Oro (Au)
1. Introducción
Oro, de símbolo Au (del latín aurum), es un
elemento metálico, denso y blando, de aspecto amarillo brillante. El oro es uno
de los elementos de transición del sistema periódico. Su número atómico es 79.
2. Propiedades
El oro puro es el más maleable y dúctil de
todos los metales. Puede golpearse con un martillo hasta conseguir un espesor
de 0,000013 cm ,
y una cantidad de 29 g
se puede estirar hasta lograr un cable de 100 km de largo. Es uno de
los metales más blandos y un buen conductor eléctrico y térmico. Como otros
metales, finamente pulverizado presenta un color negro, y en suspensión
coloidal su color varía entre el rojo rubí y el púrpura (véase Coloide).
Es un metal muy inactivo. No le afectan el
aire, la humedad, ni la mayoría de los disolventes. Sólo es soluble en agua de
cloro, agua regia o una mezcla de agua y cianuro de potasio. Los cloruros y
cianuros son compuestos importantes del oro. Tiene un punto de fusión de 1.064 °C , un punto de
ebullición de 2.970 °C
y una densidad relativa de 19,3. Su masa atómica es 196,967.
3. Estado natural
El oro se encuentra en la naturaleza en las
vetas de cuarzo y en los depósitos de aluviones secundarios como metal en
estado libre o combinado. Está distribuido por casi todas partes, aunque en
pequeñas cantidades, ocupando el lugar 75 en abundancia entre los elementos de
la corteza terrestre. Casi siempre se da combinado con cantidades variables de
plata. La aleación natural oro-plata recibe el nombre de oro argentífero o
electro. En combinación química con el teluro, está presente junto con la
plata
en minerales como la calverita y la silvanita, y junto con el plomo, el
antimonio y el azufre en la naguiagita. Con el mercurio aparece como amalgama
de oro. También se encuentra en pequeñas cantidades en piritas de hierro, y a
veces existen cantidades apreciables de oro en la galena, un sulfuro de plomo
que suele contener plata. En el agua de mar se encuentra en una proporción de 5 a 250 partes en masa por cada
100 millones de partes de agua. Aunque la cantidad total de oro en el agua
marina rebasa los 9.000 millones de toneladas, el costo de su extracción
superaría su valor real.
4. Aplicaciones
El oro se conoce y aprecia desde tiempos remotos,
no solamente por su belleza y resistencia a la corrosión, sino también por ser
más fácil de trabajar que otros metales y menos costosa su extracción. Debido a
su relativa rareza, comenzó a usarse como moneda de cambio y como referencia en
las transacciones monetarias internacionales (véase Patrón oro). La unidad para
medir la masa del oro es la onza troy, que equivale a 31,1 gramos .
La mayor parte de su producción se emplea en
la acuñación de monedas y en joyería . Para estos fines se usa aleado con otros
metales que le aportan dureza. El contenido de oro en una aleación se expresa
en quilates. El oro destinado a la acuñación de monedas se compone de 90 partes
de oro y 10 de plata. El oro verde usado en joyería contiene cobre y plata. El
oro blanco contiene cinc y níquel o platino.
Se utiliza también en forma de láminas para
dorar y rotular. El púrpura de Cassius, un precipitado de oro finamente
pulverizado e hidróxido de estaño (iv), formado a partir de la interacción de
cloruro de oro (iii) y cloruro de estaño (ii), se emplea para el coloreado de
cristales de rubí. El ácido cloráurico se usa en fotografía para colorear
imágenes plateadas. El cianuro de oro y potasio se utiliza para el dorado
electrolítico. El oro también tiene aplicaciones en odontología. Los
radioisótopos del oro se emplean en investigación biológica y en el tratamiento
del cáncer .
5. Extracción
El procedimiento más simple para extraer el
oro es el lavado en batea, por medio de una fuente circular que suele tener una
pequeña cavidad en su fondo. El buscador de oro procede a llenar la fuente con
arena o grava mezcladas con pequeñas partículas de oro, agitándola en el seno
de una suave corriente de agua. Las partes más ligeras de la grava se van con
el agua y las partículas de oro van quedando en el fondo de la batea.
Con el tiempo se han desarrollado nuevos
métodos de extracción, como el método hidráulico, que consiste en dirigir una
potente corriente de agua contra la grava o arena. Con esa operación los
materiales se fragmentan y se filtran a través de unos conductos en los que el
oro se va depositando, mientras que la grava flota y se retira. En la
extracción en ríos se suelen utilizar dragas elevadoras. Estas dragas son
barcazas con fondo plano que se sirven de una cadena continua de pequeños
cangilones, que recogen el material del fondo del río, vaciándolo sobre la
draga en un trómel o arcaduz (recipiente hecho de cerniduras). El material va
girando en el trómel a medida que el agua cae sobre él. La arena con el oro se
sumerge a través de las perforaciones del trómel, cayendo en unas planchas cuyo
movimiento va concentrando el oro. También puede hacerse el dragado en lechos
secos de antiguos ríos, siempre que se encuentre agua abundante a una distancia
razonable. Para ello se cava un hoyo y se introduce la draga, que flota en el
agua bombeada desde la fuente adyacente.
Con frecuencia se descubren depósitos de
rocas que contienen oro, por pequeños afloramientos en la superficie. Estos
yacimientos se trituran con máquinas especiales.
El oro se extrae de la grava o de rocas
trituradas disolviéndolo en disoluciones de mercurio (proceso de amalgama) o de
cianuro (proceso de cianuro). Algunas menas, sobre todo aquellas en las que el
oro está combinado químicamente con teluro, deben ser calcinadas antes de su
extracción. El oro se recupera de la solución y se funde en lingotes. Para que
una roca sea rentable debe contener un mínimo de una parte de oro por 300.000
partes de material desechable.
La forma más rara del oro son las pepitas. La
más grande, la
Welcome Stranger , de unos 70,8 kg , apareció
casualmente bajo la superficie del suelo al chocar la rueda de un vagón contra
ella, en Victoria (Australia), en el año 1869.
6. Producción
La obtención de oro data de las culturas
etrusca, minoica, asiria y egipcia, cuando los placeres de oro procedían de
arenas y gravas aluviales, y se extraía por el simple proceso de lavado con
batea. El oro se obtenía también de esta forma en India, Asia central, el sur
de los montes Urales y en las regiones del este del Mediterráneo. Con los
primeros progresos en las técnicas de extracción, se explotaron las vetas de
auríferos primarios, alcanzando este tipo de extracción cierta importancia en
la era precristiana. Durante la edad media apenas hubo progresos significativos
en la producción y extracción del oro.
En el siglo XVI, el valor de las reservas de
oro en Europa apenas alcanzaba la cifra de 225 millones de dólares. Con el
descubrimiento de América, y hasta comienzos del siglo XIX, la producción
mundial alcanzó unos 4.665.000
kg (unos 150 millones de onzas troy). América del Sur y
México se convirtieron en ese periodo en grandes productores. La colonización
española del continente americano supuso a partir del siglo XVI un importante
incremento en la producción de oro del Nuevo Mundo para su posterior
exportación: entre los años 1521 y 1660, los españoles sacaron de América más
de 200 toneladas de este metal. La afluencia de oro y plata transformó la
economía del Viejo continente y el metal precioso se convirtió en un
instrumento político. En el siglo XVI la producción de México llegó a alcanzar
el 9% del total de la producción mundial. A partir del siglo XVIII, se
descubrieron nuevos yacimientos: California (Estados Unidos) en 1848, Australia
en 1851 y Transvaal (República de Sudáfrica) en 1886.
En la actualidad, Sudáfrica es el mayor
proveedor mundial de oro, con una producción anual que ronda las 500 toneladas.
Sus minas más importantes se encuentran en Witwatersrand. Hay otros 70 países
que producen oro en cantidades comerciales, pero alrededor del 80% de la
producción mundial proviene de Sudáfrica y de Estados Unidos, y en menor
medida, de los países de la antigua URSS , Australia, Canadá, China y Brasil.
Otros países con producción notable, aunque inferior, son México, Chile,
Colombia y Filipinas.
Plata (Ag)
1. Introducción
Plata, de símbolo Ag, es un elemento metálico
blanco y brillante que conduce el calor y la electricidad mejor que ningún otro
metal. Es uno de los elementos de transición del sistema periódico. Su número
atómico es 47.
La plata se conoce y se ha valorado desde la
antigüedad como metal ornamental y de acuñación. Probablemente las minas de
plata en Asia Menor empezaron a ser explotadas antes del 2500 a .C. Los alquimistas la
llamaban el metal Luna o Diana, por la diosa de la Luna , y le atribuyeron el
símbolo de la luna creciente.
2. Propiedades
Exceptuando el oro, la plata es el metal más
maleable y dúctil. Su dureza varía entre 2,5 y 2,7; es más dura que el oro,
pero más blanda que el cobre. Tiene un punto de fusión de 962 °C , un punto de
ebullición de 2.212 °C
y una densidad relativa de 10,5. Su masa atómica es 107,868.
Desde el punto de vista químico, la plata no
es muy activa. Es insoluble en ácidos y álcalis diluidos, pero se disuelve en
ácido nítrico o sulfúrico concentrado, y no reacciona con oxígeno o agua a
temperaturas ordinarias. El azufre y los sulfuros atacan la plata, y el
deslustre o pérdida de brillo se produce por la formación de sulfuro de plata
negro sobre la superficie del metal. Los huevos, que contienen una considerable
cantidad de azufre como componente de sus proteínas, deslustran la plata
rápidamente. Las pequeñas cantidades de sulfuro que existen en la atmósfera o
que se añaden al gas natural doméstico en forma de sulfuro de hidrógeno (H2S),
también deslustran la plata. El sulfuro de plata (Ag2S) es una de las sales más
insolubles en disolución acuosa, propiedad que se utiliza para separar los
iones plata de otros iones positivos.
3. Estado natural
La plata ocupa el lugar 66 en abundancia
entre los elementos de la corteza terrestre. No existe apenas en estado puro;
los sedimentos más notables de plata pura están en México, Perú y Noruega,
donde las minas han sido explotadas durante años. La plata pura también se
encuentra asociada con el oro puro en una aleación conocida como oro
argentífero, y al procesar el oro se recuperan considerables cantidades de
plata. La plata está normalmente asociada con otros elementos (siendo el azufre
el más predominante) en minerales y menas. Algunos de los minerales de plata
más importantes son la cerargirita (o plata córnea), la pirargirita, la
silvanita y la argentita. La plata también se encuentra como componente en las
menas de plomo, cobre y cinc, y la mitad de la producción mundial de plata se
obtiene como subproducto al procesar dichas menas. Prácticamente toda la plata
producida en Europa se obtiene como subproducto de la mena del sulfuro de
plomo, la galena. La mayoría de la plata extraída en el mundo procede de
México, Perú y Estados Unidos. En 2000 la producción mundial de plata se
aproximaba a las 18.000 toneladas.
4. Metalurgia
En general, la plata se extrae de las menas
de plata calcinando la mena en un horno para convertir los sulfuros en sulfatos
y luego precipitar químicamente la plata metálica. Hay varios procesos
metalúrgicos para extraer la plata de las menas de otros metales. En el proceso
de amalgamación, se añade mercurio líquido a la mena triturada y se forma una
amalgama de plata. Después de extraer la amalgama de la mena, se elimina el
mercurio por destilación y queda la plata metálica. En los métodos de
lixiviación, se disuelve la plata en una disolución de una sal (normalmente
cianuro de sodio) y después se precipita la plata poniendo la disolución en
contacto con cinc o aluminio. Para el proceso de Parkes, que se usa para
separar la plata del cobre, véase Plomo. La plata impura obtenida en los
procesos metalúrgicos se refina por métodos electrolíticos (véase Electroquímica)
o por copelación, un proceso que elimina las impurezas por evaporación o
absorción.
5. Aplicaciones
El uso de la plata en joyería, servicios de
mesa (véase Cubertería; Metalistería) y acuñación de monedas es muy conocido.
Normalmente se alea el metal con pequeñas cantidades de otros metales para
hacerlo más duro y resistente. La plata fina para las cuberterías y otros
objetos contiene un 92,5% de plata y un 7,5% de cobre. La plata se usa para
recubrir las superficies de vidrio de los espejos, por medio de la vaporización
del metal o la precipitación de una disolución. Sin embargo, el aluminio ha
sustituido prácticamente a la plata en esta aplicación. La plata también se
utiliza con frecuencia en los sistemas de circuitos eléctricos y electrónicos.
Los
halogenuros de plata (bromuro de plata, cloruro de plata y yoduro de plata) que
se oscurecen al exponerlos a la luz, se utilizan en emulsiones para placas,
película y papel fotográficos. Estas sales son solubles en tiosulfato de sodio,
que es el compuesto utilizado en el proceso de fijación fotográfica.
Cobre (Cu)
1-Introducción
Elemento
químico, de símbolo Cu, con número atómico 29; uno de los metales de transición
e importante metal no ferroso. Su utilidad se debe a la combinación de sus propiedades
químicas, físicas y mecánicas, así como a sus propiedades eléctricas y su
abundancia. El cobre fue uno de los primeros metales usados por los humanos.
La
mayor parte del cobre del mundo se obtiene de los sulfuros minerales como la
calcocita, covelita, calcopirita, bornita y enargita. Los minerales oxidados
son la cuprita, tenorita, malaquita, azurita, crisocola y brocantita. El cobre
natural, antes abundante en Estados Unidos, se extrae ahora sólo en Michigan.
El grado del mineral empleado en la producción de cobre ha ido disminuyendo
regularmente, conforme se han agotado los minerales más ricos y ha crecido la
demanda de cobre. Hay grandes cantidades de cobre en la Tierra para uso futuro
si se utilizan los minerales de los grados más bajos, y no hay probabilidad de
que se agoten durante un largo periodo.
El cobre es el primer
elemento del subgrupo Ib de la tabla periódica y también incluye los otros
metales de acuñación, plata y oro. Su átomo tiene la estructura electrónica 1s22s22p63s23p63d104s1.
El bajo potencial de ionización del electrón 4s1 da por
resultado una remoción fácil del mismo para obtener cobre(I), o ion cuproso, Cu+,
y el cobre(II), o ion cúprico, Cu2+, se forma sin dificultad por
remoción de un electrón de la capa 3d. El peso atómico del cobre es
63.546. tiene dos isótopos naturales estables 63Cu y 65Cu.
También se conocen nueve isótopos inestables (radiactivos). El cobre se
caracteriza por su baja actividad química. Se combina químicamente en alguno de
sus posibles estados de valencia. La valencia más común es la de 2+ (cúprico),
pero 1+ (cuproso) es también frecuente; la valencia 3+ ocurre sólo en unos
cuantos compuestos inestables.
Un metal comparativamente
pesado, el cobre sólido puro, tiene una densidad de 8.96 g/cm3 a
20ºC, mientras que el del tipo comercial varía con el método de manufactura,
oscilando entre 8.90 y 8.94. El punto de fusión del cobre es de 1083.0 (+/-)
0.1ºC (1981.4 +/- 0.2ºF). Su punto de ebullición normal es de 2595ºC (4703ºF).
El cobre no es magnético; o más exactamente, es un poco paramagnético. Su
conductividad térmica y eléctrica son muy altas. Es uno de los metales que
puede tenerse en estado más puro, es moderadamente duro, es tenaz en extremo y
resistente al desgaste. La fuerza del cobre está acompañada de una alta
ductibilidad. Las propiedades mecánicas y eléctricas de un metal dependen en
gran medida de las condiciones físicas, temperatura y tamaño de grano del
metal.
2-Usos del cobre
3- Efectos del Cobre sobre la salud
El Cobre es
una substancia muy común que ocurre naturalmente y se extiende a través del
ambiente a través de fenómenos naturales, los humanos usan ampliamente el
Cobre. Por ejemplo este es aplicado en industrias y en agricultura. La
producción de Cobre se ha incrementado en las últimas décadas y debido a esto
las cantidades de Cobre en el ambiente se ha expandido.
El
Cobre puede ser encontrado en muchas clases de comidas, en el agua potable y en
el aire. Debido a que absorbemos una cantidad eminente de cobre cada día por la
comida, bebiendo y respirando. Las absorción del Cobre es necesaria, porque el
Cobre es un elemento traza que es esencial para la salud de los humanos. Aunque
los humanos pueden manejar concentraciones de Cobre proporcionalmente altas,
mucho Cobre puede también causar problemas de salud.
La
mayoría de los compuestos del Cobre se depositarán y se enlazarán tanto a los
sedimentos del agua como a las partículas del suelo. Compuestos solubles del
Cobre forman la mayor amenaza para la salud humana. Usualmente compuestos del
Cobre solubles en agua ocurren en el ambiente después de liberarse a través de
aplicaciones en la agricultura.
Las
concentraciones del Cobre en el aire son usualmente bastante bajas, así que la exposición
al Cobre por respiración es descartable. Pero gente que vive creca de
fundiciones que procesan el mineral cobre en metal pueden experimentar esta
clase de exposición.La gente que vive en casas que todavía tiene tuberías de
cobre están expuestas a más altos niveles de Cobre que la mayoría de la gente,
porque el Cobre es liberado en sus aguas a través de la corrosión de las
tuberías.
La
exposición profesional al Cobre puede ocurrir. En el Ambiente de trabajo el
contacto con Cobre puede llevar a coger gripe conocida como la fiebre del
metal. Esta fiebre pasará después de dos días y es causada por una sobre
sensibilidad. Exposiciones de largo periodo al cobre pueden irritar la nariz,
la boca y los ojos y causar dolor de cabeza, de estómago, mareos, vómitos y
diarreas. Una toma grande de cobre puede causar daño al hígado y los riñones e
incluso la muerte. Si el Cobre es cancerígeno no ha sido determinado aún.
Hay
artículos científicos que indican una unión entre exposiciones de largo término
a elevadas concentraciones de Cobre y una disminución de la inteligencia en
adolescentes.
4- Efectos ambientales del Cobre
La producción
mundial de Cobre está todavía creciendo. Esto básicamente significa que más y
más Cobre termina en el medio ambiente. Los ríos están depositando barro en sus
orillas que están contaminados con Cobre, debido al vertido de aguas residuales
contaminadas con Cobre. El Cobre entra en el aire, mayoritariamente a través
de la liberación durante la combustión de combustibles. El Cobre en el aire permanecerá
por un periodo de tiempo eminente, antes de depositarse cuando empieza a
llover. Este terminará mayormente en los suelos, como resultado los suelos
pueden también contener grandes cantidades de Cobre después de que esté sea
depositado desde el aire.
El
Cobre puede ser liberado en el medio ambiente tanto por actividades humanas como
por procesos naturales. Ejemplo de fuentes naturales son las tormentas de
polvo, descomposición de la vegetación, incendios forestales y aerosoles
marinos. Unos pocos de ejemplos de actividades humanas que contribuyen a la
liberación del Cobre han sido ya nombrado. Otros ejemplos son la minería, la
producción de metal, la producción de madera y la producción de fertilizantes
fosfatados.
El
Cobre es a menudo encontrado cerca de minas, asentamientos industriales,
vertederos y lugares de residuos.
Cuando
el Cobre termina en el suelo este es fuertemente atado a la materia orgánica y
minerales. Como resultado este no viaja muy lejos antes de ser liberado y es
dificil que entre en el agua subterránea. En el agua superficial el cobre puede
viajar largas distancias, tanto suspendido sobre las partículas de lodos como
iones libres.
El
Cobre no se rompe en el ambiente y por eso se puede acumular en plantas y
animales cuando este es encontrado en suelos. En suelos ricos en Cobre sólo un
número pequeño de plantas pueden vivir. Por esta razón no hay diversidad de
plantas cerca de las fábricas de Cobres, debido al efecto del Cobre sobre las
plantas, es una seria amenaza para la producción en las granjas. El Cobre puede
seriamente influir en el proceso de ciertas tierras agrícolas, dependiendo de
la acidez del suelo y la presencia de materia orgánica. A pesar de esto el
estiércol que contiene Cobre es todavía usado.
El
Cobre puede interrumpir la actividad en el suelo, su influencia negativa en la
actividad de microorganismos y lombrices de tierra. La descomposición de la
materia orgánica puede disminuir debido a esto.
Cuando
los suelos de las granjas están contaminados con Cobre, los animales pueden
absorber concentraciones de Cobre que dañan su salud. Principalmente las ovejas
sufren un gran efecto por envenenamiento con Cobre, debido a que los efectos
del Cobre se manifiestan a bajas concentraciones.
Hierro (Fe)
1-Introducción
Elemento
químico, símbolo Fe, número atómico 26 y peso atómico 55.847. El hierro es el
cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre (5%). Es un metal
maleable, tenaz, de color gres plateado y magnético. Los cuatro isótopos
estables, que se encuentran en la naturaleza, tienen las masas 54, 56, 57 y 58.
Los dos minerales principales son la hematita, Fe2O3, y
la limonita, Fe2O3.3H2O. Las piritas, FeS2,
y la cromita, Fe(CrO2)2, se explotan como minerales de
azufre y de cromo, respectivamente. El hierro se encuentra en muchos otros
minerales y está presente en las aguas freáticas y en la hemoglobina roja de la
sangre.
La
presencia del hierro en el agua provoca precipitación y coloración no deseada.
Existen técnicas de separación
del hierro del agua.
El uso más extenso del hierro
(fierro) 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). Existen
varias forma alotrópicas del hierro. La ferrita es estable hasta 760ºC
(1400ºF). El cambio del hierro B comprende principalmente una pérdida de
permeabilidad magnética porque la estructura de la red (cúbica centrada en el
cuerpo) permanece inalterada. La forma alotrópica tiene sus átomos en arreglos
cúbicos con empaquetamiento cerrado y es estable desde 910 hasta 1400ºC (1670
hasta 2600ºF).
Este metal es un buen agente
reductor y, dependiendo de las condiciones, puede oxidarse hasta el estado 2+m
3+ o 6+. En la mayor parte de los compuestos de hierro está presente el ion
ferroso, hierro(II), o el ion férrico, hierro(III), como una unidad distinta.
Por lo común, los compuestos ferrosos son de color amarillo claro hasta café
verdoso oscuro; el ion hidratado Fe(H2O)62+,
que se encuentra en muchos compuestos y en solución, es verde claro. Este ion
presenta poca tendencia a formar complejos de coordinación, excepto con
reactivos fuertes, como el ion cianuro, las poliaminas y las porfirinas. El ion
férrico, por razón de su alta carga (3+) y su tamaño pequeño, tiene una fuerte
tendencia a capturar aniones. El ion hidratado Fe(H2O)63+,
que se encuentra en solución, se combina con OH-, F-, Cl-,
CN-, SCN-, N3-, C2O42-
y otros aniones para forma complejos de coordinación.
Un aspecto interesante de la
química del hierro es el arreglo de los compuestos con enlaces al carbono. La
cementita, Fe3C, es un componente del acero. Los complejos con
cianuro, tanto del ion ferroso como del férrico, son muy estables y no son
intensamente magnéticos, en contraposición a la mayor parte de los complejos de
coordinación del hierro. Los complejos con cianuro forman sales
coloradas.
2- Efectos del Hierro sobre la salud
El
Hierro puede ser encontrado en carne, productos integrales, patatas y
vegetales. El cuerpo humano absorbe Hierro de animales más rápido que el Hierro
de las plantas. El Hierro es una parte esencial de la hemoglobina: el agente
colorante rojo de la sangre que transporta el oxígeno a través de nuestros
cuerpos.
Puede
provocar conjuntivitis, coriorretinitis, y retinitis si contacta con los
tejidos y permanece en ellos. La inhalación crónica de concentraciones
excesivas de vapores o polvos de óxido de hierro puede resultar en el
desarrollo de una neumoconiosis benigna, llamada sideriosis, que es observable
como un cambio en los rayos X. Ningún daño físico de la función pulmonar se ha
asociado con la siderosis. La inhalación de concentraciones excesivas de óxido
de hierro puede incrementar elriesgo de desarrollar cáncer de pulmón en
trabajadores expuestos a carcinógenos pulmonares. LD50 (oral, rata) =30 gm/kg.
(LD50: Dosis Letal 50. Dosis individual de una sustancia que provoca la muerte
del 50% de la población animal debido a la exposición a la sustancia por
cualquier vía distinta a la inhalación. Normalmente expresada como miligramos o
gramos de material por kilogramo de peso del animal.)
3- Efectos ambientales del Hierro
Aluminio (Al)
1.-Introducción
Elemento
químico metálico, de símbolo Al, número atómico 13, peso atómico 26.9815, que
pertenece al grupo IIIA del sistema periódico. El aluminio puro es blando y
tiene poca resistencia mecánica, pero puede formar aleaciones con otros
elementos para aumentar su resistencia y adquirir varias propiedades útiles.
Las aleaciones de aluminio son ligeras, fuertes, y de fácil formación para
muchos procesos de metalistería; son fáciles de ensamblar, fundir o maquinar y
aceptan gran variedad de acabados. Por sus propiedades físicas, químicas y
metalúrgicas, el aluminio se ha convertido en el metal no ferroso de mayor uso.
El aluminio es el elemento
metálico más abundante en la Tierra y en la Luna, pero nunca se encuentra en
forma libre en la naturaleza. Se halla ampliamente distribuido en las plantas y
en casi todas las rocas, sobre todo en las ígneas, que contienen aluminio en
forma de minerales de alúmino silicato. Cuando estos minerales se disuelven,
según las condiciones químicas, es posible precipitar el aluminio en forma de
arcillas minerales, hidróxidos de aluminio o ambos. En esas condiciones se
forman las bauxitas que sirven de materia prima fundamental en la producción de
aluminio.
El aluminio es un metal
plateado con una densidad de 2.70 g/cm3 a 20ºC (1.56 oz/in3
a 68ºF). El que existe en la naturaleza consta de un solo isótopo, 2713Al.
El aluminio cristaliza en una estructura cúbica centrada en las caras, con
lados de longitud de 4.0495 angstroms. (0.40495 nanómetros). El aluminio se
conoce por su alta conductividad eléctrica y térmica, lo mismo que por su gran
reflectividad.
La configuración electrónica
del elemento es 1s2 2s2 2p6 3s2
3p1. El aluminio muestra una valencia de 3+ en
todos sus compuestos, exceptuadas unas cuantas especies monovalentes y
divalentes gaseosas a altas temperaturas. El aluminio es estable al aire
y resistente a la corrosión por el agua de mar, a muchas soluciones acuosas y
otros agentes químicos. Esto se debe a la protección del metal por una capa
impenetrable de óxido. A una pureza superior al 99.95%, resiste el ataque de la
mayor parte de los ácidos, pero se disuelve en agua regia. Su capa de óxido se
disuelve en soluciones alcalinas y la corrosión es rápida.
El aluminio es anfótero y
puede reaccionar con ácidos minerales para formar sales solubles con
desprendimiento de hidrógeno.
El aluminio fundido puede tener reacciones explosivas
con agua. El metal fundido no debe entrar en contacto con herramientas ni con
contenedores húmedos. A temperaturas altas,
reduce muchos compuestos que contienen oxígeno, sobre todo los óxidos
metálicos. Estas reacciones se aprovechan en la manufactura de ciertos metales
y aleaciones.
2-Aplicaciones
Su aplicación en la
construcción representa el mercado más grande de la industria del aluminio.
Millares de casas emplean el aluminio en puertas, cerraduras, ventanas,
pantallas, boquillas y canales de desagüe. El aluminio es también uno de los productos
más importantes en la construcción industrial. El transporte constituye el
segundo gran mercado. Muchos aviones comerciales y militares están hechos casi
en su totalidad de aluminio. En los automóviles, el aluminio aparece en
interiores y exteriores como molduras, parrillas, llantas (rines),
acondicionadores de aire, transmisiones automáticas y algunos radiadores,
bloques de motor y paneles de carrocería. Se encuentra también en carrocerías,
transporte rápido sobre rieles, ruedas formadas para camiones, vagones,
contenedores de carga y señales de carretera, división de carriles y alumbrado.
En la industria aeroespacial, el aluminio también se encuentra en motores de
aeroplanos, estructuras, cubiertas y trenes de aterrizaje e interiores; a
menudo cerca de 80% del peso del avión es de aluminio. La industria de empaques
para alimentos es un mercado en crecimiento rápido.
En las aplicaciones
eléctricas, los alambres y cables de aluminio son los productos principales. Se
encuentra en el hogar en forma de utensilios de cocina, papel de aluminio,
herramientas, aparatos portátiles, acondicionadores de aire, congeladores,
refrigeradores, y en equipo deportivo como esquíes y raquetas de tenis.
Existen cientos de aplicaciones químicas del aluminio y sus compuestos.
El aluminio en polvo se usa en pinturas, combustible para cohetes y explosivos
y como reductor químico.
3- Efectos del Aluminio
sobre la salud
El
Aluminio es uno de los metales más ampliamente usados y también uno de los más
frecuentemente encontrados en los compuestos de la corteza terrestre. Debido a
este hecho, el aluminio es comúnmente conocido como un compuesto inocente. Pero
todavía, cuando uno es expuesto a altas concentraciones, este puede causar
problemas de salud. La forma soluble en agua del Aluminio causa efectos
perjudiciales, estas partículas son llamadas iones. Son usualmente encontradas
en soluciones de Aluminio combinadas con otros iones, por ejemplo cloruro de
Aluminio.
La toma de
Alumino puede tener lugar a través de la comida, respirarlo y por contacto en
la piel. La toma de concentraciones significantes de Aluminio puede causar un
efecto serio en la salud como:
- Daño
al sistema nervioso central
- Demencia
- Pérdida
de la memoria
- Apatía
- Temblores
severos
El
Aluminio es un riesgo para ciertos ambientes de trabajo, como son las minas,
donde se puede encontrar en el agua. La gente que trabaja en fabricas donde el
Aluminio es aplicado durante el proceso de producción puede aumentar los
problemas de pulmón cuando ellos respiran el polvo de Aluminio. El Aluminio
puede causar problemas en los riñones de los pacientes, cuando entra en el
cuerpo durante el proceso de diálisis.
4.- Efectos ambientales
del Aluminio
Los efectos
del Aluminio han atraido nuestra atención, mayormente debido a los problemas de
acidificación. El Aluminio puede acumularse en las plantas y causar problemas
de salud a animales que consumen esas plantas. Las concentraciones de Aluminio
parecen ser muy altas en lagos acidificados. En estos lagos un número de peces
y anfibios están disminuyendo debido a las reacciones de los iones de Aluminio
con las proteinas de las agallas de los peces y los embriones de las ranas. Elevadas
concentraciones de Aluminio no sólo causan efectos sobre los peces, pero
también sobre los pájaros y otros animales que consumen peces contaminados e
insectos y sobre animales que respiran el Aluminio a través del aire.
Las
consecuencias para los pájaros que consumen peces contaminados es que la
cáscara de los huevos es más fina y los pollitos nacen con bajo peso. Las
consecuencias para los animales que respiran el Aluminio a través del aire son
problemas de pulmones, pérdida de peso y declinación de la actividad. Otro
efecto negativo en el ambiente del Aluminio es que estos iones pueden reaccionar
con los fosfatos, los cuales causan que el fosfato no esté disponible para los
organismos acuáticos.
Altas concentraciones de Aluminio no sólo pueden ser encontrados en
lagos ácidos y arie, también en aguas subterráneas y suelos ácidos. Hay fuertes
indicadores de que el Aluminio puede dañar las raices de los árboles cuando
estas están localizadas en las aguas subterráneas.
Zinc (Zn)
1-Introducción
El
zinc o cinc es un elemento químico de número atómico 30 y símbolo Zn situado en
el grupo 12 de la tabla periódica de los elementos.
2-Características
principales
El
zinc es un metal, a veces clasificado como metal de transición aunque
estrictamente no lo sea, que presenta cierto parecido con el magnesio y el
berilio además de con los elementos de su grupo. Este elemento es poco
abundante en la corteza terrestre pero se obtiene con facilidad. Una de sus
aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero. Es un elemento
químico esencial.
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. 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 provocan deformaciones no permanentes.
3-
Aplicaciones
La principal aplicación del zinc —cerca
del 50% del consumo anual— es el galvanizado del acero para protegerle 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.
•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 el cloruro de zinc
(desodorantes) y sulfuro de zinc (pinturas luminiscentes).
4-Papel
biológico
El zinc es un elemento químico esencial
para las personas: interviene en el metabolismo de proteínas y ácidos
nucleicos, estimula la actividad de aproximadamente 100 enzimas, colabora en el
buen funcionamiento del sistema inmunológico, 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 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 10
mg, 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 puede producir
retardo en el crecimiento, 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.
5-Obtención
El
zinc es el 23º 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 la esfalerita y blenda (sulfuro),
smithsonita (carbonato), hemimorfita (silicato) y franklinita (óxido). Las
reservas mundiales demostradas cuya explotación es económica ascienden a casi
220 millones de toneladas, repartiéndose más de la mitad a partes iguales entre
EE. UU., Australia, China y Kazajistán. Las reservas conocidas (incluyendo
aquéllas cuya explotación no es hoy día económica) rozan los 2000 millones de
toneladas.
La producción minera mundial fue en el
2003, según datos de la agencia de prospecciones geológicas estadounidense (US
Geological Survey) de 8,5 millones de toneladas, liderada por China con el 20%
del total y Australia con el 19%. Se estima que cerca de un tercio del zinc
consumido es reciclado (secundario). 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
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, cadmio, 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 (American Section of the International
Association for Testing Materials) 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 ISO publicó en 2004 la norma ISO 752 sobre
clasificación y requisitos del
Cromo (Cr)
1-Introducción
El
cromo es un elemento químico de número atómico 24 que se encuentra en el grupo
6 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cr. Es un metal que se
emplea especialmente en metalurgia.
2-Características
principales
El
cromo es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy
resistente frente a la corrosión. Su estado de oxidación más alto es el +6,
aunque estos compuestos son muy oxidantes. Los estados de oxidación +4 y +5 son
poco frecuentes, mientras que los estados más estables son +2 y +3. También es
posible obtener compuestos en los que el cromo presente estados de oxidación
más bajos, pero son bastante raros.
3-
Aplicaciones
•El
cromo se utiliza principalmente en metalurgia para aportar resistencia a la
corrosión y un acabado brillante.
•En
aleaciones, por ejemplo, el acero inoxidable es aquel que contiene más de un
12% en cromo, aunque las propiedades antioxidantes del cromo empiezan a notarse
a partir del 5% de concentración.
•En
procesos de cromado (depositar una capa protectora mediante electrodeposición).
También se utiliza en el anodizado del aluminio.
•En
pinturas cromadas como tratamiento antioxidante
•Sus
cromatos y óxidos se emplean en colorantes y pinturas. En general, sus sales se
emplean, debido a sus variados colores, como mordientes.
•El
dicromato de potasio (K2Cr2O7) es un reactivo químico que se emplea en la
limpieza de material de vidrio de laboratorio y, en análisis volumétricos, como
agente valorante.
•Es
común el uso del cromo y de alguno de sus óxidos como catalizadores, por
ejemplo, en la síntesis de amoníaco (NH3).
•El
mineral cromita (Cr2O3•FeO) se emplea en moldes para la fabricación de
ladrillos (en general, para fabricar materiales refractarios). Con todo, una
buena parte de la cromita consumida se emplea para obtener cromo o en
aleaciones.
•En
el curtido del cuero es frecuente emplear el denominado "curtido al
cromo" en el que se emplea hidroxisulfato de cromo (III) (Cr(OH)(SO4)).
•Para
preservar la madera se suelen utilizar sustancias químicas que se fijan a la
madera protegiéndola. Entre estas sustancias se emplea óxido de cromo (VI)
(CrO3).
•Cuando
en el corindón (α-Al2O3) se sustituyen algunos iones de aluminio por iones de
cromo se obtiene el rubí; esta gema se puede emplear, por ejemplo, en láseres.
•El
dióxido de cromo (CrO2) se emplea para fabricar las cintas magnéticas empleadas
en las casetes, dando mejores resultados que con óxido de hierro (Fe2O3) debido
a que presentan una mayor coercitividad.
4-Papel
biológico
En
principio, se considera al cromo (en su estado de oxidación +3) un elemento
esencial, aunque no se conocen con exactitud sus funciones. Parece participar
en el metabolismo de los lípidos, en el de los hidratos de carbono, así como
otras funciones. Se ha observado que algunos de sus complejos parecen
participar en la potenciación de la acción de la insulina, por lo que se los ha
denominado "factor de tolerancia a la glucosa"; debido a esta
relación con la acción de la insulina, la ausencia de cromo provoca una
intolerancia a la glucosa, y esta ausencia provoca la aparición de diversos
problemas.
No
se ha encontrado ninguna metaloproteína con actividad biológica que contenga
cromo y por lo tanto no se ha podido explicar cómo actúa.Por otra parte, los
compuestos de cromo en el estado de oxidación +6 son muy oxidantes y son
carcinógenos.
5-Obtención
Se
obtiene cromo a partir de la cromita (FeCr2O4). El cromo se obtiene
comercialmente calentando la cromita en presencia de aluminio o silicio
(mediante un proceso de reducción). Aproximadamente la mitad de la cromita se
extrae de Sudáfrica. También se obtiene en grandes cantidades en Kazajistán,
India y Turquía
Los
depósitos aún sin explotar son abundantes, pero están geográficamente
concentrados en Kazajistán y el sur de África.
Aproximadamente
se produjeron en 2000 quince millones de toneladas de cromita, de la cual la
mayor parte se emplea para aleaciones (cerca de un 70%), por ejemplo para
obtener ferrocromo (una aleación de cromo y hierro, con algo de carbono). Otra
parte (un 15% aproximadamente)se emplea directamente como material refractario
y, el resto, en la industria química para obtener diferentes compuestos de
cromo.
Se
han descubierto depósitos de cromo metal, aunque son poco abundantes; en una
mina rusa (Udachnaya) se producen muestras del metal, en donde el ambiente
reductor ha facilitado la producción de diamantes y cromo elemental.
Conclusiones
De los elementos conocidos la mayoría son metales y
presentan características comunes tanto físicas como químicas. Sus principales
características es el brillo, conductividad eléctrica y calorífica,
maleabilidad y ductilidad.
La propiedad química más importante de
los metales es su capacidad de perder electrones, se reducen, generalmente los
metales se encuentran en la naturaleza formando minerales que son de estructura
cristalina homogénea (óxidos, sulfuros, carbonatos y cloruros), es raro que
aparezcan puros como el oro. Los usos de los metales son muy variados pero
generalmente se utilizan para producción industrial y construcción.
Bibliografía
- Química General En Un Volumen, Petrucci, ED.Pearson (2003, 8ª edición)
- Química General Vol I,Petrucci, ED. Pearson (2003, 8ª edición)
- Administración De Empresas Mineras Y Comercio De
Minerales Y Metales, Roberto Muller
- BROWN,
Theodore, Química la Ciencia Central,
9ª edición, EU, Pearson Education, 2001
- CHANG,
Raymond Química Séptima Edición.
Colombia. Mc. Graw Hill. 2002
- FLORES
DE LABARDINI, Teresita. Y Otros. QUÍMICA. MÉXICO, Publicaciones
Cultural, México, 2005
Fuentes fotográficas
Fotos de la visita a Museo Nacional de Geología
http://www.mg-tuning.com/imagenes/llantas/work/VS-KF-cromo.jpg
http://www.onlinepharmacynz.com/images/products/116-284-Centrum_Complete_From_A_To_Zinc.jpg
www.elcora.org
http://edafologia.ugr.es/arefin/indice.htm
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