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Tema 7. Introducción a los elementos
metálicos y Metalurgia .
El enlace en los metales. Conductores y
semiconductores. Los metales en la
naturaleza. Preparación de la mena.
Producción de los metales. La metalurgia
del hierro. Manufactura del acero.
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Purificación de metales.
No metales MetalesPropiedades físicas
Malos cond. Electricidad Buenos cond. ElectricidadNo son dúctiles DúctilesNo son maleables MaleablesSin brillo Brillo metálico
Metales y no metales
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Sin brillo Brillo metálicoSólidos, líquidos o gaseosos SólidosBajos puntos de fusión Altos puntos de fusiónMalos conductores del calor Buenos conductores delcalor
Propiedades QuímicasNo reaccionan con ácidos Reaccionan con ácidosForman óxidos ácidos Forman óxidos básicosForman aniones Forman cationesForman haluros covalentes Forman haluros iónicos¿Definen estas propiedades de modo unívoco un metal?
Metales
No Metales
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¿Qué es un metal?•Brillo metálicoSi y I tienen superficies muy brillantes y no son metalesMinerales como la pirita (FeS2) también tienen brillo metálico
•Densidad elevadaEnorme variabilidad: La densidad del Li es la mitad de la del agua y la del Os es 40 veces la del Li
•Dureza elevada Los metales alcalinos son muy blandos.
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•Maleabilidad y DuctilidadAlgunos metales de transición sonquebradizos
•Alta conductividad térmicaAún siendo común entre los metales, sinembargo el C(diamante) tiene una delas conductividades térmicas másimportantes
Definición estricta de metalLa propiedad que mejor define unmetal es la elevada conductividadeléctrica tridimensionalEl C( grafito) tiene una elevadaconductividad bidimensional, T<18ºC elSn no conduce la electricidad. Apresiones fáciles de alcanzar, el I esconductor de la electricidad.
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Criterio físico
Metales: la conductividad eléctrica disminuye con la temperaturaNo metales: la conductividad eléctrica aumenta con la temperatura
Criterio químico
Metales: tienden a perder electrones para formar especies catiónicasNo metales: tienden a ganar electrones para formar especiesaniónicas
Sea cual sea el criterio elegido siempre quedan algunoselementos en la región limítrofe: semimetales (B, Si, Ge y Te)
No metales
Metales
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Metales de la primera serie de transición en orden:
Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn
El enlace en los metales
Cualquier modelo de enlace debe dar cuenta de las propiedade s de los metales
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•Los electrones no están unidos a ningún ion particular y son móviles:explica la conductividad eléctrica.
•Al no estar enlazados a ningún átomo, no están limitados en su capacidad
Se puede describir al metal comouna red de iones positivos en unmar de electrones
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•Al no estar enlazados a ningún átomo, no están limitados en su capacidadde absorber fotones de luz visible.
•Los electrones de la superficie son capaces de irradiar luz de la mismafrecuencia que la luz incidente: brillo
•Por efecto de presión externa, se puede desplazar una capa de ionesmetálicos pero la estructura interna permanece inalterada y el mar deelectrones se reajusta rápidamente: maleabilidad y ductilidad
Primera capaSegunda capa
El enlace metálico. Empaquetamiento compactoLos átomos se sitúan los mas cerca posible.
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Tetraédrico Octaédrico
REDES METÁLICAS COMPACTASTercera capa
ABA Empaquetamiento hexagonal compacto(HCP)
A
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ABC Empaquetamiento cúbico compacto(CCP)
C
Antienlace
banda
En
El enlace metálico
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Antienlace
Enlace
nergía
La conducción en los metales y la teoría de bandas
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Aislante
No conductor Semiconductor P Semiconductor N
Los metales en la naturaleza: minerales
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Los metales en la naturaleza: minerales
Metales nativos Ag, Au, Bi, Cu, Pd, PtCarbonatos BaCO3 (witberita), CaCO3 (calcita, piedra caliza),
MgCO3 (magnesita), CaCO3, MgCO3 (dolomita),PbCO3 (cerusita), ZnCO3 (smithsonita)
Halogenuros CaF2 (fluorita), NaCl (halita), KCI (silvita), Na[AlF6](criolita)
Óxidos Al2O32H2O(bauxita), Al2O3 (corindón), Fe2O3(hematita) FO3O4 (magnetita), Cu2O (cuprita),MnO2 (pirolusita), Sn02 (casiterita), TiO2 (rutilo),ZnO (zincita)
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ZnO (zincita)Fosfatos Ca3(PO4)2 (roca fosfórica), Ca5(PO4)3OH
(hidroxiapatita)Silicatos Be3Al2Si6Ol8 (Berilo), ZrSiO4 (zircón), NaAlSi3O8
(albita), Mg(Si4O1o)(OH)2 (talco)Sulfuros AgS (argentita), CdS (grenoquita), Cu2S
(calcocita), FeS2 (Pirita), HgS (cinabrio), PbS(galena), ZnS (esfalerita)
Sulfatos BaSO4 (Barita), CaSO4 (anhidrita), PbSO4(anglesita), SrSO4 (celestita), MgSO4 7H2O(epsomita)
Los metales en la naturaleza: minerales y su localización geográfica
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Trituración del mineralPreparación de los minerales
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Trituración del mineral
Tamizado del mineral
Enriquecimiento de minerales
ALIMENTACIÓN
Rotación
Descarga del concentrado magnético
Cilindro
SEPARADOR MAGNÉTICO CICLÓN
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Salida del material no magnético
Imanes
SEPARADOR POR FLOTACIÓN
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Obtención de Metales Metal Proceso de reducción
Litio, sodio, magnesio, calcio Reducción electrolítica del cloruro fundido
Aluminio Reducción electrolítica del óxido anhidro (en criolita fundida)
Cromo, manganeso, titanio, Reducción del óxido metálico con un vanadio, hierro y zinc metal mas electropositivo, o reducción
con coque y monóxido de carbonoMercurio, plata, platino, oro Estos metales se encuentran en estado
libre (nativos) o pueden obtenerse por
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libre (nativos) o pueden obtenerse por tostación de sus sulfuros
Calores de reacción de diferentes óxidos y diagrama de Ellingham simplificado que recoge la variación de energía libre de Gibss en función d e la temperatura para algunos de ellos.
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Alimentación de mineral, carbón y otrosObtención de hierro
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Aire comprimido y caliente
Hierro fundidoEscoria
Obtención de aceroMétodo Bessemer
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Obtención de aceroAcero al oxígeno
Tipos de acero Composición
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Tipos de acero Composición (porcentaje en masa)*
Tipo C Mn P S Si Ni Cr Otros
1.35 1.65 0.04 0.05 0.06 - Cu(0.2-0.6) Herramientas, productos laminados
Righ-stren 0.25 1.65 0.04 0.05 0.15-0.9 0.4-1.0 0.3-1.3Cu(0.01-0.08) Construcción,turbinas de vapor.
0.03-1.2 1.0-10 0.04-0.06 0.031-3 1-22 4.0-27Utensilios de cocina, navajas de rasurar.
Inoxidable
Plain
Righ-strength
•Destilación. Los metalesque tienen bajos puntos deebullición, como elmercurio, el magnesio y elzinc, se pueden separar deotros metales pordestilación fraccionada
Zona fundida
Horno Barra de Silicio
Impurezas
Refino de metalesElectrolisis Destilación Fusión por zonas
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Cátodo
Ánodo
Zona fundida Impurezas