aspecto espático (acaramelado) o granudo. Color: Brillo: Dureza: Densidad: Óptica: Castaño, negro e incluso verde y amarillo. Resinoso. 3.5 a 4 4 g/cm3 Traslúcido e incluso transparente. Con luz reflejada aparece de color gris y reflexiones internas amarillas, pardas o rojizas, dependiendo del contenido en hierro. Los yacimientos más importantes en España son los que se encuentran en Reocín, Cantabria, donde aparecen esfaleritas ferríferas que contienen además pequeñas proporciones de indio, germanio y galio. 8.3. Obtención Trituración. Los minerales extraidos de la mina son triturados (normalmente hasta alcanzar un tamaño inferior a 80 mm), y transportados hasta la planta de flotación, donde se vuelve a triturar para reducirlo al tamaño máximo de 15mm. 18 Flotación. La galena se introduce en un circuito de celdas de flotación para el desbaste, lavado y eliminación de impurezas. El concentrado obtenido pasa a un tanque espesador. Tostación y depuración de gases. Los concentrados de sulfuro de zinc se introducen en hornos para su tostación con aire, formándose óxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido de azufre gaseoso (SO2), que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4) una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos de tostación. Lixiviación El zinc y los otros metales contenidos en la calcine se disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación neutra y lixiviación ácida. - Lixiviación neutra. Se disuelve la calcine, excepto el óxido de hierro y zinc en ella contenido que se separa para someterlos a otro proceso. La disolución clarificada se envía a la etapa de purificación. - Lixiviación ácida. Los sólidos no disueltos en el proceso anterior se someten a una temperatura próxima a la de ebullición. De esta forma, se disuelven todos los metales excepto los que forman compuestos insolubles en medio sulfúrico, como el plomo, calcio y sílice. Purificación La disolución de sulfato de etapa de lixiviación neutra se metales disueltos, como el cobalto. Estos metáles subproductos. zinc procedente de la trata para eliminar otros cobre, el cadmio o el se recuperan como Electrólisis En esta fase del proceso, se produce el paso de una corriente eléctrica a través de la disolución purificada de sulfato de zinc, originándose el zinc metálico puro. Fusión y colada Las láminas de zinc producidas por electrólisis (junto con otros metales para alear), se funden en hornos de inducción eléctrica para, por colada, producir las diversas formas comerciales de lingote que requiere el mercado. 19 Otro método de obtención del cinc está basado en la tostación de sus minerales. Los óxidos son reducidos por el carbón en un horno eléctrico y el cinc hierve y destila en la retorta en que tiene lugar la reducción. El cinc que contiene cantidades pequeñas de hierro, arsénico, cadmio y plomo, es conocido en metalurgia como peltre. El cinc es un metal reciclable, sin que pierda por ello sus propiedades físicas o químicas. El cinc reciclado alcanza alrededor del 40 % de la producción mundial del dicho metal. 8.4. Aplicaciones - Las propiedades mecánicas del Zinc no son lo suficientemente elevadas como para poder ser utilizado en construcción como elemento resistente. - Su resistencia a la corrosión y su bajo punto de fusión lo hacen adecuado como elemento protector, bien en forma de chapa (tejados, canalones...), bien depositado sobre otro metal. - Como componente de distintas aleaciones, especialmente del latón. - También se utiliza en las placas de las pilas (baterías) eléctricas secas (el ánodo de las pilas alcalinas del tipo MnO2/Zn se fabrica con polvo de cinc o de sus aleaciones.). - El óxido de cinc, conocido como cinc blanco, se usa como pigmento en pintura, relleno de materiales de caucho, cosméticos, productos farmacéuticos, recubrimiento de suelos, plásticos, tintas, jabones, baterías, productos textiles, equipos eléctricos... - El cloruro de cinc se usa para preservar la madera. - El sulfuro de cinc es útil en aplicaciones relacionadas con la electroluminescencia, la fotoconductividad, la semiconductividad y otros usos electrónicos; se utiliza en los tubos de las pantallas de televisión y en los recubrimientos fluorescentes. - El sulfato de cinc se utiliza como fertilizante y en la industria papelera. - El litopón es un pigmento blanco, mezcla de sulfuro de cinc y sulfato de bario, usado en pintura. - El cinc es un nutriente esencial para humanos y animales (animales deficientes en cinc requieren un 50% más de alimento que el control normal, para ganar el mismo peso). 20 9. PLOMO Conocido y utilizado en construcción desde la más remota antigüedad. Su nombre proviene del latín (plumbum). 9.1. Propiedades. Símbolo Número Atómico Punto de Fusión Punto de Ebullición Densidad Color Pb 82 327,46 ºC 1749 ºC 11,35 g/cm3 a 20 ºC Gris azulado. - Es un metal muy pesado, dúctil, maleable, muy denso y extraordinariamente blando. - Puede endurecerse por adición de pequeñas cantidades de antimonio u otros metales. - Tiene un bajo punto de fusión. - Pobre conductor de la electricidad y el calor. - Finamente dividido se inflama espontáneamente al aire. - Al aire forma rápidamente una capa protectora de color gris de carbonato básico que impide la corrosión posterior. - El agua ataca al plomo en presencia de oxígeno; sin embargo las aguas duras forman un recubrimiento de carbonato básico insoluble. El ácido sulfúrico concentrado, nítrico diluido, clorhídrico, ácidos orgánicos y las bases en caliente atacan el plomo. 9.2. Minerales 9.2.1. Galena. (PbS). Su nombre deriva del término italiano "galena" aplicable en un principio a todas las menas de plomo. Contiene el 86.6% de plomo con pequeñas cantidades de cadmio, antimonio, bismuto y cobre. Puede tener abundante plata (Galena Argentífera), o estaño (Plumboestannina). La forma más corriente de presentarse es el cubo, el cual aparece con aristas biseladas o vértices truncados, llegando a la forma octaédrica. Color: Brillo: Dureza: Densidad: Gris plomo. Metálico. 2.5 7.5 g/cm3 Los yacimientos más importantes de España por su producción y calidad, se encuentran en Linares y La Carolina (Jaén). 21 9.3. Obtención. La obtención del plomo metálico se realiza en diversas fases. - El metal se obtiene a partir de los sulfuros minerales, los cuales se enriquecen mediante trituración, flotación y desecación. - El concentrado se tuesta y sinteriza en un horno para eliminar el azufre siempre presente, pasando una parte del sulfuro a óxido (2PbS + 3O2 = 2PbO + SO2 ) y otra a sulfato (PbS + 4SO3 = PbSO4 + 4SO2). En esta fase del proceso se obtiene PbO y SO2, que se utiliza en la obtención de ácido sulfúrico. - Posteriormente se lleva a cabo una fusión reductora en hornos de cuba donde la temperatura es más elevada y no hay entrada de aire, por lo que el propio mineral actúa como reductor del óxido (PbS + 2PbO = 3Pb + SO2) y del sulfato (PbS + PbSO4 = 2Pb + 2SO2) formados anteriormente. - El plomo fundido obtenido se calienta al aire para oxidar las impurezas de arsénico , cobre y antimonio que forman una escoria que se separa fácilmente. - Finalmente se procede al afino para librarlo del resto de impurezas(cobre, estaño y arsénico, principalmente). La recuperación de la plata y el oro es tan importante económicamente como la propia recuperación del plomo y suele realizarse añadiendo una pequeña cantidad de cinc al plomo fundido que disuelve los metales preciosos. Esta aleación fundida se queda en la superficie del plomo y se retira con facilidad para separar el cinc por destilación. La recuperación y reciclaje del plomo, principalmente de las baterías, constituye hoy una importante fuente de plomo. Con menas ricas en PbS se sigue un procedimiento distinto: después de la concentración, se tuesta sólo parcialmente y el PbO se hace reaccionar con PbS en ausencia de aire, lo que produce plomo bruto. 9.4. Aplicaciones Venenoso para el hombre (como la mayoría de los metales pesados): la ingestión crónica de pequeñas cantidades de plomo (en forma de vapor, humo o polvo) provoca saturnismo. Su uso está muy reducido por su peligrosidad. - Anteriormente fue muy utilizado para fabricar tuberías para conducción de agua, pero, debido en parte a su toxicidad, ha sido sustituido ventajosamente por el cobre y los materiales plásticos. - Es muy efectivo en la absorción de sonido y vibraciones (insonorización de máquinas) y se emplea como blindaje para la radiación en reactores nucleares y en equipos de rayos X. - Baterías y pilas (se emplea el metal y su óxido). - Municiones y pirotecnia (nitrato de plomo). - Recubrimiento de cables. 22 - Sus aleaciones se emplean en soldadura (Pb-Sn), caracteres de imprenta (Pb-Sn-Sb) y varios metales antifricción. - Existen tres óxidos: el monóxido (PbO), denominado litargirio, el dióxido (PbO2) u óxido pulga, de color pardo, muy oxidante, y el óxido salino (Pb3O4) o minio, de color anaranjado. Todos ellos tienen aplicaciones diversas: fabricación de pinturas anticorrosivas (minio mezclado con aceite de linaza), acumuladores, cristales con alto poder de reflexión, tubos de televisión, el barniz de loza y en blanco de plomo. - El cromato de plomo [PbCrO4] (amarillo cromo), se usa como pigmento en pinturas. El sulfato se usa como diluyente del cromato de plomo y como sustrato en barnices. - Los sulfatos básicos de plomo, [como por ejemplo, 3PbO.PbSO4.H2O], son estabilizantes térmicos de resinas vinílicas. - El arseniato de plomo [Pb3(AsO4)2] se ha usado como insecticida. - Fabricación de plomo tetraetilo (aditivo antidetonante de la gasolinas con plomo), si bien tiende a ser sustituido por problemas medioambientales. 23 10. OTROS METALES. Existen 80 metales, llamandose el resto de los elementos, no metales. Entre los metales se distinguen varios grupos o familias: - metales alcalinos. metales normales. metales de transición. tierras raras (o metales de doble transición). metales ferroaleables. metales no ferrosos. metaes preciosos. metales nucleares - El oro. El oro es un metal de color amarillo cuando se halla en bloque, verdoso por transparencia y negro o rojo en estado pulverulento. - - Símbolo es Au. Número atómico 79 y masa atómica 196,97. Tiene una elevada densidad. Es un metal blando, el más dúctil y maleable (con él se pueden preparar hojas de grosor inferior a la milésima de milímetro -panes de oro). Buen conductor del calor y de la electricidad. Químicamente muy estable. Unicamente es atacado por el mercurio, con el que forma amalgama, y por el vapor de un halógeno; el agua regia lo disuelve por el cloro naciente que desprende. Existe un solo isótopo estable, de masa 197, y otros 10 isótopos radiactivos. Actúa con valencia +1 y +3 y forma óxidos, hidróxidos, haluros y cianuros, todos ellos poco estables. Por el hecho de encontrarse en estado nativo y presentar una adecuada maleabilidad, el oro fue uno de los metales más utilizados ya desde la más remota antigüedad. En yacimientos Neolílicos se han encontrado joyas y figuras de este metal, y ya en el s. II a.C. se utilizaba como patrón de intercambio, en forma de lingotes y discos sellados. Diversos factores contribuyeron a convertir el oro, durante siglos, no sólo en la más adecuada mercancía de intercambio sino incluso en el patrón internacional y en la reserva oficial de cobertura de la emisión de papel moneda. En los yacimientos primarios, el oro nativo se encuentra en filones, cristalizado en el sistema regular, formando octaedros y rombododecaedros, o en forma de granos, acompañado de cuarzo, pirita o baritina, principalmente. A causa de los fenómenos de meteorización de los yacimientos primarios, y por transporte y sedimentación posteriores, el oro se encuentra también en yacimientos secundarios (arenas de los ríos), asociado a otros minerales como el granate y el corindón, en forma de pepitas. El proceso consiste en la trituración y molienda de los minerales auríferos y el enriquecimiento del producto por métodos de flotación. Posteriormente, se provoca una amalgama con mercurio, de la que se separará el oro por destilación. Los minerales de muy bajo contenido y los residuos de la amalgamación siguen otro proceso, consistente en tratar con cianuro sódico la pulpa concentrada del mineral, de modo que se forma aurocianuro de sodio, del cual se desplaza el metal tratándolo con cinc y eliminando luego las trazas de éste con ácido sulfúrico. La plata se encuentra casi siempre presente en el oro no purificado, por lo que éste debe someterse a un proceso electrolítico para alcanzar una mayor pureza. La excesiva blandura del oro obliga a usarlo en aleación con otros metales, en una proporción que depende de su finalidad. Así, la aleación de acuñación contiene un 90 % de oro y un 10 % de cobre; en el oro 24 de 18 quilates, éste está presente en una proporción del 75 %, junto con la plata (del 10 al 20 %) y el cobre (del 15 al 5 %). En joyería se utilizan diversas aleaciones, entre ellas el llamado oro blanco, que contiene un 50 % de oro y un 50 % de plata, platino o níquel. - La plata. Conocida desde muy antiguo y utilizada siempre en joyería y como artículo de intercambio o moneda, la plata es un metal blanco, muy brillante, sonoro, pesado (densidad 10,5), dúctil y maleable, que se encuentra nativo y combinado en diversos minerales. - Símbolo Ag. Número atómico 47 y masa atómica 107,87. Es el elemento mejor conductor del calor y de la electricidad. Se mantiene estable ante el aire puro y el agua, aunque ennegrece por pequeñas impurezas de sulfuros. Escasamente oxidable. Es atacado por el ácido nítrico, el ácido sulfúrico en caliente. Presenta valencia +1. Alguno de sus compuestos más usuales son el nitrato de plata (AgNO3), el sulfuro (Ag2S) y los haluros. El proceso metalúrgico de obtención es principalmente el de cianuración, y también el antiguo procedimiento de copelación; el método de amalgamación ha caído en desuso. Se utiliza en joyería, en contactos eléctricos de aparatos de precisión, en recubrimientos electrolíticos y en la fabricación de espejos. - El platino. El platino, conocido desde antiguo, es el más preciado de los metales usados en joyería. Se encuentra nativo, en forma de gránulos o escamas, aleado con el iridio, el osmio y el cobre en depósitos aluviales, y como componente de diversos minerales, por lo general en forma de arseniuro. Es un metal blanco, brillante, dúctil y maleable, muy pesado (densidad 21,4) y buen conductor del calor y de la electricidad. - Símbolo Pt. Número atómico 78 y su masa atómica 195,09. Inatacable por los ácidos. Reacciona con los halógenos, los sulfuros y los cianuros. Tiene la propiedad de adsorber los gases y retenerlos, cualidad que se utiliza para usarlo como catalizador en ciertas reacciones, finamente dividido o en forma de esponja. Además de su clásica aplicación en joyería, se emplea en electrotecnia y en la industria electrónica para fabricar resistencias, contactos eléctricos y termopares. - El mercurio. Símbolo Hg. Su número atómico 80 y su masa atómica 200,59. Unico elemento, además del bromo, que se mantiene líquido a temperatura ordinaria. Elevada densidad. Buena conductividad térmica y eléctrica. Elevada tensión superficial. Reacciona con el oxígeno a elevada temperatura y con los halógenos, el azufre y el fósforo. Se encuentra ocasionalmente nativo y con mayor frecuencia formando el sulfuro rojo o cinabrio, del que se extrae por tostación al aire. - 25 Es un metal muy tóxico, incluso por absorción cutánea o por inhalación de sus vapores. Con los metales forma las aleaciones denominadas amalgamas, y con los compuestos carbonados, compuestos organometálicos. Se utiliza en la fabricación de termómetros y barómetros, en electrotecnia y en la fabricación de las lámparas de vapor de mercurio. - El magnesio. Aislado en 1808 por Davy, el magnesio es un metal blanco argénteo, ligero, maleable. - Símbolo Mg. Número atómico 12 y masa atómica 24,312. Bajo punto de fusión (650 oC). Presenta valencia +2 Reductor activo, su comportamiento químico le asemeja al cinc y al cadmio. Se halla presente en las aguas minerales y sus sales son frecuentes en la naturaleza. Es, además, imprescindible para la vida animal y vegetal. Se utiliza en metalurgia, en pirotecnia y en la industria nuclear para la obtención del uranio. - Manganeso. El manganeso fue aislado por primera vez por J.G. Gahn, en 1774, por reducción de la pirolusita (MnO2). Es un metal brillante, de color gris acerado, duro y quebradizo y parecido al hierro. - Símbolo Mn. Número atómico 25 y su masa atómica 54,938. Por la acción del calor se combina con casi todos los no metales. Presenta todas las valencias del 1 al 7. Se obtiene a partir de sus óxidos y carbonatos y se utiliza principalmente en aleación con el hierro (aceros al manganeso) y con el cobre (cupromanganesos). - El titanio. El titanio fue descubierto en 1791 por W. Gregor. Es un metal de color blanco grisáceo, brillante, de elevado punto de fusión y muy duro. - Símbolo Ti. Número atómico 22 y masa atómica 47,90. Oxidable. Reacciona en caliente con los halógenos y es atacado por el ácido nítrico y el clorhídrico. Es muy abundante en la naturaleza, encontrándose principalmente en la ilmenita y el rutilo. Se utiliza en aleaciones, a las que confiere gran dureza y resistencia, y como elemento estructural en construcciones aeronáuticas. 26 - El cromo. El primer mineral de cromo se descubrió en 1765, pero hasta principios del s. XX no se inició su obtención industrial. El cromo es un metal pesado, muy duro, de brillo metálico y difícilmente oxidable. - Símbolo Cr. Número atómico 24 y masa atómica 51,99. Elevado punto de fusión (1.890 o C). Presenta valencias positivas +2, +3 y +6. Es atacado por los ácidos clorhídrico y sulfúrico diluidos. Se obtiene por electrólisis, por reducción de la cromita o por aluminotermia. Se utiliza para conferir resistencia a otros metales (cromado, cromatación y cromización) y para conseguir acero inoxidable y aleaciones de gran resistencia (cromoníquel). Las sales, profusamente coloreadas, se emplean en tintorería y en la fabricación de pigmentos y pinturas. - El niquel. Descubierto en 1751, T.O. Bergman obtuvo el níquel en estado puro en 1775. Es un metal duro, de color blanco metálico, dúctil, maleable, buen conductor del calor y de la electricidad, y presenta propiedades ferromagnéticas. Se encuentra en la naturaleza en minerales que contienen también hierro y magnesio, y en estado libre en algunos meteoritos. Químicamente tiene valencia +2 y +3, es atacado por los ácidos diluidos y reacciona con numerosos no metales para formar compuestos binarios, muchos de los cuales tienen color verde. El níquel entra en la composición de numerosas aleaciones (alnico, constantán, invar, entre otras) muy utilizadas en metalurgia y, en particular, en la fabricación de aceros especiales - Volframio. El volframio (también llamado wolframio o tungsteno) fue descubierto en 1871. Se encuentra en la naturaleza combinado en la volframita, la scheelita y, en menor proporción, en otros minerales. Es un metal duro, pesado y dúctil. - Símbolo W. Número atómico 74 y masa atómica 183,4. Densidad 19,3. Elevado punto de fusión (3.370 oC). Color blanco grisáceo. Resistente a la acción de los ácidos y muy refractario. El proceso de obtención pasa sucesivamente por la formación de un volframato metálico alcalino, ácido volfrámico y trióxido de volframio; sometiendo este último a reducción con hidrógeno se obtiene un polvo negruzco que, por tratamientos metalúrgicos diversos, permite conseguir el metal puro. Se utiliza principalmente en aleaciones con hierro y con acero, a las que confiere gran dureza, y para la fabricación de hilos de lámparas de incandescencia 27 - El antimonio. El antimonio abunda en la naturaleza, en forma de trisulfuro (estibina y antimonita), y presenta tres estados alotrópicos, en los que varía el carácter metálico o no metálico. Reacciona con los metales más electronegativos, con el oxígeno y con los halógenos. - Símbolo Sb. Número atómico 51 y masa atómica 121,76. Se obtiene por tostación de la estibina y se utiliza para conseguir aleaciones de gran dureza y resistencia. - El molibdeno. Descubierto en 1778, el molibdeno es un metal de color plomizo, denso, dúctil y de elevado punto de fusión. - Símbolo Mo. Número atómico 43 y masa atómica 95,94. Se obtiene de la molibdenita (MoS2). Muy estable a temperatura ambiente, forma numerosos compuestos a causa de sus diversos grados de oxidación. Se utiliza principalmente en aleación con aceros y fundiciones, con objeto de mejorar sus cualidades mecánicas. - El cobalto. Las sales de cobalto eran conocidas desde hace milenios por la coloración azul que dan a los vidrios, pero el elemento no fue identificado como tal hasta el s. XVIII. El cobalto es un metal dúctil, maleable, denso, duro y ferromagnético. - Símbolo Co. Número atómico 27 y masa atómica 58,93. A temperatura ambiente no se oxida en contacto con el aire ni es atacado por el agua, pero reacciona con facilidad con el arsénico, el antimonio y el fósforo. El cobalto se utiliza principalmente en aleaciones con el acero y el cromo, y sus isótopos radiactivos tienen numerosas aplicaciones en investigación y en medicina nuclear (el Co-58 como trazador metabólico y el Co-60 en el tratamiento del cáncer), mientras que sus sales se emplean como pigmentos. - El calcio. El calcio es un metal alcalinotérreo, blanco, dúctil, maleable y de bajo punto de fusión. Elemento muy abundante en la naturaleza, en forma de carbonato, sulfato o fosfato, fue aislado por Davy en 1808, si bien su producción masiva no tuvo lugar hasta 1902, por electrólisis del cloruro cálcico con espato flúor (método Rathenau). - Símbolo Ca. Número atómico 20 y masa atómica 40,08. Comportamiento químico es semejante al de los metales alcalinos. Reductor. Presenta valencia +2. 28 Reacciona con los halógenos, con el oxígeno (para formar el óxido cálcico o cal viva), con el azufre y, en caliente, con el nitrógeno; es atacado por los ácidos con desprendimiento de hidrógeno. El hidróxido cálcico (cal apagada) es un sólido blanco, poco soluble, que con el agua forma la llamada lechada de cal. El calcio se utiliza para reducir óxidos metálicos y en aleaciones antifricción. El nitrato y los fosfatos de calcio tienen amplia aplicación en agricultura como abonos. - El sodio. El sodio, descubierto en 1807 por Davy, es un metal alcalino monovalente, muy electropositivo, de color y brillo argentinos, que se empaña rápidamente en contacto con el aire. - Símbolo es Na. Número atómico 11 y su masa atómica 22,997. Blando como la cera, puede extenderse en hilos y es muy ligero. Se oxida rápidamente en contacto con el aire húmedo. Con el agua reacciona enérgicamente, con desarrollo de calor, dando lugar a hidróxido de sodio e hidrógeno. No se halla libre en la naturaleza, pero es muy abundante en forma de combinación. Así, se encuentra en las aguas marinas en forma de halogenuro, en los yacimientos de sal gema en forma de cloruro, en algunas rocas en forma de silicato, y entra en la composición de la materia viviente. Se utiliza como reductor en algunas industrias metalúrgicas, como refrigerante en los reactores nucleares, en la fabricación de lámparas de vapor de sodio,etc. - El potasio. Obtenido por primera vez por H. Davy en 1807, el potasio se encuentra en la naturaleza en diversos minerales, como la carnalita, la silvina y la ortosa. Es un metal alcalino muy blando, de color blanco plateado, muy ligero. - Símbolo es K. Número atómico 19 y masa atómica 39,102. Funde a menos de 64 oC. Reacciona violentamente con el agua desprendiendo hidrógeno. Químicamente muy activo y reductor. Presenta siempre valencia +1 El método de obtención más utilizado consiste en la electrólisis del hidróxido potásico fundido. De entre los numerosos compuestos que forma, cabe destacar el hidróxido (KOH) o potasa cáustica, el cloruro (KCl), el nitrato (KNO3) o salitre y el clorato (KClO3), este último empleado en la fabricación de pólvoras y explosivos. El cromato (KCrO4), el dicromato (K2Cr2O7) y el permanganato (KMnO4) se utilizan como reactivos, mientras que el sulfato, los fosfatos y el nitrato encuentran aplicación como abonos o fertilizantes. - El uranio. El uranio es el elemento natural más pesado del sistema periódico. Descubierto su óxido en 1789, el metal no fue aislado hasta 1841. - Símbolo U. Número atómico 92 y masa atómica 238,03. Metal radiactivo. Color gris. 29 - - No se encuentra nunca como metal libre o nativo en la corteza de la Tierra, sino que es un mineral primario o secundario asociado a menas en rocas ígneas, o en pizarras, calizas y areniscas. Elevada actividad química. Se oxida con facilidad. Es atacado por los ácidos. Tiene especial importancia por su radiactividad y su capacidad de fisión. Presenta tres isótopos naturales: el U-238, que es el más abundante y da lugar, por desintegración radiactiva, a la familia del radio; el U-235, que es fisionable, y el U-234, que sólo se encuentra en una proporción del 0,006 %. Existen además diversos isótopos artificiales, de los cuales el más importantes es el de masa 239. La desintegración de los isótopos de uranio se utiliza en la datación de las rocas (geocronología) y en la producción de energía nuclear. - El berilio. El berilio es el primer elemento del grupo de los alcalinotérreos. Su óxido fue descubierto por N. L. Vauquelin en 1797 y se obtuvo en forma metálica en 1828 (F. Wöhler y A. Bussy). Antiguamente se denominó glucinio debido al sabor dulce de sus compuestos. - Símbolo Be. Número atómico 4 y su masa atómica 9,01. Color blanquecino grisáceo. Funde a elevada temperatura (1.277 oC). Resistente a la oxidación. Actúa como un reductor enérgico, pero presenta escasa actividad química. Se encuentra en la naturaleza en forma de silicato (berilo), del cual se obtiene por métodos de reducción o bien electrolíticos. Se utiliza en aleaciones, en la industria nuclear como moderador de neutrones y como pieza cerámica en ciertos reactores. 30 11. BIBLIOGRAFIA. Instrucción del Hormigón Estructural EHE. Artículos dedicados a las barras de acero. NBE-MV-102-75. Aceros laminados para estructuras de edificación Norma UNE 36-080-90. Productos laminados en caliente de acero no aleado para construcciones metálicas de uso general. Condiciones técnicas de suministro Norma UNE 36-068-88. Barras corrugadas, de acero soldable, para armaduras de hormigón armado. Fichas informativas para productos certificados. “Productos de acero para hormigón”. AENOR. - Arredondo, Francisco. “Estudio de materiales”. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento. 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