Download Hierro

Hierro
El hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8
de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe.
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. Igualmente es uno de los elementos más importantes del Universo,
y 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.
Características principales
Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y presenta propiedades
magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica.
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 (hcp).
El hierro-α 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.
Aplicaciones
El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial
de metal. Fundamentalmente se emplea en la producción de acero, la aleación
de hierro más conocida, consistente en aleaciones de hierro con otros
elementos, 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% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el
nombre de fundición.
El acero es indispensable debido a su bajo precio y dureza, 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.
Aceros
Los aceros son aleaciones de hierro y carbono, en concentraciones máximas
de 2,11% de carbono en peso aproximadamente. El carbono es el elemento de
aleación principal, pero los aceros contienen otros elementos.
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.
También existe otra clasificación de los aceros al carbono (sin alear)
según su contenido en carbono:
o Los aceros hipoeutectoides, cuyo contenido en carbono a
temperatura eutectoide (727°C) oscila entre 0.02% y 0,77%.
o Los aceros eutectoides cuyo contenido en carbono es de 0,77%.
o Los aceros hipereutectoides con contenidos en carbono de 0,77%
a 2,11%
Aceros inoxidables: uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida
con facilidad. Hay una serie de aceros a los que se les añaden otros
elementos aleantes (principalmente cromo) para que sean más
resistentes a la corrosión, se llaman aceros inoxidables.
Fundición: cuando el contenido en carbono es superior a un 2,11% en
peso, la aleación se denomina fundición. Generalmente tienen entre un
3% y un 4,5% de C en peso. Hay distintos tipos de fundiciones (gris,
esferoidal, blanca y maleable); según el tipo se utilizan para distintas
aplicaciones: en motores, válvulas, engranajes, etcétera.
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, etcétera.
El Fe(OH)3, se utiliza en radioquímica para concentrar los actínidos mediante
co-precipitación.
Abundancia y obtención
Es el metal de transición más abundante en la corteza terrestre, y cuarto de
todos los elementos. También abunda en todo en el Universo, habiéndose
encontrado meteoritos que lo contienen. 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, CaCO 3, 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 + 3CO → 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.
Oxidación del hierro
El hierro en contacto con aire húmedo se transforma lentamente en herrumbre
u oxido ferrico hidratado. Este oxido reacciona sobre el hierro y da un oxido
ferroso:
Fe2 +Fe →
3FeO (oxido ferroso)
Este en el aire se convierte en oxido ferrico
4FeO + O2 →
2 Fe2O3
Compuestos

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.
Papel biológico
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 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.
o 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, CH 4, 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 envenenamiento 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 este 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.
Precauciones
El hierro en exceso es tóxico. El hierro reacciona con peróxido y produce
radicales libres; la reacción más importante es:
Fe (II) + O2 → Fe (III) + 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.
Aluminio
El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se
trata de un metal no ferroso, abundante en la corteza terrestre, ya que
constituye aproximadamente un 7,5% de su peso. En estado natural se
encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal
se extrae del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación en
aluminio mediante electrólisis sucesiva.
El aluminio es el metal que más se utiliza después del acero, debido a las
buenas propiedades mecánicas que tiene. El aluminio 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 requerida,
dificultando así su mayor utilización. Este problema se compensa por su bajo
coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.
Obtención:
Se obtiene por electrolisis de la alumina pura (Al2O3), disuelta en la criolita.
La reacción se verifica en un recipiente de hierro, forrado interiormente con
carbón y que sirve de cátodo; el ánodo consta de varias barras de carbón que
cuelgan de una varita de cobre, la cual puede bajarse o subirse según el caso.
Se llena parte del aparato con criolita, la cual se funde por el calor de la
corriente y se ioniza.
El ion Al se deposita en el cátodo, fundido, se extrae periódicamente por la
base del recipiente.
El fluor ataca a la alumina dando F3Al que vuelve a ionizarse y O que ataca al
carbono del cátodo desprendiéndose CO.
La criolita se regenera continuamente a expensas del Al2O3, que es en
realidad la verdadera materia prima.
F3Al → 3F- + Al3+
Al3+ → al ánodo
F- → F
F + Al2O3 → F3Al + O
O + C → CO
Características del aluminio
Características físicas
Entre las características físicas del aluminio se tienen las siguientes:








Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es de 2700 kg/m3
(2,7 veces la densidad del agua).
Tiene un punto de fusión bajo 660ºC (933 K)
El peso atómico del aluminio es de 26,9815
Es de color blanco brillante.
Buen conductor del calor y de la electricidad.
Resistente a la corrosión.
Material abundante en la Naturaleza
Material fácil y barato de reciclar.
Características mecánicas
Entre las características mecánicas del aluminio se tienen las siguientes:





De fácil mecanizado.
Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.
Material blando (Escala de Mohs2-3). Límite de resistencia en tracción
160-200 N/mm2 en estado puro, en estado aleado el rango es de 14006000 N/mm2. El duraluminio es una aleación particularmente resistente.
Material que forma aleaciones con otros metales para mejorar las
propiedades mecánicas.


Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
Material soldable
Características químicas




Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire
una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al 2O3)
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.
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 oxido 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 esperar por sus tres electrones en la capa de valencia.
Estructura atómica del aluminio
El aluminio reacciona con facilidad con HCl, NaOH, perclórico, pero en general
resiste la corrosión debido al óxido. Sin embargo cuando hay iones Cu(++) y
Cl(-) su pasivación desaparece y es muy reactivo. Los alquilAluminios son tan
reactivos que destruyen el tejido humano y arden al aire.- El óxido de aluminio
es tan estable que se utiliza el metal para obtener otros metales a partir de sus
óxidos (Cromo,Manganeso etc) por el proceso aluminotérmico
Aleaciones 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. A
estas aleaciones se las conoce con el nombre genérico de Duraluminio, y
pueden ser centenares de aleaciones diferentes. El duraluminio contiene
pequeñas cantidades de cobre (Cu) (3-5%), Magnesio (Mg) (0,5-2%),
Manganeso (Mn) (0,25-1%) y Zinc (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 más favorables que otras.
Aplicaciones y usos del aluminio
Estatua de aluminio dedicada a Eros y ubicada en Picadilly- Londres,
construida en 1893
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.
Aluminio metálico
El aluminio se utiliza rara vez 100% puro, casi siempre se usa aleado con otros
metales. 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:






Transporte, como material estructural en aviones, automóviles, tanques,
superestructuras de buques, etc.
Estructuras portantes de aluminio en edificios, ver Eurocódigo 9
Embalaje; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc.
Carpintería metálica Puertas, ventanas, cierres, armarios, etc
Bienes de uso doméstico; utensilios de cocina, herramientas, etc.
Transmisión eléctrica. Aunque su conductividad eléctrica es tan sólo el
60% de la del cobre, su mayor ligereza disminuye el peso de los
conductores y permite una mayor separación de las torres de alta
tensión, disminuyendo los costes de la infraestructura.



Recipientes criogénicos (hasta -200 °C, ya que no presenta temperatura
de transición (dúctil a frágil) como el acero, así la tenacidad del material
es mejor a bajas temperaturas.
Calderería.
Bicicletas
Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente pulverizado
como combustible sólido de cohete espacial y para aumentar la potencia de
explosión.
También se usa como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia
(termita) para la obtención y soldadura de metales.
Compuestos no metálicos de aluminio

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
es utilizado sobre todo 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.5

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 refinamiento de petróleo.

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 mordiente, en tratamiento de aguas,
en la producción de papel, como aditivo alimentario y en el curtido del
cuero.6

El fosfato de aluminio (AlPO4) se usa, entre otros, como deshidratante a
alta temperatura.

El borohidruro de aluminio (Al(BH4)3) se añade como aditivo a los
combustibles de aviones a reacción.

Las sales de aluminio de los ácidos grasos (p. ej. 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 inmunológico.

El Al(CH2CH3)3 arde violentamente al aire y destruye rápidamente los
tejidos.
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. 7 (Reacciones exoérgicas).
Producción de aluminio
Moneda de aluminio y trozo de metal
Lingote de aluminio
Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre
(8,1%), raramente se encuentra libre. El tipo de tierra de que se extrae el
aluminio se llama mineral de bauxita. La bauxita es un mineral rico en óxido de
aluminio, formado a lo largo de millones de años mediante la erosión química
de rocas que contienen silicatos de aluminio. Primero se extrajo en 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 y África.8
Para convertir bauxita en aluminio, se muele el mineral y se mezcla con cal viva
y sosa cáustica; se bombea esta mezcla en recipientes a alta presión y se
calienta. El óxido de aluminio que buscado se disuelve por efecto de la sosa
cáustica y después se precipita a partir de esta solución; se lava y se calienta
para quitar el agua. Lo que queda es el polvo blanco parecido al azúcar,
denominado alúmina u óxido de aluminio (Al2O3).
Con cuatro toneladas de bauxita, es posible refinar aproximadamente dos
toneladas de alúmina – un polvo blanco de óxido de aluminio. La tecnología es
compleja y el equipo es masivo. A partir de esas dos toneladas de alúmina se
puede fundir una tonelada de aluminio. La fundición del aluminio fue inventada
en 1888. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes,
produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX.
La alúmina se convierte en aluminio en un proceso de reducción electrolítica
conocido como fundición. Se disuelve la alúmina en un baño de criolita dentro
de grandes células revestidas de carbono, conocidas como cubas electrolíticas.
Cuando pasa una fuerte corriente eléctrica por el baño, el metal aluminio se
separa de la solución química y se extrae mediante sifón.
La electrólisis es un proceso electroquímico en el que se utiliza el paso de la
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. Para la producción electrolítica del aluminio se opera sobre una
solución particular, obtenida disolviendo alúmina en un compuesto llamado
criolita (fluoruro doble de aluminio y sodio) fundida para lo que son necesarias
temperaturas del orden de 1000ºC. 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 de 17 a 20 kWh
para obtener un kilo de metal de aluminio. Sin embargo, ya existen procesos
alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria; permiten una
reducción del 70% respecto al procedimiento electrolítico. Estos procedimientos
parten de arcillas ricas en aluminio en vez de partir de la bauxita.
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. Los procesos adicionales pueden ser la
fundición en moldes, laminación, forjado, extracción o extrusión.
Con una tonelada de aluminio es suficiente para fabricar más de 60.000 latas
de refrescos o cerveza. Suficiente para fabricar las carrocerías de siete
automóviles. Suficiente para fabricar 40.000 discos de memoria de
computadora, capaces de almacenar todos los libros que se hayan publicado
hasta la fecha.
Bobina de chapa de aluminio
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. 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. Las
primeras síntesis del metal se basaron en la reducción del cloruro de aluminio
con potasio elemental. En 1859 Henri Sainte-Claire Deville publicó dos mejoras
al proceso de obtención al sustituir el potasio por sodio y el cloruro simple por
doble; posteriormente, la invención del proceso Hall-Héroult en 1886 abarató el
proceso de extracción del aluminio a partir del mineral, lo que permitió, junto
con el proceso Bayer del mismo año, que se extendiera su uso hasta hacerse
común en multitud de aplicaciones. 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 elevada reactividad del aluminio impide extraerlo de la alúmina mediante
reducción, siendo necesaria la electrólisis del óxido, lo que exige a su vez que
éste se encuentre en estado líquido. No obstante, la alúmina tiene un punto de
fusión de 2000 °C, excesivamente alta para acometer el proceso de forma
económica por lo que era disuelta en criolita fundida, lo que disminuía la
temperatura hasta los 1000°C. Actualmente, la criolita se sustituye cada vez
más por la criolita un fluoruro artificial de aluminio, sodio y calcio.
La recuperación del metal a partir de la chatarra (reciclado) era una práctica
conocida desde principios del siglo XX. Es, sin embargo, a partir de los años
1960 cuando se generaliza, más por razones medioambientales que
estrictamente económico.
Trabajando con aluminio
Precauciones
El aluminio es uno de los pocos elementos abundantes en la naturaleza que
parecen no tener ninguna función biológica beneficiosa. Algunas personas
manifiestan alergia al aluminio, sufriendo dermatitis por contacto, e incluso
desórdenes digestivos al ingerir alimentos cocinados en recipientes de
aluminio; para el resto de personas, no se considera tan tóxico como los
metales pesados, aunque existen evidencias de cierta toxicidad si se consume
en grandes cantidades. El uso de recipientes de aluminio no se ha encontrado
que acarree problemas de salud, estando éstos relacionados con el consumo
de antiácidos o antitranspirantes que contienen aluminio. Se ha sugerido que el
aluminio puede estar relacionado con el Alzheimer, aunque la teoría ha sido
refutada.9
Equipo de protección personal debe ser empleado dependiendo del trabajo que
se ha de realizar con el material; esto incluye lentes de protección, guantes,
etc.
Soldadura
Normas de precaución son de importancia referentes al proceso de soldar
aluminio, por ejemplo, se debe tomar en cuenta el empleo del voltaje o que
durante el proceso de soldadura, gases se hacen presentes. El resplandor que
el aluminio emite al ser soldado es blanco verdoso y brillante.
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.
Electroerosión
La conductividad del aluminio es suficiente para ser mecanizado empleando
descarga eléctrica.
Reciclaje
En primer lugar el producto de aluminio a reciclar se clasifica y compacta.
Luego en un horno, se le saca la pintura y en algunos casos se las muele en
pequeñas láminas. Por último el material va a un horno de fundición y de esta
manera se obtienen nuevos lingotes o láminas para hacer más productos de
aluminio. Cabe destacar que este material, al igual que el vidrio puede ser
reciclado infinidad de veces, ya que no pierde calidad en los distintos procesos.
El aluminio no cambia sus características químicas durante el reciclado. El
proceso se puede repetir indefinidamente y los objetos de aluminio se pueden
fabricar enteramente con material reciclado. Muchos desechos de aluminio
como las latas se pueden prensar fácilmente, reduciendo su volumen y
facilitando su almacenamiento y transporte, las latas usadas de aluminio tienen
el valor más alto de todos los residuos de envases y embalajes, lo anterior es
un incentivo para su recuperación.
Latas de aluminio comprimidas.
Algunos beneficios del reciclaje de aluminio son:



Al utilizar aluminio recuperado en el proceso de fabricación de nuevos
productos existe un ahorro de energía del 95% respecto a si se utilizara
materia prima virgen (bauxita).
El proceso de reciclado es normalmente fácil, ya que los objetos de
aluminio desechados están compuestos normalmente sólo de aluminio
por lo que no se requiere una separación previa de otros materiales.
Un residuo de aluminio es fácil de manejar: es ligero, no se rompe, no
arde y no se oxida, por lo mismo es también fácil de transportar.
El aluminio es un material cotizado y rentable con un mercado importante a
nivel mundial. Por ello todo el aluminio recogido tiene garantizado su reciclado.
El reciclaje de aluminio produce beneficios ya que proporciona fuente de
ingresos y ocupación para la mano de obra no calificada.11
Acciones emprendidas
Muchas personas en los países en desarrollo se dedican a la recolección de
aluminio de desecho, principalmente latas, por lo que contribuyen al reciclaje
de este metal. Otras personas lo hacen por conciencia ambiental; en muchas
partes del mundo organizaciones comunales, supermercados, escuelas y
tiendas de todos tamaños cuentan con un programa de reciclaje de aluminio.
Por ejemplo, en Chile hay una empresa que mantiene convenios de recogida
de envases en colegios y centros de recreación. También ha dispuesto
contenedores especiales para que los consumidores dispongan las latas vacías
en ellas. Algunos de estos contenedores son más sofisticados y cuentan con
un dispositivo especial que aplasta las latas cuando se dispone en el
contenedor de modo de maximizar su capacidad.
Cromo
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.
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.
Obtención:
El cromo se prepara reduciendo el oxido por el aluminio en polvo; la dificultad
de su producción proviene de su afinidad para el C y el O.
Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr
Aplicaciones






El cromo se utiliza principalmente en metalurgia para aportar resistencia
a la corrosión y un acabado brillante.
o 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.
o En procesos de cromado (depositar una capa protectora mediante
electrodeposición). También se utiliza en el anodizado del
aluminio.
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.
Historia
Óxido de cromo
En 1761 Johann Gottlob Lehmann encontró en los Urales un mineral naranja
rojizo que denominó plomo rojo de Siberia; este mineral se trataba de la
crocoita (PbCrO4), y se creyó que era un compuesto de plomo con selenio y
Compuestos
El dicromato de potasio, K2Cr2O7, es un oxidante enérgico y se utiliza para
limpiar material de vidrio de laboratorio de cualquier resto orgánico que pueda
contener.
El "verde de cromo" (es el óxido de cromo (III), Cr2O3) es un pigmento que se
emplea, por ejemplo, en pinturas esmaltadas y en la coloración de vidrios. El
"amarillo de cromo" (es un cromato de plomo, PbCrO 4) también se utiliza como
pigmento.
No se encuentran en la naturaleza ni el ácido crómico ni el dicrómico, pero sus
aniones se encuentran en una amplia variedad de compuestos. El trióxido de
cromo, CrO3, el que sería el anhídrido del ácido crómico, se vende
industrialmente como "ácido crómico".
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.
Abundancia y 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.
Se han caracterizado 19 radioisótopos, siendo el más estable el cromo-50 con
un periodo de semidesintegración de más de 1,8 x 10 17 años, seguido del
cromo-51 con uno de 27,7025 días. El resto tiene periodos de
semidesintegración de menos de 24 horas, la mayoría de menos de un minuto.
Este elemento también tiene dos metaestados.
El cromo-53 es el producto de decaimiento del manganeso-53. Los contenidos
isotópicos en cromo están relacionados con los de manganeso, lo que se
emplea en geología. Las relaciones isotópicas de Mn-Cr refuerzan la evidencia
de aluminio-26 y paladio-107 en los comienzos del Sistema Solar. Las
variaciones en las relaciones de cromo-53/cromo-52 y Mn/Cr en algunos
meteoritos indican una relación inicial de 53Mn/55Mn que sugiere que las
relaciones isotópicas de Mn-Cr resultan del decaimiento in situ de 53Mn en
cuerpos planetarios diferenciados. Por lo tanto, el 53Cr da una evidencia
adicional de procesos nucleosintéticos justo antes de la coalescencia del
Sistema Solar.
El peso atómico de los isótopos del cromo va desde 43 uma (cromo-43) a 67
uma (cromo-67). El primer modo de decaimiento antes del isótopo estable más
abundante, el cromo-52, es la captura electrónica, mientras que después de
éste, es la desintegración beta
Precauciones
Generalmente, no se considera que el cromo metal y los compuestos de cromo
(III) sean, especialmente, un riesgo para la salud; se trata de un elemento
esencial para el ser humano, pero en altas concentraciones resulta tóxico.
Los compuestos de cromo (VI) son tóxicos si son ingeridos, siendo la dosis letal
de unos pocos gramos. En niveles no letales, el Cr (VI) es carcinógeno. La
mayoría de los compuestos de cromo (VI) irritan los ojos, la piel y las mucosas.
La exposición crónica a compuestos de cromo (VI) puede provocar daños
permanentes en los ojos.
La Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda desde 1958 una
concentración máxima de 0.05 mg/litro de cromo (VI) en el agua de consumo.
Este valor ha sido revisado haciendo nuevos estudios sobre sus efectos en la
salud, pero ha permanecido constante.
Cobalto
El cobalto (del alemán kobalt, voz derivada de kobold, término utilizado por los
mineros de Sajonia en la Edad Media para describir al mineral del cual se
obtiene) es un elemento químico de número atómico 27 y símbolo Co situado
en el grupo 9 de la tabla periódica de los elementos.
Obtención
Se obtiene por tostación de sus minerales: cobaltina o esmaltina, que se
convierten en CoO y luego este se reduce por el carbón o la laminotermia.
Aluminotermia
4SAsCo + 9O2 → 2As2O3 + 4SO2 +4CoO
3CoO + 2Al → Al2O3 + 3Co
Carbon
As2Co + 2O2 → As2O3 + CoO
CoO + C → CO + Co
Características principales
El cobalto es un metal duro, ferromagnético, de color blanco azulado. Su
temperatura de Curie es de 1388 K. Normalmente se encuentra junto con
níquel, y ambos suelen formar parte de los meteoritos de hierro. Es un
elemento químico esencial para los mamíferos en pequeñas cantidades. El Co60, un radioisótopo de cobalto, es un importante trazador y agente en el
tratamiento del cáncer.
El cobalto metálico está comúnmente constituido de una mezcla de dos formas
alotrópicas con estructuras cristalinas hexagonales y cúbica centrada en las
caras siendo la temperatura de transición entre ambas de 722 K.
Presenta estados de oxidación bajos. Los compuestos en los que el cobalto
tiene un estado de oxidación de +4 son poco comunes. El estado de oxidación
+2 es muy frecuente, así como el +3. También existen complejos importantes
con el estado de oxidación +1.
Aplicaciones










Aleaciones entre las que cabe señalar superaleaciones usadas en
turbinas de gas de aviación, aleaciones resistentes a la corrosión,
aceros rápidos, y carburos cementados y herramientas de diamante.
Herramientas de corte en procesos de fabricación para fresadoras.
Imanes (Alnico) y cintas magnéticas.
Catálisis del petróleo e industria química.
Recubrimientos metálicos por deposición electrolítica por su aspecto,
dureza y resistencia a la oxidación.
Secante para pinturas, barnices y tintas.
Recubrimiento base de esmaltes vitrificados.
Pigmentos (cobalto azul y cobalto verde).
Electrodos de baterías eléctricas
Cables de acero de neumáticos.
El Co-60 se usa como fuente de radiación gamma en radioterapia,
esterilización de alimentos (pasteurización fría) y radiografía industrial
para el control de calidad de metales (detección de grietas).
Papel biológico
El cobalto en pequeñas cantidades es esencial para numerosos organismos,
incluidos los humanos. La presencia de cantidades entre 0,13 y 0,30 ppm en el
suelo mejora ostensiblemente la salud de los animales de pastoreo. El cobalto
es un componente central de la vitamina B12 (cianocobalamina)
Compuestos
Debido a los varios estados de oxidación que presenta, existe un abundante
número de compuestos de cobalto. Los óxidos CoO y Co3O4 son ambos
antiferromagnéticos a baja temperatura.
Precauciones
El cobalto metálico en polvo finamente dividido es inflamable. Los compuestos
de cobalto en general deben manipularse con precaución por la ligera toxicidad
del metal.
El Co-60 es radiactivo y la exposición a su radiación puede provocar cáncer. La
ingestión de Co-60 conlleva la acumulación de alguna cantidad en los tejidos,
cantidad que se elimina muy lentamente. En una eventual confrontación
nuclear, la emisión de neutrones convertiría el hierro en Co-60 multiplicando los
efectos de la radiación tras la explosión y prolongando en el tiempo los efectos
de la contaminación radioactiva; con este propósito se diseñan algunas armas
nucleares denominadas bombas sucias (del inglés dirty bomb). En ausencia de
guerra nuclear, el riesgo proviene de la inadecuada manipulación o
mantenimiento de las unidades de radioterapia.
Níquel
El níquel es un elemento químico de número atómico 28 y símbolo Ni, situado
en el grupo 10 de la tabla periódica de los elementos.
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.
Al 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 memoria
de forma y se usa en robótica, también existen aleaciones que
presentan superplasticidad.
Crisoles de laboratorios químicos.
Níquel Raney: catalizador de la hidrogenación de aceites vegetales.
Papel biológico
Muchas, aunque no todas, las hidrogenasas contienen níquel, especialmente
en aquéllas 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.
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 cree que se encuentra en el
núcleo de la Tierra junto con el mismo metal. Combinado se encuentra en
minerales diversos como garnierita, millerita, pentlandita y pirrotina.
Las minas de Nueva Caledonia (Francia) y Canadá producen hoy día el 70%
del níquel consumido. Otros productores son Cuba, Puerto Rico, Rusia y China.
El mineral sulfuro o arseniuro se tuesta para eliminar el S o As en forma de SO2
o As2O3; con esto queda NiO y óxidos de otros metales; se disuelven estos por
el H2SO4 diluido y queda NiO que a 300 °C se reduce con una mezcla de CO +
H2.
2NiO + (CO + H2) → CO2 + H2O + 2Ni
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. y en Argentina hay
mucho que lo hace el 1º productor del mundo
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 admisible en productos que puedan entrar en contacto 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
Manganeso
El manganeso es un elemento químico de número atómico 25 situado en el
grupo 7 de la tabla periódica de los elementos y se simboliza como Mn.
Características principales
El manganeso es un metal de transición blanco grisáceo, parecido al hierro. Es
un metal duro y muy frágil, refractario y fácilmente oxidable. El manganeso
metal puede ser ferromagnético, pero sólo después de sufrir un tratamiento
especial.
Sus estados de oxidación más comunes son +2, +3, +4, +6 y +7, aunque se
han encontrado desde +1 a +7; los compuestos en los que el manganeso
presenta estado de oxidación +7 son agentes oxidantes muy enérgicos. Dentro
de los sistemas biológicos, el catión Mn+2 compite frecuentemente con el Mg+2.
Se emplea sobre todo aleado con hierro en aceros y en otras aleaciones.
Obtención
Se obtiene reduciendo el oxido rojo Mn3O4 por el aluminio en polvo
3Mn3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Mn
Papel biológico
El manganeso es un oligoelemento; es considerado un elemento químico
esencial para todas las formas de vida.
Se ha comprobado que el manganeso tiene un papel tanto estructural como
enzimático. Está presente en distintas enzimas, destacando la superóxido
dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza la dismutación de
superóxidos, O2-; la Mn-catalasa, que cataliza la dismutación de peróxido de
hidrógeno, H2O2; así como en la concavanila A (de la familia de las lectinas), en
donde el manganeso tiene un papel estructural.
En humanos, el manganeso se absorbe en el intestino delgado, acabando la
mayor parte en el hígado, de donde se reparte a diferentes partes del
organismo.
Abundancia y obtención
Es el decimosegundo elemento más abundante en la corteza terrestre y está
ampliamente distribuido.
Se encuentra en cientos de minerales, aunque sólo una docena tiene interés
industrial. Destacan: pirolusita (MnO2), psilomelana (MnO2·H2O), manganita
(MnO(OH)), braunita (3Mn2O3·MnSiO3), rodonita (MnSiO3), rodocrosita
(MnCO3), hübnerita (MnWO4), etc. También se ha encontrado en nódulos
marinos, en donde el contenido en manganeso oscila entre un 15 y un 30%, y
en donde sería posible extraerlo.
Los países con mayores yacimientos de minerales de manganeso son
Sudáfrica, Ucrania, Bolivia y China.
El metal se obtiene por reducción de los óxidos con aluminio, y el
ferromanganeso se obtiene también reduciendo los óxidos de hierro y
manganeso con carbono.
Compuestos
Óxido de manganeso
El permanganato de potasio, KMnO4, es un reactivo de laboratorio muy común
debido a sus propiedades oxidantes.
El dióxido de manganeso, MnO2 se emplea como despolarizador en pilas
secas. También se puede usar para decolorar vidrio que presente color verde
debido a la presencia de trazas de hierro. Este óxido también se emplea para
dar color amatista al vidrio, y es responsable del color de la amatista (una
variedad del cuarzo). Además, se utiliza en la producción de cloro y oxígeno.
Precauciones
El manganeso es un elemento esencial, siendo necesario un aporte de entre 1
a 5 mg por día, cantidad que se consigue a través de los alimentos.
El manganeso en exceso es tóxico. Exposiciones prolongadas a compuestos
de manganeso, de forma inhalada u oral, pueden provocar efectos adversos en
el sistema nervioso, respiratorio, y otros.
El permanganato de potasio, KMnO4, es corrosivo.
zinc
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.
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.
En el año 2004 se publicó en la revista Science el primer y único compuesto
conocido de zinc 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 provocan deformaciones no permanentes.
Obtención
Se obtiene por tostación de los sulfuros o por calcinación de los carbonatos
que pasan a oxido, el cual se reduce por el carbón:
1° 2SZn + 3O2 → 2SO2 + 2ZnO
2° CO3Zn → CO2 + ZnO
3° ZnO + C → CO + Zn
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.
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.
Abundancia y obtención
Zinc
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 Kazajstán. 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 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 zinc primario.
Aleaciones
Las aleaciones más empleadas son las de aluminio (3,5-4,5%, Zamak; 11-13%,
Zn-Al-Cu-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 el cloruro de
zinc (desodorantes) y sulfuro de zinc (pinturas luminiscentes).
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 «pelos de zinc que pueden liberarse al ambiente
provocando cortocircuitos y fallos en componentes electrónicos. Estos pelos 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 pelos 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.