TITANIO

COLOR: plateadoDENSIDAD (g/ cm3): 4'507
ESTRUCTURA CRISTALINA: hexágona
PUNTO DE FUSIÓN (ºC): 1668
PUNTO DE EBULLICIÓN (ºC): 3287
SÍMBOLO: Ti
CLASIFICACIÓN: metales de transición, grupo 4
VOLUMEN ATÓMICO (cm3/ mol): 10'62
Nº ATÓMICO: 22
MASA ATÓMICA: 47'867
ENTALPÍA DE FUSIÓN (kJ. mol -1): 20'9
ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN (kJ. mol -1): 428'9

HISTORIA Y CARACTERÍSTICAS

El titanio fue descubierto en 1791 (en el mineral menacanita), por el clérigo británico William Gregor, quien le puso el nombre de menaquita. Cuatro años después, el químico alemán Martin Heinrich Klaproth volvió a descubrir el elemento en el mineral rutilo, y le llamó titanio como alusión a la fuerza de los mitológicos titanes griegos.
Es el 9º elemento mas abundante en la superficie de la Tierra (0'565% en peso). Esta casi siempre presente en rocas ígneas y en los sedimentos procedentes de ellas. Nunca se encuentra en estado puro. Existe como óxido en la ilmenita, en el rutilo y en la esfena. También se encuentran compuestos de titanio en titanatos, silicatos, thortveitita, neptunita, euxenita, muchos minerales de hierro (ilmenita), cenizas de carbón, en las plantas y en el cuerpo humano.
En 1910, Hunter obtuvo titanio puro calentando TiCl4 con sodio en una bomba de acero. En la actualidad se utiliza otro sistema más productivo: Primero hay que obtener el óxido de titanio. Para ello se tritura uno de los minerales anteriores y se mezcla con carbonato de potasio y ácido fluorhídrico produciendo fluorotitanato de potasio. Éste se destila con agua caliente y se descompone con amoniaco. Así se obtiene el óxido hidratado amoniacal, que se inflama en un recipiente de platino produciendo dióxido de titanio (TiO2). Para obtener el titanio en forma pura, se trata el óxido con cloro, con lo que se obtiene tetracloruro de titanio, un líquido volátil; después se reduce ese líquido con magnesio en una cámara de hierro cerrada para producir titanio metálico. Por último se funde el metal y se moldea en lingotes.
El titanio puro es un metal blanco-plateado, con brillo. Tiene una densidad muy baja, es resistente y es muy dúctil cuando esta libre de oxígeno. Es un buen conductor eléctrico. Su conductibilidad térmica y dilatación son relativamente bajas.
El titanio arde con oxígeno a 610 °C formando dióxido de titanio, y con nitrógeno a 800 °C formando nitruro de titanio.
El titanio sólo es soluble en ácido fluorhídrico y en ácidos en caliente como el sulfúrico. El metal es extremadamente frágil en frío, pero es muy maleable y dúctil al rojo vivo moderado.
El titanio es tan fuerte como el acero, pero un 45% más ligero. Es un 60% mas pesado que el aluminio, pero 2 veces más fuerte.

APLICACIONES

El titanio es muy utilizado en aleaciones con metales como aluminio, molibdeno, manganeso, hierro, etc... Otras aleaciones comunes de titanio son: el ferrocarbono titanio, que se obtiene reduciendo la ilmenita con coque en un horno eléctrico; el cuprotitanio, que se produce por la reducción de rutilo al que se ha añadido cobre, y el manganotitanio, que se obtiene reduciendo el rutilo al que se ha añadido manganeso u óxidos de manganeso.

Aleado con aluminio y vanadio, se utiliza en los aviones para fabricar las puertas de incendios, la capa exterior, los componentes del tren de aterrizaje, el entubado hidráulico y las protecciones del motor. Los álabes del compresor, los discos y los revestimientos de los motores a reacción.
Un avión a reacción de transporte utiliza entre 318 y 1.134 kg del metal, y un avión supersónico, que vuela a velocidades entre los 2.410 y los 3.220 km/h, utiliza entre 14 y 45 toneladas. El titanio se usa ampliamente en misiles y cápsulas espaciales; las cápsulas Mercurio, Gemini y Apolo fueron construidas casi totalmente con titanio.
La relativa inercia del titanio le hace eficaz como sustituto de los huesos y cartílagos en cirugía, así como para las tuberías y tanques que se utilizan en la elaboración de los alimentos.
El titanio resiste bien el agua salada, por eso se usa en plantas desalinizadoras, hélices, aparejos y otros objetos expuestos a este.
Los compuestos del titanio también tienen mucha utilidad:
- El dióxido de titanio (conocido como titanio blanco), es un pigmento blanco y brillante que se utiliza en pinturas, lacas, plásticos, papel, tejidos...
Cuando esta en estado puro es realmente claro y tiene un alto índice de refracción. Se emplea en imitaciones del diamante.
- El tetracloruro es un líquido claro, humeante al aire y de olor penetrante. Se usa en nieblas artificiales, para irisar vidrio, como catalizador,...
- El BaTiO3 es piezoeléctrico (se carga eléctricamente al deformarlo). Esta propiedad lo hace útil en la detección de sonidos subacuaticos al convertir las vibraciones en señales eléctricas.
- El carburo de titanio, es un sólido cristalino, negro, brillante, muy duro y estable frente a los ácidos. Se utiliza en la fabricación de sierras.

Características del magnesio

La característica más relevante del magnesio es su densidad,  1,74 g/cm (la menor de los metales estructurales); se utiliza por su bajo peso. Tiene estructura cristalina HC, relativamente blanda. A temperatura ambiente el amgnesio y sus aleaciones se deforman con dificultad debido a la estructura cristalina HC.La conformacion se realiza a temperatura de 200-350ºC. Quimicamente las aleaciones de magnesio son inestables y suceptibles de corrosión marina, pero relativamente resistentes a la corrosión atmosférica.
Las principales constantes físicas magnesio del se indican a continuación:

• Densidad: 1,738
• Temperatura de fusión: 648,8°C
• Temperatura de ebullición: 1090°C
• Masa atómica: 24,305 (78,6% del isótopo 24, 10,1% del isótopo 25 y 11,3% del isótopo 26)
• Módulo de Young: 45.10 9 Pa
• Módulo de rigidez: 17.10 9 Pa
• Módulo de Poisson: 0,29
• Dureza Brinell: 26 Hb
• Resistividad eléctrica: 4,4.10 ^-8 Ωm
• Reflectividad: 74% 

ALEACIONES DEL MAGNESIO

 Aunque las aleaciones de magnesio fundidas se caracterizan por
una resistencia a la traccion y una resistencia a la compresion
aproximadamente iguales. Las piezas fundidas en arena de
aleaciones de magnesio se han producido en gran variedad de
tamaño y formas.
Casi todas las aleaciones comerciales de magnesio pueden ser
estiradas por extrusion en una variedad casi ilimitada de formas.

El magnesio no aleado se usa en la industria metalmecanica como
desoxidante para metales y aleaciones como niquel, plata, laton y
bronce.
En las aleaciones con base de niquel, el magnesio se combina tambien
con azufre y asi mejora la maleabilidad.
El magnesio aleado con aluminio forma algunas aleaciones de aluminio
mas resistentes.
Combinado con el niquel u otros metales, el magnesio se añade a la
fundicion de hierro gris para producir hierro colado ductil.
Sus propiedades pirotecnicas, cuando esta en forma de polvo, hacen
que sea apropiado para señales marinas y de ferrocarriles.
El magnesio se usa tambien en sintesis organicas y en el
procedimiento Kroll para producir titanio.
Suele utilizarse en la industria mecanica en forma de aleaciones
Las aleaciones de magnesio debido a su ligereza son muy utilizadas en
la industria aeronautica.

Aleaciones del aluminio

Aleaciones de aluminio El aluminio se utiliza principalmente en forma de aleaciones de aluminio puro combinado con otros elementos, con el fin de mejorar las propiedades mecánicas del metal, aumentando en especial la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión. Elementos de las aleaciones para conseguir determinadas propiedades del producto final: Incrementa la resistencia mecánica. Combinado con Mg, mayor resistencia     mecánica. Incrementa las propiedades mecánicas, reduce la resistencia a la corrosión. Incrementa las propiedades mecánicas, cambia la calidad de la embutición Alta resistencia tras el conformado en frío. Mayor resistencia combinado con elementos como Cu, Mn, Mg. Mayor resistencia. Reduce la resistencia a la corrosión. Principales grupos de familias de aleaciones de aluminio (Asociación de Aluminio) Aleaciones con sus principales elementos Series Aplicaciones típicas 99,00% min aluminio 1XXX Hoja, chapas para litografía, chapas. Cobre 2XXX Industria aeronáutica. Manganeso 3XXX Latas, radiadores de edificios. Silicio 4XXX Intercambiadores de calor e ingeniería. Magnesio 5XXX Latas, automóviles, fachadas, construcción, transporte. Magnesio y silicio 6XXX Automóviles, construcción, transporte. Zinc 7XXX Industria aeronáutica,radiadores. Otros elementos 8XXX Hoja (Fe), industria aeronáutica (Li).

Propiedades del Aluminio

En líneas generales, tenieno en cuenta la variedad de aleacione del cobre, las características generales son:

El Peso Específico del aluminio es de 2,7 gr/cm³

Este es el más ligero de los metales. Esta cualidad es determinante para su empleo como material estructural y de recubrimiento, por ejemplo, tiene importantes aplicaciones en ingeniería industrial aeronáutica , naval y espacial. El aluminio en estado puro (tocho) tiene muy baja resistencia mecánica.

Son mucho mayores sus prestaciones cuando se lo alea con cobre, silicio y magnesio. También, sometiéndolo a procesos físicos de templado y estirado en frío. El aluminio posee 1/3 de la rigidez del acero. El módulo elástico del aluminio es de alrededor de 65.000 N/mm², en comparación, el módulo elástico del acero, se encuentra en los 200.000 N/mm². El punto de fusión del aluminio es muy bajo: 658ºC. El Coeficiente de Dilatación Lineal,es muy bajo en relación al acero: 23.10^-6 ºC^-I.
La ductilidad es una característica notable en el aluminio; es un material muy maleable y de gran ductilidad, mucho más fácil de conformar que el acero.
Puede extruirse con facilidad, por lo cual es un material apto para la fabricación de perfiles de secciones complejas, huecos o abiertos, y de dimensiones pequeñas.
El aluminio es un metal blando, se corta y se raya con suma facilidad.

Es prácticamente inalterable frente al ataque de gran cantidad de sustancias químicas.

Al igual que todos los metales posee un coeficiente de conductividad térmica muy elevado. Por esta razón no es apto como material de aislamiento térmico. Existen espumas de aluminio que pueden reducir sus propiedades conductivas y sirven también como aislantes acústicos.

Posee una de las más elevadas entre los metales, situándose detrás del cobre. Por tal razón, se lo usa en la fabricación de componentes eléctricos y cables de alta, media y baja tensión.

Posee un alto índice de reflexión de los rayos solares, lo cual hace que este material sea adecuado para la fabricación de aislantes termorreflectantes.
Resistencia a la Difusión de Vapor, por ello se lo emplea como barrera de vapor para impedir condensaciones instersticiales en aislamientos térmicos.
La electronegatividades muy elevada en comparación con otros metales.
Para que no se oxide debe protegerse con una lámina de plástico, con pintura o con un metal de electronegatividad afín para impedir que forme un par galvánico.

Aleaciones del cobre

Principales aleaciones de cobre


Bronce: (cobre - estaño)
Dependiendo de los porcentajes del estaño, se obtienen bronces de distintas propiedades. Con un bronce de 5-10% de estaño se genera un producto de máxima dureza (usado en el pasado para la fabricación de espadas y cañones).

El bronce que contiene entre 17-20% de estaño tiene alta calidad de sonido, ideal para la elaboración de campanas, y sobre un 27%, una óptima propiedad de pulido y reflexión (utilizado en la Antigüedad para la fabricación de espejos).

En la actualidad, las aleaciones de bronce se usan en la fabricación de bujes, cojinetes y descansos, entre otras piezas de maquinaria pesada, y como resortes en aplicaciones eléctricas.


Latón: (cobre - zinc)
Es la aleación mas comundel cobre, el latón es blando, fácil de tornear, grabar y fundir. Es altamente resistente al ambiente salino, por lo cual se emplea para accesorios en la construcción de barcos.

Existe una gran variedad de aleaciones de latón. Las más comunes contienen 30-45% de zinc, y se aplican en todo tipo de objetos domésticos: tornillos, tuercas, candados, ceniceros y candelabros.




Otras aleaciones
Hoy, el cobre se utiliza en una amplia gama de aleaciones, como por ejemplo: cobre con plomo, manganeso, berilio, aluminio, níquel y fierro.

Propiedades del cobre.

Propiedades físicas

El cobre posee varias propiedades físicas , siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación.

La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) 

 

Propiedades mecánicas

Tanto el cobre como sus aleaciones, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad.Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.

METALES Y ALEACIONES NO FERRICAS

Los productos siderúrgicos tiene como principales defectos:

• Una densidad elevada
• Conductividad eléctrica baja
• Sensibles a la corrosión y oxidación atmosférica

Las aleaciones no fériicas se clasifican en función del elemento mayoritario.Las más comunes son de cobre, magnesio, aluminio y titanio.
Como la mayoria de las aplicaciones están relacionadas con la ligereza y la resistencia se suele definir el factor de resistencia mecánica específica como:

Resistencia mecánica específica=Resistencia de la rotura / Densidad.