Metales alcalinos

Metales alcalinotérreos. Litosfera. Recursos naturales. Metalurgia. Metales de transición

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METALES ALCALINOS

 Grupo I A: Los Metales Alcalinos

Los metales alcalinos, litio ( li ), sodio ( na ), potasio ( k ), rubidio ( rb ), cesio ( cs ) y francio ( fr ), son metales blandos de color gris plateado que se pueden cortar con un cuchillo.

Presentan densidades muy bajas y son buenos conductores de calor y la electricidad; reaccionan de inmediato con el agua, oxigeno y otras substancias químicas, y nunca se les encuentra como elementos libres (no combinados) en la naturaleza.

Los compuestos típicos de los metales alcalinos son solubles en agua y están presentes en el agua de mar y en depósitos salinos. Como estos metales reaccionan rápidamente con el oxígeno, se venden en recipientes al vacío, pero por lo general se almacenan bajo aceite mineral queroseno. En este grupo los más comunes son el sodio y el potasio.

Los compuestos de los metales alcalinos son isomorfos, lo mismo que los compuestos salinos del amonio. Este radical presenta grandes analogías con los metales de este grupo.

Estos metales, cuyos átomos poseen un solo electrón en la capa externa, son monovalentes. Dada su estructura atómica, ceden fácilmente el electrón de valencia y pasan al estado iónico. Esto explica el carácter electropositivo que poseen, así como otras propiedades.

Sodio: un metal de la familia 1

Los metales del grupo 1, llamados metales alcalinos, constituyen la familia más reactiva. Por tal motivo no existen libres en la naturaleza. Sus propiedades más notables son:

· Tienen una enorme tendencia a perder un electrón (oxidarse) cuando se combinan químicamente. Por ello, existen generalmente como iones unipositivos:

Li+, Na+, K+,...

· Desarrollan una fuerte reacción con el agua, formando hidróxidos:

2Na + 2H2O Metales alcalinos
2Na OH + H2 + calor

· Son ligeros y maleables, pueden cortarse con un cuchillo.

· Sus sales son casi siempre solubles en agua y conducen la corriente eléctrica.

· Se obtienen por electrólisis de sus sales fundidas. Pero ¿qué es la electrólisis? En este caso, es la forma en que logra reducirse el Na+ a Na elemental: el paso de corriente eléctrica a través del cloruro de sodio, NaCI, fundido, logra que se reponga el electrón que el sodio había perdido al combinarse con el cloro.

Aun en la sal fundida, el cloro existe como anión, CI-, y el sodio como catión, Na+ El electrodo negativo (cátodo), rico en electrones, aporta uno a cada ion sodio

cátodo: Na+ + e - Metales alcalinos
Na (líquido) reducción

En tanto, en el electrodo positivo (ánodo), los cloruros pierden sus electrones, transformándose en cloro elemental:

ánodo: 2Cl - Metales alcalinos
Cl2 (gas) + 2 e - oxidación

Así, gracias a la electrólisis pueden elaborarse dos elementos mediante un mismo proceso (véase Figura III.5).

 

Metales alcalinos

 

Figura III.5. Diafragma de una celda de producción de sodio y cloro.

 

El sodio se emplea fundamentalmente como componente de la sosa cáustica o hidróxido de sodio, NaOH, cuyos usos más importantes son:

· Manufactura de productos químicos · Industria del papel · Tratamiento de alúmina (Al2O3) · Industria textil · Refinación de petróleo · Jabones y detergentes

La industria que utiliza el proceso electrolítico mencionado se denomina industria cloro-álcali. La más importante en México es "Cloro de Tehuantepec", que experimenta un rápido crecimiento, como se advierte en las gráficas de la figura III.6.

METALES ALCALINOTÉRREOS

 Grupo II A: Los Metales Alcalinotérreos

Se encuentran el berilio ( be ), magnesio ( mg ), calcio ( ca ), estroncio ( sr ), bario ( ba ) y el radio ( ra ). Estos metales presentan puntos de fusión mas elevados que los del grupo anterior, sus densidades son todavía mas bajas, pero son algo mas elevadas que la de los metales alcalinos comparables. Son menos reactivos que los metales alcalinos. Todos los metales alcalinotérreos poseen dos electrones de valencia y forman iones con doble carga positiva ( 2 +).

Son bivalentes y se les llama alcalinotérreos a causa del aspecto térreo de sus óxidos. Como el nombre indica, manifiestan propiedades intermedias entre los metales alcalinos y los térreos; el magnesio y, sobre todo, el berilio son los que mas se asemejan a estos. No existen en estado natural, por ser demasiado activos y, generalmente, se presentan formando silicatos, carbonatos, cloruros y sulfatos. Los metales son difíciles de obtener, por lo que su empleo es muy restringido.

  LA LITOSFERA

La litosfera conforma la parte sólida de la corteza terrestre. Como hemos visto, los elementos que en ella predominan son oxígeno (O), azufre (S), aluminio (Al), hierro (Fe), calcio (Ca), sodio (Na), potasio (k) y magnesio (Mg), de ahí que los compuestos más comunes están formados en primer lugar por oxígeno, como los óxidos. Además de este elemento, otros contienen silicio, formando silicatos, y otros más incorporan también aluminio en los alumino-silicatos.

Una de las clasificaciones más útiles de los elementos los agrupa en tres grandes sistemas.

1. Elementos siderófilos. Se encuentran en forma metálica como el oro (Au), el platino (Pt) y la plata (Ag).

2. Elementos calófilos. Se encuentran en forma de sulfuros, como el hierro (Fe), el cobre (Cu), el plomo (Pb) y el mercurio (Hg).

3. Elementos litófilos. Se encuentran formando silicatos, como el aluminio (Al), el calcio (Ca) y el magnesio (Mg).

Esta clasificación indica la forma más común en la que se encuentran los elementos en la Tierra

El estudio de los compuestos químicos en la litosfera correspondería principalmente al área de los silicatos, ya que ellos representan 95% de todos los minerales en esta capa (rocas, arenas, arcillas, etc.) el estudio de los metales, ha sido más importantes para el desarrollo de la humanidad.

HISTORIA

Son pocos los metales que no forman parte de un compuesto y existen en forma de "pepitas", como el oro y la plata, metales nativos, siderófilos.

Aun así, estos metales libres son muy raros; baste decir que la propia palabra "metal" se deriva de un vocablo griego que significa "buscar, procurar".

Desde luego, los metales nativos fueron los primeros que el hombre encontró.

Se cree que el oro empezó a trabajarse hacia el año 4500 a. C. Fue y es altamente estimado a causa de su belleza y rareza. Constituye la recompensa universal en todos los países, las culturas y las épocas. Amarillo, brillante, maleable, inalterable, ha sido para muchos el símbolo de la perfección. Los egipcios decían que "el oro poseía los extremos poderes del Sol encerrados en su cuerpo".

Paradójicamente, si algún alquimista hubiera encontrado la "piedra filosofal", que pudiera convertir otros metales en oro, éste hubiera perdido todo su valor, sería como chatarra.

Para que los metales se popularizaran fue necesario idear un método para obtenerlos a partir de los minerales que los contienen, y no depender del hallazgo de pepitas aquí y allá. Este paso en la metalurgia debió ocurrir alrededor del año 4000 a. C., en el Medio Oriente. Entonces pudo obtenerse el cobre a partir de su mena.

Mena = mineral metálico

  Hacia 3000 a C., se descubrieron algunos minerales con cobre y arsénico (As), que al transformarse en metales generaban una aleación más dura y resistente que el cobre solo. Este fue el primer metal que se utilizó para algo más que adorno, con él se fabricaron herramientas que suplieron a las de piedra.

Aleación = disolución de dos metales

  El trabajo con arsénico es sumamente peligroso, de manera que resultó muy afortunado descubrir que mezclando minerales de cobre y estaño (Sn) podía obtenerse otra aleación (el bronce) tan eficaz como el Cu-As, pero más segura.

Bronze = Cu-Sn

Alrededor de 200 a. C., el bronce se empleó sobre todo para la fabricación de herramientas, armas y armaduras. Un ejército sin armas de este metal se encontraba indefenso ante sus posibles atacantes, de ahí que los forjadores de aquella época gozaran de un enorme prestigio.

Sin embargo, los minerales de estaño son menos abundantes que los de cobre, y las minas conocidas pronto quedaron exhaustas: la humanidad se enfrentó por primera vez al agotamiento de un recurso natural.

Mientras tanto, para 1300 a. C., en Asia Menor se había desarrollado un procedimiento para extraer hierro de sus minerales. Para llevarlo a cabo se requería una alta temperatura, así que no todas las culturas disfrutaron de este avance por carecer de la técnica necesaria. Sin embargo, el hierro que se obtenía era muy quebradizo y no fue sino hasta 900 a. C., cuando, al mezclar carbón de leña con el mineral, se obtuvo el hierro endurecido, o acero.

Durante el siglo pasado se descubrieron nuevos procedimientos para la fabricación de acero. Se emplearon algunos metales desconocidos para los antiguos, como cobalto (Co), níquel (Ni), vanadio (V), niobio (Nb), wolframio (W), los cuales proporcionan al acero más resistencia y otras propiedades sorprendentes. Asimismo, se desarrollaron procedimientos para obtener aluminio, magnesio, titanio (Ti) y muchos otros metales, como los de las tierras raras. (véase el Cuadro III.3)

 

Metales alcalinos

 

Figura III.1. Crisol primitivo para la reducción del mineral de hierro

 

En México, las culturas prehispánicas emplearon el oro, la plata y el cobre nativos, e inclusive conocieron el mercurio, el estaño y el plomo.

El oro fue trabajado principalmente por los toltecas, mixtecos, zapotecas y mexicas. También se han descubierto piezas de oro en el centro ceremonial de Chichén Itzá, así como en las tumbas tarascas de Tzin-Tzuntzán.

El hierro que los aztecas, mayas e incas del Perú utilizaban para sus cuchillos, se obtenía de meteoritos que caían del cielo, de ahí que le asignaran un valor superior al oro.

 

Metales alcalinos

 

Figura III.2. Diagrama cronológico del descubrimiento de los elementos (Tomado de Cruz, Chamizo y Garritz, Estructura atómica, Addison Wesley, Wilmimgton, 1986).

 

LOS RECURSOS NATURALES SE AGOTAN

Nuestro mundo es hoy inconcebible sin metales. No obstante, muchos de ellos tienden a agotarse (Cuadro III.1) Peligran el platino, la plata, el oro, el estaño, el mercurio, el zinc (Zn), el plomo, el cobre y el wolframio. Y no es que estos átomos metálicos estén "esfumándose". Simplemente, al haber sido extraídos de las minas donde existían en altas concentraciones, se han desparramado por toda la Tierra o se encuentran en lugares donde su extracción no es rentable, al menos por el momento. Es decir, los átomos metálicos continúan presentes, pero esparcidos y combinados con otros materiales en las enormes pilas de desechos de la humanidad, de donde no son fácilmente recuperables.

CUADRO III.1 Años en los que se agotarán las reservas conocidas de metales si se continúan explotando al mismo ritmo que ahora.

Símbolo

Año

Ag

1990

Al

2145

Au

2550

Cr

2125

Co

2010

Cu

1990

Fe

2400

Hg

1985

Mn

2150

Mo

2070

Ni

2110

Pb

1990

Pt

1995

Sn

1995

W

2015

Zn

1990

El hombre debe estar atento a todas estas llamadas de atención de la naturaleza respecto al agotamiento de los recursos terrestres. Es necesario refinar los metales inservibles para que vuelvan a ser utilizables.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS METALES

 

CUADRO III.2 Generalidades sobre los metales

Metales alcalinos

 

Aunque cada metal tiene características propias, hay un conjunto de propiedades que los definen, como se muestra en el cuadro III.2.

La mayoría de los metales son sólidos, con relativamente alta densidad y altas temperaturas de fusión y ebullición. Sin embargo, la variedad de estas propiedades es enorme. Sabemos, por ejemplo, que el mercurio y el galio son líquidos (en condiciones ambientales).

De los sólidos, dos metales tienen la menor y mayor densidad: el litio y el osmio, respectivamente.

¿Por qué los cables conductores de corriente eléctrica se hacen de cobre?

Los mejores metales conductores de electricidad son los de la familia 11: plata, cobre y oro, en ese orden, seguidos por el aluminio y el magnesio. En general, la conducción del calor es mayor en los metales que conducen mejor la corriente eléctrica. El cobre tiene un color rojizo característico, que poco a poco se oscurece conforme reacciona el metal con el oxigeno y los compuestos de azufre del aire. El cobre se emplea de manera extensa en aplicaciones eléctricas, monedas, tubería para agua y en aleaciones muy conocidas como el latón, el bronce y la plata sterling.

En las figuras III.3 y III.4 se grafican la densidad y los puntos de fusión de algunos metales; En estas propiedades se observa un comportamiento periódico. Los metales menos densos resultan también, en general, los que se funden a menor temperatura.

 

Densidad = masa / volumen

 

 

Metales alcalinos

 

Figura III.3. Densidades de los metales de los periodos cuarto, quinto y sexto.

 

 

Metales alcalinos

 

Figura III.4. Puntos de fusión de los metales de los periodos cuarto, quinto y sexto.

 

Como hemos visto, es raro encontrar metales libres en la corteza terrestre. Más bien se encuentran en forma de óxidos, sulfuros, cloruros, fosfatos, carbonatos, etcétera.

Es tarea de la química obtener los metales a partir de los minerales en los que se encuentran; esta labor, así como la de preparar los metales para su uso, se conoce como metalurgia.

METALURGIA

Durante la Colonia, la metalurgia en la Nueva España fue importante. Bartolomé de Medina desarrolló en 1555, en Padierna, el proceso de recuperación de la plata por amalgamación con mercurio, lo que ha sido llamado por Bargalló como "el mejor legado de Hispanoamérica a la metalurgia universal". En México, y también en esta disciplina, Manuel Andrés del Río descubre en 1801 el eritronio, un nuevo elemento metálico, que fue redescubierto en 1830 por Stefenson y bautizado como vanadio.

 

CUADRO III.3. Ubicación de los metales en la tabla periódica, incluyendo las tierras raras (de lantano, La, a yterbio, Yb) y los actínidos naturales ( de actinio, Ac, uranio, U)

Metales alcalinos

 

En sus minerales, los metales se encuentran oxidados. Este término no se refiere exclusivamente a la presencia de oxígeno en las menas, aquí se emplea en su acepción más general. Nos referimos a que los átomos metálicos han perdido electrones al combinarse con otros átomos. Así, por ejemplo, en el óxido de hierro, FeO, el hierro existe como Fe2+, es decir, como un átomo de hierro que ha perdido dos electrones, como un catión (Cuadro III.4).

 

CUADRO III.4 Algunos tipos de mena

Tipo de mena

Algunos ejemplos

Nativos

Cu, Ag, Au, Pt

Óxidos

FeO, Fe2O3, Al2O3, SnO2, ZnO

Carbonatos

MgCO3, PbCO3, ZnCO3

Sulfuros

Ag2S, Cu2S, HgS, NiS, ZnS

Halogenuros

NaCl, KCl, MgCl2

Sulfatos

CuSO4, CaSO4, PbSO4

Fosfatos

LaPO4

 

Para extraer el hierro como metal es necesario reintegrarle los electrones que ha perdido al estar combinado con oxígeno, azufre u otro anión.

Este es el paso crucial de la metalurgia, llamado reducción del metal. La reducción es el proceso inverso a la oxidación. Al oxidarse, un metal pierde electrones, al reducirse, vuelve a ganarlos. 

México es el primer productor de plata en el mundo

 

CUADRO III.5 Valor de la producción minero-metalúrgica de México (metálicos en 1980. SEPARFÍN)

Producto

Millones de pesos

( % )

Plata

22 498

48.18

Cobre

8 670

18.57

Zinc

4 242

9.09

Plomo

3 231

6.92

Hierro

3 159

6.77

Oro

2 826

6.05

Otros

2 063

4.42

Total

46 693

100.00

 

 

CUADRO III.6 Valor de la exportación minero-metalúrgica de México en 1980 (Instituto Mexicano de Comercio Exterior)

Producto

Millones de pesos

( % )

Plata

15 477

61.66

Cobre

4 844

19.30

Zinc

2 462

9.81

Plomo

1 475

5.88

Otros

841

3.35

Total

25 100

100.00

Municipios "súper productores": Guanajuato, Gto. ; Cananea, Son. ; Taxco, Gro. ; Fresnillo, Gro. ; Fresnillo, Zac. ; Saucillo, Chih. ; Pachica, Hgo.

Existen otros procesos metalúrgicos cuyo carácter no es químico sino más bien físico. Podríamos mencionar tres operaciones metalúrgicas bien definidas:

1. Tratamiento preliminar, donde se desea concentrar algún componente de la mena, se excluyen impurezas y se prepara el mineral para su tratamiento posterior.

2. Reducción, en el que el compuesto metálico se reduce para obtener el metal libre.

3. Refinado, donde el metal es purificado. En algunos casos, en esta fase se añaden ciertas sustancias para dar al metal propiedades específicas.

Propiedades de los metales de la familia 2

 

Metales alcalinos

 

Figura III.6. Producción y tendencia de la industria cloro-álcali mexicana.

· Son muy reactivos, pero no tanto como los alcalinos.

· Al igual que el sodio, se obtienen por electrólisis de sus sales fundidas.

· Son divalentes y existen, más o menos bien definidos, como iones bipositivos en sus compuestos:

Ca2+ Ba2+

· Reaccionan también con agua formando hidróxidos:

Ca + 2H2O Metales alcalinos
Ca(OH)2 + H2

· Sus sales son menos solubles en agua que las de los metales alcalinos, aunque también conducen la corriente eléctrica. Son responsables de la "dureza" del agua, que deteriora las calderas y hace que el jabón no espume.

Usos y origen del calcio El calcio ocupa el quinto lugar en abundancia; alrededor del 4 % de la corteza terrestre es calcio o magnesio. El carbonato de calcio es el compuesto que forma la greda, la piedra caliza y la calcita. La cal, el cemento, los huesos y los depósitos de conchas marinas son ricos en calcio.

· Se le emplea en metalurgia para desoxidar, descarbonizar y eliminar el nitrógeno de la fundición.

· Para el tratamiento de agua potable.

· Para el control de contaminación.

· Para preparar aleaciones (con el cerio, para piedras de encendedor, y con plomo, para placas de acumuladores) Se presenta en la naturaleza como:

1) Piedra caliza (CaCO3 con impurezas), ampliamente empleada en la elaboración de productos químicos. Al calentarse se descompone:

CaCo3 Metales alcalinos
CaO + Co2

Esta reacción es una importante fuente industrial de bióxido de carbono. Los yacimientos más importantes en México son los de Huescalapa, Jal., Tolteca, Hgo. y Apasco, México.

2) Calcita o espato de Islandia (CaCO3 cristalino y puro) Se obtiene de yacimientos en los estados de Chihuahua, Sonora, Sinaloa y Durango.

3) Yeso (principalmente sulfato de calcio, CaSO4), de amplio uso en la industria de la construcción.

El magnesio metálico se emplea para polvo de iluminación instantánea, bombillas fotográficas, y en aleaciones de aluminio, en especial para aviones y proyectiles. Casi toda el " agua dura "contiene iones calcio y magnesio, el berilio es costoso, pero las aleaciones de este metal se emplean en herramientas que no producen chispas, en resortes y electrodos para soldadura por puntos.

El berilio y sus compuestos son tóxicos. Los compuestos de bario son extensamente en pigmentos blancos. El radio es radiactivo.

METALES DE TRANSICIÓN

 

Esta es una familia formada por los grupos IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, IB y IIB, entre los que se encuentran los elementos cobre, hierro, zinc, oro, plata, níquel y platino.

En general, las propiedades de los metales de transición son bastantes similares. Estos metales son más quebradizos y tienen puntos de fusión y ebullición mas elevados que los otros metales. Las densidades, puntos de fusión y puntos de ebullición de los metales de transición aumentan primero y luego disminuyen dentro de cada periodo, conforme aumenta el numero atómico.

Esta tendencia es más notoria en los metales de transición del sexto periodo. Los metales de transición son muchos menos reactivos que los metales alcalinos y alcalinotérreos. Así, aunque los metales alcalinos, como el sodio o el potasio, nunca se encuentran libres en la naturaleza, si se ha podido encontrar muestras relativamente puras de varios metales de transición, como oro, plata, hierro y manganeso.

Las características de los metales de transición son muy variadas, algunos se encuentran en la naturaleza en forma de compuestos; otros se encuentran libres

Los metales de transición forman las familias 3 a 12 de la tabla periódica. Comparten un gran conjunto de propiedades físicas y químicas, y por ello se les agrupa bajo la misma denominación.

Entre otros metales de transición familiares están el cromo, hierro cobalto, níquel y zinc, del cuarto periodo de la tabla periódica. Estos metales se emplean mucho en diversas herramientas y en aplicaciones relacionadas.

El hierro y el cobre son, seguramente, los más conocidos. La mayoría son densos y con altos puntos de ebullición y fusión. Su química es de un enorme interés teórico-práctico, y es tan extensa que lo que aquí diremos puede considerarse como "la primera palabra de una enciclopedia de diez tomos".

El hierro es el cuarto elemento más abundante y es el metal menos costoso. Las aleaciones del hierro, conocidas como acero, contienen cantidades pequeñas de metales como cromo, manganeso y níquel, que le dan resistencia, dureza y durabilidad.

El hierro que esta cubierto con una delgada capa de zinc se dice que esta galvanizado. Algo así como la tercera parte de todo el zinc que se produce de emplea para galvanizar alambre, clavos y metal laminado.

El zinc es importante en la producción de latón, pilas secas y fundiciones a troquel para objetos automotores y de ferretería.

En general, en sus compuestos se presentan como cationes con cargas +2 y +3, aunque en la familia 11 existen también como iones mono-cargados:

Cu+, Ag+, Au+

Al igual que los metales alcalinos y alcalinotérreos, muchos metales de transición liberan el hidrógeno del agua, pero no lo hacen con tanta facilidad. Hay dos grupos que no lo logran: los metales de la familia 11 (Cu, Ag, Au) y los llamados metales nobles (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), que en general presentan poca reactividad.

Veamos cómo se obtiene uno de los metales de transición más conocidos, el hierro. A partir del año 1300 el hierro se obtiene en los llamados "altos hornos". Ello significa que antes de que la química naciera como ciencia, el hombre ya sabía reducir (con carbón) el hierro de sus minerales para convertirlo en hierro metálico. Y también sabía que el mismo carbón que actuaba como elemento reductor le confería al hierro una gran dureza (acero).

Ante todo el mineral se concentra en óxido de hierro (tratamiento preliminar), aprovechando sus propiedades magnéticas. Para ello se utiliza un imán, que atrae el óxido de hierro y no a otros compuestos que lo acompañan.

 

Metales alcalinos

 

Figura III.7. Diagrama de una alto horno

 

Dentro de los altos hornos se producen dos reacciones fundamentales:

2C + O2 Metales alcalinos
2CO oxidación incompleta del carbón

Fe2O3 + 3 CO Metales alcalinos
2Fe + 3CO2 reducción a Fe metálico

En esta última reacción, el óxido de hierro se reduce (pues pierde oxígeno) y el monóxido de carbono se oxida (ya que lo gana).

Como el mineral contiene muchas impurezas arenosas de sílica (dióxido de silicio, SiO2), que se funden a temperaturas muy elevadas, se acostumbra añadir piedra caliza (CaCO3) al mineral de entrada. Con ello se logra convertir la sílica en un silicato, al cual se le llama escoria, que en el horno se licua, con facilidad:

CaCO3 Metales alcalinos
calor Metales alcalinos
CaO + Co2

CaO + SiO2 Metales alcalinos
CaSiO3 silicato de calcio (escoria)

El hierro que sale del alto horno aún contiene 4% de carbón.

Como los mejores aceros son aquellos que poseen entre 0.15 y 0.85% de carbón, el hierro debe recibir un tratamiento posterior (refinado) por medio del cual se reduce su contenido de carbón al quemarlo en presencia de oxígeno.

 

Acero inoxidable:

Cr

18%

Ni

8%

Fe

74%

 

Adicionando al hierro otros metales como níquel, cromo o cobalto, se obtiene una aleación muy resistente a la corrosión, llamada acero inoxidable.

Tal vez la tecnología mexicana mas conocida en el extranjero sea la que desarrolló la compañía "Hojalata y Lámina" (HYLSA), de Monterrey, respecto al llamado "hierro esponja". En 1957, un efecto de la guerra de Corea fue la elevación de los precios de la chatarra. HYLSA, que producía acero plano a partir de chatarra, hubo de iniciar un programa de investigación cuyo resultado fue el proceso de reducción directa del mineral de hierro; una tecnología tercermundista de primera línea.

Treinta años más tarde, cuando la producción mundial de hierro alcanza los 1 000 millones de toneladas, la tecnología de HYLSA es líder en la obtención de hierro por reducción directa.

La industria del hierro es de gran importancia en México. En 1976 arrancó la primera etapa de la Siderúrgica Lázaro Cárdenas, en Michoacán, que actualmente produce más de un millón de toneladas de acero al año. Su construcción concluirá hacia el año 2000, con una capacidad para procesar anualmente unos 10 millones de toneladas de acero.

 

Metales alcalinos

 

Figura III.8. Proceso H y L 1, planta con capacidad de 2.1 millones de toneladas anuales en la siderúrgica de Orinoco (Sydor 2) Puerto Ordaz, Venezuela.

 

El aluminio: metal del futuro

El aluminio es de color blanco azulado, fácil de pulir, el más ligero de todos los metales. Se puede reducir a hojas muy finas, como el oro y la plata, y estirar hasta formar alambres finos. Después de la plata y el cobre, es el mejor conductor de la electricidad y del calor. Posee una gran capacidad calorífica y se funde a 650 C. A pesar del ataque lento que sufre por parte de los ácidos orgánicos, se puede emplear para fabricar utensilios de cocina ya que sus sales carecen de toxicidad. La mena principal del aluminio es la bauxita, un óxido hidratado de aluminio: AI2O3 x H2O.

 

El aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre pero no en su estado nativo

La bauxita recibe un tratamiento previo para eliminar impurezas de hierro y se reduce electrometalúrgicamente, como los metales alcalinotérreos.

Aunque no es tan buen conductor como el cobre, el aluminio compite actualmente con él en la industria eléctrica, debido a su menor costo. También ha desplazado a otros metales en la fabricación de utensilios de cocina y en las industrias de la construcción y del transporte.

 

Metales alcalinos

 

Figura III.9. Celda para obtener aluminio

 

Recientemente se ha descubierto que puede ser un temible tóxico. El aluminio penetra en el cuerpo humano de diferentes formas, pero particularmente por vía pulmonar, ya que el aire que respiramos está cargado de polvillo microscópico. Normalmente se excreta por vía urinaria. En caso de absorción importante y prolongada, el aluminio se concentra en diversos órganos: hígado, corazón, cerebro y médula ósea. Su acumulación puede dar lugar a diversos trastornos.

Obtención y usos del plomo

El plomo es un metal gris azulado, de brillo metálico, que se empaña al contacto con el aire por formación de oxido, blando dúctil muy maleable, poco tenaz y con una densidad de 11.33 carece de elasticidad y se funde a los 327 C. Resiste bien a los agentes químicos, aunque al ácido clorhídrico a la temperatura de ebullición. El plomo, Pb, es un metal de la familia 14. Este grupo de metales está poco extendido en la naturaleza, de ahí que resulte importante no malgastarlos, pues están en peligro de dejar de ser aprovechables. El plomo se encuentra principalmente como sulfuro, en un mineral llamado galena, la cerusita (carbonato) y la anglesita (sulfato).

El tratamiento preliminar que recibe la galena para concentrarla en plomo se conoce como flotación. En este procedimiento, el mineral, finamente molido, se mezcla con ciertos aceites y agua. El mineral de plomo se moja por el aceite, y las impurezas (conocidas con el nombre de ganga), por el agua. La agitación con aire produce un sobrenadante que flota y que contiene, en su mayoría, el mineral de plomo mojado en aceite. Parte del mineral concentrado se somete a tostación con aire. Como resultado, ocurren las reacciones:

2 PbS + 3O2 Metales alcalinos
2PbO + 2SO2

PbS + 2O2 Metales alcalinos
PbSO4

El óxido de plomo y el sulfato vuelven a mezclarse con la galena y se reducen con carbón en un horno, en el que se producen otras reacciones:

PbO +C Metales alcalinos
Pb+ CO

2 PbO + C Metales alcalinos
2Pb+ Co2

2PbO + PbS Metales alcalinos
3Pb + SO2

PbSO4 + PbS Metales alcalinos
2Pb + 2SO2

El plomo obtenido se somete entonces a refinado.

Los usos del plomo son varios: en baterías eléctricas, en cañerías y soldaduras, como protector de radiaciones, y se agrega a las gasolinas, como antidetonante, en forma de tetraetilo de plomo.

 Se alea fácilmente con la mayoría de los metales, con el estaño forma la soldadura empleada en fontanería y con el arsénico, que le endurece, la aleación con la que fabrican los perdigones de caza. Además de estas aplicaciones, con el plomo se cubren tejados y las paredes de las cámaras de fabricación del ácido sulfúrico. También es conocido su uso en tuberías para el agua o para el gas de alumbrado y como elemento en pilas y acumuladores eléctricos. Su inhalación prolongada provoca una enfermedad llamada saturnismo y contribuye a la contaminación ambiental.

Metales alcalinos

 

Figura III.10. Órganos en los que se concentra el aluminio.