SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE

Para la Formación Básica de Técnicosen el area Matalmecánica

MATERIALES Y SUS PROPIEDADES

PRIMER TOMO

oí5 - Üa}

SENASubdirecci6n General de OperacionesDIVISION DE INDUSTRIA

UNIDAD PARA LA FORlaACION BASIGA DE TECNICOS

EN EL AREA META LMECANICA

Elaboró:

Coordino:

Revisó:

Mi si.ón Técnica Alero

División de Industria

Ing. Freddy Vivas of. Asesor

ana

Cr'

E

Noviembre de 1976

Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional.

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Página

YEMA PROPIEDADES OE LOS uxTnKÍXLns

lPropiedades Tecnológica.s , «- ;

1. 1 Materiales maleables1 . 2 Mp.termales coníorm%bees. en -frio1. 3 Materiales fundibles1. 4 Materiales soldables1, 5 blet:eriales coníormablesPropi.edades mecánicasZ. l Resistencia2. 2 DurezaZ. 3 Ela'3ticidad2. 4 Ductilidad2. 5 Ten.acidadZ. 6 Fragilidad2, 7 Duración en caliente2. 8 Resistencia en calientePropiedades químicas3. 1 La resistenci.a a la corrosión3.-2 La resistencia 41 calorPropiedades fi'sacas

22

Z2223333

3

33

44

4444

2

3

4

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TEMA CLASIFICACION DE LOS.:MATERIALE S7

8

89

10

13

] . Denominación de varios mate.dale.s : . « .

2. C].asificaci6n de los materiales según característicastécnicas

3. Ejercicios de coordinación

TEMA LA ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES

1. E! estado amorío2. Estructura cristalina más coníúñ3. Alotroplá

Página

15TEMA ESTRUCTURA DE .LA MATERia

l2

Constitución de la materiaModelos del atoroz. l El al;olmo de Rutlierfoi'd2. 2 El atenlo de Both2. 3 Modelo de SommerfieldE)rotan, neutron, electrónPe so atómicoIsótopos

E]. Átomo 161616!717171819

20

3

45

TEMA SISTEhIA PERIODICO DE LOS ELE'MENTOS

l2

Gene r alidade sGripcas y periodosZ. l Grupos2. 2 Peri(odo=#Mátales en el SPE

21

2223

3

TEMA LAS REACCIONES QUIMICAS EN EL PROCESO DELALTO HORNO 29

303131

1. FormiLci6n de los seductores2. Reducción de los 6xidos de hierro3, Carburaci6n del hierro

Telli(A ACIDOS-BASES-SALES 34

3536363636

!

Z

AcidosBasesZ.. ! Base fue rte2. Z Base débil2. 3 NEomenclaturaSale s3, !

3Nomenclatura 37

38

39404141

TEMA LA ELEGTROLISIS

lZ

Gene r alidade sLeyes de.la electr61isis2. 1 Pfirnera22. 2 Ley de Falta.da.y

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L

Página

TEMA nLECTKCLiTós 43

444445

! . Generalidades2. Clasificación de los solutos3. Clasificación de los electrólitos

TEMA El AGUA 47

48484950

1 . Generalidades2. Tratamiento del agua3. Importancia del agua4. El agua como disolvente

TEMA ELEMElqTOS COMPUESTOS ]b/IAS IMPORTANTES 52

l23

4

OxígenoHidrógenoCarbono3. 1 Compuestos del carbonoAzufre

5353545556

[TEMA OBTENSION DEL }nERRO 57

58596060

64

l23.45

Gene ralidade sDescripción del alto hornoAnexos del alto ho rnoCarga del alto hornoZonas del alto horno

TEMA FABRICACIÓN DEL ACERO

l2

G ene ralidade sAfino con aire u oxigenaZ. l Convertidor BessemerZ. 2 Afino en convertidor Thomas2. 3 Proceso LDA fino sobre solera3, 1 Acero martin - Siemens3. Z Hornos eléctricos

6565657073747478

3

l

TEbÁA F-ROFIEDADES DE LOS MATERIALES

DISTRIBUCION: 1. F'ropiedades Tecnológicas

2:.- F ropiedades ['Zecánicás

3.: .P ropiedade 6 (''ulrlhicas

4¿ Prapi.edáde : ..; .' ], Fi'sigas:

OBSERVA.CISNES: DIDÍ'CT;CAS Floja de Tz'abajo HOTBibliográfra: G rever; l l;'-' e rk stoííkunde ,

FI.ut Koch, Technologie,3talñ lÍermanns, Arceit-bl.otter M.etall, [']ett

[

2

l PROPIE DADES TECNOLOGIA AS :

Con respecto a la. elaboraci6nl 'muestran los l,l&tcfialcsdiferentes propiedades tecnológicasSe distinguen

1 . 1 Mlateriales Maleables

Que se pueden conforrr,ar en caliente (forjar, lami-nar en caliente) : acero , cobre , latón, aluminio,aleaciones de a,lur7+inioEnsayos de la n''aleabilidadl ensayo de doblado encallen.tel enla)ro de :recalcadol ensako de aplanar«ien10

1.2 Materiales ConíorTxlables en frio

(doblar, la«,har; el«butir en frio) : cobre. plomo,acero. zinc, estáñó, latón la,-l.finado, &luT-vninio.

Ensa9oa de la confort«abilidad en frio : ensayo deplegádo} ensayo de ílexi6n alternativa, ensayo derebo+'d'eedo, ensayo de e,'nbuti¿i;ón

1 . 3 Materiales Fundibles

Hierro fundido, plod'v'\o, zinc, estaño, aleaciones delcobre y de los r"y'letales ligeros

1 . 4 Maten.des Soldables

Por soldadura de fusión o de presión

1. 5 Mate:.riales Condor,«ables

Por arranque de virutasl por cerrar, taladrar, tornear, fresa,r, licuar

Z PROPIO DADES h4ECANIC AS

Z . l Re.sistencia

Del material a la destrücci6n por esfuerzos de dife-rentes 'cla,ses : tracción, co«.presión, pandeo9 flexión,tor sión, ciza]].arTliento«.l

2 . 2 Dureza

Resistencia que opone uñ'Cuerpo a''ser penetrado porotro

2 . 3 . .E !a úticidad

Propiedad que tienen los v«atcFi&les para recobrar susdir«ensiones a]. l.c.e.li.q.!. ],a.:fpe.rza que lo deíor,«a

2 . 4 Ductilidad

Es la facilidad para transíor« arse en hilos

Z . 5 Tenacidad

Es la propiedad que tíene un «.ateTial de sufrir deforo-ación antes de la rotura

2. 6 Fragilidad

El n-aterial roen:lne sin deíor«.arse, aunque se hacoT-ynprobado que antes de.:ro«.per suÍ;q una pequeñadeíor«. ación

Para verificar las r,,encionadas propiedades r«ccáni-cas existen ensayas nor«.ali.dadosPara la tuxcHic& tav'«bién son de gran i«-portancia laspropiedade s

4

Z. 7 Duración en Caliente

Se requi.ere para berra-.lentas «.uy forzadas que nodeben perder su con.aistencia de corten unas veceshasta la candencia rojo oscura

Z . 8 Resistencia en Caliente

Ace.ros de construcción resistentes tienen resistenciaa esfuerzos per'"r'anehtes... adn...po,VRetidQS a tev«pera-turas sobre 400oC.,.

3 PROPIE DADES QUlb/IC AS

Las propiedades qui:'nicks vv'iás i«.portantes' en la técnicason3.1 La resistencia a la corrosión

Es .decir la resistencia a la descol«posición de laa.uperfigie''.contra..ataques qul'Tric.os de aire? agua!ácidos

3 . 2 La resistencia al Calor

E : (decí!' lár regis:ten¿ia a- la aRidación a altas te«-per acura s

4 PROPIO DADES FISICAS

4. 1 Densidad

4. 2 Dilatación tér«.ica

4.3 Punto de fusión

4.4 Conductividad térmica y eléctrica

5

[Telli.A= Propiedades de: ló$ materiales HOT

l Ordene la lista de propiedades anotando la letra inicial delrespectivo grupo de propiedades: tecnológica, mecánilca,quítnicái:físi¿a: ; ' : -' , -

},dále agilidad

Dureza

3ns.i.da.d.

Ela.dticidad

Soldabilidad

Denomine los ensayos

Resistencia

a la torsión

a la corrosión

al calo: []

pandeo .[1::]que muestr:an los croquis

q

'a$ ,.2;-' ')t$a,',,.

Z

Estos ensayos de taller permiten juzgarde los materiales

3. Coordinar coñ los croquis las respectivas clases de esfuerzos

[:.

4. Com plete las definiciones :

4.1 !''Dureza'' signo:fica la resistencia de un material a

6

4.2 lIEl&sticid&d'' significa la posibilidad del materialbajo un esfuerzo. p eJ' tracción y vol

de s cargánd olo .

5 Coordinar las propiedades mecánicas: ''F ragilidad'', ''Ductilidad'' y ''Tenacidad'' en las siguientes definiciones:

5.1 Habilidad del material de deformarse bajo una cargade tracción, se define Gordo

5.2 Un material que puede deformarse mucho antes de serdesti.undo por esfuerzos exteriores tiene

5.3 Un material que no permite deíormacionfuerzas exteriores hasta la rotura tiene

6 Ordene los materiales anotados según las respectivas carajterísticas, con las cifras de 1 hasta 4 ( 1 = bueno, 4 = muymalo)

P

Dure z& Tenacidad Fragilidad Elasticadad

1:ac ero de construc cien

caucho

acero templado

fundición gris

   

  baj o e$-

7

TEbÁA CLASIFICACION DE LC.3 J\ZATERIALE $

DIET RIBUCION: L

2

3

Denominación de varios materiales

Clasificación de !o$ materiales segúncaracterrstic a s téczücas

Ejercicios de coordinación

OBSERVACIONES DIDACTICAS ')e hace una colección de mal;erialesconocidos por los alumnos, estrutu-rando ].a. lista y compleündola conins;tluaciones que de el !nstructor. Alfinal se les entrega a los alumnosla Floja de Trabajo HOT!3ibliograíi:a: ;(och, Einíuhrung ín

die, Tecnologia, -ot&mCreven, '// erkstofíkundeXP.'erkstoíí prufung, Fut

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TE i /iA ; ]:,A ES+RUCTÜRA CRISTALINA DÉ LOS hÁETALES

Oi:S'tRiBU(ilÓW 1. El;estado :,morbo . elÍ'::lplos

2. Estra¿tula cristalina más coman

3. AÍotropra=e>mplo

aE.SERVACIONE$ 'DiDACTiCAS Hoja de tl'=.L.ájo

Bibliografía: íngenie riá rYletalúrgi(ia=Rayxnond A..F:ig gin sTomo l

0/

Clasificación de materiale s HOT

bAarque con X lo correcto

1. Al grupo de los metalesi)e nene c en :

2 . Al grupo de los materialeskinte rizador pe rtenecen:

ABCDE

3

C obr eMaderaLubric anteAceroF undici6n gris

A [:] DuroplásticosB l l OxicerámicaC r''l Acero fundidoD l : l . }/letal duroE LJ Aluminio

L. :

lx/letal duro e s un 4. F'uDdiCióEi gris es un

«L Meta]. forros oNlaterial sinterizad.oMate dal sintéticoMetal no fe groso

A l i Metal duroB ['] Metal no íerrosoC 1 1 Metal ferrosoD [ l Material metálico

Describa en cortas y precisas palabras a que grupo peneRecen los materiales d.e las siguientes piezas:

Balde plástico

bÁtuela abras iva

Lámina de ac ero

Anillo de oro

Ray(5n de acetato

Aceite lu.bricante

L-A ESTRUCTURA CRISTALlINA DE L'OS ;METALES

1 . E L ESTADO AMDRF'O

Las sustancias sc pueden clasificar c)mo aniorías icristalinas. En el estad.J am.irfo, lis átom)s se en-cuentran mezcla.d)s en una manera c)mpletamente de-sordenada y sus p)siciones no guardan relación especrfica c)n la rle $us vecinos .La estructura cristalina , por su parte c)asiste de át)mos dispuest)s según un .)roen ge)métrica regularLa disc)sia')n vara'a rle un& a )tra distancia

Todos los s51idos vera.aden)s $ n de natruraleza cris-talina. Este hacho el4)liga..:ha;$tg;.giefl;2..punto su rigidez,ya que el irdenamiento de átim)s siguiendo un petr.5nge)métric.i, hace más difilbil la distorsión de la estruc-tura de un s 51id) .

La estructura amaría es propia de tod)s l.is líquidos, yaque l)s átirn)s se pueden m)ver fácilmente c)n rcspect)a l.)s demás átomos, quest) que no se sujetan a un pa-trón t3redeterrninado.

Entre las sustancias am)rías s31id.as, tenemos El vidrio,

l2

4'

Cuando un lilquido puro se solidiíica, durante ese proceso, losátomos toman pasicione.s sigyie.ndo. un patrón geométrico do-te reinado .

F'IG. l

2 . ESTRUCTURAS. CRllSTALINAS MAS COMUNES.:t

RED CUB IC A CENTRADA RED CUBICA DE RED HEXAC .ARAS CENTRADOS GONAL DENSO

VanadioM. olibde n o

TungstenoHie r ro (>.

C r om o «X

CobrePlataDroAluminioHierro )'Plomo

li ====, $gNQ«el #Platino

B e TilioI'Áaagne sioCincCadaioC obalto .X

Níquel GI.

\3

3 ALDTR OPiA:

Un eletnéntio que quedé existir. én alas de üna forma cris-talina; :sé" llarña alotr6$i¿ó. Cada forma ¿ristaliná se lla-ma un e atado cristalino .

Lá alotropi'á, no es"más que la propiedad que tiene un la-tex.i.al...de. existir en Varias íoi'mas cristalinas .

Es"t&$ «estructuras cristalinas aparecen en función de la temperatura y soñ reversibles a cualquier cambio de ella

Ejemplos: Fe OL- ,Co l

1. En el caldo metálico los átomos:

Se mueven l sin regularidad,

tienen una colocación ordenada

2. ix4etale6...en estado.. sólido tienen una estructura.-. am.otra/cris-talina

[

[ q2t

i4

Despreciando provisionalmente las demás escalas , . interpre-te en la curva de enfriamiento áe hierro, el punto de tem-peratura. 1536oC (use ]as ]Zneas\. Enfriando el hierro sufrecambios de estructura en el estado .sólido. Ponga las le-tras.)¿ y 'l)/Uen ].os respectivos círc'filos .

4. El hi.erra existe en el estad.o sólido- en más de una/ en unasola- forma cristalina. Esta propiedad se llama

5. Explique la diferencia entre hierro ;í:2< y hierro (5)'' con res-pecto al orden de los átomos en la red (completar los croquis)

P. -0

C(j-/'"'\

/(.»--

Hie rro o¿.. ni..,., J'

Red Cúbico Red Cúbic a.

6. En el esquema de redes (5.) 1os puntos simbolizan los centrosde los átomos vecinos. En continuación se produce la formacióngeométrica

'JLa empaqueta.dura atómica e$ más densa en. el hierro Latransformación cristalina ,>Í'"-l,.. .:;-C efectúa una va.nación del volumen:

- disrninuci6n :/' incremento -.-

7 En [ os nleta]es, ].os cristales crecientes se impiden mutuamentePor eso los cris.tales metálicos son de lim.itación irregular. Sellaman «« .L o gran.os. La. imagen inicrosc.épica. muey'ra la metálica o bien los y sus

.]

15

TEMA E STRUCTURA DE ,A ]ÜATERIA

DUST RIBUC10N: 1.

2.

3.

Á

5

C onstituci6n de la maten'ia.

modelo $ de atomos

Protón , Neutron, Electrón

F, e so .Atómic o

l sÓtoPO s

l6

l CONSTITUCION D.E LA MATERlIA: EL ATOM/(O

Es la mínima parte de un cuerpo o sustancias simples quese puede obtener por rrleáios quúnicos. Se supone que losátomos actuan entre $1' y sin dividirse en las reaccionesquítnicas, en el momento mismo de una reacci(5n y cu&nrlose dice que tal 9 cual cuerpo sc encuentra en estado na-ciente o e s'Lado i ùnico .

El átomo absolutamente conf3iderando en sí' mismo es unaentidad sun)amante pequeña.; cuy) peso distilxto cn cada sustanda, ha podido deterininarse oor nxétodos indirectos

EVOI..UCIC)N DE l..AS..ll)Ea.S.:SOBRE .EL ATObñtO. En el siglo V antes de la era criso.lana los *z!=.11ion IAnaxag51'as deClasomene, Le-asipo de Miloto. y prlpqipalmente Dem5critoDe Abriera discípulo de a.cuellos íun.da:)n cl atomosmo; osea, ]a teoría que imaginaba. a...toda.s ].as cosas compuestasde átomos o partículas inai.'visibles de materias. Tal ideaestaba rodeada de muchos errores propi)s de aquellostiempos .

Aristóteles de Estagira con $u genial idea dél Hilemorfis-mo hundió en el olvid) la teoría. atomista durante muchosañ)s, El hilemoríismo afirma que todo cuerpo consta demateria prima y de forma sustancia,l; dualismo que bien en-tendido se puede aplicar a cualquier cuerpo por m.músculoque sea lo mismo pcn.ra sustancias compuestas que a los máselementales corpusculos de los que resultó compuesto elAtorno .

2 b40DELOS DE L AT O}.AO

2.1 EL ATDMO DE RUTFIERFDRD: En 1893 THOMSON pro-puso que el átomo podía ser con.liderado caido una esfe-ra de ca.rga eléctrica ponia.iva con !os electrones negati-vos encajamos en ella. En 1911, e! {:'=peril'Rento de Rutherfordconsistió en '' DOiv]B.ARDE.l\R '' una ].ámina metálica conpartículas alia provo'iientc's (le una fuente radiactivaSi la carga positiva estra'yierl dis''-rit-usda uniformementea través de todo el átomo (seg\ln lo proponía Thomsn''.)las partícula,s alia. n.o sufrid'a.n ihay)r desviación ya quela repulsión e.je=cidca For los átomos sería practicamen-te la misma en tod.as direcciones. Rutherford encontrèque algunas partí'cala.s suí:í'an desvía.clones considerables,de lo que concluyó que !a carga positiva no estaba dis-tribuida unira:nieinente en el átomo, sino que este con-siste'a en t.nñ parte cen'ural positiva (nucleo) y electronesmega'ivor que gii'eban a su alrededor

2. 2 El ÁTOMO DE BOHR. En 1973 el fi'pico daries NielsBohr propuso un rxlodelo atómico que observaba ciertasdiíicu].traes encontradas en e]. modelo Rutherford. Enefecto la mayor de tales dificultades era que el adornode Rutherford supozli:dlos elementos ) o electrones enmovimiento alrededor del nucleo, lo que haría que perdieran energia (toda carga en movimiento) siendo cada;vez más íu3rtcmente a'ural'dos por el nucleo. De esteuiodQ llegarle un mmonlento en que chocan'an con él loque no ocurre en !a realidad.

La tauri:b de Bobi: consiste'a en que la energia total deun electrón está cuan+.izada, es decí: que no puede te-ner sino ciertos valores definidos valores cue corres-ponden a los llamados niveles de energía. La energía3e estos nixreles ;va aumentando a medida que se dejan:lel grupo de mode, que cuando un electrón salta a un ni.vel imás interior emite o libera energy'a absorviendo enel salto contrario. En. este IUtirno caso la energy'a ab-sorvida debe ser suministrado del exterior como porejemplo poz' medio de energy:b, ca.lor, luz etc.

Z. 3 MODELO DE SOMIRX.ERFIELD. Fue creado en el año de]916, similar a.l de Bohr pero con órbitas clibticas envez de circulares.

MODELO DE BROGLIE. Füe creado.en el año de 1923que a.dignan al electrón caracteril'sticks ondulatorias

MOOELO OE nEINSENBERG y SCHRODINGER: (1925) qu.describe el átomo en términos de probabilidades.

MIODELO DE l)IRAK (19Z8) Basa.do en el interior.perocon x.n& c(.).ncü'pci6n más completa y precisa del electrón

3. PROTON, NEUTRON., ELECTKON

F,RATON' Lüs.protones son partriculas subatómicas conuna. ma.sa aproximadamente igual a,.la masa del átomo dehidrogeno y con una ca.rga positiva unidad. Es sorpren-dente la relaciãn que existe entre protones, electronescon respecto a. su tamaño y masa.

(Jn prali6n.itiene .una masa de.. 184S ve¿es ...super'ior a la del

electrón o .sea.:que..e.s .cipro.Ximadamente igual a" la rñasadelátomo do hidrógeno. .Sin eiRPqrgo, a la luz de los. Conoci-mientos actuales, .un electrón es muchas. veces mayor entamaño que uñ protón.

NEUTRON.: 'En 193Z:. el. fí'fico in-glés H.. Chadwick descubriópartículas:.:'neutral : con .aproximadamente el mismo tamaño ymasa que un protón. Investigaciones posteriores probaron queestas partí culos eran verdaderas partículas subatónicas; Sedencminaron neutrones a causa de:.nQ poseer carga .eléctrica

ELEGTRON. El elect.r6n fue .la primera partícula que 8.e re-conoció como constituyente...de todos los átomos.l.a primera- evidenc:ia de su existenci.a se d:Qbe al trabajjo deM.ichael Faraday (-1791-1867). científicos inglés que en 1883publicó su$ investigaciones sobre la conducción. .dé. la electri-cidad a través de las so.lociones.

Sus experimentos indicaron que las. cargas . eléctricas consistenen partículas discretos y no son un flujo continuo. Exn 1859 seobservó que se necesitaba menos voltaje para, escindir átomosde gases si :b:e, operaba a bajas presiones.

Después de escindirse, los átomos se volvían conductores; unaparato denominado :tu.bo de .rayos catódicos $e usa- comunmentepara estad:iar la descarga eléctrica en el s.eno. de.gafe:s a ba-jas presiones. Los tubos de rayos catódicospropios para de-rnóstráciones se construyen en vidri) y llevan soldadas unastiras de metal que actuan como electrodos El electrodo ne-gativo se llama Cátodo y el positivo se llama Anoto.

4 PESÓ ATOMICO.. La abundancia centesimal de los isótopos na-turales ae ios elementos es muy constante. Una muestra deoxígeno natural poseerá 99.76qa.y o.20%o casi siempre se.;.trabajacon elementos con una mezcla de sus isótopos. ' Por esta ra-zón los pesos tela.tivos de las mezclas de :los isótopo,s como seencuentran en la naturaleza, son más im.portantes que los pegasis ot6pica é

Al peso en unidades atómicos de.Iniá;sa de.. las mezclas natura-les cl.e isótopos ó.e un elemento, c)mpa.nadas al carbon) 12 sellaxna peso atómico del elemento.. El beso atómico vena.rá de-ten'ininada por la abundancia relativa de los i-sótopos del demen10

5 . 1$ OT OPIS

Pór- métodos ?experimentales. se ha determinado que todos losátomos de un elemento dado no tienen la misma ]nasa

Se..llanta isótopos los átomos de un mismo elemento que di-fieren en Masa. La diferencia en peso ( o en masa) de las:isótopos se .debe a un distinto número de neutrones, por locual se puede definir también los isótopos congo átomos cleun mismo elemento con diferente número d.e neuf.Tonos .

20

TE}Z{A SISTEMA FERICDICC DE ILOS ELEL-/LENTOS

DISTRIBUCION': l

2.

3

C ene rail.dade s

Grupo y pe liado

l-aetale.s en el $F'E

OB.5ERVAa ONES DiDACTiCAS Hoja de trabajo HOT}l' oja de in:formación tecnología.HOT - SFEHoja de trabajo HCT Z3ibliograííá: Fabio Re strepo, Qui:única

BásicaAndersson - !-eden, Che-rie, Ved, IA/estermann,Olbrich u. a. , Chemie,Ved, .n)choedel

21

r SiSTEbaa PERIODIC o DE.. LOi nLnmEN.;..g!

l Gene r alidad e s

Como hemos dicho anteriormente, la teorí'a atómica deDalton impulsó a m.uchos cientílEicos a intentar establecerrelac.iones fundamentales entre los elementos. Uno de losFrih.eros .investigadore.s en ésto" ¿a:lmpo füe el quítnicoinglés William Proud,; quién en 1815 postuló que- el átomode hidrógeno era la unidad elemental con la que se cons-tituían los átomos de todos los eien.entes. La hipótesis deProut sobrevive esencialmente con nuestro moderno con-cept) de es'.ructura atómica.

Los mayores avances en el desarrollo de un& tabla perió-dica de los elenlcntos se han producido desde 1858, fechaa partir de la cuál:existen ya métodos müy u(actos paradeten'minar los pesos atómicos. En IS64 J.A.R. Newlands,en Inglaterra y Lothar Meyer .én Alemania, reconocieronindeoendientemente que la tepetici(5n peric5dica de las pro-piedades fí'picas y quítnicas c]e ].os elementos estaba rela-cionada de algún '.!nodo con sus pesos atómicos.. Newlandsy Meyer encontraron muchas discrepancia.é en sus tablasperiódi cas, especialmente entre los elérnentos pesados .bAás tarde: en 1869, Dimitri lvanovitch Mengele.yev (1834-1907) quítnico ruso , extendió la clasific:ación incompleta eimperfecta .de Newlands y Meyer incluyendo todos los 63elenlentof:' conocidos hasta . entonces..

1..a tabla original de ivlondelc3ycv ha sia4ridc muchali H-t.di-íicaciones, pero íundamentalfnente permanece tal comoél la preparó

Z Grupos y Periodo!

Se dispone la tabla en filas o periodos y en columnas og rudos .

Periodo Es el intervalo comprendido entre dos elementos(!e propiedades semejantes y éstas van vaciando a lo lar-go del mismo

22

Grupo . Es el conjunto de Elementos situados en una misma ver-tical que posee propiedades físicas y qüítnicas muy similares .Es recomendable la ubicación de los 20 primer(is elémentoá (lé-;bidé a su frecuente uso . (HOT l)

']

']

2 . 1 GRUPOS

Los 105 elemento.s .conocia)s s9n ordenados en el SP.EC se-gún su númcr) atómico lo cual indica el número de. lospi'stones en el nucleo que es igual al número. de.los elec-trone s en la: corteza .Es irñportante la canfiguraci6n electrónica por. que es éstala que determina las propiedad.es quítnicas de un: elemento.La aptitud de un elemento,De formar enlaces con otros depende el número de electrones en la Órbita exterior, llamados valencias. Los dementos con igual número de valencias forman los gi'unos: prin-cipales la. hasta Villa. Cain¿ide en los grupos p.rincipalesel número del grupo con el número de valencias, con ex-cepción del elemento llc-

El número de electrones en el último nivel de energía nospermite- explicar el por qué se repiten las propiedades íí'-picas y qu ímicas

Zj emplo. El No!'.ofrece. É)ropiedades similares al Li.-(Litio)

El F (Flúor) y el cloro poseen 7 electron-es en el último nivel y de ahi' sus propiedades aparecidas.

Los grupogt ée clenóm.han según sus características comuneso según $us primeras. elementos así:

la . Me tale s alc dinos

lla .

lila

Vla

Métale s alcalinotérre os

),4e tale s térreos

G ru po C -SI

[r¿

23

Vla . Grup) N-P

Vla.. Grupo Q. (Forrhadores .dé mineral¿s)

vn;. .=. Ha15g.no,-(fq;máá:?T.é,; d.Q .aliá)

Villa. Gases nobles (Inertes)

2 . 2 . Periad.os :

Los vilementos de un periodo '3ñ el SPE soñ igualesrespect) al nlí'mero d¿ Órbita.s o niveles d.e energía

L-a ocupación de..las: 5rb.etas con electrones se realizasistematicanientc ,según.:

nú=x-lero de de ctrones

!] .= rúmeio de Órbitas

la. Orbita"(k). 2.1¿ ="2 electrones

2a. Orbita (L) : 2.22 =8 :¿ ''

3a.. ;..Orbita.(M) 2.3¿=:18. .I'

4p... .Orbe.la... (N) . ; .. ,.:: . '2.42: 32 ''

5a. Orbita (O) 2.5Z :50

6a. Orbita (P) 2.6Z : 72

7a. Orbita (Q) 2.72 = 9.8

La ;rbita exterior l:uede contener un máximo cle 8 elec-trones (vea gases nobles) con excepción.-.cle«-lQS elementoscl.e! primer periodo (H . H e. )

{

Zn

11

Las Órbitas O, P,Q, ):iunc& se llenan completamente

Los periodos 1 , 2 y 3 formados p9r 2,8] 6 elementosrespectivamente, son los periodos cortos; viene luego 2 pe-ri;)dos largos de 18 elementos (Del K al Kr y del Rb al Xe)enseguida otro extralargo de 32 elementos (Del C$ al Rn,comprendido las ''Tierras Raras'' y por último el i)eriodo 7oincompleto .

l,os elementos comprendidos desde el 21 al 30; del !9 al 48y del 57 al 80, corresponden al peri¿)di de transición y énéstos al pasar.de un elemento al siguiente, van vaciando muypoco las propiedades .

La escapa diferencia de propi.edades de estos elententos se debe;;a que casi tbd(5s tienen igual númer.o de.electrones en suúltimo nivel

Algunas caracterísiticas de las elementos de transición

l Variabilidad de Valencias: es debida a la facilidad con quelos electrones del penúltimo nivel de energía pueden traeladarse al último nivel convirtiendose en electrones de valencia. El Cr que tiene sólo un electrón en su última órbita,actúa con valencia 1, Z,3, 6 =)stF&ndc] atnlogra con el Aly D

Z Magnetismo- Coloración Casi todos los elementos de tran-sición, por tener electrones no emparéjáclos, son paramagnéticos. F'aralelamente sus iones son coloreados, ejemplos:

+6 amarillo

bÁtn+7 violeta

+3 amarillo oscuro

+2

Ni .++

ro s ado

verde

Cu++ azul

25

1..os elementos comprendimos entre el 57 (Lantano ) y e1 71(Lu,tccio) 'se consideran como elementos interiores cle transi.cien y reciben el nombre de Lantánidos o '' tierras raÉás'

El 7o. periodo encabezado por el.-Fr.:.(francio) .contiene:lafamilia d.e los Actínidos . Todos cle reciente descubi'imiento, particularmente- los .TRANSUiIANIDOS ..}(M.ás allá delUranio) de vida efítnera, obtenidos artificialmente

Mletalé; én e'i' S'PE

l.bé éleñentas de ca.rácter:..metálic.o, ..si)n ..t;41.e? . gue, for-man por emisión cle electrones iones positivos.Los 6xidos metálicos reaccionan con agua formando bases.Metales típicos se encuentran en los primeros grupos, perdióndose el carácter metálico lentamente hasta llegar ca elementos no m.etálicos/én la parte de:'echa del SPE. En lamisma forma va aumentando menti'o de los grtlt,,){s la ten-dencia de formar iones positivas desde el Brin.ero haciael séptimo periodo. Se encuentran, pues:, los mátales tí-picos en la. parte izquierda = inferior del SPe.Los elementos no :metálicos son tales que, por captaciónde electo-ones, forman iones negativos. Se encuentran enla parte derecha = superior del SPE.

Los metáis $on s51idos a la temperatura normal con exceÉción del mercu='io que es líquido.Los elementos no metálicos son sólidos (5 8aseosos conexcepción del broma que e$ el único líquido.

26

Sistema periódico de los Elementos HOT

l C.ada elemento está indudablemente determinado porel'húmero del periódico y el número del grupo al cualpertenece. Utilizando la tabla SPE, cornplet-e el si-guiente cuadro:

triod: Grupo Nombre delE lamento

Sítnbolo Número Número ldel El. Atómico de 5rb :i

l

2

2

3

4

6

Hidrógeno

Va Nitrógeno

Vla Óxígen

Vllal Cloro

lla l Calcio

IVa l Plomo

lb l Cobre

5 lb Plata

6

7

[b I' Oro[].]c U radio ]

',12. C)mparando los resliectivos valores, decida:C oinciden en el SPEa. No del krull)o principal conb. . No del periodo con

R Agrupe los elementos según sus propiedades quiltnicas ydecida a que grupos pertenecen:

Na, Ar, 1, Hle, Br, O, Hg, Li, Rln, Zn, Po,K,

Grupo

4. Por la agrupaci(5n anterior resultan partes de los gruposcuyos nombres y características anote:

No . Denominación

T

C a rante rí$ tic as

la Metales alcalinos M.fatales blandos y ligeros ( X''':< 5)gran afinidad con el O, muy renetivo con el H3O (conservar en pe-troleo) forman hiclr6xidos .

    

 

23

5 Dividiendo el SFE por una diagonal, como oz'tentación apro-ximada, coordine las palabras '' Metales'' y '' no metales''

l ll lll IV v VI Vll Vill C omplete las definicio-nes utilizando las tiála-bras positivo / negativo,base / ácido:Elementos c )n caráctermetálico forman

y sus óxidosre accionan ' c )n aguaformando

2

3

\\

\\.

5

6

7 Fr

Elementos de carácter no metálico norm.an i)nessu$ disoluci)nes acuosas son ícl

y

TEbÁA LAS REACCIONES-l'QÜl:iüzlG/i.S EN E'E.'' '!n'R.C CE:$0 DELALTO HORNE

[ Dl$T RIBUCION l

2

2

ormaci.6n de los. reductore s

Reducción de ].os ó.nidos de hierro

Carburaci ón del hierro

OBSERVACICNE3 DIDACTICAS El fin de este tema no es la tecnologiadel alto horne (construcción, :f\raciona-miento, , alimentación, productos) sinoconocer a confio las reacciones quitni-cas más lmpo.rtantes. . El proceso de-alto horda-!sirve como ejemplo adecua-

A.budas Didácticas: láminas transparentes para retroproyector, hoja de tra-bajo FOT.

dor

i3iblio13rafi'a: Koch., Teilhnalogíe , StamVerlas

f

[

30

l F:irmaci6n de los seductores

Combustión ( oxidaci6i0 del carbono por ai:re. calientein suela.l! )

C +©2 CO2 + 94 kcal

C + 7 O2 .6 kcal

El bióxido de carbono se reduce enseguida por el carbonopresente. 3u consistencia depende dp.la pre.sión y de lateznpe r atu r a .

tumper . alta

C02 + C ''\

temp . baja

2 CO

La llamad.a reacción '' Boudouard'' transcurre por la izquierda o bien poi' la derecha, dependiend-o la reacción de lapresión y de la temperatura

Lái gráfica muestraes ta relo,cien ;Icon. la

pPesi6n = 1. atAumentando la:.pre-sión, se trasladala curva por la ge-re cha :

'Í

El ..monóxido de.:carbono así formado, e$ el x-eductor priln-cipal en el alto horno. Por causa de $u estado gaseiníorme( gaseoso) circunda por todos l,)s lados el óxido de hierro.El carbon) pr)lucido segú!} el equilibrio Boudouard ta:mbiéntiene efecto real.ctor

3

2 Reducción de los 5xid.os de hierroEsta feducci5n se z-ealiza durante .un .proceso escalinadopor el monóxido de carbono (CO) = reducción indirecta yi)or el carbono (C) pulverizado = reducción directa. Seproduce hiera) s31ido esponjos).i

[ 2 . 1 ]1¿educci5n indirecta

3 Fe2O2 + CO--....b2 Fe304 'l CO2C C'2 + C ...Z CO6'' '.'. --- «>+ cc 3 FeO + CO.

--Ü¿

coz:D

FeO + CO F-e + CIO2

c oá2.2 Reducci'5n directa

FeO + C -» Fe + CO

NOTA Junto con los 5xidos de hierro son sometidosal -proceso de la reducción parte de los óxidos(le impureza (S.i02 ; MnD) que después sonab$Qrbido.s por el hierro .

3 Carbutaci(5n. .del hierro

El hiere) esp)njoso tiene efecto catalítico con respectoál .'' equilibrio woud)dara'' en el sentido

-fo: + cEl carb)no pulverizado se difunde en el hierro disc.hu-yendo asl" su Funt) .de fusión en apr)ximadamente 400o Ghasta 1150oC .

El arrabi.o líquido y abundante de carbon) se acumula en[a parte ingeri.)=' de] a].t.) horno.La capa de escoria li'quita que flota sobre el arrabio tieneefecto inhibid)r de oxidaci:5n.

32

TEbÁA Reacciones quítnicas en el..places.o del alt hp.rn9 HOT

l bÁzarque con X los seductores

!.C02

Si02

C

t

(Sabe que relación. tienen las demás combinaciones conel proceso del alto horno? )

2 1.,os seductores en el proceso del alto horno $on el(simbol' ) y el : ( ).

Teniendo en cuenta su$ respectivas. os.tados de la materiadecida cual es el reductor principal: ' por qué?

8' C omplete las ecuaciones :)

+c+y C D2' 94 kcal

c +lo, 26 . 6 kcal

Estas ecuaciones describen el proceso de ladel ,por medio de

(aire caiiente). Los productos sbn l)s.

l

lil''Ñ='iii;ian iá flecha in.picando . la volatilidad?..)

A Indique a qué zona del alto horn) c)rresponden las reacci)-nes inversus (use las úsala.liras superior-iníefior-caliente-frio)

2 co . 1..., coz 1 + c¿

7

C0o

]

'!

33

5 Complete e interprete las reacciones quítnicas

5.1 Fe 304 + CO .............+ + CO2

.c)FeO +

Reducci;3n indirecta,

+ C02 j

5.2 1B eO + C

[i.educa 5n directa,

f

                                 5.3 2 'CO   > +    Dis ociaci3n del monóxido d e carb ono en temperaturas baj asProducto s :

        

TEMA ACIDOS - BASES - SALES

DUST RIBUCION: l;'- Acido 3

2. Base s

3. Sale s

AYUDAS DIDACTICAS Quimica Mineral(lgnacio Alfonso,Acoste

Quimica Básica Fabio Restrepo

36

N205 + H20 -r, znNo3 ácido ní'Ífico

S02 + H20 -» H2S03' ácido sulíuros o

2 BASES

Son llamadas tambíen Hidra)iados . Son c)mbinaciones de ü:nmetal con )xíÉeno e hidrógeno. Estos dos elementos formanparte del grupo funcional OH (Hidróxido) de los Hidr5xidosF'ueden ser obtenidos p)r reacción entre un óxido básico yel agua. Ejemplos:

CaO + H23 DCa (OH)Z Hibi Óxido de CalCID

Al 203 + 3H20 $2 Al (OH) 3 Hid.r6xido de Aluininic

NOTA' Una base es un electrolito que al disolverse en agual)reduce Hidróxil)s cargados' negativamente. Base es un c)nl.meat) susceptible de recibir:uno o.'van;os protones.

B ASE FUERTE es la muy ionizada

Ejemplos : K; O H

2.2 B ASE DEBIL es .la poco ioniliáldá

Ejemplo: NH 4 0H ( NH40H)

2.3 NOb4ENCLATURA Para l)s elementos que é61Q formenuna base, esta se denomina cciñ la palabra Hidr6xid) cle,seguida del nombre del metal. Si el element) puedeformar más de un Hidr(óxido, .se aplican entonces laste rminaciones OSO e IC O .

35

ACIDOS

Son aquellas sustancial que ti.enon iábor agrio y que en:rojecenla tintura azul del t.ornasol.

] . AC IDO

:l!:¿3===== n,:T::; ::i$;';=:.-!u t

']

1.1 [)ivisión

L)S ácidos se..dividen.en dos clases: Eiia.rácid)s y oxá-cidos

]

Los hidrácidos s)n c)mbinaciones del hid.r6geno c)n unn) metal

nj em plo s

HF - ácido ílu)I'hidricoHCI - ácido clorhídrico1{.S- ácj.do sulíidricoHBr- ácido bromhidrico

Los oxácidos son sustancias resultantes de la reacción8;''Í;;"'l5;;dos ácidos con el agua. Sin combinaciones dehidr(5geno, oxígeno y n) metal.

Ejem plo s

is03 + H20 n2so4. ácido sulíúric

pzo5 :+ ';HZo. :. .;n3po4. ácid) fosfórico']

37

[

[+

[Í'

Zj empl )s

F' (OH) ZHid róxido ferroso

Fe (OH) 3 Hidróxido F é úrico

cu (on)2 Hidr.óxido Cueros 5

Cu (0H)3 hidróxido Cúprico

3 SALES

Son las sustancias resultantes de la I'facción entre los áci-dos y las bases. Son combinaciones de un metal con.un nometal y qxrgeno. Son compuestos que resultan de la Neutrolización de un ácido p'i.r';una base (Fabricación de-':l Amer-o)

3 . 1 NOME NCLATURA

EL NOMBRE''DE LA SAL DEPENDE DEL ACIDO DEQUE PR OVENGA

BaC12 Clorur ) de Bario

Feas 3

FeS04

Sulfuro F ártico

Sulfato Perros o

Niu'ito cubras ='

38

TEMA LA ELECTROLISIS

Diet RIBUCION 1. Generalidades

2. Leyes de la electróligis

l

AYUDAD DiDACTICAS QuÍlníca T eólica De sc ripti.vaSi.elko E'.lane

Qultnica Mineral - lg3tlcio AlfonsoAcorta

Quítnica Básica Re strepo

3q

l GENERALIDADESL : T q--P-nP

Si ;uñas'.s.ilüci5n electrolítica se cil)can dos electrodosconéctad)s.a. li$ polos de una baten'ra, l)s iones plsi-tíVog;'emigf:a+ . hacia éi 'l3lectród-o negativo D ¿atado y. póresta ;taz3ñ:' te¿ibeñ el n~)mbie de catibnes . En cambiolos ioihé9 ñeÉ:q,timos se:'d.ingen al p)1 5'; positivo.. .o án)(li yse llalñ an ' anione $ .

L.os ácidos producen.cationes d.e }i.. jas bases y las salesniioHucen cab)nes metálicos. El ániSñ de..las bateé eé suoxhid'rilif5n;:OFJIJ Las ánioned de los ácidos 9'; dé;llas $álessón ineta1.5itHés o radicales torñand ) c)mi éjerñj?lJ .una s)-luci.5ñ :elÍ;ctrilítica de Cloruro de" Sodio, Naci' : ' gé; puedeentender íácilmehte el iñecanismJ de la iohizaci6n y. de. laelect r ..)lisi s .

El elemento Na que al cornbinarse. c'in el (;.l le cedió unelecto(Sn,' no la recobra al ionizar, 15' cual tieñé c5rñ:) consecuencia el predomini.) en su átóino d.e carga.ejé¿.tfi:capositiva. Com) el CI c)nserva al rli$ociár3.e el 'alec'trénque recibi.5, qügda predominando én. su .át)mb llas cargasnegativas .

1.

Na: CI úá+' + :8'i

En la electrolisis el ani.5n CI al ponerse en contact..) conel p)lo. iJisitiv) se neutraliza cediend.o el:..plectrSn que teniade más pasanc]o a] estado de]. elemento .Qi}. El catión Naen contacto..:c)n el polo Regal;ivo neutraliza adquiriendo elelecto) que le faltaba y pasando al estado de elemento.

N;'

Com) los cationes reciben electo)nes en el polo negativo.y los uniones los abandonan en el polo pogilivo, se est;abiece una corriente de electrones es decir. una corrienteeléctrica. La e]ectro]isis es un ]lenomeno de oxido-reduc-

40

cien, pues los cationes al electonarse en el polo negativo seoxidan, Esto permite definir cátodo y ánodo.

Cátodo o polo negativo es el electr6do én;donde se verifican lasreducciones. El ánodo o polo positivo 'es'él electr6do en dondese verifican las oxidaciones. El ánodo Fuerte ser voluble o iagoluble. El ánodo metálico voluble atacado por el ani6n formandocon él una sal. Esto produce una cicci(5n elctroquílnica secundaria, pues el metal, de la sal formada ioníza, y es transportadoal cátodo.

Galvanoplastia o galvanízación. En lo anterior se base galvano-plásti.ca en. la que un ánodo de cobre, Zinc, Ni'quel,. Oro o Plataes ataca.do pór un.unión ácido (SO. . . CN), y-es depositado por lacorriente'elé¿trina sobre el cátodo qüe en este caso es un molderecubierto de grafito. Empleado como ánodo voluble un metalpoco oxidable como el oro, la plata, níquel, el estaño, el zinc,etc

Se puede revestir e].ectrolitican3enté el Au o el Fe o a otros metales de una capa qué los proteje contra la oñdaci6n; en esto consiete la galvanizaci6n: en recubri.r el fetal que se deja protejercon una capa de otra menos oi¿gable. Cuando el áno'lo es insolu«ble (platino o grafito). El ani(5n puede reaccionar sobre.el H20 enque está disuleto aE,oderándose del H y poniendo en libertad el oxíl-geno. En esto se basa la electrolisis de Agua.

2 LEYES DE l.A ELECTROLISIS

Faraday desde 1834 comprobé que el..peso del electrolito des.compuesto por el poso de la c.orriente eléctrica solo dependecle la hatüraleza quillnica .del:electrolito, de la intensidad dela corriente y del tiempo durante el cual act«a, en cambiolaforma del voltámetro o de los electrodos no intervienen paranada

Hacíéhdo variar en un voltámetro la intensidad Je la cornente que lo atraviesa y su direcciòn Faraday lle8üz a:las si8uiente g cónclüsione g :

41

2 . 1 PRIME RO

El peso del eléctrolit.o pesco.mpuesto es prüpoi'duna:Í á la in.tensiüad de $u corriente y al tieqlE)i =lura.n+.e el cual actúa, lcual puede exl:,Pegarse por la ecuación M = Kit.

En la que .MI. e:á «.ül., e$:O .4el. eléctr:obi:o..:Je scompuest(ñ.. (i) la in-tensidad -Je la c:oi'dente, (t) el tiempo y (k) una c.instante lla-mada, equivalente electroqui'ùnico, distinta, para cada eléctro-lite.. Como it es la cantidad de .corri ente, resulta que el.Posod¿l 'éléctrólito descompuesto es l.roE,orciona] a ]a cantada-] idecorriente que !o atraviesa,

Sí: én éi circuito dé üna. batería. se instala, en serie 3 Ñoltáme-tros que contienen uná solución de A8Ñ031 aún cuanto los vol-támetros diíieten pot su forma, por la separación de su$ eleltr6-lose por la temperatura. y que se hallan y hasta por la con»centraci6n de RENO, a.l cabo -le un tiérñl30 determina.do se-podrá conikrobar que los cátodos üe los 3 vültámetros han. regi..biao el mismo peso de Ag dejara pasar la cür+iente,de untensidad variable durante 2, 3, 5, vecca más tiempo la exactitudde la Ley de Faraday ha permití;do definir las unida.des eléctricas que ;$e .enlll-jean par.a ihedir..!a..intensidad y'la'c.an+-edad decorriente, o sca el Ankeriü y el Coulombio. Amperio es laintensidad de una corriente uniforme que clellcsita por segun-do [, ]]¿3 mgr, de Ag por e].éctro]isis Je una solución .le ni-trato Je l.lata, AgF-TOq. Coup.Jmbio e$ 1a c&ntid3c] de electri-cidad transportada durante un seÍ3und.; en cala sección trans-versal de un circuito por una corriente uniforme de un ampe-rio de intensidad.

2 LEY DE FARADAY

Cuando una corriente atraviesa simultáneamente va.rios electrolitoslos l)esos de metales .]epositad)s en e] cátc..]c son proForcionales aous equivalentes q'ui5naicos. naciendo l asar simultanealnente unamisma, corriente en 5 vol'á=metrog que contienen respectivamenteácido clorhídrico HCI, Cloruro Je l,lata, AgC], su]fatc .]e- cobre,Cu$o4p cloruro retraso FeC12 cloruro Ferrico FeC13' se.comprue-ba que al desprenderse l. 008 grs, de H en el L Timer vültámetro, enel segundo se depositan 107 grs, de.plata A8 en el tercer.i 63, 5/Zgrs. de cobre, Cu, en el cuarto, 56/2 grs de hierro Fe }' en el quinto

4Z

56/3 grs. , de Fe, es decir, una conti¿lad que es igual."al.peso at6mico de], metal {lividido por la. valenci.a que.tiene en el compuestoEsto es;J.a cantidad y recibe el nombre Je :Equivalente QuitniCÓ.

EQUIVALENTE QUilalCOPeso &tómic

V agencia

Puesto que ed un caulümbio deposita 1. 118 mgr., para.depositar elequivalente quBnico :le la Ag 107. 7 grg, se necesitarán la7T8/(XXX118es iqbal a 96. 500 aproximadamente. A esta cantidad se .le denomi-na Fa.raday es la. cantidad de 96. 500.coulombios necesarios ;ara

de-

posital ele¿troliticamente el equivalente.quimico Je un elementos El

biii%i : :=.=.:.=:: ::; : :r='rz=ib"átomos. los cuales transformados en iones positivos deben ser neutralizados F'or. otros tantos electrones. El Faraday deposita .elequivalento quimico.de los elementos y el coulombio deposita el.equiva-lente electroquirñico

EóUiVXLnNTE ELECTROQUiMiCO (constante)

43

TEMA: ELECTROLITOS

DISTIUBUCION 1 . Gene raUdades

2. Clasifica.sión de los solutos

3. Clasificación de los electrolitos

AYUDAS DIDACTICAS Quítnica Teórica -y De scriptivaSiendo. Plane

Qultnica Básica Fabio Restrepo

44

ELECTROLITOS

l GENERALIDADES

Como demostr.5 .ior primera vez en 1884 iSvante Arre-henius, son numerosos l)s casos en que el proces) dela disolaci6n va acompañado por la rulDtura de las mo-léculas. Los fragment)s disociaáos suelen estar car-gados electricarnente y de aquí que sea l3)sable con a-yuda de media)nes eléctrilcas determinar se ha produ-cido la d.isociaci3n. El niovirnáento:. de:-las partículascargadas (iones) en el seno de la solución constitüyé enrea[idad una corriente - 9].éctri=c+... ;Lnu.eg) s.erá suficientemedir la c)nductividad de la solución. L,as sustancias seclasifican 'énl;:¿i6s' girui)oss .. ,Las- que. .. qri'ghan s )luci)nesconductoras y las que las originan esencialmente en niconductoras. Los solutos de la prime!'a clase se denominan electrolitos; de la segunda no electrolitos

La conductividad eléctrica exige la existencia de partí'culas cargadas y cuanto mayor sea el número de cai'gasdisponibles para transportar la electricidad m.ayor serálá«'eb:$¿du¿:tli+i¿lad obé'eiváda . Realizando n)e.did:as cuaDti-tativas de la''Ebñ¿luc'i;$viídad, es posible )btener datos.p.cerca de la coñcentraci5n de las cargas en la solución

C LASIFIC ACTON DE LOS SDLUTOS('c .n 'n

b)'

2.

E LECTROLIT OS NO ALEC TR CLIT OS

H CI Acid.) clorhídridon2so4 ..?cid. ;ulíú:ico lCEi3CCGH ácido acétici lNa OH Hidr 5xid) s6dici lCa (OH), Hidróxido cal-

CIO t)Na C l C].oruro s 6dicoN'a.S04 Sulfato s6d.ico

C12H22OI l SacarosoCZ H5 0H Alcohol etüicoNZ Nitrogeno0Z OxígenoC F{ ¿l metano

CO b,lon.5xid ) d.e carbonol CHn CO CHa Acet)na

45

3 CLASIFICACION DE LOS ELECTROLITOS

Ele ctr61itos Fue ates Electo ¿5iit )s Débile $

H C l Acid) clorhi.aticoNa OH Hidr Óxido s 5dic oNaC l Cloruro s6dic )K G N Cianuro potási.cE a SO .. Sulfato báltico

X

C!-i3COOF: acid) acéticoTI OH hi¿lráxido talibs o

Hg C12 Clo!'uro rr'ercuricaH C N Cianuro de hidrógenoCd 50,. Sulfato cadmic.o

1..os electrolitos débiles difieren cie lb$ fuertes p)r el casinúmero de iones que aquellos dqn al disolverse, mientras que;estos se disocian prácticamente ün 10Gqo.

En una solución de un n) electroli'uo las moléculas del solutoc)nsea'aan su individualidad.. !..os electr31itos s)n antes de disolvej'se sustancias ioiaicas ) moleculares . Las ionicas noses s03.'prendente que originan pa:trculas cargadas en la solu-ción quest) que ya las colntiene el s51ido no d.isuelve; 1) úni-c) que .hace.;e]. diso].vente e$ descomponer el:retículo en susie z&.s o:xnstitutivas,...

Tainbi-xn se .íorrnan iones al disolver ciertas ..susto.Qcias nxo-lecula.res en disol*/entes adecuados. Así- las m)léculas de clorura de: Liar.$geno $on neutral .y de. una especie clararrientedetermin.ada. y no conducen.la corriente .p)r no haber iones)en ningun) de los tres estados. Basta disolver la sustanciaen agua para que la solución resultarte conduzca la cor.rien--Ee eléctrica. Indicaci:5n de que se han formado partículascargadas. Las mo]écu]as neuti'as.]liCI inter actúan con laselel disolvente, iriginando iones . En la ecuaci3r:

H: O: + HCI

H

H. : O': ; HI + : CI

H

46

Puede consideran'se que el biCI. transfiere un protón al }{20íorrnándos.e. }{3Q y .C 1 . El H03 se denomina i5n hidronio: -

Amb)s i)nes :(H3D y CI) están hidratar)s ya que las m.)lé-culas de; H7O se agrupan en tiacno de ellas cual sucede con lissilutos i3nic)s. La i.)nizaci5n de un s)luto p)r. el agua se iin-terpreta cim) una teacciSn qúlítniica:

H CI + Fi,Ü -:.'* ':Dad.) que cabe c)nsiderar el i-5n hidr)nio H 0 .c.)mo un protón (H)hidratado, suele )rnitirse el agua en las ecuaciones quitnicas yasl" la anterior se escribe frecuentemente

H CI H++ CI

Entendiéndose tácitame:nte que todas las especies quitnicas estánhidratadas.: :La c)stunlbre de suprim.il' el agua de hidrataci')n enlas ecua,ci)nes químicas es arriesgada a menos de tener siemLDre?regente que en toda soluci'5n acu )sa el agua se asocia c)n lasespecies disueltas y puede m)diíicar sus pr-)piedades. El riesgoes máxim) en el caso del i5n }{ que no es, cuando aislar)..sin.)un pi)t.5n (nucle) del át)mo cle hidr5gen)).

Este ión tiene uü tamaño prácticaqlente nul). mientras que ali6n }i30 ocu-pa un volumen unas 10'' veces ihay)r, c)mparable c)nel de la mayoria de los restantes lines.

[47

TEMA ' ' EL AGUA

DESTRIBUGIÓN i. , Gen.eran.daries

2. Tratal1lieñto qel Agha

3. 1tbportancia del agda

4.' El .agra..como &.golf¿nté

AYUDAS DIDACTICAS Bibliografía.: Qüí'hice Teórica y des-¿+i$tiva : Siemko p'lane

C)uilnica - Fabio Restrepo

48

EL AGUA

l GENE RALIDADES

E[ más imliortante de tcn3os ].os ¿liados y posiblemente de todoslos comi)uestos e$ el Agua, !i?O. Su molécula. .es más rectili:nea, pues lüs dos enlacesH-Oú.Hforman un ánugulo Je 104o31'Tienen momento bipolar debido a que; dichos enlaces son cc-nvalentes polares, con la zona correspon':tiente a. los hidróuaenüs positivos regi:.-ecto a la zona .ponle se halla en oxígeno.

Como consecuencia de ello, el átomo de hidrógeno de una molecu-la y el átomo de oxigeno de itu...s.e. atraen, y esto c.induce..a.quese asocian las moléculas H2Ó, 'táht.i'én el estado líklui.clo cohn éhel s61ido. Los cúmulos de moléculas se mantienen sin deshacerse gracias a l:is l:uentes o enla¿é's áe hidrt5geno; e] átomo ]e esteelemento situaüD entre dos Lle''i5xi3uFeno, puede considerarse que1..ertenece l30r igual a ambos. El tcsultürlü de este puente es laformación de moléculas 13i8antes en las que cada átomo de 3xilkenoestá rodea.]o L,or cuatro; cle hiÚrógenb. La í6rmula Empírica esH2O; l,ues si bien cada átomo O está rodea.'lo l c,r cuatro átomosde ]i{, cac]a uno de e]]os pertenece a. dos -.]e aquellos. Esta ü.s-tribuci6n se ha reducido a las investigaciones hechas sobre elhielo, las cuales no l.-tenen de manifiesta los átomos :le hi¿r6ge-no, pero muestran que hay cuatro de oxígeno dispuestos simé-tricamente en tornc, a )tro üel mismo elemento. Ahora bien,puesto.,que, . g.on\2. e,g; sa;bida, la uiül5n entre..ca$.a..dos 4t.pmo? de.oxígeno...se .realiza"por medio cle un át.,rno dé hidr3geño, eg claroque ha aé haber cuatro átomos de este ültimc elemento alrededorde. cg4g,:.qno de aquel.

Z TE{ATAMIENTO DEL AGUA

Puriíicaci6n del Agua. Los l.rocosos eml:.leamos l.ara puri-ficar el agua vienen determinados l,or el uso que va a hacer.le ellas El agua se considera aF-ta l.ara el uso doméstico üpotable. Cuando el color, el olor, y el gusto $on agra=la-bles y no contienen demasia.dos s31idas disueltis lü bacterias

49

masivas. La presencia de materia irgánjca en el agua pued¿indica.r un& contaminación debida a a]bañi].es. Las bacteriasgrig)idas , por ejemp13 se transmiten usualmente a través delagua. Los s51idos disueltos debe eliminarse de las aguas usa.-das en las calderas d-e vapor, pues la..évaporaci6n c)ntinuadaí.)rma una costra de sólidos en las paredes interiores de lacaldera, i'educiendo una eficacia . F;'uesto que es un.bue.ti íer-tilizainte., la materia orgánica contenida en las. ag.\las usadas enla i;!rigaci6n n.) es necesaria eliminar.la. Sin embargo, .la .cantirad de s51idos disueltos en esta. agua debe"üer pequeño, puesde lo conte.+ri). su gradual acumulación convierte al suel-i enácido Q alcalino .

i.;a nurificaci')n del agua para ha¿enla potable c)nsiste, primero,elirl).inai: la materia en suspencion p)r tratamiento del agua consulfato d.e alumini) y del apagada. que íl)}ma u9 üDr.ec.jpitad)- ge-latinos) de hidr5xid) aluminio y al que se adhieren las partícu-las en suspensión y muchas,.de las bacterias

.én 2 (SO/=) + 3ca (ónb 3Ca S04 -F 2 .Al .(OH) 3

El hidróxido de alumilnio, ci.n la.s; impurezas en suspensión,. seelimina por íiltraci5n .del .agua.a través de cb.x3as de grava Elsulfato d.e cala) que"¿e agi'ega al"agua ¿5n''."este mét(5du no xJro-duce ningún efecto secuhdari). Las báctelias qu.e áún pululan enesta agua se destruyen .por adición de cantidades controlada poralgún germicida. El clar) ¿s .e'l...má.s cor;ienterneñté eñl)loado,aunque el di5xiao de cloro y la luÉ ultravioleta. sé ué&n en algu-nos casos. l)e: este modo el a.gua :c-intiene ya solamente .s51idosQn disolución, que pueden ser elimin¿d.ós o no.

3 llaPORTANCIA DEL AGUA

El Óxido de hidrSgena (agua) es un.a de las s;estancias !násimportantes para la vida de animales D plantas. El agua cubze las tres cuartas pa.ates de la superficie terrestre, estái)regente en el aire en forma de vapor y c:s la sustancia

50

más abundante en tipos los aninlples y plantas. Eln la tierrase presenta en: mayor cantidad qü..'3- cua,!guio: o+bra .sustancia.

El .agua es un li'quipo in(i¿loro, insipid) e. incolor) en pequeñascapas, peri toma un c)lor azul verá)s) cuando se. acumula engrandes cantidades. La aplicación del agua c)mo refrigeradory calefactor se debe a los llevad)s colores d.e fusión y vapori'zaci5n. El..caer especí'fico. del agua es mayor que el caJ.or es-pecíTic3 de cualquier otro líquid) a conrlicione$ am'bientales; gra-cias a ello , ..es altamente eficiente como. intercambiador de calorEl agua posee su máxima densidad.:a 3.98)C siendo m.e:nor porencima y por debajo de esta temperatura. El hielo,{.fieta enel agua debido a que $u densidad es men)r que la del agua a0QC

nl . AGUA c oido . DISOLVENTE

Los factores que in;fluyen en -la s)lubilidad del a8Jua son nu-merosos, por lo que es diííbil hacer predicaci)ines relativosa éste fenómeno'.} .La cuesta:5n se complica especialmente enel cas) del agua debido a la luci'te asociación existente entrelas m)léculas. Esto hace que se necesite una energía. consi-derable para hacer una.disoluci'5n, energía, que: se utilizacia separar- las moléculas de agua próxima allí:i'e .sí, a íin dede.jar espacio a las partículas del soluto.

En general el agua. es un THAI dis )lvente i?ara...aqu:ellas sus-lrancias que en las :soluciones se hallan formando r):\ol.éculas..Aéí, la gasolina, el oxíéen) y el metano SQn prác'cicam.enteinso[ub[es en eiia. En todos estos casos .e]. agua actúa tandébilmente s)bre el soluto molecular que n) se libera ener-gía bastante para destruir la estructura., del disolvente(agua)Ebay empelo, a]gu.nos so].ut)s m.)].e.cu]aies muy $)1ub]QS oneste líquido, tales como el ainoni:áco (ÑH3yy el á.lcohbl estí-lico (c2Hson).

51

Aunque el agua es el mejor disolvente con)ciao de las sustan-cias que se disulven iSnicamente, hay mu:h)s de estos silut)sque s)n prácticamente in solubles en ella. En general, las ex-tracci)nes entre los i)nes y las moléculas polares riZO (energiade hidratación) son 1) bastante fuertes para desti izar la entructula del agua; pero n.) debe olvidarse que para llegar a la so-lución e$ preciso vencen a veces fuertes atracciones entre l.)siones de carga que constituyen el retítliilo (energías reticulares)d.eben tenerse en cuenta ambas ehergíb.s'para ex;)ficar la solu-bilidad : el cloruro sódico es muy voluble porque t3redo=ninan lasatracciones ión-agua, nxientras que el suíláto báltico es práctica-mente insoluble porque dichas atracciones n) son suficientemente;poder'')sas para romper el retil¿ul), a loesar d-e que SDr: m.a)r)rcsen valor absoluto que en el caso del clorur) s5dic.).

/

El aumento de carga i'única favorece a la vez la solubilidad yla ins)lubin.Jaca . Es bien patente la con:ple.edad riel piobjerna,aún no explicado satisfactoriamente por ninguna te )ría senci-lla. Parece ser un hecho general que las may)res cai'gas i3-nicas y catódicos menos solubles es la sustancia.No obstante cuando.: solo aunlen.ta la carga de uno d.e l)s i)nesla s)lubilidad no .parece variar mucho. Además de la cara;a.hay otros factores que influyen en la s3lubilidad, ü-no de ell)se s ei talhaño..En general cuanto más pequeño es un i6n, c)ni Idas fuerzaai:rae a los otr)s y a las rn )léculas del agua. Un factor adictonal , d.el que hemos prescindido es la posible existencia de en-tera.clones específicas, ya en los sólidos ya en las solus.iones.

]]TEMA ELEMENTOS Y COMPUESTOS MAS IMPORTAlqTES

DISK FUBUCION l

2

3

4

Oxígeno

Hidrógeno

Carbono

Azufre

AYUDAS DIDACTIGAS Azufre de! la.In mtorioObservación de sus -c distalesmediante el microscopio

Bibliografía: Ouiltníca Teórica y Descriptiva - Sienko P].ane

Qui:única Básica-FabioRe strepo

53

!. OXIGENO

El oxígeno es el elemento Rias abundante ae la superficie ter !' e s tr e .

Características principales

SílTlbol ) atómiC DF '5rrnulá molecular

0

GasInc DI or )In od.o r o

In sibia o.

Pe $ o at6mic 1'5 , 999 U . MA

31 , 9988168

Estado íí'sic DC ol DrOlorScaboT

úe s o rn o]e cu].arName r o masaName r D at3tnic

El oxígeno exhibe al3ti'opíá, e$ decir, puede existirmentí en más de una norma.

)mo ele

E[ oxí'gano tiene una gran. capacidad de combinación ]naciendo]odirecta; ) ihdirectarñeptie en tod)'s lós-:;elelñe:fetos, coñ algunosde e].los él;sodio y el potasio:), la reac¿i.Sn es. nlu9 rá$íida

1..as reacéi)nes del )xiéeno con elementos se denornixna reacci5p de oxi;genaci5n .

Debicl) a su fácil y poca vistosa obtéñci5n, el oxtge.n5 es :ünode los agentes oxidantes más utilizados en la indus.tría, c)mopor e.leal. en la fabricaci.5n de los aceros se usa para quemarirn.l)ure.zas tales com.o el carbón y el azufre, que les cl&ri"&ri:Éiddadeb indeseable

El )xígeno se utiliza en la medicina para aliviar la respiraci'3n diíicultosa por ixnílamaci-ames de l)s pülrh )nes

2 . HIDR OYENO

El hidrógeno es el element) más abundante cn el universo. Enefecto la mayoría de las estrellas son prea)mi.cantes de hidra

54

Caraf=terísticas principa. '-es

Síllnbo].o atómicoEstado físicoO:. orPeso atórn.icoPe $ o mo].ecu! a,r

HCasIno dora

1. 008C U. b4. AZ . Dl6

Fornta mo]ecu]. 3.rC.lorSobol.'}.íúinero m.a$ 3

Nl3rnerc atómico

incoloroInsípido2 ..116

.1

E! hidrógeno es el elemento dás 3.iviano que exist;e, aproxi-madamente es 14 :/faces menos pesado que:, el aire. Su niolé-cu:.a .confi.ste en dos atomos de ii(H) t-.nidos ?or --ln enlace cov al en'. e .

El b.idrógeno es fáciln'lente abro!'vi¿o pol' ciertos metales finainerte divididos siendo los orincipales p;gladio, platino, oro.C:uíknica,mente el hidrógeno es capaz de com.bida:se con 1: rnayoría de los compuestos cuando se :iene las condiciones ade-cuadas .

El hidrógeno se obtiene por electrolisis de! agl.a

Uno. de los usos más importantes de! hid.rógeno era hasta hacepoco para [os g[obos rneteoro]ógicos y d!.:i::ib].es, pero hoy endt'a ha sido sustituido para e.ste fin por el hollo, ya que estegas ofrece de nc ser combustible como el hidrógeno.

Gran parte de[ hidrógeno es usada como ccrnbustib].e, usualmente combinado con otro gas .

CARBOFiO

Se encuentra abundantemente en la, na.turaleza, tanto c:istalizado com.o amorío y en una gran variedad de compuestos.

Características principal.es

Sitnbolo atómico C l.Túrnero atómico 62

55

Estado físicoC olor

S olido Número atómicoVariable según bío. oxidaciónla clase

12 . Oll

12+ 4.-F2

Peso atom ;ico Sünbolo electrónico C

Pesao.ón espectral 1 S22 S22 p2

Las propiedades .frs:imás del carbono como Lerdos visto varíangrandemente de üná clase a: .ot='a. En general, sin embargo, esinsoluble en todos los solvéntés' conocidos. pero se disuelve -conre[ativa facilidad en metai.es fundidos principa]ment;e- en e] hie-rro. El carbono f'ue usado desde los tiempos remotos con corn-btistible en forma de carbón de leña.

[

[

3. 1 Compuestos del Carbono

Dia:rnante : Constituye la variedad más pu-t'n del carbono, siendoasí mismo la piedra máo preciosa y de irán valor

Gr.arita E3 de colornegro que, en contraste con el diamante,e$ blando laminar. y buen conductor de la electricidad.

Carbono amorío: El carbón amorío no es criso.dino tiene codoorigen la descomposición lenta fuera del contacto del aire, de e-normes cantidades vegetales, descomposición que ocurrió quer.aen épocas muy remotas, per.o que siguen veria.dandose hoy aun-que en mucho menor esc:.ala.

El Carbón hoke : El carbón hoke es el residuo que queda dela destinación seca de la madera.

Carbón Vegetal : Se obtiene por: destilaci6n seca de la maderay se utiliza como combustible, ¿otho decolante y en la fabrica-ción de la polvora.

56

]

4. AZÜFR'E

Aunque es m.uy abundante, el azufre se halla facilmente diGE)o-nible debido a su concurrencia en grandes depósitos. Estos yacimientos son de tres tipos: Volcánicos, }danantiales, Minera-les y dep6sitos de yeso.

']

El azufre ed conocido porél hombre hace mucho tiempo, hay pruebas de que ya en e].bañó' Z.000 A.C. $e utilizaba para blanqueode tejidos y de que lás pinturas egipcias de alrededor del año1. 600 Ai C. continúan ¿impuesta de azufre'.

Características principales

Sivb olo J Estado físico Sólido

Color amarillo Paso atómico 32 . 06

Na. at6mico ' 16No . rñás a 32

ZotZ46No. oxidación Sin\bolo eléctrico S

El azufre presenta en dos forro.as alótrcípicas principales queson el azufre R.ombico y el azufre Monoclíhico.

Las propiedades q.uítnicas

El á2;ubre es casi tan activo comó el clxrg;éno En éíecto se-«combha é6n l.a mayoría de:los metales:y en oran patti, con !os nometi,le s .

[[

57

TEMA OBl!'ElqCIQI'<1 DEL HIERRO(arrabio)

{ Diet RIBUC10N l

2

3

4.

5

Genera.!i da¿e b

Descripci.ón ¿el alto horno

Anexos de]. alto l)oTHo

Cargar de[ a].to horno

Z anas del alto horno

AYUDAS DIDACTICAS Tecnologi;br del acero - Lasheras Es-tebanIngenierrá Metalúrgico - RaymondHiggins Ed. CECSATecnologi'a F'undamental de los n3etalesEd. Klett

Nota: Para las reacciones quí'xvea la correspondiente unidad

Película: Producción de arrabio, lámi-nas transparentes pa.ra retroproyector (ed. Klett)

Hoja de trabajo HOT

ocas

[,

58}

l Generalidades

El arrabio o hierro de primera. fusión es, en realidad, unaaleación compleja. Además de hierro contiene hasta un 10%de otros elementos, entre los cuales/e encuentran princi-palmente el carbono, silicio, magnesio, fós.foro y a.zufre.Estos elementos $e absorven todos al fundirse el hierro re-ducido al fluir sobre el coque caliente y la escoria y lascantidades relativas pueden ajustarse hasta cierto punto cam-biando las condiciones de trabajo en el horno. E$ imposiblevariar la cantidad de fósforo en esta forma y todo el íos6o-ro que entra por la parte .superior del horno, sale por lainferior con el hierro.La cantidad total de carbono que contiene el lingote de hierro,varía generalmente de 3 a 4% y este carbono puede esta.r pregente ya sel como carburo de hierro Fe3C (conocido tam-bién como cementita) o como carbono no combinado en laforma de grafito. La forma en que existe el carbono, de-pende en gran parte de las cantidades relativas de otros ele-mentos presentes, por ejemplo, un contenidoelevado de sili-cio y bajo de azufre, favorecen la descomposición del carbu-ro de hiera.o en el grafito, de minera. que la fractura resul-tante del hierro será gris, m.ientras que, $i el contenido desilicio es bajo y el de. azufre es alto, entonces el carburode hierro se establece preponderantemeni:e )r la fractura se-rá blanca, ya que el carburo de hi=ero es un compuestoblanco. Las com.posiciones intermedios darán cantidades va-riables de grafito y de cementita y modificarán también ladimensión de las escalas de grafito y por lo tanto la natu-raleza de la estructura. Estos principios se pueden repre's untar como sigue: ,¿:

']

]

60!

r-t!

H' oCDt ''"i

.....{i o

g 'a

FÍierro gris,grande (No. 1)

c ri st al ada0

d

d

ñ:l .l..i

d

dG0g3d

}iierro gris, cristalmedio (No. 3)

Hierro gris, cristalfino (No. 5)hierro gris, motel.dohierro bl cinco

59

2 Descripción del alto bor.no

Un alto horno está formado por dos troncos de conos uni-dos por su base mayor. E]. cono superior que e9. el demayor altura. y se denomina cuba,.. tiene forma c6nica parafacilitar el descenso de la carga en el curso de la opera'cien

El cono inferior se denonlinz atalages. En IQS orimerosaltos hor.xos se uni'an directamente por su base los dos co-nos, pero la práctica demostró que esa uní6n tendra a ce-do.ndearse y e$ por eso que actua]mente..].a unión tiene lu-gar .a. trav.és de una secci6ln redondeada o cilíhdrica que$e dQnQrnina vientre .

El horno termina en su parte inferior en un cuerpo de se-cción cilíndrica cuya parte superior se denora.ina obra y laparte inferior del crisol.En la obra están situados las toberas pat''á inyectar el aireque..activa la combustión del horno. En el crisol, que esdonde se recoge el arrabio fundido) las escorias que íál-tan sobre.él, hay uno o dos orificios denominador bigot'e -ras .o escoriales por donde sale la escoria fundida y otromás abad.o denominadopiquera donde.: sale el arrabio fundi-do. Los grandes hornos están previstos de un' canon dearcilla, para tapar la piqueta al terminar la colada.Todo el alt;o horno está recubierto interiormente pork. l3.dri-llos. refractarios con un revestimiento de espesor variablesegún la sección y la capacidad del horno.Las paredes de los atalages, obr.a y crisol están refrige-rados. por agua para prolongar la vida del refractario.Una envolvente de chapa de acero con aros de refuerzosconstituye .n la infraestructura del horno.La carga se realiza por su boca superior que se denomi-na fragante, y que está provista de un dispositivo de cie-rre farm.ado por dos campanas para evitar la salida dela atsmófera. de los gases, la campana pequeña se abrecada vcz que sube la cubeta del Skip descargando encim.ade la campana grande. Un distribuidor reparte la cargaautornátican\ente cuando el nivel de la carga de los hornos

0

ha bajado una altura determinada ( 2 ó..3 metros en los al-tos hornos) se para el suministro de 'aii'é; lo que ayuda aldescenso de la cargó. y :con la came)ana pequeña en posiciónde cerrado se abre .la c.ampana grande cayendo la cargac ornpleta .En el fragante están también situados las tuberías de salidade los gases que los conducen a los depuradores y despuésa las estufas de caldeo del :tire, a los motores de gas, etc.La gran altura de los hornos modernos supera los 30 metros,tiene por objeto facilitar a los gases aseen;dentes .la cesiónde su calor sencible y facilitar tambièn el óxido de carbono(CO)..la reducción indirecta del mineral.La altura del horno alto oodría reducirse, si en lugar de trabajar con aire, que tiene cuatro (4) volúmenes. de gas inerte(nitrógeno) por .uno de gas activo (oxígeno) . Se trabaja conviento sobreoxigen;tdo, como se .está experimentando actual-mente .

3 . Anexos del alto ho rno

Completan ll instalé.cien del horno .alto, además de los silospara materias orima:s. (mineral, cake y. fundentes) un monta-carga , las máquinas soplantes, las..estufas.:recuoeradoras decalor y una instalación .de depuración de gases, Estas insta.-lociones son llamadas también anexos del d.to horno.

4 C area . del alto horno

Los hornos. altos se cargan con capas alternados de mineral,cok y fundente. A veces los fundentes van mezclados con elmineral si se dispone de instalaciones de sintetizado, comoes normal en las grandes factorial, ..se.carga también sinte-riz ado .

La carga .d.al horno v:a descendiendo.. a medida.que .transcurrela operación -y se hacen coladas de arrabio y .escorias, tar-dando de 8 3 10 horas cn obtenerse el metal, desde que secarga el mineral.

61

En cuanta. .:el nivel d.asciende. de..una altura de.terminada( de 2 a 3 m) se introduce una .ciarga de x;1lleno, que $ehabía ido situando sobre la campana. grande de cierre deltragarte

El mineral debe ser de t+maqo..comprendido entre 10y16m.m. para que su superficie sea lá mayor posible y lacilatar asi su reducción indirecta c.on el .óxido de carbonol \J \-/ l +

El pinter.izada; .se compone de polvo: de rninerál y de cok7'ai ¿éniiiás pro¿-edentes de la tostaci6n de pintas y carbonitos de hierro si los hay,

El combustible generalmente empleado es el cok metalúrgicoÍiáaá iá áltui;a de los altos hornos, c! cok d.ebe tener. b'nenares.esten.cia mecánica del orden.de los 160 k8 por c=ú paradesistir sin pulverizarse grand.QS cargas. N5'debe contenermaterias volátiles que podrían aglomerar los materiales enel horno .

Debe ser poroso para facilitar su com.busto(Sn. El podercalori'fico del cok metalúrgico es del orden de 7..00:0 .k.cal,.]or kg conteniendo alrededor de 15go de cenizas genéralmen-te siliciosas,. su densidad de 0.5 aprox.. El tamaño másempleado es de 30 a 60 mmEl carbón vegetal no tiene azufre, $e emplea sobre todoen Suecia, para obtener aceras de"!.alta calidad exentos deazufre, ya que e! cok aporta 1% de S al arzabí;o .en farm.ade sulfuro. El carbón vegetal además d.e su alto preciotiene el inconveniente de que es muy .íriable y no resistegi'andes cargas, F)ique los hornos..que emplean barb.-5n vege-tal son de menor altura que los que e.mlDlean'..cok

Los fundentes tienen por objeto dar a la escoria fluidez necesa,:ria.. Una escoria viscosa cuela dificilmente yen cambiouna escoria demasiad.o íluí?la c)rre las paredes del horno.

62

La fluidez depende de la fusibilidad y -ésta de la proporciónen que se .encuentre los. principales elementos que contienenla escoria', la sílice, ilumina y calSi en la ganga predomina la sílice, como generalmente Ocu-rre, se dice que es ácida y entonces el fundente empIeZa) e$la caliza o castilla (C03Ca).' y la dolomite..'(C03Ca. C03Mg).

r

'.1Si la caliza (CaGaR) contiene teóricamente 56% de cal (CaO) yteniendo en cuenta las impurezas, la cantidad de caliza que 3ecargará aproximadamente será doble peso del de la cal necesaria. Una composición trpi.ca de la caliza es la siguio.nte:

C a :) é,3 . 74% - P 0.010 % - s 0 . 096%

HZD 0.20 % re siduo ins Dibble 1.40 %

La dolomia se emplea menos,: como Íühdente-'que como revesntiniiento reí-ractori¿) de carácter básico. A veces se añade, sinembargo, a la c arge del horno alto pára dai' mias fluidez a laes c aria

5 . Z¿)nas del alto Interno

En resumen, té6ricaménte puede dividirse ,verticalmente, dearriba a abajo .un.horno alto en íuncionarñient3 en 7 zonas

Zona de deshidiataci6n cuyas temperaturas están comprencli-ox. donde tiene lugar la defeca

cien de la carga .

Zona de reducci(Sn indirecta Desde 400o a 700o donde tienelugar la reducción del oxigeno del mineral, por medio de nl)nóxido de carbono (CO) .

63

1.«

Z-ona tlc reducción directa

De '756o a 1..350.o en la...que tie.ne .lug:lr la. -. .= '- .' ' .':Í

reducci.ón del.oxigeno de! mineral directamente por el carbón incandente

Zona de íusilil y ca.Tburagión.,Donde tiene lugar la fuslóny carburación..d.el hierro ..Í13rinado

[

[

Í.

['

Z)na de cim.busto(5n y dgsulíuraci3n En la que se alcanzantemperaturas cercanas a los 2.000o y es la zona don

de se encuentran las toberas .

Z ona. .de calado de escoriastanda s obre el meta! .

Donde se encuenti an éstas ílo

Z ona de c olada del á.rubio/

63A

N'OMBRE:CURSO:FROM:FECHA:TEMA: Obtención del hierro (Arrabio) HOT

Comi-letal el esquema. ¿lel ALTO HORNO señalando a la . izquier.la lasartes constitutivas , al centro los materiales que entran y salen y las

temperaturas que faltan (1. 600o - 2. 000o), y a la derecha. lag.goda? te6ricas

Carga:

Partes 200o

300o

400

700'

Reductor

Reductor

)

'f

Colada de

64

TEMA FABRICACION DEL ACERO

DISTRIBUCION 1. Genezalidades

2. Afino con aire y oxígeno

3. Afino sobre solera

[

OBSERVACIONES DIDACTICAS Hoja de trabajo

Unidad desarrollada por Ing. JorgeRodri'juez

65

GENERALIDADES

Para fabricar el acero sé LJalté 'de art'abro fundido o de unamasala de arrabio fuxndid'.) y chatarra de acero o solamentecle hierro .y acero.

Partiendo d.e ar+abio liquido s)lamente 'es ; necesario que éste$éá tratado en el convertidor, que; tenga sü connposici6n quí-mica conveniente y' que sea caréadb ya. en estado líquidoen el horno .

En cambio, en los demás casos, la fabricación se realizaen hornos: Horno 1'4artíh. y horno eléctrico, partiendo de loscristales íi'íos . Cualquiera que sea el procedimiento que sesiga, la fabricación consta siempre de dos fases distintas:

l Elinlinaci6n, dentro del límite de lo posible, clc todaslas impurezas cin la masa metálica cargada: Silici),Mlaqganeso, fósíoi'o, azufre y también del cat'bono.

2. 1Átecarburacióñ o $ea la adición de carbono bajó laforma más conveniente, para hacer que la masa metálica tenga el contenido de carbono que se rlcsc& obtene :r

La esencia del proceso quítnico que sirve de base a la ía=bricación del acero, c3ilsjsl;e pues en-la- eljmipaci6ln de loselementos extraños de la masa metálica. Esta eliminaciónse obtiene mediante ;reacciones de -ixid.aci6n {aíi.no) con ex-cepción del azufre que nó se' elimina por oxid.aci6n. Losproductos que así' se obtienen de los elementos citados, sonseparados y eliminador de la masa metálica y por !medio deESC ODIAS .

Z AFINO C DN AIRE U OXIGENO

2.1 CONVERTIDOR BESSEMER: un convertidor e$ un hor;;''=;iiiBiÉii='i;i ii ¿ual un metal es cargado con muchas impureza.s y e$ obtenido con un grado de purezamayor

'ÍÜ

Si el revestimiento refractorio del convertidor es básicoel convex'tudor se denomina THOMAS.

Si el revestimiento re.tractor.io es .ácido, generalmente cons-tituí:lo por sílice, el convertidor se denomina BESSEMIER ennombre del inventor inglés que le di6 a conocer ei] 1856.En este convertid.or se utiliza arrabio pobre en fósforo y azufre de una com.pósici6n pare¿ida a la siguiente:

3 ,- 4%

Si ; 1.5 -2.5%

Nia...-. = 1 -. ;%

p = o.08 'h

S : 0.05%

En el :)receso Bessemer el elemento TERMO)GENE es el siliao, cuya oxidación provoca la gran elevación de tempera-tura, que íavoréce la operaciòn.

Debido a ésto n) se .necesita el uso de combustible

PRACTICA DEL PROCESO BESSEhÁER

El. convertid.or es cargado Con arrabio lilhuido j1.20boc aprox:)Una vez.ttei'minado.esta opel'avión, se inicia el so'Fiado. Elaire .se insufl.a frío.. a través de Unos agujeros gítuad?s en elíondb.:del convertidor y á uná presión de &, 3 kp/cmú

En el curso d.e la::Qpelaci:5n tienen lugar las oxidaciones yreducciones siguientes :

El silicio se oxida en primer lugar según ip reacción siguiente

Si + aTeO Sida + 'á. Fe + «L66 callo Rías

67

La sílice que se forma se combina con el 5.xiao íerroso dando lugar. a silicato ferroso que pasa a la escoria. Esta es-coria silicona y por tant) ácida, impone el revestimiento decarácter ácido del convertidor, para evitar su coi'rosi6ii porlca e$ corta

SiO? + . .FeO F:eSi03 +. :::::':: i. .' '' . ' ...l

1.0 calorías

Parte (3e la; sílice formada,"" reacciona con el C o el F'c e;a-trayendo com.o consecuencia ün retíorn) de una parte del siiicio al baño .

2C. 2 CO + Si/ . . .--.-- ' el baño

EL )A:AiqGANESOla re ac cich:

Se Okada a contintzaci¿5n del silicio según

bXln + FeC) bXtnO + F e + 26 calorías .

El 6)fido áe manganes) una vez formado se combina c)n lasílice dando silicato de manganeso que pasa a la escoria.

}Añ' + Sida MlnSiO. + 5 calorilás

es c oda

Cuando el-% de Si y balin ..ha disminuido,. comi.eriza la oxida-ción elel carbon). la cual se íav-crece por la elevada ternpenatura . del. bañó .

C + FeO CO f Fe 36 calorías

La oxidación del carbono a CO provoca una ebullición cle ma-sa metálica y por tanto.vn contacto más intimo entre meta.l yescoria, lo que facilita la descarburaci5n.

EL FOSFORO La"oxida¿íón del fósforo se realiza s=egún larene cien:

3 P + 5FeO + 5F'e

Esta reacci.5n debe producirse desde el comienzo del Afino;pero dada la i)rosen.cia del carbono que actúa reduciendo elP206 ; a medida que .se forma:

+ 5C0 220 calorh.s

No se -verifica en absoluto. Se deduce que la desíosíoraciónpuede veriíicarse solo despúes de la eliminación del carbonopero aún despuès rl.c eílectuada la descarburación bo es posi-ble la desfosíoraci6n en Horno acid.o.:

1. Porque la corñbinación d-e P205 c)n FeO no puede ser-vir para hacer pasar el fósforo a la esc.)ri.a, siendo el P205de una acidez inferior a la.de :la sílice y por. tant) el .fosíatgsería iñdiíinidamente descompuesto por la sílice de la esco-ria y del revestimiento del horno que desplaaaríaP205, sustituyéndolo.

Z. Porque la adición de cal (CaO) capaz de fijar convenien-temente« el P205 . debe excluirme porque ésta tiene una accióndeterioradora .muy enérgica sobre el revestimiento ácido.

AZUFRE : La oxidación del azufre está expresado poi lasiguiente reac cien:

FeS +, 3 Fe - 83 calorías

Esta desulíuraci6n requiere una temperatura aE3roximada de2320oC. Debido a que esta temperatura no se consigue durante el Afino, entonces es imposible la desulíuracióit en elHorno Acido .

69

La eliminación del azufre no se puede efectuar bajo la formade sulfuro de una base fuerte dada la acid.ez. de..la.escoria ydel revestimiento del horno que no permite su empleo.

NOTA: La imposibilidad de una desulíuración 'y désíosíoraciónen el proceso Bessemer (ácido) obliga.:.a}. íqbricante de Aceropor éste método, a utilizar- un« mater:iál..lo==in.ád=i31,r.d.1 2.1?gibi.e(azufre- í6.sforo).

RESUbÁEN DE LA )GARCHA DEL PROCESO BESSE}ÁER

PERIODOS DEL AFINO

l Pexñodo de las chispas (tino¿' 4 minutos) Se producen lla;l;ias !oja.s ¿bebido a la oxidación del silicio. Al íihal deeste. periocl), la temperatura. llega a su máximo 1.600oC:

2 Periodo d.e ]a ]5escarburaci5n: (nlños 6 minutos). Las llaoxidación del caíboho . El

convertidor ronca y Vibra vi)lentamente, pues el baño seha espeseado y el aire pasa a $u ''LF&vés con dificultad

3 Periodo de los }iumos: (Unos 2 minutos). Al final de layen las llamas y se producen hu

m)s rojizos debidos a la oxidaci'5n del hierro. A veceseste periodo se suprime obteniendo un rñetal Decí cles-carburado y poco oxidado. Esto tiene venta,a de que dismilauye la duración de la operación (tiempo) y menos péraida de hierro en la escoria. Se.ahorra. t?mbién..la adi-cien final de F'erromaxn.ganes-). Eh. cambio, no puede -péguiarse la composición de.l. acero obtenía.o..

4 Periodo á.e Reaíin): (IJnos 6 minutos) Al terminar el peFiado anterior se suprime el soplo, se iil¿lina el c)nver-tidor, se saca una primera escoria, .se agrega ferromanganeso y Ferrosilicio para déxo.xidar y' fecarburar convenientemente el baño, se sá.cá. escoria y a continuación secuela acero en una cuchara y Finally en lingoteras.

FeO + .},4n bAnO + Fe% s c orla.

La operación total dura unos ZO minutos

2.2..AFINO EN CON.:VESTIDOR THOMAS : Facilita la des-fosforaci5n y la desulfuraci6n , lo que permite óbtenezun buen acero, aún partiendo de material no seleccionado

La diferencia con el proceso anterior está en la posibili-d.ad de ágreÉar cal al procesé. «E.l revestimiento. del C')nvertidos es básico ( a base de dolomite, que es un carbonato doble de magnesio y calcio: MgC03CaC03 +MgOC aO)

El.proceso Th)mas se usa para lás fundió: iones blancasfosíorosas pobres en sílice, de c)mposici3n similar a la$ iguiente :

4%

Si = 0.5%

blin = 1 h 1.5go

i.7 - z.&%

S : 0.08%

PR.ACTIVA DEL AFINO! '

El silicio se elimina Imuy pronto por hallarse en pequeñacantidad. La esc)x'ia formada será ácida, puesto que lacal que se introduce al principio está fz'iá y n) hablá en-trado en cicci-5n. Esta escoria atacará al revestimientobásic) del c)nvertidor. F'or esto ;para reducir al míhim)la,« coiiosi6n del revestimiento, el arrabio debe $er i)obreen s nic io .

\

71

La elimina.cien .del rz:.anganeso. se realiza según l; reac cien

Ma, + FeO bAnO + Fe + 26 calorías

El iX,{nC) no =;e fija en la escoria sino se encuentra en Rianparte libre, rle nl)d) aue puede ántrax- en reacción con elcarbon) según la reacción:

i\.,lInO -F ( CD + l.Cn'1)'

( -eterna al baño) 62 cal )rías

],a .eli.minación. !ncornpleta del M.n eé un punto de inge!'ioridad. deeste pr*-)ceso con re].aci(Sn al Bessemer

Es necesario tener en cuenta la a.lta temperatura (1.660o C) yque el contenía) de Mn rl© la carga es más elevád5 que en elpi'iceso ácida ya sea para limitar la oxidaci5n del baño o para:Lvud&F a la desulíuración .

La elirxl.inaci5n del.carbono se realiza más rápidamente que 'enel proces) ácido:

C -k FeO .CO.l + B-e 36 ca]. .)rías

E LibÁIN AC 10)! DE L F DSF OR Drrsticas dal proceso Thomas .

C DnstituxFe una dé las caracte

F'205 J'- 5Fe + 40 calorí'as

'.Jana c)ndici/)n para la eliminación d.el í5sí.ái') es la ausenciadel carb,.)lao .

La )ti'a. c)nóición es aue el P.Oc encuentre en la escoria. unexces) de una base cualquiera'pára combinarse (fijarse).

?CaC) Cq:3 ( P04) 2

cal El fosfat) de calcio se une a la esadria

72

En cuant) al azufre ( No se :elimina l-)r oxidaci6n, pDr es)n3 se c.)nsidera en el Afino) su eliminación se verifica íuera del c)nvertidor. ( aquí no se tratará iibre este tema).

Sin embargo, una pequeña desulfuracic5n se l)grá conseguira causa d.e una escoria fuertemente básica pir exces) decal

FeS + CaO CaS-P'

+ FeD + 4 calorías

Ins oluble en el hie rro .voluble en la escoria rica en cal,

NOTA: Para la reñiazi5n (tel Py del. S e$ necesario, dés-É)ués de descarburado el baño, extender el s)pIZa') .por un pedodo de 5 minutos . Este periodo es c)nocid) como '' post-soplado ' '

Al final del soplado el c)nvertid)r se gira en posición horizontal, se susÍ3ende el soplado sacando tanta escoria como seapo s able .

El aces) se vierte e:ntonces una cuchara list) para pasar alas lingoteras: pero antes ea necesari) desoxidarlo para quéno se pr)luzca un vaciado defectu)so. Esto se logra conFei'ro"anganeso.(calmar el acero).

FeD + b/ia . Fe + bAnO

E s c o ria\

Cualquier exceso de Mn, just) con el carbono, se disuelvenen el acero de m.knera que, el íerromanganesi actúa comoagente d.e ajuste en el contenía) d.e carbono.

Generalmente el acero se calma con íerrosilicio + íerromanganesi, y también con alumini).

Si el acero no es calmado, entonces es EFERVESCENTE;también puede ser semicalm.ado.

73

2 . 3 PROCESO LD

/

/

\

GENERALIDADES

El proce.so LD transforma la carga del arrabio l.íkuido-pen su mayor parte, en acero, insufland) .iabre «su--lrñaéajl)or medí) de una lanza reírigerada.' por agua

Se utilizan para este pr)cesa .convertidores, parecidos al)s de TF{OMAS. Su revestimiento basic) está formadopor ladrillos de magnesita y delomita aglomerada con alkitrán. La dt racil5n de este !'evestirnient) es de urnastrescientas operaciones

Los crisoles son basculares, como los de Thomaso ciccioDados por motores eléctricos para poned'los en posiciónde carga, trabajo y. colada

La lanza utilizada para insuílar el oxígeno está formada:)or tres tubbs de acero concéntricos, con un& cabeza dec obre Eléctrolitico .

Está reírigerada por aguar--diie. circula entre los dostubos exteri)res. La carga está íornlada por arrabiolíquido y chatarra, eíectuandose durante el s)prado lasadiciones de cal, dineral de. hierro y a veces bauxita

El oxí'ged utilizado debe ser aé uña pureza del 995%oy es inyectado a una.presión de 8-12 a'mbsíera y uncaudal del 60- 150 mJ / minuto, según el tamaño de! ).xic onc onve rtid or

AFlbJO LD:Las reacciones sin símil.ares a las que se producen enlos convertidores clásicos .

74

El Silicio se oxida a los 3-4 minutos de haberse iniciado elsopla.do f)rmándose un& escoria de silicato de hierro y mangane s o \

.ÍEl ls4tanganesoces o Thomas

se )xida y le ccurre lo iYiismo..que.len el'..pro

El Carbono" al quemarse produce CO que forma una gran agita.ci(5n del baño, que cesa brué;Cam.ente al final de la descar-buraci6n

La Desfosíoraci(5n $e realiza en las mejores condiciones,igual que en :el Thomas .

rara la desulíuraci3n se recomienda eíectuarla fuera del oxi-con'7ertidor c:ollll Na2CD3 ' En el oxiconvettidor se reduce azuíre en .for«la;'de CaS (9ulíu'o de calcio).

El Nitrógeno que quema en el acero es ins:igñificante+' de D.0002: 0.003 %.

Durante el soplado la témpei'atora asciende de Z.5{)0 a 3.000)CLa calidad del amer) LD es superior a la de los Bessemer yTh)mas e igl.lal, por lo menos, a los mej)res aces)s S.M.

3 AF'INO SOBRE SOLERA

3 . 1 AC ER O M.ARVIN SIE h.LENS

GE NERALIDADES

El aumento brusco de la producción de acero, planteóel problema ¿le la utilización de los residuos de acero(chatarr a) .

75

Max'tíh en 1865 hizo los primeros intentos, los riales íüer)n i)eríecci)nidos por los hérmañ5s Siemens ji;. de ahi' sunombre de M.artín - Siemens .

Según la ñ:átüfaleza quítnica del« tevestiihientio de .la sl)lata,se distinguen los Érocedimiéntós Martín básico y MzartíhAcido . Solamente el básico permite el afino de las íundi-cione s íosforosas

La carga de un Horn) BAartíh está formada poi ariabib lí-quido, chatarra, mineral de hierro y en solera básica porcal

Según las proporciones de estas materias se utiliza

a Proceso a la chatar-ra (abundante chatarra 75%) + artabio líquid.o (25go). Esta mezcla se afina por la acción)xidante de la herrumbre de la chatarra y por )argen.)en exceso en l)s gases de colnbusti'5n.

b pra¿es-o al mineral ( ori proces)) abundante arrabio( pO%) : + chatarra +mineral de hierro).

Aquí la carga metálica se aflina por el oxígeno apo.nado porel Fe203 Su periodo de afino es muy largo. Pr-oduce seem.]re uná escoria básica

4

El p='ocaso con chatarra se puede realizar en H)rno Acidoy en Horno Básico. Naturalmente en el primer caso se debe partir de material excento de fósforo y azufre

El proceso al niinex'al no puede ser practican) en Fíorno Acido por la razón de que necesitando para el afino una grancan.tirad de m.ineral, éste en contacto con las paredes delHorno ferrnari"a silicato de hierro, 9 sea escol'ia, por lokant.) debe ser practicado con solera básica.

76

Acualmente se emplea el sistema mixto, -operando con chatarta y mineral, vaciando :las .proporciones de una u )traen muchas ocasiones l más que por razones técnicas , deacuerdo con la existencia de chatarra.

b

En el pr.clc.g.qp. de afino en Hornos S.M. tien.e.,mucha impor-tancia la escoria; pues a través de ella se realiz.an las o-peraciones de afino. Es, por tanto, interesante. que la su-perficie de contacto entre la escoria y el metal sea la mayolposible, pues de otro modo las . reacciones serán lenta'simms .Por eso la gral superficie y poca profundidad;de .los. HornosS.l/{. favorecen este propósito.

El Afino en :Hlo#ñds Martín difiere del Afino en.. convertidoresen los siguientes ]at.zntos :

La oxidaci(5n én los .bAartíh la realiza el oxígeno. aportado porel {5xido de la chatax'ra .o del !Dineral, ..de .hierro, .mientrasque en los convertidores el oxrgend: es aportado pDr el aireque se insufla, o i)or el oxígeno puro en los oxiconvertidoresl LD ). En el procedimiento S.M. la solera e$ calentarla me-diante llamas qup lame el metal cargado,i. ?btenida con .airey combustible ( gene!'almente gas natural) .

Regulando él combustible y.el aire la llama se puede volverl.igeramente oxidante. Carla media hora, mediante una vál-vula especial, se invierte la entrada del aire y de combus-tión, de manera qü.e la b(5veda de horn.x e$ calentarla deizquiera.a a derechaly de dei'echa a izquierda

La gx-an cluraciSn del Afino (depende del tonelaje, ejemplo:Pará 300 TON ..4-8 horas). Favorece el control de la. ope-ración'mediante r'esoluci6n de cualquier problema que se .pre-sente, cosa' que es iml30sible de realizar en los convertidoresIDOL su tiempo de Afino muy corto;

l

77

El tiempo de duraci.5n d-cl afino ( grbspuade. eointensardiseñando hornos que tengan una cakaci-da.d:grande para quela F)roducci6n de aces) sea mayor

La elevaci-5n de la temperatura permite un mejor dcsulíu-ración y desfosíoraci5n, así coma tannbién agregar dementos de aleación, tales como: V, Ni, Cr, etc

bAAGNETISMO DEL .AF'IND EN HORNOS S.M (BASIC 0)

b.4.ANCHA DEL AFINO S . M. B ASIC O

La carga puede sel' realizada c)n gran proporsi.3n de arra-bio líquido, pero or.dinariamente se prefiere hacer cón cantidad m)rlCT&d& de chatarra' cin el íin de limitar la duracióndel Afino .

],a oxidaci6n de las impurezas en el proceso S.ivi. Básico,se realiza por medio de la adición de batidui'as de hierro, oprovocando la formación de FeO que )xide la atm(5síera delhox' n

F3r encima del metal líquido se forma un3 capa de escoriarica en .óxido herr)so. La oxidaci6n posterior de las impunezas se desarrolla p)r debajo de .la capa de escoriaPor medio del 6xid íérr060 .disuelto en e.l..metal que pasad.e la escoria

Las reqc clones s on

Si + FeO -D. 2Fe + Si02b/ín + FéO pFe +., N'lnO

:P sFI' + pzo52F + 5FeO

73

L.os 5xidos formados. pasan a la escoria, la sílice y elP205 se unen..con el 5xid) de calcio (CaO) formando el Siiicat) bicálcido y la oal del ácido fosí5ricd:

.?iO2 .+ 2CaO . .b 2C aO . Si02

P205 + 3CaO .& Ca3 ( P04)2

La escoria í)amada se descarga del horno. En este pedidola té:mPeratura del metai. se eleva, después de lo cual, el carbond ;entra en. reacción con g1 6xid) ferrosi.

C + FeO .Ü F'e + CO

Duranto 'la '!oxidaci.5n del carboim..: $e produce la ebullición delbañ.5í El! azufre se elimina agregando óxido de calcio.É'á.raformar sulfuro de calcio que pasa a la escoria.

FeS + CaO ..L CaS + F'eDr

Después de . la,. ebullición del bañ--) queda. una dei'ta. canté(%d deFeO que es necesario. cii mar (desoxidar) Esta opel'aé15n sehace con íerromanganes i, herr)síl$c;ib, ferri#lüíni;iíiip etc

En la producc.i5n de aceras aleados después de la desoxida-ci5n, se agregan los elementos de aleación en forma de fernaleacioznes (feTT)crom), ferro.niquel, fer.rotitáneo, etc) .

3 . 2 HORNOS ELECTRIC OS

Los hornos eléctricos, tanto de aire com) de inducción.tienen grandes ventajas:

1. Se pueden obtener tmnperaturas elevadas (3.5D0oC enalgunos hornos) cesto favorece la desulíuraci5n y ladesoxidaci5n, a$í comi también la íabricaci5h de todotipo de aces--) .

79'''+''.

2. Puede controlarse la velocidad de elevación de la tem-peratura y mantenerla entre IBrnites muy precisos, conregulaciones automáticas.

3. Como no hay combustibles la carga queda completamente libre de la contaminación del gas.

4. P'uóde controlarse perfectamente la atmósfera en contac-to con l& masa fundida, haciéndola oxidante o reductora avoluntad, e incluí.o algùn tipo de horno puede operarse en.VB,.cto.¿ '. ..' ... ''.«-,....

5. Los revesti.mie.ntos tienen mayor duración .(::del iÉIB:i:élla témperatura ). ;: 'l ... .t

6. Se in.gtalan en espacios reducidos. ''

7. gu ope!'aci6n s.Q 'féálizá Goli !n#.y.or hiÉíéhé;

Los hornos eléctricos de arco se calientan É¿it olmmrco e;#ctrig.oque salta en el interior del hornos,eD#re electrodos di.apuestos Paratal fin Los electrodos son fabricados de grafito, de carbono axnorfo. ctc. En los hornos eléctricos de inducción el calor ge producepor corrientes alternas inducidas en la misma masa del metal.

Para la obtención y refusi6n de acero en hornos eléctricos sólo seutilizan H; .Bi. de arco y E{.E. de inducciénó

FABRiCACION DEL ACERO EN moKmQ ELECTRICO DEARCO:

La fabricación del acero en hornos eléctricos de arco se realizageneralmente por reíusi6n de chatarra y principalmente pnr tresprocedimientos:

1. Hornos de revestimiento básico con dos escorias.

Z. Hcí:nos de restimiento básico con una escoria

3. Hornos con revestimiento ácido ( muy usado )

80

FABRIGACION DEL ACERO EN HORNO ELECTRICO DE ARCOB.aslco:

Se usa para la fabricación de acercas aleados y el carbono de muybaja contenido de S y P.

Se parte de chatarra, a ser..Posible de +.a.misma o de pareclldacomposición al acero que se trata de fabricar. La operación serea.li.za en do s fase s:

J.

}

31

Primera fase Fu:.'sión y oxidaci Sn

tiona vez cargada la chatarra, se inicia la fusión que dura varias huyas

E;n e] curso áe ]a fusión o a] fina) de e]].a, $e agregac ál

Ulla vez terminad.a la..íus.i6n se a.ñade mineral de hie!'robien >ür.5 par-a. )xidar .las impurezas. En esta primera fa-ce se )xid.a el silicat) f«.el magnesio , se elimina partedel fósíor) y se descarbura totalmente el hierro .iniciada .)seen..g.rina.pi.o-.la...oacidaci5n .- C;uand.) el. baño deja de laervirse toma un3 muestra y se intenta plegar una i)robeta. Sino :colnticnc carburo se p)¿lrá plegar perfectamente y si elhierro está axidadl se )bservarán grietas. Después de intorrun1l3ix' .la..c,)r.r.lente e.léctrica se saca la escoria dc)n cui-dad

Segunda Fase Carburaci6n y reducci 5n

Una vez retirada la escoria sq recarbura el bañ.). ain c.oke,grafito y "se "recon'itruye la escoria c)n cal. Esta escoria, altaniénte reduct)ra, d.esixida el baño. (;omo la operación sede s ar-rDlll.a a - una - al ta- -tetnpe r atora -(un =n -t='60 J'CT éé" ío rmacarburo de cala) que es un excelente reductor y que diluí-d3 eln ]a escoria aces.era la reducción de la caiga.

En el cubs-o de la operaciòn se realizan adiciones de grafitopara desoxidar la escoria. .Finalmente, se añad.e desoxidantesmás enérgic )s 'coja s ferfótñáñ'gane s o y' féfr 59ilí¿io.

Cuand) la escoi'i:a' se pone muy blanca se toma una muestrase analiza y se corrige la comp)sici6n del metal c3n amici.)-ne$ de ferroaleaciones, después de 10 a 15 minutos de espe-ra .pai'a bajar la.temperatu.ra.se cuela el metal en una cuchar¿

32

FABRICACloN DEL ACERO HOT

La gráfica muestra el

En diferentes posiciono s

a

b

Z Coordine las palabras Silicio F' 6sofor )- Acido Basico

C onve rtid o r

Pr)cesoRevestimiento.del c onvertidor

-Ac.Olnpañah.te .rielarrabio (:= 2%)

THOMAS

JESSE MER

3. El revestir.iento básico eñ el convertid)r ," permite la amici'5n de para fijar el óxido de

4 Durante el proceso de afín) con aire, se sube el punto--defusióln de l hierro por . l-Pala alcan-zar a la temperatura necesaria de , se sirvencomo elementos term6genos en el pr;)ces) básico el

, y en el proceso ácido

5. Al terminar el proceso se echa c)n]) des)xidantecn el bañ), efectuando simultáneamente

del acero .

83

6 '' Proceso LD'' se liaxna elprocedimiento de soplan) c )n

/'L.,'r 0

El FeO prbducid.) reacci)na cinlos ac)mpañantes, su.bienlo asi;la temperatura

H Se alimenta el crisol cc )n

l

Z

3 âpara arrabi)fosfSric )) .

7

gas deescape

air e caliente

=::2z:Z:!.;!!?:Zl;Z22:Z:>... . ,,,::i:l;ü/'/ imbustible

3 ... .. ..bi7'./1

84

Exl,loque el ''horn 'egenerador'' SIEMENS-MARTIN

}

8 El horne; SM. l:ermita la íormaci6n. de acero en diferentes maneras:

8. 1 Alimentación c on .....................:.liao.

8. 2 Alímeniaci6n con ].íhuido c;n alici3n Je, jaia acelerar la combustión Je las i

8ii'siiia temperatura. de al-rox. ...

El 1- orcentaje Je NitróÍ3eno en acero Sh4 es .le l::.]0,

[T o. o05% [J o. 05%

Como consecuencia este acero es resistente al enve

(;'NH' aa I'.'pn.'lllf-p.'rl nl"'prr")q ñ.Ipla.tl.(")R . Co]Y]C) ?

.Psoadc,

rnpurezas

5'%

jed:dentl

En el horno uc en a.c e r Sse i)rcP

9.

10.

'i

+

) .J

11 Anote lis n)m.bi'es y paz'tes principales de l)s horneselectric os :

(

[.

H )rno de Horno de

12 Pensando en los elementos ael aire, diga cuál es la ventala de aceras &firi&dDS en hornes eléctricos:

13 La temperatura en hornos electric)s hasta alcanza:Este hecho permite la adición

p'3i ejemplo:deV\ ' 9

(complete la lista) .