Autor: @madridbg, a través de Power Point 2010, utilizando imágenes de dominio público.
Saludos estimados miembros de la plataforma #hive, sirva la presente entrega para seguir abordando los fundamentos detrás de la química aplicada. Mediante esta entrega estudiaremos lo referente a los metales de transición, centrando nuestra atención en el uso del titanio como material súper resistente que juega un papel preponderante en la industria aeroespacial, así como en el área médica asociado a los trastornos traumatológicos.
Como ha sido constantes en mis publicaciones, este tipo de material lo compartiremos con las comunidades @stemsocial, @stem-espanol y @cervantes, quienes son tendencia en el apoyo de contenidos asociados al uso de la ciencias y su implementación en nuestra cotidianidad.
INTRODUCCIÓN
Los metales de transición han desempeñado un papel fundamental en nuestra historia debido a que a través de estos hemos logrados construir grandes edificaciones, además de generar equipos de primera mano, que nos permiten tener una mejor calidad de vida. Si bien es cierto, estos metales son conocidos desde nuestra antigüedad, donde el hierro y el cobre son los principales exponentes que han marcado una historia en el proceso evolutivo de las civilizaciones.
En la actualidad, el uso de la química detrás de estos metales ha crecido notablemente de cierta forma a causa de la demanda que realizamos como sociedad que se ha adaptado a estilos de vida sofisticados y de consumismo. Entre las aplicaciones que se le han dado a este tipo de sustancias químicas podemos mencionar:
1. Proceso de manufactura del acero, donde cada día se utilizan más de 2.2 millones de toneladas de hierro en la obtención de esta aleación.
2. Fabricación de aviones de propulsión a chorro, donde el titanio es fundamental debido a su resistencia al calor, su dureza y a lo liviano que tiende hacer el material.
3. Elaboración de prótesis altamente resistentes, no tóxicos y que no admiten el proceso de corrosión.
4. Utilización en procesos catalíticos que permite la síntesis de otras sustancias químicas como el ácido sulfúrico.
En este sentido, son muchas las aplicaciones que se le puede dar a los elementos que se encuentran en la parte central de la tabla periódica, es por ello que dedicaremos nuestra atención a explicar químicamente el comportamiento y usos de los elementos de transición, centrando nuestra atención en el uso del titanio y las propiedades tan deseadas que exhiben los materiales elaborados en función de este elemento.
GENERALIDADES DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN
Al hablar de los elementos de transición, tenemos que hacer mención a un aproximado de 50 sustancias que exhiben propiedades diferentes pero que desde mi perspectiva resulta fascínate su estudio. Electrónicamente se les conoces como elementos de capa d y f ya que el llenado mediante espín, se da con la terminación completa o incompleta de estas dos capas electrónicas.
Fig. 2. Representación de la capas de valencia electrónica Autor: @madridbg, a través de Power Point 2010.
Químicamente los elementos de cualquier periodo de la tabla periódica se leen de izquierda a derecha, como consecuencia es de esperarse que el número atómico y las carga nucleares aumenten gracias al llenado de las capas de valencias externas. Sin embardo, los elementos de transición no cumplen con esta premisa y su comportamiento es inusual es por ello que observamos a nivel de tabla periódica que las cargas nucleares aumentan del escandio al cobre, donde los electrones se suman a la capa (d) más interna provocando un apantallamiento de los electrones de la capa (s), lo que genera que el radio atómico disminuya progresivamente.
Esta característica hace que los metales de transición tengan propiedades atractivas para el hombre, ya que los mismos presentan una coloración inusual, tienen la capacidad de formar complejos de coordinación, pueden estar presentes en actividades catalíticas sin afectar el rendimiento de la reacción química y presentan facilidad para formar iones complejos. Sin duda, son propiedades sobresalientes que no presentan el resto de los elementos de la tabla periódica de allí la importancia del estudio de los mismos.
Fig. 3. Método de la lluvia para determinar el llenado de las capas electrónicas.Patricia.fidi
Estructuralmente, los metales de transición presentan una organización molecular compacta, también conocida como empaquetamiento compacto, el cual le otorga rigidez, densidad y puntos de fusión y ebullición elevados. La propiedades químicas de mayor relevancia son el número de coordinación que tiende hacer 12 y el radio atómico relativamente pequeño, propiedades que permiten explicar los enlaces metálicos que forma, el mismo les confiera su dureza característica a estos elementos.
LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN DE MAYOR RELEVANCIA PARA LA SOCIEDAD
En este apartado de la temática centraremos nuestro estudio en los elementos que han marcado una historia en nuestra sociedad, productos a los incontables usos que les hemos dados históricamente, entre ellos destacan el cromo, el hierro y el cobre.
Haciendo referencia al cromo podemos mencionar que su nombre se atribuye a la palabra griega chroma cuyo significado es color, se obtiene del mineral cromita (FeCr2O4), el cual se presenta en forma de óxido metálico, este material es la materia prima fundamental en la elaboración de acero inoxidable el cual es una mezcla de cromita con carbón generado un aleación ferro-cromada altamente resistente a la corrosión y donde se utilizan aproximadamente el 30% de cromo.
Además de su empleo en la elaboración de acero el cromo se utiliza coma capa protectora para algunos objetos debido a su capacidad de pulimento y a la protección que proporciona frente a la corrosión.
Por su parte, el hierro, es uno de los elementos más abundantes de nuestra corteza terrestre, esta presenta en nuestro proceso evolutivo estructural y biológico, debido a que se corroe con facilidad frente a las envestidas del ambiente y el tiempo, se combina con otros metales como el manganeso, vanadio y cromo, para generar aleaciones de acero altamente resistentes a la corrosión.
El mineral característico para su obtención es la hemetita (Fe2O3) y la magnetita (Fe3O4) las cuales se combinan con coque a elevadas temperaturas y se extrae el hierro con un porcentaje elevado de pureza. Por su parte en los sistemas biológicos, esa presente formando un complejo de coordinación que mucho conocemos como hemoglobina, la cual es responsable del transporte de oxígeno en nuestro torrente sanguíneo.
Fig. 4. Trozo de magnetita. Rojinegro81
De igual forma el cobre, es uno de los metales de mayor uso en nuestra sociedad, el mismo está presente en todos los sistemas de comunicación alámbricos que se han creado en nuestro planeta. Se obtiene a través del minera calcopirita, (CuFeS2) el cual para la obtención del metal debe ser convertido en sulfuro de cobre a elevadas temperaturas el cual se reduce con aire caliente en cobre en su estado fundamental.
Gracias a su elevada conductividad eléctrica y al potencial de oxidación negativo, este elemento se utiliza en la elaboración de tubos para agua, conductores eléctricos, acuñación de monedas, entre otros, el cual no se corroe con facilidad.
EL TITANIO COMO SÚPER METAL DE FABRICACIÓN TECNOLÓGICA
La palabra titanio deriva del griego titanes, que simboliza fuerza y poder, así es este elementos, es el noveno más abundantes en nuestra corteza y se puede encontrar en el mineral ilmenita (FeTiO3), si bien es cierta su abundancia en el planeta es alta, su obtención en estado puro es complicada y costosa, por los cuales se han venido desarrollando técnicas para tal cometido desde mediados de 1950.
De acuerdo a sus propiedades, es considero como un metal con una altamente resistente, que tienes un punto de fusión de 1668 °C, si lo comparamos con el acero, tiene mayor dureza y lo mejor es 45% más ligero, propiedad que se atribuye a su densidad relativamente baja (4.51 g/ml).
Por lo general, se utiliza en forma de aleación, combinándolos con vanadio y aluminio donde se obtiene unos de los mejores materiales para la industria metalúrgica, el cual responde de excelente forma en relación resistencia / peso. Debido a esta utilidad el Titanio es el mejor aleado para la industria aeroespacial y es el principal componentes estructural de las aeronaves y los motores de propulsión a chorro, donde se emplean aproximadamente 90 toneladas en el armado de un avión del tipo Boeing 787.
Fig. 5. Boeing 787 estructuralemente una aleación de titanio. pkozmin
La química del titanio es sorprendente y en muchos casos contradice los fenómenos naturales debido a su elevada reactividad frente al aire, el mismo en forma de polvo arde frente a corrientes de aire, pero el metal es totalmente inmune a este y a la corrosión, fenómeno que se produce gracias a la formación de una capa protectora de óxido de titanito.
Esta capa hace que el metal no se vea afectado por el agua de mar, ni los acido altamente oxidantes como el ácido nítrico o las bases como el hidróxido de sodio. Debido a esto tiene un uso fundamental en la elaboración de prótesis o articulaciones médicas, además de sus usos en plantas químicas y en equipos de desalación, entiéndase como aquel proceso donde se eliminar restos de sales de los sistemas de agua.
Fig. 6. Placa metálica construida en base de titanio metalico . Christoph Meinersmann
Sin duda, este elemento es fundamental en el desarrollo tecnológico que hemos venido presentando como sociedad y el mismo nos ha permitidos la construcción de edificaciones y equipos de última tecnología que nos facilitan de cierta forma nuestro tiempo en el planeta.
APORTES DE LA TEMÁTICA
Como pudimos observar a través de esta líneas de escritura los elementos de transición han desempeñado en papel fundamental en nuestro proceso evolutivo, por lo cual esta publicación nos permite comprender la utilidad de estas sustancias desde un punto de vista químico, pasando por los adelanto que se tienen hoy en día sobre el uso del titanio a nivel aeroespacial y a nivel medico cuyas propiedades fisicoquímicas le otorgan una gran utilidad a estos elementos.
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
[1] Chang, R. (2010). Química. Decima edicion. McGraw-hill Interamericana editores. ISBN: 978-607-15-0307-7.
[2] McMURRY E., John y Fay C., Robert. (2008). Química general. Quinta edición PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009 ISBN: 978-970-26 1286-5.
[3] Ralph, H. Petrucci, William S. Harwood, E. Geoffrey Herring. (2003). QUIMICA GENERAL. Octava edición. PEARSON EDUCACIÓN. S.A., Madrid.
[4] WADE,LEROY. (2011). . QUÍMICA ORGÁNICA. VOLUMEN 2. SÉPTIMA EDICIÓN. PEARSON EDUCACIÓN, MÉXICO, 2011 ISBN: 978-607-32.()793•5. ÁREA: CIENCIAS
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