UNIVERSIDAD VERACRUZANAINSTITUTO DE INGENIERIA

MAESTRIA EN INGENIERIA A LA CORROSION

EXPERIENCIA EDUCATIVAMETALURGIA PARA CORROSIONISTAS

DOCENTEDR. GONZALO GALICIA AGUILAR

ALUMNOANDRES CARMONA HERNANDEZ

BOCA DEL RIO, VER MARZO 2014

RESUMEN PROPIEDADES Y MICROESTRUCTURA

IntroducciónTanto la composición como la estructura de un materialtienen una influencia profunda sobre sus propiedades y sucomportamiento. Los ingenieros y los científicos queestudian y desarrollan materiales deben comprender suestructura atómica.

En este trabajo se describe la estructura de los materialesdesde los niveles de estructura atómica, microestructura ycómo influyen en la macroestructura del material.

El enlace entre átomos se denomina en parte por la forma enque interaccionan los electrones de valencia asociadas acada átomo. Las clases de enlaces comprenden el metálico,el covalente, el iónico y el de van der Waals. La mayoríade los materiales diseñados tienen enlaces mixtos, unamezcla de los anteriores.

El enlace de nuestro interés es el enlace metálico que esel enlace que se forman en los materiales metálicos y leprovee de propiedades como buena conductividad eléctrica ytérmica. La conductividad eléctrica de los materiales seexplica mediante la teoría de bandas, en donde los átomosen los metales se encuentran a distancias atómicas muypróximas, solapándose sus orbitales de energía y generandouna banda de orbitales atómicos. Con esta teoría se explicael porqué los materiales se pueden clasificar enconductores, semiconductores y aislantes.

Se explica la microestructura de los metales, quecristalizan en los las celdas unitarias de cubico centrada

en las caras (FCC), cubica centrada en el cuerpo (BCC) yhexagonal compacta (HC), y se intenta explicar lasrelaciones que existen entre las propiedades de los metalesy su celda unitaria, y como afectan los defectoscristalinos en dichas propiedades.

La gran mayoría de los metales son policristalinos, esdecir, formados por cristales, y a cada cristal se ledenomina grano. Se busca también explicar la relación entreel grano y las propiedades de los metales.

En el último apartado, se describen las propiedades físicasy químicas de los metales alcalinotérreos y los halógenossituados en el grupo 2-A y 7-A de la tabla periódica.

ENLACES QUIMICOS Y MOLECULARES

Enlaces químicos (enlaces primarios)

La materia, y como consecuencia los materiales (metálicos,cerámicos, polímeros y compositos), están formados porátomos, la unidad indivisible que está conformada porprotones, neutrones y electrones. Los enlaces químicos, sonlas fuerzas que mantienen unidos a los átomos. Cuando losátomos se enlazan entre sí, ceden, aceptan o compartenelectrones. Son los electrones de valencia y porconsecuencia su electronegatividad (capacidad de un átomopara atraer electrones hacia sí mismo) quienes determinan dequé forma se unirá un átomo con otro y las característicasdel enlace.

Los enlaces químicos se muestran en la tabla 1.

Tabla 1: Enlaces atómicos (primarios)Enlace Características EjemploEstá formado por metal+ no metalNo forma moléculas verdaderas, existe como un agregado de aniones (iones negativos) y cationes (iones positivos).

Los metales ceden electrones formando por cationes, los no metales aceptan electrones formando aniones.

Son sólidos a temperatura ambiente, ninguno es un líquido o un gas.

Son buenos conductores del calor y la electricidad. Tienen altos puntosde fusión y ebullición. Son solubles en solventes polares como el agua

Está basado en la compartición de electrones. Los átomosno ganan ni pierden electrones, comparten.Está formado por elementos no metálicos. Pueden ser 2 o 3 no metales.Pueden estar unidos por enlaces sencillos,dobles o triples, dependiendo de los elementos que se unen.

Los compuestos covalentes pueden presentarse en cualquier estado dela materia: solido,líquido o gaseoso. Son malos conductores del calor y la electricidad.Tienen punto de fusión y ebulliciónrelativamente bajos. Son solublesen solventes polares como benceno e insolubles en solventes polares como el agua.

Fuerzas intermoleculares

Ion-Ion: Cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen (Ley de Coulomb)Ion-dipolo: se establecen entre un ión y una molécula

Ion-dipolo inducido: se establecen entre un ión y una molécula

Hidrofobicas: En un medio acuoso, las moléculas hidrofóbicas tienden a asociarse por el simple hecho de que evitan interaccionar con el agua

De Van der WaalsSon fuerzas de atracción débiles que se establecen entre moléculas eléctricamente neutras (tanto polares como no polares)

Dipolo-dipolo: Cuando dos moléculas polares se aproximan, se produce una atracción entre el polo positivo de una de ellas y el negativo de la otra.

Los elementos metálicos, que tienen una electronegatividad (tendencia que tiene unátomo a ganar un electrón) baja, ceden sus electrones de valencia para formar un“mar” de electrones querodea a los átomos.

Sólidos cristalinos, buenosconductores eléctricos, térmicos, tienen puntos de fusión y ebullición altos. Son dúctiles y maleables

Fuerzas intermoleculares (enlaces secundarios)Son aquellas que sobre distintas moléculas o iones y quehacen que éstos se atraigan o se repelan. Estas fuerzas sonlas que determinan las propiedades físicas de lassustancias como, por ejemplo, el estado de agregación, elpunto de fusión y de ebullición, la solubilidad, la tensiónsuperficial, la densidad, etc. Por lo general son fuerzasdébiles pero, al ser muy numerosas, su contribución esimportante. La figura inferior resume los diversos tipos defuerzas intermoleculares.

Una molécula es un dipolo cuando existe una distribuciónasimétrica de los electrones debido a que la molécula estáformada por átomos de distinta electronegatividad. Se creanasí dos regiones (o polos) en la molécula, una con cargaparcial negativa y otra con carga parcial positiva. Elesquema de la figura 1 muestra la clasificación de lasfuerzas intermoleculares.

Dipolo-dipolo inducido Tienen lugar entre una molécula polar y una molécula apolar

Un ejemplo dipolo-dipolo. Se producen cuando un átomo de hidrógeno está unido covalentemente a átomos de F, O y N. Muchas de las propiedades físicas y químicas del agua se deben a los puentes de hidrógeno.

Figura 1: Clasificacion de los tipos de enlaces intermoleculares

TEORIA DE BANDASLa teoría de bandas está basada en la mecánica cuántica yprocede de la teoría de los orbitales moleculares (TOM). Enesta teoría, se considera el enlace metálico como un casoextremo del enlace covalente, en el que los electrones devalencia son compartidos de forma conjunta y simultánea portodos los cationes. Desaparecen los orbitales atómicos y seforman orbitales moleculares con energías muy parecidas,tan próximas entre ellas que todos en conjunto ocupan loque se franja de denomina una “banda de energía”.

Aunque los electrones van llenando los orbitalesmoleculares en orden creciente de energía, estas son tanpróximas que pueden ocupar cualquier posición dentro de labanda. La banda ocupada por los orbitales moleculares conlos electrones de valencia se llama banda de valencia,mientras que la banda formada por los orbitales molecularesvacíos se llama banda de conducción. A veces, ambas bandasse solapan energéticamente hablando.

Este modelo explica bastante bien el comportamientoeléctrico no solo de las sustancias conductoras sinotambién de las semiconductoras y las aislantes.

En los metales, sustancias conductoras, la banda devalencia se solapa energéticamente con la banda deconducción que está vacía, disponiendo de orbitalesmoleculares vacíos que pueden ocupar con un mínimo aportede energía, es decir, que los electrones están casi librespudiendo conducir la corriente eléctrica.En los semiconductores y en los aislantes, la banda devalencia no se solapa con la de conducción. Hay una zonaintermedia llamada banda prohibida.

En los semiconductores, como el Silicio o el Germanio, laanchura de la banda prohibida no es muy grande y loselectrones con suficiente energía cinética pueden pasar ala banda de

conducción, por esa razón, los semiconductores conducen laelectricidad mejor en caliente. Sin embargo, en losaislantes, la banda prohibida es tan ancha que ningúnelectrón puede saltarla. La banda de conducción estásiempre vacía.

Figura 2. Esquema de la teoría de bandas

ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES

Los metales son sólidos cristalinos. En un sólidocristalino, los átomos se sitúan en una disposiciónrepetitiva o periódica a lo largo de muchas distanciasatómicas; es decir, existe un orden de largo alcance talque, al solidificar el material, los átomos se sitúan segúnun patrón tridimensional respetivo, en el cual cada átomoesta enlazado con su vecino próximo.

Algunas propiedades de los sólidos cristalinos dependen dela estructura cristalina del material; es decir, de laordenación espacial de átomos, iones y moléculas. Aldescribir la estructura cristalina se considera a losátomos (o iones) como esferas solidas con diámetros biendefinidos. Este modelo tiene el nombre de modelo atómico deesferas rígidas. En el contexto de las estructurascristalina se utiliza la palabra red, que significadisposición tridimensional de puntos coincidentes con lasposiciones de los átomos (o centro de las esferas).

Celdilla unidad.

Al describir la estructura cristalina conviene dividirla enlas pequeñas entidades, que se repiten llamadas celdillaunidad. La celdilla unidad son paralelepípedos o prismascon tres conjuntos de caras paralelas. La celdilla unidades la unidad estructural fundamental y define la estructuracristalina mediante su geometría y por la posición de losátomos dentro de ella.

La geometría de la celda unidad se define en función deseis parámetros: la longitud de tres aristas a, b y c y lostres ángulos interaxiales a, b y g. Estos ángulos sedenominan parámetros de red de una estructura cristalina.En este aspecto existen 7 sistemas cristalinos: cubico,tetragonal, hexagonal, ortorrómbico, romboédrico,

monoclínico y triclínico. En la tabla 2 se dan lasrelaciones entre parámetros de red y se esquematizan lasceldillas unidad.

Tabla 2. Relación entre los parámetros de red y las geometrías de las celdillas unidad de los siete sistemas cristalinosSistema cristalino

Relación axial Ángulos interaxiales

Geometría de la celdilla unidad

Cubico a=b=c =90o

Hexagonal a=b≠c 90o, =120o

Tetragonal a=b≠c =90o

Romboédrico a=b=c ≠90o

Ortorrómbico a≠b≠c =90o

Monoclínico a≠b≠c 90o≠

Triclínico a≠b≠c ≠≠≠90o

La mayoría de los metales elementales cristalizan en tresestructuras cristalinas densamente empaquetadas: Cubicacentrada en el cuerpo (BCC), cubica centrada en las caras(FCC) y hexagonal compacta (HC). Las principalescaracterísticas de estas estructuras cristalinas semuestran en la tabla 3.

La mayoría de los metales cristaliza en estas estructurasdensamente empaquetadas debido a que se libera energía amedida que los átomos se aproximan y se enlazan cada vezmás estrechamente entre sí. De este modo, dichasestructuras densamente empaquetadas se encuentran endisposiciones u ordenamientos de energía cada vez más bajay estable.

Tabla 3. Estructuras cristalinas de los metales comunesCeldilla unidad Descripción

*Núm. Coord.

*Núm.átomos

*Relación a con R

APF Metales Propiedades Mecánicas

Cubica centrada en el cuerpo (BCC)Geometría cubicaque tiene átomoslocalizados en los 8 vértices yun átomo en el centro

8 2 a=4R√3

0.68

Cromo, Hierro Molibdeno Potasio, Sodio TántaloWolframio Vanadio

Metales resistentes a la deformación

Cubica centrada en las caras (BCC)Geometría cubica, con los átomos localizados en los vértices delcubo y en los centros de todaslas caras del cubo.

12 4 a=4R√2

0.78

Aluminio, Cobre,Hierro, Plomo Níquel, Platino Plata

Metales dúctiles (deformables), buenos conductores de la electricidady el calor.

Hexagonal compacta (HC) Las bases superior einferior consisten en hexágonos regulares con sus átomos en los vértices y uno en el centro. Otro plano que proveede tres átomos adicionales situados entre ambas bases

12 6 0.78

Cadmio, zinc, magnesio, cobalto, circonio, titanio, berilio

Poco deformables (frágiles)

*APF Factor de empaquetamiento atómico Volumen de átomos en una celdilla unidad seleccionada dividido por el volumende la celdilla unidad. *a=arista del cubo, R=Radio de la esfera. *Número de coordinación: numero de átomos vecinos por cada átomo.

Polimorfismo y alotropía

Hay elementos y compuestos que pueden presentar distintasestructuras cristalinas dependiendo de la presión ytemperatura a la que estén expuestos. Así tendremos:

Polimorfismo: Capacidad de un material sólido de existir enmás de una estructura cristalina, todas ellas con la mismacomposición de elementos químicos.

Alotropía: Cuando las sustancias polimorfas son elementospuros y los estados que toman en diferente red espacial sedenominan estados alotrópicos. Las propiedades alotrópicasse presentan en elementos que tienen una misma composición,pero aspectos diferentes; por lo tanto, la propiedad debeobservarse en el mismo estado de agregación de la materia yes característico del estado sólido

El diamante y el grafito son dos alótropos del carbono:formas puras del mismo elemento, pero que difieren enestructura.

Figura 3. Alotropía del carbono a) grafito, b) diamante.La explicación de las diferencias que presentan en suspropiedades se ha encontrado en la disposición de losátomos de carbono en el espacio. Por ejemplo, en loscristales de diamante, cada átomo de carbono está unido acuatro átomos de carbono vecinos, adoptando una ordenaciónen forma de tetraedro que le confiere una particulardureza. En el grafito, los átomos de carbono estándispuestos en capas superpuestas y en cada capa ocupan losvértices de hexágonos regulares imaginarios. De este modo,cada átomo está unido a tres de la misma capa con más

a) b)

intensidad y a uno de la capa próxima en forma más débil.Esto explica porqué el grafito es blando y untuoso altacto.

Un ejemplo de alotropía en un el elemento metálico es en elcaso del Hierro. En el diagrama de fase del Fe se observalas formas alotrópicas del hierro sólido, BCC y FCC, adistintas temperaturas:

Hierro α, ferrita: existe desde −273oC a 768oC y cristaliza en BCC.

Hierro β, existe desde 768oC a 910oC y cristaliza en BCC.

Hierro γ: austenita: existe desde 910oC a 1400 C y cristaliza en FCC.

Hierro δ: existe desde 1400 oC hasta su punto de fusión 1539oC y cristaliza en BCC, pero con la arista de la celda unidad más grande.

Sólidos policristalinos y monocristalinos

Casi todos los materiales cristalinos en ingeniería estáncompuestos de muchos cristales y, por tanto, sonpolicristalinos. Los cristales en el metal se llamangranos, y las superficies entre ellos, fronterasgranulares.

La microestructura de los materiales y de las aleacionesmetálicas depende fundamentalmente de tres factores:

• Tamaño del grano• Forma del grano• Orientación del grano

En metales policristalinos el tamaño del grano es de sumaimportancia, ya que las juntas de grano consiguen un efectoendurecedor al restringir el movimiento de lasdislocaciones y, por tanto, cuanto menor sea el tamaño degrano mayor será la resistencia del material.

La forma de los granos en un material suele ser equiáxica;es decir. No existe ninguna dimensión que predomine sobrelas demás; aunque si el material se ha deformado en frío –

por ejemplo, por laminación-, los granos pueden adoptarformas alargadas.

La orientación de los granos es, por lo general, aleatoria,originándose así materiales isotrópicos (con las mismaspropiedades en todas direcciones). En ocasiones, debido aprocesos de deformación plástica (laminación, estirado,extrusión…) se produce una orientación preferente en losgranos, que da lugar en algunos casos a un materialanisótropo.

Sin embargo, existen materiales que constan de un solocristal y se llaman cristales simples o monocristales. Porejemplo, determinados componentes electrónicos en estadosólido, como los transistores están hechos de monocristalesde elementos y compuestos semiconductores. Losmonocristales son necesarios para estas aplicaciones,puesto que de otro modo los bordes de los granosdestruirían las propiedades eléctricas de los dispositivosderivados de materiales semiconductores.

Imperfecciones cristalinas

En realidad no existen cristales perfectos, sino quecontienen varios tipos de imperfecciones y defectos, loscuales afectan a muchas de sus propiedades físicas ymecánicas, que a su vez tienen repercusión sobrepropiedades interesantes desde el punto de vista de laingeniería, tales como la conductividad eléctrica, lavelocidad de migración de átomos en aleaciones y lacorrosión de metales.

Las imperfecciones de la red cristalina están clasificadasde acuerdo con su geometría y forma. Las tres principalesdivisiones son las siguientes:

Defectos puntuales de dimensión cero

vacante: agujero dejado por la pérdida del átomo que seencontraba en esa posición. En los metales laconcentración de huecos en el equilibrio raramente

excede de 1 entre 10000 átomos. Las vacantes en losmetales son defectos en equilibrio Las vacantesadicionales en los metales pueden ser producidas pordeformación plástica del metal, por rápidoenfriamiento desde altas a bajas temperaturas, y porbombardeo con partículas energéticas (neutrones).

Intersticial: un átomo en un cristal puede ocupar un lugarintersticial entre atamos que le rodean ubicados ensitios atómicos normales. Estos defectos no ocurren enla naturaleza por la distorsión estructural que elloproduciría, pero se pueden introducir en unaestructura por irradiación. La presencia de estosdefectos en un cristal iónico incrementa suconductividad.

Sustitucional: Este defecto se introduce cuando un átomoes reemplazado por un átomo diferente. El átomosustituyente puede ser más grande que el átomooriginal y en ese caso los átomos alrededor están acompresión ó puede ser más pequeño que el átomooriginal y en este caso los átomos circundantesestarán a tensión. Este defecto puede presentarse comouna impureza o como una adición deliberada en unaaleación.

Figura 4. Defectos puntuales

Defectos de línea o de una dimensión (dislocaciones);

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la redcentrada alrededor de una línea. Las dislocaciones se crean

durante la solidificación del sólido cristalino. También sepueden formar por una deformación plástica o permanente delcristal, por condensación de vacantes y por desajustesatómicos en disoluciones sólidas.

Las dislocaciones son defectos de desequilibrio y almacenanenergía en la región distorsionada de la red cristalinaalrededor de la dislocación. Existen tres tipos dedislocaciones y la combinación de ellas:

Dislocación de borde: tiene una zona de esfuerzo decompresión donde se encuentra el semiplano extra deátomos y una región de esfuerzo de tensión por debajodel semi plano de átomos

Dislocación de tornillo: se puede formar en un cristalperfecto mediante la aplicación de esfuerzoscortantes, hacia arriba y hacia abajo, a las zonas delcristal que fueron separadas por un plano cortante.Estos esfuerzos introducen una zona de distorsión dela red cristalina en forma de rampa espiral odislocación de tornillo

Figura 5. Dislocación mixta: Dislocación de borde y de tornillo

Defectos de dos dimensiones

Son aquellos defectos que incluyen superficies externas ybordes de grano interno. Los defectos másicos omacroscópicos tridimensionales pudieran ser tambiénincluidos. Ejemplos de estos defectos son poros, fisuras einclusiones externas.

Bordes o limites de grano: Los bordes de grano son imperfeccionesen la superficie de materiales policristalinos que separangranos (cristales) de diferentes orientaciones. En losmetales los límites de grano se crean durante lasolidificación cuando los cristales formados a partir dediferentes núcleos crecen simultáneamente y se encuentranunos con otros. La energía más alta de los bordes de granoy su estructura más abierta, hacen de ellos una región másfavorable para la nuc!eación y el crecimiento deprecipitados. El más bajo empaquetamiento atómico de losbordes de grano también permite una difusión más rápida delos átomos en la región de bordes de grano. A temperaturasnormales, los bordes de grano también limitan el flujoplástico creando dificultades para el movimiento de lasdislocaciones en la región del borde de grano

Figura 6. Límites obordes de grano

IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOSCRISTALINOS

En las aleacionesse presentan los defectos puntuales de manera intencionalpara proporcionar al material de ciertas propiedades. Unaaleación, es una mezcla de dos o más metales o de un metaly un no metal. El tipo más simple de aleación es la de lassoluciones sólidas. Una solución sólida es un sólido queconsta de dos o más elementos dispersos atómicamente en unaestructura de fase única. En general, hay dos tipos desoluciones sólidas: sustitucionales e intersticiales.

Soluciones sólidas sustitucionales: formadas por dos elementos, losátomos de soluto pueden sustituirse por átomos dedisolvente en las posiciones de la red cristalina. Unejemplo es el latón, que es una aleación binaria de 70 % deCu y 30 % de Zn. Las condiciones siguientes favorecen lasolubilidad cuantitativa de un elemento en otro:

1. La diferencia entre los diámetros atómicos de loselementos no debe ser mayor del 15 % de su diámetro.

2. La estructura cristalina de los dos elementos debe serla misma.

3. No debe haber diferencias apreciables en laselectronegatividades de los dos elementos, a fin deevitar su reacción y que formen compuestos.

4. Los dos elementos deben tener la misma valencia.

Figura 7. Solución sustitucional

Soluciones intersticiales: Los átomos de soluto encajan en losespacios que hay entre los átomos del disolvente o átomosprogenitores. Estos espacios o huecos se denominanintersticios. Las soluciones sólidas intersticiales puedenformarse cuando uno de los átomos es mucho mayor que elotro.

Figura 8. Solución sólida intersticial de carbono en hierro FCC porencima de 912 oC

Ejemplos de átomos que por su pequeño tamaño pueden formarsoluciones sólidas intersticiales son hidrógeno, carbono,nitrógeno y oxígeno. Un ejemplo importante de soluciónsólida intersticial es la formada por carbono en hierro yFCC que es estable entre 912 oC y 1394 oC.

Los defectos lineales más importantes en los materiales sonlas dislocaciones. Las dislocaciones son las que hacenposible la deformación de los materiales (ductilidad).Cuando se aplica una fuerza sobre la dislocación, ésta sedesplaza sobre un plano específico y en determinadasdirecciones. Al plano se le llama plano de deslizamiento ya la dirección se le llama dirección de deslizamiento. A lacombinación de un plano de deslizamiento con una direcciónde deslizamiento se le llama sistema de deslizamiento. Lasdeformaciones tienen lugar a través de los sistemas dedeslizamientos.

Se ha profundizado en el estudio de la estructuracristalina, y se ha calculado aquellos planos y direccionesdonde el trabajo de desplazamiento es menor y se hadeterminado de acuerdo al tipo de celdilla unidad laductilidad de los metales.

• FCC: el esfuerzo cortante resultante crítico es bajo yexiste un número óptimo de planos de deslizamiento; enconsecuencia, los metales tienden a ser dúctiles.

• BCC: no hay planos compactos disponibles y el esfuerzocortante resultante crítico es alto; por lo quetienden a ser resistentes.

• HC: El número de sistemas de deslizamiento en losmetales HC es limitado, haciendo que estos metales secomporten de manera frágil.

El esfuerzo cortante resultante crítico es el esfuerzorequerido para que se mueva la dislocación.

HALOGENOS (Flúor, Cloro, Bromo y Yodo).

El grupo de los halógenos (VII)(formadores de sales) seencuentra en la parte extrema izquierda de la TablaPeriódica, presentan los más altos Potenciales deIonización y la más alta electronegatividad, en ladistribución de los electrones en sus átomos aislados seencuentran siete electrones en su nivel cuántico devalencia; por lo que sus afinidades electrónicas sonelevadas, ya que cada átomo de halógeno puede obtener la

estructura estable del átomo de gas noble más próximo en latabla periódica ganando un solo electrón.

Sus propiedades generales las podemos resumir en elsiguiente cuadro:

Tabla 4 Propiedades generales de los halógenosElemento FLUOR CLORO BROMO YODO No. Atómico 9 17 35 93 P. A. 18.99 36 80 127 Formula F2 Cl2 Br2 I2 Valencia -1 -

1,+1,+3,+5,+7

-1,+1,+3,+5,+7

-1,+1,+3,+5,+7

Estado f. Gas Gas Líquido Sólido Color Amarillo

pálido Amarilloverde

Rojo ópardo

Gris acero

Pebullición

-187ºC -34.6ºC 53.3ºC 134ºC

P fusión -223ºC -102ºC -7.3 114ºC Densidad 1.005 35.79 3.12 5 Solubilidad Muy soluble Soluble Poco

soluble Casiinsoluble

Actividadesquímicas

Extremadamente activo

Muy activo Activo Menosactivo

Acciónsobre elHidrógeno

Acciónrápida sinnecesidad deluz

Con luzintensa

Rápidaúnicamentecalentando

Acciónlenta eincompletaaún encaliente

 Estos no metales tienen la electronegatividad media másalta de la tabla periódica, no obstante laelectronegatividad disminuye al aumentar el peso atómico.

Todos los compuestos de los halógenos son sales solubles enel agua, de tal manera que sus iones se encuentranpresentes en el agua de mar. Cerca del 75% de los sólidosdisueltos en el agua de mar es sal común o Cloruro sódico.La sal común puede ser preparada por cristalización en lassalinas mediante evaporación solar.

 Aunque el Flúor se halla solo en pequeña cantidad en elagua de mar, porque sus compuestos son limitadamentesolubles comparados con los otros halógenos, es sin embargoel veinteavo elemento por orden de abundancia, se encuentraen el Espato flúor (Ca F2), que es utilizado ampliamentecomo fundente en la industria del acero, y la Criolita(AlNa3), que fundida, se emplea como disolvente en lapreparación electrolítica del aluminio.

 El Yodo se encuentra como yodato sódico (NaIO3), junto conel nitrato sódico en los depósitos de Nitrato de Chile ycomo yoduros en ciertos manantiales salinos en California.Su concentración en el agua de mar es baja, peroafortunadamente, se concentra en los animales y plantasmarinas, pudiendo obtenerse a partir de las cenizas dealgas. La deficiencia de yodo en la alimentación es causacomún de bocio.

Reacciones de los halógenos

 El comportamiento químico de los halógenos es muy similar,sin embargo es frecuente que las desviaciones máspronunciadas de las propiedades de cualquier grupo seencuentran en el elemento de menor peso atómico y en estecaso se encuentra el Flúor.

CON METALES.- Reaccionan fácilmente con los metales y aveces con violencia, formando haluros iónicos:

 2Al + 2Cl2 --------- 2AlCl3  2Sb + 3Br2 -------- 2SbBr3  Zn + I2 ------------ ZnI2

 2.- CON NO METALES.- Reaccionan vigorosamente con elfósforo amarillo, formando los trihaluros en primer lugary luego los pentahaluros:

2P + 3Br2 ------ 2PBr3  PBr3 + Br2------- PBr5

     Con el Azufre el Flúor forma el hexafluoruro deazufre gaseoso, por su parte el Br y el Cl reaccionan a

elevadas temperaturas con el Azufre para formar elmonohaluro correspondiente:

 S + 3F2 -----SF6  2S + Cl2 -----Cl2S2

 3.- CON HIDROGENO.- Todos los Halógenos reaccionan con elH2 para formar los correspondientes hidrácidos.

 H2 +F2 -----2HF H2 + Cl2 ----- 2HCl H2 + Br2 ----- 2HBr H2 + I2 ------2HI

 Los Halógenos no se combinan directamente con el Oxígeno,Nitrógeno y el Carbono.

Metales alcalinotérreos

Los metales alcalinotérreos son un grupo de elementos quese encuentran situados en el grupo 2 de la tabla periódicay son los siguientes: berilio (Be), magnesio (Mg), calcio(Ca), estroncio (Sr), bario (Ba) y radio (Ra). Este últimono siempre se considera, pues tiene un tiempo de vida mediacorta.

El nombre de alcalinotérreos proviene del nombre que recibíansus óxidos, tierras, que tienen propiedades básicas(alcalinas). Poseen una electronegatividad ≤ 1,57 según laescala de Pauling.

Características: son más duros que los metales alcalinos,tienen brillo y son buenos conductores eléctricos; menosreactivos que los alcalinos, buenos agentes reductores yforman compuestos iónicos. La tabla 5 resume suspropiedades generales.

Tabla 5 Propiedades de los metales alcalinotérreosBe Mg Ca Sr Ba Ra

Configuración electrónica

[He]2s2

[Ne]3s2

[Ar]4s2

[Kr]5s2

[Xe]6s2

[Rn]7s2

Energía de 9.28 7.61 6.09 5.67 5.12 5.27

ionización,eV M2eM+2

Radioatómico, Ao

0.89 1.36 1.74 1.91 1.98 2.20

Densidad,g/cm3

1.85 1.74 1.54 2.63 3.76 5.0

Punto defusión, oC

1283 651 850 770 710 690

Punto deebullición

2970 1103 1490 1357 1634 1536

Radio iónicoM+2

0.3 0.65 0.99 1.13 1.35 1.40

Electronegatividad

1.5 1.2 1.0 1.0 1.0 1.0

Dureza, Mohs 7.8 2.0 1.5 1.8 ? ----

Propiedades

Tienen configuración electrónica y tienen dos electrones ns2.

Tienen baja energía de ionización, aunque mayor que los alcalinos del mismo período, tanto menor si se desciende en el grupo.

Aspecto de metales alcalinotérreos: berilio, magnesio, calcio, estroncio y bario.

A excepción del berilio, forman compuestos claramente iónicos.

Son metales de baja densidad, coloreados y blandos. La solubilidad de sus compuestos es bastante menor que

sus correspondientes alcalinos. Todos tienen sólo dos electrones en su nivel

energético más externo, con tendencia a perderlos, conlo que forman un ion positivo.

Todos tienen como valencia +2

Reacciones

Reaccionan con facilidad con halógenos para formar sales iónicas. Y así probar lo que queremos hacer

M + X2 —> MX2

Metales alcalinotérreos, obtención y aplicaciones

Existen dos métodos fundamentales de obtención:

Electrólisis de sus haluros fundidos: MX2(l) —> M(l) + X2(g). Reducción de sus óxidos con carbono: MO(s) + C(s) —> M(s) + CO(g)

El Berilio se emplea en la tecnología nuclear y enaleaciones de baja densidad, elevada solidez y estabilidadfrente a la corrosión.

Magnesio. Componentes de aviones, barcos, automóviles yherramientas de mano que requieren resistencia y ligerezaal mismo tiempo. Aleaciones. Cuando el magnesio se alea conotros metales, como el manganeso, el aluminio y el zinc,mejora su dureza y resistencia a la tensión. En combinacióncon el litio, el cerio, el torio y el circonio se producenaleaciones que tienen una relación resistencia/peso muybuena y una termorresistencia considerable.

El bario se utiliza mucho en la fabricación de aleacionespara las piezas de níquel-bario del sistema de encendido deautomóviles y en la fabricación de vidrio, cerámica y tubosde imagen de los televisores. Las aleaciones de estroncio se usan para hacer imanespermanentes. El metal se utiliza en la fabricación decátodos para tubos de vacío como regulador

CONCLUSIONES

No se puede predecir fácilmente si un material tendráciertas propiedades mecánicas como resistencia alta obaja, si será dúctil o frágil, tan solo con basarse enla naturaleza de su tipo de enlace .Se necesita másinformación sobre la estructura atómica, microscópicay macroscópica del material. Sin embargo la naturalezadel enlace metálico si provee de ciertas propiedades alos metales.

Las fuerzas intermoleculares relacionados con losfenómenos de corrosión, en la interface metalelectrolito son las fuerzas de atracción entre losiones y los dipolos (moléculas cargadas). Las fuerzasmoleculares explican la solvatación (moléculas deagua) de los iones dentro del electrolito.

Los metales en la vida real no tienen estructuracristalina perfecta. Los defectos que presenta laestructura cristalina de un material tienen un efectosignificativo en sus propiedades mecánicas. Losdefectos puntuales (átomos sustitucionales, átomosintersticiales, vacancias) producen deformación odistorsión de la estructura cristalina. Cuando unadislocación intenta desplazarse a través de estasdistorsiones localizadas, encuentra una resistenciaadicional a su movimiento.

o La presencia de defectos puntuales hace entoncesmás difícil la deformación plástica de losmetales, y por tanto aumenta su resistenciamecánica. Cuando a un metal le añadimos átomos denaturaleza química diferente con el propósito decausar átomos intersticiales o sustitucional es,entonces decimos que estamos aleando al metal.Las aleaciones no son más que materiales formadospor la mezcla de varios átomos diferentes, a modode causar distorsiones locales de la estructuracristalina con el propósito de hacer difícil eldesplazamiento de las dislocaciones.

El tamaño que tengan los granos de un materialtambién afecta la resistencia del mismo. Lasfronteras de los granos son lugares donde se haperdido la simetría de la estructura cristalina.Para una dislocación, es más difícil atravesarlas fronteras al pasar de un grano a otro quedesplazarse en el interior del grano donde laestructura cristalina es regular. Si los granosdel material son grandes, las dislocacionesatraviesan pocas fronteras para desplazarse unacierta distancia dentro del material. Sin embargo

si los granos del material son pequeños, ladislocación encontrará muchas fronteras en sudesplazamiento, incrementándose por tanto ladificultad para moverse. Por esa razón, unmaterial con granos grandes es en general menosresistente que un material con granos pequeños.

Teniendo en cuenta la teoría de bandas, en un metalsus productos de corrosión pueden ser conductores y noconductores, los metales como el aluminio, wolframio,zinc, cromo y talio forman películas no conductoras.En las películas no conductoras porosas, la conducciónse produce a través de los poros llenos deelectrolito.

Las películas formadas sobre el hierro, estáncompuestas de varios óxidos Fe3O4, Fe2O3, FeO. Estosóxidos contienen usualmente un exceso de ionesmetálicos que los hace conductores, disminuyendo suvalor protector (película porosa y conductora). Paraque exista protección debe existir un recubrimientocompacto de la superficie del metal con una capa noporosa y no conductora de óxidos o sales.

Los metales alcalinotérreos debido a sus propiedadesfísicas y químicas, no figuran a excepción delmagnesio y el berilio como metales para aplicaciones.El magnesio se usa en aleaciones para las industriasde la aviación y aeroespacial para la construcción demotores de reacción, cohetes y vehículos espaciales.También se usa en aleaciones para ánodos desacrificio. Una de las características de los metalesalcalinotérreos es que sus productos de corrosióngeneran una capa porosa y poco adherente, donde laporosidad permite el fácil acceso de las especies quecorren el metal y la difusión de los iones metálicoshacia la solución. La película proporciona escasa oninguna protección frente al avance de la corrosión.Cuando la película es poco adherente, parte del metalque queda al descubierto, la capa de oxido actúa comocátodo e incrementa la oxidación del metal en la zonano recubierta.

Los halógenos son elementos muy electronegativos, ylos metales que son poco electronegativos presentansusceptibilidad ante estos. El ion más común queparticipa en algunos mecanismos de corrosión es el ioncloruro. Considerando el ejemplo de los acerosinoxidables, en su superficie se producen picadurascuando la capa pasiva protectora se rompe en pequeñospuntos aislados por el ataque químico de los cloruros.

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