Usos del Aluminio, Cobre, Zinc y Hierro

La corteza terrestre es abundante en minerales y menas. Algunos minerales han demostrado ser un recurso valioso para la humanidad. El hierro, por ejemplo, derivado del mineral de hierro (hematita), sentó las bases para la revolución industrial. El aluminio, por otro lado, fue un recurso estratégico crítico para la aviación durante la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial. A pesar de esto, el aluminio metálico continúa dominando el mercado debido a sus características únicas y su extracción rápida y rentable. Los metales representan el 70% de todos los elementos naturales. Los metales se pueden encontrar tanto en forma libre como mixta en la naturaleza. En general, los metales reactivos existen en estados mixtos como rusts, sulfuros, carbonatos, etc. Los metales en el centro de la serie de reactividad, como el zinc, el hierro y el plomo, son moderadamente reactivos y se encuentran en la corteza terrestre como rusts, sulfuros, carbonatos, etc.

Aluminio

El aluminio, con el número atómico 13 y el símbolo Al, es un elemento químico. El aluminio tiene una densidad más baja que la mayoría de los metales comunes, aproximadamente un tercio de la del acero. Cuando se expone al aire, crea una capa protectora de rust en la superficie debido a su alta afinidad por el oxígeno. El aluminio imita la apariencia de la plata, tanto en color como en su capacidad para reflejar la luz. Es maleable, no magnético y dúctil.

Propiedades del aluminio

1. El aluminio puro (99,996 %) es blando y débil; El aluminio comercial (del 99 al 99,6 % de pureza) con trazas de silicio y hierro es duro y fuerte.
2. El aluminio es un metal dúctil y extremadamente maleable que se puede estirar en alambre o enrollar en lámina delgada.
3. El metal tiene solo un tercio de la densidad del hierro o el cobre.
4. A pesar de ser químicamente activo, el aluminio es altamente resistente a la corrosión debido a la formación de una película de rust gruesa y fuerte en su superficie en el aire.
5. El aluminio es un excelente conductor de calor y electricidad.
6. Tiene aproximadamente la mitad de la conductividad térmica del cobre y aproximadamente dos tercios de la conductividad eléctrica.
7. Cristaliza en forma cúbica centrada en las caras.
8. El aluminio totalmente natural tiene un isótopo estable llamado aluminio-27.
9. El aluminio metálico, así como su rust e hidrrust, es inocuo.

Usos del Aluminio

1. El aluminio se agrega en cantidades modestas a ciertos metales para mejorar sus cualidades para usos específicos, como los bronces de aluminio y la mayoría de las aleaciones a base de magnesio, o se agregan cantidades significativas de otros metales y silicio al aluminio en aleaciones a base de aluminio.
2. El metal y sus aleaciones se utilizan ampliamente en la fabricación de aviones, materiales de construcción, bienes de consumo duraderos (refrigeradores, acondicionadores de aire, utensilios de cocina), conductores eléctricos y equipos químicos y de procesamiento de alimentos.
3. Las bobinas, latas, láminas y otros materiales de embalaje suelen estar hechos de aluminio en la industria del embalaje.
4. También se encuentra en numerosos productos cotidianos como utensilios de cocina y relojes.
5. El aluminio se utiliza en la industria de la construcción para fabricar puertas, ventanas, cables y techos.
6. Se utiliza en la industria del transporte para fabricar bicicletas, naves espaciales, carrocerías de vehículos, aeronaves y equipos marinos.
7. Muchas monedas están compuestas de aleaciones que contienen aluminio.
8. El aluminio también se utiliza en la fabricación de pinturas, superficies reflectantes y alambres.

Cobre

El cobre tiene el número atómico 29 y el símbolo químico Cu. Es un metal dúctil, blando y maleable con buena conductividad térmica y eléctrica. El color del cobre puro recién expuesto es naranja rosado.

Propiedades del Cobre

1. El cobre es uno de los metales más dúctiles, lo que significa que no es muy fuerte ni duro.
2. El trabajo en frío aumenta significativamente la resistencia y la dureza debido a la producción de cristales alargados con la misma estructura cúbica centrada en las caras que el cobre recocido más blando.
3. En el cobre fundido, el oxígeno, el nitrógeno, el dirust de carbono y el dirust de azufre son solubles y afectan las propiedades mecánicas y eléctricas del metal solidificado.
4. En términos de conductividad térmica y eléctrica, el metal puro es solo superado por la plata.
5. El cobre natural se compone de dos isótopos estables: cobre-63 y cobre-65.

Usos del Cobre

1. El cobre se utiliza como conductor de calor y electricidad, material de construcción y componente de diversas aleaciones metálicas, incluida la plata esterlina en joyería, el cuproníquel en ferretería y monedas marítimas, y el constantán en galgas extensométricas y sensores de temperatura.
2. La mayor parte del cobre que se produce en el mundo se utiliza en la industria eléctrica, y el resto se mezcla con otros metales para formar aleaciones. (En términos de tecnología, el revestimiento electrochapado también es esencial).
3. Los latones (cobre y zinc), los bronces (cobre y estaño) y las alpacas son importantes series de aleaciones en las que el cobre es el elemento principal (cobre, zinc y níquel, no plata).
4. Existen numerosas aleaciones útiles de cobre y níquel, en particular Monel; los dos metales son totalmente miscibles.
5. El cobre también tiene una secuencia significativa de aleaciones con aluminio conocidas como bronces de aluminio.
6. El cobre berilio (2% Be) es una aleación de cobre única que puede endurecerse mediante tratamiento térmico.
7. El cobre se puede encontrar en varios metales acuñados diferentes.

Zinc

El zinc es un elemento químico de número atómico 30 y de símbolo Zn. El zinc es un metal relativamente quebradizo a temperatura normal, con una apariencia gris plateada cuando se elimina la oxidación. Es el primer elemento del grupo 12 de la tabla periódica (IIB). El zinc es químicamente similar al magnesio en algunos aspectos: ambos elementos tienen solo un estado de oxidación normal (+2). El zinc es el vigésimo cuarto elemento más frecuente en la corteza terrestre, con cinco isótopos estables.

Propiedades del zinc 

1. El zinc es un metal diamagnético brillante de color blanco azulado, aunque la mayoría de los grados comerciales tienen un acabado opaco.
2. Tiene una estructura cristalina hexagonal con una especie de empaquetamiento cerrado hexagonal distorsionado, con cada átomo que tiene seis vecinos más cercanos en su propio plano (a 265,9 pm) y seis más a una distancia mayor de 290,6 pm.

Usos del zinc

1. El zinc metálico se utiliza en gran medida en la protección contra la corrosión del hierro y el acero, así como en la producción de latones y aleaciones para la fundición a presión.
2. Cuando se expone al aire, el zinc crea una cubierta impermeable de su rust, lo que hace que el metal sea más resistente a las atmósferas típicas que el hierro y se corroe a un ritmo mucho menor.
3. Además, debido a que el zinc se oxida más rápido que el hierro, la superficie del acero está protegida, incluso si parte de ella está expuesta a través de fisuras. Se utiliza galvanización por inmersión en caliente o electrogalvanización para crear el recubrimiento de zinc.
4. La superficie del zinc recién fundido es de plata azulada, que se oxida progresivamente en el aire para formar una capa protectora de rust grisáceo.
5. El denominado grado prime western (99,8 % puro) es quebradizo en frío, pero puede enrollarse en láminas flexibles a 100 °C. El zinc de alta pureza (99,99 por ciento puro) es dúctil.
6. La estructura compacta hexagonal del zinc cristaliza.
7. Cuando el hierro y el zinc se exponen juntos a un líquido corrosivo, forman una celda electrolítica, siendo el zinc dañado preferentemente debido a su mayor potencial de electrodo.
8. Esta llamada protección de sacrificio, junto con la resistencia a la corrosión sustancialmente más fuerte del zinc en condiciones de aire, sirve como base para el galvanizado.

Hierro

El símbolo químico del hierro es Fe y el número atómico es 26. Pertenece a la primera serie de transición y al grupo 8 de la tabla periódica. Es el elemento más abundante en la Tierra en términos de masa, justo por delante del oxígeno (32,1 por ciento y 30,1 por ciento, respectivamente), y constituye la mayor parte de los núcleos exterior e interior del planeta. Es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre.

Propiedades del Hierro 

1. En aire húmedo se oxida, pero no en aire seco.
2. Se disuelve fácilmente en ácidos débiles.
3. Este metal se encuentra en forma de ferrita o -forma a temperatura ambiente.
4. Se convierte en hierro gamma alrededor de los 910°C, que es de naturaleza mucho más blanda.
5. Tiene un punto de fusión de 1536°C y un punto de ebullición de 2861°C.
6. Debido a que es un metal, es de naturaleza magnética. Al ser un metal es de naturaleza magnética.

Usos del hierro

1. Se utiliza en la producción de acero, así como en aplicaciones de ingeniería civil como hormigón armado, vigas, etc.
2. Los aceros aleados, como los aceros al carbono, se fabrican con hierro y adiciones como níquel, cromo, vanadio, tungsteno y manganeso.
3. Los puentes, las torres de alta tensión, las strings de bicicletas, las herramientas de corte y los cañones de los rifles están hechos de ellos.
4. El carbono está presente en el 3-5% del hierro fundido. Se utiliza en la fabricación de tuberías, válvulas y bombas.
5. Los catalizadores de hierro se utilizan en el proceso Haber para crear amoníaco.
6. Los imanes se pueden fabricar a partir de este metal, así como sus aleaciones y compuestos.

Problemas conceptuales

Pregunta 1: ¿Por qué el hierro tiene un punto de fusión alto?

Solución:

Para fundir o hervir un metal, se debe superar la atracción entre los iones metálicos y los electrones desplazados. Debido a que tales fuerzas de atracción son sólidas, los metales tienen puntos de fusión y ebullición altos.

Pregunta 2: ¿Cuáles son las propiedades del hierro?

Solución:

El hierro es un metal gris plateado que es lustroso, dúctil y maleable (grupo VIII de la tabla periódica). Se sabe que aparece en cuatro formas cristalinas únicas. El hierro se oxida en condiciones de humedad pero no en aire seco. Se disuelve rápidamente en ácidos diluidos.

Pregunta 3: ¿Cuáles son las desventajas del zinc?

Solución:

Así como una deficiencia de zinc puede ser dañina para la salud, un exceso de zinc puede tener el impacto contrario. La causa más frecuente de intoxicación por zinc, que puede producir síntomas tanto agudos como crónicos, es el consumo excesivo de zinc. Las náuseas y los vómitos son síntomas de toxicidad.

Pregunta 4: ¿Cuáles son los efectos del cobre en los humanos?

Solución:

El envenenamiento por cobre puede causar inflamación de la nariz, la garganta y los ojos, así como dolores de cabeza, dolores de estómago, mareos, vómitos y diarrea. La absorción excesiva de cobre puede dañar el hígado y los riñones, así como causar la muerte. El potencial cancerígeno del cobre aún no se ha determinado.

Pregunta 5: ¿Cuáles son las tres propiedades del aluminio?

Solución:

Esto se debe a sus características distintivas. Tiene baja densidad, no es tóxico, tiene buena conductividad térmica, resiste la corrosión y es fácil de moldear, mecanizar y moldear. Además, no es magnético y no se incendia. Es el metal con la segunda maleabilidad más alta y la sexta ductilidad más alta.