¿QUÉ ES UN MATERIAL SINTÉTICO?. (¿Qué es sintetizar materiales?)
La palabra plástico deriva del griego plastiko que significa moldeable. Los plásticos son polímeros (del griego poly, muchos; meros parte, segmento). Los plásticos pueden definirsecomo un conjunto de materiales de origen orgánico, sólidos a temperatura ambiente, fácilmente moldeables mediante calor y de elevado peso molecular.
¿Qué es sintetización?
Proceso industrial por el cual se consigue crear piezas que son complicadas de obtener por otros procedimientos como el forjado o el mecanizado. Consiste en reducir el material base a polvo para luego comprimirlo en un molde a una determinada presión y calentarlo a una temperatura controlada.
¿Cómo se sintetizan los materiales elásticos?
La fuerza impulsora de la deformación elástica es un parámetro termodinámico llamado entropía, que mide el grado de desorden del sistema. La entropia aumenta al aumentar el desorden. Al aplicar un esfuerzo a un elastómero las cadenas se alargan y alinean: el sistema se ordena.
A partir de este estado, la entropía aumenta al volver las cadenas a su original enmarañamiento.
Este efecto en trópico origina dos fenómenos. En primer lugar, al aplicar un esfuerzo al elastómero, este aumenta su temperatura; en segundo lugar, el modulo de elasticidad aumenta al incrementar la temperatura, comportamiento contrario al de otros materiales.
Composición química:
Los materiales sintéticos están formados por moléculas gigantes (macromoléculas). Estas moléculas se forman por reacciones en las que se unen muchas unidades de otras moléculas pequeñas (monómeros ) formando largas cadenas (polímeros).
Estas reacciones se llaman de polimerización que es el primer paso en la fabricación de un plástico. Los dos métodos básicos de polimerización son
las reacciones de condensación y
las de adición.
Estos métodos pueden llevarse a cabo de varias maneras. En la polimerización en masa se polimeriza sólo el monómero, por lo general en una fase gaseosa o líquida, si bien se realizan también algunas polimerizaciones en estado sólido. Mediante la polimerización en disolución se forma una emulsión que se coagula seguidamente. En la polimerización por interfase los monómeros se disuelven en dos líquidos inmiscibles y la polimerización tiene lugar en la interfase entre los dos líquidos.
Según su origen pueden ser:
1.- Polímeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas, caucho natural, ácidos nucleicos, etc.
2.- Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc.
3.- Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc.
Los materiales sintéticos presentan todos la misma estructura, ya que están formados por cadenas de carbono. La diferencia que existe en cada uno de los materiales se debe a los aditivos que son introducidos a estos, que les dan una serie de propiedades o contrarrestan otras.
Propiedades físicas:
Las propiedades que presentan los materiales sintéticos, no son iguales en todos, ya que las propiedades van a variar con determinados aspectos como los aditivos que presentan.
Según las propiedades físicas de los materiales sintéticos encontramos: TERMOPLÁSTICOS
Como su propio nombre indica, estos plásticos se vuelven deformables (plásticos) por acción del calor, de manera que se les puede volver a dar forma muchas veces. Esto es debido a que las cadenas moleculares no están unidas entre sí y al calentar el material pueden deslizarse unas respecto a las otras adquiriendo nuevas posiciones de manera que el conjunto puede tomar una nueva forma que se mantiene al solidificarse. tienen las siguientes propiedades:
• Se deforman con el calor.
• Solidifican al enfriarse.
• Pueden ser procesados varias veces sin perder sus propiedades. Es decir, son reciclables.
La temperatura máxima a la que pueden estar expuestos no supera los 150 °C, salvo el teflón, que se utiliza como recubrimiento en ollas y sartenes.
TERMOESTABLES A los plásticos termoestables también se les llama resinas, y su estructura es una malla fuertemente unida en todas direcciones. Esto significa que los plásticos termoestables siempre son rígidos, y el calor no les funde, sino que los carboniza. La fabricación con ellos consiste en mezclar una sustancia base con un catalizador que provoca la reacción. A esta reacción se le llama curado de la resina, y después de producirse, la forma con que quede la mezcla es inalterable.Se les da la forma aplicando presión y calor. Durante este proceso, las cadenas de polímeros se entrecruzan, dando un plástico rígido y más resistente a las temperaturas que los termoplásticos, pero más frágiles al mismo tiempo. No pueden reciclarse mediante calor.
ELASTÓMEROS
Son materiales macromoleculares, que en un amplio margen de temperaturas, pueden sufrir, sin rotura, deformaciones considerables bajo la acción de fuerzas relativamente pequeñas y recuperar posteriormente su longitud primitiva. Sus macromoléculas, tridimensionalmente reticuladas (entrelazadas), no pueden volver a ser moldeadas. Forman una red de malla abierta y los plásticos que se obtienen son elásticos como la goma.
2. ¿A QUÉ NOS REFERIMOS CUANDO HABLAMOS
INDUSTRIALMENTE DE MATERIALES SINTÉTICOS?
Procesos industriales:
Los procesos industriales para la obtención de estos materiales sintéticos son:
1.- Polimerización: Este ,es un proceso por el cual mediante un catalizador se unen entre sí varias moléculas individuales y homogéneas en un compuesto. Este compuesto se denomina monómero.
Posteriormente estos monómeros se unen entre sí dando lugar a cadenas gigantes llamadas macromoléculas. El uso de un catalizador en este proceso es necesario para que aumente la velocidad de la reacción sin aparecer restos de él en el producto final.
2.- Policondensación: Por este método se obtienen poliésteres y resinas fenólicas. En este proceso dos moléculas diferentes e unen entre sí, dando lugar a uniones entre ellas mediante las que se forman macromoléculas y subproductos no polimerizables.
3.- Poliadición: A través de este método se pueden obtener productos con mejores propiedades físicas y mecánicas, ya que se polimerizan simultáneamente dos o tres monómeros. Estas reacciones se desarrollan liberando gran cantidad de calor. por este procedimiento se obtienen poliuretanos y resinas epoxídicas.
3. HITOS HISTÓRICOS QUE MARCAN LA VIDA DE LOS MATERIALES SINTÉTICOS.
En el año 1832, experimentando con el caucho (primer elastómero conocido), se descubrió que reticulándose (tejido en forma de red) con sulfuro, se vulcanizaba, obteniéndose caucho sintético, cuyas propiedades elásticas eran excepcionales.
En 1838, el científico francés Victor Renault logró obtener policloruro de vinilo en laboratorio a partir de acetileno, cloruro de hidrógeno, de etileno y cloro. Actualmente, y por polimerización de este cloruro de vinilo, se obtiene el cloruro de polivinilo (PVC), empleando peróxidos como catalizadores. Con aquel descubrimiento, quedaba abierto el camino a la evolución de los plásticos.
En 1869, se inició la producción técnica de celuloide por parte de los hermanos Hyatt, un material que fundía a temperaturas muy bajas que no se transformaba bruscamente en líquido, como los metales, sino que daba una masa plástica y viscosa capaz de adoptar las formas más variadas. Ellos patentaron la primera máquina de inyección del mundo.
En 1904 se inició la producción de galatina. Siguió en 1905 la producción de resinas felónicas o baquelitas.
Otra etapa importante en la historia de los plásticos está marcada por el año 1930, en que se dio un paso decisivo para la verdadera producción en masa de materias plásticas al reconocerse las múltiples propiedades de aplicación.
En 1955, se pudo comenzar la producción de polietileno a gran escala y, en 1957, la de polipropileno.
En 1970, la producción mundial de plásticos se cifró en unos 30 millones de toneladas y en 1980 esta producción se triplicó. En la industria española del automóvil se utilizaron en 1957 aproximadamente 1,1 kg de plástico por automóvil, siendo en 1970 el consumo de más de 50 kg, y en la actualidad, los fabricantes emplean una media de 110 kg por automóvil. Se calcula que para los próximos años, los plásticos utilizados en los vehículos serán aproximadamente el 30% del peso. De este porcentaje, en el interior de los turismos puede llegar al 70%, mientras que en el exterior será del 30%. Así pues, fabricantes y proyectistas, en busca de confort, reducción de peso y de ruidos, emplean cada vez más el plástico en los automóviles. Una simple mirada a los vehículos que hoy en día circulan, nos da una idea de la importancia que ha adquirido la presencia de los plásticos en el automóvil, y cómo han desbancado a los materiales clásicos en aplicaciones impensables hace unos años. Y no sólo en el automóvil, sino en una gran cantidad de productos que actualmente se encuentran en nuestra sociedad.
Los plásticos se elaboran mediante procesos físicos o químicos,y Se obtienen a partir de materiales artificiales, en su mayoría son elaborados en base derivados del petróleo.
Son telas,plásticos, adherentes, recubrientes, pinturas,detergentes, insecticidas, químicos,medicamentos, aceites, grasas, ceras, colorantes,aditivos, y un sin número de substancias que han modificado el mundo.
La elección de un plástico se basa en las solicitaciones a las que va estar sometido dicho material, el coste en la elaboración del material, la resistencia a los agentes atmosféricos, el reciclado,..etc.
La elección de un plástico, para ser incorporado a una parte concreta del automóvil, comienza por las solicitaciones mecánicas a las que va a estar sometido, la facilidad de elaboración que influye en los costes, la estabilidad de sus dimensiones, resistencia a los agentes atmosféricos y químicos, conservación de las propiedades estéticas, posibilidad de reciclado, etc. La mayoría de los plásticos se emplean en el interior del vehículo: salpicaderos, pulsadores, paneles, mandos, etc. Asimismo, la aplicación en la carrocería también está muy extendida: paragolpes, portones, capós, elementos de ornamentación como estriberas, spoilers y alerones. Los materiales plásticos más representativos que suelen incorporar los vehículos son El polipropileno (PP) es el plástico más utilizado, por sus excelentes cualidades y su fácil reciclado.
Las principales razones que han llevado a los fabricantes de automóviles a incorporar plásticos de forma masiva han sido:
La reducción de peso, que puede oscilar del 17 al 50%, consiguiendo con ello aumentar las prestaciones finales del vehículo.
Mayor resistencia a la fricción (cojinetes y casquillos).
Absorción de impactos sin deformarse (paragolpes y otros elementos de carrocerías).
Resistencia a productos químicos y corrosión (depósitos de combustible y de expansión del circuito de refrigeración), etc.
Posibilidad de ser pintados.
Combinar con otros materiales para mejorar la estética del vehículo.
Alta moldeabilidad, que permite conseguir piezas variadas y complejas.
Buenas propiedades de aislamiento térmico, eléctrico y acústico.
Evolución de los elementos sintéticos en el automóvil: En los primeros vehículos que se empezaron a comercializar, el porcentaje de elementos sintéticos que incorporaba era muy bajo. Estos primeros vehículos estaban fabricados en su mayoría por materiales metálicos, lo que les convertía en vehículos muy pesados.
Posteriormente se llegó a a conclusión de que era necesario aligerar la carrocería de los vehículos, para así poder mejorar su comportamiento. Esta situación dio paso a la pareció de las estructuras de aluminio que reducían notablemente el peso del vehículo. El aluminio le aportaba a la carrocería ligereza, pero era menos resistente que el acero, por lo que se están utilizando ciertas aleaciones de acero que reducían el peso sin perder resistencia.
A lo largo del tiempo se ha seguido investigando sobre el uso de nuevos materiales para incorporar en los vehículos, un ejemplo de materiales que se han introducido en el sector del automóvil son los materiales sintéticos. Estos materiales ven aumentando su representación dentro del vehículo se pueden encontrar en muchas piezas del automóvil, como: capó, aletas, paneles interiores y exteriores, paragolpes,...etc. El uso de este material ha ascendido tanto, que actualmente en los vehículos modernos el 20% del peso del vehículo corresponde con materiales sintéticos.
Identificación:
Para diferenciar unos materiales sintéticos de otros podemos utilizar varios métodos:
1.- A través de los gráficos del propio material. Estos gráficos nos indican el tipo de material que es por medio de unas siglas.
Además del tipo de material también podemos detectar cualquier plástico con alguna modificación especial, que le otorga propiedades especiales.
En el interior del material también encontramos unas siglas que nos indican el tipo de plástico, y las cargas y refuerzos que presenta, así como su porcentaje. Un ejemplo de este tipo de clasificación es: PE-G H20 Estas siglas nos dicen que se trata de un polietileno con cargas de vidrio y fibra en un porcentaje del 20%.
2.- Otra forma de identificar los diferentes materiales sintéticos es a través de su comportamiento frente agentes externos: Termoplásticos: este sintético en presencia de un foco de calor se ablanda, y podemos conformarlo y modificar su forma. Termoestables y elastómeros: estos materiales a diferencia de los anteriores, frente a un foco de calor no se deforman, sino que entran en combustión.
4. MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE MATERIALES SINTÉTICOS. (Origen, obtención…
MATERIAS PRIMAS:
En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban con resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites (de semillas), derivados del almidón o el carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados.
A pesar de que la producción del nylon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nylon 11 se fabrique todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo.
Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. Dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón. En general, se considera al etileno, propileno y butadieno como materias primas básicas para la fabricación de una extensa variedad de monómeros, que son la base de todos los plásticos.
PROCESOS PRODUCTIVOS:
INYECCIÓN: Este es el método más utilizado para la producción de componentes de automóviles. El proceso consiste en calentar el material, e inyectarlo en las cavidades de un molde para que adquiera la forma de este. La duración de este proceso depende del tipo de resina utilizada y la configuración de la pieza. Sin embargo este proceso se suele realizar con una cierta rapidez. Además salvo en casos especiales las piezas salen ya totalmente terminadas.
EXTRUSIÓN: El proceso de extrusión consiste en introducir el material en un tornillo sin fin. este material se calentará y saldrá a través de la boquilla con la forma de esta. A la boquilla la podemos acoplar una cuchilla que vaya cortando el producto final, para darle la forma deseada.
conclusión Esta industria DEL PLÁSTICO puede ser objeto de las mas diversas controversias, porque por un lado, produce objetos sin los cuales, el mundo actual no se entendería, pero, por otro lado, es la culpables de la grave contaminación ambiental que padecemos, ya que no se pueden eliminar fácilmente una vez que son utilizados, tal es el caso, de los plásticos, muchos químicos, y muchas substancias que NO son biodegradables, las cuales ya se acumulan por miles de millones de toneladas, en la tierra y en los mares. Nos preguntamos, ahora, si el uso de los sintéticos, nos ha traído mas mal o bien a la humanidad siendo algo no natural, no degradable por cientos de años, que ahoga los mares, ríos y lagos.
Hoy he realizado la practica de afilado de brocas, ya que en el taller hay gran cantidad de herramientas que con el uso pierden filo.
Antes de comenzar , hay que recordar que hay que llevar los Epis como son: el buzo, guantes, botas de seguridad y gafas.
En primer lugar cogemos una broca que este desafilada, en mi caso cogí una broca de 10 mm
La punta de la broca esta casi plana, y esta bastante desafilada.
Para afilar la broca contaremos con una esmeril:
Antes de empezar tendremos que tener en cuenta que la broca deberá tener un ángulo de 120º en el vértice . Debemos dierenciar 3 partes en cada labio de la broca: -El filo
-El centro
-Destalonado
En primer lugar Acercaremos lentamente la punta de la broca hasta que roce ligeramente el filo y separaremos antes que se caliente, ya que si la punta pierde el temple, se desafilará enseguida. Debemos dar roces breves y sin apretar.
Tras atacar un filo de la broca (las brocas tienen dos filos), le daremos al otro.
Es muy importante que la punta de la broca quede simétrica. Así los dos filos comerán por igual, la broca irá más suave y durará más.
Esto es relativamente sencillo de hacer con una broca grande. Con las pequeñas y medianas, tendremos un poco más de dificultad
Este proceso requiere de paciencia y habilidad , al principio parecía mas fácil de lo que pensaba, he conseguido dejar la broca mas o menos bien:
Aunque el resultado perfecto seria este(broca nueva):
TIPOS DE ENLACES QUÍMICOS( DEFINICIÓN,TIPOS, CARACTERÍSTICAS GENERALES...)
Por los conocimientos que tenemos hasta el momento, sabemos que existen al menos 103 elementos en la tabla periódica. Pero en la naturaleza existen mucho más sustancias que esos 103 elementos.
Entonces cabe preguntarse: ¿Cómo interactúan entre sí estos elementos?
Obviamente ha de existir una “forma” en que estos elementos se unan entre sí, para generar más sustancias y compuestos.
• La “forma” en que se unen estos elementos es mediante enlaces.
La llave para la comprensión del comportamiento de la materia está en el entendimiento de los conceptos involucrados en sus enlaces químicos, que pueden ser clasificados en iónicos, covalentes o metálicos.
• ¿Qué es un enlace? Una primera aproximación para interpretar el enlace implica conocer que a principios del siglo XX, el científico Lewis, observando la poca reactividad de los gases nobles (estructura de 8 electrones en su último nivel),sugirió que los átomos al enlazarse “tienden” a adquirir una distribución de electrones de valencia igual a la del gas noble más próximo y a esto se denomina REGLA DEL OCTETO
En palabras muy simples, un enlace es una fuerza que mantiene unidos a grupos de dos o más átomos, de tal forma que hace que funcionen como una sola unidad.para que exista un enlace, necesariamente tiene que existir una gran estabilidad en el compuesto que se ha formado.
Esta definición dice que enlace es la fuerza que existe entre dos átomos, cualquiera sea su naturaleza, debido a la transferencia total o parcial de electrones. De esta forma adquieren ambos una configuración electrónica estable, la que correspondería a un gas noble.
ENLACE IÓNICO.
Es la unión que se realiza entre elementos cargados eléctricamente, es decir,con cargas opuestas (recordemos que los polos opuestos se atraen).Este tipo de enlace ocurre generalmente entre metales y no metalesEn este tipo de enlace los átomos transfieren electrones completamente, pudiendo ser uno o más electrones los que se transfieren.En este proceso de transferencia de electrones se forman iones. El átomo que pierde electrones queda cargado positívamente y se llama catión. El átomo que gana electrones queda cargado negativamente y se llama anión.Ambos iones adquieren la configuración de un gas noble. Las principales propiedades de los compuestos iónicos son:
Altos puntos de fusión y ebullición
Conducen corriente eléctrica cuando son disueltos en agua o fundidos,sin embargo, en estado sólido no conducen la electricidad.
Presentan aspecto cristalino
Gran dureza.
Son sólidos a temperatura ambiente.
Un ejemplo de compuesto iónico, está, ciertamente en nuestras cocinas. Se trata del cloruro de sodio, popularmente conocido como sal de mesa. Esta sal esta compuesta por dos elementos, un metal, el Sodio y un no metal, el Cloro.
Ambos elementos por medio del enlace iónico, adquieren una estabilidad energética, la cual es explicada por la regla del octeto. La regla dice que los átomos con excepción del hidrógeno, adquieren estabilidad al poseer ocho electrones en su última capa.
ESQUEMA DE TRANSFERENCIA DE ELECTRONES
ESQUEMA DE UN ENLACE IÓNICO
NaCl
ENLACE COVALENTE.
En este tipo de enlace, los elementos se unen y “comparten” sus electrones.Se da entre no metales ,o sea, elementos que tienen electronegatividades similares y entre no metales y el hidrógeno.En este tipo de enlace no se forman iones.Al compartir los electrones, comparten la estabilidad que correspondería a un gas noble. En este tipo de enlaces, hay dos tipos de situaciones.
La primera es cuando los átomos que constituyen el enlace son iguales. En este caso, decimos que el enlace es covalente apolar, o sea, sin polos, pues ambos átomos atraen igualmente los electrones del enlace, no existiendo polaridad.
La segunda es, cuando los átomos que constituyen el enlace son diferentes. En este caso, decimos que ella es covalente polar, o sea, ocurre la formación de polos, pues los átomos debido a la electronegatividad diferente entre ellos, atraen de forma diferente los electrones constituyentes del enlace.Las propiedades físicas de los compuestos moleculares se deben no solo al enlace covalente entre los átomos, como también al tipo de interacción entre sus moléculas.
Las principales propiedades de los compuestos covalentes son:
Pueden existir, en condiciones ambiente, en los estados gaseoso, líquido y sólido. Cuando se presentan en estado sólido, poseen puntos de fusión y ebullición más bajos, comparados con los de las sustancias iónicas o metálicas.
Algunas son solubles en agua, otras son solubles en solventes orgánicos y otros aún, son solubles en ambas.
Normalmente, no son conductoras de electricidad, ni siquiera puros, ni aún disueltos en agua. La excepción a esta regla ocurre en el caso de los ácidos, que cuando están en solución, conducen la corriente eléctrica.
Un ejemplo de compuesto covalente apolar es el oxígeno, presente en el aire que respiramos, disuelto en el agua de los ríos y mares en los cuales los peces respirar y en el proceso de combustión de la parafina de una vela
Un ejemplo de compuesto covalente polar es el monóxido de dihidrógeno, conocido popularmente como agua. Considerada un solvente universal, el agua corresponde al 70% en masa de nuestro cuerpo. Ella debería ser un gas, pero debido a la fuerte interacción entre sus moléculas, conocida por “enlace de hidrógeno”, en temperatura y presión ambientes, su estado físico es líquido.
2.EL ENLACE METÁLICO (EN PROFUNDIDAD)
Las sustancias metálicas están formadas por átomos de un mismo elemento metálico (baja electronegatividad). Los átomos del elemento metálico pierden algunos electrones, formándose un catión o “resto metálico”. Se forma al mismo tiempo una nube o mar de electrones: conjunto de electrones libres, deslocalizados, que no pertenecen a ningún átomo en particular. Los cationes se repelen entre sí, pero son atraídos por el mar de electrones que hay entre ellos. Se forma así una red metálica: las sustancias metálicas tampoco están formadas por moléculas. El modelo del mar de electrones representa al metal como un conjunto de cationes ocupando las posiciones fijas de la red, y los electrones libres moviéndose con facilidad, sin estar confinados a ningún catión específico
.
Características de enlace metálico .
En el enlace metálico los electrones pueden moverse en todos los sentidos y esto diferencia al enlace metálico del enlace covalente, ya que en este último los electrones están situados en posición rígida.
Debido a la gran movilidad de los electrones de valencia, los metales son buenos conductores de la electricidad y el calor. También y debido a esta movilidad, los metales presentan brillo.
La ductibilidad y maleabilidad de los metales, son explicables por esta movilidad electrónica.
Pueden deformarse sin romperse
Tienen elevados puntos de fusión y ebullición
Son insolubles en agua
Los metales de un modo general son poco electronegativos, no ejerciendo por tanto, una atracción muy fuerte sobre los electrones de la última capa. Debido a esta característica, el enlace metálico se constituye por la configuración de retículos cristalinos, perfectamente definidos, formados por cationes de carga eléctrica positiva que son neutralizados por electrones, los cuales, en este caso, estarán presos a los átomos más libres, lo que explica gran parte de las propiedades de los metales.
3.CARACTERÍSTICAS DE LOS
MATERIALES METÁLICOS.
Los metales son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad.
Se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos , y en la actualidad constituyen una pieza clave en prácticamente todas las actividades económicas, sin olvidar su enorme importancia en el sector agrícola y en el transporte y telecomunicaciones
los metales son elementos simples que se caracterizan por poseer un brillo especial, por una buena conductividad del calor y de la electricidad, un cierto grado de plasticidad y una tendencia clara a formar cationes (grupos de átomos con carga positiva).
Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas. La extracción del mineral se realiza en minas a cielo abierto si la capa del mineral se halla a poca profundidad.
Se le llama estructura de los metales a la disposición ordenada y geométrica, en el espacio, de los constituyentes de la materia en estado sólido (átomos, moléculas y grupos de moléculas). La estructura está ligada íntimamente con el comportamiento de un metal, por lo que es conveniente efectuar un estudio elemental de la misma.
Hay que considerar dos tipos de estructura,
la cristalina y
la granular.
CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS METALES
Su estado físico es sólido a excepción del mercurio que es líquido.
Presentan un brillo característico en su superficie (brillo metálico).
Son dúctiles (se les puede transformar en alambres) y maleables (se pueden transformar en láminas). Su elasticidad hace que las deformaciones desaparecen cuando se anula el esfuerzo que las provoca.
Son buenos conductores del calor y la electricidad.
Son tenaces (la mayoría de ellos se resisten a la ruptura).Su plasticidad Permite que el material tenga deformación permanente sin llegar a la rotura.
Su densidad es elevada si se compara con las de los no metales.
Se pueden hacer aleaciones (fundir y mezclar dos o más metales).
Al tacto, los materiales metálicos son duros, no adherentes, fríos y muy suaves si su superficie ha sido pulida o tallada.
* Las propiedades físicas se ponen de manifiesto ante estímulos como la aplicación de fuerzas,la electricidad,el calor o la luz. Se da un aumento de volumen que experimentan los cuerpos al elevar su temperatura.
* Propiedades mecánicas: Son las relativas a la aplicación de fuerzas. Cabe destacar las siguientes:Dureza,tenacidad,plasticidad,maleabilidad,ductilidad.
* Propiedades térmicas: Las Propiedades térmicas son las relativas de calor: Conductividad térmica, dilatación, fusibilidad, soldabilidad. * Propiedades eléctricas y magnéticas: Los metales permitan el paso de la corriente eléctrica con facilidad.
* La propiedad química mas importante de los metales es su elevada capacidad de oxidación. Que consiste en su facilidad para reaccionar a la intemperie. Por lo general, se intenta combatir la formación de esta capa de óxido, pues hace que se pierda el brillo y el tacto de la pieza original y provoca un deterioro en sus propiedades mecánicas. * Gravidez: Todos los cuerpos están sometidos a la acción de la gravedad; por lo tanto son pesados. Se denomina peso específico al peso de la unidad de volumen de un cuerpo. Comparando los metales se ve que a igualdad de volumen unos pesan más que otros, como si su masa fuera mas compacta. * Cabe destacar una importante características ecológica de los metales: la mayor de ellos son reciclables, una vez desechados, pueden volver a procesarse y ser utilizados de nuevo
A continuación se presentan una serie de elementos metálicos de la tabla periódica con sus principales CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES FÍSICAS
Y PROPIEDADES QUÍMICAS.
Aluminio (Al)
Es un metal ligero, resistente a la corrosión, dúctil y maleable, se emplea en construcción, en partes para vehículos, aviones y utensilios domésticos, empaque de alimentos, electrónica. Se extrae de la bauxita, la cual contiene alúmina (Al2 O3 ), pero resulta mucho más barato reciclarlo, porque ahorra el 95% de la energía que se utiliza para separarlo del mineral.
Cobalto (Co)
Metal de color azul plateado, esencial para la vida, participa en la coenzima de la vitamina B12. Se emplea en la elaboración de aceros especiales, debido a su alta resistencia al calor, corrosión y fricción. También se emplea como pigmento azul para el vidrio, en la elaboración de imanes permanentes (alnico). Su isótopo radiactivo, 60Co, se utiliza para producir radiaciones gamma utilizadas en el tratamiento del cáncer.
Cobre (Cu)
Metal de color café rojizo que se emplea principalmente como conductor eléctrico, en la elaboración de monedas y aleaciones como el latón y el bronce. Cuando el cobre se carbonata se pone de color verde. Un exceso de cobre elimina las algas del acuario. El cobre es esencial para los seres vivos, porque participa activamente en la síntesis de hemoglobina y ayuda a la absorción del hierro
Cromo (Cr)
Metal de color blanco azulado, se utiliza principalmente en la fabricación de aleaciones especiales y en el cromado de metales para protegerlos de la corrosión. Algunos de sus compuestos más importantes son los dicromatos de sodio y de potasio, Na2 Cr2 O7 y K2 Cr2 O7 respectivamente, utilizados como agentes oxidantes en síntesis orgánica. El Cr2 O3 , óxido de cromo (III), se utiliza en la fabricación de abrasivos y en pinturas, es de color verde.. Los compuestos de cromo (VI) son muy tóxicos y posibles cancerígenos.
Cadmio( Cd)
Es un metal plateado que se obtiene en la refinación del zinc. Se utiliza en la fabricación de baterías recargables NiCd (níquel-cadmio). El seleniuro y telururo de cadmio son semiconductores y se utilizan en la industria electrónica. Se utiliza en la fabricación de aleaciones de bajo punto de fusión. El cadmio es tóxico, carcinógeno y teratógeno. Por ello, se ha reducido su uso en las últimas décadas. El cadmio se puede reciclar, es importante no tirar las baterías recargables a la basura, para evitar la contaminación del suelo y mantos freáticos.
Hierro( Fe)
Metal plateado, cuyas principales fuentes son la hematita (Fe2 O3 ) y la magnetita (Fe3 O4 ). Es el más importante de todos los metales, usado principalmente en la producción de aceros y herramientas. Es un elemento esencial y no tóxico. Participa en los sistemas de transferencia electrónica, en almacenamiento y transporte de oxí- geno, almacenamiento de hierro y en enzimas. La deficiencia de hierro produce anemia. Las mejores fuentes de hierro son el hígado, riñones y carnes rojas. El hierro, se administra por vía oral en sales de sulfato ferroso.
Litio (Li)
El litio es un metal blando, blanco plateado. Se usa en aleaciones (con Al y Mg). En la fabricación de lubricantes o grasas y en la síntesis orgánica. En la producción de baterías de iones litio, utilizadas en teléfonos celulares, videocámaras, relojes, etc. El carbonato de litio se utiliza en el tratamiento de trastornos maniaco-depresivos, aunque cantidades grandes de sales de litio dañan el sistema nervioso central.
Magnesio(Mg)
El magnesio es un metal grisáceo, plateado y relativamente blando. Se utiliza como electrodo de sacrificio para proteger otros metales. Se utiliza en la fabricación de bombillas de magnesio, luces de bengala, fuegos artificiales. En aleaciones ligeras, para rines, fuselaje de aviones y automóviles. El reciclado de las latas de aluminio permite también recuperar el magnesio, porque se encuentra aleado al aluminio. Es un elemento esencial y no tóxico. Al quemarse se obtiene una llama muy brillante (se produce óxido de magnesio).Arde también en presencia del vapor de agua, óxido de carbono, anhídrido carbónico, cloro, bromo, azufre y yodo combinándose.
Manganeso
Es un metal duro, plateado, se utiliza en la producción de aceros. En la fabricación de pilas secas, se usa el dióxido de manganeso, MnO2 . Es un elemento esencial, no tóxico. La química del manganeso está dominada por el ion manganato y el ion permanganato. El KMnO4 es un agente oxidante fuerte y corrosivo para el tejido humano.
Mercurio ( Hg)
Es un metal líquido, plateado. Usado en la producción de cloro e hidróxido de sodio, luces mercuriales, fungicidas, aparatos eléctricos, termómetros, baterías, explosivos, pinturas, amalgamas. Es tóxico, da- ñino por inhalación, ingestión y contacto. Una exposición prolongada o repetida puede ocasionar daño a riñones, cerebro y sistema nervioso, provocando la enfermedad conocida como de Minamata.
Plomo(Pb)
Es un metal blando, de color gris. Usado en acumuladores, cables, pinturas (aunque se ha reducido su uso por su toxicidad), vitrales, soldadura, protector de radiación, vidrio (cristal de plomo), balas. Casi el 80% del plomo utilizado se recicla de acumuladores y fuentes industriales para evitar mayor contaminación. Es tóxico, carcinógeno y teratógeno. El plomo puede causar perturbación de la biosíntesis de hemoglobina y anemia, daño a los riñones, perturbación del sistema nervioso (saturnismo), daño al cerebro, disminución de la fertilidad del hombre a través del daño en el esperma, disminución de las habilidades de aprendizaje de los niños.
Plata y Oro
(Ag) (Au)
Es un metal blando de color plateado. Utilizado en fotografía, joyería, industria eléctrica, vidrio (espejos), aleaciones, monedas, vajillas, soldaduras. El yoduro de plata se utiliza para bombardear las nubes y modificar los patrones de lluvia en determinadas zonas. Es un metal de color amarillo, blando, dúctil, brillante y de gran valor. Se emplea en joyería, monedas, industria electrónica, piezas dentales, aunque formando aleaciones con otros elementos. No tiene ningún rol biológico, no es tóxico. Sin embargo, algunos compuestos de oro, se utilizan como fármacos antirreumáticos.
4.METALOGRAFÍA
En un metal siempre se puede destacar un conjunto mínimo de átomos (cristal elemental), cuya distribución en el espacio es semejante y se repite reiteradas veces. El enlace de tales conjuntos de átomos forma la red cristalina o cristal, constituida por cristales elementales.
La particularidad fundamental de la constitución de los metales es la distribución perfectamente organizada de sus átomos, característica de todos los cuerpos cristalinos.
La estructura cristalinaes la causa a la cual deben los metales una serie de sus propiedades, ausentes en los cuerpos amorfos.En esta estructura, los átomos están ordenados en el espacio según una red geométrica constituida por la repetición de un elemento básico llamado cristal. Las distintas formas posibles de ordenar los átomos en el espacio constituyen redes espaciales diferentes. La mayor parte de los metales cristalizan en las redes siguientes: -cúbica centrada, -cúbica centrada en las caras y -hexagonal compacta. Este tipo de estructura determina las propiedades del metal. Entre otras, el hecho de que la unión entre los átomos sea muy fuerte justifica su gran resistencia, y la posibilidad que tienen los átomos de ocupar otras posiciones estables en la red al ser desplazados por una fuerza exterior, explica la formación plástica.
La mayoría de los metales tienen cristales elementales como
La forma de los cristales dependerá de varios factores:
1.La naturaleza del metal 2.Los tratamientos térmicos a los que se someta el metal 3.La forma en la que se realicen estos últimos
DEFECTOS EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA.
*Defectos atómicos puntuales: debido a la inclusión de átomos intersticiales (interesticio=hueco, son átomos que se colocan en los huecos de la red), o bien a lugares vacantes en puntos de la red o bien a la existencia de átomos extraños en la red. La existencia de defectos atómicos puntuales favorece el fenómeno de difusión (el material tiende a ser homogéneo y a repartir o compensar sus irregularidades) *Defectos atómicos superficiales: en la formación de los metales se encuentran zonas ordenadas (granos) separadas por zonas desordenadas (juntas de grano). El tamaño de los granos determina la dureza de la pieza, y la forma y orientación de los granos produce anisotropía (variación de las propiedades según el plano o eje considerado).
Los metales mas densos, que contienen la máxima cantidad de átomos en un mismo volumen, esto es, tienen distancias ínter-atómicas menores, son los que tienen cristales elementales cúbicos centrados en las caras y hexagonales compactos.
Se conocen catorce redes espaciales distintas las cuales son las únicas formas posibles de ordenar los átomos en el espacio. La mayor parte de los metales cristalizan en las redes siguientes: cúbica centrada, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta.
Dependiendo de la posición de los átomos no situados en los vértices, se puede dar lugar a varias redes cristalinas: Sencilla o cúbica simple, Centradas en el cuerpo, Centradas en la caray Centradas en la base. Con las distintas combinaciones se crean las redes de Bravais:
Movimientos de los átomos. Influencia de la temperatura Las posiciones de equilibrio de los átomos son los vértices de las redes. Si se varía la temperatura, las posiciones de equilibrio se desplazan, y se producen ondulaciones cuya amplitud es proporcional a la energía contenida. Si aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética, y la amplitud también. Así se produce la dilatación térmica. Si la temperatura sobrepasa un determinado valor, se origina la fusión, en la que los áytomos adquieren cierta libertad. En los dos ocurre una variación del volumen.
Creación y desarrollo de los cristales. Los cristales, no pueden desarrollarse regularmente por causa de la tensión superficial del liquido que los envuelve, y por los rozamientos internos y por las interferencias entre distintos cristales que se originan durante su crecimiento. Debido a esto ,cesa el desarrollo del cristal antes de que haya tomado una forma geométrica regular y , en definitiva, se obtendrá un agregado cristalino de granos de forma , dimensiones y orientación diversas.
Estructura Granular: En esta otra estructura, el elemento fundamental es el grano, constituido por agrupación de cristales.Los granos aparecen al solidificarse un metal que se encuentra en estado líquido. Cuando se trata de un metal puro, como todos los átomos son iguales, los granos son de la misma naturaleza. En cambio en las aleaciones, como se mezclan átomos de los diferentes elementos aleados, pueden existir granos distintos. El tamaño y la disposición de los granos constituye la estructura del metal (granular). Esta estructura tiene una gran importancia, ya que las propiedades de un metal (sobre todo las mecánicas) dependen en gran medida de ella. Los granos también se denominan constituyentes de un metal (un metal puro tendrá un solo constituyente). Los granos son de forma irregular y su tamaño oscila entre 0,02 y 0,2 mm.
El número de granos y su tamaño dependen, principalmente:
a) Del proceso de fabricación del metal.
b) De los procesos térmicos a que se haya sometido el metal. Cuanto más rápido sea el enfriamiento, más fina será la estructura obtenida.
Las propiedades de los metales varían de manera considerable en función del tamaño del grano. Propiedades como, por ejemplo, dureza, elasticidad, plasticidad, resistencia a la tracción y al choque.En líneas generales, cuanto mayor es el grano de que está constituido un metal, peores son sus propiedades mecánicas. Esto se debe a que los metales suelen contener una cierta cantidad de impurezas insolubles formadas por óxidos, silicatos, etc. Estas impurezas, bastante frágiles, se concentran formando capas que envuelven los granos y los separan unos de otros. Por ello, cuanto más pequeños sean los granos (cuanto más fina sea su estructura), tanto más duro y resistente será el metal.
La formación del grano va a depender de dos factores: El numero de gérmenes por unidad de volumen del liquido y la velocidad de cristalización a partir de cada germen. Variará el tamaño y la forma del grano en función de estos factores
5.MATERIALES METÁLICOS
El Acero; (descubrimiento, procedencia mineralógica del hierro, importancia histórica, características, propiedades más significativas, estructuras cristalográficas, colores del acero en función de la temperatura)
¿Qué es el Acero?
El acero es una aleación de hierro con una cantidad de carbono que puede variar entre 0,03% y 1,075% en peso de su composición, dependiendo del grado.
Acero no es lo mismo que hierro. Y ambos materiales no deben confundirse. El hierro es un metal relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1535 °C y punto de ebullición 2740 °C.
La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje de carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03% y el 1,075%.
El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas, sobre todo su resistencia.
Existen muchos tipos de acero según el/los elemento/s aleante/s que estén presentes. Cada tipo de acero permitirá diferentes aplicaciones y usos, lo que lo hace un material versátil y muy difundido en la vida moderna, donde podemos encontrarlo ampliamen.
¿Descubrimiento del Acero?
con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.C. la técnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.
Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.
TIPOS DE ACEROS EMPLEADOS EN LA CARROCERIA DEL AUTOMOVIL Y SUS PROPIEDADES Como consecuencia de la amplia variedad de aceros que se utilizan en la fabricación de carrocerías de automóviles, es necesario dividirlos en grupos. El criterio para esa división puede ser en función de su límite elástico, límite de rotura, valores mecánicos o incluso alargamiento. En este caso el criterio que seha elegido para clasificarlos ha sido en función de su límite elástico, resultando los siguientes grupos:
Aceros Convencionales.
Aceros de Alta Resistencia.
Aceros de Muy Alta Resistencia.
Aceros de Ultra Alta Resistencia.
El acero convencional es un acero dulce no aleado, laminado en frío y con un bajo contenido en carbono. Este reducido contenido en carbono le proporciona unas buenas características para el trabajo de deformación en prensas, pero por el contrario su límite elástico es demasiado bajo, por lo que se necesitan mayores espesores para soportar los esfuerzos a los que se someten las distintas piezas, y además en los paneles exteriores se producen abolladuras con facilidad. Su bajo límite elástico lo convierte en un material para usar en piezas con baja responsabilidad estructural (aletas, paneles de puertas, portones traseros, etc).
Aceros de Alta Resistencia: Estos aceros se clasifican en tres tipos en función del mecanismo de endurecimiento que se usa para aumentar su resistencia.
Los aceros de muy alta resistencia obtienen la resistencia mediante la coexistencia en la microestructura final de “fases duras” al lado de “fases blandas”, es decir, se parte de un acero inicial que se somete a un proceso específico, por lo general es un tratamiento térmico (temple, revenido, normalizado…), que lo transforma en otro. En esta categoría se incluyen los siguientes aceros:
Aceros de Fase Doble: Este tipo de aceros presentan una buena aptitud para la distribución de las deformaciones, un excelente comportamiento a la fatiga y una alta resistencia mecánica lo que genera una buena capacidad de absorción de energía y por lo tanto predispone a utilizarlos en piezas de estructura y refuerzo. Su fuerte consolidación combinada con un efecto BH muy marcado les permite ofrecer buenas prestaciones para aligerar piezas. Como consecuencia de sus altas propiedades mecánicas y su potencial de aligeramiento entorno al 15%, en comparación con los aceros convencionales, se usan en piezas con alto grado de responsabilidad estructural como son estribo, el montante A, correderas de asientos, cimbras de techo.
Aceros de Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP): La capacidad de consolidación de estos aceros es importante, lo que favorece la distribución de las deformaciones, y por lo tanto, le asegura una buena estampación, así como ciertas características sobre piezas, en particular el límite elástico, que son mucho más altas que sobre el metal plano. Este gran potencial de consolidación, y una alta resistencia mecánica generan una buena capacidad de absorción de energía, lo que predispone el uso de este tipo de aceros para piezas de estructura y refuerzo. A su vez, esta gama de aceros son sometidos a un importante efecto BH (“Bake Hardening”) que les proporciona una mayor resistencia, y por lo tanto permite aligerar las piezas y aumentar su capacidad de absorción. Estos aceros se adaptan sobre todo a piezas de estructura y seguridad debido a su fuerte capacidad de absorción de energía y su buena resistencia a la fatiga, como son largueros, traviesas, refuerzos de pilar B.
os Aceros de Fase Compleja se diferencian del resto por un bajo porcentaje en carbono, inferior al 0,2 %. Su estructura esta basada en la ferrita, en la cual también se encuentra austenita y bainita. Los aceros CP incorporan además, elementos de aleación ya convencionales (manganeso, silicio, cromo, molibdeno, boro) y microaleantes para afinamiento de grano(niobio y titanio), que les confieren una estructura de grano muy fino. Este tipo de aceros se caracterizan por una elevada absorción de energía acompañada de una alta resistencia a la deformación Por su alta resistencia a la deformación, las piezas que se fabrican con este tipo de acero son aquellas que tienen como misión evitar la intrusión de elementos en la zona de pasajeros así como en los habitáculos motor y maletero. Un ejemplo de la aplicación de este tipo de aceros en la carrocería del automóvil es el refuerzo del pilar B.
Aceros Bake-Hardening: Estos aceros han sido elaborados y tratados, para conseguir un aumento significativo del límite elástico durante un tratamiento térmico a baja temperatura, tal como una cocción de pintura. La ganancia en su límite elástico conseguida por el tratamiento de cocción, llamado efecto “Bake Hardening” (BH), es generalmente superior a 40 MPa. El efecto “Bake Hardening” ofrece una mejora en la resistencia a la deformación y una reducción del espesor de la chapa para unas mismas propiedades mecánicas. Estos aceros se emplean en piezas de panelería exterior (puertas, capós, portones, aletas delanteras y techo) y piezas estructurales para el automóvil (bastidores inferiores, refuerzos y travesaños).
Los Aceros Mircroaleados o Aceros ALE se obtienen mediante la reducción del tamaño de grano y precipitación del mismo, y en algunos casos, de forma selectiva se añaden otros elementos de aleación como titanio, niobio o cromo que confieren propiedades de dureza. Este tipo de aceros se caracterizan por una buena resistencia a la fatiga, una buena resistencia al choque y una buena capacidad de deformación en frío. Estos aceros se usan sobre todo para piezas interiores de la estructura que requieren una elevada resistencia a la fatiga, como por ejemplo los refuerzos de la suspensión, o refuerzos interiores. También se pueden encontrar en largueros y travesaños.
Aceros Refosforados: Son aceros con una matriz ferrítica, que contienen elementos de endurecimiento en la solución sólida, tales como fósforo, cuya presencia puede ser de hasta un 0.12 %. Estos aceros se caracterizan por ofrecer altos niveles de resistencia, conservando al mismo tiempo una buena aptitud para la conformación por estampación.Las piezas fabricadas con esta clase de acero se destinan a usos múltiples, como piezas de estructuras o refuerzos que están sometidas a fatiga, o piezas que deben intervenir en las colisiones como son largueros, travesaños o refuerzos de pilares.
El aluminio; (descubrimiento, procedencia mineralógica, características, propiedades más significativas, estructura cristalográfica).
Empezaremos explicando el proceso de obtencion del aluminio.
El aluminio es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre (8%) y uno de los metales más caros en obtener. Una parte muy importante de la producción mundial es producto del reciclaje.La materia prima a partir de la cual se extrae el aluminio es la bauxita. Es un mineral rico en aluminio, entre un 20% y un 30% en masa, frente al 10% o 20% de los silicatos alumínicos existentes en arcillas y carbones. Es un aglomerado de diversos compuestos que contiene caolinita, cuarzo óxidos de hierro y titania, y donde el aluminio se presenta en varias formas hidróxidas como la gibbsita Al (OH)3, la boehmita AlOOH y la diásporo AlOOH. La obtención del aluminio se realiza en dos fases:
la extracción de la alúmina a partir de la bauxita (proceso Bayer) y
la extracción del aluminio a partir de esta última mediante electrolisis.
Cuatro toneladas de bauxita producen dos toneladas de alúmina y, finalmente, una de aluminio. El proceso Bayer comienza con el triturado de la bauxita y su lavado con una solución caliente de hidróxido de sodio a alta presión y temperatura. La sosa disuelve los compuestos del aluminio, que al encontrarse en un medio fuertemente básico, se hidratan.Los materiales no alumínicos se separan por decantación. La solución cáustica del aluminio se enfría luego para recristalizar el hidróxido y separarlo de la sosa, que se recupera para su ulterior uso. Finalmente, se calcina el hidróxido de aluminio a temperaturas cercanas a 1000 °C, para formar la alúmina.El óxido de aluminio así obtenido tiene un punto de fusión muy alto (2000 °C) que hace imposible someterlo a un proceso de electrolisis. Para salvar este escollo se disuelve en un baño de criolita, obteniéndo una mezcla eutéctica con un punto de fusión de 900 °C. A continuación se procede a la electrólisis, que se realiza sumergiendo en la cuba unos electrodos de carbono (tanto el ánodo como el cátodo), dispuestos en horizontal. Cada tonelada de aluminio requiere entre 17 y 20 MWh de energía para su obtención, y consume en el proceso 460 kg de carbono, lo que supone entre un 25% y un 30% del precio final del producto, convirtiendo al aluminio en uno de los metales más caros de obtener. El aluminio obtenido tiene un pureza del 99,5% al 99,9%, siendo las impurezas de hierro y silicio principalmente. De las cubas pasa al horno donde es purificado mediante la adición de un fundente o se alea con otros metales con objeto de obtener materiales con propiedades específicas. Después se vierte en moldes o se hacen lingotes o chapas. El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas, y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en un faceta importante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial.Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario.La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir de productos usados de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado.Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar una revisión y selección de la chatarra según su análisis y metal recuperable para poder conseguir la aleación deseada. La chatarra preferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o se fragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte. La preparación de la chatarra descartando los elementos metálicos no deseados o los inertes, llevarán a que se consiga la aleación en el horno de manera más rápida y económica.El residuo de aluminio es fácil de manejar porque es ligero, no arde y no se oxida y también es fácil de transportar. El aluminio reciclado es un material cotizado y rentable.
Caracteristicas mecanicas del aluminio:
es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable.
En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural.
Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.
Aqui se muestran las diferentes propiedades que tienen el aluminio y el acero. Una propiedad a resaltar es el peso del aluminio que es mucho mas ligero que el acero.
Uno de los primeros diseños que usaba una estructura totalmente de aluminio fue construido por una compañía de Noruega llamada Bjerring. Solamente llegaron a fabricar cuatro prototipos antes de que el señor Raufoss se hiciera con el control de la empresa e intentara transferir los avances desarrollados por la tecnología de estructura espacial de aluminio al diseño de automóviles y autobuses. Este proyecto no se pudo llevar a cabo por la falta de recursos y tecnología (estamos hablando de los años 30).El primer automóvil fabricado usando una carrocería y estructura íntegramente de aluminio fue el Panhard Dyna, un prototipo realizado en Francia en 1954. Este vehículo estaba propulsado por un motor de dos tiempos pero pesaba solamente 629 kilogramos y podía llevar a 6 personas.
Durante los años siguientes, surgieron nuevos modelos como el AC.Ace y el Cobra que combinaban una estructura espacial de acero con una carrocería formada por piezas de aluminio remachada sobre dicha estructura, usando un proceso denominado Super-Ligero que había sido ya patentado.
En el año 1999 se presentó en el salón de Frankfurt un exhibición sobre prometedores desarrollos del aluminio, como es el caso del Audi A8 realizado con la tecnología SpaceFrame, que mas adelante se explicará, y mas tarde aplicada al Audi A2. Esta nueva tecnología también esta siendo usada por Mercedes (SLR), BMW(Z8) y Fiat (Múltipla).
Los fabricantes de automóviles están realizando numerosos esfuerzos para reducir el peso de sus automóviles y para ello recurren a la utilización del aluminio. Pero para estos fabricantes, no solo es importante la reducción de peso para reducir las emisiones de gases por necesitar menos gasolina, sino para satisfacer la demanda de los clientes, como es el caso de las camionetas (EEUU) o todoterrenos (Europa) los cuales son vehículos muy pesados.
El aluminio en la fabricación de automóviles tiene su origen en la utilización de este material para desarrollar diferentes elementos mecánicos. Su uso más generalizado se centraba en la fabricación de bloques de motor, culatas, elementos de refrigeración, llantas, cunas de motor, entre otros, por su fácil mecanización, ligereza, buen comportamiento frente a la corrosión con el oxigeno y sus buenas cualidades para la evacuación de calor de dichos elementos. Una excepción a esta generalización, es la firma Rover, ya que utilizo el aluminio para la fabricación de carrocerías (no así bastidores), debido a que una vez finalizada la segunda guerra mundial, motivado por la crisis económica provocada por esta contienda el acero era estrictamente racionado y en cambio había excedente de aluminio.
Una carrocería de automóvil fabricada en aluminio en lugar de en acero, puede reducir el peso alrededor de 100 a 150 kg. La ligereza en el automóvil es un factor muy importante ya que cada 100 kilogramos de reducción de peso en un automóvil suponen una reducción del consumo en torno a 0,35 litros cada 100 kilómetros, y unas emisiones de CO2 de 8,8 gramos menos por kilómetro. Así mismo, el uso del aluminio para la fabricación de la carrocería de automóvil también mejora el rendimiento de los mismos, ya que los coches más ligeros, tienen una mayor aceleración y además necesitan una menor distancia para frenar. Hasta hace unos años, se podía ver modelos, pero de cierta exclusividad montando carrocerías de aluminio, Honda NSX, Ferrari, Jaguar, sin embargo, en los últimos 15 años se han ido incorporando piezas de aluminio a los elementos de la carrocería, siendo el aluminio el metal más utilizado después del acero. Vehículos fabricados en grandes series como el Audi A8, Audi A2, el BMW Serie 5 y el Renault Vel-Satis, son ejemplo de estructuras total o parcialmente construidas en este material. Desde el año 2000, se comenzó a incorporar de forma generalizada piezas exteriores de este material en; capós, aletas, paneles de puerta e incluso techos. En la carrocería de un automóvil la pieza que más frecuentemente se fabrica en aluminio es el capo, se consigue una reducción media de peso respecto de un capo de acero de un 40%, aunque el coste económico del mismo sea aproximadamente un 50% mayor.
Ventajas e inconvenientes del aluminio frente a los aceros de última generación en el automóvil.
Las principales ventajas del aluminio son:
Peso: El aluminio es ligero, con una densidad de un tercio de la del acero: 2,700 kg/m3.
Resistencia:El aluminio presenta una resistencia a la tracción de entre 70 a 700 MPa dependiendo de la aleación y del proceso de elaboración. Los perfiles extruidos de aluminio con una aleación y un diseño apropiados pueden llegar a ser tan resistentes como el acero estructural.
Elasticidad:El módulo de elasticidad (módulo de Young) del aluminio es un tercio que el del acero (E=70.000 MPa). Esto significa que el momento de inercia debe ser tres veces mayor en una extrusión de aluminio para lograr la misma deflexión que un perfil de acero.
Facilidad de conformado: El aluminio posee una facilidad de conformado óptima, una característica que se aprovecha al máximo en la extrusión. El aluminio también se puede soldar, curvar, estirar, punzonar y fresar.
Resistencia a la corrosión:Una fina capa de óxido se forma en contacto con el aire, lo que brinda una excelente protección contra la corrosión aun en ambientes agresivos.Esta capa se puede fortalecer aún más mediante acabados superficiales como el anodizado o el recubrimiento con pintura.
La elevada reciclabilidad: El aluminio es reutilizable casi ilimitadamente, evitando los residuos y protegiendo con ello el medio ambiente. También conviene saber que es el metal de mayor presencia en la superficie terrestre, y que sin embargo el proceso de obtención del aluminio necesita una alta cantidad de energía en comparación con otros metales como el acero, pero esta cantidad de energía se reduce en gran medida en el proceso de producción secundario, en el reciclaje, factor que se tiene en cuenta por la industria a la hora de ahorrar dinero en forma de energía.
El aluminio tiene algunos inconvenientes frente al acero:
La temperatura de fusión: La temperatura de fusión del aluminio es muy inferior a la del acero, además la capa de alúmina que se forma en la superficie de la pieza posee una temperatura de fusión muy elevada (2050C) en comparación con los 660C del aluminio, lo que es un impedimento grave para la obtención de soldaduras correctas, así pues, habrá que eliminarla para poder realizar una soldadura adecuada.
Posee mala reparabilidad: Las piezas de aluminio son difíciles de reparar, tanto a la hora de soldar, por lo visto anteriormente, como cuando se va a reparar una pieza que resulta dañada por un impacto, ya que se produce un endurecimiento del material, provocando una mayor rigidez y una mayor dificultad a la hora de desabollarlo. Las herramientas que se emplean en los trabajos con piezas de aluminio, deben ser especiales y sólo utilizadas para este material, ya que si no corren el riesgo de que se contaminen con otros materiales, pudiendo provocar una corrosión de contacto en el aluminio.
El aluminio tiene un precio muy alto si lo comparamos con el acero pero en la actualidad el aluminio se esta imponiendo en el automovil gracias a las multiples ventajas que tiene sobre el acero.
conclusión
Como hemos podido apreciar a lo largo del trabajo los metales juegan un rol importante en nuestras vidas de sociedad civilizada y no nos damos cuenta, no nos ponemos a pensar de que muchas de las cosas que nos rodean, muchos artefactos que usamos, muchas cosas que están con nosotros en nuestro hogar están hechos de metal o son aleaciones de otros.
Casi ninguno de los lujos que nos damos hubiese sido posible si el hombre no hubiese conocido la propiedad de los metales como grandes conductores de electricidad. Si el hombre no hubiese dominado los recursos que la naturaleza le disponía estaríamos viviendo en la más absoluta penumbra y descomunicación.
únicas formas posibles de ordenar los átomos en el espacio. La mayor parte de los metales cristalizan en las redes siguientes: cúbica centrada, cúbica 
