Plomo 3d6m5a

Plomo Para el volcán español, véase El Plomo. Para el cerro chileno, véase Cerro El Plomo. Talio - Plomo - Bismuto Sn Pb Uuq Tabla completa Nombre, símbolo, número

General Plomo, Pb, 82

Serie química

Metales del bloque p

Grupo, periodo, bloque

14, 6, p

Densidad, dureza Mohs

11340 kg/m3, 1,5 gris azulado

Apariencia

Masa atómica

Propiedades atómicas 207,2 u

Radio medio†

180 pm

Radio atómico calculado

154 pm

Radio covalente

147 pm

Radio de Van der Waals

202 pm

Configuración electrónica

[Xe]4f14 5d10 6s2 6p2

Estados de oxidación (Óxido)

4, 2 (anfótero)

Estructura cristalina

Cúbica centrada en las caras (fcc) Propiedades físicas

Estado de la materia

Sólido

Punto de fusión

600,61 K (327,46 °C)

Punto de ebullición

2022 K (1749 °C)

Entalpía de vaporización

177,7 kJ/mol

Entalpía de fusión

4,799 kJ/mol

Presión de vapor

4,21 × 10-7 Pa a 600 K

Velocidad del sonido

1260 m/s a 293,15 K

Electronegatividad Calor específico

Información diversa 2,33 (Pauling) 129 J/(kg·K)

Conductividad eléctrica

4,81 × 106 m-1·Ω-1

Conductividad térmica

35,3 W/(m·K)

er

1 potencial de ionización

715,6 kJ/mol

2° potencial de ionización

1450,5 kJ/mol

3er potencial de ionización

3081,5 kJ/mol


4083 kJ/mol


6640 kJ/mol

Isótopos más estables iso.

AN

Periodo de semidesintegración MD ED MeV PD

202

Pb Sintético 52500 a

204

Pb 1,4

>1,4 × 1017 años

205

7

Pb Sintético 1,53 × 10 años

206

Pb 24,1%

Pb es estable con 124 neutrones

207

Pb 22,1%


208

Pb 52,4%


210

Pb Sintético 22,3 años

α ε

2,598 0,050

198

α

2,186

200

Hg

ε

0,051

205

Tl

α β

3,792 0,064

206

Hg Bi

202

210

Hg Tl

Valores en el SI y en condiciones normales (0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. † Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

El plomo es un elemento químico de la tabla periódica, cuyo símbolo es Pb (del latín Plumbum) y su número atómico es 82 según la tabla actual, ya que no formaba parte en la tabla de Dmitri Mendeléyev. Este químico no lo reconocía como un elemento metálico común por su gran elasticidad molecular. Cabe destacar que la elasticidad de este elemento depende de las temperaturas del ambiente, las cuales distienden sus átomos, o los extienden. El plomo es un metal pesado de densidad relativa o gravedad específica 11,4 a 16 °C, de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad. Su fusión se produce a 327,4 °C y hierve a 1725 °C. Las valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque de ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas. El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico. Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos.

Contenido [ocultar] 

1 Características generales

  

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  

2 Isótopos del plomo 210 o 2.1 Pb en el tabaco 3 Fuentes de plomo 4 Usos industriales o 4.1 En la historia o 4.2 En la actualidad 5 Efectos o 5.1 Plomo en el medio ambiente o 5.2 Estudios sobre la conducta 6 Véase también 7 Referencias 8 Enlaces externos

[editar] Características generales Los compuestos de plomo más utilizados en la industria son los óxidos de plomo, el tetraetilo de plomo y los silicatos de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales, y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Es tóxico, y la intoxicación por plomo se denomina saturnismo o plumbosis.

[editar] Isótopos del plomo El plomo puede encontrarse en muchos isótopos, siendo estables cuatro de ellos: 204Pb, 206 Pb, 207Pb, y 208Pb. Al 204Pb se le conoce como Plomo primordial, y los 206Pb, 207Pb y 208Pb se forman por la desintegración radioactiva de dos isótopos del Uranio (U-235 y U-238) y un isótopo del Torio (Th 232). El 210Pb es un precursor del 210Po en la serie de decaimiento del 238U. El 210Pb es radioactivo.

[editar] 210Pb en el tabaco La concentración de 210Pb en fumadores es el doble que la concentración en no fumadores. Esta diferencia se atribuye a la inhalación de 210Pb en el humo del tabaco.1 2

[editar] Fuentes de plomo El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental. Se presenta comúnmente como sulfuro de plomo en la galena (pbS).3 Otros minerales de importancia comercial son los carbonatos (cerusita, PbCO3)3 y los sulfatos (anglesita, PbSO4).3 Los fosfatos (piromorfita, pb5Cl(PO4)3),3 los vanadatos (vanadinita, Pb5Cl(VO4)3),3 los arseniatos (mimelita, Pb5Cl(AsO4)3),3 los cromatos (crocoita, PbCrO4)3 y los molibdatos (vulferita, PbMoO4),3 los wolframatos (stolzita, PbWO4)3 son mucho menos abundantes. También se encuentra plomo en varios minerales de uranio y de torio, ya que proviene

directamente de la desintegración radiactiva (decaimiento radiactivo). Los minerales comerciales pueden contener tan poco plomo como el 3%, pero lo más común es un contenido de poco más o menos del 10%. Los minerales se concentran hasta alcanzar un contenido de plomo de 40% o más antes de fundirse o ceder ante la presencia de fuentes de calor extremo. El uso más amplio del plomo, como tal, se encuentra en la fabricación de acumuladores. Otras aplicaciones importantes son la fabricación de tetraetilo de plomo, forros para cables, elementos de construcción, pigmentos, soldadura suave, municiones, plomadas para pesca y también en la fabricación desde soldaditos de juguete hasta para hacer tubos de órganos musicales. Se están desarrollando compuestos organoplúmbicos para aplicaciones como son la de catalizadores en la fabricación de espuma de poliuretano, tóxicos para las pinturas navales con el fin de inhibir la incrustación en los cascos, agentes biocidas contra las bacterias grampositivas, ácaros y otras bacterias, protección de la madera contra el ataque de los barrenillos y hongos marinos, preservadores para el algodón contra la descomposición y el moho, agentes molusquicidas, agentes antihelmínticos, agentes reductores del desgaste en los lubricantes e inhibidores de la corrosión para el acero. Merced a su excelente resistencia a la corrosión, el plomo encuentra un amplio uso en la construcción, en particular en la industria química. Es resistente al ataque por parte de muchos ácidos porque forma su propio revestimiento protector de óxido, pero es atacado por las bases nitrogenadas. Como consecuencia de esta característica ventajosa, el plomo se utiliza mucho en la fabricación y el manejo del ácido sulfúrico,ácido nítrico. Durante mucho tiempo se ha empleado el plomo como pantalla protectora para las máquinas de rayos X. En virtud de las aplicaciones cada vez más amplias de la energía atómica, se han vuelto cada vez más importantes las aplicaciones del plomo como blindaje contra la radiación.

[editar] Usos industriales [editar] En la historia

Bajorrelieve de plomo, en el Museo Cluny (París). El plomo es uno de los metales que desde más antiguo conocieron y emplearon los hombres tanto por lo mucho que abunda como por su facilidad de fundirse. Suponen que Midácritas fue el primero que lo llevó a Grecia. Plinio el Viejo dice que en la antigüedad se escribía en láminas u hojas de plomo y algunos autores aseguran haber hallado muchos volúmenes de plomo en los cementerios romanos y en las catacumbas de los mártires. El uso de escribir en láminas de plomo es antiquísimo y Pausanias menciona unos libros de Hesíodo escritos sobre hojas de dicho metal. Se han encontrado en York (Inglaterra) láminas de plomo en que estaba grabada una inscripción del tiempo de Domiciano.4 En el Imperio romano las cañerías y las bañeras se recubrían con plomo o con cobre, En la Edad Media se empleaban grandes planchas de plomo para las techumbres y para revestir la armazón de madera de las flechas o torres. También se fundían en plomo muchos medallones, mascarones de fuentes, etc. y había también fuentes bautismales de plomo. En 1754 se halló en la alcazaba o alcaicín de Granada una lámina de plomo de 30 pulgadas (76,2 cm) de largo y 4 (10,16 cm)de ancho con tres dobleces y entre ellos, una cruz y en 17 del mismo mes y año un libro de hojas de plomo escritas. Los caracteres de estos descubrimientos persuadieron de que eran de una fecha anterior al siglo VIII.4

[editar] En la actualidad

Su utilización como cubierta para cables, ya sea la de teléfono, de televisión, de internet o de electricidad, sigue siendo una forma de empleo adecuada. La ductilidad única del plomo lo hace particularmente apropiado para esta aplicación, porque puede estirarse para formar un forro continuo alrededor de los conductores internos. El uso del plomo en pigmentos sintéticos o artificiales ha sido muy importante, pero está decreciendo en volumen. Los pigmentos que se utilizan con más frecuencia y en los que interviene este elemento son:     

El blanco de plomo (conocido también como albayalde) 2PbCO3.Pb(OH)2 Sulfato básico de plomo El Tetróxido de plomo también conocido como minio. cromatos de plomo. El silicatoeno de plomo (más conocido en la industria de los aceros blandos)

Se utilizan una gran variedad de compuestos de plomo, como los silicatos, los carbonatos y sales de ácidos orgánicos, como estabilizadores contra el calor y la luz para los plásticos de cloruro de polivinilo. Se usan silicatos de plomo para la fabricación de frituras (esmaltes) de vidrio y de cerámica, las que resultan útiles para introducir plomo en los acabados del vidrio y de la cerámica. La azida de plomo, Pb(N3)2, es el detonador estándar para los explosivos plásticos como el C-4 u otros tipos de explosivos H.E. (Highly Explosive). Los arseniatos de plomo se emplean en grandes cantidades como insecticidas para la protección de los cultivos y para ahuyentar insectos molestos como lo son cucarachas, mosquitos y otros animales que posean un exoesqueleto. El litargirio (óxido de plomo) se emplea mucho para mejorar las propiedades magnéticas de los imanes de cerámica de ferrita de bario. Asimismo, una mezcla calcinada de zirconato de plomo y de titanato de plomo, conocida como PETE, está ampliando su mercado como un material piezoeléctrico.

[editar] Efectos El plomo puede entrar en el agua potable a través de la corrosión de las tuberías. Esto es más común que ocurra cuando el agua es ligeramente ácida. Esta es la razón por la que los sistemas de tratamiento de aguas públicas son ahora requeridos llevar a cabo un ajuste de pH en agua que sirve para el uso del agua potable. El plomo no cumple ninguna función esencial en el cuerpo humano, este puede principalmente hacer daño después de ser tomado en la comida, aire o agua. El plomo puede causar varios efectos no deseados, como son:         

Perturbación de la biosíntesis de hemoglobina y anemia. Incremento de la presión sanguínea. Daño a los riñones. Aborto espontáneo Perturbación del sistema nervioso. Daño al cerebro Distintos tipos de cáncer. Disminución de la fertilidad del hombre a través del daño en el esperma. Disminución de las habilidades de aprendizaje de los niños.

  

Perturbación en el comportamiento de los niños, como es agresión, comportamiento impulsivo e hipersensibilidad. Alteraciones graves en la propiocepción, equilibriocepción, nocicepción y electrocepción, magnetocepción, ecolocalización en ciertos animales.5 La formación de depositos plúmbicos en las encias que forman una línea de color gris claro azulado llamada "la línea del plomo" o "la línea de Burton".6

El plomo puede entrar en el feto a través de la placenta de la madre. Debido a esto puede causar serios daños al sistema nervioso y al cerebro de los niños por nacer. [editar] Plomo en el medio ambiente Con respecto a su incidencia en el medio ambiente, el plomo se encuentra de forma natural en el ambiente, pero las mayores concentraciones encontradas en el ambiente son el resultado de las actividades humanas. Las sales de plomo entran en el medio ambiente a través de los tubos de escape (principalmente los defectuosos) de los coches, camiones, motos, aviones, barcos y aerodeslizadores y casi todos los tipos de vehículos motorizados que utilicen derivados del petróleo como combustible, siendo las partículas de mayor tamaño las que quedarán retenidas en el suelo y en las aguas superficiales, provocando su acumulación en organismos acuáticos y terrestres, y con la posibilidad de llegar hasta el hombre a través de la cadena alimenticia. Las pequeñas partículas quedan suspendidas en la atmósfera, pudiendo llegar al suelo y al agua a través de la lluvia ácida. La acumulación de plomo en los animales, puede causar graves efectos en su salud por envenenamiento, e incluso la muerte por paro cardio-respiratorio. Algunos organismos, como los crustáceos e otros invertebrados, son muy sensibles al plomo (dado que el plomo cuando se encuentra en exceso se deposita en los huesos y al no poseerlos queda retenido en su organismo), y en muy pequeñas concentraciones les causan graves mutaciones. Se registraron casos en donde las crías de crustáceos con saturnismo crónico, presentaban extremidades más largas, deformidades en otras y un comportamiento agresivo y poco coordinado llegando a producirse automutilaciones y autolasceraciones múltiples, atribuido a alteraciones genéticas generadas por la contaminación por plomo. Otro efecto significativo del plomo en las aguas superficiales, es que provoca perturbaciones en el fitoplancton, que es una fuente importante de producción de oxígeno en los océanos y de alimento para algunos organismos acuáticos de variado tamaño (desde ballenas hasta pequeños pececillos). [editar] Estudios sobre la conducta Un estudio realizado en mayo de 20007 por el consultor económico Rick Nevin demostró que de un 65% a 90% de los crímenes violentos realizados en Estados Unidos tienen como causa la exposición al plomo. En el 2007, Nevin demostró, en un nuevo estudio,8 que la exposición al plomo (tomando el nivel en sangre de plomo) por parte de un 60% de los niños y adolescentes conlleva un bajo nivel de coeficiente intelectual, carácter agresivo y antisocial con tendencia a lo criminal. Estos estudios fueron realizados a lo largo de varios años y en 9 países diferentes; siendo discutidos por el

Washington Post en julio de ese año.9 También llamó la atención del científico político de Darthmouth, el Dr. Roger D. Masters quien junto a otros científicos de envergadura internacional apoyan los estudios realizados por Nevin

Cobre Para otros usos de este término, véase Cobre (desambiguación). Cobre Níquel ← Cobre → Zinc Cu

Cu

29

Ag Tabla completa • Tabla extendida Nombre, símbolo, número Serie química Grupo, período, bloque Densidad Dureza Mohs Apariencia

N° CAS N° EINECS Masa atómica Radio medio Radio atómico (calc) Radio covalente Radio de van der Waals Configuración electrónica Estado(s) de oxidación Óxido Estructura cristalina Estado ordinario

Información general Cobre, Cu, 29 Metal de transición 11, 4, d 89602 kg/m3 3,0 Metálico, rojizo

7440-50-8 231-159-6 Propiedades atómicas 63,536 u 1353 pm 1453 pm (Radio de Bohr) 1383 pm 1403 pm [Ar]3d104s1 +1, +2 Levemente básico Cúbica centrada en las caras1 Propiedades físicas Sólido (diamagnético)

1357,774 K 32004 K 3005 kJ/mol 13,15 kJ/mol 3570 m/s a 293.15 K (20 °C)

Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Velocidad del sonido Varios Electronegatividad (Pauling) Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización 2.ª Energía de ionización 3.ª Energía de ionización 4.ª Energía de ionización

1,9 385 J/(K·kg) 58,108 × 106 S/m 400 W/(K·m) 745,5 kJ/mol 1957,9 kJ/mol 3555 kJ/mol 5536 kJ/mol

Isótopos más estables iso

AN

Periodo

63

69,17%

64

Sintético

12,7 h

65

30,83% Sintético

61,83 h

Cu Cu Cu Cu

67

Ed MeV Estable con 34 neutrones ε 1,675 ß0,579 Estable con 36 neutrones ß0,577 MD

PD

64

Ni64Zn 67

Zn

Nota: unidades según el SI y en CNPT, salvo indicación contraria.

El cobre (del latín cŭprum, y éste del griego kýpros),6 cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas. Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo

en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas. El cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana.7 El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson.8 El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el aluminio. La producción mundial de cobre refinado se estimó en 15,8 Mt en el 2006, con un déficit de 10,7% frente a la demanda mundial proyectada de 17,7 Mt.9

Contenido [ocultar]  

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1 Nombres y símbolos 2 Historia o 2.1 El cobre en la Antigüedad o 2.2 Edad Media y Edad Moderna o 2.3 Edad Contemporánea  2.3.1 Estados Unidos  2.3.2 Chile 3 Isótopos 4 Propiedades y características del cobre o 4.1 Propiedades físicas o 4.2 Propiedades mecánicas o 4.3 Características químicas o 4.4 Propiedades biológicas  4.4.1 Precauciones sanitarias del cobre 5 Aleaciones y tipos de cobre o 5.1 Latón (Cu-Zn) o 5.2 Bronce (Cu-Sn) o 5.3 Alpaca (Cu-Ni-Zn) o 5.4 Otras aleaciones 6 Procesos industriales del cobre o 6.1 Minería del cobre o 6.2 Metalurgia del cobre o 6.3 Tratamientos térmicos del cobre 7 Aplicaciones y usos del cobre o 7.1 Cobre metálico  7.1.1 Electricidad y telecomunicaciones

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7.1.2 Medios de transporte 7.1.3 Construcción y ornamentación 7.1.4 Monedas 7.1.5 Otras aplicaciones o 7.2 Cobre no metálico 8 Productos del cobre o 8.1 Fundición: blister y ánodos o 8.2 Refinería: cátodos o 8.3 Subproductos de fundición y refinería o 8.4 Alambrón o 8.5 Alambre de cobre desnudo o 8.6 Trefilado o 8.7 Tubos o 8.8 Laminación o 8.9 Fundición de piezas o 8.10 Forjado o 8.11 Mecanizado o 8.12 Soldadura o 8.13 Calderería o 8.14 Embutición o 8.15 Estampación o 8.16 Troquelado 9 Reciclado 10 Producción y comercio o 10.1 Producción minera o 10.2 Reservas o 10.3 Comercio y consumo 11 Véase también 12 Notas y referencias 13 Bibliografía 14 Enlaces externos

[editar] Nombres y símbolos 

Etimología. La palabra «cobre» proviene del latín cuprum (con el mismo significado) y éste a su vez de la expresión aes cyprium que significa literalmente «de Chipre» debido a la gran importancia que tuvieron las minas de cobre de la isla de Chipre en el mundo greco-romano.10



Siglas y abreviaciones. El símbolo químico actual del cobre es «Cu». Siglos atrás, los alquimistas lo representaron con el símbolo ♀ , que también representaba al planeta Venus, a la diosa griega Afrodita y al género femenino.11 La razón de esta relación puede ser que la diosa fenicia Astarté, equivalente en parte a Afrodita, era muy venerada en Chipre, isla famosa por sus minas de cobre.12 El símbolo ♀ guarda a su vez parecido con el jeroglífico egipcio anj, que representaba la vida o quizás también la unión sexual.13



Adjetivo. Las cualidades particulares del cobre, específicamente a lo referente a su color y lustre, han engendrado la raíz del calificativo cobrizo. La misma particularidad del material ha sido empleada al nombrar coloquialmente a algunas serpientes de India, Australia y Estados Unidos como «cabeza de cobre».

[editar] Historia [editar] El cobre en la Antigüedad El cobre es uno de los pocos metales que pueden encontrarse en la naturaleza en estado "nativo", es decir, sin combinar con otros elementos. Por ello fue uno de los primeros en ser utilizado por el ser humano.14 Los otros metales nativos son el oro, el platino, la plata y el hierro proveniente de meteoritos. Se han encontrado utensilios de cobre nativo de en torno al 7000 a. C. en Çayönü Tepesí (en la actual Turquía) y en Irak. El cobre de Çayönü Tepesí fue recocido pero el proceso aún no estaba perfeccionado.14 En esta época, en Oriente Próximo también se utilizaban carbonatos de cobre (malaquita y azurita) con motivos ornamentales. En la región de los Grandes Lagos de América del Norte, donde abundaban los yacimientos de cobre nativo, desde el 4000 a. C. los indígenas acostumbraban a golpearlas hasta darles forma de punta de flecha, aunque nunca llegaron a descubrir la fusión. Los primeros crisoles para producir cobre metálico a partir de carbonatos mediante reducciones con carbón datan del V milenio a. C.14 Es el inicio de la llamada Edad del Cobre, apareciendo crisoles en toda la zona entre los Balcanes e Irán, incluyendo Egipto. Se han encontrado pruebas de la explotación de minas de carbonatos de cobre desde épocas muy antiguas tanto en Tracia (Ai Bunar) como en la península del Sinaí.15 De un modo endógeno, no conectado con las civilizaciones del Viejo Mundo, en la América precolombina, en torno al siglo IV a. C. la cultura Moche desarrolló la metalurgia del cobre ya refinado a partir de la malaquita y otros carbonatos cupríferos. Hacia el 3500 a. C. la producción de cobre en Europa entró en declive a causa del agotamiento de los yacimientos de carbonatos. Por esta época se produjo la irrupción desde el este de unos pueblos, genéricamente denominados kurganes, que portaban una nueva tecnología: el uso del cobre arsenical. Esta tecnología, quizás desarrollada en Oriente Próximo o en el Cáucaso, permitía obtener cobre mediante la oxidación de sulfuro de cobre. Para evitar que el cobre se oxidase, se añadía arsénico al mineral. El cobre arsenical (a veces llamado también "bronce arsenical") era más cortante que el cobre nativo y además podía obtenerse de los muy abundantes yacimientos de sulfuros. Uniéndolo a la también nueva tecnología del molde de dos piezas, que permitía la producción en masa de objetos, los kurganes se equiparon de hachas de guerra y se extendieron rápidamente.14

Estatua en cobre del faraón Pepy I. Siglo XXIII a. C. Ötzi, el cadáver hallado en los Alpes y datado hacia el 3300 a. C., llevaba un hacha de cobre con un 99,7% de cobre y un 0.22% de arsénico.16 17 De esta época data también el yacimiento de Los Millares (Almería, España), centro metalúrgico cercano a las minas de cobre de la sierra de Gádor. No se sabe cómo ni dónde surgió la idea de añadir estaño al cobre, produciendo el primer bronce. Se cree que fue un descubrimiento imprevisto, ya que el estaño es más blando que el cobre y, sin embargo, al añadirlo al cobre se obtenía un material más duro cuyos filos se conservaban más tiempo.14 El descubrimiento de esta nueva tecnología desencadenó el comienzo de la Edad del Bronce, fechado en torno a 3000 a. C. para Oriente Próximo, 2500 a. C. para Troya y el Danubio y 2000 a. C. para China. En el yacimiento de Bang Chian, en Tailandia, se han datado objetos de bronce anteriores al año 2000 a. C.18 Durante muchos siglos el bronce tuvo un papel protagonista y cobraron gran importancia los yacimientos de estaño, a menudo alejados de los grandes centros urbanos de aquella época. El declive del bronce empezó hacia el 1000 a. C., cuando surgió en Oriente Próximo una nueva tecnología que posibilitó la producción de hierro metálico a partir de minerales férreos. Las armas de hierro fueron reemplazando a las de cobre en todo el espacio entre Europa y Oriente Medio. En zonas como China la Edad del Bronce se prolongó varios siglos más. Hubo también regiones del mundo donde nunca llegó a utilizarse el bronce. Por ejemplo, el África subsahariana pasó directamente de la piedra al hierro. Sin embargo, el uso del cobre y el bronce no desapareció durante la Edad del Hierro. Reemplazados en el armamento, estos metales pasaron a ser utilizados esencialmente en la construcción y en objetos decorativos como estatuas. El latón, una aleación de cobre y cinc fue inventado hacia el 600 a. C. También hacia esta época se fabricaron las primeras monedas en el estado de Lidia, en la actual Turquía. Mientras que las monedas más valiosas se acuñaron en oro y plata, las de uso más cotidiano se hicieron de cobre y bronce.19

La búsqueda de cobre y metales preciosos por el Mediterráneo condujo a los cartagineses a explotar el gran yacimiento de Río Tinto, en la actual provincia de Huelva. Tras las Guerras Púnicas los romanos se apoderaron de estas minas y las siguieron explotando hasta agotar todo el óxido de cobre. Debajo de él quedó una gran veta de sulfuro de cobre, el cual los romanos no sabían aprovechar eficazmente. A la caída del Imperio romano la mina había sido abandonada y sólo fue reabierta cuando los andalusíes inventaron un proceso más eficaz para extraer el cobre del sulfuro.19 Véanse también: Edad de los Metales y Edad del Cobre

[editar] Edad Media y Edad Moderna La resistencia a la corrosión del cobre, el bronce y el latón permitió que estos metales hayan sido utilizados no sólo como decorativos sino también como funcionales desde la Edad Media hasta nuestros días. Entre los siglos X y XII se hallaron en Europa Central grandes yacimientos de plata y cobre, principalmente Rammelsberg y Joachimsthal. De ellos surgió una gran parte de la materia prima para realizar las grandes campanas, puertas y estatuas de las catedrales góticas europeas.19 Además del uso bélico del cobre para la fabricación de objetos, como hachas, espadas, cascos o corazas; también se utilizó el cobre en la Edad Media en luminarias como candiles o candelabros; en braseros y en objetos de almacenamiento, como arcas o estuches.20 Los primeros cañones europeos de hierro forjado datan del siglo XIV, pero hacia el siglo XVI el bronce se impuso como el material casi único para toda la artillería y mantuvo ese dominio hasta bien entrado el siglo XIX.21 En el Barroco, durante los siglos XVII y XVIII, el cobre y sus aleaciones adquirieron gran importancia en la construcción de obras monumentales, la producción de maquinaria de relojería y una amplia variedad de objetos decorativos y funcionales.22 Las monarquías autoritarias del Antiguo Régimen utilizaron el cobre en aleación con la plata (denominada vellón) para realizar repetidas devaluaciones monetarias, llegando a la emisión de monedas puramente de cobre, características de las dificultades de la Hacienda de la Monarquía Hispánica del siglo XVII (que lo utilizó en tanta cantidad que tuvo que recurrir a importarlo de Suecia).23

[editar] Edad Contemporánea

Disco de Faraday. Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose perpendicularmente a un campo magnético generaba una diferencia de

potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador eléctrico, el disco de Faraday, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, induciendo una corriente eléctrica.24 El posterior desarrollo de generadores eléctricos y su empleo en la historia de la electricidad ha dado lugar a que el cobre haya obtenido una importancia destacada en la humanidad, que ha aumentado su demanda notablemente. Durante gran parte del siglo XIX, Gran Bretaña fue el mayor productor mundial de cobre, pero la importancia que fue adquiriendo el cobre motivó la explotación minera en otros países, llegando a destacarse la producción en Estados Unidos y Chile, además de la apertura de minas en África. De esta forma, en 1911 la producción mundial de cobre superó el millón de toneladas de cobre fino. La aparición de los procesos que permitían la producción masiva de acero a mediados del siglo XIX, como el convertidor Thomas-Bessemer o el horno Martin-Siemens dio lugar a que se sustituyera el uso del cobre y de sus aleaciones en algunas aplicaciones determinadas donde se requería un material más tenaz y resistente. Sin embargo, el desarrollo tecnológico que siguió a la Revolución industrial en todas las ramas de la actividad humana y los adelantos logrados en la metalurgia del cobre han permitido producir una amplia variedad de aleaciones. Esto ha dado lugar a que se incrementen los campos de aplicación del cobre, lo cual, añadido al desarrollo económico de varios países, ha conllevado un notable aumento de la demanda mundial. [editar] Estados Unidos Desde principios del siglo XIX existió producción de cobre en los Estados Unidos, primero en Míchigan y más tarde en Arizona. Se trataba de pequeñas minas que explotaban mineral de alta ley.25 El desarrollo del proceso de flotación, más eficaz, hacia finales del siglo XIX permitió poner en explotación grandes yacimientos de baja ley, principalmente en Arizona, Montana y Utah. En pocos años Estados Unidos se convirtió en el primer productor mundial de cobre.25

Producción de mineral de cobre entre 1900 y 2004. En 1916 las minas estadounidenses produjeron por vez primera más de un millón de toneladas de cobre, representando en torno a las tres cuartas partes de la producción mundial. La producción minera bajó fuertemente a partir de la crisis de 1929, no sólo por la reducción del consumo sino porque se disparó el reciclaje de metal. La demanda se recuperó a finales de los años 30, volviendo a superar las minas estadounidenses el millón de toneladas en 1940. Sin embargo, esta cifra ya representaba "solo" la mitad de

la producción mundial y no llegaba a cubrir la demanda interna, por lo que en 1941 el país se convirtió por primera vez en importador neto de cobre.26 Desde los años 1950 hasta la actualidad la producción de Estados Unidos ha oscilado entre uno y dos millones de toneladas anuales, lo cual representa una fracción cada vez menor del total mundial (27% en 1970, 17% en 1980, 8% en 2006). Mientras tanto, el consumo ha seguido creciendo continuamente y ello ha obligado a importar cantidades cada vez mayores de metal, superándose el millón de toneladas importadas por vez primera en 2001.26 [editar] Chile En 1810, año de su primera junta nacional, Chile producía unas 19.000 toneladas de cobre al año. A lo largo del siglo la cifra fue creciendo hasta convertir al país en el primer productor y exportador mundial. Sin embargo, a finales del siglo XIX comenzó un período de decadencia, debido por un lado al agotamiento de los yacimientos de alta ley y por otro al hecho de que la explotación del salitre acaparaba las inversiones mineras. En 1897 la producción había caído a 21.000 toneladas, casi lo mismo que en 1810.27 La situación cambió a comienzos del siglo XX, cuando grandes grupos mineros estadounidenses, dotados de avances tecnológicos que permitían la recuperación de cobre en yacimientos de baja concentración, iniciaron la explotación de los yacimientos chilenos.27

La producción chilena de cobre se ha multiplicado por cuatro en las dos últimas décadas, debido en gran parte a la apertura de minas de capital privado. El Estado chileno recibió pocos beneficios de la minería de cobre durante toda la primera mitad del siglo XX. La situación empezó a cambiar en 1951 con la firma del Convenio de Washington, que le permitió disponer de 20% de la producción. En 1966 el Congreso Nacional de Chile impuso la creación de Sociedades Mineras Mixtas con las empresas extranjeras en las cuales el Estado tendría 51% de la propiedad de los yacimientos. El proceso de "chilenización del cobre" culminó en julio de 1971, bajo el mandato de Salvador Allende, cuando el Congreso aprobó por unanimidad la nacionalización de la Gran Minería del Cobre.27 ...por exigirlo el interés nacional y en ejercicio del derecho soberano e inalienable del Estado de disponer libremente de sus riquezas y recursos naturales, se nacionalizan y declaran por tanto incorporadas al pleno y exclusivo dominio de la Nación las empresas extranjeras que constituyen la gran minería del cobre. Disposición transitoria agregada en 1971 al artículo 10 de la Constitución de Chile

En 1976, ya bajo el régimen militar, el Estado fundó la Corporación Nacional del Cobre de Chile (Codelco) para gestionar las grandes minas de cobre.27 La mina de Chuquicamata, en la cual se han encontrado evidencias de la extracción de cobre por culturas precolombinas,28 inició su construcción para la explotación industrial en 191029 y la explotación se inició el 18 de mayo de 1915.30 Chuquicamata es la explotación a cielo abierto de mayores dimensiones del mundo y fue varios años la mina de cobre de mayor producción del mundo.31 En el año 2002 se fusionaron las divisiones de Chuquicamata y Radomiro Tomic, creando el complejo minero Codelco Norte, que consta de dos minas a cielo abierto, Chuquicamata y Mina Sur. Aunque el yacimiento de Radomiro Tomic fue descubierto en los años 1950, sus operaciones comenzaron en 1995, una vez actualizados los estudios de viabilidad técnica y económica.29 En 1995 se inició la construcción de la mina de Minera Escondida, en la II Región de Antofagasta, y en 1998 se iniciaron las operaciones de extracción. Es la mina de mayor producción del mundo. La Huelga de la Minera Escondida en el 2006 paralizó la producción durante 25 días y alteró los precios mundiales del cobre.32 33 La producción de Minera Escondida alcanzó en 2007 las 1.483.934 t.34 Esta producción representa el 9.5% de la producción mundial y el 26% de la producción chilena de cobre, según estimaciones para 2007.35 En las últimas décadas Chile se ha consolidado como el principal productor de cobre, pasando de un 14% de la producción mundial en 1960 a un 36% en 2006.36

[editar] Isótopos Artículo principal: Anexo:Isótopos de Cobre

Configuración electrónica del átomo de cobre. En la naturaleza se encuentran dos isótopos estables: 63Cu y 65Cu. El más ligero de ellos es el más abundante (69,17%). Se han caracterizado hasta el momento 25 isótopos radiactivos de los cuales los más estables son el 67Cu, el 64Cu y el 61Cu con periodos de semidesintegración de 61,83 horas, 12,70 horas y 3,333 horas respectivamente. Los demás radioisótopos, con masas atómicas desde 54,966 uma (55Cu) a 78,955 uma (79Cu), tienen periodos de semidesintegración inferiores a 23,7 minutos y la mayoría no

alcanzan los 30 segundos. Los isótopos 68Cu y 70Cu presentan estados metaestables con un periodo de semidesintegración mayor al del estado fundamental. Los isótopos más ligeros que el 63Cu estable se desintegran principalmente por emisión beta positiva, originando isótopos de níquel, mientras que los más pesados que el isótopo 65Cu estable se desintegran por emisión beta negativa dando lugar a isótopos de cinc. El isótopo 64Cu se desintegra generando 64Zn, por captura electrónica y emisión beta positiva en un 69% y por desintegración beta negativa genera 64Ni en el 31% restante.37

[editar] Propiedades y características del cobre [editar] Propiedades físicas

Cubierta del Palacio de los Deportes de México D. F. construida en 1968 con cobre expuesto a la intemperie. El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación. La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58,1086 S/m.38 A este valor de conductividad se le asigna un índice 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.39

[editar] Propiedades mecánicas Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.2 ite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y

recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.

[editar] Características químicas

Techumbre de cobre con pátina de cardenillo en el ayuntamiento de Minneapolis (Minnesota). En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1. Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO).40 La coloración azul del Cu+2 se debe a la formación del ión [Cu (OH2)6]+2.41 Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de color verde y venenoso.42 También pueden formarse pátinas de cardenillo, una mezcla venenosa de acetatos de cobre de color verdoso o azulado que se forma cuando los óxidos de cobre reaccionan con ácido acético,43 que es el responsable del sabor del vinagre y se produce en procesos de fermentación acética. Al emplear utensilios de cobre para la cocción de alimentos, deben tomarse precauciones para evitar intoxicaciones por cardenillo que, a pesar de su mal sabor, puede ser enmascarado con salsas y condimentos y ser ingerido. Los halógenos atacan con facilidad al cobre, especialmente en presencia de humedad. En seco, el cloro y el bromo no producen efecto y el flúor sólo le ataca a temperaturas superiores a 500 °C.40 El cloruro cuproso y el cloruro cúprico, combinados con el oxígeno y en presencia de humedad producen ácido clorhídrico, ocasionando unas manchas de atacamita o paratacamita, de color verde pálido a azul verdoso, suaves y polvorientas que no se fijan sobre la superficie y producen más cloruros de cobre, iniciando de nuevo el ciclo de la erosión.44 Los ácidos oxácidos atacan al cobre, por lo cual se utilizan estos ácidos como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico). El ácido sulfúrico reacciona con el cobre formando un sulfuro, CuS (covelina) o Cu2S (calcocita) de color negro y agua. También pueden formarse sales de sulfato cúprico (antlerita) con colores de verde a azul verdoso.44 Estas sales son muy comunes en los ánodos de los acumuladores de plomo que se emplean en los automóviles.

Disco de cobre obtenido mediante un proceso de colada continua (99,95% de pureza) El ácido cítrico disuelve el óxido de cobre, por lo que se aplica para limpiar superficies de cobre, lustrando el metal y formando citrato de cobre. Si después de limpiar el cobre con ácido cítrico, se vuelve a utilizar el mismo paño para limpiar superficies de plomo, el plomo se bañará de una capa externa de citrato de cobre y citrato de plomo con un color rojizo y negro.

[editar] Propiedades biológicas Artículo principal: Biología del cobre

En las plantas, el cobre posee un importante papel en el proceso de la fotosíntesis y forma parte de la composición de la plastocianina. Alrededor del 70% del cobre de una planta está presente en la clorofila, principalmente en los cloroplastos. Los primeros síntomas en las plantas por deficiencia de cobre aparecen en forma de hojas estrechas y retorcidas, además de puntas blanquecinas. Las panículas y las vainas pueden aparecer vacías por una deficiencia severa de cobre, ocasionando graves pérdidas económicas en la actividad agrícola.45 El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es esencial para la vida humana. El cobre se encuentra en algunas enzimas como la citocromo c oxidasa, la lisil oxidasa y la superóxido dismutasa.7 El desequilibrio de cobre en el organismo cuando se produce en forma excesiva ocasiona una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson, el origen de esta enfermedad es hereditario, y aparte del trastorno hepático que ocasiona también daña al sistema nervioso. Se trata de una enfermedad poco común.8 Puede producirse deficiencia de cobre en niños con una dieta pobre en calcio, especialmente si presentan diarreas o desnutrición. También hay enfermedades que disminuyen la absorción de cobre, como la enfermedad celiaca, la fibrosis quística o al llevar dietas restrictivas.46 El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua

potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. [editar] Precauciones sanitarias del cobre A pesar de que el cobre es un oligoelemento necesario para la vida, unos niveles altos de este elemento en el organismo pueden ser dañinos para la salud. La inhalación de niveles altos de cobre puede producir irritación de las vías respiratorias. La ingestión de niveles altos de cobre puede producir náuseas, vómitos y diarrea. Un exceso de cobre en la sangre puede dañar el hígado y los riñones, e incluso causar la muerte.47 Ingerir por vía oral una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en los humanos. Para las actividades laborales en las que se elaboran y manipulan productos de cobre, es necesario utilizar medidas de protección colectiva que protejan a los trabajadores. El valor límite tolerado es de 0,2 mg/m³ para el humo y 1 mg/m³ para el polvo y la niebla. El cobre reacciona con oxidantes fuertes tales como cloratos, bromatos y yoduros, originando un peligro de explosión. Además puede ser necesario el uso de equipos de protección individual como guantes, gafas y mascarillas. Además, puede ser recomendable que los trabajadores se duchen y se cambien de ropa antes de volver a su casa cada día.47 La Organización Mundial de la Salud (OMS) en su Guía de la calidad del agua potable recomienda un nivel máximo de 2 mg/l.48 El mismo valor ha sido adoptado en la Unión Europea como valor límite de cobre en el agua potable, mientras que en Estados Unidos la Agencia de Protección Ambiental ha establecido un máximo de 1,3 mg/l.49 El agua con concentraciones de cobre superiores a 1 mg/l puede ensuciar la ropa al lavarla y presentar un sabor metálico desagradable.49 50 La Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades de Estados Unidos recomienda que, para disminuir los niveles de cobre en el agua potable que se conduce por tuberías de cobre, se deje correr el agua por lo menos 15 segundos antes de beberla o usarla por primera vez en la mañana.47 Las actividades mineras pueden provocar la contaminación de ríos y aguas subterráneas con cobre y otros metales durante su explotación así como una vez abandonada la minería en la zona. El color turquesa del agua y las rocas se debe a la acción que el cobre y otros metales desarrollan durante su explotación minera.51 52

[editar] Aleaciones y tipos de cobre Desde el punto de vista físico, el cobre puro posee muy bajo límite elástico (33 MPa) y una dureza escasa (3 en la escala de Mohs ó 50 en la escala de Vickers).2 En cambio, unido en aleación con otros elementos adquiere características mecánicas muy superiores, aunque disminuye su conductividad. Existe una amplia variedad de aleaciones de cobre, de cuyas composiciones dependen las características técnicas que se obtienen, por lo que se utilizan en multitud de objetos con aplicaciones técnicas muy diversas. El cobre se alea principalmente con los siguientes elementos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si, Cd, Cr y otros en menor cuantía.

Según los fines a los que se destinan en la industria, se clasifican en aleaciones para forja y en aleaciones para moldeo. Para identificarlas tienen las siguientes nomenclaturas generales según la norma ISO 1190-1:1982 o su equivalente UNE 37102:1984.53 Ambas normas utilizan el sistema UNS (del inglés Unified Numbering System).54

[editar] Latón (Cu-Zn) Artículo principal: Latón

Jarrón egipcio de latón, Museo del Louvre, París. El latón, también conocido como cuzin, es una aleación de cobre, cinc (Zn) y, en menor proporción, otros metales. Se obtiene mediante la fusión de sus componentes en un crisol o mediante la fusión y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales, el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad depende de su composición y generalmente ronda entre 8,4 g/cm3 y 8,7 g/cm3. Las características de los latones dependen de la proporción de elementos que intervengan en la aleación de tal forma que algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros exclusivamente en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de latones se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión. El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir. Es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es maleable, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía la temperatura y con la presencia, incluso en cantidades mínimas, de otros metales en su composición. Un pequeño aporte de plomo en la composición del latón mejora la maquinabilidad porque facilita la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene

un efecto lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite ralentizar el desgaste de la herramienta de corte. El latón ite pocos tratamientos térmicos y únicamente se realizan recocidos de homogeneización y recristalización. El latón tiene un color amarillo brillante, con parecido al oro, característica que es aprovechada en joyería, especialmente en bisutería, y en el galvanizado de elementos decorativos. Las aplicaciones de los latones abarcan otros campos muy diversos, como armamento, calderería, soldadura, fabricación de alambres, tubos de condensadores y terminales eléctricos. Como no es atacado por el agua salada, se usa también en las construcciones de barcos y en equipos pesqueros y marinos. El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característica convierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestos inflamables, cepillos de limpieza de metales y en pararrayos.

[editar] Bronce (Cu-Sn) Artículo principal: Bronce

Estatua de bronce. David desnudo. Las aleaciones en cuya composición predominan el cobre y el estaño (Sn) se conocen con el nombre de bronce y son conocidas desde la antigüedad. Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio.

El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22%. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son más difíciles de mecanizar y más caras. La tecnología metalúrgica de la fabricación de bronce es uno de los hitos más importantes de la historia de la humanidad pues dio origen a la llamada Edad de Bronce. El bronce fue la primera aleación fabricada voluntariamente por el ser humano: se realizaba mezclando el mineral de cobre (calcopirita, malaquita, etc.) y el de estaño (casiterita) en un horno alimentado con carbón vegetal. El anhídrido carbónico resultante de la combustión del carbón, reducía los minerales de cobre y estaño a metales. El cobre y el estaño que se fundían, se aleaban entre un 5 y un 10% en peso de estaño. El bronce se emplea especialmente en aleaciones conductoras del calor, en baterías eléctricas y en la fabricación de válvulas, tuberías y uniones de fontanería. Algunas aleaciones de bronce se usan en uniones deslizantes, como cojinetes y descansos, discos de fricción; y otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la corrosión como rodetes de turbinas o válvulas de bombas, entre otros elementos de máquinas. En algunas aplicaciones eléctricas es utilizado en resortes.

[editar] Alpaca (Cu-Ni-Zn) Artículo principal: Alpaca (aleación)

Hueveras de alpaca. Las alpacas o platas alemanas son aleaciones de cobre, níquel (Ni) y cinc (Zn), en una proporción de 50-70% de cobre, 13-25% de níquel, y 13-25% de cinc.55 Sus propiedades varían de forma continua en función de la proporción de estos elementos en su composición, pasando de máximos de dureza a mínimos de conductividad. Estas aleaciones tienen la propiedad de rechazar los organismos marinos (antifouling). Si a estas aleaciones de cobre-níquel-cinc se les añaden pequeñas cantidades de aluminio o hierro constituyen aleaciones que se caracterizan por su resistencia a la corrosión marina, por lo que se utilizan ampliamente en la construcción naval, principalmente en condensadores y tuberías, así como en la fabricación de monedas y de resistencias eléctricas.56 Las aleaciones de alpaca tienen una buena resistencia a la corrosión y buenas cualidades mecánicas. Su aplicación se abarca materiales de telecomunicaciones, instrumentos y rios de fontanería y electricidad, como grifos, abrazaderas, muelles, conectores. También se emplea en la construcción y ferretería, para elementos decorativos y en las industrias químicas y alimentarias, además de materiales de vajillas y orfebrería.57

El monel es una aleación que se obtiene directamente de minerales canadienses y tiene una composición de Cu=28-30%, Ni=66-67%, Fe=3-3,5%. Este material tiene gran resistencia a los agentes corrosivos y a las altas temperaturas.58 Otro tipo de alpaca es el llamado platinoide, aleación de color blanco compuesta de 60% de cobre,14% de níquel, 24% de cinc y de 1-2% de wolframio.59

[editar] Otras aleaciones Otras aleaciones de cobre con aplicaciones técnicas son las siguientes: 

Cobre-cio (Cu-Cd): son aleaciones de cobre con un pequeño porcentaje de cio y tienen con mayor resistencia que el cobre puro. Se utilizan en líneas eléctricas aéreas sometidas a fuertes solicitaciones mecánicas como catenarias y cables de o para tranvías.



Cobre-cromo (Cu-Cr) y Cobre-cromo-circonio (Cu-Cr-Zr): tienen una alta conductividad eléctrica y térmica. Se utilizan en electrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, ores de potencia, equipos siderúrgicos y resortes conductores.



Cobre-hierro-fósforo (Cu-Fe-P). Para la fabricación de elementos que requieran una buena conductividad eléctrica y buenas propiedades térmicas y mecánicas se añaden al cobre partículas de hierro y fósforo. Estas aleaciones se utilizan en circuitos integrados porque tienen una buena conductividad eléctrica, buenas propiedades mecánicas y tienen una alta resistencia a la temperatura.60



Cobre-aluminio (Cu-Al): también conocidas como bronces al aluminio y duraluminio, contienen al menos un 10% de aluminio. Estas aleaciones son muy parecidas al oro y muy apreciadas para trabajos artísticos. Tienen buenas propiedades mecánicas y una elevada resistencia a la corrosión. Se utilizan también para los trenes de aterrizaje de los aviones , en ciertas construcciones mecánicas.61



Cobre-berilio (Cu-Be): es una aleación constituida esencialmente por cobre. Esta aleación tiene importantes propiedades mecánicas y gran resistencia a la corrosión. Se utiliza para fabricar muelles, moldes para plásticos, electrodos para soldar por resistencia y herramientas antideflagrantes.62



Cobre-plata (Cu-Ag) o cobre a la plata: es una aleación débil por su alto contenido de cobre, que se caracteriza por una alta dureza que le permite soportar temperaturas de hasta 226 °C, manteniendo la conductividad eléctrica del cobre.63



Constantán (Cu55Ni45): es una aleación formada por un 55% de cobre y un 45% de níquel. Se caracteriza por tener un una resistividad eléctrica de 4,9•10−7 Ω•m casi constante en un amplio rango de temperaturas, con un coeficiente de temperatura de 10−5 K−1. Se emplea en la fabricación de termopares, galgas extensiométricas y monedas.



Manganina (Cu86Mn12Ni2): es otra aleación con un muy bajo coeficiente de temperatura y se utiliza en galgas extensiométricas y resistores de alta estabilidad. Además, su potencial termoeléctrico de o con el cobre por efecto Seebeck es muy pequeño (+0,6 mV/100 K). Su resistividad eléctrica es de unos 4,9•10−7 Ω•m y su coeficiente de temperatura es de 10−8 K−1.64

Algunas aleaciones de cobre tienen pequeños porcentajes de azufre y de plomo que mejoran la maquinabilidad de la aleación. Tanto el plomo como el azufre tienen muy baja solubilidad en el cobre, separándose respectivamente como plomo (Pb) y como sulfuro cuproso (Cu2S) en los bordes de grano y facilitando la rotura de las virutas en los procesos de mecanizado, mejorando la maquinabilidad de la aleación.60

[editar] Procesos industriales del cobre [editar] Minería del cobre

Mina a cielo abierto en Bingham, Illinois (EE. UU.).

Mina de cobre Chuquicamata, Chile. El cobre nativo suele acompañar a sus minerales en bolsas que afloran a la superficie explotándose en minas a cielo abierto. El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80%) y de minerales oxidados (20%), los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia.65 Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita), junto a cobre nativo en pequeñas cantidades, lo que

explica su elaboración milenaria ya que el metal podía extraerse fácilmente en hornos de fosa. A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros) primarias calcosina (Cu2S) y covellina (CuS) y finalmente las secundarias calcopirita (FeCuS2) cuya explotación es más rentable que la de las anteriores. Acompañando a estos minerales se encuentran otros como la bornita (Cu5FeS4), los cobres grises y los carbonatos azurita y malaquita que suelen formar masas importantes en las minas de cobre por ser la forma en la que usualmente se alteran los sulfuros. La tecnología de obtención del cobre está muy bien desarrollada aunque es laboriosa debido a la pobreza de la ley de los minerales. Los yacimientos de cobre contienen generalmente concentraciones muy bajas del metal. Ésta es la causa de que muchas de las distintas fases de producción tengan por objeto la eliminación de impurezas.66 Véanse también: Categoría:Empresas de minería de cobre y Categoría:Minas de cobre

[editar] Metalurgia del cobre

Mineral de cobre.

Cátodo de cobre. Artículo principal: Industria del cobre

La metalurgia del cobre depende de que el mineral se presente en forma de sulfuros o de óxidos (cuproso u cúprico). Para los sulfuros se utiliza para producir cátodos la vía llamada pirometalurgia, que consiste en el siguiente proceso: Conminución del mineral -> Concentración (flotación) -> fundición en horno -> paso a convertidores -> afino -> moldeo de ánodos ->

electrorefinación -> cátodo. El proceso de refinado produce unos cátodos con un contenido del 99,9% de cobre. Los cátodos son unas planchas de un metro cuadrado y un peso de 55 kg. Otros componentes que se obtienen de este proceso son hierro (Fe) y azufre (S), además de muy pequeñas cantidades de plata (Ag) y oro (Au). Como impurezas del proceso se extraen también plomo (Pb), arsénico (As) y mercurio (Hg). Como regla general una instalación metalúrgica de cobre que produzca 300.000 t/año de ánodos, consume 1.000.000 t/año de concentrado de cobre y como subproductos produce 900.000 t/año de ácido sulfúrico y 300.000 t/año de escorias.67 Cuando se trata de aprovechar los residuos minerales, la pequeña concentración de cobre que hay en ellos se encuentra en forma de óxidos y sulfuros, y para recuperar ese cobre se emplea la tecnología llamada hidrometalurgia, más conocida por su nomenclatura anglosajona Sx-Ew. El proceso que sigue esta técnica es el siguiente: Mineral de cobre-> lixiviación-> extracción-> electrólisis-> cátodo Esta tecnología se utiliza muy poco porque la casi totalidad de concentrados de cobre se encuentra formando sulfuros, siendo la producción mundial estimada de recuperación de residuos en torno al 15% de la totalidad de cobre producido.67 68

[editar] Tratamientos térmicos del cobre

Tubería de cobre recocido. El cobre y sus aleaciones permiten determinados tratamientos térmicos para fines muy determinados siendo los más usuales los de recocido, refinado y temple. El cobre duro recocido se presenta muy bien para operaciones en frío como son: doblado, estampado y embutido. El recocido se produce calentando el cobre o el latón a una temperatura adecuado en un horno eléctrico de atmósfera controlada, y luego se deja enfriar al aire. Hay que procurar no superar la temperatura de recocido porque entonces se quema el cobre y se torna quebradizo y queda inutilizado. El refinado es un proceso controlado de oxidación seguida de una reducción. El objetivo de la oxidación es eliminar las impurezas contenidas en el cobre, volatilizándolas o reduciéndolas a escorias. A continuación la reducción es mejorar la ductilidad y la maleabilidad del material.69

Los tratamientos térmicos que se realizan a los latones son principalmente recocidos de homogeneización, recristalización y estabilización. Los latones con más del 35% de Zn pueden templarse para hacerlos más blandos. Los bronces habitualmente se someten a tratamientos de recocidos de homogeneización para las aleaciones de moldeo; y recocidos contra acritud y de recristalización para las aleaciones de forja. El temple de los bronces de dos elementos constituyentes es análogo al templado del acero: se calienta a unos 600 °C y se enfría rápidamente. Con esto se consigue disminuir la dureza del material, al contrario de lo que sucede al templar acero y algunos bronces con más de dos componentes.70

Carbono Carbono Boro ← Carbono → Nitrógeno C

6

C

Si Tabla completa • Tabla extendida Nombre, símbolo, número Serie química Grupo, período, bloque Densidad Dureza Mohs

Información general Carbono, C, 6 No metal 14, 2, p 2267 kg/m3 1-2 (grafito) 10 (diamante) Negro (grafito) Incoloro (diamante)

Apariencia

N° CAS

7440-44-0

N° EINECS

231-153-3

Propiedades atómicas Masa atómica 12,0107(8) u Radio medio 70 pm Radio atómico (calc) 67 pm (Radio de Bohr) Radio covalente 77 pm Radio de van der Waals 170 pm Configuración electrónica [He]2s22p2 Electrones por nivel de energía 2, 4 Estado(s) de oxidación 4, 2 Óxido Ácido débil Estructura cristalina hexagonal Estado ordinario Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Velocidad del sonido

Propiedades físicas Sólido (no magnético) Diamante: 3823 K Grafito: 3800 K Grafito: 5100 K Grafito; sublima: 711 kJ/mol Grafito; sublima: 105 kJ/mol Diamante: 18.350 m/s a 293.15 K (20 °C) Varios

Electronegatividad (Pauling) Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización 2.ª Energía de ionización 3.ª Energía de ionización 4.ª Energía de ionización 5.ª Energía de ionización 6.ª Energía de ionización

2,55 710 J/(K·kg) 61×103 S/m 129 W/(K·m) 1086,5 kJ/mol 2352,6 kJ/mol 4620,5 kJ/mol 6222,7 kJ/mol 37 831,1 kJ/mol 47 277,0 kJ/mol

Isótopos más estables iso 12

C C 14 C 13

AN 98,9 % 1,1 % trazas

Ed MeV Estable con 6 neutrones Estable con 7 neutrones 5730 años β– 0,156 Periodo

MD


PD

14

N

El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica; se conocen cerca de 16 millones de compuestos de carbono, aumentando este número en unos 500.000 compuestos por año, y forma parte de todos los seres vivos conocidos. Forma el 0,2 % de la corteza terrestre.

Contenido [ocultar]           

1 Características 2 Estados alotrópicos 3 Aplicaciones 4 Historia 5 Abundancia y obtención 6 Compuestos inorgánicos 7 Isótopos 8 Precauciones 9 Referencias 10 Véase también 11 Enlaces externos

[editar] Características El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante) y, desde el punto de vista económico, uno de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así, con el oxígeno forma el óxido de carbono (IV), vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.1

[editar] Estados alotrópicos Artículo principal: Alótropos del carbono

Cristales de fulerenos Se conocen cinco formas alotrópicas del carbono, además del amorfo: grafito, diamante, fulerenos, nanotubos y carbinos.2 Una de las formas en que se encuentra el carbono es el grafito, que es el material del cual está hecha la parte interior de los lápices de madera. El grafito tiene exactamente los mismos átomos del diamante, pero por estar dispuestos en diferente forma, su textura, fuerza y color son diferentes. Los diamantes naturales se forman en lugares donde el carbono ha sido sometido a grandes presiones y altas temperaturas. Los diamantes se pueden crear artificialmente, sometiendo el grafito a temperaturas y presiones muy altas. Su precio es menor al de los diamantes naturales, pero si se han elaborado adecuadamente tienen la misma fuerza, color y transparencia. El 22 de marzo de 2004 se anunció el descubrimiento de una sexta forma alotrópica: las nanoespumas.3 La forma amorfa es esencialmente grafito, pero no llega a adoptar una estructura cristalina macroscópica. Esta es la forma presente en la mayoría de los carbones y en el hollín.

Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp.

Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp2.

A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada átomo está unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; este estado se puede describir como 3 electrones de valencia en orbitales híbridos planos sp2 y el cuarto en el orbital p. Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica) tienen propiedades físicas idénticas. Los grafitos naturales contienen más del 30% de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene únicamente la forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecánicos, y ésta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 °C. Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos de electroerosión. El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por átomos intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras, lo que le da utilidad como lubricante.

Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp3. A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante, en el cual cada átomo está unido a otros cuatro átomos de carbono, encontrándose los 4 electrones en orbitales sp3, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la misma estructura cúbica que el silicio y el germanio y, gracias a la resistencia del enlace químico carbono-carbono, es, junto con el nitruro de boro, la sustancia más dura conocida. La transición a grafito a temperatura ambiente es tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono cristaliza como lonsdaleíta, una forma similar al diamante pero hexagonal. El orbital híbrido sp1 que forma enlaces covalentes sólo es de interés en química, manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.

Fulereno C60.

Los fulerenos tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y en ciertos casos, heptágonos), lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de forma esférica, elipsoidal o cilíndrica. El constituido por 60 átomos de carbono, que presenta una estructura tridimensional y geometría similar a un balón de fútbol, es especialmente estable. Los fulerenos en general, y los derivados del C60 en particular, son objeto de intensa investigación en química desde su descubrimiento a mediados de los 1980. A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, que pueden describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica y rematadas en sus extremos por hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros productos industriales de la nanotecnología.

[editar] Aplicaciones El principal uso industrial del carbono es como componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, por destilación en las refinerías, gasolinas, keroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en la obtención de plásticos. El segundo se está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia. Otros usos son:  

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El isótopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación radiométrica. El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están distribuidos en capas paralelas muy separadas entre sí. Se forma a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil de creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química: carbono. El diamante Es transparente y muy duro. En su formación, cada átomo de carbono está unido de forma compacta a otros cuatro átomos. Se originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra. Se emplea para la construcción de joyas y como material de corte aprovechando su dureza. Como elemento de aleación principal de los aceros. En varillas de protección de reactores nucleares. Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia. El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua. El carbón amorfo ("hollín") se añade a la goma para mejorar sus propiedades mecánicas. Además se emplea en la formación de electrodos (p. ej. de las baterías). Obtenido por sublimación del grafito, es fuente de los fulerenos que pueden ser extraídos con disolventes orgánicos. La fibra de carbono (obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) se añade a resinas de poliéster, donde mejoran mucho la resistencia mecánica sin aumentar el peso, obteniéndose los materiales denominados fibras de carbono. Las propiedades químicas y estructurales de los fulerenos, en la forma de nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.

[editar] Historia El carbón (del latín carbo -ōnis, "carbón") fue descubierto en la prehistoria y ya era conocido en la antigüedad en la que se manufacturaba mediante la combustión incompleta de materiales orgánicos. Los últimos alótropos conocidos, los fullerenos (C60), fueron descubiertos como subproducto en experimentos realizados con gases moleculares en la década de los 80. Newton, en 1704, intuyó que el diamante podía ser combustible, pero no se consiguió quemar un diamante hasta 1772 en que Lavoisier demostró que en la reacción de combustión se producía CO2. Tennant demostró que el diamante era carbono puro en 1797. El isótopo más común del carbono es el 12C; en 1961 este isótopo se eligió para reemplazar al isótopo oxígeno-16 como base de los pesos atómicos, y se le asignó un peso atómico de 12. Los primeros compuestos de carbono se identificaron en la materia viva a principios del siglo XIX, y por ello el estudio de los compuestos de carbono se llamó química orgánica.

[editar] Abundancia y obtención El carbono no se creó durante el Big Bang porque hubiera necesitado la triple colisión de partículas alfa (núcleos atómicos de helio) y el Universo se expandió y enfrió demasiado rápido para que la probabilidad de que ello aconteciera fuera significativa. Donde sí ocurre este proceso es en el interior de las estrellas (en la fase RH (Rama horizontal)) donde este elemento es abundante, encontrándose además en otros cuerpos celestes como los cometas y en las atmósferas de los planetas. Algunos meteoritos contiene diamantes microscópicos que se formaron cuando el Sistema Solar era aún un disco protoplanetario. En combinaciones con otros elementos, el carbono se encuentra en la atmósfera terrestre y disuelto en el agua, y acompañado de menores cantidades de calcio, magnesio y hierro forma enormes masas rocosas (caliza, dolomita, mármol, etc). El grafito se encuentra en grandes cantidades en Estados Unidos, Rusia, México, Groenlandia y la India. Los diamantes naturales se encuentran asociados a rocas volcánicas (kimberlita y lamproita). Los mayores depósitos de diamantes se encuentran en el África (Sudáfrica, Namibia, Botsuana, República del Congo y Sierra Leona).[cita requerida] Existen además depósitos importantes en Canadá, Rusia, Brasil y Australia.[cita requerida]

[editar] Compuestos inorgánicos El más importante óxido de carbono es el dióxido de carbono (CO2), un componente minoritario de la atmósfera terrestre (del orden del 0,04% en peso) producido y usado por los seres vivos (ver ciclo del carbono). En el agua forma trazas de ácido carbónico (H2CO3) —las burbujas de muchos refrescos— pero, al igual que otros compuestos

similares, es inestable, aunque a través de él pueden producirse iones carbonato estables por resonancia. Algunos minerales importantes, como la calcita, son carbonatos. Los otros óxidos son el monóxido de carbono (CO) y el más raro subóxido de carbono (C3O2). El monóxido se forma durante la combustión incompleta de materias orgánicas y es incoloro e inodoro. Dado que la molécula de CO contiene un enlace triple, es muy polar, por lo que manifiesta una acusada tendencia a unirse a la hemoglobina, formando un nuevo compuesto muy peligroso denominado Carboxihemoglobina, impidiéndoselo al oxígeno, por lo que se dice que es un asfixiante de sustitución. El ion cianuro (CN−), tiene una estructura similar y se comporta como los iones haluro. Con metales, el carbono forma tanto carburos como acetiluros, ambos muy ácidos. A pesar de tener una electronegatividad alta, el carbono puede formar carburos covalentes como es el caso de carburo de silicio (SiC) cuyas propiedades se asemejan a las del diamante. Véase también: Química orgánica

[editar] Isótopos Artículo principal: Isótopos del carbono

En 1961 la IUPAC adoptó el isótopo 12C como la base para la masa atómica de los elementos químicos. El carbono-14 es un radioisótopo con un periodo de semidesintegración de 5730 años que se emplea de forma extensiva en la datación de especímenes orgánicos. Los isótopos naturales y estables del carbono son el 12C (98,89%) y el 13C (1,11%). Las proporciones de estos isótopos en un ser vivo se expresan en variación (±‰) respecto de la referencia VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite, fósiles cretácicos de belemnites, en Carolina del Sur). El δC-13 del CO2 de la atmósfera terrestre es −7‰. El carbono fijado por fotosíntesis en los tejidos de las plantas es significativamente más pobre en 13C que el CO2 de la atmósfera. La mayoría de las plantas presentan valores de δC-13 entre −24 y −34‰. Otras plantas acuáticas, de desierto, de marismas saladas y hierbas tropicales, presentan valores de δC-13 entre −6 y −19‰ debido a diferencias en la reacción de fotosíntesis. Un tercer grupo intermedio constituido por las algas y líquenes presentan valores entre −12 y −23‰. El estudio comparativo de los valores de δC-13 en plantas y organismos puede proporcionar información valiosa relativa a la cadena alimenticia de los seres vivos.

[editar] Precauciones Los compuestos de carbono tienen un amplio rango de toxicidad. El monóxido de carbono, presente en los gases de escape de los motores de combustión y el cianuro (CN) son extremadamente tóxicos para los mamíferos, entre ellos las personas. Los gases orgánicos eteno, etino y metano son explosivos e inflamables en presencia de aire. Por el contrario, muchos otros compuestos no son tóxicos sino esenciales para la vida.

Mercurio (elemento) Para otros usos de este término, véase Mercurio. Oro - Mercurio - Talio Cd Hg Cn

Tabla completa

General Nombre, símbolo, número

Mercurio, Hg, 80

Serie química

Metal de transición

Grupo, periodo, bloque

12, 6 , d

Densidad, dureza Mohs

13579,04 kg/m3, 1,5 Blanco plateado

Apariencia

Masa atómica

Propiedades atómicas 200,59 u

Radio medio†

150 pm

Radio atómico calculado

171 pm

Radio covalente

149 pm

Radio de Van der Waals

155 pm

Configuración electrónica

[Xe]4f14 5d10 6s2

Estados de oxidación (Óxido)

2, 1 (levemente básico)

Estructura cristalina

Romboédrica Propiedades físicas

Estado de la materia

Líquido

Punto de fusión

234,32 °K (-38,68 °C)

Punto de ebullición

629,88 °K (356,88 °C)

Entalpía de vaporización

59,229 kJ/mol

Entalpía de fusión

2,295 kJ/mol

Presión de vapor

0,0002 Pa a 234 °K

Velocidad del sonido

1407 m/s a 293,15 °K Información diversa

Electronegatividad

2,00 (Pauling)

Calor específico

140 J/(kg·K)

Conductividad eléctrica

1,04 × 106 m-1·Ω-1

Conductividad térmica

8,34 W/(m·K)

er


1007,1 kJ/mol


1810 kJ/mol

er


3300 kJ/mol

Isótopos más estables iso. AN Periodo de semidesintegración MD ED MeV PD 194 Hg Sintético 444 a ε 0,040 Au

194 196

Hg 0,15%

197

Hg Sintético 64,14 h

198

Hg 9,97%

199

Hg 16,87% Hg es estable con 119 neutrones

200

Hg 23,1%

201

Hg 13,18% Hg es estable con 121 neutrones

202

Hg 29,86% Hg es estable con 122 neutrones Hg 6,87% Hg es estable con 124 neutrones

204

Hg es estable con 116 neutrones ε

0,600

197

Au

Hg es estable con 118 neutrones Hg es estable con 120 neutrones

Valores en el SI y en condiciones normales (0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. † Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

El mercurio o azogue o ☿ es un elemento químico de número atómico 80. Su nombre y símbolo (Hg) procede de hidrargirio, término hoy ya en desuso, que a su vez procede del latín hidrargirium y de hydrargyrus, que a su vez proviene del griego hydrargyros (hydros = agua y argyros = plata).

Contenido [ocultar]   

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1 Características 2 Aplicaciones 3 Precauciones o 3.1 Transporte o 3.2 Manchas o 3.3 Etiquetado 4 Efectos en el organismo o 4.1 La exposición ocupacional o 4.2 Daños al feto o 4.3 Pescado 5 Extracción

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6 Compuestos 7 Complejos 8 Referencias 9 Bibliografía 10 Enlaces externos

[editar] Características Es un metal pesado plateado que a temperatura ambiente es un líquido inodoro. No es buen conductor del calor comparado con otros metales, aunque es buen conductor de la electricidad. Se alea fácilmente con muchos otros metales como el oro o la plata produciendo amalgamas, pero no con el hierro. Es insoluble en agua y soluble en ácido nítrico. Cuando aumenta su temperatura-por encima del los 40 °C - produce vapores tóxicos y corrosivos, más pesados que el aire. Es dañino por inhalación, ingestión y o: se trata de un producto muy irritante para la piel, ojos y vías respiratorias. Es incompatible con el ácido nítrico concentrado, el acetileno, el amoníaco, el cloro y los metales. El mercurio es un elemento anómalo en varias de sus propiedades. Es un metal noble, ya que su potencial redox Hg2+/Hg es positivo (+0,85 V), frente al negativo de Cd (0,40 V), su vecino inmediato de grupo. Es un metal singular con algo de parecido al cio, pero es más semejante al oro y al talio. Es el único metal de transición líquido con una densidad tan elevada, 13,53 g/cm3; una columna de 76 cm define una atmósfera, mientras que con agua necesitamos 10m de altura. Su estado líquido en condiciones estándar nos indica que su enlace metálico es débil y se justifica por la poca participación de los electrones 6s2 a la delocalización electrónica en el sistema metálico (efectos relativistas). Tiene la primera energía de ionización más alta de todos los metales por la misma razón anterior. Además el Hg2+ tiene muy baja entalpía de hidratación comparada con la del Zn2+ y Cd2+, con preferencia por la coordinación dos en los complejos de Hg (II), como el Au (I) isoelectrónico. Esto trae como consecuencia que los potenciales redox de aquellos sean negativos y el del mercurio sea noble (positivo). La poca reactividad del mercurio en procesos oxidativos hay que razonarla por los efectos relativistas sobre los electrones 6s2 muy contraídos hacia el núcleo y por la fortaleza de su estructura electrónica de pseudogas noble. También es el único elemento del grupo que presenta el estado +I, en forma de especie dinuclear Hg22+, aunque la tendencia general a estabilizar los estados de oxidación bajos sea la contraria en los grupos de transición: formación de compuestos de Hg (I) con pares clusters HgHg. Esta rica covalencia también la podemos ver en compuestos de Hg (II), donde tenemos muchos compuestos de Hg (II) que son volátiles como el HgCl2, sólido molecular con entidades Cl-Hg-Cl en sólido, vapor e incluso en disolución acuosa. Podemos destacar también la resistencia de amidas, imidas y organometálicos de mercurio a la hidrólisis y al oxígeno del ambiente, lo que nos indica gran fortaleza HgC. También el S y el P son átomos dadores adecuados: ligandos blandos efectivos para ácidos blandos como el Hg en estados de oxidación cero, I y II. El mercurio en su estado más conocido es bivalente, esto es, se asocia con sólo dos átomos, sin embargo en el 2007 se ha descubierto que a bajísimas temperaturas, del orden de -260 °C (esto es la temperatura media del espacio), existe en estado

tetravalente pudiendo asociarse con cuatro átomos de flúor y obteniendo de tal modo un grado de oxidación adicional, a esta forma se la denomina tetrafluoruro de mercurio (HgF4); la estructura es plano cuadrada, la de mayor estabilidad para un d8. Este comportamiento es de esperar, ya que el mercurio tiene mayor expansión relativista de sus orbitales 5d en relación a sus homólogos del grupo 12, con lo que frente al fluor, el elemento más oxidante de la tabla periódica, puede en condiciones extremas generar enlaces covalentes. La posibilidad de sintetizar este fluoruro de mercurio, HgF4,fue predicha teóricamente en el 1994 de acuerdo a modelos antes indicados. Por la misma razón podemos considerar la posibilidad del estado de oxidación III para este metal, y efectivamente se ha aislado una especie compleja, en un medio especial y por oxidación electroquímica, donde tenemos el catión complejo,[Hg cyclam]3+; el cyclam es un ligando quelato que estabiliza al mercurio en este estado de oxidación raro (1,4,8,11Tetraazaciclotetradecane= cyclam). Con todo esto, debemos concluir que el mercurio debe ser rescatado y ser incluido como metal de transición, ya que genera especies en donde participan sus orbitales de internos..

[editar] Aplicaciones Su uso más antiguo fue en alquimia para ser ingerido: el primer emperador chino, por superstición e ignorancia, lo usaba como medicina pero eso solo deterioró su salud física y mental en lugar de mejorarla. Se creía tal cosa porque es una sustancia liquida pero a la vez metálica (como hierro fundido) de impactante composición, de ahí sus atribuciones mágicas. Es una sustancia que no contiene ninguna parte mística como se creía antaño, sino que contiene -por el contrario- propiedades venenosas y destructivas no creadoras de buena salud en ningún aspecto. Hoy se ocupa en confección de espejos. Se utiliza también en instrumentos de medición principalmente termómetros (aunque cada vez es más frecuente el uso del galinstano) y tensiómetros, enchufes, rectificadores eléctricos, interruptores, lámparas fluorescentes y como catalizador. Como ornamento en pequeñas ampolletas. Otro uso del mercurio es en la denominada lámpara de vapor de mercurio como fuente de luz ultravioleta o esterilizador de agua, así como la iluminación de calles y autopistas. El vapor de mercurio se utiliza también en los motores de turbinas, reemplazando al vapor de agua de las calderas. Otro uso del mercurio se dirige a la industria de explosivos, y también ha sido notable su uso por los dentistas como compuesto principal en los empastes de muelas, pero que ha sido sustituido hace poco tiempo (en los países más desarrollados), por el bismuto de propiedades semejantes, ligeramente menos tóxico. También ha tenido usos en medicina a través de mercoquinol (oxiquinolinsulfonato de mercurio) y del hidrargirol (parafeniltoniato o parafenolsulfonato de mercurio), este último como antiséptico, al igual que otro muchos como el hidrargol, el hidrargiroseptol, el yoduro mercúrico, el cloroyoduro mercúrico, el mercuriol, etc.

[editar] Precauciones

[editar] Transporte Se transporta en estado líquido, código europeo del A.D.R.: 8,66,c. Los contenedores deben cerrarse herméticamente. Se pueden emplear contenedores de acero, acero inoxidable, hierro, plásticos, vidrio, porcelana. Deben evitarse los contenedores de plomo, aluminio, cobre, estaño y zinc. Almacenar en áreas frías, secas, bien ventiladas, alejadas de la radiación solar y de fuentes de calor y/o ignición. Pues a temperatura mayor a 40 °C produce vapor.Debe estar alejado de ácido nítrico concentrado, acetileno, amoníaco y cloro. Debe almacenarse en recipientes irrompibles de materiales resistentes a la corrosión y que sean compatibles.

[editar] Manchas Dado que el mercurio debe ser almacenado a una temperatura que no sobrepase los 40 °C pues es vaporizable, es posible sacar una mancha de alguna joya colocándola en la llama de un mechero y después pulir. Si la mancha es muy grande puede introducirse la joya en ácido nítrico concentrado o ácido sulfurico concentrado (la joya debe ser de oro o platino de lo contrario se disolverá). Los ácidos reaccionan con el mercurio (precaución estas reacciones son exotérmicas y liberan vapores tóxicos).

[editar] Etiquetado De acuerdo a la legislación de la Unión Europea en el etiquetado deben incorporarse las frases R: R 23 ("Tóxico por inhalación") y R 33 ("Peligro de efectos acumulativos"). También deben incorporarse las frases S: S 1/2 ("Consérvese bajo llave y manténgase fuera del alcance de los niños"), S 7 ("Manténgase el recipiente bien cerrado") y S 45 ("En caso de accidente o malestar, acuda inmediatamente al médico (si es posible, muéstrele la etiqueta)").

[editar] Efectos en el organismo El sistema nervioso es muy sensible a todas las formas de mercurio. El metilmercurio y los vapores de mercurio metálico son más nocivos que otras formas, ya que más mercurio en estas formas llega al cerebro. La exposición a altos niveles de mercurio metálico, inorgánico, u orgánico puede dañar permanentemente el cerebro, los riñones y al feto en desarrollo. Efectos sobre el funcionamiento del cerebro puede manifestarse como irritabilidad, timidez, temblores, cambios en los problemas de visión o audición, y la memoria. La exposición a corto plazo a altos niveles de vapores de mercurio metálico puede causar efectos que incluyen daño a los pulmones, náuseas, vómitos, diarrea, aumento de la presión arterial o del ritmo cardíaco, erupciones en la piel, e irritación ocular. Ya que el mercurio y la mayor parte de sus compuestos son extremadamente tóxicos y son generalmente manejados con cuidado;. En casos de derrames de participación de mercurio (como el de algunos termómetros o tubos fluorescentes) los procedimientos específicos de limpieza se utilizan para evitar la exposición a sustancias tóxicas En esencia, se recomienda combinar físicamente más pequeñas gotas sobre superficies

duras, combinándolos en un solo grupo más grande para facilitar la extracción mediante el uso de un gotero, o empujando en un recipiente desechable. Las aspiradoras y escobas no debe ser utilizado debido a que causan una mayor dispersión del mercurio. Posteriormente, el polvo de azufre, polvo de zinc, o algún otro elemento que forma fácilmente una amalgama (aleación) con mercurio (por ejemplo, finamente dividido Cu o Bi) a temperaturas ordinarias se rocía sobre el área y posteriormente recogidos y eliminados correctamente. Limpieza de superficies porosas y prendas de vestir no es eficaz para eliminar todos los rastros de mercurio y lo que es aconsejable para descartar este tipo de elementos que deben estar expuestos a un derrame de mercurio. El mercurio puede ser inhalado y absorbido a través de la piel y las mucosas, por lo que los contenedores de mercurio estén bien sellados para evitar derrames y evaporación. El calentamiento de mercurio, o compuestos de mercurio que puede descomponerse cuando se calienta, se realiza siempre con una ventilación adecuada para evitar la exposición a vapores de mercurio. Las formas más tóxicas de mercurio son sus compuestos orgánicos, tales como dimetilmercurio y el metilmercurio. Sin embargo, los compuestos inorgánicos, como el cinabrio son también altamente tóxico por ingestión o inhalación del polvo. El mercurio puede causar tanto la intoxicación aguda y crónica.

[editar] La exposición ocupacional Debido a los efectos de salud de la exposición al mercurio, los usos industriales y comerciales se rigen en muchos países. La Organización Mundial de la Salud, OSHA y NIOSH todo el mercurio tratar como un riesgo laboral, y han establecido límites específicos de exposición ocupacional. emisiones al medio ambiente y eliminación de mercurio están regulados en los EE.UU. principalmente por los Estados Unidos Agencia de Protección Ambiental. Estudios de casos y controles han mostrado efectos tales como temblores, deterioro de las habilidades cognitivas y trastornos del sueño en trabajadores con exposición crónica a vapores de mercurio, incluso a bajas concentraciones en el rango de 0.7 hasta 42 μg/m3. Un estudio ha demostrado que la exposición aguda (4-8 horas) para calcular los niveles de mercurio elemental de 1,1 a 44 mg / m 3 como resultado dolor en el pecho, disnea, tos, hemoptisis, alteración de la función pulmonar y síntomas de neumonitis intersticial La exposición aguda al vapor de mercurio. Se ha demostrado para dar lugar a profundos efectos del sistema nervioso central, incluyendo reacciones psicóticas se caracteriza por el delirio, alucinaciones y tendencias suicidas. La exposición ocupacional ha dado lugar a trastornos funcionales de amplio alcance, incluyendo eretismo, irritabilidad, nerviosismo, timidez excesiva, y el insomnio. Con la exposición permanente, un temblor fino desarrolla y puede escalar a violentos espasmos musculares. Temblor consiste en primer lugar las manos y luego se extiende a los párpados, los labios y la lengua. A largo plazo, la exposición de bajo nivel se ha asociado con síntomas más sutiles de eretismo, incluyendo la fatiga, irritabilidad, pérdida de memoria, sueños vívidos, y la depresión. Tratamiento La investigación sobre el tratamiento de la intoxicación por mercurio es limitado. Actualmente los fármacos disponibles para el envenenamiento mercurial aguda incluyen quelantes de N-acetil-D, L-penicilamina (NAP), British Anti-Lewisita (BAL), el ácido

2,3-dimercapto-1-propanosulfónico (DMPS) y el ácido dimercaptosuccínico (DMSA) . En un estudio pequeño, entre ellos 11 trabajadores de la construcción expuestos a mercurio elemental, los pacientes fueron tratados con DMSA y del PAN. La terapia de quelación con ambos fármacos como resultado la movilización de una pequeña fracción del total estimado de mercurio del cuerpo. DMSA fue capaz de aumentar la excreción de mercurio en una medida superior a PAN.

[editar] Daños al feto Los efectos nocivos del mercurio que pueden ser transmitidos de la madre al feto, e incluyen daño cerebral, retraso mental, falta de coordinación, ceguera, convulsiones e incapacidad para hablar. Los niños con envenenamiento por mercurio pueden desarrollar problemas en sus sistemas nervioso y digestivo y daños renales.

[editar] Pescado Los pescados y mariscos tienen una tendencia natural a concentrar el mercurio en sus cuerpos, a menudo en forma de metilmercurio, un compuesto orgánico de mercurio altamente tóxico. Las especies de peces que son altos en la cadena alimentaria, como el tiburón, pez espada, caballa, atún blanco, y blanquillo contienen mayores concentraciones de mercurio que otros. Como el mercurio y el metilmercurio son solubles en grasa, se acumulan principalmente en las vísceras, aunque también se encuentran en todo el tejido muscular. Cuando este pescado es consumido por un depredador, el nivel de mercurio se acumula. Dado que los peces son menos eficientes en la depuración de que la acumulación de metilmercurio, el pescado de los tejidos aumentar las concentraciones con el tiempo. Así, las especies que son altos en la cadena alimentaria acumular la carga corporal de mercurio que puede ser diez veces mayor que las especies que consumen. Este proceso se denomina biomagnificación. El envenenamiento por mercurio ocurrido de esta manera en Minamata, Japón, ahora se llama la Enfermedad de Minamata.

[editar] Extracción

Mineral de Mercurio. El mineral más importante del mercurio es el cinabrio, cuyas mayores reservas mineras se encuentran en España, en la localidad de Almadén (Ciudad Real).[cita requerida] En la época del Virreinato del Perú, la mina más importante de mercurio fue la mina Santa Bárbara en Huancavelica, ciudad hermanada con Almadén. Durante siglos el cinabrio

extraído en Almaden ha suministrado la mayor parte del mercurio consumido en el mundo.

[editar] Compuestos Artículo principal: Compuestos de mercurio

Las sales más importantes son:  

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Fulminato (Hg (CNO)2): usado como detonante. Es muy corrosivo y altamente venenoso. Cloruro de mercurio (I) o calomelano (Hg2Cl2): compuesto blanco, poco soluble en agua. Se ha usado como purgante, antihelmíntico y diurético, y el Cloruro de mercurio (II), sublimado corrosivo, empleado como desinfectante. Fue el primer remedio eficaz contra la sífilis. Sulfuro de mercurio o cinabrio (HgS): mineral de color rojo púrpura, traslúcido, utilizado en instrumental científico, aparatos eléctricos, ortodoncia, etc. Timerosal (COO-Na+(C6H4)(S-Hg-C2H6)): usado como agente bacteriostático análogo al merthiolate. Mercurio rojo. Probablemente usado en la fabricación de bombas sucias.

[editar] Complejos A tenor de la estructura electrónica del mercurio y de sus especies oxidadas normales debemos descartar la EECL ( energía de estabilización del campo de los ligandos) para los correspondientes complejos, ya que los orbitales 5d definen un conjunto muy estable mecanocuántico con todos los orbitales llenos 5d10. Por ello, debemos esperar cierta flexibilidad en la geometría de sus compuestos de coordinación, y para el Hg (II) se prefiere la coordinación "2+4", octaédrica distorsionada, o el caso extremo de unión a solo dos ligandos en disposición lineal. Esto se puede razonar fácilmente si implicamos a los efectos relativistas que se ejercen sobre el conjunto orbital 5d10: si dos ligandos se acercan por un eje, por ejemplo el z, las repulsiones mutuas de los electrones de los ligandos y los electrones del metal generan en el plano xy una gran expansión de carga en el entorno del mercurio, tipo "donut", dado el carácter potencialmente expansivo de los orbitales 5d del mercurio, sobre todo cuando se acercan átomos dadores para unirse al centro metálico. Por ello, para el Hg (II) tenemos generalmente coordinación octaédrica distorsionada con dos enlaces cortos y cuatro largos, o bien enlaces lineales L-Hg-L, que es una coordinación bien preferida para el Hg (II). En conclusión el Hg (II) exhibe coordinaciones de 2 a 6, con predilección por las coordinaciones bajas. El Hg (II) forma complejos con ligandos dadores de N, P y S, pero se resiste a formar complejos con los dadores de O; también genera complejos muy estables con Cl, Br, I como corresponde a un catión blando. La estabilidad de los complejos de Hg (II) es mayor que la de los otros dos elementos de su grupo, Zn y Cd, porque además de enlaces σ con hibridaciones adecuadas del metal intervendrán enlaces π por la mayor expansión de los 5d del mercurio (efectos relativistas), que inyectan carga a los d vacíos de los ligandos: se creará un sistema resonante que es compatible con la asociación cuántica del subnivel lleno 5d10, reforzando a la vez los enlaces M-L por retrodonación.

Esto es inusual, puesto que los iones más pequeños forman normalmente los mejores complejos. No se conocen complejos con ligandos π, como CO, NO o alquenos. Los complejos de Zn son incoloros, pero los de Hg y en menor extensión los de Cd, son coloreados debido a la transferencia de carga del metal al ligando (absorciones de transferencia de carga), y del ligando al metal que es más patente en el mercurio de acuerdo a lo indicado antes (expansión 5d>4d). La mayoría de los complejos de Hg (II) son octaédricos distorsionados, con dos enlaces cortos y cuatro enlaces largos. El caso extremo de esta distorsión es la formación de sólo 2 enlaces, ejemplo de esto son los compuestos Hg (CN)2 y Hg (SCN)2, y el complejo [Hg (NH3)2]Cl2; este último contiene el ión lineal [H3N-Hg-NH3]2+. El Hg (II) también forma complejos tetraédricos como [Hg (SCN)4]2- y el K2[HgI4]. Este último es el denominado reactivo de Nessler‘s para la determinación de amoníaco en disolución; se detectan concentranciones tan bajas como 1ppm y se forma un precipitado amarillo o marrón, [Hg2NI.H2O] (unidades {Hg2N}+ que dan entorno tetraédrico de Hg para el N y lineal para el Hg (II), catión polimérico con estructura 3D de tipo cuprita, Cu2O, o bien anti-β-cristobalita. Otros ejemplos de complejos de Hg (II) donde podemos apreciar diferentes entornos de coordinación: 

lineal: [Hg (py)2]2+, el ligando ,py, es la piridina

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planotriangular: [HgX3]-, siendo X = Cl, Br, I

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tetraédrico:[HgI4]2-; [Hg (en)2]2+; en, es la etilendiamina-ligando quelato, y cada una conecta por dos sitios al mercurio.

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octaédrico: [Hg (en)3]2+

Aluminio Aluminio Magnesio ← Aluminio → Silicio B Al

Al

13

Ga Tabla completa • Tabla extendida Nombre, símbolo, número Serie química Grupo, período, bloque Densidad Dureza Mohs Apariencia

Información general Aluminio, Al, 13 Metales del bloque p 13, 3, p 2698,4 kg/m3 2,75 Plateado

N° CAS N° EINECS

7429-90-5 231-072-3

Propiedades atómicas Masa atómica 26,9815386(8) u Radio medio 125 pm Radio atómico (calc) 118 pm (Radio de Bohr) Radio covalente 118 pm Configuración electrónica [Ne]3s23p1 Electrones por nivel de energía 2, 8, 3 Estado(s) de oxidación 3 Óxido Anfótero Estructura cristalina cúbica centrada en las caras Propiedades físicas Estado ordinario Sólido Punto de fusión 933,47 K Punto de ebullición 2792 K Entalpía de vaporización 293,4 kJ/mol Entalpía de fusión 10,79 kJ/mol Presión de vapor 2,42 × 10-6 Pa a 577 K Volumen molar 10,00×10-6 m3/mol Velocidad del sonido 6400 m/s a 293.15 K (20 °C) 70 GPa Módulo elástico Varios Electronegatividad (Pauling) Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización 2.ª Energía de ionización 3.ª Energía de ionización 4.ª Energía de ionización 5.ª Energía de ionización 6.ª Energía de ionización 7.ª Energía de ionización

1,61 900 J/(K·kg) 37,7 × 106 S/m 237 W/(K·m) 577,5 kJ/mol 1816,7 kJ/mol 2744,8 kJ/mol 11 577 kJ/mol 14 842 kJ/mol 18 379 kJ/mol 23 326 kJ/mol

8.ª Energía de ionización 9.ª Energía de ionización 10.ª Energía de ionización

27 465 kJ/mol 31 853 kJ/mol 38 473 kJ/mol Isótopos más estables

iso 26

Al 27 Al

AN

Periodo

sint. 100%

717 000

Ed MeV ε 4,004 Estable con 14 neutrones MD

PD 26

Mg


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 y micas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis. Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, 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 dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.

Contenido [ocultar]   

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1 Historia 2 Isótopos 3 Características o 3.1 Características físicas o 3.2 Características mecánicas o 3.3 Características químicas 4 Aplicaciones y usos o 4.1 Aluminio metálico o 4.2 Compuestos no metálicos de aluminio 5 Producción o 5.1 Producción mundial de aluminio o 5.2 Producción de alúmina por proceso Bayer

o o o o

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5.3 Electrólisis de la alúmina 5.4 Purificación y conformado del aluminio 5.5 Producción mundial de aluminio 5.6 Sustitutos del aluminio 6 Aleaciones o 6.1 Tipos de aleaciones normalizadas  6.1.1 Aleaciones de aluminio forjado sin tratamiento térmico  6.1.2 Aleaciones de aluminio forjado con tratamiento térmico 7 Extrusión o 7.1 Acabado del extrusionado o 7.2 Temple de los perfiles 8 Fundición de piezas o 8.1 Características de las aleaciones para fundición 9 Mecanizado o 9.1 Herramientas de corte o 9.2 Refrigeración del mecanizado o 9.3 Mecanizado por electroerosión 10 Soldadura o 10.1 Soldadura de aluminio por fricción 11 Doblado 12 Tratamientos protectores superficiales o 12.1 Anodizado o 12.2 Pintura o 12.3 Corrosión del aluminio 13 Reciclaje. Aluminio secundario 14 Toxicidad 15 El aluminio y los suelos 16 Véase también 17 Referencias 18 Bibliografía 19 Enlaces externos

[editar] Historia

Tendencia de la producción mundial de aluminio. Tanto en Grecia como en la Antigua Roma se empleaba el alumbre (del latín alūmen, ĭnis, alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como mordiente en tintorería y astringente en medicina, uso aún en vigor.

Generalmente se reconoce a Friedrich Wöhler el aislamiento del aluminio en 1827. Aun así, el metal fue obtenido, impuro, dos años antes por el físico y químico danés Hans Christian Ørsted. En 1807, Humphrey Davy propuso el nombre aluminum para este metal aún no descubierto, pero más tarde decidió cambiarlo por aluminium por coherencia con la mayoría de los nombres de elementos, que usan el sufijo -ium. De éste derivaron los nombres actuales en inglés y en otros idiomas; no obstante, en los EE. UU. con el tiempo se popularizó el uso de la primera forma, hoy también itida por la IUPAC aunque prefiere la otra.3

Primera estatua construida de aluminio dedicada a Eros y ubicada en Picadilly- Londres, construida en 1893. Cuando fue descubierto se encontró que era extremadamente difícil su separación de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante un tiempo fue considerado un metal precioso, más caro que el oro. A mitad del siglo XIX, se obtuvieron en Francia pequeñas cantidades de aluminio por reducción de cloruro alumínico-sódico con sodio, procedimiento desarrollado por Saint-Claire Deville basándose en los trabajos de Oersted y Wöhler. Se exhibieron barras de aluminio junto con las joyas de la corona de Francia en la Exposición Universal de 1855 y se dijo que Napoleón III había encargado un juego de platos de aluminio para sus más ilustres invitados. En 1882 el aluminio era considerado un metal de asombrosa rareza del que se producían en todo el mundo menos de 2 toneladas anuales. En 1884 se seleccionó el aluminio como material para realizar el vértice del Monumento a Washington, en una época en que la onza (30 gramos) costaba el equivalente al sueldo diario de los obreros que intervenían en el proyecto;4 tenía el mismo valor que la plata. Sin embargo, con las mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente hasta colapsarse en 1889 tras descubrirse un método sencillo de extracción del metal aluminio. La invención de la dinamo por Siemens en 1866 proporcionó la técnica adecuada para producir la electrólisis del aluminio. La invención del proceso Hall-

Héroult en 1886 (patentado independientemente por Héroult en Francia y Hall en EE.UU.) abarató el proceso de extracción del aluminio a partir del mineral, lo que permitió, junto con el proceso Bayer (inventado al año siguiente, y que permite la obtención de óxido de alumnio puro a partir de la bauxita), que se extendiera su uso hasta hacerse común en multitud de aplicaciones. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX. Ello posibilitó que el aluminio pasara a ser un metal común y familiar.5 Para 1895 su uso como material de construcción estaba tan extendido que había llegado a Sídney, Australia, donde se utilizó en la cúpula del Edificio de la Secretaría. La producción mundial alcanzó las 6.700 toneladas hacia 1900, 700.000 en 1939 y en 1943 llegó a los dos millones debido al impulso de la II Guerra Mundial. Desde entonces la producción se ha disparado hasta superar la de todos los demás metales no férreos. Actualmente el proceso ordinario de obtención del metal consta de dos etapas, la obtención de alúmina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior electrólisis del óxido para obtener el aluminio. La recuperación del metal a partir de la chatarra, material viejo o deshechos (reciclado) era una práctica conocida desde principios del siglo XX. Sin embargo, es a partir de los años 1960 cuando se generaliza, más por razones medioambientales que estrictamente económicas, ya que el reciclaje consume el 5% de lo que consume la producción metalúrgica a partir del mineral.

[editar] Isótopos Véase también: Magnesio

Lingote de aluminio. El aluminio tiene nueve isótopos cuyas masas atómicas varían entre 23 y 30 u. Tan sólo el 27Al, estable, y 26Al, radiactivo con un periodo de semidesintegración de 7,2×105 años, se encuentran en la naturaleza. El 26Al se produce en la atmósfera al ser bombardeado el argón con rayos cósmicos y protones. Los isótopos de aluminio tienen aplicación práctica en la datación de sedimentos marinos, hielos glaciares, meteoritos, etc. La relación 26Al/10Be se ha empleado en el análisis de procesos de transporte, deposición, sedimentación y erosión a escalas de tiempo de millones de años. El 26Al cosmogénico se aplicó primero en los estudios de la Luna y los meteoritos. Éstos últimos se encuentran sometidos a un intenso bombardeo de rayos cósmicos durante su viaje espacial, produciéndose una cantidad significativa de 26Al. Tras su impacto contra la Tierra, la atmósfera, que filtra los rayos cósmicos, detiene la producción de 26Al permitiendo determinar la fecha en la que el meteorito cayó.

[editar] Características

Detalle superficial (55×37 mm) de una barra de aluminio (pureza ≥ 99,9998%). La superficie ha sido pulida mediante medios químicos con ácido (etching ) para evidenciar a simple vista las estructura de las cristalitas metálicas .

[editar] Características físicas Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes:         

Es un metal ligero, cuya densidad es de 2.700 kg/m3 (2,7 veces la densidad del agua), un tercio de la del acero. Tiene un punto de fusión bajo: 660 °C (933 K). El peso atómico del aluminio es de 26,9815 u. Es de color blanco brillante, con buenas propiedades ópticas y un alto poder de reflexión de radiaciones luminosas y térmicas. Tiene una elevada conductividad eléctrica comprendida entre 34 y 38 m/(Ω mm2) y una elevada conductividad térmica (80 a 230 W/(m·K)). Resistente a la corrosión, a los productos químicos, a la intemperie y al agua de mar, gracias a la capa de Al2O3 formada. Abundante en la naturaleza. Es el tercer elemento más común en la corteza terrestre, tras el oxígeno y el silicio. Su producción metalúrgica a partir de minerales es muy costosa y requiere gran cantidad de energía eléctrica. Fácil de reciclar.

[editar] Características mecánicas Entre las características mecánicas del aluminio se tienen las siguientes:    

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De fácil mecanizado debido a su baja dureza. Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas. Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos. Material blando (Escala de Mohs: 2-3-4). Límite de resistencia en tracción: 160200 N/mm2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 1.400-6.000 N/mm2. El duraluminio fue la primera aleación de aluminio endurecida que se conoció, lo que permitió su uso en aplicaciones estructurales. Para su uso como material estructural se necesita alearlo con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas, así como aplicarle tratamientos térmicos. Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión.

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Material soldable. Con CO2 absorbe el doble del impacto.

[editar] Características químicas

Estructura atómica del aluminio. 

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Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos. Ciertas aleaciones de alta dureza presentan problemas graves de corrosión intercristalina. El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al (OH)4]-) liberando hidrógeno. La capa de óxido formada sobre el aluminio se puede disolver en ácido cítrico formando citrato de aluminio. El principal y casi único estado de oxidación del aluminio es +III como es de esperarse por sus tres electrones en la capa de valencia (Véase también: metal pesado, electrólisis).

El aluminio reacciona con facilidad con HCl, NaOH, ácido perclórico, pero en general resiste la corrosión debido al óxido. Sin embargo cuando hay iones Cu2+ y Cl- su pasivación desaparece y es muy reactivo. Los alquilaluminios, usados en la polimerización del etileno,6 son tan reactivos que destruyen el tejido humano y producen reacciones exotérmicas violentas al o del aire y del agua.7 El óxido de aluminio es tan estable que se utiliza para obtener otros metales a partir de sus óxidos (cromo, manganeso, etc.) por el proceso aluminotérmico.

[editar] Aplicaciones y usos

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del aluminio excede al del cualquier otro metal exceptuando el hierro / acero. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto.

[editar] Aluminio metálico El aluminio se utiliza rara vez 100% puro y casi siempre se usa aleado con otros metales para mejorar alguna de sus características. El aluminio puro se emplea principalmente en la fabricación de espejos, tanto para uso doméstico como para telescopios reflectores. Los principales usos industriales de las aleaciones metálicas de aluminio son:      

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Transporte; como material estructural en aviones, automóviles, trenes de alta velocidad, metros, tanques, superestructuras de buques y bicicletas. Estructuras portantes de aluminio en edificios (véase Eurocódigo 9) Embalaje de alimentos; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc. Carpintería metálica; puertas, ventanas, cierres, armarios, etc. Bienes de uso doméstico; utensilios de cocina, herramientas, etc. Transmisión eléctrica. Un conductor de aluminio de misma longitud y peso es más conductivo que uno de cobre y más barato. Sin embargo el cable sería más grueso. Medida en volumen la conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre. Su mayor ligereza reduce el esfuerzo que deben soportar las torres de alta tensión y permite una mayor separación entre torres, disminuyendo los costes de la infraestructura. En aeronáutica también sustituye al cobre8 Recipientes criogénicos (hasta -200 °C), ya que contrariamente al acero no presenta temperatura de transición dúctil a frágil. Por ello la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas. Calderería.

Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente pulverizado como combustible sólido de cohetes espaciales y para aumentar la potencia de los explosivos. También se usa como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtención y soldadura de metales.

[editar] Compuestos no metálicos de aluminio 

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El óxido de aluminio, también llamado alúmina, (Al2O3) es un producto intermedio de la obtención de aluminio a partir de la bauxita. Se utiliza como revestimiento de protección y como adsorbente para purificar productos químicos. El óxido de aluminio cristalino se llama corindón y se utiliza principalmente como abrasivo. El corindón transparente se llama rubí cuando es rojo y zafiro en los otros casos, utilizándose en joyería y en los emisores de rayos láser. El rubí y el zafiro también pueden ser producidos artificialmente.9 Los haluros de aluminio tienen características de ácido Lewis y son utilizados como tales como catalizadores o reactivos auxiliares. En particular, el cloruro de aluminio (AlCl3) se emplea en la producción de pinturas y caucho sintético así como en el refino de petróleo.

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Los aluminosilicatos son una clase importante de minerales. Forman parte de las arcillas y son la base de muchas cerámicas y vidrios. En vidrios y cerámicas también se utilizan óxidos de aluminio y el borato de aluminio (Al2O3 · B2O3). El hidróxido de aluminio (Al (OH)3) se emplea como antiácido, como mordiente, en tratamiento de aguas, en la producción de cerámica y vidrio y en la impermeabilización de tejidos. Los hidruros complejos de aluminio son reductores valiosos en síntesis orgánica. El sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) y el sulfato de amonio y aluminio (Al (NH4)(SO4)2) se emplean como modiente el tratamiento en el tratamiento de aguas, en la producción de papel, como aditivo alimentario y en el curtido del cuero.10 El fosfato de aluminio (AlPO4) se utiliza, junto con otras materias, como deshidratante a alta temperatura. El borohidruro de aluminio (Al (BH4)3) se añade como aditivo a los combustibles de aviones de reacción. Las sales de aluminio de los ácidos grasos (por ejemplo el estearato de aluminio) forman parte de la formulación del napalm. En muchas vacunas, ciertas sales de aluminio realizan la función de adyuvante inmune para ayudar a la proteína de la vacuna a adquirir suficiente potencia para estimular al sistema inmunitario. El Al (CH2CH3)3 arde violentamente al aire y destruye rápidamente los tejidos.

[editar] Producción

Centavo estadounidense y trozo de aluminio. El centavo ha sido una moneda fabricada durante años en cobre. En 1974 se fabricó en aluminio, por el valor mismo de los materiales. La moneda en aluminio fue posteriormente rechazada. Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre (8%), raramente se encuentra libre debido a su alta reactividad, por lo que normalmente se encuentra formando óxidos e hidróxidos, que a su vez se hallan mezclados con óxidos de otros metales y con sílice. El mineral del que se extrae el aluminio casi exclusivamente se llama bauxita. Las bauxitas son productos de erosión, ricos en aluminio (del 20% al 30% en masa), procedentes de rocas madres silicatoalumínicas. Están formadas por hidróxidos de aluminio (hidrargilita-gibbsita Al (OH)3, bohemita AlOOH y diasporita AlOOH), óxidos de hierro y titanio así como ácido silícico (caolinita y cuarzo). Primero se extrajo en Les Baux —de ahí su nombre—, Francia y desde entonces se ha encontrado en muchos lugares en todo el mundo. Actualmente, la mayor parte de la minería de bauxita

está situada en el Caribe, Australia, Brasil y África, que producen bauxitas más fáciles de disgregar que las europeas. Existen otras materias primas, como silicatos alumínicos (arcilla, anortosita, residuos del lavado de la hulla) que son menas pobres de aluminio, con una riqueza de entre un 10% y 20% en masa. La producción a partir de estas menas es posible, pero actualmente no es rentable.

[editar] Producción mundial de aluminio En 2006 la producción mundial de este metal ascendía a 33,1 millones de toneladas. Los mayores productores mundiales son China (con 8,7 millones de toneladas al año) y Rusia (con 3,7). De esta producción, una parte muy importante se debe al reciclado, mientras que el resto procede de las reservas de bauxita.11

[editar] Producción de alúmina por proceso Bayer Artículo principal: Proceso Bayer

Bauxita (Hérault). El proceso Bayer, inventado por Karl Bayer en 1889, es el método utilizado mayoritariamente para producir alúmina a partir de la bauxita. El proceso comienza con un lavado de la bauxita molida con una solución de sosa cáustica a alta presión y temperatura. Los minerales de aluminio se disuelven mientras que los otros componentes de la bauxita, principalmente sílice y óxidos de hierro y titanio permanecen sólidos y se depositan en el fondo de un decantador de donde son retirados. A continuación se recristaliza el hidróxido de aluminio de la solución y se calcina a más de 900 °C para producir una alúmina, Al2O3, de alta calidad.

[editar] Electrólisis de la alúmina El óxido de aluminio (o alúmina) se disuelve en un baño fundido de criolita (Na3AlF6) y se electroliza en una celda electrolítica usando ánodos y cátodo de carbono. Se realiza de esta manera, ya que la alúmina proveniente del proceso Bayer tiene un punto de fusión extremadamente alto (por encima de los 2.000 °C), muy caro y difícil de alcanzar en la práctica industrial. La mezcla con la criolita da una mezcla eutéctica, que logra bajar el punto de fusión a alrededor de los 900 °C. Por esta razón el consumo energético

que se utiliza para obtener aluminio es muy elevado y lo convierte en uno de los metales más caros de obtener, ya que es necesario gastar entre 17 y 20 kWh por cada kilo de metal de aluminio. De estos baños se obtiene aluminio metálico en estado líquido con una pureza entre un 99,5 y un 99,9%, quedando trazas de hierro y silicio como impurezas principales.12 La electrólisis es un proceso electroquímico en el que se hace pasar una corriente eléctrica a través de una solución que contiene compuestos disociados en iones para provocar una serie de transformaciones químicas. La corriente eléctrica se proporciona a la solución sumergiendo en ella dos electrodos, uno llamado cátodo y otro llamado ánodo, conectados respectivamente al polo negativo y al polo positivo de una fuente de corriente continua. La celda electrolítica usada para obtener el aluminio tiene unos electrodos dispuestos en forma horizontal, a diferencia de los usados para afinar Fe o Cu. El baño electrolítico debe tener menor densidad que el aluminio a esa temperatura (alrededor de 2.300 kg/m3 a 900 °C), ya que el aluminio ya refinado debe depositarse en el fondo de la cuba electrolítica, saliendo por el fondo del recipiente. Se calcula que por cada tonelada producida de aluminio metálico, se consumen 460 kg de carbono, proveniente de los electrodos. El gran problema del aluminio es el precio de la energía que consume para producirlo y que representa entre un 25% y un 30% del costo de producción del metal. Por esta razón se están desarrollando procesos alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria, hasta un 70% menos que con el procedimiento electrolítico.13

[editar] Purificación y conformado del aluminio El aluminio procedente de las cubas electrolíticas pasa a hornos para mezclarlo de manera precisa con otros metales para formar diversas aleaciones con propiedades específicas diseñadas para diversos usos. El metal se purifica en un proceso denominado adición de fundente y después se vierte en moldes o se funde directamente en lingotes. Para obtener una tonelada de aluminio hacen falta unas dos toneladas de alúmina y una gran cantidad de electricidad. A su vez, para producir dos toneladas de alúmina se necesitan unas cuatro toneladas de bauxita, en un proceso complejo que requiere equipos de gran tamaño.

[editar] Producción mundial de aluminio

Bobina de chapa de aluminio.

Año 1973 1978 1982 1987 1992 1997 2003 2004

América América del Norte latina 249 5.039 229 336 5.409 413 501 4.343 795 573 4.889 1.486 617 6.016 1.949 1.106 5.930 2.116 1.428 5.945 2.275 1.711 5.110 2.356

África

Asia 1.439 1.126 1.103 927 1.379 1.910 2.457 2.735

Europa Oceanía y Rusia 2.757 324 3.730 414 3.306 548 3.462 1.273 3.319 1.483 6.613 1.804 8.064 2.198 8.433 2.246

Total 10.037 11 428 10.496 12.604 14.763 19.479 21.935 22.591

Producción de aluminio en millones de toneladas. Fuente: International Aluminium Association

La producción mundial de aluminio secundario a partir del reciclado se eleva a 7,6 Mt en 2005, siendo el 20% de la producción total de este metal.

[editar] Sustitutos del aluminio    

El cobre puede reemplezar al aluminio en las aplicaciones eléctricas. El magnesio, titanio y acero puede sustituirlo en usos en estructuras y transporte terrestre. Los composites, el acero y la madera pueden sustituirlo en la construcción y usos estructurales. El vidrio, el papel y el acero pueden sustituirlo en el empaquetado.11

[editar] Aleaciones Artículo principal: Aleaciones de aluminio

Culata de motor de aleación de aluminio. Desde el punto de vista físico, el aluminio puro posee una resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa. En cambio, unido en aleación con otros elementos, el aluminio adquiere características mecánicas muy superiores. La primera aleación de aluminio que mejoraba su dureza fue el duraluminio y existen actualmente centenares de aleaciones diferentes. El duraluminio es una aleación de aluminio con cobre (Cu) (35%) y pequeñas cantidades de magnesio (Mg) (0,5-2%), manganeso (Mn) (0,25-1%) y zinc (Zn) (3,5-5%).

Son también importantes los diversos tipos de aleaciones llamadas anticorodal, a base de aluminio (Al) y pequeños aportes de magnesio (Mg) y silicio (Si). Pero que pueden contener a veces manganeso (Mn), titanio (Ti) y cromo (Cr). A estas aleaciones se las conoce con el nombre de avional, duralinox, silumin, hidronalio, peraluman, etc. Como hay distintas composiciones de aluminio en el mercado, es importante considerar las propiedades que éstas presentan, pues, en la industria de la manufactura, unas son mas favorables que otras.

[editar] Tipos de aleaciones normalizadas Las aleaciones de aluminio forjado se dividen en dos grandes grupos, las que no reciben tratamiento térmico y las que reciben tratamiento térmico. [editar] Aleaciones de aluminio forjado sin tratamiento térmico Las aleaciones que no reciben tratamiento térmico solamente pueden ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia. Hay tres grupos principales de estas aleaciones según la norma AISI-SAE que son los siguientes: 

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Aleaciones 1xxx. Son aleaciones de aluminio técnicamente puro, al 99,9% siendo sus principales impurezas el hierro y el silicio como elemento aleante. Se les aporta un 0,12% de cobre para aumentar su resistencia. Tienen una resistencia aproximada de 90 MPa. Se utilizan principalmente par trabajos de laminados en frío. Aleaciones 3 xxx. El elemento aleante principal de este grupo de aleaciones es el manganeso (Mn) que está presente en un 1,2% y tiene como objetivo reforzar al aluminio. Tienen una resistencia aproximada de 16 kpsi (110 MPa) en condiciones de recocido. Se utilizan en componentes que exijan buena mecanibilidad. Aleaciones 5xxx. En este grupo de aleaciones es el magnesio es el principal componente aleante su aporte varía del 2 al 5%. Esta aleación se utiliza para conseguir reforzamiento en solución sólida. Tiene una resistencia aproximada de 28 kpsi (193 MPa) en condiciones de recocido.

[editar] Aleaciones de aluminio forjado con tratamiento térmico Algunas aleaciones pueden reforzarse mediante tratamiento térmico en un proceso de precipitación. El nivel de tratamiento térmico de una aleación se representa mediante la letra T seguida de un número por ejemplo T5. Hay tres grupos principales de este tipo de aleaciones. 

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Aleaciones 2xxx: El principal aleante de este grupo de aleaciones es el cobre (Cu), aunque también contienen magnesio Mg. Estas aleaciones con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción aproximada de 64 kpsi (442 MPa) y se utiliza en la fabricación de estructuras de aviones. Algunas de estas aleaciones se denominan duraluminio. Aleaciones 6xxx. Los principales elementos aleantes de este grupo son magnesio y silicio. Con unas condiciones de tratamiento térmico T6 alcanza una

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resistencia a la tracción de 42 kpsi (290 MPa) y es utilizada para perfiles y estructuras en general. Aleaciones 7xxx. Los principales aleantes de este grupo de aleaciones son cinc, magnesio y cobre. Con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción aproximada de 73 kpsi (504 MPa) y se utiliza para fabricar estructuras de aviones.

[editar] Extrusión

Perfiles de aluminio extruido La extrusión es un proceso tecnológico que consiste en dar forma o moldear una masa haciéndola salir por una abertura especialmente dispuesta para conseguir perfiles de diseño complicado.14 Se consigue mediante la utilización de un flujo continuo de la materia prima, generalmente productos metalúrgicos o plásticos. Las materias primas se someten a fusión, transporte, presión y deformación a través de un molde según sea el perfil que se quiera obtener. El aluminio debido a sus propiedades es uno de los metales que más se utiliza para producir variados y complicados tipos de perfiles que se usan principalmente en las construcciones de carpintería metálica. Se puede extruir tanto aluminio primario como secundario obtenido mediante reciclado. Para realizar la extrusión, la materia prima, se suministra en lingotes cilíndricos también llamados ―tochos‖. El proceso de extrusión consiste en aplicar una presión al cilindro de aluminio (tocho) haciéndolo pasar por un molde (matriz), para conseguir la forma deseada. Cada tipo de perfil, posee un ―molde‖ llamado matriz adecuado, que es el que determinará su forma. El tocho es calentado (aproximadamente a 500 °C, temperatura en que el aluminio alcanza un estado plástico) para facilitar su paso por la matriz, y es introducido en la prensa. Luego, la base del tocho es sometida a una llama de combustión incompleta, para generar una capa fina de carbono. Esta capa evita que el émbolo de la prensa quede pegado al mismo. La prensa se cierra, y un émbolo comienza a empujar el tocho a la presión necesaria, de acuerdo con las dimensiones del perfil, obligándolo a salir por la boca de la matriz. La gran presión a la que se ve sometido el aluminio hace que este eleve su temperatura ganando en maleabilidad. Los componentes principales de una instalación de extrusión partes son, el contenedor donde se coloca el tocho para extrusión bajo presión, el cilindro principal con pistón que prensa el material a través del contenedor, la matriz y el portamatriz.

Del proceso de extrusión y temple, dependen gran parte de las características mecánicas de los perfiles, así como la calidad en los acabados, sobre todo en los anodizados. El temple, en una aleación de aluminio, se produce por efecto mecánico o térmico, creando estructuras y propiedades mecánicas características.

[editar] Acabado del extrusionado A medida que los perfiles extrusionados van saliendo de la prensa a través de la matriz, se deslizan sobre una bancada donde se les enfría con aire o agua, en función de su tamaño y forma, así como las características de la aleación involucrada y las propiedades requeridas. Para obtener perfiles de aluminio rectos y eliminar cualquier tensión en el material, se les estira. Luego, se cortan en longitudes adecuadas y se envejecen artificialmente para lograr la resistencia apropiada. El envejecimiento se realiza en hornos a unos 200 °C y están en el horno durante un periodo que varía entre 4 a 8 horas. Todo este proceso de realiza de forma automatizada.15

[editar] Temple de los perfiles Los procesos térmicos que aumentan la resistencia del aluminio. Hay dos proceso de temple que son el tratamiento térmico en solución, y el envejecimiento. El temple T5 se consigue mediante envejecimiento de los perfiles que pasan a los hornos de maduración, los cuales mantienen una determinada temperatura durante un tiempo dado. Normalmente 185 °C durante 240 minutos para las aleaciones de la familia 6060, de esta forma se consigue la precipitación del silicio con el magnesio en forma de siliciuro de magnesio (SiMg2) dentro de las dentritas de aluminio, produciéndose así el temple del material. La temperatura de salida de extrusión superior a 510 °C para las aleaciones 6060 más el correcto enfriamiento de los perfiles a 250 °C en menos de cuatro minutos, es fundamental para que el material adquiera sus propiedades, 16 a este material se le considera de temple 4 o T4 o también conocido como sin temple. El temple es medido por Durometros, con la unidad de medida llamada Webster o grados Websters.

[editar] Fundición de piezas

Pistón de motor de aluminio fundido.

La fundición de piezas consiste fundamentalmente en llenar un molde con la cantidad de metal fundido requerido por las dimensiones de la pieza a fundir, para que después de la solidificación, obtener la pieza que tiene el tamaño y la forma del molde. Existen tres tipos de procesos de fundición diferenciados aplicados al aluminio:   

Fundición en molde de arena Fundición en molde metálico Fundición por presión o inyección.

En el proceso de fundición con molde de arena se hace el molde en arena consolidada por una apisonado manual o mecánico alrededor de un molde, el cual es extraído antes de recibir el metal fundido. A continuación se vierte la colada y cuando solidifica se destruye el molde y se granalla la pieza. Este método de fundición es normalmente elegido para la producción de: 

Piezas estructurales fundidas de gran tamaño.

Pieza de fundición de una aleación de aluminio (pieza del ventilador de una aspiradora). La fundición en molde metálico permanente llamados coquillas, sirven para obtener mayores producciones. En este método se vierte la colada del metal fundido en un molde metálico permanente bajo gravedad y bajo presión centrífuga.Puede resultar caro, difícil o imposible fundirlas por moldeo. En el método de fundición por inyección a presión se funden piezas idénticas al máximo ritmo de producción forzando el metal fundido bajo grandes presiones en los moldes metálicos. Mediante el sistema de fundición adecuado se pueden fundir piezas que puede variar desde pequeñas piezas de prótesis dental, con peso de gramos, hasta los grandes bastidores de máquinas de varias toneladas, de forma variada, sencilla o complicada, que son imposibles de fabricar por otros procedimiento convencionales, como forja, laminación, etc. El proceso de fundición se puede esquematizar de la siguiente manera:   

Diseño del modelo original de la pieza a fundir Elaboración del tipo de modelo diseñado Fusión del material a fundir

  

Inserción de la colada en el molde Solidificación de la pieza Limpieza de la superficie con procesos vibratorio o de granallado.17

[editar] Características de las aleaciones para fundición Las aleaciones de aluminio para fundición han sido desarrolladas habida cuenta de que proporcionan calidades de fundición idóneas, como fluidez y capacidad de alimentación, así como valores optimizados para propiedades como resistencia a la tensión, ductilidad y resistencia a la corrosión. Difieren bastante de las aleaciones para forja. El silicio en un rango entre el 5 al 12% es el elemento aleante más importante porque promueve un aumento de la fluidez en los metales fundidos. En menores cantidades se añade magnesio, o cobre con el fin de aumentar la resistencia de las piezas.12

[editar] Mecanizado

Centro de mecanizado CNC. El mecanizado del aluminio y sus aleaciones en máquinas herramientas de arranque de virutas en general, es fácil y rápido y está dando paso a una nueva concepción del mecanizado denominada genéricamente mecanizado rápido. Durante el arranque de viruta, las fuerzas de corte que tienen lugar son considerablemente menores que en el caso de las generadas con el acero (la fuerza necesaria para el mecanizado del aluminio es aproximadamente un 30% de la necesaria para mecanizar acero).18 Por consiguiente, los esfuerzos sobre los útiles y herramientas así como la energía consumida en el proceso es menor para el arranque de un volumen igual de viruta. El concepto de mecanizado rápido se refiere al que se produce en las modernas máquinas herramientas de Control Numérico con cabezales potentes y robustos que les permiten girar a muchos miles de revoluciones por minuto hasta del orden de 30.000 rpm, y avances de trabajo muy grandes cuando se trata del mecanizado de materiales blandos y con mucho vaciado de viruta tal y como ocurre en la fabricación de moldes o de grandes componentes de la industria aeronáutica. El aluminio tiene unas excelentes características de conductividad térmica, lo cual es una importante ventaja, dado que permite que el calor generado en el mecanizado se disipe con rapidez. Su baja densidad hace que las fuerzas de inercia en la piezas de aluminio giratorio (torneados) sean así mismo mucho menores que en otros materiales.

Ocurre, sin embargo, que el coeficiente de fricción entre el aluminio y los metales de corte es, comparativamente con otros metales, elevado. Este hecho unido a su baja resistencia hace que se comporte como plastilina, pudiendo causar el embotamiento de los filos de corte, deteriorando la calidad de la superficie mecanizada a bajas velocidades de corte e incluso a elevadas velocidades con refrigeración insuficiente. Siempre que la refrigeración en el corte sea suficiente, hay una menor tendencia al embotamiento con aleaciones más duras, con velocidades de corte mayores y con ángulos de desprendimiento mayores. El desarrollo del mecanizado rápido permite que muchas piezas complejas no sea necesario fundirlas previamente sino que se mecanicen a partir de unos prismas a los cuales se les realiza todo el vaciado que sea necesario. El mecanizado rápido puede representar una reducción de costes en torno al 60%. En este tipo de mecanizado rápido se torna crítico la selección de las herramientas y los parámetros de corte. La adopción del mecanizado de alta velocidad es un proceso difícil para el fabricante, ya que requiere cambios importantes en la planta, una costosa inversión en maquinaria y software, además de una formación cualificada del personal.19

[editar] Herramientas de corte

Fresa frontal de metal duro. Para el mecanizado rápido que se realiza en las máquinas herramientas de Control Numérico es conveniente que se utilicen herramientas especiales para el mecanizado del aluminio. Se distinguen de las empleadas en el mecanizado del acero en que tienen mayores ángulos de desprendimiento y un mayor espacio para la evacuación de la viruta, así como unos rebajes para que la viruta fluya mejor. La mayoría de las herramientas de filo múltiple como por ejemplo las fresas, tienen pocos dientes. Hay tres grandes familias de herramientas de corte para el mecanizado del aluminio:   

Acero rápido (HSS) Metal duro (carburos metálicos) (widia) Diamante

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Las herramientas de acero rápido son apropiadas para el mecanizado de aleaciones de aluminio con bajo contenido en silicio. Permite el uso de grandes ángulos de desprendimiento para obtener unas mejores condiciones de corte. El acero rápido es más económico que el metal duro cuando la maquinaria de que se dispone no permite el uso de las velocidades de corte alcanzables con el carburo metálico. En el mecanizado de aluminios con elevado contenido de silicio el desgaste de este tipo de herramientas se acelera. Estas herramientas se utilizan principalmente en la industria de carpintería metálica para el mecanizado de perfiles extrusionados.



Las herramientas de metal duro (widia) ofrecen la ventaja de una mayor duración de la herramienta. Se emplean en el mecanizado de aluminios con elevado contenido en silicio así como para los mecanizados a altas velocidades de corte. Las fundiciones de aluminio, con la presencia de cristales de silicio de elevada dureza requieren obligatoriamente el uso de herramientas de carburo metálico. Dentro de los carburos metálicos los distintos fabricantes tienen distintas gamas y calidades, en función de las condiciones de corte requeridas.

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Las herramientas de diamante se caracterizan por su elevada duración, incluso si se emplean en el mecanizado de aleaciones con un elevado contenido en silicio. Suelen emplearse para trabajos de mecanizado en piezas que generen mucha viruta.20

[editar] Refrigeración del mecanizado Como lubricante de corte para el aluminio es recomendable que se utilicen productos emulsionables en agua con aditivos de lubricación específicamente formulados a tal fin que estén exentos de compuestos en base cloro y azufre La lubricación se utiliza en operaciones de taladrado, torneado, fresado, brochado, escariado y deformación.21

[editar] Mecanizado por electroerosión Artículo principal: Electroerosión

Las aleaciones de aluminio permiten su mecanizado por procedimientos de electroerosión que es un método inventado para el mecanizado de piezas complejas. No obstante, este método no es del todo adecuado para el aluminio, pues su elevada conductividad térmica reducen notablemente la velocidad de eliminación del material, ya de por sí bastante lenta para este método. Se conoce como electroerosión a un proceso de mecanizado que utiliza la energía suministrada a través de descargas eléctricas entre dos electrodos para eliminar material de la pieza de trabajo, siendo ésta uno de los electrodos.22 Al electrodo que hace las funciones de herramienta se le suele denominar simplemente electrodo mientras que al electrodo sobre el cual se desea llevar a cabo el arranque se le conoce como pieza de trabajo. Este sistema permite obtener componentes con tolerancias muy ajustadas a partir de los nuevos materiales que se diseñan.

[editar] Soldadura

Artículo principal: Soldadura

Esquema de la soldadura TIG. Los procedimientos de soldeo en aluminio pueden ser al arco eléctrico, bajo atmósfera inerte que puede ser argón, helio, por puntos o por fricción. 

Hay dos técnicas de soldadura al arco de un lado la soldadura al arco bajo atmósfera inerte con electrodo refractario o procedimiento TIG y de otro lado la soldadura al arco bajo atmósfera inerte con electrodo consumible o procedimiento MIG.

La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3.410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos. Una varilla de aportación alimenta el baño de fusión. Esta técnica es muy utilizada para la soldadura de aleaciones de aluminio y se utiliza en espesores comprendidos entre 1 y 6 mm y se puede robotizar el proceso.

Máquina de soldar por puntos. 

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En el momento de ejecutar una soldadura la limpieza de las piezas es esencial. La suciedad, aceites, restos de grasas, humedad y óxidos deben ser eliminados previamente, bien sea por medios mecánicos o químicos. Los métodos de limpieza químicos requieren equipos costosos para el tratamiento superficial y no se pueden usar siempre por esta razón. El gas inerte que más se utiliza en la soldadura normal en los talleres es el argón puro, puesto que es mucho más económico y requiere menor flujo de gas. El helio se usa sólo cuando se exige mayor penetración. Para mantener libre de humos y gases la zona de soldadura, es aconsejable la instalación de extractores de humos y gases. La intensidad del arco es mucho mayor que en la soldadura de acero y bajo ningún concepto se debe mirar al arco sin una máscara de protección adecuada.

[editar] Soldadura de aluminio por fricción La soldadura por fricción es un proceso de penetración completa en fase sólida, que se utiliza para unir chapas de metal, principalmente de aluminio, sin alcanzar su punto de fusión. El método está basado en el principio de obtener temperaturas suficientemente altas para forjar dos componentes de aluminio, utilizando una herramienta giratoria que se desplaza a lo largo de una unión a tope. Al enfriarse deja una unión en fase sólida entre las dos piezas. La soldadura por fricción, puede ser utilizada para unir chapas de aluminio sin material de aportación. Se consiguen soldaduras de alta calidad e integridad con muy baja distorsión, en muchos tipos de aleaciones de aluminio, incluso aquellas consideradas de difícil soldadura por métodos de fusión convencionales.23

[editar] Doblado El aluminio se presenta en el mercado en diversas formas, ya sean estas barras con diversos perfiles u hojas de varios tamaños y grosores entre otras. Cuando se trabaja con aluminio, específicamente en crear algún doblez en una hoja, o en una parte de ésta, es importante considerar la dirección del grano; esto significa que la composición en el metal, después de haber sido fabricado, ha tomado una tendencia direccional en su microestructura, mostrando así una mayor longitud hacia una dirección que hacia otra. Así es que el aluminio puede quebrarse si la dirección del grano no es considerada al crear algún doblez, o si el doblez es creado con un radio demasiado pequeño, el cual sobrepase la integridad elástica del tipo de aluminio.

[editar] Tratamientos protectores superficiales [editar] Anodizado Artículo principal: Anodizado

Componentes de aluminio anodizado. Este metal, después de extruido o decapado, para protegerse de la acción de los agentes atmosféricos, forma por sí solo una delgada película de óxido de aluminio; esta capa de Al2O3, tiene un espesor más o menos regular del orden de 0,01 micras sobre la superficie de metal que le confiere unas mínimas propiedades de inoxidacción y anticorrosión.24

Existe un proceso químico electrolítico llamado anodizado que permite obtener de manera artificial películas de óxido de mucho más espesor y con mejores características de protección que las capas naturales. El proceso de anodizado llevado a cabo en un medio sulfúrico produce la oxidación del material desde la superficie hacia el interior, aumentando la capa de óxido de aluminio, con propiedades excelentes por resistencia a los agentes químicos, dureza, baja conductividad eléctrica y estructura molecular porosa, esta última junto con las anteriores, que permite darle una excelente terminación, que es un valor determinante a la hora de elegir un medio de protección para este elemento. Según sea el grosor de la capa que se desee obtener existen dos procesos de anodizados: 

Anodizados decorativos coloreados.



Anodizados de endurecimiento superficial

Las ventajas que tiene el anodizado son:    

La capa superficial de anodizado es más duradera que la capas obtenidas por pintura. El anodizado no puede ser pelado porque forma parte del metal base. El anodizado le da al aluminio una apariencia decorativa muy grande al permitir colorearlo en los colores que se desee. Al anodizado no es afectado por la luz solar y por tanto no se deteriora.

Los anodizados más comerciales son los que se utilizan coloreados por motivos decorativos. Se emplean diversas técnicas de coloración tanto orgánicas como inorgánicas. Anodizado duro Cuando se requiere mejorar de forma sensible la superficie protectora de las piezas se procede a un denominado anodizado duro que es un tipo de anodizado donde se pueden obtener capas de alrededor de 150 micras, según el proceso y la aleación. La dureza de estas capas es comparable a la del cromo-duro, su resistencia a la abrasión y al frotamiento es considerable. Las propiedades del anodizado duro son:    

Resistencia a la abrasión: lo que permite que tenga una resistencia al desgaste superficial superior a muchos tipos de acero Resistencia eléctrica. La alúmina es un aislante eléctrico de calidad excelente, superior a la de la porcelana. Resistencia química. La capa anódica protege eficazmente el metal base contra la acción de numerosos medios agresivos. Porosidad secundaria o apertura más o menos acusada en la entrada de los poros debido al efecto de disolución del baño.

Es muy importante a la hora de seleccionar el material para un anodizado duro, verificar la pieza que se vaya a mecanizar y seleccionar la aleación también en función de sus características y resistencia mecánica.

[editar] Pintura

Ventanas de aluminio lacado. Habitación de la reina Isabel, Canterbury. El proceso de pintura de protección que se da al aluminio es conocido con el nombre de lacado y consiste en la aplicación de un revestimiento orgánico o pintura sobre la superficie del aluminio. Existen diferentes sistemas de lacado para el aluminio El lacado, que se aplica a los perfiles de aluminio, consiste en la aplicación electrostática de una pintura en polvo a la superficie del aluminio. Las pinturas más utilizadas son las de tipo poliéster por sus características de la alta resistencia que ofrecen a la luz y a la corrosión. Los objetivos del lacado son: 

Mejorar el aspecto estético y las propiedades físicas del aluminio.

El proceso de lacado, puede dividirse en tres partes:   

Limpieza de las piezas Imprimación de pintura Polimerizado

El proceso de lacado exige una limpieza profunda de la superficie del material, con disoluciones acuosas ácidas, para eliminar suciedades de tipo graso. Este proceso consigue una mayor adherencia a las pinturas. Mejora la resistencia a la corrosión y a los agentes atmosféricos. La imprimación con la pintura deseada se realiza en cabinas equipadas con pistolas electrostáticas. La pintura es polvo de poliéster, siendo atraído por la superficie de la pieza que se laca. Combinando todos los parámetros de la instalación se consiguen las capas de espesor requeridas que en los casos de carpintería metálica suele oscilar entre 60/70 micras. El polimerizado se realiza en un horno de convención de aire, de acuerdo con las especificaciones de tiempo y temperatura definidos por el fabricante de la pintura.

El sistema industrial de lacado puede estar robotizado.25

[editar] Corrosión del aluminio El aluminio metálico se recubre espontáneamente de una delgada capa de óxido que evita su corrosión. Sin embargo, esta capa desaparece en presencia de ácidos, particularmente del perclórico y clorhídrico; asimismo, en soluciones muy alcalinas de hidróxido potásico (KOH) o hidróxido sódico (NaOH) ocurre una enérgica reacción. La presencia de CuCl2 o CuBr2 también destruye el óxido y hace que el aluminio se disuelva enérgicamente en agua. Con mercurio y sales de éste, el aluminio reacciona si está limpio formando una amalgama que impide su pasivación. Reacciona también enérgicamente en frío con bromo y en caliente con muchas sustancias, dependiendo de la temperatura, reduciendo a casi cualquier óxido (proceso termita). Es atacado por los haloalcanos. Las reacciones del aluminio a menudo van acompañadas de emisión de luz.26 No obstante, las aleaciones de aluminio se comportan bastante peor a corrosión que el aluminio puro, especialmente si llevan tratamientos de recocido, con los que presentan problemas graves de corrosión intercristalina y bajo tensiones debido a la microestructura que presentan en estos estados.

[editar] Reciclaje. Aluminio secundario

Código de reciclaje del aluminio

El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas, y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en un faceta importante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial. El reciclaje del aluminio fue una actividad de bajo perfil hasta finales de los años sesenta, cuando el uso creciente del aluminio para la fabricación de latas de refrescos trajo el tema al conocimiento de la opinión pública.

Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario. La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir de productos usados de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado. Se utilizan combustibles, fundentes y aleaciones, mientras que la remoción del magnesio se practica mediante la adición de cloro, cloruro de aluminio o compuestos orgánicos clorados.27 Las mejores técnicas disponibles incluyen:     

Hornos de alta temperatura muy avanzados. Alimentación libre de aceites y cloro. Cámara de combustión secundaria con enfriamiento brusco Adsorción con carbón activado. Filtros de tela para eliminación de polvos.

Chatarra de Aluminio comprimida en la instalación de Central European Waste Management (Wels, Austria). Durante el año 2002 se produjeron en España 243.000 toneladas de aluminio reciclado y en el conjunto de Europa occidental esta cifra ascendió a 3,6 millones de toneladas.28 Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar una revisión y selección de la chatarra según su análisis y metal recuperable para poder conseguir la aleación deseada. La chatarra preferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o se fragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte. La preparación de la chatarra descartando los elementos metálicos no deseados o los inertes, llevarán a que se consiga la aleación en el horno de manera más rápida y económica. El residuo de aluminio es fácil de manejar porque es ligero, no arde y no se oxida y también es fácil de transportar. El aluminio reciclado es un material cotizado y rentable. El reciclaje de aluminio produce beneficios ya que proporciona ocupación y una fuente de ingresos para mano de obra no cualificada.29

[editar] Toxicidad

Este metal fue considerado durante muchos años como inocuo para los seres humanos. Debido a esta suposición se fabricaron de forma masiva utensilios de aluminio para cocinar alimentos, envases para alimentos, y papel de aluminio para el embalaje de alimentos frescos. Sin embargo, su impacto sobre los sistemas biológicos ha sido objeto de mucha controversia en las décadas pasadas y una profusa investigación ha demostrado que puede producir efectos adversos en plantas, animales acuáticos y seres humanos.30 La exposición al aluminio por lo general no es dañina, pero la exposición a altos niveles puede causar serios problemas para la salud. La exposición al aluminio se produce principalmente cuando:     

Se consumen medicamentos que contengan altos niveles de aluminio. Se inhala polvo de aluminio que esté en la zona de trabajo. Se vive donde se extrae o procesa aluminio. Se colocan vacunas que contengan aluminio. Se ingieren alimentos cítricos preparados sobre una superficie de aluminio.

Cualquier persona puede intoxicarse con aluminio o sus derivados, pero algunas personas son más propensas a desarrollar toxicidad por aluminio.31

[editar] El aluminio y los suelos En algunos suelos del planeta el aluminio tiende a concentrarse en algunos de los horizontes del perfil, otorgándole características muy particulares. De los 11 órdenes de suelos que se reconocen según la clasificación del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, dos de ellos presentan una alta concentración de aluminio: los oxisoles, que se desarrollan en latitudes tropicales y subtropicales y los spodosoles, que se hallan en climas fríos y bajo vegetación de coníferas.32 En este tipo de suelos el contenido en nutrientes disponibles para las plantas es bajo, sólo el magnesio puede ser abundante en algunos casos; además su elevado contenido en aluminio agrava el problema por su toxicidad para las plantas. En las regiones tropicales y subtropicales en las que se presentan estos suelos lo habitual es que se cultiven plantas con bajas necesidades nutritivas y con fuerte resistencia al aluminio, tales como el té, el caucho y la palma de aceite.33

Sulfuro de hierro (II)

Sulfuro de hierro (II) Nombre (IUPAC) sistemático Monosulfuro de hierro

Otros nombres Fórmula semidesarrollada Fórmula molecular

General Sulfuro de hierro FeS n/d Identificadores

Número CAS

1317-37-9 Propiedades físicas

Estado de agregación sólido Apariencia negro Densidad 4840 kg/m3; 4,84 g/cm3 Masa molar 87,910 g/mol g/mol Punto de fusión 1467,0 K (-271,683 °C) Propiedades químicas Insignificante (insoluble) Solubilidad en agua Soluble en ácidos Compuestos relacionados Óxido de hierro (II) Disulfuro de hierro Sulfuro de hierro (III) Peligrosidad

NFPA 704

0 1 1 1

Ingestión Piel Ojos

Riesgos Puede ser piróforico Beber agua abundante. Provocar el vómito. Pedir atención médica. Lavar abundantemente con agua. Quitarse las ropas contaminadas. Lavar con agua abundante manteniendo los párpados abiertos. En caso de irritación, pedir atención médica.

Valores en el SI y en condiciones normales (0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. Exenciones y referencias

Sulfuro de hierro (II) (antes llamado sulfuro ferroso) es un compuesto químico con la fórmula FeS. En la práctica, los sulfuros de hierro son a menudo no-estequiométricos. El sulfuro de hierro en polvo es piróforico. Se puede obtener por reacción entre hierro y azufre. S8(s) + 8 Fe(s) → 8 FeS(s)

Contenido [ocultar]    

1 Minerales de sulfuro de hierro (II) 2 Usos pedagógicos 3 Véase también 4 Referencias

[editar] Minerales de sulfuro de hierro (II)

Modelo de bolas y varillas para el sulfuro de hierro (II). El sulfuro de hierro (II) existe en varias formas diferentes según su estequiometría y propiedades: 



 



Pirrotina, Fe1-xS, un mineral que es también el producto residual de la bacteria Desulfovibrio. La pirrotita posee ferrimagnetismo y cristaliza en el sistema monoclínico. Troilita, FeS, que tiene una composición similar a la pirrotita, pero no posee propiedades ferromagnéticas debido a su composición estequiométrica y cristaliza en el sistema hexagonal. Mackinawita, Fe1+xS (a menudo se escribe como (Fe,Ni)9S8), la forma menos estable de sulfuro de hierro, tiene una estructura en capas. Pirita, forma mineral del disulfuro de hierro (II) (FeS2) con una apariencia similar al oro, por lo que también es conocida como el "oro del loco". Un mineral relacionado es la marcasita, polimorfo de la pirita. Keilita (Fe,Mg)S fue encontrada recientemente en un meteorito.

[editar] Usos pedagógicos Ciertos principios químicos, como la ley de Lavoisier (de la conservación de la masa) o la ley de Proust (de las proporciones fijas o constantes) se ilustran bien usando la química de los sulfuros de hierro. Se pueden demostrar los métodos de la composición química mediante la formación de sulfuro de hierro (II) a partir de azufre y de hierro, según la ecuación arriba indicada.   

Esta reacción es endotérmica o sea, es necesario aportarle energía para que la reacción avance. El hierro posee ferromagnetismo y es atarido por un imán; Los sulfuros de hierro, no. Si mezclamos sulfuro de hierro con ácido clorhídrico (HCl), podremos mostrar las propiedades ácidas del ácido clorhídrico y el acre y nauseabundo humo tóxico del sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico que se forma en esta reacción de desplazamiento: FeS(s) + 2 HCl(aq) → FeCl2 (aq) + H2S(g)

Ayuda a defecar.

[editar] Véase también 

Teoría del mundo de hierro-sulfuro

[editar] Referencias 

D. Vaughan, J. Craig, (1978) Mineral Chemistry of Metal Sulfides, Cambridge University Press. ISBN 0-521-21489-0

Carbón Para otros usos de este término, véase Carbón (desambiguación).

Carbón. El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil. Suele localizarse bajo una capa de pizarra y sobre una capa de arena y arcilla. Se cree que la mayor parte del carbón se formó durante el período carbonífero (hace 280 a 345 millones de años).

Contenido [ocultar]       

1 Formación del carbón 2 Tipos de carbón 3 Producción y reservas 4 Aplicaciones 5 Véase también 6 Referencias 7 Enlaces externos

[editar] Formación del carbón Artículo principal: Carbonificación

El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas, y esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire que los destruiría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no pueden vivir en presencia de oxígeno. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonificación. Los geólogos estiman que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por el proceso de diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos. Los depósitos de carbón están frecuentemente asociados con el mercurio. Hay otra teoría que explica que el carbón se forma con emanaciones continuas de gas metano en las profundidades de la tierra.[cita requerida] En las cuencas carboníferas las capas de carbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se genera el carbón. Si, por ejemplo, un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido, por descenso del continente o por una transgresión marina, y los vegetales muertos y caídos se acumulan en la plataforma

litoral. Si continúa el descenso del continente o la invasión del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo. En las cuencas hulleras se conservan, tanto en el carbón como en las rocas intercaladas, restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era probablemente clima tropical.

[editar] Tipos de carbón Existen diferentes tipos de carbones minerales en función del grado de carbonificación que haya experimentado la materia vegetal que originó el carbón. Estos van desde la turba, que es el menos evolucionado y en que la materia vegetal muestra poca alteración, hasta la antracita que es el carbón mineral con una mayor evolución. Esta evolución depende de la edad del carbón, así como de la profundidad y condiciones de presión, temperatura, entorno, etc., en las que la materia vegetal evolucionó hasta formar el carbón mineral. El rango de un carbón mineral se determina en función de criterios tales como su contenido en materia volátil, contenido en carbono fijo, humedad, poder calorífico, etc. Así, a mayor rango, mayor es el contenido en carbono fijo y mayor el poder calorífico, mientras que disminuyen su humedad natural y la cantidad de materia volátil. Existen varias clasificaciones de los carbones según su rango. Una de las más utilizadas divide a los carbones de mayor a menor rango en:[cita requerida]       

Antracita Bituminoso bajo en volátiles Bituminoso medio en volátiles Bituminoso alto en volátiles Sub-bituminoso Lignito Turba

La hulla es un carbón mineral de tipo bituminoso medio y alto en volátiles.

[editar] Producción y reservas La producción mundial de carbón en los últimos años ha sido: Carbón bituminoso y antracita Carbón sub-bituminoso y lignito 2007*

5.543 Mt

945 Mt

2006

5.205 Mt

937 Mt

2005

4.934 Mt

906 Mt

2004

4.631 Mt

893 Mt

2003

4.231 Mt

893 Mt

2002

3.910 Mt

882 Mt

2001

3.801 Mt

897 Mt

Fuente: World Coal Institute - * Estimaciones

Reparto de la producción por países en 2007. Los 10 países mayores productores de carbón bituminoso y antracita en el año 2007 fueron: Artículo principal: Anexo:Países por producción de carbón

País República Popular China

Producción* 2.549 Mt

Estados Unidos de América

981 Mt

India

452 Mt

Australia

323 Mt

Sudáfrica

244 Mt

Rusia

241 Mt

Indonesia

231 Mt

Polonia

90 Mt

Kazajistán

83 Mt

Colombia

72 Mt

Fuente: World Coal Institute - * Estimaciones

Las reservas de carbón se encuentran muy repartidas, con 70 países con yacimientos aprovechables. Al ritmo actual de consumo se calcula que existen reservas seguras para 133 años, por 42 y 60 del petróleo y el gas, respectivamente. Además, el 67% de las reservas de petróleo y el 66% de las de gas se encuentran en Oriente Medio y Rusia. El hombre extrae carbón desde la Edad Media. En los yacimientos poco profundos la explotación es a cielo abierto. Sin embargo, por lo general las explotaciones de carbón se hacen con minería subterránea ya que la mayoría de las capas se encuentran a cientos de metros de profundidad.

Mina de carbón a cielo abierto en Garzweiler, Alemania. Panorámica en alta resolución. En España los principales yacimientos de hulla y antracita están en León, Asturias, Palencia, Córdoba y Ciudad Real.

[editar] Aplicaciones

Evolución del consumo mundial de carbón 1984-2004. El carbón suministra el 25% de la energía primaria consumida en el mundo, sólo por detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica, con 40% de la producción mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales del carbón son: 1. Generación de energía eléctrica. Las centrales térmicas de carbón pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica. En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presión. Otra tecnología en auge es la de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de síntesis obtenido mediante la gasificación del carbón. 2. Coque. El coque es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico). Dos tercios del acero mundial se producen

3.

4. 5.

6.

7.

utilizando coque de carbón, consumiendo en ello 12% de la producción mundial de carbón (cifras de 2003). Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbón se obtiene una aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene: 1. Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono 2. Acero: entre 0,2% y 1,2% de carbono 3. Fundición: más del 1,2% de carbono Industrias varias. Se utiliza en las fábricas que necesitan mucha energía en sus procesos, como las fábricas de cemento y de ladrillos. Uso doméstico. Históricamente el primer uso del carbón fue como combustible doméstico. Aun hoy sigue siendo usado para calefacción, principalmente en los países en vías de desarrollo, mientras que en los países desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes más limpias de calor (gas natural, propano, butano, energía eléctrica) para rebajar el índice de contaminación. Carboquímica. La carboquímica es practicada principalmente en África del Sur y China. Mediante el proceso de gasificación se obtiene del carbón un gas llamado gas de síntesis, compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis es una materia prima básica que puede transformarse en numerosos productos químicos de interés como, por ejemplo: 1. Amoníaco 2. Metanol 3. Gasolina y gasóleo de automoción a través del proceso Fischer-Tropsch (proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos a partir de gas de síntesis, CO y H2) Petróleo sintético. Mediante el proceso de licuefacción directa, el carbón puede ser transformado en un crudo similar al petróleo. La licuefacción directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.

Estas dos últimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren mucha energía, desperdiciando así un tercio del balance energético global. Debido a la crisis del petróleo se han vuelto a utilizar.

Hierro Para otros usos de este término, véase Hierro (desambiguación). Hierro Manganeso ← Hierro → Cobalto ? Fe

Fe

26

Ru Tabla completa • Tabla extendida Nombre, símbolo, número Serie química

Información general Hierro, Fe, 26 Metal de transición

Grupo, período, bloque Densidad Dureza Mohs

8, 4, d 7874 kg/m3 4,0 Metálico brillante con un tono grisáceo

Apariencia

N° CAS N° EINECS

7439-89-6 231-096-4

Propiedades atómicas Masa atómica 55,845 u Radio medio 140 pm Radio atómico (calc) 156 pm (Radio de Bohr) Radio covalente 126 pm Radio de van der Waals Sin datos pm Configuración electrónica [Ar]3d64s2 Electrones por nivel de energía 2, 8, 14, 2 (imagen) Estado(s) de oxidación 2, 3 Óxido Anfótero Estructura cristalina Cúbica centrada en el cuerpo Propiedades físicas Estado ordinario Sólido (ferromagnético) Punto de fusión 1808 K Punto de ebullición 3023 K Entalpía de vaporización 349,6 kJ/mol Entalpía de fusión 13,8 kJ/mol Presión de vapor 7,05 Pa a 1808 K Velocidad del sonido 4910 m/s a 293.15 K (20 °C) 540 MPa Resistencia máxima 200 GPa Módulo elástico Varios Electronegatividad (Pauling) Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización

1,83 440 J/(K·kg) 9,93·106 S/m 80,2 W/(K·m) 762,5 kJ/mol

2.ª Energía de ionización 3.ª Energía de ionización 4.ª Energía de ionización

1561,9 kJ/mol 2957 kJ/mol 5290 kJ/mol Isótopos más estables

iso

AN

54

Fe Fe 56 Fe 57 Fe 58 Fe 59 Fe 60 Fe

5,845% Sintético 91,72% 2,119% 0,282% Sintético Sintético

55

Ed MeV Estable con 28 neutrones 2,73 a ε 0,231 Estable con 30 neutrones Estable con 31 neutrones Estable con 32 neutrones 44,503 d β 1,565 6 1,5·10 a β 3,978 Periodo

MD

PD 55

Mn

59

Co Co

60


El hierro o fierro (en muchos países hispanohablantes se prefiere esta segunda forma)1 es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (del latín fĕrrum)1 y tiene una masa atómica de 55,6 u. Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante. El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro.

Contenido [ocultar]  

        

1 Características principales 2 Aplicaciones o 2.1 Aceros o 2.2 Fundiciones 3 Historia 4 Abundancia y obtención 5 Compuestos 6 Metabolismo del hierro 7 Isótopos 8 Precauciones 9 Véase también 10 Referencias 11 Enlaces externos

[editar] Características principales

Hierro puro Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y pesado. Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes. Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones). Presenta diferentes formas estructurales dependiendo de la temperatura y presión. A presión atmosférica:    

Hierro-α: estable hasta los 911 °C. El sistema cristalino es una red cúbica centrada en el cuerpo (bcc). Hierro-γ: 911 °C - 1392 °C; presenta una red cúbica centrada en las caras (fcc). Hierro-δ: 1392 °C - 1539 °C; vuelve a presentar una red cúbica centrada en el cuerpo. Hierro-ε: Puede estabilizarse a altas presiones, presenta estructura hexagonal compacta (h).

El hierro es ferromagnético hasta la temperatura de Curie (768 °C), a partir de la cual pasa a ser paramagnético. Antiguamente, al hierro-α paramagnético se le llamaba hierro-β, aunque hoy en día no se suele distinguir entre las fases α y β.

[editar] Aplicaciones El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas

propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición. El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios. Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

[editar] Aceros Los aceros son aleaciones férreas con un contenido máximo de carbono del 2%, el cual puede estar como aleante de inserción en la ferrita y austenita y formando carburo de hierro. Algunas aleaciones no son ferromagnéticas. Éste puede tener otros aleantes e impurezas. Dependiendo de su contenido en carbono se clasifican en: 







Acero bajo en carbono: menos del 0,25% de C en peso. Son blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etcétera. También existen los aceros de alta resistencia y baja aleación, que contienen otros elementos aleados hasta un 10% en peso; tienen una mayor resistencia mecánica y pueden ser trabajados fácilmente. Acero medio en carbono: entre 0,25% y 0,6% de C en peso. Para mejorar sus propiedades son tratados térmicamente. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles; se emplean en piezas de ingeniería que requieren una alta resistencia mecánica y al desgaste. Acero alto en carbono: entre 0,60% y 1,4% de C en peso. Son aún más resistentes, pero también menos dúctiles. Se añaden otros elementos para que formen carburos, por ejemplo, con wolframio se forma el carburo de wolframio, WC; estos carburos son muy duros. Estos aceros se emplean principalmente en herramientas. Aceros aleados: Con los aceros no aleados, o al carbono, es imposible satisfacer las demandas de la industria actual. Para conseguir determinadas características de resiliencia, resistencia al desgaste, dureza y resistencia a determinadas temperaturas deberemos recurrir a estos. Mediante la acción de uno o varios elementos de aleación en porcentajes adecuados se introducen modificaciones químicas y estructurales que afectan a la temlabilidad, características mecánicas, resistencia a oxidación y otras propiedades.

La clasificación más técnica y correcta para los aceros al carbono (sin alear) según su contenido en carbono:   

Los aceros hipoeutectoides, cuyo contenido en carbono oscila entre 0.02% y 0,8%. Los aceros eutectoides cuyo contenido en carbono es de 0,8%. Los aceros hipereutectoides con contenidos en carbono de 0,8% a 2%.

Aceros inoxidables: uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad. Añadiendo un 12% de cromo se considera acero inoxidable, debido a que este aleante

crea una capa de óxido de cromo superficial que protege al acero de la corrosión o formación de óxidos de hierro. También puede tener otro tipo de aleantes como el níquel para impedir la formación de carburos de cromo, los cuales aportan fragilidad y potencian la oxidación intergranular. El uso más extenso del hierro es para la obtención de aceros estructurales; también se producen grandes cantidades de hierro fundido y de hierro forjado. Entre otros usos del hierro y de sus compuestos se tienen la fabricación de imanes, tintes (tintas, papel para heliográficas, pigmentos pulidores) y abrasivos (colcótar).

[editar] Fundiciones Cuando el contenido en carbono es superior a un 2.11% en peso , la aleación se denomina fundición. Este carbono puede encontrarse disuelto, formando cementita o en forma libre. Son muy duras y frágiles. Hay distintos tipos de fundiciones:      

Gris Blanca Atruchada Maleable americana Maleable europea Esferoidal o dúctil

Sus características varían de un tipo a otra; según el tipo se utilizan para distintas aplicaciones: en motores, válvulas, engranajes, etc. Por otra parte, los óxidos de hierro tienen variadas aplicaciones: en pinturas, obtención de hierro, la magnetita (Fe3O4) y el óxido de hierro III en aplicaciones magnéticas, etc. El Fe (OH)3, se utiliza en radioquímica para concentrar los actínidos mediante coprecipitación.

[editar] Historia Se tienen indicios de uso del hierro, cuatro milenios antes de Cristo, por parte de los sumerios y egipcios. En el segundo y tercer milenio, antes de Cristo, van apareciendo cada vez más objetos de hierro (que se distingue del hierro procedente de meteoritos por la ausencia de níquel) en Mesopotamia, Anatolia y Egipto. Sin embargo, su uso parece ser ceremonial, siendo un metal muy caro, más que el oro. Algunas fuentes sugieren que tal vez se obtuviera como subproducto de la obtención de cobre. Entre 1600 a. C. y 1200 a. C. va aumentando su uso en Oriente Medio, pero no sustituye al predominante uso del bronce. Entre los siglos XII a. C. y X a. C. se produce una rápida transición en Oriente Medio desde las armas de bronce a las de hierro. Esta rápida transición tal vez fuera debida a la falta de estaño, antes que a una mejora en la tecnología en el trabajo del hierro. A este periodo, que se produjo en diferentes fechas según el lugar, se denomina Edad de

Hierro, sustituyendo a la Edad de Bronce. En Grecia comenzó a emplearse en torno al año 1000 a. C. y no llegó a Europa occidental hasta el siglo VII a. C. La sustitución del bronce por el hierro fue paulatina, pues era difícil fabricar piezas de hierro: localizar el mineral, luego fundirlo a temperaturas altas para finalmente forjarlo. En Europa Central, surgió en el siglo IX a. C. la cultura de Hallstatt (sustituyendo a la cultura de los campos de urnas, que se denomina primera Edad de Hierro, pues coincide con la introducción de este metal. Hacia el 450 a. C. se desarrolló la cultura de La Tène, también denominada segunda Edad de Hierro. El hierro se usa en herramientas, armas y joyería, aunque siguen encontrándose objetos de bronce. Junto con esta transición del bronce al hierro se descubrió el proceso de carburización, consistente en añadir carbono al hierro. El hierro se obtenía como una mezcla de hierro y escoria, con algo de carbono o carburos, y era forjado, quitando la escoria y oxidando el carbono, creando así el producto ya con una forma. Este hierro forjado tenía un contenido en carbono muy bajo y no se podía endurecer fácilmente al enfriarlo en agua. Se observó que se podía obtener un producto mucho más duro calentando la pieza de hierro forjado en un lecho de carbón vegetal, para entonces sumergirlo en agua o aceite. El producto resultante, que tenía una superficie de acero, era más duro y menos frágil que el bronce, al que comenzó a reemplazar. En China el primer hierro que se utilizó también procedía de meteoritos, habiéndose encontrado objetos de hierro forjado en el noroeste, cerca de Xinjiang, del siglo VIII a. C. El procedimiento era el mismo que el utilizado en Oriente Medio y Europa. En los últimos años de la Dinastía Zhou (550 a. C.) se consigue obtener hierro colado (producto de la fusión del arrabio). El mineral encontrado allí presenta un alto contenido en fósforo, con lo que funde a temperaturas menores que en Europa y otros sitios. Sin embargo durante bastante tiempo, hasta la Dinastía Qing (hacia 221 a. C.), no tuvo una gran repercusión. El hierro colado tardó más en Europa, pues no se conseguía la temperatura suficiente. Algunas de las primeras muestras de hierro colado se han encontrado en Suecia, en Lapphyttan y Vinarhyttan, del 1150 a 1350. En la Edad Media, y hasta finales del siglo XIX, muchos países europeos empleaban como método siderúrgico la farga catalana. Se obtenía hierro y acero bajo en carbono empleando carbón vegetal y el mineral de hierro. Este sistema estaba ya implantado en el siglo XV, y se conseguían alcanzar hasta unos 1200 °C. Este procedimiento fue sustituido por el empleado en los altos hornos. En un principio se usaba carbón vegetal para la obtención de hierro como fuente de calor y como agente reductor. En el siglo XVIII, en Inglaterra, comenzó a escasear y hacerse más caro el carbón vegetal, y esto hizo que comenzara a utilizarse coque, un combustible fósil, como alternativa. Fue utilizado por primera vez por Abraham Darby, a principios del siglo XVIII, que construyó en Coalbrookdale un alto horno. Asimismo, el coque se empleó como fuente de energía en la Revolución industrial. En este periodo la demanda de hierro fue cada vez mayor, por ejemplo para su aplicación en ferrocarriles.

El alto horno fue evolucionando a lo largo de los años. Henry Cort, en 1784, aplicó nuevas técnicas que mejoraron la producción. En 1826 el alemán Friedrich Harkot construye un alto horno sin mampostería para humos. Hacia finales del siglo XVIII y comienzos del XIX se comenzó a emplear ampliamente el hierro como elemento estructural (en puentes, edificios, etcétera). Entre 1776 a 1779 se construye el primer puente de fundición de hierro, construido por John Wilkinson y Abraham Darby. En Inglaterra se emplea por primera vez en la construcción de edificios, por Mathew Boulton y James Watt, a principios del siglo XIX. También son conocidas otras obras de ese siglo, por ejemplo el Palacio de Cristal construido para la Exposición Universal de 1851 en Londres, del arquitecto Joseph Paxton, que tiene un armazón de hierro, o la Torre Eiffel, en París, construida en 1889 para la Exposición Universal, en donde se utilizaron miles de toneladas de hierro.

[editar] Abundancia y obtención El hierro es el metal de transición más abundante en la corteza terrestre, y cuarto de todos los elementos. También existe en el Universo, habiéndose encontrado meteoritos que lo contienen. Es el principal metal que compone el núcleo de la Tierra hasta con un 70%. Se encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan la hematites (Fe2O3), la magnetita (Fe3O4), la limonita (FeO (OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2), la ilmenita (FeTiO3), etcétera. Se puede obtener hierro a partir de los óxidos con más o menos impurezas. Muchos de los minerales de hierro son óxidos, y los que no se pueden oxidar para obtener los correspondientes óxidos. La reducción de los óxidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno denominado comúnmente alto horno (también, horno alto). En él se añaden los minerales de hierro en presencia de coque y carbonato de calcio, CaCO3, que actúa como escorificante. Los gases sufren una serie de reacciones; el coque puede reaccionar con el oxígeno para formar dióxido de carbono: C + O2 → CO2 A su vez el dióxido de carbono puede reducirse para dar monóxido de carbono: CO2 + C → 2CO Aunque también se puede dar el proceso contrario al oxidarse el monóxido con oxígeno para volver a dar dióxido de carbono: 2CO + O2 → 2CO2 El proceso de oxidación de coque con oxígeno libera energía y se utiliza para calentar (llegándose hasta unos 1900 °C en la parte inferior del horno). En primer lugar los óxidos de hierro pueden reducirse, parcial o totalmente, con el monóxido de carbono, CO; por ejemplo:

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 FeO + CO → Fe + CO2 Después, conforme se baja en el horno y la temperatura aumenta, reaccionan con el coque (carbono en su mayor parte), reduciéndose los óxidos. Por ejemplo: Fe3O4 + C → 3FeO + CO El carbonato de calcio (caliza) se descompone: CaCO3 → CaO + CO2 Y el dióxido de carbono es reducido con el coque a monóxido de carbono como se ha visto antes. Más abajo se producen procesos de carburación: 3Fe + 2CO → Fe3C + CO2 Finalmente se produce la combustión y desulfuración (eliminación de azufre) mediante la entrada de aire. Y por último se separan dos fracciones: la escoria y el arrabio: hierro fundido, que es la materia prima que luego se emplea en la industria. El arrabio suele contener bastantes impurezas no deseables, y es necesario someterlo a un proceso de afino en hornos llamados convertidores. En 2000 los cinco mayores productores de hierro eran China, Brasil, Australia, Rusia e India, con el 70% de la producción mundial. Actualmente el mayor yacimiento de Hierro del mundo se encuentra en la región de "El Mutún", en el departamento de Santa Cruz de la Sierra, Bolívia; dicho yacimiento cuenta con más de 40.000.000 de Toneladas para explotar.[cita requerida]

[editar] Compuestos Véase también: Categoría:Compuestos de hierro 

Los estados de oxidación más comunes son +2 y +3. Los óxidos de hierro más conocidos son el óxido de hierro (II),FeO, el óxido de hierro (III), Fe2O3, y el óxido mixto Fe3O4.

Forma asimismo numerosas sales y complejos en estos estados de oxidación. El hexacianoferrato (II) de hierro (III), usado en pinturas, se ha denominado azul de Prusia o azul de Turnbull; se pensaba que eran sustancias diferentes. 

Se conocen compuestos en el estado de oxidación +4, +5 y +6, pero son poco comunes, y en el caso del +5, no está bien caracterizado. El ferrato de potasio, K2FeO4, en el que el hierro está en estado de oxidación +6, se emplea como oxidante. El estado de oxidación +4 se encuentra en unos pocos compuestos y también en algunos procesos enzimáticos.



El Fe3C se conoce como cementita, que contiene un 6,67 % en carbono, al hierro α se le conoce como ferrita, y a la mezcla de ferrita y cementita, perlita o ledeburita dependiendo del contenido en carbono. La austenita es una solución sólida intersticial de carbono en hierro γ (Gamma).

[editar] Metabolismo del hierro Artículo principal: Metabolismo del hierro

Aunque solo existe en pequeñas cantidades en los seres vivos, el hierro ha asumido un papel vital en el crecimiento y en la supervivencia de los mismos y es necesario no solo para lograr una adecuada oxigenación tisular sino también para el metabolismo de la mayor parte de las células. En la actualidad con un incremento en el oxígeno atmosférico el hierro se encuentra en el medio ambiente casi exclusivamente en forma oxidada (ó ferrica Fe3+) y en esta forma es poco utilizable. En los adultos sanos el hierro corporal total es de 3 a 4 gramos ó 35 mg/kg en las mujeres a 50 mg/kg en los hombres. Se encuentra distribuido en dos formas: 70% como hierro funcional (2,8g):   

Eritrocitos (65%). Tisular: mioglobinas (4%). Enzimas dependientes del hierro (hem y no hem): 1%

Estas son enzimas esenciales para la función de las mitocondrias y que controlan la oxidación intracelular (citocromos, oxidasas del citrocromo, catalasas, peroxidasas). Transferrina (0,1%), la cual se encuentra normalmente saturada en 1/3 con hierro. La mayor atención con relación a este tipo de hierro se ha enfocado hacia el eritrón, ya que su estatus de hierro puede ser fácilmente medible y constituye la principal fracción del hierro corporal. 30% como hierro de depósito (1 g):     

Ferritina (2/3). Hemosiderina (1/3). Hemoglobina: Transporta el oxígeno a las células. Transferrina: Transporta el hierro a través del plasma. Ferritina: Principal forma de depósito del hierro en los tejidos.

Estudios recientes de disponibilidad del hierro de los alimentos han demostrado que el hierro del hem es bien absorbido, pero el hierro no hem se absorbe en general muy pobremente y este último, es el hierro que predomina en la dieta de gran cantidad de gente en el mundo.[cita requerida]

Hem: Como hemoglobina y mioglobina, presente principalmente en la carne y derivados. No hem. La absorción del hierro hem no es afectada por ningún factor; ni dietético, ni de secreción gastrointestinal. Se absorbe tal cual dentro del anillo porfirínico. El hierro es liberado dentro de las células de la mucosa por la HEM oxigenasa, enzima que abunda en las células intestinales del duodeno. Las absorción del hierro no hem, por el contrario se encuentra afectada por una gran contidad de factores dietéticos y de secreción gastrointestinal que se analizarán posteriormente. El hierro procedente de la dieta, especialmente el no hem, es hierro férrico y debe ser convertido en hierro ferroso a nivel gástrico antes que ocurra su absorción en esta forma (hierro ferroso) a nivel duodenal principalmente. Otros factores, independientes de la dieta que pueden influir en la absorción del hierro son: 

El tamaño del depósito de hierro que indica el estado de reserva de hierro de un individuo. Este es el principal mecanismo de control. Se encuentra influenciado por los depósitos de hierro y por lo tanto, por las necesidades corporales. Así, reservas aumentadas de hierro disminuyen su absorción. En este punto el factor más importante que influye en la absorción del hierro es el contenido de hierro en las células de la mucosa intestinal (ferritina local). Es el llamado ―Bloqueo mucoso de Granick‖.



La eritropoyesis en la médula ósea: que es un estado dinámico de consumo o no de hierro corporal. Así, decae la absorción del hierro cuando disminuye la eritropoyesis.

La absorción del hierro en forma ferrosa tiene lugar en el duodeno y en el yeyuno superior, y requiere de un mecanismo activo que necesita energía. El hierro se une a glucoproteínas de superficie (o receptores específicos de la mucosa intestinal para el hierro), situadas en el borde en cepillo de las células intestinales. Luego se dirige al retículo endoplasmático rugoso y a los ribosomas libres (donde forma ferritina) y posteriormente a los vasos de la lámina propia. Como puede deducirse, la absorción del hierro es regulada por la mucosa intestinal, lo que impide que reservas excesivas de hierro se acumulen. La absorción del hierro depende también de la cantidad de esta proteína.

El hierro se encuentra en prácticamente todos los seres vivos y cumple numerosas y variadas funciones. 

Hay distintas proteínas que contienen el grupo hemo, que consiste en el ligando porfirina con un átomo de hierro. Algunos ejemplos: o La hemoglobina y la mioglobina; la primera transporta oxígeno, O2, y la segunda, lo almacena.

o

o

Los citocromos; los citocromos c catalizan la reducción de oxígeno a agua. Los citocromos P450 catalizan la oxidación de compuestos hidrofóbicos, como fármacos o drogas, para que puedan ser excretados, y participan en la síntesis de distintas moléculas. Las peroxidasas y catalasas catalizan la oxidación de peróxidos, H2O2, que son tóxicos.

Ejemplo de centro de una proteína de Fe/S (ferredoxina)

 

Las proteínas de hierro/azufre (Fe/S) participan en procesos de transferencia de electrones. También se puede encontrar proteínas en donde átomos de hierro se enlazan entre sí a través de enlaces puente de oxígeno. Se denominan proteínas Fe-O-Fe. Algunos ejemplos: o Las bacterias metanotróficas, que emplean el metano, CH4, como fuente de energía y de carbono, usan proteínas de este tipo, llamadas monooxigenasas, para catalizar la oxidación de este metano. o La hemeritrina transporta oxígeno en algunos organismos marinos. o Algunas ribonucleótido reductasas contienen hierro. Catalizan la formación de desoxinucleótidos.

Los animales para transportar el hierro dentro del cuerpo emplean unas proteínas llamadas transferrinas. Para almacenarlo, emplean la ferritina y la hemosiderina. El hierro entra en el organismo al ser absorbido en el intestino delgado y es transportado o almacenado por esas proteínas. La mayor parte del hierro se reutiliza y muy poco se excreta. Tanto el exceso como el defecto de hierro, pueden provocar problemas en el organismo. El envenamiento por hierro ocurre debido a la ingesta exagerada de esté (como suplemento en el tratamiento de anemias). La hemocromatosis corresponde a una enfermedad de origen genético, en la cual ocurre una excesiva absorción del hierro, el cual se deposita en el hígado, causando disfunción de éste y eventualmente llegando a la cirrosis hepática. En las transfusiones de sangre, se emplean ligandos que forman con el hierro complejos de una alta estabilidad para evitar que quede demasiado hierro libre. Estos ligandos se conocen como sideróforos. Muchos microorganismos emplean estos sideróforos para captar el hierro que necesitan. También se pueden emplear como antibióticos, pues no dejan hierro libre disponible.

[editar] Isótopos

El hierro tiene cuatro isótopos estables naturales: 54Fe, 56Fe, 57Fe y 58Fe, Las abundancias relativas en las que se encuentran en la naturaleza son de aproximadamente: 54Fe (5,8%), 56Fe (91,7%), 57Fe (2,2%) y 58Fe (0,3%).

[editar] Precauciones La siderosis es el depósito de hierro en los tejidos.El hierro en exceso es tóxico. El hierro reacciona con peróxido y produce radicales libres; la reacción más importante es: Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + OH• Cuando el hierro se encuentra dentro de unos niveles normales, los mecanismos antioxidantes del organismo pueden controlar este proceso. La dosis letal de hierro en un niño de 2 años es de unos 3 g. 1 g puede provocar un envenenamiento importante. El hierro en exceso se acumula en el hígado y provoca daños en este órgano.

Níquel Para la banda uruguaya de rock, véase Níquel (banda). Níquel Cobalto ← Níquel → Cobre Ni

28

Ni

Pd Tabla completa • Tabla extendida Nombre, símbolo, número Serie química Grupo, período, bloque Densidad Dureza Mohs

Apariencia

Información general Níquel, Ni, 28 Metal de transición 10, 4, d 8908 kg/m3 4,0 Lustroso metálico

N° CAS N° EINECS

7440-02-0 231-111-4

Masa atómica Radio medio Radio atómico (calc) Radio covalente Radio de van der Waals Configuración electrónica Estado(s) de oxidación Óxido Estructura cristalina Estado ordinario Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Presión de vapor Velocidad del sonido

Propiedades atómicas 58,71 u 135 pm 149 pm (Radio de Bohr) 121 pm 163 pm [Ar]3d84s2 +3, +2, 0 Levemente básico Cúbica centrada en las caras Propiedades físicas Sólido (ferromagnético) 1453 K 2730 K 370,4 kJ/mol 17,47 kJ/mol 237 Pa a 1726 K 4970 m/s a 293.15 K (20 °C) Varios

Electronegatividad (Pauling) Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización 2.ª Energía de ionización 3.ª Energía de ionización 4.ª Energía de ionización

1,91 440 J/(K·kg) 14,3 × 106 S/m 90,7 W/(K·m) 737,1 kJ/mol 1753 kJ/mol 3395 kJ/mol 5300 kJ/mol

Isótopos más estables iso 56

Ni 58 Ni

AN Sintético 68,077%

Ed MeV 6,077 días ε 2,136 Estable con 30 neutrones Periodo

MD

PD 56

Co

59

Ni 60 Ni 61 Ni 62 Ni 63 Ni 64 Ni

Sintético 26,233% 1,14% 3,634% Sintético 0,926%

76000 años ε 1,072 Estable con 32 neutrones Estable con 33 neutrones Estable con 34 neutrones 100,1 años ß2,137 Estable con 36 neutrones

59

Co

63

Cu


El níquel es un elemento químico de número atómico 28 y su símbolo es Ni, situado en el grupo 10 de la tabla periódica de los elementos.

Contenido [ocultar]         

1 Papel biológico 2 Historia 3 Abundancia y obtención 4 Principales minerales de níquel 5 Isótopos 6 Precauciones 7 Aplicaciones 8 Referencias 9 Enlaces externos

[editar] Papel biológico Muchas, aunque no todas, las hidrogenasas contienen níquel, especialmente en aquellas cuya función es oxidar el hidrógeno. Parece que el níquel sufre cambios en su estado de oxidación lo que parece indicar que el núcleo de níquel es la parte activa de la enzima. El níquel está también presente en la enzima metil CoM reductasa y en bacterias metanogénicas.

[editar] Historia El uso del níquel se remonta aproximadamente al siglo IV a. C., generalmente junto con el cobre, ya que aparece con frecuencia en los minerales de este metal. Bronces originarios de la actual Siria tienen contenidos de níquel superiores al 2%. Manuscritos chinos sugieren que el «cobre blanco» se utilizaba en Oriente hacia 1700 al 1400 a. C.; sin embargo, la facilidad de confundir las menas de níquel con las de plata induce a pensar que en realidad el uso del níquel fue posterior, hacia el siglo IV a. C. Los minerales que contienen níquel, como la niquelina, se han empleado para colorear el vidrio. En 1751 Axel Frederik Cronstedt, intentando extraer cobre de la niquelina, obtuvo un metal blanco que llamó níquel, ya que los mineros de Hartz atribuían al

«viejo Nick» (el diablo) el que algunos minerales de cobre no se pudieran trabajar; y el metal responsable de ello resultó ser el descubierto por Cronstedt en la niquelina, o Kupfernickel, diablo del cobre, como se llama aún al mineral en idioma alemán. Según un diccionario etimológico italiano, níquel proviene del sueco nickel, que viene del alemán Kupfernickel, propiamente ‗falso cobre‘, compuesto de Kupfer (cobre) y Nickel (sobrenombre de Nikolaus), nombre dado por los mineros a los minerales inútiles, usado en broma para indicar un mineral que del cobre tiene sólo el color. La primera moneda de níquel puro se acuñó en 1881.

[editar] Abundancia y obtención El níquel aparece en forma de metal en los meteoritos junto con el hierro (formando las aleaciones kamacita y taenita) y se encuentra en el núcleo de la Tierra también junto al hierro e iridio, formando entre estos tres metales una aleación increíblemente dura y pesada cuando el planeta ardía. Combinado se encuentra en minerales diversos como garnierita, millerita, pentlandita y pirrotina. Las minas de Canadá, Cuba y Rusia producen hoy día el 70% del níquel consumido. Otros productores son Bolivia, Colombia, Puerto Rico, Nueva Caledonia provincia de ultramar de Francia y República Dominicana.

[editar] Principales minerales de níquel La niquelita (NiAs), la garnierita (Si4O13[Ni, Mg]2•2 H2O), este último es uno de los minerales más utilizados en la extracción del níquel, también existen los sulfuros, de ellos los más importantes son los sulfuros de hierro y níquel, pentlandita y pirrotita (Ni, Fe) xSy, otros minerales que se encuentran en la naturaleza son los arseniuros, silicatos, sulfoarseniuros.

[editar] Isótopos En la naturaleza se encuentran 5 isótopos estables: 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni y 64Ni, siendo el más ligero el más abundante (68,077%). Se han caracterizado además 18 isótopos radioactivos de los que los más estables son el 59Ni, el 63Ni y el 56Ni con periodos de semidesintegración de 76.000 años, 100,1 años y 6,077 días respectivamente. Los demás radioisótopos, con masas atómicas desde 52 uma (52Ni) a 74 uma (74Ni), tienen periodos de semidesintegración inferiores a 60 horas y la mayoría no alcanzan los 30 segundos. El níquel tiene además un estado metaestable. El 56Ni se produce en grandes cantidades en supernovas de tipo II correspondiendo la forma de la curva de luz a la desintegración del 56Ni en 56Co y éste en 56Fe. El 59Ni es un isótopo de larga vida obtenido por cosmogénesis. Este isótopo ha encontrado diversas aplicaciones en la datación radiométrica de meteoritos y en la determinación de la abundancia de polvo extraterrestre en hielos y sedimentos. El 60Ni es hijo del 60Fe (periodo de semidesintegración de 1,5 millones de años) cuya persistencia en el Sistema Solar en concentraciones suficientemente altas ha podido

causar variaciones observables en la composición isotópica del 60Ni, de este modo, el análisis de la abundancia de 60Ni en materiales extraterrestres puede proporcionar información sobre el origen del sistema solar y su historia primordial.

[editar] Precauciones La exposición al níquel metal y sus compuestos solubles no debe superar los 0,05 mg/cm3 medidos en niveles de níquel equivalente para una exposición laboral de 8 horas diarias y 40 semanales. Los vapores y el polvo de sulfuro de níquel se sospecha que sean cancerígenos. El carbonilo de níquel (Ni(CO)4), generado durante el proceso de obtención del metal, es un gas extremadamente tóxico. Las personas sensibilizadas pueden manifestar alergias al níquel. La cantidad de níquel isible en productos que puedan entrar en o con la piel está regulada en la Unión Europea; a pesar de ello, la revista Nature publicó en 2002 un artículo en el que investigadores afirmaban haber encontrado en monedas de 1 y 2 euros niveles superiores a los permitidos, se cree que debido a una reacción galvánica.

[editar] Aplicaciones Aproximadamente el 65% del níquel consumido se emplea en la fabricación de acero inoxidable austenítico y otro 12% en superaleaciones de níquel. El restante 23% se reparte entre otras aleaciones, baterías recargables, catálisis, acuñación de moneda, recubrimientos metálicos y fundición:    

  

Alnico, aleación para imanes. El mu-metal se usa para apantallar campos magnéticos por su elevada permeabilidad magnética. Las aleaciones níquel-cobre (monel) son muy resistentes a la corrosión, utilizándose en motores marinos e industria química. La aleación níquel-titanio (nitinol-55) presenta el fenómeno de efecto térmico de memoria (metales) y se usa en robótica, también existen aleaciones que presentan superplasticidad. Crisoles de laboratorios químicos. Níquel Raney: catalizador de la hidrogenación de aceites vegetales. Se emplea para la acuñación de monedas, a veces puro y, más a menudo, en aleaciones como el cuproníquel.

Zinc Zinc Cobre ← Zinc → Galio -

Zn

30

Zn Cd Tabla completa • Tabla extendida Nombre, símbolo, número Serie química Grupo, período, bloque Densidad Dureza Mohs Apariencia

Información general Zinc, Zn, 30 Metal de transición 12, 4, d 7140 kg/m3 2,5 Azul pálido grisáceo

N° CAS N° EINECS

7440-66-6 231-175-3

Propiedades atómicas Masa atómica 65,409 u Radio medio 135 pm Radio atómico (calc) 142 pm (Radio de Bohr) Radio covalente 131 pm Radio de van der Waals 139 pm Configuración electrónica [Ar]3d104s2 Electrones por nivel de energía 2, 8, 18, 2 (imagen) Estado(s) de oxidación 2 Óxido Anfótero Estructura cristalina Hexagonal Estado ordinario Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Presión de vapor Velocidad del sonido

Propiedades físicas Sólido (diamagnético) 692,68 K 1180 K 115,3 kJ/mol 7,322 kJ/mol 192,2 Pa a 692,73 K 3700 m/s a 293.15 K (20 °C) Varios

Electronegatividad (Pauling)

1,6

Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización 2.ª Energía de ionización 3.ª Energía de ionización 4.ª Energía de ionización

390 J/(K·kg) 16,6·106 S/m 116 W/(K·m) 906,4 kJ/mol 1733,3 kJ/mol 3833 kJ/mol 5731 kJ/mol


AN

64

Zn Zn 66 Zn 67 Zn 68 Zn 70 Zn 72 Zn

48,63% Sintético 27,90% 4,10% 18,75% 0,62% Sintético

65

Ed MeV Estable con 34 neutrones 244,26 días ε 1,352 Estable con 36 neutrones Estable con 37 neutrones Estable con 38 neutrones Estable con 40 neutrones 46,5 horas β 0,458 Periodo

MD

PD 65

Cu

72

Ga


El cinc (del alemán Zink1 ) es un elemento químico esencial de número atómico 30 y símbolo Zn situado en el grupo 12 de la tabla periódica de los elementos. Aunque por costumbre suele ser aceptado zinc, la forma correcta de escribirse es cinc en español.

Contenido [ocultar]          

1 Características principales 2 Historia 3 Aplicaciones 4 Papel biológico 5 Abundancia y obtención 6 Bioquímica 7 Precauciones 8 Referencias 9 Bibliografía 10 Enlaces externos


Zinc puro El zinc es un metal, a veces clasificado como metal de transición aunque estrictamente no lo sea, ya que tanto el metal como su especie dispositiva presentan el conjunto orbital completo. Este elemento presenta cierto parecido con el magnesio, y con el cio de su grupo, pero del mercurio se aparta mucho por las singulares propiedades físicas y químicas de éste (contracción lantánida y potentes efectos relativistas sobre orbitales de enlace). Es el 23º elemento más abundante en la Tierra y una de sus aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero. Es un metal de color blanco azulado que arde en aire con llama verde azulada. El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión. Prácticamente el único estado de oxidación que presenta es el +2. En el año 2004 se publicó en la revista Science el primer y único compuesto conocido de cinc en estado de oxidación +1, basado en un complejo organometálico con el ligando pentametilciclopentadieno. Reacciona con ácidos no oxidantes pasando al estado de oxidación +2 y liberando hidrógeno y puede disolverse en bases y ácido acético. El metal presenta una gran resistencia a la deformación plástica en frío que disminuye en caliente, lo que obliga a laminarlo por encima de los 100 °C. No se puede endurecer por acritud y presenta el fenómeno de fluencia a temperatura ambiente —al contrario que la mayoría de los metales y aleaciones— y pequeñas cargas el más importante.

[editar] Historia La etimología de zinc parece que viene del alemán, Zincken o Zacken, para indicar el aspecto con filos dentados del mineral calamina, luego fue asumido para el metal obtenido a partir de él,[cita requerida] aunque otras fuentes consideran que viene de la palabra persa para piedra.2 Las aleaciones de zinc se han utilizado durante siglos —piezas de latón datadas en 1000-1500 a. C. se han encontrado en Canaán y otros objetos con contenidos de hasta el 87% de zinc han aparecido en la antigua región de Transilvania— sin embargo, por su bajo punto de fusión y reactividad química el metal tiende a evaporarse por lo que la verdadera naturaleza del metal no fue comprendida por los antiguos. Se sabe que la fabricación de latón era conocida por los romanos hacia 30 a. C. Plinio y Dioscórides describen la obtención de aurichalcum (latón) por el procedimiento de calentar en un crisol una mezcla de cia (calamina) con cobre; el latón obtenido posteriormente era fundido o forjado para fabricar objetos.

La fusión y extracción de zinc impuro se llevó a cabo hacia el año 1000 en India —en la obra Rasarnava (c. 1200) de autor desconocido se describe el procedimiento— y posteriormente en China y a finales del siglo XIV los indios conocían ya la existencia del zinc como metal distinto de los siete conocidos en la Antigüedad, el octavo metal. En 1597 Andreas Libavius describe una «peculiar clase de estaño» que había sido preparada en la India y llegó a sus manos en pequeña cantidad a través de un amigo; de sus descripciones se deduce que se trataba del zinc aunque no llegó a reconocerlo como el metal procedente de la calamina. En occidente, hacia 1248, Alberto Magno describe la fabricación de latón en Europa, y en el siglo XVI ya se conocía la existencia del metal. Georgius Agricola (1490-1555) observó en 1546 que podía rascarse un metal blanco condensado de las paredes de los hornos en los que se fundían minerales de zinc; añadiendo en sus notas que un metal similar denominado zincum se producía en Silesia.2 Paracelso fue el primero en sugerir que el zincum era un nuevo metal y que sus propiedades diferían de las de los metales conocidos sin dar, no obstante, ninguna indicación sobre su origen; en los escritos de Basilio Valentino se encuentran también menciones del zincum. A pesar de ello, en tratados posteriores las frecuentes referencias al zinc, con sus distintos nombres, se refieren generalmente al mineral no al metal libre y en ocasiones se confunde con el bismuto. Johann Kunkel en 1677 y poco más tarde Stahl en 1702 indican que al preparar el latón con el cobre y la calamina ésta última se reduce previamente al estado de metal libre, el zinc, que fue aislado por el químico Anton von Swab en 1742 y por Andreas Marggraf en 1746, cuyo exhaustivo y metódico trabajo Sobre el método de extracción del zinc de su mineral verdadero, la calamina cimentó la metalurgia del zinc y su reputación como descubridor del metal. En 1743 se fundó en Bristol el primer establecimiento para la fundición del metal a escala industrial pero su procedimiento quedó en secreto por lo que hubo que esperar 70 años hasta que Daniel Dony desarrollara un procedimiento industrial para la extracción del metal y se estableciera la primera fábrica en el continente europeo. Tras el desarrollo de la técnica de flotación del sulfuro de zinc se desplazó a la calamina como mena principal. El método de flotación es hoy día empleado en la obtención de varios metales.


Óxido de Zinc. La principal aplicación del zinc —cerca del 50% del consumo anual— es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosión, protección efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como ánodo de sacrificio. Otros usos incluyen 

 

Baterías de Zn-AgO usadas en la industria aeroespacial para misiles y cápsulas espaciales por su óptimo rendimiento por unidad de peso y baterías zinc-aire para computadoras portátiles. Piezas de fundición inyectada en la industria de automoción. Metalurgia de metales preciosos y eliminación de la plata del plomo.

[editar] Papel biológico El zinc es un elemento químico esencial para las los seres humanos y ciertos animales. El cuerpo humano contiene alrededor de 40 mg de zinc por kg y muchas enzimas funcionan con su concurso: interviene en el metabolismo de proteínas y ácidos nucleicos, estimula la actividad de aproximadamente 100 enzimas, colabora en el buen funcionamiento del sistema inmunitario, es necesario para la cicatrización de las heridas, interviene en las percepciones del gusto y el olfato y en la síntesis del ADN. El metal se encuentra en la insulina, las proteínas dedo de zinc (zinc finger) y diversas enzimas como la superóxido dismutasa. El zinc se encuentra en diversos alimentos como las ostras, carnes rojas, aves de corral, algunos pescados y mariscos, habas y nueces. La ingesta diaria recomendada de zinc ronda los 20 mg para adultos, menor para bebés, niños y adolescentes (por su menor peso corporal) y algo mayor para mujeres embarazadas y durante la lactancia. La deficiencia de zinc perjudica al sistema inmunitario, genera retardo en el crecimiento y puede producir pérdida del cabello, diarrea, impotencia, lesiones oculares y de piel, pérdida de apetito, pérdida de peso, tardanza en la cicatrización de las heridas y anomalías en el sentido del olfato. Las causas que pueden provocar una deficiencia de zinc son la deficiente ingesta y la mala absorción del mineral —caso de alcoholismo que favorece su eliminación en la orina o dietas vegetarianas en las que la absorción de zinc es un 50% menor que de las carnes— o por su excesiva eliminación debido a desórdenes digestivos. El exceso de zinc se ha asociado con bajos niveles de cobre, alteraciones en la función del hierro y disminución de la función inmunológica y de los niveles del colesterol bueno. Se cree que el aguijón de los escorpiones contienen zinc con una pureza de 1/4 partes.

[editar] Abundancia y obtención

Zinc La producción mundial de zinc durante 2010 alcanzó un total de 12,1 millones de toneladas métricas de zinc. El principal país productor es China, seguido por Perú y Australia.3

Rango

Estado

Producción en 2010 (en mill. ton/año)

1

China

3,5

2

Perú

1,52

3

Australia

1,45

4

India

0,75

5

Estados Unidos

0,72

6

Canadá

0,67

7

México

0,55

8

Kazajistán

0,48

9

Bolivia

0,43

10

Irlanda

0,35

Fuente:United States Geological Survey (USGS) - 2010

El zinc es el 23er elemento más abundante en la corteza terrestre. Las minas más ricas contienen cerca de un 10% de hierro y entre el 40 y 50% de zinc. Los minerales de los que se extrae son: el sulfuro de cinc conocido como esfalerita en EE.UU. y blenda en Europa; smithsonita (carbonato) en EE.UU., pero calamina en Europa; hemimorfita, (silicato) y franklinita (óxido). De acuerdo a información entregada en el informe anual del United States Geological Survey (USGS), las estimaciones señalan que las reservas económicamente explotables de zinc en el 2009 a nivel mundial alcanzarían 220 millones de toneladas métricas. Repartiéndose entre China, Estados Unidos, Perú y Kazajistán.4 Las reservas conocidas (incluyendo aquéllas cuya explotación no es hoy día económica) rozan los 2000 millones de toneladas. La producción del zinc comienza con la extracción del mineral que puede realizarse tanto a cielo abierto como en yacimientos subterráneos. Los minerales extraídos se trituran con posterioridad y se someten a un proceso de flotación para obtener el concentrado.

Los minerales con altos contenidos de hierro se tratan por vía seca: primeramente se tuesta el concentrado para transformar el sulfuro en óxido, que recibe la denominación de calcina, y a continuación se reduce éste con carbono obteniendo el metal (el agente reductor es en la práctica el monóxido de carbono formado). Las reacciones en ambas etapas son: 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2 ZnO + CO → Zn + CO2 Otra forma más sencilla y económica de reducir el óxido de zinc, es con Carbono, se colocan ambos; 2 moles o porciones molares de Óxido de zinc (ZnO), y un mol de Carbono (C), en un recipiente al vacío para evitar que el metal se incendie con el aire al momento de purificarse dando como resultado nuevamente óxido de zinc; En una etapa, la reducción del óxido de zinc, se expresa de la siguiente manera: 2 ZnO + C → 2 Zn + CO2 Por vía húmeda primeramente se realiza el tueste obteniendo el óxido que se lixivia con ácido sulfúrico diluido; las lejías obtenidas se purifican separando las distintas fases presentes. El sulfato de zinc se somete posteriormente a electrólisis con ánodo de plomo y cátodo de aluminio sobre el cual se deposita el zinc formando placas de algunos milímetros de espesor que se retiran cada cierto tiempo. Los cátodos obtenidos se funden y se cuela el metal para su comercialización. Como subproductos se obtienen diferentes metales como mercurio, óxido de germanio, cio, oro, plata, cobre, plomo en función de la composición de los minerales. El dióxido de azufre obtenido en la tostación del mineral se usa para producir ácido sulfúrico que se reutiliza en el lixiviado comercializando el excedente producido. Los tipos de zinc obtenidos se clasifican según la norma ASTM en función de su pureza:   

SHG, Special High Grade (99,99%) HG, High Grade (99,90%) PWG Prime Western Grade (98%)

La norma EN 1179 considera cinco grados Z1 a Z5 con contenidos de zinc entre 99,995% y 98,5% y existen normas equivalentes en Japón y Australia. Para armonizar todas ellas la Organización Internacional para la Estandarización publicó en 2004 la norma ISO 752 sobre clasificación y requisitos del zinc primario.

[editar] Bioquímica 

Aleaciones

Las aleaciones más empleadas son las de aluminio (3,5-4,5%, Zamak; 11-13%, Zn-AlCu-Mg; 22%, Prestal, aleación que presenta superplasticidad) y cobre (alrededor del 1%) que mejoran las características mecánicas del zinc y su aptitud al moldeo.

Es componente minoritario en aleaciones diversas, principalmente de cobre como latones (3 a 45% de zinc), alpacas (Cu-Ni-Zn) y bronces (Cu-Sn) de moldeo. 

Compuestos

El óxido de zinc es el más conocido y utilizado industrialmente, especialmente como base de pigmentos blancos para pintura, pero también en la industria del caucho y en cremas solares. Otros compuestos importantes son: sulfato de zinc (nutriente agrícola y uso en minería), cloruro de zinc (desodorantes) y sulfuro de zinc (pinturas luminiscentes). 

Isótopos

El zinc existente en la naturaleza está formado por cuatro isótopos estables, Zn-64 (48,6%), Zn-66, Zn-67, y Zn-68. Se han caracterizado 22 radioisótopos de los que los más estables son Zn-65 y Zn-72 con periodos de semidesintegración de 244,26 días y 46,5 horas respectivamente; el resto de isótopos radioactivos tienen periodos de semidesintegración menores que 14 horas y la mayoría menores que un segundo. El zinc tiene cuatro estados metaestables.

[editar] Precauciones El zinc metal no está considerado como tóxico pero sí algunos de sus compuestos como el óxido y el sulfuro. En la década de los 40 se observó que en la superficie del acero galvanizado se forman con el tiempo "bigotes de zinc" (zinc whiskers) que pueden liberarse al ambiente provocando cortocircuitos y fallos en componentes electrónicos. Estos bigotes se forman tras un período de incubación que puede durar días o años y crecen a un ritmo del orden de 1 mm al año. El problema causado por estos bigotes se ha agudizado con el paso del tiempo por haberse construido las salas de ordenadores y equipos informáticos sobre suelos elevados para facilitar el cableado en las que era común el uso de acero galvanizado, tanto en la estructura portante como en la parte posterior de las baldosas. Las edades de dichas salas, en muchos casos de 20 o 30 años propician la existencia de pelos en cantidades y longitudes peligrosas susceptibles de provocar fallos informáticos. Además, la progresiva miniaturización de los equipos disminuye la longitud necesaria para provocar el fallo y los pequeños voltajes de funcionamiento impiden que se alcance la temperatura de fusión del metal provocando fallos crónicos que pueden ser incluso intermitentes.

Sodio Sodio Neón ← Sodio → Magnesio Li Na

Na

11

K Tabla completa • Tabla extendida

Nombre, símbolo, número Serie química Grupo, período, bloque Densidad Apariencia

Información general Sodio, Na, 11 Metales alcalinos 1, 3, s 968 kg/m3 Blanco plateado

N° CAS N° EINECS

7440-23-5 231-132-9

Propiedades atómicas Masa atómica 22.98976928(2) u Radio medio 180 pm Radio atómico (calc) 190 pm (Radio de Bohr) Radio covalente 154 pm Radio de van der Waals 227 pm Configuración electrónica [Ne]3s1 Electrones por nivel de energía 2,8,1 (Imagen) Estado(s) de oxidación 1 (base fuerte) Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo Estado ordinario Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Presión de vapor Velocidad del sonido

Propiedades físicas sólido (no magnético) 370,87 K 1156 K 96,42 kJ/mol 2,598 kJ/mol 1,43 × 10-5 Pa a 1234 K 3200 m/s a 293.15 K (20 °C) Varios

Electronegatividad (Pauling) Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización 2.ª Energía de ionización 3.ª Energía de ionización

0,93 1230 J/(K·kg) 21 × 106/m S/m 141 W/(K·m) 495,8 kJ/mol 4562 kJ/mol 6910,3 kJ/mol

4.ª Energía de ionización 5.ª Energía de ionización 6.ª Energía de ionización 7.ª Energía de ionización 8.ª Energía de ionización 9.ª Energía de ionización 10.ª Energía de ionización

9543 kJ/mol 13354 kJ/mol 16613 kJ/mol 20117 kJ/mol 25496 kJ/mol 28932 kJ/mol 141362 kJ/mol Isótopos más estables

iso

AN

22

Na 23 Na

Sintético 100%

Ed MeV 2,602 a ε 2,842 Estable con 12 neutrones

Periodo

MD

PD 22

Ne


El sodio es un elemento químico de símbolo Na (del latín, natrium y de árabe natrun) número atómico 11, fue descubierto por Sir Humphry Davy. Es un metal alcalino blando, untuoso, de color plateado, muy abundante en la naturaleza, encontrándose en la sal marina y el mineral halita. Es muy reactivo, arde con llama amarilla, se oxida en presencia de oxigeno y reacciona violentamente con el agua. El sodio está presente en grandes cantidades en el océano en forma iónica. También es un componente de muchos minerales y un elemento esencial para la vida.

Contenido [ocultar]              

1 Características principales 2 Usos del sodio 3 Papel biológico 4 Historia 5 Abundancia 6 Compuestos 7 Isótopos 8 Absorción y excreción de sodio 9 Funciones 10 Hipernatremia 11 Hiponatremia 12 Sodio en la dieta 13 Precauciones 14 Referencias


Al igual que otros metales alcalinos el sodio es un metal blando, ligero y de color plateado que no se encuentra libre en la naturaleza. El sodio flota en el agua descomponiéndola, desprendiendo hidrógeno y formando un hidróxido. En las condiciones apropiadas reacciona espontáneamente en el agua. Normalmente no arde en o con el aire por debajo de 40 °C.

[editar] Usos del sodio El sodio metálico se emplea en síntesis orgánica como agente reductor. Es además componente del cloruro de sodio necesario para la vida. Otros usos son:    

   

En aleaciones antifricción (oro). En la fabricación de desodorantes (en combinación con ácidos grasos). En la purificación de metales fundidos. La aleación Na K, es un material empleado para la transferencia de calor además de desecante para disolventes orgánicos y como reductor. A temperatura ambiente es líquida. El sodio también se emplea como refrigerante. Aleado con plomo se emplea en la fabricación de aditivos detonantes para las gasolinas. Se emplea también en la fabricación de células fotoeléctricas. Iluminación mediante lámparas de vapor de sodio. Los óxidos Na2O generados por combustión controlada con oxígeno se utilizan para intercambiar el dióxido de carbono por oxígeno y regenerar así el aire en espacios cerrados (p. ej. en submarinos)

[editar] Papel biológico El catión sodio (Na+) tiene un papel fundamental en el metabolismo celular, por ejemplo, en la transmisión del impulso nervioso (mediante el mecanismo de bomba de sodio-potasio). Mantiene el volumen y la osmolaridad. Participa, además del impulso nervioso, en la contracción muscular, el equilibrio ácido-base y la absorción de nutrientes por las membranas. La concentración plasmática de sodio es en condiciones normales de 137-145 mmol/L. El aumento de sodio en la sangre se conoce como hipernatremia y su disminución hiponatremia.

[editar] Historia El sodio (del italiano soda, "sosa") conocido en diversos compuestos, fue aislado en 1807 por Sir Humphry Davy por medio de la electrólisis de la soda cáustica. En la Europa medieval se empleaba como remedio para las jaquecas un compuesto de sodio denominado sodanum. El símbolo del sodio (Na), proviene de natrón (o natrium, del griego nítron) nombre que recibía antiguamente el carbonato sódico.

[editar] Abundancia

El sodio es relativamente abundante en las estrellas, detectándose su presencia a través de la línea D del espectro solar, situada aproximadamente en el amarillo. La corteza terrestre contiene aproximadamente un 2,6% de sodio, lo que lo convierte en el cuarto elemento más abundante, y el más abundante de los metales alcalinos. Actualmente se obtiene por electrólisis de cloruro sódico fundido, procedimiento más económico que el anteriormente usado, la electrólisis del hidróxido de sodio. Es el metal alcalino más barato. El compuesto más abundante de sodio es el cloruro sódico o sal común, aunque también se encuentra presente en diversos minerales como halita y zeolitas, etc.

[editar] Compuestos Los compuestos de sodio de mayor importancia industrial son:    

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Sal común (NaCl). Carbonato de sodio (Na2CO3). Bicarbonato de sodio (NaHCO3). Sosa cáustica (NaOH). El hidróxido de sodio, más conocido como sosa cáustica, es una base muy fuerte y corrosiva usada en productos destinados a la limpieza de desagües y al desengrase de hornos. Cuando se disuelve en agua produce una reacción muy exotérmica (-42,9 kJ/mol). Su poder corrosivo hace de la soda cáustica un compuesto letal para los tejidos vivos y los compuestos orgánicos, e incluso puede atacar al vidrio en caso de que el o sea permanente. En presencia del dióxido de carbono atmosférico produce carbonato de sodio, por lo que sus soluciones son poco estables. Nitrato de sodio (NaNO3). Tiosulfato de sodio (Na2S2O3 · 5H2O). Bórax (Na2B4O7 · 10H2O). Yoduro de sodio (NaI) Eritorbato de sodio (C6H7NaO6) utilizado en carnes de todo tipo y bebidas no alcohólicas como preservante. Mútageno para el ser humano y letal para algunos ecosistemas acuáticos. leer más... Tripolifosfato de sodio (Na5P3O10) componente fundamental de los jabones, de detergentes y de productos diferentes para dulcificar las aguas duras. Usado también en alimentos. Tumorígeno en estudios en ratas.

[editar] Isótopos Se conocen trece isótopos de sodio. El único estable es el Na-23. Además existen dos isótopos radioactivos cosmogénicos, Na-22 y Na-24, con períodos de semidesintegración de 2,605 años y aproximadamente 15 horas respectivamente.

[editar] Absorción y excreción de sodio El sodio se absorbe en humanos, de manera fácil desde el intestino delgado y de allí es llevado a los riñones, en donde se infiltra y regresa a la sangre para mantener los niveles apropiados. La cantidad absorbida es proporcional a la consumida. Alrededor del 90 -

95% de la pérdida normal del sodio es a través de la orina y el resto en las heces y el sudor. Se considera que lo normal de la cantidad de sodio excretada es igual a la cantidad ingerida. La secreción de sodio se mantiene por un mecanismo que involucra los riñones (tasa de filtración glomerular, sistema renina-angiotensina), el sistema nervioso simpático, la circulación de catecolaminas y la presión sanguínea1

[editar] Funciones El catión sodio (Na+) tiene un papel fundamental en el metabolismo celular, por ejemplo, en la transmisión del impulso nervioso (mediante el mecanismo de bomba de sodio-potasio). Mantiene el volumen y la osmolaridad. Participa, además del impulso nervioso, en la contracción muscular, el equilibrio ácido-base y la absorción de nutrientes por las células. La concentración plasmática de sodio es, en condiciones normales, de 135145 mmol/L. El aumento de sodio en la sangre se conoce como hipernatremia y su disminución como hiponatremia. Como el catión (ión positivo) predominante del liquido extracelular de los fluidos animales y en humanos, el sodio regula el tamaño de este compartimiento así como el volumen del plasma.1 Estos fluidos, como el plasma sanguíneo y fluidos extracelulares en otros tejidos bañan las células y realizan funciones de transporte de nutrientes y sustancias de desecho en el organismo. Aunque el sistema para mantener el óptimo balance de sal y agua en el cuerpo es complejo, una de las principales maneras que el organismo mantiene este balance es a través de osmoreceptores ubicados en el hipotálamo, y su acción posterior sobre la hipófisis para la producción de vasopresina. Cuando los niveles de sodio en la sangre aumentan, los receptores de la sed (osmoreceptores) estimulan la sensación de sed. Cuando los niveles en la sangre de sodio son bajos, la excreción de sodio a través de la orina disminuye.1 La pérdida relativa de agua podría causar que las concentraciones de sodio lleguen a ser más altas de lo normal, una condición conocida como hipernatremia, que resulta en una sed extraordinaria. Contrariamente, un exceso de agua corporal por mayor ingesta resultará en menor concentración de sodio en el plasma, conocido como hiponatremia, una condición captada por el hipotálamo a través de sus osmoreceptores, causando una disminución de la secreción de la hormona vasopresina de la glándula pituitaria posterior o hipófisis; esto conduce a una pérdida de agua a través de la orina, lo cual actúa para restaurar las concentraciones de sodio en el plasma hasta niveles normales. Personas severamente deshidratadas, como las rescatadas del océano o en situaciones de sobrevivencia en desiertos, usualmente tienen altas concentraciones de sodio sanguíneo. Esto debe ser cuidadosamente y lentamente retornado a la normalidad, ya que una corrección demasiado rápida de la hipernatremia puede resultar en daño cerebral con edema celular, ya que el agua se mueve rápidamente hacia el interior de las células con un alto contenido osmolar. Debido a que el sistema osmoreceptor / hipotálamo, ordinariamente trabaja bien sea para causar la ingesta de líquidos o la eliminación del mismo (orina), para restaurar las concentraciones de sodio a lo normal, este sistema puede ser usado en el tratamiento médico para regular el contenido del fluido corporal total, principalmente para controlar el contenido de sodio corporal. Por esto, cuando una droga potencialmente diurética es suministrada puede causar que los riñones excreten sodio, el efecto es acompañado por

una excreción de agua corporal. Esto sucede porque el riñón es incapaz de retener eficientemente agua mientras excreta grandes cantidades de sodio. Adicionalmente, después de la excreción de sodio, el sistema osmoreceptor puede captar bajas concentraciones de sodio en la sangre y luego dirigir las perdidas urinarias de agua para corregir la hiponatremia. Además de esta función importante, el sodio juega un importante papel en diversos procesos fisiológicos del organismo humano. Las células animales excitables, por ejemplo, permiten la entrada de sodio a su interior para causar la despolarización de la membrana celular. Un ejemplo de esto es la señal de transducción en el sistema nervioso central del humano, el cual depende del movimiento del sodio a través de la membrana celular en todos los nervios. Algunas neurotoxinas potentes, como las batracotoxinas, incrementan la permeabilidad del sodio en la membrana celular de células nerviosas y musculares, causando una masiva e irreversible despolarización de las membranas, lo cual trae consecuencias potencialmente fatales al organismo. Sin embargo, las drogas con efectos más pequeños sobre el movimiento de sodio en los nervios pueden tener diversos efectos farmacológicos como efectos antidepresivos, entre otros.

[editar] Hipernatremia Se considera hipernatremia cuando la concentración de sodio en plasma o sangre es mayor a 145 meq/L. Las causas principales, se deben a una acción insuficiente de la hormona vasopresina o ADH (sea por déficit de producción en hipófisis o por falta de respuesta renal), a pérdidas excesivas de agua, y a un balance positivo de sal. El cuadro clínico, depende al igual que en la mayoría de los trastornos de electrolitos, de la magnitud y su forma de instauración. El síntoma predominante es la sed, que puede acompañarse de poliuria (aumento en el volumen de orina), diarrea y sudoración. La presencia de trastornos neurológicos, aparecen con valores por encima de 160 meq/L, que pueden caracterizarse por irritabilidad muscular, alteraciones del nivel de consciencia, coma e incluso convulsiones.2

[editar] Hiponatremia Se considera hiponatremia cuando la concentración de sodio en plasma es menor a 135 meq/L. Las causas principales incluyen: pérdidas grandes de sodio (por uso de diuréticos, diuresis osmótica o perdida de solutos a través de la orina que arrastran agua y sodio, enfermedades renales que aumenten la pérdida de sodio urinario.) aumento de la ingesta o aporte de agua al organismo, lo que causa aumento del agua a nivel extracelular. Entre los síntomas más comunes están, náuseas, vómitos, calambres musculares, alteraciones visuales, cefalea, letargia. Convulsiones y coma. Se considera que una disminución en la concentración de sodio por debajo de 125 meq/L es potencialmente fatal para el organismo humano.2

[editar] Sodio en la dieta La mayor fuente de sodio es el cloruro de sodio o una ración común de sal, del cual el sodio constituye el 40%. Sin embargo, todos los alimentos contienen sodio en forma natural, siendo más predominante la concentración en alimentos de origen animal que

vegetal. Aproximadamente 3 gramos de sodio están contenidos en los alimentos que se consumen diariamente, sin la adición de cloruro de sodio o sal común, esto es importante considerarlo en pacientes que tengan una restricción o disminución en la ingesta de sal diaria (pacientes nefrópatas, diabéticos, hipertensos). El requerimiento de sodio es de 500 mg /día aproximadamente.3 La mayoría de las personas consumen más sodio que el que fisiológicamente necesitan, para ciertas personas con presión arterial sensible al sodio, esta cantidad extra puede causar efectos negativos sobre la salud.

[editar] Precauciones

Fotografía de una explosión de sodio en o con agua. En forma metálica el sodio es explosivo en agua y con muchos otros elementos. El metal debe manipularse siempre cuidadosamente y almacenarse en atmósfera inerte, generalmente de argón evitando el o con el agua y otras sustancias con las que el sodio reacciona como el oxígeno. La explosión del sodio con el agua es debida a la generación de hidrógeno en la misma y con la consecuente energía liberada por la reacción exergónica se pueden producir explosiones del hidrógeno generado. Por lo tanto se debe tener mucho cuidado, trabajar con precaución y con los elementos necesarios para protegerse de sus reacciones químicas.

Azufre Para el volcán homónimo, véase Cerro del Azufre. Azufre Fósforo ← Azufre → Cloro O S

S

16

Se Tabla completa • Tabla extendida Nombre, símbolo, número Serie química Grupo, período, bloque Densidad Apariencia

Información general Azufre, S, 16 No metal 16, 3, p 1960 kg/m3 amarillo limón

N° CAS N° EINECS

7704-34-9 231-722-6

Propiedades atómicas Masa atómica 32,065(5) u Radio medio 100 pm Radio atómico (calc) 88 pm (Radio de Bohr) Radio covalente 102 pm Radio de van der Waals 180 pm Configuración electrónica [Ne] 3s2 3p4 Electrones por nivel de energía 2, 8, 6 Estado(s) de oxidación ±2,4,6 (ácido fuerte) Estructura cristalina Ortorrómbica Estado ordinario Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Presión de vapor Temperatura crítica Presión crítica

Propiedades físicas sólido 388,36 K 717,87 K 10.5 kJ/mol 1,7175 kJ/mol 2,65 × 10-20 Pa a 388 K ?K ? Pa Varios

Electronegatividad (Pauling) Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización 2.ª Energía de ionización

2,58 710 J/(K·kg) 5,0 × 10-16 S/m 0,269 W/(K·m) 999,6 kJ/mol 2252 kJ/mol

3.ª Energía de ionización 4.ª Energía de ionización 5.ª Energía de ionización 6.ª Energía de ionización

3357 kJ/mol 4556 kJ/mol 7004,3 kJ/mol 8495,8 kJ/mol Isótopos más estables

iso

AN

32

S S 34 S 35 S 36 S

95,02% 0,75% 4,21% Sintético 0,02%

33

Ed MeV Estable con 16 neutrones Estable con 17 neutrones Estable con 18 neutrones 87,32 d β0,167 Estable con 20 neutrones

Periodo

MD

PD

35

Cl


El azufre es un elemento químico de número atómico 16 y símbolo S (del latín sulphur). Es un no metal abundante con un olor característico. El azufre se encuentra en forma nativa en regiones volcánicas y en sus formas reducidas formando sulfuros y sulfosales o bien en sus formas oxidadas como sulfatos. Es un elemento químico esencial para todos los organismos y necesario para muchos aminoácidos y, por consiguiente, también para las proteínas. Se usa principalmente como fertilizante pero también en la fabricación de pólvora, laxantes, cerillas e insecticidas.

Contenido [ocultar]         

1 Características principales 2 Aplicaciones 3 Historia 4 Abundancia y obtención 5 Compuestos 6 Isotopía 7 Precauciones 8 El azufre en las artes plásticas 9 Enlaces externos

[editar] Características principales Este no metal tiene un color amarillento, amarronado o anaranjado, es blando, frágil, ligero, desprende un olor característico a huevo podrido al combinarse con hidrógeno y arde con llama de color azul, desprendiendo dióxido de azufre. Es insoluble en agua pero se disuelve en disulfuro de carbono. Es multivalente, y son comunes los estados de oxidación -2, +2, +4 y +6.

En todos los estados (sólido, líquido y gaseoso) presenta formas alotrópicas cuyas relaciones no son completamente conocidas. Las estructuras cristalinas más comunes son el octaedro ortorrómbico (azufre α) y el prisma monoclínico (azufre β), siendo la temperatura de transición de una a otra de 96 °C; en ambos casos el azufre se encuentra formando moléculas de S8 con forma de anillo, y es la diferente disposición de estas moléculas la que provoca las distintas estructuras cristalinas. A temperatura ambiente, la transformación del azufre monoclínico en ortorrómbico, es más estable y muy lenta. Al fundir el azufre, se obtiene un líquido que fluye con facilidad formado por moléculas de S8. Sin embargo, si se calienta, el color se torna marrón algo rojizo, y se incrementa la viscosidad. Este comportamiento se debe a la ruptura de los anillos y la formación de largas cadenas de átomos de azufre, que pueden alcanzar varios miles de átomos de longitud, que se enredan entre sí disminuyendo la fluidez del líquido; el máximo de la viscosidad se alcanza en torno a los 200 °C. Enfriando rápidamente este líquido viscoso se obtiene una masa elástica, de consistencia similar a la de la goma, denominada «azufre plástico» (azufre γ) formada por cadenas que no han tenido tiempo de reordenarse para formar moléculas de S8; transcurrido cierto tiempo la masa pierde su elasticidad cristalizando en el sistema rómbico. Estudios realizados con rayos X muestran que esta forma amorfa puede estar constituida por moléculas de S8 con estructura de hélice espiral. En estado vapor también forma moléculas de S8, pero a 780 °C ya se alcanza el equilibrio con moléculas diatómicas y por encima de aproximadamente 1800 °C la disociación es completa y se encuentran átomos de azufre. Además de en trozos, barras o polvo grueso, existe en el mercado una presentación en forma de polvo muy fino, llamada "Flor de azufre", que puede obtenerse por precipitación en medio líquido o por sublimación de su vapor sobre una placa metálica fría.

[editar] Aplicaciones El azufre se usa en multitud de procesos industriales como la producción de ácido sulfúrico para baterías, la fabricación de pólvora y el vulcanizado del caucho. El azufre tiene usos como fungicida y en la manufactura de fosfatos fertilizantes. Los sulfitos se usan para blanquear el papel y en cerillas. El tiosulfato de sodio o amonio se emplea en la industria fotográfica como «fijador» ya que disuelve el bromuro de plata; y el sulfato de magnesio (sal de Epsom) tiene usos diversos como laxante, exfoliante, o suplemento nutritivo para plantas.

[editar] Historia El azufre (del latín sulphur, sulfŭris, vinculado con el sánscrito śulbāri) es conocido desde la Antigüedad, y ya los egipcios lo utilizaban para purificar los templos. En el Génesis (19,24), los hebreos decían que Dios (Yahvé) hizo llover sobre Sodoma y Gomorra azufre y fuego desde el cielo.

Homero recomendaba, en el siglo IX aec, evitar la pestilencia mediante el quemar azufre (zeio en griego, relacionado con zeos-Zeus). Y Odiseo entonces le habló a la nodriza Euriclea, diciendo: Trae azufre (zéeion), ¡oh anciana!, remedio del aire malsano, y trae fuego, pues quiero azufrar (zeeoso) el palacio. Homero, La Odisea (22, 480-483) Según el Diccionario sánscrito-inglés (1899) de Monier Monier-Williams, en sánscrito al azufre se lo llamaba śulbāri (pronunciado /shulbári/), siendo śulba o śulva: ‗cobre‘, y a-rí o a-rís: ‗enemigo, envidioso‘ (lit. ‗no liberal‘). En el Apocalipsis (20, 10) se dice que el diablo será lanzado a un lago de fuego y azufre. Durante toda la Edad Media se vinculó a Satanás con los olores sulfurosos (relacionados con los volcanes, que se suponían eran entradas a los infiernos subterráneos).

[editar] Abundancia y obtención

Fotografía de azufre fundido (foto superior) y de azufre ardiendo (foto inferior). El azufre es un elemento muy abundante en la corteza terrestre, se encuentra en grandes cantidades combinado en forma de sulfuros (pirita, galena) y de sulfatos (aljez). En forma nativa se encuentra en las cercanías de aguas termales, zonas volcánicas y en minas de cinabrio, galena, esfalerita y estibina, y en Luisiana (Estados Unidos, primer productor mundial) se extrae mediante el proceso Frasch consistente en inyectar vapor de agua sobrecalentado para fundir el azufre que posteriormente es bombeado al exterior utilizando aire comprimido.También se obtiene separándolo de gas natural, si bien su obtención anteriormente era a partir de depósitos de azufre puro impregnado en cenizas volcánicas (Italia, y más recientemente Argentina). También está presente, en pequeñas cantidades, en combustibles fósiles (carbón y petróleo) cuya combustión produce dióxido de azufre que combinado con agua produce

la lluvia ácida; para evitarlo las legislaciones de los países industrializados exigen la reducción del contenido de azufre de los combustibles, constituyendo este azufre, posteriormente refinado, un porcentaje importante del total producido en el mundo. También se extrae del gas natural que contiene sulfuro de hidrógeno que una vez separado se quema para obtener azufre: 2 H2S + O2 → 2 S + 2 H2O El color distintivo de Ío, la luna volcánica de Júpiter, se debe a la presencia de diferentes formas de azufre en estado líquido, sólido y gaseoso. El azufre se encuentra, además, en varios tipos de meteoritos, y se cree que la mancha oscura que puede observarse cerca del cráter lunar Aristarco puede ser un depósito de azufre.

[editar] Compuestos Muchos de los olores desagradables de la materia orgánica se deben a compuestos de la materia que contienen azufre como el sulfuro de hidrógeno. Disuelto en agua es ácido (pKa1 = 7,00, pKa2 = 12,92) y reacciona con los metales. Los sulfuros metálicos se encuentran en la naturaleza, sobre todo el de hierro (pirita) que puede presentar resistencia negativa y la galena, sulfuro de plomo que es un semiconductor natural que fue usado como rectificador. El nitruro de azufre polímero (SN)x, sintetizado en 1975 por Alan G. MacDiarmid y Alan J. Heeger, presenta propiedades metálicas, a pesar de estar constituido por no metales, e inusuales propiedades eléctricas y ópticas. Este trabajo sirvió de base para el posterior desarrollo, con Hideki Shirakawa, de plásticos conductores y semiconductores que motivó la concesión del Nobel de Química, en 2000, a los tres investigadores. Los óxidos más importantes son el dióxido de azufre, SO2 (formado por la combustión del azufre) que en agua forma una solución de ácido sulfuroso, y el trióxido de azufre, SO3, que en solución forma el ácido sulfúrico; siendo los sulfitos y sulfatos las sales respectivas.

[editar] Isotopía Se conocen 18 isótopos del azufre, cuatro de los cuales son estables: S-32 (95,02%), S33 (0,75%), S-34 (4,21%) y S-36 (0,02%). Aparte del S-35, formado al incidir la radiación cósmica sobre el argón-40 atmosférico y que tiene un periodo de semidesintegración de 87 días, los demás isótopos radiactivos son de vida corta.

[editar] Precauciones El disulfuro de carbono, el sulfuro de hidrógeno (sulfhídrico), y el dióxido de azufre deben manejarse con precaución. El sulfhídrico y algunos de sus derivados, los mercaptanos, son bastante tóxicos (más que cianuro). Aunque muy maloliente incluso en concentraciones bajas, cuando la concentración se incrementa el sentido del olfato rápidamente se satura o se narcotiza desapareciendo el olor por lo que a las víctimas potenciales de la exposición les puede

pasar desapercibida su presencia en el aire hasta que se manifiestan sus efectos, posiblemente mortales. El dióxido de azufre reacciona con el agua atmosférica para producir la lluvia ácida. Irrita las mucosidades y los ojos y provoca tos al ser inhalado. Los vapores del ácido sulfúrico pueden provocar hemorragias en los pulmones, llenándolos de sangre con la consiguiente asfixia.

[editar] El azufre en las artes plásticas En la orfebrería el uso del azufre está ampliamente extendido, en particular para la oxidación de la plata, es decir, para la creación de la pátina (de color negro). Existen varias técnicas para este fin, una de éstas es mezclar azufre en polvo con una materia grasa -vaselina, aceite-, aplicar el ungüento sobre la pieza de plata y, mediante el uso de un soplete, calentar el metal y la mezcla, hasta que obtenga un color negruzco. Posteriormente, lavar con agua y jabón neutro. El patinado es duradero. De igual manera se puede patinar la plata con Sulfato de Potasio y agua.

Pirita Para el río de Estonia que desemboca en Tallin, véase Río Pirita.

Pirita

General Categoría Mineral Fórmula química FeS2 (Disulfuro de hierro (II)) Propiedades físicas

Color Raya Lustre Exfoliación Fractura Dureza Densidad

Amarillo latón negra-verduzca a negra-marrón Metálico Perfecta Regular o concoidea 6 - 6,5 4,95 – 5,10 g/cm3 Minerales relacionados Otros sulfuros naturales La pirita es un mineral del grupo de los sulfuros cuya fórmula química es FeS2. Tiene un 53,4% de azufre y un 46,4% de hierro. Frecuentemente macizo, granular fino, algunas veces subfibroso radiado; reniforme, globular, estalactítico. También llamada "el oro de los tontos" o el "oro falso" por su parecido a este metal. Insoluble en agua, y magnética por calentamiento. Su nombre deriva de la raíz griega pyr (fuego).

Contenido [ocultar]     

1 Aspecto 2 Galería 3 Véase también 4 Referencias 5 Enlaces externos

[editar] Aspecto Cúbica, las caras a veces ensementadas, también a menudo en octaedros o piritoedros. A menudo maclada, masiva, radiada, granular, su color es amarillo latón, dureza: es duro 6-6,5. Color raya: negruzco, diafanidad: opaco.

[editar] Galería Las siguientes imágenes muestran las diferentes formas de pirita:



Disco o "dólar de Pirita" del sur de Tucson, Arizona; 10 cm de diámetro.



Cubos en un roca.



Cristales de pirita.



Cristales de racimo de Elba, Italia.



Como un mineral de reemplazo en un ammonoidea de Francia.



Pirita de la mina Ampliación a Victoria, Navajún, La Rioja, España.

Estaño Estaño Indio ← Estaño → Antimonio

Ge Sn

50

Sn

Pb Tabla completa • Tabla extendida Nombre, símbolo, número Serie química Grupo, período, bloque Densidad Dureza Mohs Apariencia

Información general Estaño, Sn, 50 Metal del bloque p 14, 5, p 7310 kg/m3 1,5 Gris plateado brillante

N° CAS N° EINECS

7440-31-5 231-141-8

Propiedades atómicas Masa atómica 118,710 u Radio medio 145 pm Radio atómico (calc) 145 pm (Radio de Bohr) Radio covalente 180 pm Radio de van der Waals 217 pm Configuración electrónica [Kr]4d10 5s2 5p2 Electrones por nivel de energía 2, 8, 18, 18, 4 (imagen) Estado(s) de oxidación 4,2 Óxido Anfótero) Estructura cristalina Tetragonal Estado ordinario Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Presión de vapor Velocidad del sonido

Propiedades físicas Sólido 505,08 K 2875 K 295,8 kJ/mol 7,029 kJ/mol 5,78·10-21 Pa a 505 K 2500 m/s a 293.15 K (20 °C) Varios

Electronegatividad (Pauling) Calor específico Conductividad eléctrica Conductividad térmica 1.ª Energía de ionización 2.ª Energía de ionización 3.ª Energía de ionización 4.ª Energía de ionización 5.ª Energía de ionización

1,96 228 J/(K·kg) 9,17·106 S/m 66,6 W/(K·m) 708,6 kJ/mol 1411,8 kJ/mol 2943,0 kJ/mol 3930,3 kJ/mol 7456 kJ/mol


AN

112

Sn Sn 115 Sn 116 Sn 117 Sn 118 Sn 119 Sn 120 Sn 122 Sn 124 Sn 126 Sn 114

Ed MeV Estable con 62 neutrones Estable con 64 neutrones Estable con 65 neutrones Estable con 66 neutrones Estable con 67 neutrones Estable con 68 neutrones Estable con 69 neutrones Estable con 70 neutrones Estable con 72 neutrones Estable con 74 neutrones 5 ~1 × 10 años β0,380 Periodo

0,97% 0,66% 0,34% 14,54% 7,68% 24,22% 8,59% 32,58% 4,63% 5,79% Sintético

MD

PD

126

Sb


El estaño, cuyo símbolo es Sn (del latin Stannum), es un elemento químico de número atómico 50 situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos. Es el elemento con mayor cantidad de isótopos estables conocidos (10).

Contenido [ocultar]        

1 Características del estaño 2 Aplicaciones 3 Historia 4 Obtención 5 Aleaciones 6 Principales países productores 7 Referencias 8 Enlaces externos

[editar] Características del estaño

Estaño: α y ß Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones forma la peste del estaño. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido característico llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales que la componen. El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: El estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 °C, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 °C.

[editar] Aplicaciones         

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

Se usa como revestimiento protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva. Su uso también es de disminuir la fragilidad del vidrio. Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentífricos (SnF2) y pigmentos. Se usa para hacer bronce, aleación de estaño y cobre. Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo. Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de los órganos musicales. En etiquetas Recubrimiento de acero. Se usa como material de aporte en soldadura blanda con cautín, bien puro o aleado. La directiva RoHS prohíbe el uso de plomo en la soldadura de determinados aparatos eléctricos y electrónicos. El estaño también se utiliza en la industria de la cerámica para la fabricación de los esmaltes cerámicos. Su función es la siguiente: en baja y en alta es un opacificante. En alta la proporción del porcentaje es más alto que en baja temperatura. Es usado también en el sobretaponado de botellas de vino, en forma de cápsula. Su uso se extendió tras la prohibición del uso del plomo en la industria alimenticia. España es uno de los mayores fabricantes de cápsulas de estaño.

[editar] Historia Del latín stannum. Verbo aplicable: estañar. Descubierto en 1854 por Julius Pelegrin. El estaño se conoce desde la antigüedad y ya se menciona en el Antiguo Testamento. En Mesopotamia ya se hacían armas de bronce (aleación de cobre y estaño). También los romanos recubrían con estaño el interior de recipientes de cobre.

[editar] Obtención El estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño (IV))en donde se presenta como óxido. y también en el cobre. Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal. Originalmente los griegos fueron los primeros en descubrirlo

[editar] Aleaciones Las aleaciones con base de estaño, también conocidas como metales blancos, generalmente contienen cobre, antimonio y plomo. Estas aleaciones tienen diferentes propiedades mecánicas, dependiendo de su composición.1 Algunas aleaciones de estaño, cobre y antimonio son utilizadas como materiales antifricción en cojinetes, por su baja resistencia de cizalladura y su reducida adherencia.1 Las aleaciones estaño y plomo se comercializan en varias composiciones y puntos de fusión, siendo la aleación eutéctica aquella que tiene un 61,9% de estaño y un 38,1% de plomo, con un punto de fusión de 183 °C.2 El resto de aleaciones estaño-plomo funden en un rango de temperaturas en el cual hay un equilibrio entre la fase sólida y la fase líquida durante los procesos de fusión y de solidificación, dando lugar a la segregación de la fase sólida durante la solidificación y, por tanto, a estructuras cristalinas diferentes. La aleación eutéctica, que necesita menor temperatura para llegar a la fase líquida es muy utilizada en la soldadura blanda de componentes electrónicos para disminuir las probabilidades de daño por sobrecalentamiento de dichos componentes. Algunas aleaciones basadas en estaño y plomo tienen además pequeñas proporciones de antimonio (del orden del 2,5%). El pricipal problema de las aleaciones con plomo es el impacto ambiental potencial de sus residuos, por lo que están en desarrollo aleaciones libres de plomo, como las aleaciones de estaño-plata-cobre o algunas aleaciones estañocobre. El peltre es una aleación de estaño, plomo y antimonio utilizada para utensilios decorativos. El estaño también es utilizado en aleaciones de prótesis dentales, aleaciones de bronce y aleaciones de titanio y circonio.1

Acero Para otros usos de este término, véase Acero (desambiguación).

Prensas en acerías.

Acerías. El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso1 de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar —a diferencia de los aceros—, se moldean. La Ingeniería Metalúrgica trata al acero a una familia muy numerosa de aleaciones metálicas, teniendo como base la aleación hierro-carbono. El hierro es un metal, relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico dA = 2,48 Å (1 angstrom Å = 10–10 m), con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C. Mientras el carbono es un no metal, con diámetro mucho más pequeño (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en la forma de diamante en que su estructura cristalográfica lo hace el más duro de los materiales conocidos). Es la diferencia en diámetros atómicos lo que va a permitir al elemento de átomo más pequeño difundir a través de la celda del otro elemento de mayor diámetro. El acero es el más popular de las aleaciones, es la combinación entre un metal (el hierro) y un no metal (el carbono), que conserva las características metálicas del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a la adición del segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos. De tal forma no se debe confundir el

hierro con el acero, dado que el hierro es un metal en estado puro al que se le mejoran sus propiedades físico-químicas con la adición de carbono y demás elementos. La definición anterior, sin embargo, se circunscribe a los aceros al carbono en los que este último es el único aleante o los demás presentes lo están en cantidades muy pequeñas. De hecho existen multitud de tipos de acero con composiciones muy diversas que reciben denominaciones específicas en virtud, ya sea de los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los comunes o "al carbono" que además de ser los primeros fabricados y los más empleados,2 sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como «un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».3 Por la variedad ya apuntada y por su disponibilidad —sus dos elementos primordiales abundan en la naturaleza facilitando su producción en cantidades industriales4 — los aceros son las aleaciones más utilizadas en la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas, habiendo contribuido al alto nivel de desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas.5 Sin embargo, en ciertos sectores, como la construcción aeronáutica, el acero apenas se utiliza debido a que es un material muy denso, casi tres veces más denso que el aluminio (7.850 kg/m³ de densidad frente a los 2.700 kg/m³ del aluminio).

Contenido [ocultar]    

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1 Historia 2 Características mecánicas y tecnológicas del acero 3 Normalización de las diferentes clases de acero 4 Formación del acero. Diagrama hierro-carbono (Fe-C) o 4.1 Microconstituyentes o 4.2 Transformación de la austenita o 4.3 Otros microconstituyentes 5 Otros elementos en el acero o 5.1 Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleación o 5.2 Impurezas en el acero o 5.3 Desgaste 6 Tratamientos del acero o 6.1 Tratamientos superficiales o 6.2 Tratamientos térmicos 7 Mecanizado del acero o 7.1 Acero laminado o 7.2 Acero forjado o 7.3 Acero corrugado o 7.4 Estampado del acero o 7.5 Troquelación del acero

o o o o o o o

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7.6 Mecanizado blando 7.7 Rectificado 7.8 Mecanizado duro 7.9 Mecanizado por descarga eléctrica 7.10 Taladrado profundo 7.11 Doblado 7.12 Perfiles de acero 8 Aplicaciones 9 Ensayos mecánicos del acero o 9.1 Ensayos no destructivos o 9.2 Ensayos destructivos 10 Producción y consumo de acero o 10.1 Evolución del consumo mundial de acero (2005) o 10.2 Producción mundial de acero (2005) o 10.3 Principales fabricantes mundiales de acero o 10.4 Pérdidas económicas en 2009 11 Reciclaje del acero 12 Véase también 13 Bibliografía fundamental 14 Referencias 15 Enlaces externos

[editar] Historia

Histórico horno Bessemer. Artículo principal: Historia de la siderurgia Aunque no se tienen datos precisos de la fecha en la que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado, los primeros

utensilios de este metal descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3000 a. C. También se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. El acero, el cual es un importante material en la construcción, es un material que ocasiona daños al medio ambiente en gran escala. De las 50 manufacturas que existen, es el décimo que mas afecta nuestro globo terrestre, por la producción de algunos polvos y gases que se extraen en su manufactura. El acero era conocido en la antigüedad, y quizá pudo haber sido producido por el método de boomery —fundición de hierro y sus óxidos en una chimenea de piedra u otros materiales naturales resistentes al calor, y en el cual se sopla aire— para que su producto, una masa porosa de hierro (bloom) contuviese carbón.6 Algunos de los primeros aceros provienen del Este de África, fechados cerca de 1400 a. C.7 En el siglo IV a. C. armas como la falcata fueron producidas en la península Ibérica. La China antigua bajo la dinastía Han, entre el 202 a. C. y el 220 d. C., creó acero al derretir hierro forjado junto con hierro fundido, obteniendo así el mejor producto de carbón intermedio, el acero, en torno al siglo I a. C.8 9 Junto con sus métodos originales de forjar acero, los chinos también adoptaron los métodos de producción para la creación de acero wootz, una idea importada de India a China hacia el siglo V10 El acero wootz fue producido en India y en Sri Lanka desde aproximadamente el año 300 a. C. Este temprano método utilizaba un horno de viento, soplado por los monzones.11 También conocido como acero Damasco, el acero wootz es famoso por su durabilidad y capacidad de mantener un filo. Originalmente fue creado de un número diferente de materiales, incluyendo trazas de otros elementos en concentraciones menores a 1.000 partes por millón o 0,1% de la composición de la roca. Era esencialmente una complicada aleación con hierro como su principal componente. Estudios recientes han sugerido que en su estructura se incluían nanotubos de carbono, lo que quizá explique algunas de sus cualidades legendarias; aunque teniendo en cuenta la tecnología disponible en ese momento fueron probablemente producidos más por casualidad que por diseño.12 El acero crucible (Crucible steel) —basado en distintas técnicas de producir aleaciones de acero empleando calor lento y enfriando hierro puro y carbón— fue producido en Merv entre el siglo IX y el siglo X. En China, bajo la dinastía Song del siglo XI, hay evidencia de la producción de acero empleando dos técnicas: una de un método "berganesco" que producía un acero de calidad inferior por no ser homogéneo, y un precursor del moderno método Bessemer el cual utilizaba una descarbonización a través de repetidos forjados bajo abruptos enfriamientos (cold blast).13

Grabado que muestra el trabajo en una fragua en la Edad Media. El hierro para uso industrial fue descubierto hacia el año 1500 a. C., en Medzamor, cerca de Ereván, capital de Armenia y del monte Ararat.14 La tecnología del hierro se mantuvo mucho tiempo en secreto, difundiéndose extensamente hacia el año 1200 a. C. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico. Las características conferidas por la templabilidad no consta que fueran conocidas hasta la Edad Media, y hasta el año 1740 no se produjo lo que hoy día denominamos acero. Los métodos antiguos para la fabricación del acero consistían en obtener hierro dulce en el horno, con carbón vegetal y tiro de aire. Una posterior expulsión de las escorias por martilleo y carburación del hierro dulce para cementarlo. Luego se perfeccionó la cementación fundiendo el acero cementado en crisoles de arcilla y en Sheffield (Inglaterra) se obtuvieron, a partir de 1740, aceros de crisol.5 Fue Benjamin Huntsman el que desarrolló un procedimiento para fundir hierro forjado con carbono, obteniendo de esta forma el primer acero conocido. En 1856, Sir Henry Bessemer, hizo posible la fabricación de acero en grandes cantidades, pero su procedimiento ha caído en desuso, porque solo podía utilizar hierro que contuviese fósforo y azufre en pequeñas proporciones. En 1857, Sir William Siemens ideó otro procedimiento de fabricación industrial del acero, que en la actualidad ha caído en desuso, el procedimiento Martin Siemens, por descarburación de la fundición de hierro dulce y óxido de hierro, calentando con aceite,

gas de coque, o una mezcla de gas de alto horno y de coque. Siemens había experimentado en 1878 con la electricidad para calentar los hornos de acero, pero fue el metalúrgico francés Paul Héroult —coinventor del método moderno para fundir aluminio— quien inició en 1902 la producción comercial del acero en hornos eléctricos a arco. El método de Héroult consiste en introducir en el horno chatarra de acero de composición conocida haciendo saltar un arco eléctrico entre la chatarra y unos grandes electrodos de carbono situados en el techo del horno. En 1948 se inventa el proceso del oxígeno básico L-D. Tras la segunda guerra mundial se iniciaron experimentos en varios países con oxígeno puro en lugar de aire para los procesos de refinado del acero. El éxito se logró en Austria en 1948, cuando una fábrica de acero situada cerca de la ciudad de Linz, Donawitz desarrolló el proceso del oxígeno básico o L-D. En 1950 se inventa el proceso de colada continua que se usa cuando se requiere producir perfiles laminados de acero de sección constante y en grandes cantidades. El proceso consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con una válvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el que está enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido por el molde frío se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena. En la actualidad se utilizan algunos metales y metaloides en forma de ferroaleaciones, que, unidos al acero, le proporcionan excelentes cualidades de dureza y resistencia.15 Actualmente, el proceso de fabricación del acero, se completa mediante la llamada metalurgia secundaria. En esta etapa, se otorgan al acero líquido las propiedades químicas, temperatura, contenido de gases, nivel de inclusiones e impurezas deseados. La unidad más común de metalurgia secundaria es el horno cuchara. El acero aquí producido está listo para ser posteriormente colado, en forma convencional o en colada continua.

Puente fabricado en acero. El uso intensivo que tiene y ha tenido el acero para la construcción de estructuras metálicas ha conocido grandes éxitos y rotundos fracasos que al menos han permitido el

avance de la ciencia de materiales. Así, el 7 de noviembre de 1940 el mundo asistió al colapso del puente Tacoma Narrows al entrar en resonancia con el viento. Ya durante los primeros años de la Revolución industrial se produjeron roturas prematuras de ejes de ferrocarril que llevaron a William Rankine a postular la fatiga de materiales y durante la Segunda Guerra Mundial se produjeron algunos hundimientos imprevistos de los cargueros estadounidenses Liberty al fragilizarse el acero por el mero descenso de la temperatura,16 problema inicialmente achacado a las soldaduras. En muchas regiones del mundo, el acero es de gran importancia para la dinámica de la población, industria y comercio.

[editar] Características mecánicas y tecnológicas del acero

Representación de la inestabilidad lateral bajo la acción de una fuerza ejercida sobre una viga de acero. Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:   

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Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.17 Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.18 Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas. Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.

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Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico. Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico. La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros. Se puede soldar con facilidad. La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción «corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables. Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de19 3 · 106 S/m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación. Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por o, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel y cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción. Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.20 El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

[editar] Normalización de las diferentes clases de acero

Llave de acero aleado para herramientas o acero al cromo-vanadio. Como existe una variedad muy grande de clases de acero diferentes que se pueden producir en función de los elementos aleantes que constituyan la aleación, se ha impuesto, en cada país, en cada fabricante de acero, y en muchos casos en los mayores consumidores de aceros, unas Normas que regulan la composición de los aceros y las prestaciones de los mismos. Por ejemplo en España actualmente están regulados por la norma UNE-EN 10020:2001 y antiguamente estaban reguladas por la norma UNE-36010, ambas editadas por AENOR.21 Existen otras normas reguladoras del acero, como la clasificación de AISI (de hace 70 años, y de uso mucho más extenso internacionalmente), ASTM,22 DIN, o la ISO 3506. Véase también: UNE-36010

[editar] Formación del acero. Diagrama hierrocarbono (Fe-C) Fases de la aleación de hierro-carbono Austenita (hierro-ɣ. duro) Ferrita (hierro-α. blando) Cementita (carburo de hierro. Fe3C) Perlita (88% ferrita, 12% cementita) Ledeburita (ferrita - cementita eutectica, 4.3% carbón) Bainita martensita Tipos de acero Acero al carbono (0,03-2.1% C) Acero corten (para intemperie) Acero inoxidable (aleado con cromo) Acero microaleado («HSLA», baja aleación alta resistencia) Acero rápido (muy duro, tratamiento térmico) Otras aleaciones Fe-C Hierro dulce (prácticamente sin carbón) Fundición (>2.1% C) Fundición dúctil (grafito esferoidal)

En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, itiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos — temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.

[editar] Microconstituyentes El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la ambiente:

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Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono. Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC) y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética. Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe la denominación de hierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.

A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido. Si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.

[editar] Transformación de la austenita

Zona de los aceros (hasta 2% de carbono) del diagrama de equilibrio metaestable hierrocarbono. Dado que en los aceros el carbono se encuentra formando carburo de hierro se han incluido en abscisas las escalas de los porcentajes en peso de carbono y de carburo de hierro (en azul). El diagrama de fases Fe-C muestra dos composiciones singulares:

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Un eutéctico (composición para la cual el punto de fusión es mínimo) que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de la aleación cuando el contenido en carbono supera el 2% (región del diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de la aleación marcando la frontera entre los aceros con menos del 2% de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de carbono superiores (no forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se observa que por encima de la temperatura crítica A323 los aceros están constituidos sólo por austenita, una solución sólida de carbono en hierro γ y su microestructura en condiciones de enfriamiento lento dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta. Un eutectoide en la zona de los aceros, equivalente al eutéctico pero en estado sólido, donde la temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene un 0,77 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita.

La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero: 

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Aceros hipoeutectoides (< 0,77% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos (cristales) de austenita y al alcanzar la temperatura crítica A1 la austenita restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una matriz de ferrita. Aceros hipereutectoides (>0,77% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica se precipita el carburo de hierro resultando a temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz de cementita.

[editar] Otros microconstituyentes Las texturas básicas descritas (perlíticas) son las obtenidas enfriando lentamente aceros al carbono, sin embargo modificando las condiciones de enfriamiento (base de los tratamientos térmicos) es posible obtener estructuras cristalinas diferentes: 

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La martensita es el constituyente típico de los aceros templados y se obtiene de forma casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita. Es una solución sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor es el carbono, a la sustitución de la estructura cúbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita (y los carburos de otros metales) es el constituyente más duro de los aceros. Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita, estructura similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor ductilidad y resistencia que aquélla. También se puede obtener austenita por enfriamiento rápido de aleaciones con elementos gammágenos (que favorecen la estabilidad del hierro γ) como el níquel y el manganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros inoxidables austeníticos.

Antaño se identificaron también la sorbita y la troostita que han resultado ser en realidad perlitas de muy pequeña distancia interlaminar por lo que dichas denominaciones han caído en desuso.

[editar] Otros elementos en el acero [editar] Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleación Aunque la composición química de cada fabricante de aceros es casi secreta, certificando a sus clientes solo la resistencia y dureza de los aceros que producen, sí se conocen los compuestos agregados y sus porcentajes isibles.24 25 

Boro: en muy pequeñas cantidades (del 0,001 al 0,0015%) logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero está totalmente desoxidado, pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro y mejorando la templabilidad. Es usado en aceros de baja aleación en aplicaciones como cuchillas de arado y alambres de alta ductilidad y dureza superficial. Utilizado también como trampa de nitrógeno, especialmente en aceros para trefilación, para obtener valores de N menores a 80 ppm.

Acería. Nótese la tonalidad del vertido. 

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Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la dureza en caliente. El cobalto es un elemento poco habitual en los aceros.Se usa en los aceros rápidos para herramientas, aumenta la dureza de la herramienta en caliente. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros. Cromo: Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceros características de inoxidables y refractarios; también se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc. Estaño: es el elemento que se utiliza para recubrir láminas muy delgadas de acero que conforman la hojalata. Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión. Nitrógeno: se agrega a algunos aceros para promover la formación de austenita.

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Níquel: Es el principal formador de austenita, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El níquel se utiliza mucho para producir acero inoxidable, porque aumenta la resistencia a la corrosión. Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0,15% y 0,30% debiendo limitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0,5% debido a que dificulta el templado y disminuye la tenacidad en caliente. Se añade a algunos aceros para mejorar mucho la maquinabilidad. Silicio: aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante. Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono. Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero, mantiene estables las propiedades del acero a alta temperatura. Tungsteno: también conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de los aceros al carbono para herramientas. Vanadio: posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para herramientas. Zinc: es elemento clave para producir chapa de acero galvanizado.

Los porcentajes de cada uno de los aleantes que pueden configurar un tipo determinado de acero están normalizados.

[editar] Impurezas en el acero Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composición de los aceros. Se encuentran en los aceros y también en las fundiciones como consecuencia de que están presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleación. En los casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se ite su presencia en cantidades mínimas. 

Azufre: límite máximo aproximado: 0,04%. El azufre con el hierro forma sulfuro, el que, conjuntamente con la austenita, da lugar a un eutéctico cuyo punto de fusión es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutéctico se encuentra en estado líquido, lo que provoca el desgranamiento del material. Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso tiene mayor afinidad por el azufre que el hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusión y buenas propiedades plásticas. El contenido de Mn debe ser aproximadamente cinco veces la concentración de S para que se produzca la reacción. El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundición menos porosa, y por lo tanto de mayor calidad.

Aunque se considera un elemento perjudicial, su presencia es positiva para mejorar la maquinabilidad en los procesos de mecanizado. Cuando el porcentaje de azufre es alto puede causar poros en la soldadura. 

Fósforo: límite máximo aproximado: 0,04%. El fósforo resulta perjudicial, ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la ductilidad, como también por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con la austenita y la cementita, forma un eutéctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente frágil y posee punto de fusión relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitiéndole al material su fragilidad. Aunque se considera un elemento perjudicial en los aceros, porque reduce la ductilidad y la tenacidad, haciéndolo quebradizo, a veces se agrega para aumentar la resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad.

[editar] Desgaste Es la degradación física (pérdida o ganancia de material, aparición de grietas, deformación plástica, cambios estrucuturales como transformación de fase o recristalización, fenómenos de corrosión, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material sólido y uno o varios elementos de o.26

[editar] Tratamientos del acero [editar] Tratamientos superficiales Artículo principal: Tratamiento superficial de los metales

Debido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en o con la atmósfera o con el agua, es necesario y conveniente proteger la superficie de los componentes de acero para protegerles de la oxidación y corrosión. Muchos tratamientos superficiales están muy relacionados con aspectos embellecedores y decorativos de los metales. Los tratamientos superficiales más usados son los siguientes:      

Cincado: tratamiento superficial antioxidante por proceso electrolítico o mecánico al que se somete a diferentes componentes metálicos. Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la oxidación y embellecer. Galvanizado: tratamiento superficial que se da a la chapa de acero. Niquelado: baño de níquel con el que se protege un metal de la oxidación. Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas de acero, como la tornillería. Pintura: usado especialmente en estructuras, automóviles, barcos, etc.

[editar] Tratamientos térmicos Artículo principal: Tratamiento térmico

Rodamiento de acero templado. Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero. Los tratamientos térmicos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades macroscópicas del acero también son alteradas. Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición química son:    

Temple Revenido Recocido Normalizado

Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión. 



Cementación (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo. Nitruración (N): al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.







Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C. Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior. Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.

Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento térmico del acero se encuentran la temperatura y el tiempo durante el que se expone a dichas condiciones al material. Otro factor determinante es la forma en la que el acero vuelve a la temperatura ambiente. El enfriamiento del proceso puede incluir su inmersión en aceite o el uso del aire como refrigerante. El método del tratamiento térmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero tome sus propiedades comerciales. Según ese método, en algunos sistemas de clasificación, se le asigna un prefijo indicativo del tipo. Por ejemplo, el acero O-1, o A2, A6 (o S7) donde la letra "O" es indicativo del uso de aceite (del inglés: oil quenched), y "A" es la inicial de aire; el prefijo "S" es indicativo que el acero ha sido tratado y considerado resistente al golpeo (Shock resistant).

[editar] Mecanizado del acero [editar] Acero laminado Artículo principal: Acero laminado

El acero que se utiliza para la construcción de estructuras metálicas y obras públicas, se obtiene a través de la laminación de acero en una serie de perfiles normalizados de acuerdo a las Normas Técnicas de Edificación. El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminación. Estos cilindros van formando el perfil deseado hasta conseguir las medidas que se requieran. Las dimensiones del acero que se consigue no tienen tolerancias muy ajustadas y por eso muchas veces a los productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para ajustar su tolerancia.

[editar] Acero forjado Artículo principal: Acero forjado

Biela motor de acero forjado. La forja es el proceso que modifica la forma de los metales por deformación plástica cuando se somete al acero a una presión o a una serie continuada de impactos. La forja generalmente se realiza a altas temperaturas porque así se mejora la calidad metalúrgica y las propiedades mecánicas del acero. El sentido de la forja de piezas de acero es reducir al máximo posible la cantidad de material que debe eliminarse de las piezas en sus procesos de mecanizado. En la forja por estampación la fluencia del material queda limitada a la cavidad de la estampa, compuesta por dos matrices que tienen grabada la forma de la pieza que se desea conseguir.

[editar] Acero corrugado Artículo principal: Acero corrugado

El acero corrugado es una clase de acero laminado usado especialmente en construcción, para armar hormigón armado, y cimentaciones de obra civil y pública, se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón está dotado de una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y doblar no sufra daños, y tiene una gran soldabilidad, todo ello para que estas operaciones resulten más seguras y con un menor gasto energético.

Malla de acero corrugado.

Las barras de acero corrugado, están normalizadas, por ejemplo en España las regulan las normas (UNE 36068:1994- UNE 36065:2000 –UNE36811:1998) Las barras de acero corrugados se producen en una gama de diámetros que van de 6 a 40 mm, en la que se cita la sección en cm² que cada barra tiene así como su peso en kg. Las barras inferiores o iguales a 16 mm de diámetro se pueden suministrar en barras o rollos, para diámetros superiores a 16 siempre se suministran en forma de barras. Las barras de producto corrugado tienen unas características técnicas que deben cumplir, para asegurar el cálculo correspondiente de las estructuras de hormigón armado. Entre las características técnicas destacan las siguientes, todas ellas se determinan mediante el ensayo de tracción:     

Límite elástico Re (Mpa) Carga unitaria de rotura o resistencia a la tracción Rm (MPa) Alargamiento de rotura A5 (%) Alargamiento bajo carga máxima Agt (%) Relación entre cargas Rm/Re

[editar] Estampado del acero

Puerta automóvil troquelada y estampada. Artículo principal: Estampación de metales La estampación del acero consiste en un proceso de mecanizado sin arranque de viruta donde a la plancha de acero se la somete por medio de prensas adecuadas a procesos de embutición y estampación para la consecución de determinadas piezas metálicas. Para ello en las prensas se colocan los moldes adecuados.

[editar] Troquelación del acero Artículo principal: Troquelación

La troquelación del acero consiste en un proceso de mecanizado sin arranque de viruta donde se perforan todo tipo de agujeros en la plancha de acero por medio de prensas de impactos donde tienen colocados sus respectivos troqueles y matrices.

[editar] Mecanizado blando

Torno paralelo moderno. Artículo principal: Mecanizado Las piezas de acero permiten mecanizarse en procesos de arranque de virutas en máquinas-herramientas (taladro, torno, fresadora, centros de mecanizado CNC, etc.) luego endurecerlas por tratamiento térmico y terminar los mecanizados por procedimientos abrasivos en los diferentes tipos de rectificadoras que existen.

[editar] Rectificado El proceso de rectificado permite obtener muy buenas calidades de acabado superficial y medidas con tolerancias muy estrechas, que son muy beneficiosas para la construcción de maquinaria y equipos de calidad. Pero el tamaño de la pieza y la capacidad de desplazamiento de la rectificadora pueden presentar un obstáculo.

[editar] Mecanizado duro En ocasiones especiales, el tratamiento térmico del acero puede llevarse a cabo antes del mecanizado en procesos de arranque de virutas, dependiendo del tipo de acero y los requerimientos que deben ser observados para determinada pieza. Con esto, se debe tomar en cuenta que las herramientas necesarias para dichos trabajos deben ser muy fuertes por llegar a sufrir desgaste apresurado en su vida útil. Estas ocasiones peculiares, se pueden presentar cuando las tolerancias de fabricación son tan estrechas que no se permita la inducción de calor en tratamiento por llegar a alterar la geometría del trabajo, o también por causa de la misma composición del lote del material (por ejemplo, las piezas se están encogiendo mucho por ser tratadas). En ocasiones es preferible el mecanizado después del tratamiento térmico, ya que la estabilidad óptima del material ha sido alcanzada y, dependiendo de la composición y el tratamiento, el mismo proceso de mecanizado no es mucho más difícil.

[editar] Mecanizado por descarga eléctrica Artículo principal: Electroerosión

En algunos procesos de fabricación que se basan en la descarga eléctrica con el uso de electrodos, la dureza del acero no hace una diferencia notable.

[editar] Taladrado profundo Artículo principal: Taladrado profundo

En muchas situaciones, la dureza del acero es determinante para un resultado exitoso, como por ejemplo en el taladrado profundo al procurar que un agujero mantenga su posición referente al eje de rotación de la broca de carburo. O por ejemplo, si el acero ha sido endurecido por ser tratado térmicamente y por otro siguiente tratamiento térmico se ha suavizado, la consistencia puede ser demasiado suave para beneficiar el proceso, puesto que la trayectoria de la broca tenderá a desviarse.

[editar] Doblado El doblado del acero que ha sido tratado térmicamente no es muy recomendable pues el proceso de doblado en frío del material endurecido es más difícil y el material muy probablemente se haya tornado demasiado quebradizo para ser doblado; el proceso de doblado empleando antorchas u otros métodos para aplicar calor tampoco es recomendable puesto que al volver a aplicar calor al metal duro, la integridad de este cambia y puede ser comprometida.

Armadura para un pilar de sección circular.

[editar] Perfiles de acero Artículo principal: El acero y sus perfiles

Para su uso en construcción, el acero se distribuye en perfiles metálicos, siendo éstos de diferentes características según su forma y dimensiones y debiéndose usar específicamente para una función concreta, ya sean vigas o pilares. Un tipo de acero laminado que se utiliza para las estructuras de hormigón armado son barras de diferentes diámetros con unos resaltes, que se llama acero corrugado.


Bobina de cable de acero trenzado. El acero en sus distintas clases está presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equipos mecánicos y formando parte de electrodomésticos y maquinaria en general así como en las estructuras de las viviendas que habitamos y en la gran mayoría de los edificios modernos. En este contexto existe la versión moderna de perfiles de acero denominada Metalcón. Los fabricantes de medios de transporte de mercancías (camiones) y los de maquinaria agrícola son grandes consumidores de acero. También son grandes consumidores de acero las actividades constructoras de índole ferroviario desde la construcción de infraestructuras viarias así como la fabricación de todo tipo de material rodante. Otro tanto cabe decir de la industria fabricante de armamento, especialmente la dedicada a construir armamento pesado, vehículos blindados y acorazados. También consumen mucho acero los grandes astilleros constructores de barcos especialmente petroleros, y gasistas u otros buques cisternas. Como consumidores destacados de acero cabe citar a los fabricantes de automóviles porque muchos de sus componentes significativos son de acero. A modo de ejemplo cabe citar los siguientes componentes del automóvil que son de acero:     

Son de acero forjado entre otros componentes: cigüeñal, bielas, piñones, ejes de transmisión de caja de velocidades y brazos de articulación de la dirección. De chapa de estampación son las puertas y demás componentes de la carrocería. De acero laminado son los perfiles que conforman el bastidor. Son de acero todos los muelles que incorporan como por ejemplo; muelles de válvulas, de asientos, de prensa embrague, de amortiguadores, etc. De acero de gran calidad son todos los rodamientos que montan los automóviles.

 

De chapa troquelada son las llantas de las ruedas, excepto las de alta gama que son de aleaciones de aluminio. De acero son todos los tornillos y tuercas.

Cabe destacar que cuando el automóvil pasa a desguace por su antigüedad y deterioro se separan todas las piezas de acero, son convertidas en chatarra y son reciclados de nuevo en acero mediante hornos eléctricos y trenes de laminación o piezas de fundición de hierro.

[editar] Ensayos mecánicos del acero Artículo principal: Ensayos mecánicos de los materiales

Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta o una máquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material, lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas... Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros no destructivos.

[editar] Ensayos no destructivos

Durómetro. Los ensayos no destructivos son los siguientes:

    

Ensayo microscópico y rugosidad superficial. Microscopios y rugosímetros. Ensayos por ultrasonidos. Ensayos por líquidos penetrantes. Ensayos por partículas magnéticas. Ensayo de dureza (Brinell, Rockwell, Vickers). Mediante durómetros.

[editar] Ensayos destructivos

Curva del ensayo de tracción. Los ensayos destructivos son los siguientes:        

Ensayo de tracción con probeta normalizada. Ensayo de resiliencia. Ensayo de compresión con probeta normalizada. Ensayo de cizallamiento. Ensayo de flexión. Ensayo de torsión. Ensayo de plegado. Ensayo de fatiga.

Todos los aceros tienen estandarizados los valores de referencia de cada tipo de ensayo al que se le somete.27

[editar] Producción y consumo de acero [editar] Evolución del consumo mundial de acero (2005) El consumo mundial de productos de acero acabados en 2005 registró un aumento de aproximadamente un 6% y supera actualmente los mil millones de toneladas. La evolución del consumo aparente resulta sumamente dispar entre las principales regiones geográficas. El consumo aparente, excluida China, experimentó una caída del 1% debida, fundamentalmente, a la notable disminución observada en Europa (EU25) y Norteamérica. China, por el contrario, registró un incremento del consumo aparente del 23% y representa en la actualidad prácticamente un 32% de la demanda mundial de acero. En Europa (UE25) y Norteamérica, tras un año 2004 marcado por un significativo aumento de los stocks motivado por las previsiones de incremento de

precios, el ejercicio 2005 se caracterizó por un fenómeno de reducción de stocks, registrándose la siguiente evolución: -6% en Europa (UE25), -7% en Norteamérica, 0% en Sudamérica, +5% en CEI, +5% en Asia (excluida China), +3% en Oriente Medio.28

[editar] Producción mundial de acero (2005) Véase también: Anexo:Producción de acero por país

Europa   

UE-25 UE-15 CEI

331 186 115 113

Norteamérica y Centroamérica 

EE. UU.

134 99,7

Sudamérica 

Brasil

45 32,9

China Japón

508 280 112

Asia  

Resto del mundo 39,3 - Datos en millones de toneladas. - La CEI está compuesta por Rusia, Ucrania, Bielorrusia, Moldavia, Kazajistán y Uzbekistán La producción mundial de acero bruto en 2005 ascendió a 1.129,4 millones de toneladas, lo que supone un incremento del 5,9% con respecto a 2004. Esa evolución resultó dispar en las diferentes regiones geográficas. El aumento registrado se debe fundamentalmente a las empresas siderúrgicas chinas, cuya producción se incrementó en un 24,6%, situándose en 349,4 millones de toneladas, lo que representa el 31% de la producción mundial, frente al 26,3% en 2004. Se observó asimismo un incremento, aunque más moderado, en India (+16,7%). Asia produce actualmente la mitad del acero mundial, a pesar de que la contribución japonesa se ha mantenido estable. Paralelamente, el volumen de producción de las empresas siderúrgicas europeas y norteamericanas se redujo en un 3,6% y un 5,3% respectivamente. La distribución de la producción de acero en 2005 fue la siguiente según cifras estimadas por el International Iron and Steel Institute (IISI) en enero de 2006:29

[editar] Principales fabricantes mundiales de acero

«World Steel Dynamics»30 calificó trece siderúrgicas como «Compañías Acereras de Clase Mundial», de un total considerado de 70 compañías. Las trece mejores catalogadas son las siguientes:

 

Grupo Celsa31 Nucor3 2

  

33

Corus Gerdau34 Baosteel3 5

  

U.S. Steel36 ArcelorMittal



Severstal 39

37



ThyssenKrup p38



China Steel40 Nippon Steel41

 

Tata Steel42 Posco4 3

[editar] Pérdidas económicas en 2009 En marzo del 2009, durante la crisis económica de 2008-2009, la producción del acero descendió significativamente en todos los mercados. En Europa el descenso fue de 44% y en Estados Unidos de un 52%. Casi todas las empresas siderúrgicas, han pronosticado pérdidas, incluidas las chinas que habían aumentado su producción a principios de 2009. Una de las razones es la sobreproducción de las siderúrgicas debido al anuncio del estímulo chino, dando lugar a stocks en las industrias. En Estados Unidos la poca demanda de acero es acusado por la disminución en las ventas del sector del automóvil.44 La Asociación Mundial del Acero, pronosticó una caída de 14,9% en la producción mundial de acero, con una posible recuperación en 2010.45

[editar] Reciclaje del acero

Compactos de chatarra en las instalaciones del Central European Waste Management en Wels, Austria. Todos los metales, y el acero entre ellos, tienen una propiedad que desde el punto de vista medioambiental es muy buena: pueden ser reciclados una vez que su uso inicial ha llegado a su término. De esta manera todas las máquinas, estructuras, barcos, automóviles, trenes, etc., se desguazan al final de su vida útil y se separan los diferentes materiales que los componen, originando unos desechos seleccionados que se conocen con el nombre de chatarra.

Esta chatarra se prensa y se hacen grandes compactos en las zonas de desguace que se envían nuevamente a las acerías, donde se consiguen de nuevo nuevos productos siderúrgicos, tanto aceros como fundiciones. Se estima que la chatarra reciclada cubre el 40% de las necesidades mundiales de acero (cifra de 2006). El acero se puede obtener a partir de mineral (ciclo integral) en instalaciones que disponen de Altos Hornos o partiendo de chatarras férricas (ciclo electrosiderúrgico) en Hornos Eléctricos. Las chatarras seleccionadas contenidas en la cesta de carga se introducen en el horno eléctrico por su parte superior, en unión de agentes reactivos y escorificantes, desplazando la bóveda giratoria del mismo. Se funde la chatarra de una o varias cargas por medio de corriente eléctrica hasta completar la capacidad del horno. Este acero es el que va a constituir una colada. Se analiza el baño fundido y se procede a un primer afino para eliminar impurezas, haciendo un primer ajuste de la composición química por adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios.

Colada continua de una acería. EL acero líquido obtenido se vuelca en un recipiente revestido de material refractario, denominado cuchara de colada. Este recipiente hace de cuba de un segundo horno de afino denominado (horno cuchara) en el que se termina de purificar el acero, se ajusta su composición química y se calienta a la temperatura adecuada. La cuchara se lleva sobre una máquina de colada continua, en cuya artesa receptora vierte (cuela) el acero fundido por el orificio del fondo o buza. La artesa lo distribuye en varias líneas, cada una con su molde o lingotera, en donde se enfría de forma controlada para formar las palanquillas, que son los semiproductos de sección rectangular que se someterán a las operaciones de forja y conformación subsiguientes.46 En todo el proceso de reciclado hay que respetar las normas sobre prevención de riesgos laborales y las de carácter medioambiental. Al ser muy alto el consumo de electricidad, el funcionamiento del horno de fundir debe programarse hacerse cuando la demanda de electricidad es menor. Por otro lado, en la entrada de los camiones que transportan la chatarra a las industrias de reciclaje tiene que haber detectores de radioactividad, así como en diferentes fases del proceso. El comercio de chatarra es un buen negocio que suministra materiales de segunda mano para su reutilización o reciclaje. La chatarra es un recurso importante, sobre todo porque recorta el gasto de materias primas y el de energía empleado en procesos como la fabricación del acero.

En el año 2006, debido al gran auge y gran demanda en el proceso constructivo en edificación, el precio del acero se está incrementando considerablemente, suponiendo el coste de la chatarra de acero un 20% del precio de mercado. Como precaución general en el manejo de chatarra hay que tomar las medidas oportunas para no sufrir cortes que provoquen heridas, ya que es altamente infecciosa, produciendo la infección del tétanos, por eso el personal que maneja chatarra debe estar siempre vacunado contra esta infección y así no sufrir los daños provocados por los cortes que pueda sufrir. Cualquier persona que sufra un corte con un elemento de acero, debe acudir a un Centro Médico para que le vacunen contra el tétanos.

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