AUTORES:
Fanny Astete Florez 20203380
Moran Silvera Andrea 20202619
Acuña Oroya Rodrigo 20202658
INTRODUCCIÓN:
¿Cuál es la importancia de los metales y minerales? Principalmente el uso de estos elementos es esencial puesto que conlleva al desarrollo de la modernidad de nuestro actual mundo, además de esto aumenta las posibilidades de innovaciones tecnológicas. Por ejemplo, los minerales contribuyen al metabolismo de los macronutrientes: hidratos de carbono, proteínas y grasas. Asimismo, forman parte de muchas moléculas: vitaminas, aminoácidos, hormonas, células sanguíneas, etc. Por otro lado, “los materiales sólidos se han agrupado convenientemente en tres categorías básicas: metales, cerámicas y polímeros” (Materials Science and Engineering.2018:7). Por ello, han servido a la humanidad ,gracias a su carácter idóneo y a sus particulares propiedades físicas, en la formación de herramientas, estatuas o estructuras de todo tipo. Del mismo modo es importante tener presente que en el Perú la actividad económica más importante es la minería. Por ello, en nuestro país abundan los metales y minerales que son enviados a otros lugares para ser transformados en objetos útiles.
DESARROLLO:
METALES:
Los metales se componen de uno o más elementos metálicos (por ejemplo, hierro, aluminio, cobre,
titanio, oro, níquel) y, a menudo, también elementos no metálicos (por ejemplo, carbono, nitrógeno,
oxígeno) en cantidades relativamente pequeñas.
Los átomos en los metales y sus aleaciones están dispuestos de una manera muy ordenada y son relativamente densos en comparación a las cerámicas y polímeros (Figura 1).
Figura 1: Escala de densidades (Materials Science and Engineering.2018:8)
En cuanto a las características mecánicas, estos materiales son relativamente rígidos (Figura 2) y fuertes (Figura 3), pero son dúctiles (es decir, capaz de grandes cantidades de deformación sin fractura), lo que explica su uso generalizado en aplicaciones estructurales.
Figura 2: Escala de rigidez (Materials Science and Engineering.2018:8)
Figura 3: Escala de fuerza (Materials Science and Engineering.2018:9)
“La mayor parte de los metales proviene de los minerales. Un mineral es una sustancia que se presenta de manera natural con una diversidad en su composición química” (Chang Raymond,2017:931).En la figura 4 se presenta los principales tipos de minerales y en la figura 5, una clasificación de los metales de acuerdo con sus minerales. Los metales más abundantes que existen como minerales en la corteza terrestre son: aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, titanio y manganeso. Asimismo, el agua
de mar es una rica fuente de algunos iones metálicos, como Na1, Mg21 y Ca21.
Grandes zonas de la plataforma oceánica están cubiertas por nódulos de manganeso, los cuales se componen principalmente por manganeso, junto con hierro, níquel, cobre y cobalto en estado de combinación química (figura 6).
Figura 4: Principales minerales (Chang Raymond,2017:931)
Figura 5: Clasificación de metales en referencia a sus minerales (Chang Raymond,2017:932)
El litio se encuentra en la espodumena (LiAlSi2O6), y el berilio en el berilo (vea la tabla 21.1). El resto de los metales alcalinotérreos se encuentran en los minerales que son carbonatos y sulfatos. Los minerales de Sc, Y y La son los fosfatos. Algunos metales están contenidos en más de un tipo de mineral importante. Por ejemplo, además del sulfuro, el hierro se encuentra en los óxidos como la hematita (Fe2O3) y la magnetita (Fe3O4); y el aluminio, además del óxido, se encuentra en el berilo (Be3Al2Si6O18). El tecnecio (Tc) es un elemento sintético (Chang Raymond,2017:932)
Figura 6: Nódulos de manganeso(Chang Raymond,2017:932)
- i) Ley de pureza
-Esta ley se refiere a la concentración del metal en el mineral y se calcula de la siguiente manera.
- ii) Composición porcentual
-Es la masa que constituye el compuesto.
- I) PURIFICACIÓN DE METALES
Para la purificación de los metales se pasan algunos procesos para eliminar algunas de sus impurezas. Existen tres procedimientos que son las siguientes:
-La destilación:
Para separar las sustancias como el mercurio, magnesio y el zinc del metal se pasa por el procesos de destilación. La destilación fraccionada es un proceso de Mond que consiste en extraer y purificar el níquel metálico.
-La Electrólisis:
Técnica de purificación que consiste en separar compuestos por medio de electricidad en el que el cobre impuro es como ánodo y el cobre puro como cátodo se liberan.
Figura 7 : Técnica de purificación por electrólisis (Chang Raymond, 2017:937)
– La Refinación por zonas:
Este es un método que permite obtener metales puros en la refinación por zonas. Es un proceso que consiste en que una varilla metálica que posee impurezas se eliminan cuando este metal está fundido. Mientras esa varilla emerge de la reacción de calentamiento, se enfría y cristaliza el metal puro y deja sus impurezas en la porción metálica.
Figura 8 : Técnica de refinación de zonas para la purificación de metales (Chang Raymond, 2017:938)
- ll) BANDAS DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
Los materiales metálicos tienen una gran cantidad de electrones no localizados, es decir, estos electrones no están unidos a átomos particulares. Muchas propiedades de los metales son directamente atribuye a estos electrones. Por ejemplo, los metales son muy buenos conductores de electricidad. (Figura 1.8) y calor, y no son transparentes a la luz visible; una superficie de metal pulido tiene una apariencia brillante. Además, algunos de los metales (es decir, Fe, Co y Ni) tienen propiedades magnéticas deseables.(Materials Science and Engineering.2018:8)
Figura 9 : Escala de conducción eléctrica (Materials Science and Engineering.2018:10)
-Conductores:
El metal es una sustancia que se caracteriza por su alta conductividad eléctrica. La estructura electrónica de los metales le permite conducir la energía eléctrica a bajas temperaturas. Por la teoría de bandas los materiales cuyas bandas de valencia y de conducción, se encuentran a poca distancia estas bandas se encuentran sobrepuestas.
Figura 10 : Formación de bandas de conducción del magnesio (Chang Raymond, 2017:939)
Figura 11 : Comparación de bandas de energía de Valencia y de conducción de metal
-Semiconductores:
Los semiconductores no transportan la energía eléctrica, sino las conducen a temperaturas bajas, pero al subir la temperatura se cambian al de los conductores. Además, si se requiere incrementar la capacidad del semiconductor se añade porciones pequeñas de impurezas a este elemento.
lll) LA REACTIVIDAD DE LOS METALES
La reactividad de los metales es medido por las tendencias que cada elemento es fusionado con otro. Por un lado, si la variación de la reactividad de los periodos son mucho más reactivos los grupos de la izquierda que los de la derecha les resulta más fácil perder un electrón de la última capa. Por otro lado, la reactividad de los grupos mientras se desciende es más complicado que perder el electrón.
Figura 12: Reactividad de los metales y no metales
MINERALES:
Todos los minerales son sólidos homogéneos y se presentan como cristales, los arreglos ordenados de moléculas repetidas generan la forma cristalina del mineral. Dado que la química de cada uno de los minerales es diferente, no hay dos minerales que puedan producir los mismos cristales. Por tanto, la forma de cada mineral es única, una característica útil para determinar su identidad. Esta única forma del cristal puede cambiar cuando la temperatura y la presión cambian. Diamante y grafito, por ejemplo, son diferentes formas del carbón mineral; Sin embargo, el diamante se desarrolla a alta temperatura y alta presión (Minerals, 2012: 12)
Por lo general, se piensa en los minerales como sustancias inorgánicas que se forman de una de estas cuatro formas:
– Pueden fusionarse y cristalizan en magmas de enfriamiento
– Se solidifican cuando los trozos y pedazos de roca sedimentaria se juntan bajo condiciones de presión creciente.
– Surgen de minerales más antiguos que sufren metamorfosis.
– Precipitan por la acción de una combinación de magma con el agua de mar y agua subterránea.
A pesar de su etiqueta inorgánica, lo que significa que no poseen enlaces carbono-hidrógeno, que son característicos de la vida de tejidos: los seres vivos pueden producir minerales. Muchos minerales de carbonato se originan como las conchas de los corales y otros animales marinos que murieron hace mucho tiempo. Por ejemplo, las partes duras, que están hechas de calcita producida por estos organismos, se convierten en calcita en las rocas después de millones de años de creciente presión y temperatura. Además, los verdaderos minerales se encuentran de forma natural. Aunque los procesos industriales pueden producir sintéticos versiones de diamantes, piedras preciosas y otros minerales, sus contrapartes naturales son las más preciadas.
Mineral Natural Mineral Industrial
La morfología externa de un mineral es una expresión de la arquitectura interna fundamental de su estructura cristalina. Esta es la disposición tridimensional, regular (u ordenada) de unidades químicas (átomos, iones y grupos aniónicos en materiales inorgánicos; moléculas en sustancias orgánicas).
aA: Una muestra de wulfenita, un mineral de México.Courtesy of Joseph and Helen Guetterman, Belleville, Illinois; photographs, John H.Gerard—EB Inc
B: Una muestra de cuarzo rosa, un mineral que se encuentra en el estado de Minas Gerais, Braz.Courtesy of the Field Museum of Natural History, Chicago; photographs, John H. Gerard—EB Inc.
C: Una muestra de amazonita, una variedad de color azul verdoso de feldespato microclino, con ahumado (gris oscuro) cuarzo. Courtesy of the Harvard Collection; (feldspar) Benjamin M. Shaub
Las propiedades físicas de los minerales son el resultado directo de las características estructurales y químicas de los minerales. Algunas propiedades pueden determinarse mediante inspección, de una muestra de mano o mediante pruebas relativamente simples como un espécimen. Otros, como los que se determinan mediante técnicas de difracción óptica y de rayos X, requieren a menudo equipo sofisticado y puede implicar una preparación de muestras elaborada.
Varias razones justifican el uso de la composición química de un mineral como el factor distintivo en el más alto
nivel de clasificación mineral.
Primero, las similitudes en propiedades de minerales con grupos aniónicos idénticos son generalmente más pronunciados que aquellos con el mismo catión dominante. Por ejemplo, los carbonatos tienen
mayor parecido entre sí que el cobre minerales. En segundo lugar, es probable que los minerales que tienen aniones dominantes idénticos se encuentren en la misma o similar ambientes geológicos. Por lo tanto, los sulfuros tienden a ocurrir juntos en vetas o depósitos de reemplazo, mientras que las rocas que contienen silicato constituyen gran parte de la corteza terrestre. Tercero, la práctica química actual emplea una nomenclatura y esquema de clasificación de compuestos inorgánicos basado en principios similares.
Los investigadores, sin embargo, han encontrado que la composición química por sí sola es insuficiente para clasificar los minerales. Determinar las estructuras internas, mediante el uso de rayos X, permite una apreciación más completa de la naturaleza de los minerales. La composición química y la estructura interna juntos constituyen la esencia de un mineral y determinar sus propiedades físicas; por lo tanto, La clasificación debería basarse en ambos.
- Las divisiones más amplias de la clasificación utilizada es:
