UNIDAD 3 TAREA 3 – METALES Y METALURGIA Presentado Por: WILMAR JACOBO JORDAN RIOS Cód. 13871156 ESTRUCTURA MOLECULAR Grupo: 401582_39 Tutor: DOLFFI RODRIGUEZ UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) NOVIEMBRE 2020 PALMIRA VALLE INTRODUCCIÓN Los metales, su producción, manipulación y utilización han sido de gran utilidad en la industria. Con los recursos propiciados por la UNAD, se hará un estudio de los diversos tipos, procesos de extracción y transformación, propiedades físicas y químicas, científicos y usos cotidianos. EJERCICIO 1 - METALURGIA EJERCICIO 1.1 MAPA CONCEPTUAL EJERCICIO 1.2 TABLA 1. MINERALES CON PRESENCIA DE METALES Nombre mineral Fórmula química Elemento metálico Caolin Al2Si2O5(OH)4. silicato alumínico hidratado Magnesita MgCO3 magnesio Uso del elemento metálico en la industria En el proceso de calcinación de los caolines, debido al aumento de porosidad por eliminación de radicales hidroxilos como vapor de agua, se produce el incremento del área superficial del caolín y de su reactividad química. Estos cambios en sus propiedades físicas y químicas permiten la eliminación de materiales iónicos tales como el ión cloruro que degradan el comportamiento eléctrico. se usan como material refractario en hornos para la producción de hierro y acero, metales no férreos, cristal y cemento, así como en agricultura e industrias químicas y de construcción. El uso principal del metal es como elemento de aleación del aluminio. Barita 𝐵𝑎𝑆𝑂4 Ba Su uso principal es en la industria petrolera, para fabricación de lodos de perforación. Se estima que el 90% de la producción de la Barita se utiliza en esta industria y el 10% restante para la fabricación de papeles, cauchos, colorantes, entre otros. (Zambrano Ortiz, 2019) Bauxita AL(OH)3 Al2Si2O5 (OH) silicio Es un importante constituyente del hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento Corindón Al2O3 aluminio Laminados en frío, conductores eléctricos. Hematita Fe2O3 hierro Casiterita SnO2 estaño Es utilizado en la costruccion y sus derivados Se usa como protector del oro, del acero y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva. También se usa para disminuir la fragilidad del vidrio Es la forma más estable del carbono. Al ser un material refractario se emplea en crisoles y ladrillos. También se usa como lubricante sólido y es conductor de electricidad. Grafito C C Se utiliza en la fabricación de lápices. Se utiliza para evitar la oxidación Se utiliza en la fabricación de diversas piezas en ingeniería como pistones, juntas, arandelas, rodamientos. Se emplea en la fabricación de crisoles refractarios para las industrias del acero, latón y bronce. Ejercicio 1.3 Diagrama de Proceso en Bloques del Cobre: Subsuelo con cobre Mineral sulfurado Principalmente oxidado Subterráneo Superficie Extracción Lixiviación Fundición Molienda Piscina de electrobtencion Flotación EJERCICIO 2 TEORÍA DE BANDAS, CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA, CONDUCTORES Y SEMICONDUCTORES EJERCICIO 2.1 Ejercicio 2.1 Pregunta sobre Bandas de Conducción: Figura 2. Formación de bandas de conducción en el magnesio 1. ¿Cuál es la configuración electrónica para el átomo de magnesio? R/ [Ne]3s2 ó También 1s22s22p63s2 2. ¿Qué sucede con los orbitales de los átomos de magnesio en un cristal metálico de este elemento? R/ Existe un traslapo de orbitales es decir que los niveles energéticos de cada átomo de magnesio se ven afectados por los de los átomos vecinos. Como existen bastantes átomos aún en un pequeño fragmento de magnesio, el número de orbitales moleculares que forman también es mue grande. El gran parecido de las energías de esos orbitales llenos constituye la banda de valencia. La mitad superior de orbitales vacíos cercanos constituyen la banda de conducción. El resultado es que el átomo resulta un buen conductor de la electricidad. 3. ¿Cómo se forma un orbital de enlace y anti enlazante? R/ De acuerdo con la teoría de los orbitales moleculares, el traslape de los orbitales 1s de dos átomos de hidrógeno, conduce a la formación de dos orbitales moleculares: Uno de enlace y otro de anti enlace. El de enlace tiene menor energía y mayor estabilidad que los orbitales atómicos que lo formaron mientras que el de anti enlace tiene mayo energía y menor estabilidad que los orbitales atómicos que lo formaron. 4. ¿A que se denomina banda de valencia y de conducción? R/ Los orbitales moleculares poseen energía muy parecidas y debido a ello se describen como una “banda”. Los niveles energéticos llenos y tan parecidos constituyen la banda de valencia. La mitad superior de los niveles energéticos corresponde a los orbitales moleculares des localizados y vacíos que se forman por el traslapo de los orbitales 3p. Este conjunto de niveles vacíos cercanos recibe el nombre de banda de conducción Es decir que la banda de valencia es la región donde se encuentran los electrones del último nivel del átomo y la banda de conducción es la región donde los electrones se mueven de un átomo a otro. 5. ¿Porqué los elementos metálicos como el magnesio conducen fácilmente la corriente y como se realiza este proceso? R/ Como la banda de valencia y la de conducción son adyacentes entonces la cantidad de energía necesaria para mover un electrón de valencia a la banda de conducción es insignificante y una vez allí el electrón puede moverse libremente por todo el metal ya que la banda de conducción es una región donde no hay electrones. Ejercicio 2.2 Brechas de Energía de las bandas de valencia: Figura 3. Comparación de las brechas de energía entre las bandas de valencia y la banda de conducción de un metal, un semiconductor y un aislante Nota. Adaptado de Comparación de las brechas de energía entre las bandas de valencia y la banda de conducción de un metal, un semiconductor y un aislante (p. 940), de Chang, R. Goldsby, K., 2013, Química. (12a. ed.), McGraw-Hill Interamericana. EJERCICIO 2.2 a. ¿Qué ocurre con los electrones de la banda de valencia para cada caso? (metal, semiconductor, aislante) R/ La banda de valencia en los metales es más próxima a la banda de conducción que en los semiconductores y los aislantes y a su vez la banda de valencia de los semiconductores es más próxima a la banda de conducción que en los aislantes. b. ¿Por qué algunos materiales conducen mejor la corriente que otros? R/ La conductividad eléctrica de un sólido depende del espaciamiento y del estado de ocupación de las bandas de energía. En el caso de los metales como el magnesio, las bandas de valencia son adyacentes a las bandas de conducción por lo que son buenos conductores mientras que, en los aislantes como la porcelana, por ejemplo, la separación entre las bandas de valencia y de conducción es mucho mayor que en los metales esto hace que se requiera mayor cantidad de energía para excitar un electrón hacia la banda de conducción. En el caso de los semiconductores, las bandas de valencia y de conducción no están tan cerca como en el caso de los metales ni tan alejadas como en el caso de los aislantes. c. ¿Qué se puede concluir de la comparación de las brechas de energía que se muestran en la figura 3? R/ Se puede concluir que la separación entre las bandas de valencia y de conducción de un elemento es inversamente proporcional a su conductividad, es decir que a mayor separación menor conductividad y a menor separación mayor conductividad. Ejercicio 3. Superconductores: (Smith & Hashemi, 2006) BIBLIOGRAFIA EcuRed. 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