Metalurgia y química de los metales Capítulo 20 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

Un mineral es una sustancia de origen natural con composiciones químicas características. Una mena es un depósito mineral cuya concentración es adecuada, en el aspecto económico, para extraer el metal deseado. Metalurgia es la ciencia y tecnología de la separación de los metales a partir de sus menas y de aleaciones compuestas. Una aleación es una disolución sólida de dos o más metales, o de un metal o metales con uno o más no metales. Recuperación de un metal de su mena: 1.Preparación de la mena 2.Producción del metal 3.Purificación del metal 20.1

Metales y sus minerales más conocidos 20.2 Sulfuros Cloruros Óxidos Sin combinar Otros compuestos Ver pie de fiig.

Producción de metales Tostada CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) 2PbS (s) + 3O 2 (g) 2PbO (s) + 2SO 2 (g) Reducción química TiCl 4 (g) + 2Mg (l) Ti (s) + 2MgCl 2 (l) Cr 2 O 3 (s) + 2Al (s) 2Cr (l) + Al 2 O 3 (s) WO 3 (s) + 3H 2 (g) W (s) + 3H 2 O (g) Reducción electrolítica 2MO (l) 2M (en el cátodo) + O 2 (en el ánodo) 2MCl (l) 2M (en el cátodo) + Cl 2 (en el ánodo) 20.2

Alto horno para la producción de hierro 20.2 (proceso de reducción) Carga (mena, piedra caliza, coque) El hierro se funde Se forma la escoria fundida Aire caliente Escoria Hierro fundido Los gases calientes ascienden La carga sólida desciende

Manufactura del acero vía el proceso del oxígeno (proceso de oxidación) 20.2 Posición horizontal Acero fundido Escoria Posición vertical Acero fundido + escoria

20.2

Purificación de metales Destilación Ni (s) + 4CO (g) NiCO 4 (g) 70 0 C NiCO 4 (g) Ni (s) + 4CO (g) C Electrólisis Cu (s) (impuro) Cu 2+ (ac) + 2e - Cu 2+ (ac) + 2e - Cu (s) (puro) Refinación pos zonas 20.2 Batería Cátodo de cobre puro Ánodo de cobre impuro

Refinación por zonas de metales 20.2 Varilla metálicaEspiral de calentamiento

En la teoría de banda de conductividad, los electrones deslocalizados se mueven libremente a través de las “bandas” formadas por el solapamiento de orbitales moleculares. Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 o [Ne]3s Banda de conducción Banda de valencia Energía e-e- e-e-

Espacios energéticos entre banda de valencia y banda de conducción en metales, semiconductores y aislantes 20.3 Banda de valencia e-e- e-e- Banda de conducción Espacio energético Aislante Energía

Semiconductores Si [Ne]3s 2 3p 2 semiconductor tipo - n Impurezas donadoras P [Ne]3s 2 3p 3 semiconductor tipo - p Impurezas aceptoras B [Ne]3s 2 3p

Aumento del carácter metálico 20.4

20.5

Metales alcalinos (ns 1, n  2) M M e - 2M (s) + 2H 2 O (l) 2MOH (aq) + H 2(g) 2M (s) + O 2(g) M 2 O (s) Aumento de reactividad 20.5

20.6

Metales alcalinotérreos (ns 2, n  2) M M e - Be (s) + 2H 2 O (l) No hay reacción Aumento de reactividad Mg (s) + H 2 O (g) MgO (s) + H 2(g) M (s) + 2H 2 O (l) M(OH) 2(aq) + H 2(g) M = Ca, Sr, o Ba 20.6

Aluminio Impuro Al 2 O 3 (s) + 2OH - (ac) 2AlO 2 - (ac) + H 2 O (l) AlO 2 - (s) + H 3 O + (ac) Al(OH) 3 (s) 2Al(OH) 3 (s) Al 2 O 3 (s) + 3H 2 O (g)  Ánodo: Cátodo: 3[2O 2- O 2 (g) + 4e - ] 4[Al e - Al (l) ] 2Al 2 O 3 4Al (l) + 3O 2 (g) 20.7 Aluminio fundido Cátodo de carbono Ánodos de carbono Al 2 O 3 en criolita fundida