Elementos de importancia económica, industrial y ambiental en la región o país

     Elemento de Importancia Económica:

   Hidrogeno (H): Los principales uso del hidrogeno son:

a)     para la producción de amoniaco (N3H) por el proceso (Haber).

b)     En la producción del ácido clorhídrico al combinarse con cloro, en la síntesis del alcohol metilito (CH3OH) al combinar con monóxido de carbono.

c)      Refinación de petróleo.

d)    Hidrogeno de aceite.

   Boro (B): este no metal se utiliza como fertilizante foliar y edáfico.

   

    Carbono (C): este metal es importante ya que forma parte de numerosos compuestos y son importantes para la vida cotidiana del ser humano.

    También forma parte de las estructuras de las grasas o lípidos de la cual la parte estructural esta formada por el glicerol y glicerina el cual es un alcohol.

    El carbono también forma parte de las estructuras de ácidos nucleicos, vitaminas.

     

    Nitrógeno (N): la mayor parte del nitrógeno se encuentra en el aire de la atmósfera y se usa para fabricar amoniaco al combinarse con el hidrogeno en su forma liquida, el nitrógeno se utiliza como congelante.

    Oxigeno (O): este elemento también se encuentra en el aire de la atmósfera y es muy importante en la vida del ser humano ya que el depende de su respiración.

    También se utiliza ampliamente en la industria y también se utiliza en la soldadura autógena o acetilénica.

    Flour (F): los usos de los fluoruros principalmente el fluoruro de sodio se utiliza en la fluoración del agua potable y en las pastas dentales para prevenir las caries.

   

    Cloro (Cl): se utiliza para la elaboración de plástico disolvente, pesticidas, producto farmacéutico, refrigerante y colorante. También se utiliza en la desinfección y para blaquiar textiles.

    Bromo (Br): los compuestos orgánicos que contienen bromo se utilizan como intermediarios en las síntesis industriales de colorantes. Los bromuros inorgánicos se utilizan como medicina en el blanqueo de tejidos y en fotografías bromuro de plata.

     

    Yodo (I): sus compuestos no se usan tan extensamente como las de otros halógenos del grupo 7ª y sus principales  usos: productos farmacéuticos, pinturas, para fotografía en su forma de yoduro de plata y también como desinfectantes.

     Elemento de  Importancia Industrial:

    Aluminio: es resistente a la corrosión, se puede laminar e hilar por los que se emplea en la construcción de vehículos, aviones y utensilios domésticos. Se extrae de la bauxita por reducción electrolítica.

    Cobalto: se emplea en la elaboración de aceros especiales debido a su alta resistencia al calor, corrosión y fricción. Se emplea en herramienta mecánica de alta velocidad, imanes y motores. En forma de polvo, se emplea como pigmento azul para el vidrio. Su isótopo radiactivo se emplea en el Instituto Nacional de Investigación Nuclear (ININ) de México, por que produce radiaciones gamma.

    Mercurio: es resistente a la corrosión y un bueno conductor eléctrico. Se usa en la fabricación de instrumentos de presión, baterías, termómetro, barómetro, amalgamas dentales, sosa cáustica, medicamentos e insecticidas.

    Antimonio: se utiliza, metal de imprenta, baterías y textiles.

    Plata: se emplea en la acuñación de monedas y manufacturas de vajillas y joyas, en fotografías, aparatos eléctricos, aleaciones y soldaduras.

    Cobre: usado principalmente como conductor eléctrico, en la elaboración de monedas y aleaciones como el latón y bronce.

    Plomo: se emplea para la fabricación de de barias y acumuladores, de pinturas, soldaduras e investigaciones nucleares.

    Hierro: se utiliza en la industria, el arte y la medicina. Para fabricar acero, cemento, fundiciones de metales ferrosos, además es un componente importante de la sangre contenido en la hemoglobina.

    Oro: es el patrón monetario internacional, sus aleaciones se emplean en joyerías, y ornamentos, piezas dentales y equipo científicos de elaboración. En la actualidad se ha reemplazado por iridio y rutenio en la joyera, y en piezas dentales, por platino y paladio.

         Elementos de Importancia Ambiental:

     Bromo: sus vapores contamina el aire, además sus compuestos derivados solo la crimogenos y venenosos.

   

     Azufre: sus óxidos (SO2 Y SO3) contaminan el aire y mezclados con agua producen la lluvia ácida. Algunas sustancias como los derivados clorados, sulfatos y ácidos son corrosivos, el gas H2S es sumamente toxico y contamina el aire.

     Cadmio: contamina el agua y el aire es constituyente de algunos fertilizantes que contaminan el suelo.

      Mercurio: contamina el agua, el aire y causa envenenamiento. Las algas lo absorben, luego los peces y finalmente el hombre. Los granos lo retienen y como el hombre los ingiere, lo incorpora a sus tejidos. También puede absorberse por la piel.

     Antimonio: el envenenamiento por antimonio se produce por ingestión, inhalación de vapor y principalmente por un gas llamado estibina.

     Arsénico: en general, todos sus compuestos y derivados son altamente tóxicos.

     Fósforo: debido a que se emplea en la síntesis de pinturas, plaguicidas y fertilizantes, contaminan el aire, el suelo y el agua.

     Plomo: contaminan el aire, el agua y el suelo (produce graves daños a la agricultura), y cuando se inhala o se ingiere como alimento, se acumula en el cuerpo y produce una enfermedad conocida como saturnismo.

     Cloro: sus vapores contaminan el aire y son corrosivo. En forma de clorato, contamina el agua, además de forma mezcla explosiva con compuestos orgánicos que dañan el hígado y el cerebro. Algunos medicamentos que contienen cloro afectan al sistema nervioso.

     Cromo: en su forma de cromato soluble contamina el agua. Sus compuestos son perjudiciales para el organismo, pues destruyen todas las células.

      Manganeso: los polvos y humos que contienen manganeso causan envenenamientos y atrofian el cerebro, cuando se inhala, además de contaminar el agua.

Estructura Amorfa

Materiales en los que sus átomos siempre están en desorden o desalineados aún en su estado sólido. No presentan una disposición interna ordenada por lo tanto no tienen ningún patrón determinado. Amorfo quiere decir que no tienen forma.

Las estructuras amorfas, las subestructuras siguen líneas quebradas al azar y el orden sólo se discierne a corta distancia. En la difracción también se refleja esta diferencia; la imagen que produce un haz de partículas -fotones, electrones, neutrones- que incide en un cristal amorfo conlleva un punto de impacto central, que corresponde a las partículas no desviadas, rodeado de anillos que corresponden a las distancias medias que son las más frecuentes entre los átomos. Pero, cuando el haz incide en un cristal, la perfecta periodicidad de las estructuras atómicas implica difracciones regulares de las partículas, que tienen lugar en direcciones privilegiadas y características de la estructura del cristal. La imagen se asemeja a una rejilla, en la que se distinguen unos puntos espaciados de forma regular que se llaman reflexiones de Bragg.

Descripción de las propiedades de los sólidos amorfos.

Un sólido amorfo consiste en partículas acomodadas en forma irregular y por ello no tienen el orden que se encuentra en los cristales. Ejemplos de sólidos amorfos son el vidrio y muchos plásticos.

Los sólidos amorfos difieren de los cristalinos por la manera en que se funden. Si controlamos la temperatura de un sólido cristalino cuando se funde, encontraremos que permanece constante. Los sólidos amorfos no tienen temperatura de fusión bien definida; se suavizan y funden en un rango de temperatura y no tienen “punto de fusión” característico.

Los sólidos amorfos, al igual que los líquidos y gases, son isotrópicos, es decir sus propiedades son iguales en todas las direcciones. Esto se debe a la falta de regularidad en el ordenamiento de las partículas en los sólidos amorfos, lo cual determina que todas las direcciones sean equivalentes.

La característica más notoria de estos materiales es la ausencia de orden de largo alcance. Esto significa que, al contrario de lo que ocurre en un cristal, el conocimiento de las posiciones atómicas de una región no nos permite predecir cuales serán las posiciones atómicas en otra región más o menos distante. A corto alcance sólo en el caso de los gases se puede realmente hablar de aleatoriedad, ya que tanto en los líquidos como en los gases se observan valores de densidad que sólo son compatibles con empaquetamientos más o menos compactos de átomos. Ahora bien, la obtención de estos empaquetamientos impone ciertas restricciones, esto es lo que nos permite hablar de orden de corto alcance. Este orden de corto alcance está siempre presente, sin embargo entre el sólido cristalino y el líquido hay bastantes diferencias, mientras que entre el líquido y el sólido amorfo encontramos bastantes semejanzas. Sin embargo el número de átomos que rodea a un átomo dado y la distancia interatómica media son similares en las fases sólida y líquida como corrobora la similitud encontrada en los valores de la densidad de cada fase. Básicamente hay tres modelos que intentan explicar la estructura de un amorfo.

Estado Vitreo, propiedades y características.

El estado vítreo.

Es un estado intermedio entre sólido y líquido. También es el estado de un fluido cuya viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura.

A temperatura ambiente son sólidos, pero no tienen estructura crista­lina. Esto se debe a un desorden en los átomos que se parece más a un líqui­do.

No tiene punto de fusión fijo.

Composición de los vidrios de construcción.

Elementos vitrificantes: Oxido de silicio (SiO2) Proviene de la arena de sílice, cuarzo, tierras de infusorios. 70-75%

Elementos fundentes: Óxidos alcalínicos de sodio y potasio. Rebajan el punto de fusión, disminuyen su viscosidad. Su por­centaje está limitado por la estabilidad del vidrio al 12-15%

Elementos estabilizantes: Oxido de calcio que procede de las calizas. 8-13%

Óxidos metálicos: Sirven para incorporar al vidrio caracte­rísticas especiales.

Tipos de vidrio.

Vidrio de sílice: Se emplea únicamente óxido de silicio, el de mayor calidad. Inconvenientes: alta temperatura de obten­ción y corto margen entre el reblandecimiento y la fusión.

Vidrio soluble: Si agregamos al óxido de silicio unos funden­tes (Na2O y K2O) se reduce el punto de fusión a la mitad y se aumenta el tiempo de trabajabilidad. Como gran inconvenien­te, son solubles en agua. Uso como pinturas.

Vidrio de cal: Si además añadimos CaO, que mantiene las ven­tajas del vidrio soluble, eliminamos el problema de la solubili­dad.

Vidrio al boro-silicato: Tiene la misma composición que los an­ teriores, pero sustituyendo los óxidos alcalínicos por oxido de boro, consiguiendo la resistencia a ataques de productos químicos. Uso: fibra de vidrio.

Propiedades.

Características mecánicas y físicas:

Densidad: 2,5

Dureza: 6,5 (mohr)

Res. flexión en vidrios recocidos: 400 Kp/cm2

Res. flexión en vidrios templados: 1000-2000 Kp/cm2

Res. compresión: 10000 Kp/cm2

Características químicas:

Gran resistencia, excepto a fosfatos y silicatos alcalinos. Para evitar ataques químicos se descalcifica la superficie, esto se consigue con un pulido al fuego o un tratamiento químico.

Los vidrios con un PH < 7 son inatacables.

Concepto y caracterización de sistemas cristalinos

EL CONCEPTO DEL CRISTAL

Un cristal es un sólido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus constituyentes químicos, sean átomos, iones o moléculas.

La estructura cristalina, no es exclusiva de los minerales. Hay muchas sustancias cristalinas de origen orgánico, como el azúcar o las concreciones calcáreas de las conchas de moluscos, o de origen artificiales, como el acetato de plomo.

ESTRUCTURA CRISTALINA

La celda fundamental o celda unitaria o malla es la distribución de átomos, iones o moléculas más pequeñas, cuya repetición definida origina todo el conjunto cristalino.

En teoría este proceso se podría repetir indefinidamente hasta que se obtuviera el más pequeño conjunto de átomos, ordenados del mismo modo, y con la misma forma de cada uno de los fragmentos mayores. Estaríamos, entonces, ante la celda fundamental del cristal las formas poliédricas de caras planas, típicas de las sustancias cristalinas, indican que el cristal crece a diferentes velocidades en las distintas direcciones del espacio.

Un cristal se origina por acumulación de un pequeño conjunto de átomos. En consecuencia, si el crecimiento se produjera a la misma velocidad en todas las direcciones, los cristales serían esféricos.

LA RED CRISTALINA

La disposición ordenada de los constituyentes químicos en sucesiones a lo largo de los ejes, y los planos del cristal, es decir, en las tres direcciones del espacio, forman una red cristalina.

Repetición de la celda inicial en todos los espacios.

LOS NODOS

Cada uno de los constituyentes químicos, considerados, como puntos geométrico, recibe el nombre de nudo o nodo.

Esto se les ponen en filas y se repite cada cierta distancia característica, denominada periodo.

EL PLANO RETICULAR

Un conjunto de filas paralelas y equidistantes. Los espacios delimitados por los nodos, se denominan mallas. Las redes planas se forman geométricamente con la translación en dos direcciones de los constituyentes químicos que forman el cristal.

La intersección de varias filas originaría un nodo. Los constituyentes químicos se sitúan, normalmente, en estas intersecciones, aunque no siempre es así. También ocupan otros lugares como el centro de las caras de la celda fundamental. (pueden aparecer en medio).

EL RETÍCULO ESPACIAL

La superposición de varios planos reticulares da lugar al retícula espacial

Una línea del retículo corresponden a la arista del cristal

Un plano corresponde a la cara del cristal

El retículo se correspondería con el propio cristal

LOS ELEMENTOS DE SIMETRÍA

En los cristales, se pueden definir tres clases de elementos de simetría: ejes, planos y centros

Un eje de simetría es una línea que pasa por el centro del cristal, el cristal al dar la vuelta entorno a ella, ocupa 2, 3, 4, ó 6, veces la misma posición.

Si la posición se ocupa dos veces es binario

Si la posición se ocupa tres veces es ternario

Si la posición se ocupa cuatro veces es cuaternario

Si la posición se ocupa seis veces es senario

Un plano de simetría es un plano que divide el cristal en dos partes, cada una de las cuales es la imagen especular de la otra.

Un centro de simetría es un punto interior del cristal que divide en dos partes iguales a cualquier segmento, pase por el y enlaza juntos equivalentes.

LOS SISTEMAS CRISTALINOS

Existen 32 clases de cristales según sus características de simetría, que se organizan en 14 tipos de redes tridimensionales, las 14 redes de Bravais.

El número de combinaciones posibles de los elementos de simetría es finito.

La posesión de elementos de simetría en común permite agrupar las 32 clases cristalinas en 7 grupos, los sistemas cristalinos. Estos sistemas quedan definidos por las constantes cristalográfica, es decir, el tamaño característico de las aristas, y el ángulo que forman entre si en la s celdas fundamentales de cada tipo de cristal.

Los sistemas cristalinos son: cúbico o isométrico, triclínico, monoclínico, rómbico, tetragonal, hexagonal y trigonal o romboédrica.

Cada celda unidad queda determinada por la longitud de sus aristas a, b, y c que se cortan en un punto, y por el valor de sus ángulos ð, ð, γð que forma dichas aristas. Estos valores reciben el nombre de constantes cristalográficas y varían de una celdas a otras.

En la naturaleza existen siete tipos de células fundamentales, que se llaman: triclínico, monoclínico, cúbico, rómbico, hexagonal, romboédrico, tetragonal.

En ocasiones la estructura interna de los edificios cristalinos, presenta imperfecciones debidas a impurezas dentro de la red cristalina o a la sustitución de unas partículas elementales por otras. Por ello se forman cristales defectuosos. Estos defectos, originas determinados colores, contribuyen a la formación de piedras preciosas, permiten la flexibilidad de algunos metales o aumentan su resistencia y dureza. El ser humano aprueba estas imperfecciones en importantes aplicaciones, como en el funcionamiento de transistores y del láser.

ELEMENTOS MORFOLÓGICOS DE UN CRISTAL

Las caras que corresponden a los planos reticulares, las aristas o filtros de nodos de los bordes de una cara y los vértices que son los nudos o puntos terminales de las aristas.

Estado Solido (cristalino)

Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria.



En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados, o ejes, del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se distinguen 7 sistemas cristalinos:

El sistema es tal que puede ser descripto por una celda unidad. La celda unidad que contienen un único punto de red (mínimo volumen posible) se llaman celdas primitivas.

Estructura de los materiales

Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el que se encuentra.

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Gas                                             Sólido                                            Líquido

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Un sólido es un material que posee forma y volumen definidos y que es una sustancia constituida por átomos metálicos, átomos no metálicos, iones ó moléculas.

Los sólidos se pueden clasificar teniendo en cuenta el arreglo interno de sus partículas, en amorfos y cristalinos.

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materiales amorfos                                          materiales cristalinos

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