Trabajo de Investigación

“Características Físicas, Químicas y Técnicas de 4 metales no ferrosos y 4 metales

ferrosos”

Estudiantes:

Carlos Andrés Víquez Rodríguez

Profesor:

Gilbert Serrano Mora

Curso:

Tecnología 3 “Metales”

Escuela de Educación

Carrera:

Enseñanza de las Artes Industriales

III cuatrimestre de 2015

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Currículo 1

Tabla de contenidoIntroducción 3

1. ¿Qué son los metales? 4

2. Hierro 4

3. Cromo 7

4. Platino 8

5. Metales no ferrosos 10

6. Estaño 10

7. Cobre 11

8. Cobalto 12

9. Titanio 12

10. Aluminio 12

11. Magnesio 13

12. Bibliografía 14

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Currículo 1

Introducción

En educación para las Artes Industriales, el conocimiento de los elementos de la tabla periódica es de gran trascendencia, dado que será nuestro diario vivir, y parte de las bases de conocimiento con las que trabajaremos siempre.

Dentro de estos elementos podemos seleccionar aquellos que nos servirán para trabajar y hacer creaciones, y tendremos acceso, y otros que tienen características complejas de manejo que no nos permitirán trabajar con ellos.

En las artes industriales, la naturaleza nos regala varios elementos que se pueden combinar y que darán resultados muy interesantes y que de hecho hoy en día están siendo usados para hacer las infraestructuras a nivel mundial

En este trabajo conoceremos las características técnicas y físico-químicas de algunos metales ferrosos y no ferrosos.

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1. ¿Qué son los metales?

Los metales son los elementos químicos capaces de conducir la electricidad y el calor, que exhiben un brillo característico y que, con la excepción del mercurio, resultan sólidos a temperatura normal.

El concepto se utiliza para nombrar a elementos puros o a aleaciones con características metálicas. Entre las diferencias con los no metales, puede mencionarse que los metales disponen de baja energía de ionización y baja electronegatividad.

Los metales son tenaces (pueden recibir fuerzas bruscas sin romperse), dúctiles (es posible moldearlos en hilos o alambres), maleables (se convierten en láminas al ser comprimidos) y cuentan con una buena resistencia mecánica (resisten esfuerzos de tracción, flexión, torsión y comprensión sin deformarse).

Hay metales que aparecen en forma de elementos nativos (el cobre, el oro, la plata), mientras que otros pueden obtenerse a partir de óxidos, sulfuros, carbonatos o fosfatos. Los metales suelen ser muy utilizados en la industria, ya que ofrecen una gran estabilidad y tienen una amplia protección contra la corrosión.

Las bondades de los metales son conocidas por el hombre desde la prehistoria. En un principio se utilizaron aquéllos que eran fáciles de encontrar en estado puro aunque, poco a poco, comenzaron a sumarse metales que se obtenían a partir de la utilización de hornos.

El uso de mineral de cobre con estaño permitió crear la aleación conocida como bronce, que hizo surgir una nueva era histórica (Edad de Bronce).

Hoy en día puede distinguirse entre distintos tipos de metales, como los metales preciosos (que se hallan en estado natural sin necesidad de combinarlos con otros para formar compuestos) y los metales pesados (que exhiben una densidad alta y tienen una cierta toxicidad).

HIERRO (Fe)

El hierro o fierro (en muchos países hispanohablantes se prefiere esta segunda forma)1 es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla

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periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (dellatín fĕrrum)1 y tiene una masa atómica de 55,6 u.2 3

Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5 % y, entre los metales, solo el aluminio es más abundante; y es el primero más abundante en masa planetaria, debido a que el planeta en su núcleo, se concentra la mayor masa de hierro nativo equivalente a un 70 %. El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel en forma metálica, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro. En cosmología, es un metal muy especial, pues es el metal más pesado que puede producir la fusión en el núcleo de estrellas masivas; los elementos más pesados que el hierro solo pueden crearse en supernovas.

Características principales

HIERRO PURO

Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso.

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).

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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).

Aplicaciones

El hierro es el metal duro más usado, con el 95 % en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5 %) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1 % de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios.Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

ACERO

Definición: El acero es una aleación de carbono (del cual puede contener entre un 0,04% y un 2,25%) e hierro.

Características físicas y químicas:El porcentaje de carbono que posea y cómo éste se encuentre distribuido en el hierro repercuten directamente en sus propiedades físicas y en su comportamiento frente a diferentes temperaturas.

Características técnicas y Usos.Es uno de los metales con más aplicaciones en la industria; entre otras cosas, se utiliza para la fabricación de:

herramientas e instrumentos usados, a su vez, para construir automóviles y buques; las bases estructurales de los edificios, gracias a su gran resistencia;

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puentes colgantes y de arco, entre otros; arte contemporáneo; utensilios de diversos tipos y pequeñas herramientas.

CROMO (Cr)

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. Su nombre "cromo" (derivado del griego chroma, "color") se debe a los distintos colores que presentan sus compuestos.

Características principales

Cromo puro

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 está presente en estados de oxidación más bajos, pero son bastante raros.

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. Además tiene un efecto alfágeno, es decir, abre el campo de la ferrita y lo fija.

En procesos de cromado (depositar una capa protectora mediante electrodeposición). También se utiliza en elanodizado del aluminio.

En pinturas cromadas como tratamiento antioxidante

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Sus cromatos (cromato de plomo) y óxidos (óxido de cromo III o verde de cromo) 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 deamoníaco (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 (III) (Fe2O3) debido a que presentan una mayor coercitividad.

PLATINO (Pt)

El platino es un elemento químico de número atómico 78, situado en el grupo 10 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Pt. Se trata de un metal de transición blanco grisáceo, precioso, pesado, maleable y dúctil. Es resistente a la corrosión y se encuentra en distintos minerales, frecuentemente junto con níquel y cobre; también se puede encontrar como metal. Se emplea en joyería, equipamiento de laboratorio, contactos eléctricos, empastesy catalizadores de automóviles.

Descubrimiento

El platino fue descubierto en América, en la provincia de Esmeraldas, Ecuador, por el español Antonio de Ulloa,1siendo llevado por primera vez a Europa en el año 1735. El nombre del elemento se relaciona a su parecido con la plata, con la cual se lo confundió en un primer momento. En 1822, el platino fue encontrado también en los montes Urales (Rusia), y más tarde en Colombia, Canadá y Sudáfrica.

Usos y aplicaciones

El platino se utiliza en múltiples y esenciales aplicaciones, mientras que nuevos usos para el platino se desarrollan constantemente.

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Joyería: En 2006, la demanda de platino para joyería representó el 25% de la demanda total de platino. Este metal precioso es altamente valorado por su belleza y pureza, junto con sus particulares propiedades, en Europa y Estados Unidos su pureza normal es de el 95% aunque en otros países puede decaer hasta el 85%.

Catalizadores para vehículos: El platino, junto con el paladio y el rodio, son los principales componentes de los catalizadores que reducen en los vehículos las emisiones de gases como hidrocarbonos, monóxido de carbono u oxido de nitrógeno. Los catalizadores convierten la mayor parte de estas emisiones en dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua, que resultan menos dañinos. Este es el segundo sector de mayor uso de platino, alcanzando el 51% de la demanda total de platino en 2006.

Eléctrica y electrónica: El platino se usa en la producción de unidades de disco duro en ordenadores y en cables de fibra óptica. El uso cada vez mayor de ordenadores personales seguirá teniendo un efecto muy positivo en la demanda de platino en el futuro. Otras aplicaciones del platino incluyen dispositivos (termopares y termistores) que miden la temperatura en las industrias de vidrio, acero y semiconductores, o detectores infrarrojos para aplicaciones militares y comerciales. También se usa en condensadores cerámicos multi-capas y en crisoles para cristal.

Química: El platino se usa en fertilizantes y explosivos como una gasa para la conversión catalítica de amoníacoen ácido nítrico. También se usa en la fabricación de siliconas para los sectores aerospacial, automoción y construcción. En el sector de la gasolina es usado como aditivo de los carburantes para impulsar la combustión y reducir las emisiones del motor. Además, es un catalizador en la producción de elementos biodegradables para los detergentes domésticos.Vidrio: El platino se usa en equipos de fabricación de vidrio. También se emplea en la producción de plástico reforzado con fibra de vidrio y en los dispositivos de cristal líquido (LCD).

Petróleo: El platino se usa como un catalizador de refinado en la industria del petróleo.Usos médicos: El platino se usa en drogas anti-cancerígenas y en implantes. También es utilizado en aparatos de neurocirugía y en aleaciones para restauraciones dentales.Bujías: La mayoría de los vehículos en América del Norte usan bujías con filtro de platino. En Europa, los mayores requisitos de durabilidad han llevado a un incremento en la cantidad de platino que se usa en las bujías.

Nuevas Aplicaciones:

Las baterías de combustible son dispositivos que generan energía eléctrica y que se están desarrollando en la actualidad como alternativa a los motores de combustión interna en los vehículos. La mayor parte de éstos dispositivos, aplican tecnologías de membranas de intercambio de protones para producir energía a partir de hidrógeno y oxígeno, utilizando catalizadores de platino. El uso de baterías de combustible presenta ventajas tanto

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medioambientales como económicas. Son más eficientes en la producción de energía y la contaminación es mínima.

Características principales

Cuando está puro, es de color blanco grisáceo, maleable y dúctil. Es resistente a la corrosión y no se disuelve en la mayoría de los ácidos, aunque es posible disolverlo usando agua regia dando como resultado el ácido cloroplatínico.2 Es atacado lentamente por el ácido clorhídrico (HCl) en presencia de aire. Se denomina grupo del platino a los elementos rutenio, osmio, rodio, iridio, paladio y platino. Estos elementos son bastante utilizados comocatalizadores.

El platino es relativamente resistente al ataque químico, tiene buenas propiedades físicas a temperaturas altas, y también buenas propiedades eléctricas. Esto ha hecho que se utilice en distintas aplicaciones industriales. Por ejemplo, se puede emplear como electrodo, en contactos electrónicos, etc. El platino no se oxida con el aire, pero puede reaccionar, dependiendo de las condiciones, con cianuros, halógenos, azufre, plomo, silicio y otros elementos, así como con algunos óxidos básicos fundidos y ozono.

METAL NO FERROSO

Los metales no ferrosos son aquellos en cuya composición no se encuentra el hierro. Los más importantes son siete: cobre, zinc, plomo, estaño, aluminio, níquel y magnesio. Hay otros elementos que con frecuencia se fusionan con ellos para preparar aleaciones de importancia comercial. También hay alrededor de 15 metales menos importantes que tienen usos específicos en la industria. Los metales no ferrosos se clasifican en tres grupos: Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³. Ligeros: su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm³. Ultraligeros: su densidad es menor de 2 kg/dm³.

MATERIALES NO FERROSOS PESADOS

ESTAÑO (Sn):

Definición: El estaño es un metal blanco plateado que, si se encuentra a menos de 13 °C, se convierte en polvo de color grisáceo y se denomina estaño gris.

Características físicas y químicas:Entre sus características principales se puede mencionar su vulnerabilidad ante los ácidos fuertes y que emite un particular sonido al ser doblado (conocido como el grito del estaño).

Características técnicas y Usos.El estaño también es uno de los metales con importantes aplicaciones, como ser las siguientes:

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se usa en forma de papel para envolver y conservar algunos alimentos; sirve para crear láminas de condensadores, utilizadas en la industria eléctrica; protege la chapa de hierro (también llamada hojalata, usada para fabricar recipientes

y otros envases) contra el óxido; puede alearse con otros metales para obtener materiales antifricción, que se usan en

la fabricación de almohadillas.

Características: su densidad, su punto de fusión alcanza los 231 ºC, tiene una resistencia de tracción de 5 kg/mm²; en estado puro tiene un color brillante pero a temperatura ambiente se oxida y lo pierde, en temperatura ambiente es muy blando y flexible, sin embargo en caliente es frágil y quebradizo, por debajo de -18º C se empieza a descomponer convirtiéndose en un polvo gris. Este proceso se conoce como peste de estaño; al doblarse se oye un crujido denominado grito de estaño Aleaciones: las más importantes son el bronce (cobre y estaño) y las soldaduras blandas (plomo + estaño con proporciones de este entre el 25 % y el 90 %) Aplicaciones: sus aplicaciones más importantes son la fabricación de hojalata y proteger el acero contra la oxidación.

COBRE (Cu):

Definición: El cobre es muy dúctil y maleable, y resiste muy bien la corrosión.

Características físicas y químicas:Además, conduce el calor y la electricidad.

Características técnicas y Usos.Con respecto a sus aplicaciones, se utiliza para:

fabricar cables y componentes de aparatos eléctricos; acuñar monedas; confeccionar objetos de tipo ornamental y utensilios de cocina; producir electrotipos; reforzar partes de ciertas estructuras de madera.

Características: Se encuentra en el cobre nativo, la calcopirita, la calcosina, la malaquita y la cuprita; su densidad es de 8,9 kg/dm, su punto de fusión es de 1083 ºC, su resistencia de tracción es de 18 kg/mm²; es dúctil, manejable y posee una alta conductividad eléctrica y térmica.

Aleaciones: Las más importantes son el bronce (cobre + estaño), latón que se compone por cobre y cinc. Aplicaciones: Campanas, engranes, cables eléctricos, motores eléctricos.

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COBALTO (Co)

Características: Su densidad es de 8,6 kg/dm³, su punto de fusión es de 1490 ºC; tiene propiedades análogas al níquel pero no es magnético.

Aleaciones y aplicaciones: Se emplea para endurecer aceros para herramienta (aceros rápidos) y como elemento para fabricación de metales duros empleados para herramientas de corte.

Materiales no ferrosos ligeros

TITANIO (Ti):

-Densidad: 4,45 kg/dm3-Punto de fusión: 1800 °C.-Resistividad: 0,8 W•mm2/m.-Resistencia a la tracción: 100Kg/mm2-Alargamiento: 5%

ALUMINIO (AL):

Definición: El aluminio es el elemento metálico más abundante, y se caracteriza principalmente por su ligereza, por ser altamente reactivo, muy electro positivo y por poder reducir a metales básicos los compuestos metálicos.

Características físicas y químicas:Cuando entra en contacto con el aire caliente, sufre de corrosión.

Características técnicas y Usos.Es uno de los metales más usados en la industria, ya que sirve para:

la construcción de medios de transporte aéreos y terrestres; la fabricación de utensilios de cocina, papel aluminio, alambre y pistones de

motores de combustión interna; confeccionar envoltorios; la fundición, ya que se aprecia especialmente su tensión y ductilidad.

Características:Se obtiene de la bauxita

-Densidad es de 2,7 kg/dm³ -Punto de fusión es de 660 ºC -Muy ligero e inoxidable -Buen conductor de electricidad y del calor.

Aleaciones y aplicaciones: Al +Mg: se emplea en la aeronáutica y automoción.

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MATERIALES NO FERROSOS ULTRALIGEROS

MAGNESIO (MG):

Características: Se obtiene de la carnalita, dolomía y magnesita, su densidad es de 1,74 kg/dm³, su punto de fusión es de 650 ºC.

En estado líquido y en polvo es muy inflamable, tiene un color blanco parecido al de la plata, es manejable, y es más resistente al aluminio.

Aplicaciones: Se emplea en estado duro, tiene pocas utilidades, excepto en la fabricación de productos pirotécnicos y como desoxidante en los talleres de fundición de acero.

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1. Bibliografía

http://definicion.de/metales/#ixzz3nNVauuNE

https://es.wikipedia.org/wiki/Metal_no_ferroso

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