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Metales no ferrosos - Coggle Diagram
Metales no ferrosos
Características y propiedades generales
Ventajas
Son maleables y excelentes conductores eléctricos y térmicos.
Son menos afectados por tratamientos de calor.
Tienen mayores resistencias contra la oxidación y corrosión.
No presentan tanto paramagnetismo, lo cual les permite ser materiales utilizados para aplicaciones electrónicas.
Sus procesos de fabricación son más fáciles, incluyendo la fundición, la soldadura, el forjado y la laminación.
Tienen coloraciones más atractivas, por lo que encuentran usos como elementos ornamentales; además, son menos densos.
Desventajas
Baja resistencia.
Elevados costos
Menores demandas
Menor abundancia mineralógica.
Utilidad o uso
Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos) son cada día más imprescindibles por la importancia de sus aleaciones que potencian sus propiedades.
Estructura y enlaces
Tipo de estructura
Las propiedades de los materiales metálicos vienen determinadas por sus características estructurales. Podrían considerarse los siguientes niveles:
Hexagonal compacta (hcp)
En esta estructura los átomos metálicos se empaquetan en forma de prisma hexagonal, aprovechando así todos los espacios.
Es la estructura más densa, por tal motivo se espera que del mismo modo sea el metal que la posea. Todos sus átomos están rodeados de doce vecinos.
Ejemplos: Titanio (Ti), zinc (Zn), magnesio (Mg), cadmio (Cd), cobalto (Co), rutenio (Ru), osmio (Os) y algunos metales alcalinotérreos.
Cúbica centrada en el cuerpo (bcc)
De las tres estructuras, esta es la menos densa y compacta, siendo al mismo tiempo la que presenta los intersticios de mayores volúmenes.
Por lo tanto, aloja con más facilidad moléculas y átomos pequeños. Asimismo, en este cubo cada átomo está rodeado de ocho vecinos.
Ejemplos: vanadio (V), niobio (Nb), cromo (Cr), metales alcalinos y tungsteno (W).
Cúbica compacta (ccp)
Esta estructura cristalina es menos densa que la hcp, y en esta cada átomo está rodeado de doce vecinos.
Aquí, los intersticios (espacios vacíos) son más grandes que el de la Hexagonal compacta, por lo que estos metales pueden contener en éstos, moléculas y átomos pequeños (como el hidrógeno molecular, H2).
Ejemplos: aluminio (Al), níquel (Ni), plata (Ag), cobre (Cu), oro (Au), rodio (Rh) e iridio (Ir).
Otras estructuras
Existen otras estructuras, como la cúbica simple y otras más complejas que consisten en arreglos menos densos o distorsionados de las primeras tres. Sin embargo, las estructuras cristalinas anteriores aplican solo para los metales puros.
En condiciones de impureza, presión y temperatura elevadas, estos arreglos se distorsionan y, cuando son componentes de una aleación, interaccionan con otros metales para generar nuevas estructuras metálicas.
El conocimiento exacto y la manipulación de estos arreglos permiten el diseño y elaboración de aleaciones con propiedades físicas deseadas para un fin determinado.
Tipos de metales no ferrosos
Metales ligeros
Cualquier metal de densidad relativamente baja.
El magnesio, el aluminio y el titanio son metales ligeros de gran importancia comercial.
Metales ultraligeros
Su densidad es menor de 2kg/dm cúbico.
El magnesio y el berilio son los dos metales ultraligeros más importantes.
Metales pesados
Su densidad es por lo menos cinco veces mayor que el agua
Arsénico (As), Cadmio (Cd), Cobalto (Co), Cromo (Cr), Cobre (Cu), Mercurio (Hg), Níquel (Ni), Plomo(Pb), Estaño (Sn), Wolframio (W) y zinc (Zn).
Otros tipos de metales no ferrosos
Metales preciosos
Son metales que se utilizan en joyería
Oro (Au), la plata (Ag), el platino (Pt), el rodio (Rh) y el paladio (Pd). En algunos casos también se suelen incluir al rutenio (Ru), al osmio (Os) y al iridio (Ir).
Metales de las tierras raras
Elementos químicos que se encuentran en la corteza terrestre y que son vitales para computadoras, redes, comunicaciones, energía limpia, transporte avanzado, atención médica, mitigación ambiental, defensa nacional y muchas otras.
Sus propiedades magnéticas, luminiscentes y electroquímicas únicas, ayudan a que muchas tecnologías rindan con peso reducido, emisiones reducidas y consumo de energía; o darles una mayor eficiencia, rendimiento, miniaturización, velocidad, durabilidad y estabilidad térmica.
Cerio, samario, escandio, itrio, tulio, gadolinio, etc.).
Metales radiactivos
Polonio, plutonio, radio, francio, ástato, radón, etc.
Metales no ferrosos mas importantes
Titanio
Características
Es un elemento químico de símbolo Ti, número atómico 22 que se sitúa en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Es un metal de color gris, baja densidad y gran dureza.
Ventajas
Es muy resistente a la corrosión por agua del mar, agua regia y cloro
Es biocompatible, por lo cual puede ser usado como material para prótesis e implantes médicos.
En el estado puro, este metal es dúctil.
Resistente a la corrosión.
Soporta altas temperaturas.
Es tan fuerte como el acero, pero con una ligereza excepcional.
Usos o aplicaciones
Adicionalmente, el titanio y sus aleaciones están presentes en maquinarias, en la marina, en los componentes de jets y en los reactores químicos.
Aleaciones
El titanio forma aleaciones ligeramente livianas. Son súper resistentes, y están protegidas de la corrosión por una capa de TiO2.
Obtención del titanio
y presenta una estructura cristalina BCC por encima de los 882 ºC.
Desventajas
El costo del titanio es muy alto por lo difícil de su extracción
El proceso de soldadura del titanio es un arduo y lento.
Cuando se funde el titanio este emana un vapor que es considerablemente tóxico para el medio ambiente y los seres humanos.
Obtención del titanio
Nomenclatura del titanio
TiCl4. Nomenclatura: nombre; Tradicional: cloruro titánico; Stock: cloruro de titanio (IV); Sistemática: tetracloruro de titanio
Cobre
Usos o aplicaciones del cobre
Debido a sus propiedades ventajosas pueden obtenerse de éste, muchos diseños prácticos: desde tuberías hasta ollas y monedas. También se ha utilizado en el reforzamiento de la quilla de los barcos, y en la industria eléctrica.
Ventajas
Es resistente, dúctil y maleable
Los alambres de cobre también son resistentes a la corrosión
Material con capacidad bactericida
Alta resistencia al calor en cables, eliminando la mayoría de los problemas de sobrecarga
Desventajas
Los alambres de cobre generalmente no se utilizan en piezas automotrices de alta tecnología y semiconductores debido a su incapacidad para controlar las sobrecargas eléctricas.
El cable de cobre es susceptible a interferencias electromagnéticas.
Nomenclatura
Cu2O. Nomenclatura Sistemática: Monóxido de dicobre; Nomenclatura Stock: Óxido De Cobre (I); Nomenclatura Tradicional: Óxido Cuproso; Tipo de Compuesto: Óxido metálico (metal + oxígeno)
Obtención del cobre vía seca
Aleaciones
Aunque en su estado puro sea muy blando, sus aleaciones (entre estas latón y bronce) son más resistentes y están protegidas por capas de Cu2O (óxido rojizo)
Aluminio
Nomenclatura del aluminio
Al(OH)3. Nomenclatura Sistemática: Trihidróxido de aluminio; Nomenclatura Stock: Hidróxido de aluminio; Nomenclatura Tradicional: Hidróxido alumínico; Tipo De Compuesto: Hidróxido
Usos o aplicaciones del aluminio
Dadas sus propiedades, es un metal idóneo especialmente en aeronáutica, en la industria automotriz y de construcción, entre otras.
Ventajas
Se instala fácil y rápidamente debido a su peso liviano.
De fácil limpieza
Garantizan su rigidez a altas y bajas temperaturas
Desventajas
En invierno el aluminio se condensa, "suda”.
Con el tiempo, el aluminio se puede llegar a picar.
Obtención del aluminio
Aleaciones
Las aleaciones de aluminio contienen, en una matriz de aluminio diversos elementos de aleación. Los principales son los siguientes
Magnesio (Mg) Tiene una gran resistencia tras el conformado en frío.
Manganeso (Mn) Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de embutición.
Cobre (Cu) Incrementa las propiedades mecánicas, pero reduce la resistencia a la corrosión.
Silicio (Si) Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica.
Cromo (Cr). Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros elementos Cu, Mn, Mg
Titanio (Ti) Aumenta la resistencia mecánica.
Hierro (Fe). Aumenta la resistencia mecánica y a la fatiga.
Zinc (Zn) Aumenta la resistencia a la corrosión.
Escandio (Sc) Mejora la soldadura
Zinc
Ventajas
En presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión.
Protege de la corrosión.
Presenta una gran resistencia a la deformación.
Dúctil y maleable pudiéndose enrollar y tensar.
Es buen conductor de calor y electricidad.
Características
Este metal de color entre blanco azulado y gris plateado. Presenta una gran resistencia a la deformación plástica en frío que disminuye en caliente, lo que obliga a laminarlo por encima de los 100 °C. No se puede endurecer por acritud y presenta el fenómeno de fluencia a temperatura ambiente.
Usos o aplicaciones
El zinc se utiliza principalmente como un agente anticorrosivo en productos de metal.
Utilizado en fabricación de pinturas al óleo, para fabricar el color blanco de zinc, utilizado para crear transparencias en la pintura.
En algunos países se utiliza para fabricar monedas.
Se utiliza en el proceso de galvanización. La galvanización se utiliza para fabricar tela metálica, barandillas, puentes colgantes, postes de luz, techos metálicos, canalones de desagüe y carrocerías de coches.
El zinc se usa como un ánodo en otros metales, en particular los metales que se utilizan en trabajos eléctricos o que entran en contacto con agua de mar.
Nomenclatura
ZnO. Nomenclatura sistemática: Monóxido de zinc; Nomenclatura stock: Óxido de zinc (II); Nomenclatura tradicional: Óxido de zinc
Estructura molecular
Estructura cristalina: Hexagonal. Tiene la misma simetría que un prisma regular con una base hexagonal.
Obtención del zinc
Desventajas
Es un metal químicamente activo y puede provocar un incendio si se almacena en lugares húmedos.
El Zinc contamina el ambiente y es una amenaza para plantas y animales.
Aleaciones
El zinc es aleado con cobre para crear latón que se utiliza una amplia variedad de productos.
El zinc se utiliza en aleaciones con elementos como el níquel, el aluminio (para soldar) y el bronce.
Se utiliza con cobre, magnesio y aluminio en las industrias del automóvil, eléctrica y para hacer herramientas.
El zinc es aleado con cobre para crear latón que se utiliza una amplia variedad de productos.
Las aleaciones de zinc con 4% de aluminio y 3% de cobre en masa se utilizan para fabricación de piezas de fundición complejas para obras de construcción y de ingeniería.
Aleaciones
Sus aleaciones tienen aplicaciones en arquitectura, en carcasas de bicicletas, en parapetos de puentes y en estructuras soldadas.
Estructura del magnesio
Estructura cristalina hexagonal
Usos o aplicaciones
Se usa en la industria aeroespacial, en maquinarias de altas velocidades y en equipos de transporte.
Nomenclatura
MgO. Nomenclatura sistemática: monóxido de magnesio; Nomenclatura stock: óxido de magnesio; Nomenclatura tradicional: óxido magnésico; Tipo de compuesto: óxido metálico (metal + oxígeno).
Obtención del magnesio
Ventajas
El peso.
Buena Colabilidad y estabilidad dimensional.
Se puede mejorar la dureza y la resistencia mecánica con mecanismos metalúrgicos
Desventajas
Es un metal bastante caro
Bajo punto de fusión.
Baja rigidez
Poco alargamiento
La estructura cristalina es hexagonal compacta, susceptible al agrietamiento
Plomo
Características
Características
Es un metal de color blanco azulado con brillo metálico. Tiene escasas propiedades mecánicas. Su resistencia a tracción es de 1-2 Kp/mm2. Es un metal muy dúctil y blando. Dureza Brinell (5,5). Metal denso (11,3gr/cm3)
Ventajas
Es resistente al ácido clorhídrico y sulfúrico y agua pura.
Usos y aplicaciones
Poco empleado en construcción, pero se emplea para fabricar pinturas de minio que protegen a los metales de la corrosión.
Nomenclatura del plomo
PbO. Nomenclatura sistemática: monóxido de plomo; Nomenclatura stock: óxido de plomo (II); Nomenclatura tradicional: óxido plumboso; Tipo de compuesto: óxido metálico (metal + oxígeno)
Estructura del plomo
Estructura cristalina cúbica
Obtención del plomo
Desventajas
Protege al cuerpo expuesto a la radiación ya que el plomo la absorbe.
Resistencia al desgaste
Es un elemento flexible, se funde con facilidad.
Es fácil de alear con otros metales.
Desprende partículas tóxicas que son dañinas para el organismo.
Aleaciones
Aleado con antimonio y calcio mejoran sus propiedades mecánicas.
Wolframio, volframio o tungsteno
Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo.
Uso o aplicaciones
Para producir de una forma económica todas las máquinas que nos rodean y las cosas que se pueden producir con ellas.
Se usa en los vibradores de los celulares, las pesas para los aparejos de pesca, las bolas de los bolígrafos y las puntas de los dardos profesionales.
Los filamentos hechos con este metal generan rayos X.
También se usa en las puntas emisoras de cañones de electrones de los microscopios electrónicos.
Además, es la soldadura que mantiene enteros a los barcos, aviones y puentes.
Características
Es un metal escaso en la corteza terrestre que se encuentra en forma de óxido y de sales en ciertos minerales. Es de color gris acerado, muy duro y denso.
Ventajas
No sólo es increíblemente denso sino también asombrosamente duro y tiene el punto de fusión (temperatura en la que pasa de sólido a líquido) más alto de todos los elementos químicos: 3.422º centígrados.
Otras de sus ventajas son su estabilidad térmica y química y el ser un excelente conductor.
Nomenclatura del wolframio o tungsteno
WO3. Nomenclatura sistemática: trióxido de wolframio; Nomenclatura stock: óxido de wolframio (VI); Nomenclatura tradicional: óxido wolfrámico; Tipo de compuesto: óxido metálico (metal + oxígeno).
Obtención del Wolframio
Para su obtención, se funden los minerales con carbonato de sodio para adquirir una sal soluble que comprende el wolframio. Posteriormente, se trata con ácido clorhídrico para obtener óxido de wolframio.
Finalmente, se reduce el óxido por medio de una corriente de hidrógeno. Así se obtiene el polvo de wolframio que, después, se recalienta para sinterizarlo, compactarlo, forjarlo y laminarlo.
Desventajas
La inhalación, puede irritar el tracto respiratorio y causar enfermedades de pulmón terminales.
En contacto con humedad, el hexafluoruro de tungsteno reacciona formando acido fluorhídrico que puede producir quemaduras químicas graves.
Aleaciones
Alta densidad, excelente conformabilidad y mecanizabilidad, extraordinaria resistencia a la corrosión, módulo de elasticidad elevado, conductancia térmica impresionante y expansión térmica reducida.
Estaño
Características
Es un metal blanco grisáceo, es suave, dúctil, y maleable pero muy poco resistente a la atracción, poca tenacidad. El metal al ser doblado produce un crujido debido a la dislocación de sus cristales.
Estructura molecular
Estructura cristalina: tetragonal
Nomenclatura
SnO2. Nomenclatura sistemática: dióxido de estaño; Nomenclatura stock: óxido de estaño (IV); Nomenclatura tradicional: óxido estáñico; Tipo de compuesto: óxido metálico (metal + oxígeno.
Ventajas
Densidad y dureza
Conductividad eléctrica y térmica
Propiedades ferromagnéticas.
Funde a los 505,08 K (232 °C)(Punto de fusión).
Resistente a la corrosión.
Metal maleable y dúctil, que no se oxida
Se mezcla con facilidad
Desventajas
Como el estaño es combustible reacciona violentamente.
Es irritante para los ojos y vías respiratorias superiores.
Riesgo de quemaduras.
Usos y aplicaciones
Se usa para soldadura blanda, aleado con plomo.
Se utiliza para recubrir las latas de acero.
Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentífricos (SnF2) y pigmentos.
Obtención del estaño
Aleaciones
Las principales aleaciones de estaño son: el bronce (estaño y cobre), soldadura blanda (estaño y plomo), peltre (75% de estaño y 25% plomo), y el metal britannia (estaño con pequeñas cantidades de antimonio y cobre).
