QUIMICA INORGANICA

Cap. V. MetalesProf. Ing. Genaro Rodriguez C.

SUMILLA DEL CURSOConceptos y Consideraciones GeneralesSistemas Acidos/Base y Disolventes No AcuososEl Estado Solido InorganicoQuimica Elementos RepresentativosMetalurgia. Metales grupo 1 y 2Quimica de los Metales de TransicionQuimica de los Complejos de Coordinacion. Quimica de los Compuestos OrganometalicosTemas Especiales.

Los metales. Clasificacion. Metalurgia. Aluminio, Estano, Plomo. Ocurrencia, obtencion, propiedades y aplicaciones.Metales del grupo 1 y 2. Ocurrencias, obtencion, propiedades y aplicaciones.CAPITULO V: LOS METALES

Elementos de la primera Serie de Transicion: Cr, Fe, Co, Ni, Cu. Estado Natural, Propiedades. Metalurgia y Aplicaciones.Elementos de la segunda Serie de Transicion: Mo, Pd y Ag. Estado Natural, Propiedades. Metalurgia y Aplicaciones.Elementos de la tercera Serie de Transicion; W, Pt y Au. Estado Natural, Propiedades. Metalurgia y Aplicaciones.Grupo puente:Zn, Cd y Hg. Estado Natural, Propiedades. Metalurgia y Aplicaciones.CAPITULO VI: LOS METALES de TRANSICION

CAPITULO 7: QUIMICA DE LOS COMPUESTOS DE COORDINACION 7.1 Introduccion. Estructura y numero de coordinacion. Nomenclatura

7.2 Estereoisomeria y estabilidad de compuestos de coordinacion.

7.3 Teoria de enlace de compuestos de coordinacion.

CAPITULO 8: COMPLEJOS ORGANOMETALICOS8.1 Introduccion. Propiedades Clasificacion8.2 Consideraciones de enlace y estabilidad.8.3 Metodos de formacion de los compuestos organometalicos8.4 Propiedades y principales reacciones

Capitulo 9: Temas Especiales de Aplicacion9.1 Sintesis de Sales, Oxidos, Acidos y Alcalis 9.2 Quimica del Vidrio y el Cemento 9.3 Quimica de la Ceramica y Refractarios 9.4 Quimica del Hierro y Aceros 9.5 Quimica de los Metales en los Sistemas Biologicos

BIBLIOGRAFIAHuheey J.: Quimica Principios de , HarlaDemitras: Quimica Inorganica, PHManku G. S.: Principios de Quimica Inorganica, Mc Graw HillSmart Moore: Quimica del Estado Solido Cotton y Wilkinson Quimica Inorganica BasicaCotton y Wilkinson Quimica Inorganica AvanzadaGary Miessler: "Inorganic Chemistry",C. Valenzuela: Introduccion a la Quimica InorganicaAnder y Sonnessa: Principios de Quimica, Introduccion a los Conceptos Teoricos

CLASIFICACIN DE LOS METALESG.S. Manku, Principios de Qumica Inorgnica, 1988, pag. 391 a 427.METALES DEL TIPO ISe presenta en la Naturaleza como sales solubles (cloruros, carbonatos o sulfatos).METALES DEL TIPO IISe encuentran principalmente en forma de carbonatos y sulfatos insolubles (sin embargo, la epsonita, MgSO4.7 H20, es soluble)METALES DEL TIPO IIISon los elementos ns2, np1, d1, d2 y d3, Cr y Mn. Electropositivos, existen principalmente como xidos y xidos mixtos.

METALES DEL TIPO IVSe presentan fundamentalmente como sulfuros y en sus estados atmicos, poseen orbital d llenos; en una frecuencia menor se presentan como xidos. Los metales de este tipo son: Mo, Fe, Co, Ni, Cu, Ag y los metales postransicionales del bloque p.METALES DEL TIPO VEstos son metales no reactivos y existen en la naturaleza como elementos libres. En virtud de los potenciales de oxidacin bajos y de la inestabilidad de sus xidos y sulfuros, estos elementos no tienen ningn compuesto estable que se presente en forma natural. Ej. Au, Pt.

Principales Minerales Elementos nativos: Au, Ag, Cu, Pt, S, C(diamante), C( grafito)Sulfuros y Sulfosales: PbS, ZbS, calcopirita, HgS, FeS, pirargiritaOxidos e hidroxidos: Corindon, rutilo, Fe3O4, cromita, limonitaHaluros: halita, fluorita, silvinitaCarbonatos: CaCO3, CaMg(CO3)2, FeCO3, MgCO3Nitratos y boratos: salitre, boraxSulfatos y cromatos: baritina, yeso, epsonitaFosfatos, arseniatos, vanadatos, wolfraniatos, molibdatos: apatita, scheelita, mimetita Silicatos: circon, micas, caolinita, MgSiO3, SiO2

METALES ALCALINOS: SODIO:

SODIO: PROPIEDADES FSICAS

MAGNESIO: Ocurrencias

Mg:Propiedades fsicas

ALUMINIODensidad: 5,9 g/mlT de fusion: 933,52 kT de ebullicion: 2 740 kResistividad electrica Ohmm : 2,6548 E-08 a 293 KAbundancia en la corteza terrestre: 82 000 ppmOcurrencia: Bauxita (Al2O3hidratado), Corindon (Al2O3 anhidro), Arcillas y aluminosilicatos (mica)Produccin: 15,0 E06 Tm /ao

Produccion de Aluminio

Obtencin del Aluminio ( Proceso Hall-Heroult )Se hace la electrolisis con ayuda de fundentes,(Criolita Na3[AlF6], luego de purificar la Bauxita.Catodo: Fe carbonizadoAnodo: GrafitoRxs: Catodo: 4 (Al3+ + 3 e- Al (l)) Anodo: 3 (C (s) + 2 O2- C02 + 4 e-)--------------------------------------------------------Rx Neta: 4 Al3+ + 3C(s) + 6 O2- 4 Al(l) + 3 CO2(g)

Proceso ALCOAConvierte el Al2O3 a AlCl3, se funde y la electrolisis es con menor energia.Rx: 2 Al2O3 + 3 C(coque) + 6 Cl2 4AlCl3 + 3 CO22 AlCl2(l) 2 Al(l) + 3 Cl2(g)

Aun asi por el metodo de electrolisis es caro, por lo que se recicla, baja el consumo energtico.El reciclado alcanza al 25% de la produccion del metal.

PROPIEDADESForma iones Al3+, pero acta como anftero (posee propiedades qumicas no metlicas). En forma estable se halla (AlH3)n, acta como agente reductor en qumica orgnica. El LiAlH4 reactivo fuerte, reductor en grupos funcionales NO2, CN, COOR.Por su alto p.f. se emplea en revestimiento de hornos y ladrillos refractarios. Reacciona con los lcalis liberando H2, produciendo Al(OH)3 y Al(OH)4- Forma los llamados Alumbre: principalmente el K2SO4.Al2 (SO4)3.24H2O, los hay tambin alumbre crmico, alumbre amoniacal. El NaAlO2, slido blanco, que se prepara agregando Al en exceso a una solucin concentrada de NaOH.

APLICACIONESAleaciones ligeras (Cu, Mn, Si, Mg, Zn), en la industria, aereonutica, construccin, etc.Pinturas metalizadasConductores elctricosEspejos pticos de telescopioFabricacin de explosivos y PirotecniaPAPEL BIOLGICO: Implicado en la demencia senil (Alzheimer), Txico

COMPUESTOS IMPORTANTESAl2O3 : Utilizado como absorbente y como abrasivo. Se emplea en la fabricacin de refractarios, materiales cermicos, aisladores elctricos, piedras semi preciosas (zafiro, rub) y cemento Prtland.Al(OH)3 : En Medicina como anticido.AlOHCl2 : Desinfectante y antitranspiranteAl(BH4)3 : Reductor muy enrgico. Componente de combustibles de cohetes.Al(NH4)(SO4)2 : Se usa en la depuracin de agua potable (como agente floculante), en tintorera (mordiente) y como acidificante del suelo.

Ingeniera que trata de la transformacin fsico qumica de los minerales para la obtencin de productos metlicos.

Los minerales pueden ser de procedencia no metlica como metlica.

Los mtodos de obtencin pueden ser a gran o pequea escala. Minera pequea, mediana y gran minera. En forma subterrnea o a cielo abierto.

Procesos actuales involucran tratamiento de residuos por medio cidos alcalinos y/o biotecnolgico.METALURGIA

1) Explotacin de las materias primas2) Concentracin de la mena3) Fundicin y/o Separacin4) Refinacin5) Tratamiento de residuos / recuperacionesEtapas en los procesos metalurgicos

Establecimiento del yacimiento. Definicin de la potencia y ley del mineral.Acarreo del mineral constituido por la mena (parte til) y la ganga (parte no utilizable)Preparacion fsica (uso de molinos y obtencin de la malla de liberacin) 1) Explotacin de las materias primas

a)Mtodos qumicos: Operaciones de hidrometalurgia Lixiviacin de las menas. Fusin con compuestos qumicos. b)Mtodos fsicosProcesos de flotacinDestilacin, Destilacin fraccionadaPrecipitacin fraccionadaEquilibrio de particin, Separacin por gravedadSeparacin magntica, Separacin radiactiva2) Concentracin de la mena

Se utiliza para menas de concentracin baja. Los aspectos cinticos son la desventaja principal. Se ha desarrollado con tcnicas de Intercambio Inico y Extraccin por solventes. Ej. Cu, U.Las menas de calcopiritas y piritas con H2SO4 diludo en presencia de O2 atm, se forma lixiviados de SO4= de Cu(II) y de Fe (II).La lixiviacin de la zincita con H2SO4 diludo da lugar al ZnSO4.7 H2O, adecuado para la recuperacin del metal por electrlisis.La lixiviacin de la menas argentita, Ag2S con NaCN al 1%, da lugar a una solucin de AgCN. La disolucin de partculas de Au y Ag con NaCN, en presencia de aire forma cianocomplejos solubles.a) HIDROMETALURGIA

Se basa en el principio de modificar la superficie de las partculas del mineral en tal forma que las partculas del mineral se adhieren a las burbujas de aire y flotan con ellas en la superficie en donde pueden estar separadas. Las partculas de ganga se sedimentan en el fondo del tanque que se utiliza para la separacin. En los proceso de flotacin de espumas se utilizan tipos de agentes qumicos: - Espumantes - Colectores o acondicionantes-Activadores - Depresoresb) PROCESO DE FLOTACIN

PIROLISIS Se utiliza en forma comercial para xidos de Hg, Ag, en contacto con un filamento caliente de Tungsteno (W). Se utiliza para obtener el B, W y Zr en estado puro.AUTOREDUCCIN DE LA MENA En algunos casos la mena de sulfuro parcialmente oxidada es capaz de actuar como un agente reductor para un sulfuro liberando al metal. Ej.: Cu, Pb, Sb.REDUCCION QUMICA Los xidos metlicos pueden reducirse por un gran N de agentes reductores de fcil disponibilidad como el: C (grafito): Zn, Cd, Sn, Bi, Sb, Mg, Fe, Co, Ni, etc. Al (Aluminotermia) : Cr, Mn H2 (reduce xidos): Co3O4, NiO3) Fundicin y/o Reduccin Qumica

TOSTACION: fundicin de un compuesto por debajo de su p.f. en presencia de aire. Elimina impurezas. Reduccin parcial del metal CALCINACION: Reduccin completa del oxido del metal.ELECTRLISIS DE LAS SALES FUNDIDAS El mtodo principal para reducir los elementos fuertemente bsicos como el Na, Mg, Al, Ca y K es la reduccin electroltica.REACCIONES DE DESPLAZAMIENTO Cualquier elemento puede desplazarse de sus soluciones por otro elemento que se encuentre ms alto en la serie electroqumica.3) Fundicion y/o Separacion

Refinacin electrolticaMtodo de fusin, destilacin y cristalizacinRefinacin oxidativaMtodos de descomposicin trmicaRefinacin por zonasMtodos cromatogrficos- Absorbentes de superficie activa- Cromatografa de particin, de gasesExtraccin con disolventesTeora de la extraccin con disolventesQuelatos metlicos, Asociacin de ionesMtodos de intercambio inico4) Refinacion