ELEMENTOS QUIMICOS Y SUS CARACTERISTICAS

ELEMENTOS QUIMICOS Y SUS CARACTERISTICAS

ARLEY FERNANDO AVILA GARZÓN

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA

INGENIERIA ELECTROMECANICA

DUITAMA

2012

ELEMENTOS QUIMICOS Y SUS CARACTERISTICAS

ARLEY FERNANDO AVILA GARZÓN Cod: 201020570

Trabajo presentado en el area de:

METALES Y TRATAMIENTOS TERMICOS

Al profesor

Ing. LUIS ANTONIO SANDOVAL ALVAREZ

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA

INGENIERIA ELECTROMECANICA

DUITAMA

2012

TABLA DE CONTENIDO

1. Aluminio

2. Cobre

3. Cinc - Zinc

4. Estaño

5. Plomo

6. Niquel

7. Bibliografia.

1. ALUMINIO

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.1 En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas ymicas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante elproceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.

Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad(2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica(hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX2 el metal que más se utiliza después del acero.

Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su extendida vida útil y la estabilidad de su precio.

MINERAL: El aluminio se extrae principalmente de un mineral, la bauxita, y también de la criolita. Aunque encontramos aluminio formando parte de muchos compuestos, es muy difícil extraerlo, y solo resulta rentable en el caso de estos dos minerales.

En la naturaleza podemos encontrarlo formando parte de diferentes minerales y rocas, como el feldespato, la arcilla, el caolín o la mica. También es el componente principal de muchas piedras preciosas y semipreciosas, como el aguamarina, la turquesa, la esmeralda, el rubí o el zafiro.

Se extrae de estas rocas ricas en metal, las menas, a través de distintos procesos químicos y físicos. En el caso de la bauxita, se procede a la calcinación de la mena enriquecida hasta obtener un nuevo material, la alúmina, un óxido de aluminio. Después, mediante un proceso químico llamado electrolisis, se separan los componentes de este óxido y se aísla el aluminio. El aluminio puede llegar a tener una pureza del 99,5 %.

El aluminio, dependiendo de la aplicación a la que se destina, puede alearse con cobre, magnesio, silicio o manganeso. Una de sus aleaciones más importantes es el duraluminio, donde se alea con pequeñas cantidades de cobre. Este material presenta las mismas condiciones de resistencia que el acero, pero con una densidad mucho menor.

Bauxita

El aluminio se utilizaba en la antigüedad clásica en tintorería y medicina bajo la forma de una sal doble, conocida como alumbre y que se sigue usando hoy en día. En el siglo XIX, con el desarrollo y la física y la química, se identificó el elemento. Su nombre inicial, aluminum, fue propuesto por el británico Sir Humphrey Davy en el año 1809. A medida que se sistematizaban los nombres de los distintos elementos, se cambió por coherencia a la forma aluminium, que es la preferida hoy en día por la IUPAC debido al uso uniforme del sufijo -ium. No es sin embargo la única aceptada ya que la primera forma es muy popular en los Estados Unidos.3 En el año 1825, el físico danés Hans Christian Ørsted, descubridor del electromagnetismo, consiguió aislar por electrólisis unas primeras muestras, bastante impuras. El aislamiento total fue conseguido dos años después por Friedrich Wöhler.

La extracción del aluminio a partir de las rocas que lo contenían se reveló como una tarea ardua. A mediados de siglo, podían producirse pequeñas cantidades, reduciendo con sodio un cloruro mixto de aluminio y sodio, gracias a que el sodio era más electropositivo. Durante el siglo XIX, la producción era tan costosa que el aluminio llegó a considerarse un material exótico, de precio exorbitado, y tan preciado o más que la plata o el oro. Durante la Exposición Universal de 1855 se expusieron unas barras de aluminio junto a las joyas de la corona de Francia. El mismo emperador había pedido una vajilla de aluminio para agasajar a sus invitados. De alumino se hizo también el vértice del Monumento a Washington, a un precio que rondaba en 1884 el de la plata.

CARACTERISTICAS:

Características físicas

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 34 y 38 m/(Ω mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)).

Características mecánicas

Mecánicamente es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2(160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

Características químicas

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.

OBTENCION:

Aproximadamente, desde 1888, el aluminio se obtiene industrialmente por los procesos Bayer y Hall-Héroult, o proceso primario.

Proceso Bayer: purificación de bauxita, obtención de alúmina.

El mineral bauxita se muele y se trata con cal (CaO) en caliente. Por precipitación, se separa el material más grueso (arena). Se enfría la mezcla y precipita un sólido. Este se lava con agua. Luego se calcina (tratamiento a alta temperatura) y se obtiene finalmente la alúmina (Al2O3).

Proceso Hall-Héroult: electrólisis de la alúmina para obtener aluminio.

La clave para obtener aluminio consiste en reducir el catión Al3+ para formar Al°. El pasaje de corriente eléctrica a través de la celda de reacción (celda electrolítica) permite hacer esta transformación.

Un compuesto iónico en estado sólido no conduce la corriente eléctrica. Los iones no pueden moverse libremente transportando carga eléctrica cuando están formando parte de la red cristalina. En cambio, sí pueden hacerlo en estado fundido.

La temperatura de fusión de la alúmina (Al2O3) es superior a los 1500 °C. El costo en energía y construcción de un reactor que opere a tan alta temperatura es muy elevado. Sin embargo, una mezcla de alúmina y criolita (Na3AlF6) funde a 1000 °C, aproximadamente. La criolita entonces actúa como fundente.

En la celda electrolítica tiene lugar la siguiente reacción:

ALEACIONES:

El aluminio puro es un material blando y poco resistente a la tracción. Para mejorar estas propiedades mecánicas se alea con otros elementos, principalmente magnesio, manganeso, cobre, zinc y silicio, a veces se añade también titanio y cromo. La primera aleación de aluminio, el popularduraluminio fue descubierta casualmente por el metalúrgico alemán Alfred Wilm y su principal aleante era el cobre. Actualmente las aleaciones de aluminio se clasifican en series, desde la

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