INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA

Departamento de Qumica y Bioqumica

Termodinmica

Prctica N1: Presin atmosfrica y Presin de vapor

Fecha de realizacin: 02 de marzo de 2015

Sandoval Gallegos Adriana

OBJETIVOS

Verificar que a travs del proceso de fundicin de objetos fabricados con aluminio podemos obtener aluminio puro.

Conocer algunas propiedades del aluminio, como su punto de fusin y algunos cambios de estado.

MARCO TERICO

ALUMINIO

El aluminio es el elemento qumico, de smbolo Al y nmero atmico 13. Con el 8,13% es el elemento metlico ms abundante en la corteza terrestre.Su ligereza, conductividad elctrica, resistencia a la corrosin y bajo punto fusin le convierten en un material idneo para multitud de aplicaciones, especialmente en aeronutica. Sin embargo, la elevada cantidad de energa necesaria para su obtencin dificulta su mayor utilizacin; dificultad que puede compensarse por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida til y la estabilidad de su precio.

Caractersticas principales

El aluminio es un metal ligero, blando pero resistente, de aspecto gris plateado. Su densidad es aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre. Es muy maleable y dctil y es apto para el mecanizado y la fundicin.Debido a su elevado calor de oxidacin se forma rpidamente al aire una fina capa superficial de xido de aluminio (Almina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidacin proporcionndole resistencia a la corrosin y durabilidad. Esta capa protectora puede ser ampliada por electrlisis en presencia de oxalatos.El aluminio tiene caractersticas anfteras. Esto significa que se disuelve tanto en cidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anin liberando hidrgeno.La capa de xido formada sobre el aluminio se puede disolver en cido ctrico formando citrato de aluminio.

Aplicaciones

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, su uso excede al del cualquier otro exceptuando el acero, y es un material importante en multitud de actividades econmicas.El aluminio puro es blando y frgil, pero sus aleaciones con pequeas cantidades de cobre, manganeso, silicio, magnesio y otros elementos presentan una gran variedad de caractersticas adecuadas a las ms diversas aplicaciones. Estas aleaciones constituyen el componente principal de multitud de componentes de los aviones y cohetes, en los que el peso es un factor crtico.Cuando se evapora aluminio en el vaco, forma un revestimiento que refleja tanto la luz visible como la infrarroja; adems la capa de xido que se forma impide el deterioro del recubrimiento, por esta razn se ha empleado para revestir los espejos de telescopios, en sustitucin de la plata.Dada su gran reactividad qumica, finamente pulverizado se usa como combustible slido de cohetes y para aumentar la potencia de explosin, como nodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtencin de metales.

Otros usos del aluminio son: Transporte, como material estructural en aviones, automviles, tanques, superestructuras de buques, blindajes, etc. Estructuras portantes de aluminio en edificios Embalaje; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc. Construccin; ventanas, puertas, perfiles estructurales, etc. Bienes de uso; utensilios de cocina, herramientas, etc. Transmisin elctrica. Aunque su conductividad elctrica es tan solo el 60% de la del cobre, su mayor ligereza disminuye el peso de los conductores y permite una mayor separacin de las torres de alta tensin, disminuyendo los costes de la infraestructura. Recipientes criognicos (hasta -200 C, ya que no presenta temperatura de transicin (dctil a frgil) como el acero, as la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas, calderera. Las sales de aluminio de los cidos grasos (p. ej. el estearato de aluminio) forman parte de la formulacin del NAPALM. Los hidruros complejos de aluminio son reductores valiosos en sntesis orgnica. Los haluros de aluminio tienen caractersticas de cido Lewis y son utilizados como tales como catalizadores o reactivos auxiliares. Los aluminosilicatos son una clase importante de minerales. Forman parte de las arcillas y son la base de muchas cermicas. Aditivos de xido de aluminio o aluminosilicatos a vidrios varan las caractersticas trmicas, mecnicas y pticas de los vidrios. El corundo (Al2O3) es utilizado como abrasivo. Unas variantes (rub, zafiro) se utilizan en la joyera como piedras preciosas.

Historia

Tanto en Grecia como en Roma se empleaba el alumbre (del latin al.men, -.nis, alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como mordiente en tintorera y astringente en medicina, uso aun en vigor.Generalmente se reconoce a Friedrich Wohler el aislamiento del aluminio en 1827. Aun as, el metal fue obtenido, impuro, dos aos antes por el fsico y qumico dans Hans Christian Orsted.En 1807, Humphrey Davy propuso el nombre aluminum para este metal an no descubierto, pero ms tarde decidi cambiarlo por aluminium por coherencia con la mayora de los nombres de elementos, que usan el sufijo -ium. De ste derivaron los nombres actuales en otros idiomas; no obstante, en los EE.UU. con el tiempo se populariz el uso de la primera forma, hoy tambin admitida por la IUPAC aunque prefiere la otra.

Abundancia y obtencin

Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre (8,1%) raramente se encuentra libre. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes, producindose a escala industrial desde finales del siglo XIX. Cuando fue descubierto se encontr que era extremadamente difcil su separacin de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante un tiempo fue considerado un metal precioso, ms caro que el oro; sin embargo, con las mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente hasta colapsarse en 1889 tras descubrirse un mtodo sencillo de extraccin del metal. Actualmente, uno de los factores que estimula su uso es la estabilidad de su precio.Las primeras sntesis del metal se basaron en la reduccin del cloruro de aluminio con potasio elemental. En 1859 Henri Sainte-Claire Deville public dos mejoras al proceso de obtencin al sustituir el potasio por sodio y el cloruro simple por doble; posteriormente, la invencin del proceso Hall-Hroult en 1886 abarat el proceso de extraccin del aluminio a partir del mineral, lo que permiti, junto con el proceso Bayer del mismo ao, que se extendiera su uso hasta hacerse comn en multitud de aplicaciones.La recuperacin del metal a partir de la chatarra (reciclado) era una prctica conocida desde principios del siglo XX. Es, sin embargo, a partir de los 60 cuando se generaliza, ms por razones medioambientales que estrictamente econmico.El proceso ordinario de obtencin del metal consta de dos etapas, la obtencin de almina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior electrlisis del xido para obtener el aluminio.La elevada reactividad del aluminio impide extraerlo de la almina mediante reduccin, siendo necesaria la electrlisis del xido, lo que exige a su vez que ste se encuentre en estado lquido. No obstante, la almina tiene un punto de fusin de 2000 C, excesivamente alta para acometer el proceso de forma econmica por lo que era disuelta en criolita fundida, lo que disminua la temperatura hasta los 1000C. Actualmente, la criolita se sustituye cada vez ms por la zeolita un fluoruro artificial de aluminio, sodio y calcio.

Precauciones

El aluminio es uno de los pocos elementos abundantes en la naturaleza que parecen no tener ninguna funcin biolgica beneficiosa. Algunas personas manifiestan alergia al aluminio, sufriendo dermatitis por contacto, e incluso desrdenes digestivos al ingerir alimentos cocinados en recipientes de aluminio; para el resto de personas, no se considera tan txico 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 stos relacionados con el consumo de anticidos o antitranspirantes que contienen aluminio. Se ha sugerido que el aluminio puede estar relacionado con el Alzheimer, aunque la teora ha sido refutada.

Reciclaje

El aluminio no cambia sus caractersticas qumicas 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 fcilmente, reduciendo su volumen y facilitando su almacenamiento y transporte, las latas usadas de aluminio tienen el valor ms alto de todos los residuos de envases y embalajes, lo anterior es un incentivo para su recuperacin.

Algunos beneficios del reciclaje de aluminio son:

Al utilizar aluminio recuperado en el proceso de fabricacin de nuevos productos existe un ahorro de energa del 95% respecto a si se utilizara materia prima virgen (bauxita). El proceso de reciclado es normalmente fcil, ya que los objetos de aluminio desechados estn compuestos normalmente slo de aluminio por lo que no se requiere una separacin previa de otros materiales. Un residuo de aluminio es fcil de manejar: es ligero, no se rompe, no arde y no se oxida, por lo mismo es tambin fcil 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 ocupacin para la mano de obra no calificada.

FUNDICIN

La fundicin es elprocedimientoms antiguo para dar forma a losmetales. Fundamentalmente radica en fundir y colar metal lquido en un molde de la forma y tamao deseado para que all solidifique. Generalmente este molde se hace en arena, consolidado por un apisonadomanualo mecnico alrededor de unmodelo, el cual se extrae antes de recibir el metal fundido. No hay limitaciones en el tamao de las piezas que puedan colarse, variando desde pequeas piezas de prtesisdental, con peso en gramos, hasta los grandes bastidores demquinasde varias toneladas. Estemtodo, es el ms adaptable para dar forma a los metales y muchas piezas que son imposibles de fabricar por otrosprocesosconvencionales como la forja, laminacin,soldadura, etc.El primer acercamiento delhombrecon metales enestadonatural (oro, plata,cobre) se estima que ocurri hace 40007000 aos a.n.e. Su verdaderaaccincomo fundidorel hombrela inici posteriormente, cuando fue capaz de fundir el cobre a partir del mineral.Eldesarrolloen la obtencin deproductosfundidos se manifest tanto enEuropacomo enAsiayfrica. Los romanos explotaron yacimientos dehierroen Estiria (Australia) de donde obtenan el metal para susarmas, instrumentos detrabajoy de uso domstico. Hoy en da los pases desarrollados, alcalorde larevolucincientfico-tcnica contempornea, acometen las tareas de mecanizacin yautomatizacin, la implantacin de nuevas tecnologas y el perfeccionamiento de las existentes.

Etapas del proceso de fundicin

La posibilidad de fundir un metal o una aleacin depende de su composicin (fijada por el intervalo de solidificacin),temperaturadefusiny tensin superficial del metal fundido. Todos estos factores determinan su fluidez. Se utilizan tres tipos de fundicin:

En lingoteras: Se usa la fundicin de primerafusina la que se aaden los elementos de aleacin necesarios que posteriormente se depositan en lingoteras de colada por gravedad o apresin. Colada continua: En este tipo se eliminan las bolsas deairey las secreciones, tanto longitudinales como transversales. Mediante estesistemase obtienen barras, perfiles, etc. Fundicin en moldes: Se extraen las piezas completas.En este trabajo se utiliza el mtodo de fundicin en molde pues es el mtodo ms utilizado en el taller de fundicin deempresaPlantaMecnica. Hay que destacar que el proceso de obtencin de pieza por fundicin por diferentes procesos los cuales son:

Preparacin de mezcla

1.Moldeo 2.Fusin 3.Vertido 4.Desmolde ,limpieza, acabado

DESARROLLO DE LA PRCTICA

1.- Primero verificamos que tuviramos todos los materiales necesarios para la prctica, se conect el cilindro de gas y se coloc debajo del horno especial, para que ste se fuera calentando poco a poco. Aplastamos bien las latas a forma de que entraran fcilmente por el orificio del horno al momento de depositarlas para que se fundieran.

2.- Se verific de que el horno estuviera listo para poder empezar a depositar dentro de l las latas de aluminio. La temperatura a la que se encontraba el horno era aproximada al punto de fusin del aluminio.

3.- Una vez que el horno estaba listo para empezar a fundir las latas, se introdujo la primera lata con un poquito de borato de sodio, el cual ayuda a la combustin.

4.- Despus de colocar dentro del horno la lata que contena borato de sodio, poco a poco se fueron introduciendo las dems latas y con una barra larga de hierro se fueron acomodando para que no se excediera la capacidad del horno.

5.- Una vez que se introdujeron al horno todas las latas y que todas estas se fundieron ah dentro, se prepar la lingotera para que se pudiera introducir el producto de la fundicin. Despus se abri el horno y con cuidado se quit de encima del aluminio fundido una capa de residuo que no era aluminio puro. Luego se coloc en la lingotera el aluminio fundido, el cual estaba en estado lquido. Enseguida se calent el residuo de aluminio que qued en el horno para as terminar de sacar todo el aluminio del horno.

6.- Cuando estaba an el aluminio lquido dentro de la lingotera se llev junto a la llave y estando ah se le agreg el agua en chorros directamente de la llave hasta que el aluminio qued slido.

7.- Se extrajo el lingote de aluminio de la lingotera y para su mejor observacin se llev al laboratorio.

8.- En el laboratorio se observ con microscopio la estructura que tena el lingote de aluminio que haba resultado de la fundicin de las latas.

CONCLUSIN

A partir de objetos creados con cierto material se puede obtener nuevamente la materia prima utilizada a partir de diversos procesos, en este caso se obtuvo aluminio a partir de latas de refresco, jugos, cerveza, etc., que fueron fabricadas con este material. La obtencin de este material fue posible a travs de la fundicin que es elprocedimientoms antiguo para dar forma a losmetales. Fundamentalmente radica en fundir y colar metal lquido en un molde de la forma y tamao deseado para que all solidifique. Con esta prctica pude aprender un proceso de mucha importancia y que a pesar de que tiene ya muchos aos de su aplicacin no pasa de moda y hoy en da es tambin prctico para poder obtener ciertos elementos como el aluminio, el hierro y otros ms.

ITZIT