INTRODUCCIÓN:
Los metales se obtienen de la extracción de minerales Fe, C, Ni, Cr, Al, Br, Pb, Ag sometidos a calor para ser fundidos en estado líquido utilizando procesos de reducción, separación de impurezas y refinación, para iniciar la solidificación
Al material solidificado se conoce como lingote y es la primera operación que sufren los metales. Las operaciones siguientes se conocen como moldeadoras y pueden ser:
a) Forjado. Golpeteo con martillo
b) Laminado: corte en forma de laminas
c) Extrusión: paso a presión del metal fundido que al enfriarse se consolida
Propiedades: resistentes a tensión y compresión, conductividad térmica y eléctrica; ductilidad, dureza, tenacidad, resistencia al impacto, propensos a la corrosión. Los principales productos aplicados a la ingeniería civil: VIGAS, RIELES, TUBERIAS, PLACAS, LÁMINAS, ACERO DE REFUERZO, MALLA, ALAMBRES.
PROPIEDADES DE LOS MÉTALES.
Son relativamente pesados: Su representación de fases es casi sólida con un porcentaje muy pequeño de vacíos (<3%), y las densidades de sus componentes sólidos de 4 a 8(gr/cm3)
Buenos conductores de calor y electricidad. El tipo de enlaces que se forman son de tipo metálico por lo cual sus electrones no están unidos sino que existe una interacción entre ellos que permite el paso de la electricidad y calor.
DUCTILIDAD.
FRAGILIDAD.
DUREZA.
MALEABILIDAD
TENACIDAD
PROPIEDADES PERIÓDICAS.
1. Radio atómico: Distancia del núcleo al nivel más externo en un átomo.
2. Energía de ionización: Es la energía requerida para quitar un electrón a un átomo gaseoso neutro de un elemento en estado fundamental. Los datos se proporcionan en kcal/mol o bien kJ/mol.
3. Afinidad electrónica: Es el cambio de energía asociado con el proceso en el cual se agrega un electrón a un átomo gaseoso en su estado fundamental.
4. Electronegatividad: Es la capacidad que tiene un átomo para atraer el par electrónico de un enlace.
Las propiedades de los metales se pueden dividir en tres grandes categorías:
Propiedades Mecánicas
Propiedades Físicas
Propiedades Corrosivas
Los metales se pueden clasificar de acuerdo a su composición química en:
Material
Principales Propiedades
1. HIERRO PURO
contiene 0.0% a 0.0088% de carbono
Es duro y frágil
2. ACERO
I) ACERO AL CARBONO
a) Hipoteutoide (bajo al carbono entre 0.008% a 0.8% de carbono), se calienta a temperaturas mayores de 912° C
-Se calienta a temperaturas mayores de 912°C para ser maquinados
-Son dúctiles tanto en frío como en caliente, resistentes a tensión y compresión, tenaces
b) Hipereutoide (alto en carbono entre 0.8% a 2.0% de carbono)
-Se calienta a temperaturas mayores de 738°C para ser maquinados
-Son resistentes a tensión y compresión, duros, resistentes a la abrasión y desgaste, se utilizan en herramientas cortantes y cojinetes
II) ALEACIONES
a)De acero inoxidable
b)Acero martenitico
c)Acero manganeso
3. HIERRO COLADO
2. 0 a 4.3 % de carbono. Se emplean en estado líquido para llenar moldes con formas geométricas deseadas
a) HIERRO GRIS contiene entre 2.4% y 4.5% de carbono
Material no maleable, sonduros, frágiles, resistente al desgaste utilizado en fundiciones porque se puede maquinar
b) HIERRO BLANCO contiene entre 2.0% y2.55% de carbono
Resistente al desgaste, superficialmente duro
c) HIERRO COLADO DUCTIL.
En estado líquido se agrega magnesio, es muy dúctil de fácil maquinado y capacidad de fundición.
4.MATERIALES NO
FERROSOS
ALEACIONES
a) aleaciones de aluminio
Ligero, buen conductor térmico, dúctil, se puede trabajar en caliente y frío, punto de fusión de 660°c con temperaturas de trabajo menores a 300°C
b) Aleaciones de magnesio
Difícil de trabajar sin agrietarse
c) Aleaciones de cobre
Buena conductividad térmica y eléctrica, alta resistencia a la oxidación, gran ductilidad.
d) Aleaciones de níquel
5.SOLDADURA
a)Por presión
b)Por fusión
OBJETIVO ESPECÍFICO:
El alumno conocerá y determinará la reactividad de metales utilizados en los procesos de construcción en el campo de la Ingeniería Civil, utilizando la información que le proporciona la tabla periódica, y la observación del comportamiento de dichos materiales en las reacciones químicas a realizar.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
I. UTILIDAD DE LA TABLA PERIÓDICA.
Revisa la información proporcionada en la clase teórica de la asignatura de Química y utilizando la tabla periódica contesta las siguientes preguntas.
1. Ubica en qué período se encuentran el magnesio, fierro, cobre, zinc, y aluminio y determina cuál es su diferencia en su radio atómico:
Mg: Periodo 3 Radio Atómico: 220 pm
Fe: Periodo 4 Radio Atómico: 126 pm
Cu: Periodo 4 Radio Atómico: 128pm
Zn: Periodo 4 Radio Atómico: 139pm
Al: Periodo 3 Radio Atómico: 125pm
a) ¿El elemento que tiene mayor radio atómico es el más resistente?
R= NO
b) Dependiendo de tu respuesta, ¿será también el que tiene menor grado de oxidación?.
R=NO
c) ¿De qué otras propiedades dependen las características de los elementos?
R=De la distribución electrónica en los diferentes niveles, por ello; todos aquellos que tienen igual número de electrones en su último nivel presentan propiedades químicas similares, correspondiendo el número de período en que se encuentra ubicado, al del último nivel con electrones y el número de grupo guarda relación con la cantidad de electrones en la última capa.
2. Consulta la definición de electronegatividad y anota cuál es su valor de dicha propiedad para cada uno de los metales citados, y contesta lo siguiente:
R=La electronegatividad es la medida de la capacidad de un átomo (o de manera menos frecuente un grupo funcional) para atraer a los electrones, cuando forma un enlace químico en una molécula
Mg: electronegatividad 1.31
Fe: electronegatividad 1.83
Cu: electronegatividad 1.9
Zn: electronegatividad 1.65
Al: electronegatividad 1.61
a) ¿Cuál pierde más fácilmente electrones considerando su posición por período y luego por grupo?
R= Por grupo el más electronegativo seria el Al y por periodo el Mg y Al
b) Indica en orden de mayor a menor cómo es su grado de oxidación.
R= Cu +1 +2
Mg +2
Zn +2
Fe +2+3
Al +3
3. Con la información anterior ¿podrías determinar por qué se utiliza en la construcción de varillas el metal fierro en lugar de cobre o aluminio?
R=En primer lugar por la resistencia que aporta el hierro y en segundo lugar por los costos, es más barato el fierro que el cobre
4. ¿Por qué se prefiere el zinc en lugar de cobre para elaborar tubos de fierro galvanizado?
R=Porque se para aprovechar la galvanización de debe de verter un metal de carga menor sobre uno de carga mayor
5. ¿Por qué se utiliza el magnesio en el recubrimiento de estructuras marítimas?
R= La posición relativa de los dos metales en esta serie da una buena indicación de qué metal de la pareja es más probable que sufra corrosión con menor rapidez.
6. Consulta el peso atómico del aluminio, cobre y fierro, así como su dureza, de acuerdo con estos datos ¿por qué se utiliza fierro para la obtención de acero en la producción de vigas?
R=Peso atómico del Cu: 63,546 ± 0,003 u, con índice de dureza de 3
Peso atómico del Fe: 55,845 ± 0,002 u, con índice de dureza entre 4 y 5
Peso atómico del Al: 26,981539 ± 0,0000008 u, con índice de dureza de
El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.
7. Investiga el coeficiente de dilatación del acero y del aluminio y complementado con la información obtenida en la pregunta número tres, contesta ¿cuál elemento se oxida más fácilmente el fierro o el aluminio?,(el hierro) de acuerdo a tu respuesta ahora escribe que sucedería si se fábrica:
a) Concreto reforzado con aluminio.
R=La estructura no tendría un buen soporte ya que el aluminio es muy liviano
b) Concreto reforzado con acero.
R=Aquí pasa lo contrario, el acero seria muy pesado, esto daría demasiado peso a la construcción
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Electronegatividad y energía de ionización
-Material y Equipo:
Gradilla
5 tubos de ensaye
5 pipetas graduadas de 5ml
Disoluciones de:
Hidróxido de sodio 2%
Ácido sulfúrico 2%
Sulfato de cobre nitrato de plata 2%
Nitrato de plomo 2%
Fragmentos de:
Mg
Cu
Fe
Al
Zn
Pb
-PROCEDIMIENTO:
2.1. Etiquetar cada tubo de ensayo con cada una de las disoluciones que se va a emplear y colocar 1 ml. de c/u de éstas, en el tubo correspondiente.
2.2.Adicionar un fragmento de metal sin agitar de la forma que se indica en la tabla siguiente:
2.3. Observa la disolución con el metal durante dos minutos y anota tus observaciones (la coloración que adquiere cada fragmento, cuáles elementos modificaron su color, cuáles fueron desplazados, etc.,).
CUESTIONARIO
1.- De acuerdo a los resultados observados contesta lo siguiente:
a) ¿Cuál metal es el más adecuado para colocar en infraestructura marítima que pudiera proteger al concreto?
R= El acero con protección catódica
b) ¿Cuál metal es el más adecuado para utilizarlo en herrería si estuviera expuesto a la lluvia ácida?
R=El acero inoxidable
c) ¿Es rentable utilizar tubería de plata en lugar de cobre para instalaciones hidráulicas?
R= No por el costo que hay entre los dos metales por lo que el cobre es económico y un buen metal para instalaciones hidráulicas.
d) En la protección catódica del fierro es más adecuado por funcional y barato el magnesio o el zinc?
R=El zinc
e)¿Es recomendable continuar utilizando piezas de plomo en instalaciones hidráulicas?
R= No porque el plomo es toxico para la salud del ser humano.
CONCLUSIONES:
La práctica fue acerca de las diferentes reacciones que pueden tener los metales usados en ingeniería civil bajo diferentes disoluciones, esto puede ayudar a saber que metales son los más eficaces para cada labor o destino de uso.
Se dio a entender con esta práctica que las características de los materiales o elementos usados dependen aparte de su ubicación en la tabla periódica, de la distribución electrónica en los diferentes niveles.
Las diferencias en las reacciones de deben a las características de cada metal.
Baca Alcántara Ricardo
BIBLIOGRAFÍA
1.. Romero Florencia Bonnet; Delgado Mtz. Mariano "Química" Edit. Harla Oxford University Press. 1993
2. G. F. Liptrot "Química Inorgánica Moderna Edit. C. E. C. S. A. 1992.
Sustancia
Mg
Fe
Cu
Zn
Al
Pb
NaOH
Hubo un ligero cambio de color, ya que este es una base y limpia impurezas.
De igual manera le dio un toque de brillo.
Le dio más brillo limpiando todas las impurezas que este metal tenia.
Le dio un ligero toque de brillo.
El fragmento de Al comenzó a burbujear teniendo desprendimiento de Hidrogeno.
En este hubo un ligero toque de brillo, se decoloro y de igual manera burbujeo.
H2SO4
Hubo un cambio de temperatura y un burbujeo más brusco.
Se dio el desprendimiento de Hidrogeno
Hay desprendimiento de Hidrogeno
Todo el fragmento se rodeo de burbujas.
Toque de burbujeo.
Burbujeo ligeramente.
CuSO4
Burbujeo y desfragmento toda la parte corroída.
Oxido totalmente al clavo
Le dio un toque de brillo, hay desprendimiento de hidrogeno.
Cambio de color debido a que lo oxida.
Se dio un pequeño desprendimiento de hidrogeno.
El desprendimiento de hidrogeno se dio a mayor escala.
AgNO3
Al contacto con la solución se desintegro.
Se creó una mancha negra en el fragmento del metal.
Se desintegro muy rápido.
Al contacto con la sustancia se desintegro.
No hay reacción muy visible.
Se desintegra de igual manera pero en un lapso mayor.
Pb(NO3)2
Se desfragmento pero muy lentamente.
Desprendimiento de Oxigeno.
No hay reacción visible.
Ligero burbujeo.
Solo un toque de burbujeo.
Pocas burbujas.
PRACTICA 2
Baca Alcántara Ricardo
