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Describe al Titanio
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EL TITANIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto por Gregor en 1791 como TiO2 el nombre lo escogioacute Klaproth en 1795
El titanio se encuentra en meteoritos y en el Sol Rocas obtenidas durante la misioacuten
lunar Apolo XVII conteniacutean 121 de TiO2 en las traiacutedas en misiones anteriores el
contenido era menor
El titanio revela los oriacutegenes explosivos del Sistema Solar El titanio es una buena
sonda para condiciones de miles de millones de antildeos atraacutes porque no se evapora
faacutecilmente
Es el noveno elemento maacutes abundante en la superficie de la Tierra (0565 en
peso)
Los elementos quiacutemicos de la
tabla perioacutedica ordenados por
Abundancia
en la
corteza
terrestre
()
Nombre del
elemento
quiacutemico Siacutembolo
- Nombre 4671 Oxiacutegeno O
- Nuacutemero atoacutemico 2769 Siacutelice Si
- Siacutembolo 807 Aluminio Al
- Masa atoacutemica 505 Hierro Fe
- Electronegatividad 365 Calcio Ca
- Energiacutea de ionizacioacuten 275 Sodio Na
- Densidad 258 Potasio K
- Punto de fusioacuten 208 Magnesio Mg
- Punto de ebullicioacuten 062 Titanio Ti
- Radio de Vander Waals 014 Hidroacutegeno H
- Radio atoacutemico 013 Foacutesforo P
- Radio covalente 0094 Carbono C
- Antildeo de descubrimiento 009 Manganeso Mn
- Apellido del descubridor 0052 Azufre S
- Presencia en el cuerpo humano 005 Bario Ba
0045 Cloro Cl
0035 Cromo Cr
0029 Fluor F
0025 Zirconio Zr
0019 Niacutequel Ni
Estaacute casi siempre presente en rocas
iacutegneas y en los sedimentos
procedentes de ellas No se encuentra
nativo (Se denomina metal nativo a
cualquier metal que se encuentra en
su forma metaacutelica ya sea puro o
como una aleacioacuten en la naturaleza)
Las fuentes principales actuales son la ilmenita la esfena (titaacutenica) y el rutilo
baacutesicamente rocas plutoacutenicas y metamoacuterficas de todos la ilmenita es sin duda el
componente maacutes importante de titanio se calcula que maacutes del 90 de los
compuesto titaniferos de las rocas iacutegneas estaacuten formados por ilmenita Se encuentra
en cenizas de carboacuten en las plantas y en el cuerpo humano
PROCESO DE KROLL
En 1887 Nilson y Pettersson prepararon titanio impuro En 1910 Hunter obtuvo
metal puro (999) calentando TiCl4 con sodio en una bomba de acero Era una
curiosidad hasta que en 1938 Kroll desarrolloacute un procedimiento para la obtencioacuten
industrial de elementos de este grupo Se requieren reductores muy fuertes tras
concentrarlo el mineral se trata primero con cloro en presencia de coque para formar
TiCl4 el cloruro se reduce pasaacutendolo por magnesio liacutequido (800 ordmC) en atmoacutesfera de
argoacuten Es el meacutetodo empleado actualmente
Se conocen dos modificaciones la forma a-Ti (hexagonal) se transforma muy
lentamente en la forma b-Ti (cuacutebica centrada en el cuerpo) hacia los 880 ordmC
Se emplea en aleaciones con aluminio molibdeno manganeso hierro y otros
metales Estas aleaciones se usan fundamentalmente en aviones (rotores de
turbinas) misiles rotores de ultracentriacutefugas campos donde son necesarios
materiales resistentes ligeros y capaces de resistir temperaturas extremas
El titanio es tan fuerte como el acero pero un 45 maacutes ligero Es un 60 maacutes
pesado que el aluminio pero dos veces maacutes fuerte
2 ESTRUCTURA ATOacuteMICA
La masa atoacutemica de un elemento estaacute determinado por la masa total de neutrones
y protones que se puede encontrar en un solo aacutetomo perteneciente a este elemento
En cuanto a la posicioacuten donde encontrar el titanio dentro de la tabla perioacutedica de los
elementos el titanio se encuentra en el grupo 4 y periodo 4 El titanio tiene una masa
atoacutemica de 47867 u
La configuracioacuten electroacutenica del titanio es [Ar] 3d24s2 La configuracioacuten electroacutenica
de los elementos determina la forma en la cual los electrones estaacuten estructurados
en los aacutetomos de un elemento El radio medio del titanio es de 140 pm su radio
atoacutemico o radio de Bohr es de 176 pm y su radio covalente es de 136 pm El titanio
tiene un total de 22 electrones cuya distribucioacuten es la siguiente En la primera capa
tiene 2 electrones en la segunda tiene 8 electrones en su tercera capa tiene 10
electrones y en la cuarta 2 electrones
3 TIPO DE DIFUSIOacuteN
El titanio puro presenta un punto de transformacioacuten alotroacutepica a 882ordm en el que se
transforma de titanio α con estructura hexagonal compacta a una fase β con forma
cubica centrada en caras
Los estabilizadores de la fase α como N O o C permiten una mecanismo de difusioacuten intersticial
Los estabilizadores de la fase β como Fe Mn Cr o Ni permiten una mecanismo por vacancia
4 CARACTERIacuteSTICAS
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
Densidad 443 g cc pound 016 sup3
PROPIEDADES MECAacuteNICAS
Meacutetrico Ingles Comentarios
Resistencia a la traccioacuten
Rendimiento
880 MPa 128000 psi
Alargamiento a la rotura 14 14
Moacutedulo de elasticidad 1138 GPa 16500 ksi
Resistencia a la compresioacuten
Rendimiento
970 MPa 141000 psi
Teniendo Rendimiento Fuerza 1480 MPa 215000 psi e D = 2
Estructura cristalina hexagonal
Dimensiones de la celda unidad pm a=29511 c=46843
Grupo espacial P63mmc
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Resistencia a la fractura 75 MPa-mfrac12 683 ksi-infrac12
Moacutedulo De Corte 44 GPa 6380 ksi
PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
Resistividad eleacutectrica 0000178 ohm-cm 0000178 ohm-cm
Permeabilidad magneacutetica 100005 100005 en 16kA m
La susceptibilidad magneacutetica 33e-006 33e-006 CGS g
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Capacidad caloriacutefica especiacutefica 05263 J g- deg C 0126 BTU lb- deg F
Conductividad Teacutermica 67 W mK 465 BTU-in hr ftsup2- deg F
Punto De Fusioacuten 1604 - 1660 deg C 2920 - 3020 deg F
Energiacutea de ionizacioacuten 13098 kJmol
5 TRATAMIENTOS TEacuteRMICOS
El tratamiento termoquiacutemico de nitruracioacuten del titanio puro y de la aleacioacuten Ti6Al4V
produce una capa de revestimiento lisa y homogeacutenea con incrementos de la dureza
superficial de hasta un 500 respecto al material no tratado
La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm en tres horas de
tratamiento formada por pequentildeos granos de nitruros con diaacutemetros del orden de
los 50-100 nm El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N)
Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomeacutedicas del titanio
y en los componentes de motocicletas y automoacuteviles de competicioacuten bielas
vaacutelvulas etc
Las piezas a tratar se colocan en una caacutemara en vaciacuteo y son sometidas a una
temperatura de 500 degC Se inyecta nitroacutegeno que en contacto con iones de titanio
reaccionan para formar nitruro de titanio presentando al final del proceso un color
dorado Con esta teacutecnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB
Las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosioacuten
6 USOS O APLICACIONES
Uso en el espacio exterior
De acuerdo a ChemGuide el titanio y sus
aleaciones son particularmente usados en los
motores de las aeronaves y sus carcasas La
industria aeroespacial prefiere el uso del titanio
ya que es liviano y resistente a las altas
temperaturas Estas caracteriacutesticas lo hacen
invaluable en la construccioacuten de transportadores
espaciales Las aleaciones de titanio tambieacuten se utilizan en la construccioacuten de
misiles y cohetes
Usos en la industria marina
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio y
sus aleaciones no se corroen cuando son
expuestas a la sal en el agua marina Se utiliza
el titanio y sus aleaciones en las partes de las
lanchas y barcos que entran en contacto con el
agua del mar Estas incluyen la heacutelice aparejos
las anclas y sus cadenas
Reemplazo de partes corporales
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio
es un metal que como la plata es seguro en el
uso dentro del cuerpo humano La exposicioacuten
al titanio no genera reacciones aleacutergicas o de
otro tipo cuando es implantado
quiruacutergicamente Se utiliza en implantes de cadera debido a que es a la vez ligero
y durable Tambieacuten se utiliza en proacutetesis pernos para sujetar huesos e implantes
ortopeacutedicos
Usos odontoloacutegicos
De acuerdo a la Revista de la Asociacioacuten Americana de Odontologiacutea (RAAO) Se
prefiere aleaciones de titanio para hacer implantes dentales coronas dentaduras
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
- Siacutembolo 807 Aluminio Al
- Masa atoacutemica 505 Hierro Fe
- Electronegatividad 365 Calcio Ca
- Energiacutea de ionizacioacuten 275 Sodio Na
- Densidad 258 Potasio K
- Punto de fusioacuten 208 Magnesio Mg
- Punto de ebullicioacuten 062 Titanio Ti
- Radio de Vander Waals 014 Hidroacutegeno H
- Radio atoacutemico 013 Foacutesforo P
- Radio covalente 0094 Carbono C
- Antildeo de descubrimiento 009 Manganeso Mn
- Apellido del descubridor 0052 Azufre S
- Presencia en el cuerpo humano 005 Bario Ba
0045 Cloro Cl
0035 Cromo Cr
0029 Fluor F
0025 Zirconio Zr
0019 Niacutequel Ni
Estaacute casi siempre presente en rocas
iacutegneas y en los sedimentos
procedentes de ellas No se encuentra
nativo (Se denomina metal nativo a
cualquier metal que se encuentra en
su forma metaacutelica ya sea puro o
como una aleacioacuten en la naturaleza)
Las fuentes principales actuales son la ilmenita la esfena (titaacutenica) y el rutilo
baacutesicamente rocas plutoacutenicas y metamoacuterficas de todos la ilmenita es sin duda el
componente maacutes importante de titanio se calcula que maacutes del 90 de los
compuesto titaniferos de las rocas iacutegneas estaacuten formados por ilmenita Se encuentra
en cenizas de carboacuten en las plantas y en el cuerpo humano
PROCESO DE KROLL
En 1887 Nilson y Pettersson prepararon titanio impuro En 1910 Hunter obtuvo
metal puro (999) calentando TiCl4 con sodio en una bomba de acero Era una
curiosidad hasta que en 1938 Kroll desarrolloacute un procedimiento para la obtencioacuten
industrial de elementos de este grupo Se requieren reductores muy fuertes tras
concentrarlo el mineral se trata primero con cloro en presencia de coque para formar
TiCl4 el cloruro se reduce pasaacutendolo por magnesio liacutequido (800 ordmC) en atmoacutesfera de
argoacuten Es el meacutetodo empleado actualmente
Se conocen dos modificaciones la forma a-Ti (hexagonal) se transforma muy
lentamente en la forma b-Ti (cuacutebica centrada en el cuerpo) hacia los 880 ordmC
Se emplea en aleaciones con aluminio molibdeno manganeso hierro y otros
metales Estas aleaciones se usan fundamentalmente en aviones (rotores de
turbinas) misiles rotores de ultracentriacutefugas campos donde son necesarios
materiales resistentes ligeros y capaces de resistir temperaturas extremas
El titanio es tan fuerte como el acero pero un 45 maacutes ligero Es un 60 maacutes
pesado que el aluminio pero dos veces maacutes fuerte
2 ESTRUCTURA ATOacuteMICA
La masa atoacutemica de un elemento estaacute determinado por la masa total de neutrones
y protones que se puede encontrar en un solo aacutetomo perteneciente a este elemento
En cuanto a la posicioacuten donde encontrar el titanio dentro de la tabla perioacutedica de los
elementos el titanio se encuentra en el grupo 4 y periodo 4 El titanio tiene una masa
atoacutemica de 47867 u
La configuracioacuten electroacutenica del titanio es [Ar] 3d24s2 La configuracioacuten electroacutenica
de los elementos determina la forma en la cual los electrones estaacuten estructurados
en los aacutetomos de un elemento El radio medio del titanio es de 140 pm su radio
atoacutemico o radio de Bohr es de 176 pm y su radio covalente es de 136 pm El titanio
tiene un total de 22 electrones cuya distribucioacuten es la siguiente En la primera capa
tiene 2 electrones en la segunda tiene 8 electrones en su tercera capa tiene 10
electrones y en la cuarta 2 electrones
3 TIPO DE DIFUSIOacuteN
El titanio puro presenta un punto de transformacioacuten alotroacutepica a 882ordm en el que se
transforma de titanio α con estructura hexagonal compacta a una fase β con forma
cubica centrada en caras
Los estabilizadores de la fase α como N O o C permiten una mecanismo de difusioacuten intersticial
Los estabilizadores de la fase β como Fe Mn Cr o Ni permiten una mecanismo por vacancia
4 CARACTERIacuteSTICAS
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
Densidad 443 g cc pound 016 sup3
PROPIEDADES MECAacuteNICAS
Meacutetrico Ingles Comentarios
Resistencia a la traccioacuten
Rendimiento
880 MPa 128000 psi
Alargamiento a la rotura 14 14
Moacutedulo de elasticidad 1138 GPa 16500 ksi
Resistencia a la compresioacuten
Rendimiento
970 MPa 141000 psi
Teniendo Rendimiento Fuerza 1480 MPa 215000 psi e D = 2
Estructura cristalina hexagonal
Dimensiones de la celda unidad pm a=29511 c=46843
Grupo espacial P63mmc
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Resistencia a la fractura 75 MPa-mfrac12 683 ksi-infrac12
Moacutedulo De Corte 44 GPa 6380 ksi
PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
Resistividad eleacutectrica 0000178 ohm-cm 0000178 ohm-cm
Permeabilidad magneacutetica 100005 100005 en 16kA m
La susceptibilidad magneacutetica 33e-006 33e-006 CGS g
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Capacidad caloriacutefica especiacutefica 05263 J g- deg C 0126 BTU lb- deg F
Conductividad Teacutermica 67 W mK 465 BTU-in hr ftsup2- deg F
Punto De Fusioacuten 1604 - 1660 deg C 2920 - 3020 deg F
Energiacutea de ionizacioacuten 13098 kJmol
5 TRATAMIENTOS TEacuteRMICOS
El tratamiento termoquiacutemico de nitruracioacuten del titanio puro y de la aleacioacuten Ti6Al4V
produce una capa de revestimiento lisa y homogeacutenea con incrementos de la dureza
superficial de hasta un 500 respecto al material no tratado
La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm en tres horas de
tratamiento formada por pequentildeos granos de nitruros con diaacutemetros del orden de
los 50-100 nm El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N)
Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomeacutedicas del titanio
y en los componentes de motocicletas y automoacuteviles de competicioacuten bielas
vaacutelvulas etc
Las piezas a tratar se colocan en una caacutemara en vaciacuteo y son sometidas a una
temperatura de 500 degC Se inyecta nitroacutegeno que en contacto con iones de titanio
reaccionan para formar nitruro de titanio presentando al final del proceso un color
dorado Con esta teacutecnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB
Las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosioacuten
6 USOS O APLICACIONES
Uso en el espacio exterior
De acuerdo a ChemGuide el titanio y sus
aleaciones son particularmente usados en los
motores de las aeronaves y sus carcasas La
industria aeroespacial prefiere el uso del titanio
ya que es liviano y resistente a las altas
temperaturas Estas caracteriacutesticas lo hacen
invaluable en la construccioacuten de transportadores
espaciales Las aleaciones de titanio tambieacuten se utilizan en la construccioacuten de
misiles y cohetes
Usos en la industria marina
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio y
sus aleaciones no se corroen cuando son
expuestas a la sal en el agua marina Se utiliza
el titanio y sus aleaciones en las partes de las
lanchas y barcos que entran en contacto con el
agua del mar Estas incluyen la heacutelice aparejos
las anclas y sus cadenas
Reemplazo de partes corporales
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio
es un metal que como la plata es seguro en el
uso dentro del cuerpo humano La exposicioacuten
al titanio no genera reacciones aleacutergicas o de
otro tipo cuando es implantado
quiruacutergicamente Se utiliza en implantes de cadera debido a que es a la vez ligero
y durable Tambieacuten se utiliza en proacutetesis pernos para sujetar huesos e implantes
ortopeacutedicos
Usos odontoloacutegicos
De acuerdo a la Revista de la Asociacioacuten Americana de Odontologiacutea (RAAO) Se
prefiere aleaciones de titanio para hacer implantes dentales coronas dentaduras
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
Las fuentes principales actuales son la ilmenita la esfena (titaacutenica) y el rutilo
baacutesicamente rocas plutoacutenicas y metamoacuterficas de todos la ilmenita es sin duda el
componente maacutes importante de titanio se calcula que maacutes del 90 de los
compuesto titaniferos de las rocas iacutegneas estaacuten formados por ilmenita Se encuentra
en cenizas de carboacuten en las plantas y en el cuerpo humano
PROCESO DE KROLL
En 1887 Nilson y Pettersson prepararon titanio impuro En 1910 Hunter obtuvo
metal puro (999) calentando TiCl4 con sodio en una bomba de acero Era una
curiosidad hasta que en 1938 Kroll desarrolloacute un procedimiento para la obtencioacuten
industrial de elementos de este grupo Se requieren reductores muy fuertes tras
concentrarlo el mineral se trata primero con cloro en presencia de coque para formar
TiCl4 el cloruro se reduce pasaacutendolo por magnesio liacutequido (800 ordmC) en atmoacutesfera de
argoacuten Es el meacutetodo empleado actualmente
Se conocen dos modificaciones la forma a-Ti (hexagonal) se transforma muy
lentamente en la forma b-Ti (cuacutebica centrada en el cuerpo) hacia los 880 ordmC
Se emplea en aleaciones con aluminio molibdeno manganeso hierro y otros
metales Estas aleaciones se usan fundamentalmente en aviones (rotores de
turbinas) misiles rotores de ultracentriacutefugas campos donde son necesarios
materiales resistentes ligeros y capaces de resistir temperaturas extremas
El titanio es tan fuerte como el acero pero un 45 maacutes ligero Es un 60 maacutes
pesado que el aluminio pero dos veces maacutes fuerte
2 ESTRUCTURA ATOacuteMICA
La masa atoacutemica de un elemento estaacute determinado por la masa total de neutrones
y protones que se puede encontrar en un solo aacutetomo perteneciente a este elemento
En cuanto a la posicioacuten donde encontrar el titanio dentro de la tabla perioacutedica de los
elementos el titanio se encuentra en el grupo 4 y periodo 4 El titanio tiene una masa
atoacutemica de 47867 u
La configuracioacuten electroacutenica del titanio es [Ar] 3d24s2 La configuracioacuten electroacutenica
de los elementos determina la forma en la cual los electrones estaacuten estructurados
en los aacutetomos de un elemento El radio medio del titanio es de 140 pm su radio
atoacutemico o radio de Bohr es de 176 pm y su radio covalente es de 136 pm El titanio
tiene un total de 22 electrones cuya distribucioacuten es la siguiente En la primera capa
tiene 2 electrones en la segunda tiene 8 electrones en su tercera capa tiene 10
electrones y en la cuarta 2 electrones
3 TIPO DE DIFUSIOacuteN
El titanio puro presenta un punto de transformacioacuten alotroacutepica a 882ordm en el que se
transforma de titanio α con estructura hexagonal compacta a una fase β con forma
cubica centrada en caras
Los estabilizadores de la fase α como N O o C permiten una mecanismo de difusioacuten intersticial
Los estabilizadores de la fase β como Fe Mn Cr o Ni permiten una mecanismo por vacancia
4 CARACTERIacuteSTICAS
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
Densidad 443 g cc pound 016 sup3
PROPIEDADES MECAacuteNICAS
Meacutetrico Ingles Comentarios
Resistencia a la traccioacuten
Rendimiento
880 MPa 128000 psi
Alargamiento a la rotura 14 14
Moacutedulo de elasticidad 1138 GPa 16500 ksi
Resistencia a la compresioacuten
Rendimiento
970 MPa 141000 psi
Teniendo Rendimiento Fuerza 1480 MPa 215000 psi e D = 2
Estructura cristalina hexagonal
Dimensiones de la celda unidad pm a=29511 c=46843
Grupo espacial P63mmc
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Resistencia a la fractura 75 MPa-mfrac12 683 ksi-infrac12
Moacutedulo De Corte 44 GPa 6380 ksi
PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
Resistividad eleacutectrica 0000178 ohm-cm 0000178 ohm-cm
Permeabilidad magneacutetica 100005 100005 en 16kA m
La susceptibilidad magneacutetica 33e-006 33e-006 CGS g
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Capacidad caloriacutefica especiacutefica 05263 J g- deg C 0126 BTU lb- deg F
Conductividad Teacutermica 67 W mK 465 BTU-in hr ftsup2- deg F
Punto De Fusioacuten 1604 - 1660 deg C 2920 - 3020 deg F
Energiacutea de ionizacioacuten 13098 kJmol
5 TRATAMIENTOS TEacuteRMICOS
El tratamiento termoquiacutemico de nitruracioacuten del titanio puro y de la aleacioacuten Ti6Al4V
produce una capa de revestimiento lisa y homogeacutenea con incrementos de la dureza
superficial de hasta un 500 respecto al material no tratado
La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm en tres horas de
tratamiento formada por pequentildeos granos de nitruros con diaacutemetros del orden de
los 50-100 nm El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N)
Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomeacutedicas del titanio
y en los componentes de motocicletas y automoacuteviles de competicioacuten bielas
vaacutelvulas etc
Las piezas a tratar se colocan en una caacutemara en vaciacuteo y son sometidas a una
temperatura de 500 degC Se inyecta nitroacutegeno que en contacto con iones de titanio
reaccionan para formar nitruro de titanio presentando al final del proceso un color
dorado Con esta teacutecnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB
Las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosioacuten
6 USOS O APLICACIONES
Uso en el espacio exterior
De acuerdo a ChemGuide el titanio y sus
aleaciones son particularmente usados en los
motores de las aeronaves y sus carcasas La
industria aeroespacial prefiere el uso del titanio
ya que es liviano y resistente a las altas
temperaturas Estas caracteriacutesticas lo hacen
invaluable en la construccioacuten de transportadores
espaciales Las aleaciones de titanio tambieacuten se utilizan en la construccioacuten de
misiles y cohetes
Usos en la industria marina
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio y
sus aleaciones no se corroen cuando son
expuestas a la sal en el agua marina Se utiliza
el titanio y sus aleaciones en las partes de las
lanchas y barcos que entran en contacto con el
agua del mar Estas incluyen la heacutelice aparejos
las anclas y sus cadenas
Reemplazo de partes corporales
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio
es un metal que como la plata es seguro en el
uso dentro del cuerpo humano La exposicioacuten
al titanio no genera reacciones aleacutergicas o de
otro tipo cuando es implantado
quiruacutergicamente Se utiliza en implantes de cadera debido a que es a la vez ligero
y durable Tambieacuten se utiliza en proacutetesis pernos para sujetar huesos e implantes
ortopeacutedicos
Usos odontoloacutegicos
De acuerdo a la Revista de la Asociacioacuten Americana de Odontologiacutea (RAAO) Se
prefiere aleaciones de titanio para hacer implantes dentales coronas dentaduras
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
turbinas) misiles rotores de ultracentriacutefugas campos donde son necesarios
materiales resistentes ligeros y capaces de resistir temperaturas extremas
El titanio es tan fuerte como el acero pero un 45 maacutes ligero Es un 60 maacutes
pesado que el aluminio pero dos veces maacutes fuerte
2 ESTRUCTURA ATOacuteMICA
La masa atoacutemica de un elemento estaacute determinado por la masa total de neutrones
y protones que se puede encontrar en un solo aacutetomo perteneciente a este elemento
En cuanto a la posicioacuten donde encontrar el titanio dentro de la tabla perioacutedica de los
elementos el titanio se encuentra en el grupo 4 y periodo 4 El titanio tiene una masa
atoacutemica de 47867 u
La configuracioacuten electroacutenica del titanio es [Ar] 3d24s2 La configuracioacuten electroacutenica
de los elementos determina la forma en la cual los electrones estaacuten estructurados
en los aacutetomos de un elemento El radio medio del titanio es de 140 pm su radio
atoacutemico o radio de Bohr es de 176 pm y su radio covalente es de 136 pm El titanio
tiene un total de 22 electrones cuya distribucioacuten es la siguiente En la primera capa
tiene 2 electrones en la segunda tiene 8 electrones en su tercera capa tiene 10
electrones y en la cuarta 2 electrones
3 TIPO DE DIFUSIOacuteN
El titanio puro presenta un punto de transformacioacuten alotroacutepica a 882ordm en el que se
transforma de titanio α con estructura hexagonal compacta a una fase β con forma
cubica centrada en caras
Los estabilizadores de la fase α como N O o C permiten una mecanismo de difusioacuten intersticial
Los estabilizadores de la fase β como Fe Mn Cr o Ni permiten una mecanismo por vacancia
4 CARACTERIacuteSTICAS
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
Densidad 443 g cc pound 016 sup3
PROPIEDADES MECAacuteNICAS
Meacutetrico Ingles Comentarios
Resistencia a la traccioacuten
Rendimiento
880 MPa 128000 psi
Alargamiento a la rotura 14 14
Moacutedulo de elasticidad 1138 GPa 16500 ksi
Resistencia a la compresioacuten
Rendimiento
970 MPa 141000 psi
Teniendo Rendimiento Fuerza 1480 MPa 215000 psi e D = 2
Estructura cristalina hexagonal
Dimensiones de la celda unidad pm a=29511 c=46843
Grupo espacial P63mmc
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Resistencia a la fractura 75 MPa-mfrac12 683 ksi-infrac12
Moacutedulo De Corte 44 GPa 6380 ksi
PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
Resistividad eleacutectrica 0000178 ohm-cm 0000178 ohm-cm
Permeabilidad magneacutetica 100005 100005 en 16kA m
La susceptibilidad magneacutetica 33e-006 33e-006 CGS g
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Capacidad caloriacutefica especiacutefica 05263 J g- deg C 0126 BTU lb- deg F
Conductividad Teacutermica 67 W mK 465 BTU-in hr ftsup2- deg F
Punto De Fusioacuten 1604 - 1660 deg C 2920 - 3020 deg F
Energiacutea de ionizacioacuten 13098 kJmol
5 TRATAMIENTOS TEacuteRMICOS
El tratamiento termoquiacutemico de nitruracioacuten del titanio puro y de la aleacioacuten Ti6Al4V
produce una capa de revestimiento lisa y homogeacutenea con incrementos de la dureza
superficial de hasta un 500 respecto al material no tratado
La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm en tres horas de
tratamiento formada por pequentildeos granos de nitruros con diaacutemetros del orden de
los 50-100 nm El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N)
Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomeacutedicas del titanio
y en los componentes de motocicletas y automoacuteviles de competicioacuten bielas
vaacutelvulas etc
Las piezas a tratar se colocan en una caacutemara en vaciacuteo y son sometidas a una
temperatura de 500 degC Se inyecta nitroacutegeno que en contacto con iones de titanio
reaccionan para formar nitruro de titanio presentando al final del proceso un color
dorado Con esta teacutecnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB
Las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosioacuten
6 USOS O APLICACIONES
Uso en el espacio exterior
De acuerdo a ChemGuide el titanio y sus
aleaciones son particularmente usados en los
motores de las aeronaves y sus carcasas La
industria aeroespacial prefiere el uso del titanio
ya que es liviano y resistente a las altas
temperaturas Estas caracteriacutesticas lo hacen
invaluable en la construccioacuten de transportadores
espaciales Las aleaciones de titanio tambieacuten se utilizan en la construccioacuten de
misiles y cohetes
Usos en la industria marina
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio y
sus aleaciones no se corroen cuando son
expuestas a la sal en el agua marina Se utiliza
el titanio y sus aleaciones en las partes de las
lanchas y barcos que entran en contacto con el
agua del mar Estas incluyen la heacutelice aparejos
las anclas y sus cadenas
Reemplazo de partes corporales
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio
es un metal que como la plata es seguro en el
uso dentro del cuerpo humano La exposicioacuten
al titanio no genera reacciones aleacutergicas o de
otro tipo cuando es implantado
quiruacutergicamente Se utiliza en implantes de cadera debido a que es a la vez ligero
y durable Tambieacuten se utiliza en proacutetesis pernos para sujetar huesos e implantes
ortopeacutedicos
Usos odontoloacutegicos
De acuerdo a la Revista de la Asociacioacuten Americana de Odontologiacutea (RAAO) Se
prefiere aleaciones de titanio para hacer implantes dentales coronas dentaduras
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
3 TIPO DE DIFUSIOacuteN
El titanio puro presenta un punto de transformacioacuten alotroacutepica a 882ordm en el que se
transforma de titanio α con estructura hexagonal compacta a una fase β con forma
cubica centrada en caras
Los estabilizadores de la fase α como N O o C permiten una mecanismo de difusioacuten intersticial
Los estabilizadores de la fase β como Fe Mn Cr o Ni permiten una mecanismo por vacancia
4 CARACTERIacuteSTICAS
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
Densidad 443 g cc pound 016 sup3
PROPIEDADES MECAacuteNICAS
Meacutetrico Ingles Comentarios
Resistencia a la traccioacuten
Rendimiento
880 MPa 128000 psi
Alargamiento a la rotura 14 14
Moacutedulo de elasticidad 1138 GPa 16500 ksi
Resistencia a la compresioacuten
Rendimiento
970 MPa 141000 psi
Teniendo Rendimiento Fuerza 1480 MPa 215000 psi e D = 2
Estructura cristalina hexagonal
Dimensiones de la celda unidad pm a=29511 c=46843
Grupo espacial P63mmc
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Resistencia a la fractura 75 MPa-mfrac12 683 ksi-infrac12
Moacutedulo De Corte 44 GPa 6380 ksi
PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
Resistividad eleacutectrica 0000178 ohm-cm 0000178 ohm-cm
Permeabilidad magneacutetica 100005 100005 en 16kA m
La susceptibilidad magneacutetica 33e-006 33e-006 CGS g
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Capacidad caloriacutefica especiacutefica 05263 J g- deg C 0126 BTU lb- deg F
Conductividad Teacutermica 67 W mK 465 BTU-in hr ftsup2- deg F
Punto De Fusioacuten 1604 - 1660 deg C 2920 - 3020 deg F
Energiacutea de ionizacioacuten 13098 kJmol
5 TRATAMIENTOS TEacuteRMICOS
El tratamiento termoquiacutemico de nitruracioacuten del titanio puro y de la aleacioacuten Ti6Al4V
produce una capa de revestimiento lisa y homogeacutenea con incrementos de la dureza
superficial de hasta un 500 respecto al material no tratado
La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm en tres horas de
tratamiento formada por pequentildeos granos de nitruros con diaacutemetros del orden de
los 50-100 nm El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N)
Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomeacutedicas del titanio
y en los componentes de motocicletas y automoacuteviles de competicioacuten bielas
vaacutelvulas etc
Las piezas a tratar se colocan en una caacutemara en vaciacuteo y son sometidas a una
temperatura de 500 degC Se inyecta nitroacutegeno que en contacto con iones de titanio
reaccionan para formar nitruro de titanio presentando al final del proceso un color
dorado Con esta teacutecnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB
Las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosioacuten
6 USOS O APLICACIONES
Uso en el espacio exterior
De acuerdo a ChemGuide el titanio y sus
aleaciones son particularmente usados en los
motores de las aeronaves y sus carcasas La
industria aeroespacial prefiere el uso del titanio
ya que es liviano y resistente a las altas
temperaturas Estas caracteriacutesticas lo hacen
invaluable en la construccioacuten de transportadores
espaciales Las aleaciones de titanio tambieacuten se utilizan en la construccioacuten de
misiles y cohetes
Usos en la industria marina
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio y
sus aleaciones no se corroen cuando son
expuestas a la sal en el agua marina Se utiliza
el titanio y sus aleaciones en las partes de las
lanchas y barcos que entran en contacto con el
agua del mar Estas incluyen la heacutelice aparejos
las anclas y sus cadenas
Reemplazo de partes corporales
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio
es un metal que como la plata es seguro en el
uso dentro del cuerpo humano La exposicioacuten
al titanio no genera reacciones aleacutergicas o de
otro tipo cuando es implantado
quiruacutergicamente Se utiliza en implantes de cadera debido a que es a la vez ligero
y durable Tambieacuten se utiliza en proacutetesis pernos para sujetar huesos e implantes
ortopeacutedicos
Usos odontoloacutegicos
De acuerdo a la Revista de la Asociacioacuten Americana de Odontologiacutea (RAAO) Se
prefiere aleaciones de titanio para hacer implantes dentales coronas dentaduras
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
4 CARACTERIacuteSTICAS
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
Densidad 443 g cc pound 016 sup3
PROPIEDADES MECAacuteNICAS
Meacutetrico Ingles Comentarios
Resistencia a la traccioacuten
Rendimiento
880 MPa 128000 psi
Alargamiento a la rotura 14 14
Moacutedulo de elasticidad 1138 GPa 16500 ksi
Resistencia a la compresioacuten
Rendimiento
970 MPa 141000 psi
Teniendo Rendimiento Fuerza 1480 MPa 215000 psi e D = 2
Estructura cristalina hexagonal
Dimensiones de la celda unidad pm a=29511 c=46843
Grupo espacial P63mmc
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Resistencia a la fractura 75 MPa-mfrac12 683 ksi-infrac12
Moacutedulo De Corte 44 GPa 6380 ksi
PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
Resistividad eleacutectrica 0000178 ohm-cm 0000178 ohm-cm
Permeabilidad magneacutetica 100005 100005 en 16kA m
La susceptibilidad magneacutetica 33e-006 33e-006 CGS g
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Capacidad caloriacutefica especiacutefica 05263 J g- deg C 0126 BTU lb- deg F
Conductividad Teacutermica 67 W mK 465 BTU-in hr ftsup2- deg F
Punto De Fusioacuten 1604 - 1660 deg C 2920 - 3020 deg F
Energiacutea de ionizacioacuten 13098 kJmol
5 TRATAMIENTOS TEacuteRMICOS
El tratamiento termoquiacutemico de nitruracioacuten del titanio puro y de la aleacioacuten Ti6Al4V
produce una capa de revestimiento lisa y homogeacutenea con incrementos de la dureza
superficial de hasta un 500 respecto al material no tratado
La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm en tres horas de
tratamiento formada por pequentildeos granos de nitruros con diaacutemetros del orden de
los 50-100 nm El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N)
Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomeacutedicas del titanio
y en los componentes de motocicletas y automoacuteviles de competicioacuten bielas
vaacutelvulas etc
Las piezas a tratar se colocan en una caacutemara en vaciacuteo y son sometidas a una
temperatura de 500 degC Se inyecta nitroacutegeno que en contacto con iones de titanio
reaccionan para formar nitruro de titanio presentando al final del proceso un color
dorado Con esta teacutecnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB
Las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosioacuten
6 USOS O APLICACIONES
Uso en el espacio exterior
De acuerdo a ChemGuide el titanio y sus
aleaciones son particularmente usados en los
motores de las aeronaves y sus carcasas La
industria aeroespacial prefiere el uso del titanio
ya que es liviano y resistente a las altas
temperaturas Estas caracteriacutesticas lo hacen
invaluable en la construccioacuten de transportadores
espaciales Las aleaciones de titanio tambieacuten se utilizan en la construccioacuten de
misiles y cohetes
Usos en la industria marina
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio y
sus aleaciones no se corroen cuando son
expuestas a la sal en el agua marina Se utiliza
el titanio y sus aleaciones en las partes de las
lanchas y barcos que entran en contacto con el
agua del mar Estas incluyen la heacutelice aparejos
las anclas y sus cadenas
Reemplazo de partes corporales
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio
es un metal que como la plata es seguro en el
uso dentro del cuerpo humano La exposicioacuten
al titanio no genera reacciones aleacutergicas o de
otro tipo cuando es implantado
quiruacutergicamente Se utiliza en implantes de cadera debido a que es a la vez ligero
y durable Tambieacuten se utiliza en proacutetesis pernos para sujetar huesos e implantes
ortopeacutedicos
Usos odontoloacutegicos
De acuerdo a la Revista de la Asociacioacuten Americana de Odontologiacutea (RAAO) Se
prefiere aleaciones de titanio para hacer implantes dentales coronas dentaduras
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
Resistencia a la fractura 75 MPa-mfrac12 683 ksi-infrac12
Moacutedulo De Corte 44 GPa 6380 ksi
PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
Resistividad eleacutectrica 0000178 ohm-cm 0000178 ohm-cm
Permeabilidad magneacutetica 100005 100005 en 16kA m
La susceptibilidad magneacutetica 33e-006 33e-006 CGS g
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Capacidad caloriacutefica especiacutefica 05263 J g- deg C 0126 BTU lb- deg F
Conductividad Teacutermica 67 W mK 465 BTU-in hr ftsup2- deg F
Punto De Fusioacuten 1604 - 1660 deg C 2920 - 3020 deg F
Energiacutea de ionizacioacuten 13098 kJmol
5 TRATAMIENTOS TEacuteRMICOS
El tratamiento termoquiacutemico de nitruracioacuten del titanio puro y de la aleacioacuten Ti6Al4V
produce una capa de revestimiento lisa y homogeacutenea con incrementos de la dureza
superficial de hasta un 500 respecto al material no tratado
La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm en tres horas de
tratamiento formada por pequentildeos granos de nitruros con diaacutemetros del orden de
los 50-100 nm El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N)
Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomeacutedicas del titanio
y en los componentes de motocicletas y automoacuteviles de competicioacuten bielas
vaacutelvulas etc
Las piezas a tratar se colocan en una caacutemara en vaciacuteo y son sometidas a una
temperatura de 500 degC Se inyecta nitroacutegeno que en contacto con iones de titanio
reaccionan para formar nitruro de titanio presentando al final del proceso un color
dorado Con esta teacutecnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB
Las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosioacuten
6 USOS O APLICACIONES
Uso en el espacio exterior
De acuerdo a ChemGuide el titanio y sus
aleaciones son particularmente usados en los
motores de las aeronaves y sus carcasas La
industria aeroespacial prefiere el uso del titanio
ya que es liviano y resistente a las altas
temperaturas Estas caracteriacutesticas lo hacen
invaluable en la construccioacuten de transportadores
espaciales Las aleaciones de titanio tambieacuten se utilizan en la construccioacuten de
misiles y cohetes
Usos en la industria marina
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio y
sus aleaciones no se corroen cuando son
expuestas a la sal en el agua marina Se utiliza
el titanio y sus aleaciones en las partes de las
lanchas y barcos que entran en contacto con el
agua del mar Estas incluyen la heacutelice aparejos
las anclas y sus cadenas
Reemplazo de partes corporales
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio
es un metal que como la plata es seguro en el
uso dentro del cuerpo humano La exposicioacuten
al titanio no genera reacciones aleacutergicas o de
otro tipo cuando es implantado
quiruacutergicamente Se utiliza en implantes de cadera debido a que es a la vez ligero
y durable Tambieacuten se utiliza en proacutetesis pernos para sujetar huesos e implantes
ortopeacutedicos
Usos odontoloacutegicos
De acuerdo a la Revista de la Asociacioacuten Americana de Odontologiacutea (RAAO) Se
prefiere aleaciones de titanio para hacer implantes dentales coronas dentaduras
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
6 USOS O APLICACIONES
Uso en el espacio exterior
De acuerdo a ChemGuide el titanio y sus
aleaciones son particularmente usados en los
motores de las aeronaves y sus carcasas La
industria aeroespacial prefiere el uso del titanio
ya que es liviano y resistente a las altas
temperaturas Estas caracteriacutesticas lo hacen
invaluable en la construccioacuten de transportadores
espaciales Las aleaciones de titanio tambieacuten se utilizan en la construccioacuten de
misiles y cohetes
Usos en la industria marina
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio y
sus aleaciones no se corroen cuando son
expuestas a la sal en el agua marina Se utiliza
el titanio y sus aleaciones en las partes de las
lanchas y barcos que entran en contacto con el
agua del mar Estas incluyen la heacutelice aparejos
las anclas y sus cadenas
Reemplazo de partes corporales
De acuerdo al Laboratorio Jefferson el titanio
es un metal que como la plata es seguro en el
uso dentro del cuerpo humano La exposicioacuten
al titanio no genera reacciones aleacutergicas o de
otro tipo cuando es implantado
quiruacutergicamente Se utiliza en implantes de cadera debido a que es a la vez ligero
y durable Tambieacuten se utiliza en proacutetesis pernos para sujetar huesos e implantes
ortopeacutedicos
Usos odontoloacutegicos
De acuerdo a la Revista de la Asociacioacuten Americana de Odontologiacutea (RAAO) Se
prefiere aleaciones de titanio para hacer implantes dentales coronas dentaduras
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
completas o parciales proacutetesis y puentes Esto se debe a las propiedades
extensibles del titanio fuerza y naturaleza anticorrosiva La RAAO hace notar que
para que la aleacioacuten de titanio sea completamente efectiva en un implante o corona
los laboratorios dentales tienen que ser cuidadosos y precisos durante el proceso
de fundicioacuten Las impurezas en la aleacioacuten podriacutean aumentar el riesgo de
infecciones Las aleaciones de titanio se utilizan tambieacuten para hacer instrumentos
dentales incluyendo el torno puntas y utensilios utilizados para suavizar la
superficie de las coronas
Compuestos de titanio
El titanio existe tambieacuten como un compuesto
quiacutemico Siendo el maacutes comuacuten el dioacutexido de
titanio Debido a que este compuesto tiene
amplias propiedades refractivas (refleja la luz) el
dioacutexido de titanio es utilizado para hacer
pigmento blanco para oacuteleos y pinturas al acriacutelico
papel y plaacutesticos de acuerdo a la IGEU (Inspeccioacuten Geoloacutegica) Tambieacuten se usa
como foto cataliacutetico EL titanio en polvo es utilizado en los fuegos artificiales para
generar partiacuteculas que se enciendan con una luz blanca intensa
Otros usos
De acuerdo a la IGES el titanio tambieacuten se
utiliza en procesos industriales incluyendo
quiacutemicos y petroquiacutemicos Se utiliza para las
partes metaacutelicas de las plantas desalinizacioacuten
ya que resiste a la corrosioacuten Los productos con
titanio molido incluyen hojas de metal placas
alambres en barra forjas y fundiciones En los deportes el titanio es utilizado para
hacer bates de beacuteisbol metaacutelicos debido a su ligereza y flexibilidad
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
7 ALEACIONES
TIPOS DE ALEACIOacuteN
Efectos de los elementos de aleacioacuten
El principal efecto de los elementos de aleacioacuten en las aleaciones de titanio es
la modificacioacuten de la temperatura de transformacioacuten De esta manera los elementos
de aleacioacuten se clasifican en
α ndashestabilizadores que elevan la temperatura de transformacioacuten
β ndashestabilizadores que hacen que descienda
A continuacioacuten se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos
de aleacioacuten del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal
α ndash Estabilizadores
Son los elementos de aleacioacuten que elevan la temperatura de transformacioacuten de
fases El aluminio es el principal α ndashestabilizador El aluminio tiene una gran
solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la faseα El
resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente
pero que se mantiene a temperatura elevada
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos teacutermicos y son
utilizadas normalmente en estado de recocido con el fin de eliminar las tensiones
residuales originadas por su uso De este modo la principal variable de estas
aleaciones es el tamantildeo de grano
Entre las propiedades maacutes destacables de las aleaciones α se debe sentildealar una
resistencia a traccioacuten a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa una
resistencia mecaacutenica aceptable a altas temperaturas buen comportamiento frente a
fluencia buena estabilidad teacutermica hasta temperaturas de alrededor los 550 ordmC y
una facilidad para la soldadura satisfactorias
Otros elementos α ndashestabilizadores son el oxiacutegeno el estantildeo el galio oacute el germanio
El nitroacutegeno o el carbono son tambieacuten α -estabilizadores pero no suelen ser
antildeadidos intencionadamente
β ndashEstabilizadores
El manganeso cromo hierro molibdeno o niobio hacen que descienda la
temperatura de transformacioacuten de α a β y dependiendo de la cantidad antildeadida
pueden ocasionar la retencioacuten de algo de fase β a temperatura ambiente
Las propiedades oacuteptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura
estaacute formada por fase β exclusivamente sino que eacutestas se alcanzan al realizar un
tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitacioacuten de finas partiacuteculas de α
dentro de los granos β
Tambieacuten se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en friacuteo lo que las
hace susceptibles de ser conformadas en friacuteo en estado de recocido Ademaacutes se
pueden tratar teacutermicamente tras el conformado para elevar su resistencia
Otros elementos como el circonio no tienen ninguacuten efecto en la temperatura de
transformacioacuten pero tienen otros efectos en el metal El circonio incrementa la
resistencia a temperaturas bajas y moderadas Su uso en proporciones del 5 o 6
pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia
Las fases comentadas anteriormente ademaacutes proporcionan una forma conveniente
para la clasificacioacuten de los productos De esta forma basaacutendonos en la presencia
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
de estas fases hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α β o α +
β
Se muestra a continuacioacuten un resumen de las propiedades de las aleaciones
dependiendo del tipo de eacutestas
Norma UNE 38-700-81 Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio
y sus aleaciones para forja asiacute como las formas que se ocupan de los mismos De
acuerdo con la norma maacutes general UNE 38-001 dichas aleaciones constituyen la
Serie L-7XXX que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las
aleaciones De esta forma se tienen 5 grupos
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
La designacioacuten de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las
siguientes acompantildeadas por el nuacutemero de norma UNE especiacutefica correspondiente
a cada una Tanto la designacioacuten numeacuterica como la simboacutelica deber ser
complementada antildeadieacutendole la norma que define la aleacioacuten correspondiente
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
8 EJEMPLOS
ALEACIOacuteN TITANIO NIacuteQUEL (TITANIO CON MEMORIA DE FORMA)
Las aleaciones de Niacutequel y Titanio (conocidas como Nitinol o NiTi) estaacuten formadas
por aproximadamente 55 de Niacutequel y 45 de Titanio
Las aleaciones de Niacutequel- Titanio con memoria
de forma son de gran intereacutes ya que ademaacutes de
propiedades fiacutesicas conocidas en los materiales
metaacutelicos convencionales presenta otras como
son el efecto memoria de forma y la supe
elasticidad Estas propiedades son tambieacuten de
intereacutes en el campo de la medicina
Para que se produzcan estas
inusuales propiedades es necesario
para la aleacioacuten presente una fase
austeniacutetica susceptible de una
transformacioacuten martensitica
termoelastica es decir que los
cambios de forma y volumen
producidas en la transformacioacuten
sean de tipo elaacutestico lo que lleva
consigo una transformacioacuten
reversible En la re transformacioacuten
(martensita austenita) la fase austeniacutetica no necesita re nuclearse en el interior de
la martensita sino que las placas de martensita van despareciendo por movimiento
interfacial de las placas en sentido contrario al de crecimiento hasta que todo el
material vuelve a encontrarse en fase austeniacutetica Si por el contrario las energiacuteas
puestas en juego hubiesen producido deformacioacuten plaacutestica la transformacioacuten no
seriacutea termoelastica y la fase austeniacutetica deberiacutea ser nucleada de nuevo como ocurre
en el caso de la mayoriacutea de aleaciones base hierro El efecto de memoria de forma
consiste en que el material con estructura martensitica se puede deformar
plaacutesticamente por debajo de la temperatura As (temperatura de comienzo de la
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
retransfomacion) pudiendo recobrarse su forma original por un simple
calentamiento a temperatura encima de Af (Temperatura final de retransfomacion)
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
TITANIO ALUMINIO VANADIO
Esta aleacioacuten tambieacuten es conocida por el coacutedigo Ti6AI4V Es la maacutes usada en la
industria aeroespacial es el principal consumidor (Desarrollada a principios de los 50rsquos
en el Instituto tecnoloacutegico de Illinois
Tipo de reaccioacuten
Las aleaciones son consideradas mezclas ya que no presentan enlaces estables
entre los aacutetomos en los elementos involucrados
Aleacioacuten Alfa-beta
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilizacioacuten beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente y son maacutes fuertes
que las aleaciones alfa La base beta fortalecida por las adiciones de aleacioacuten beta
en solucioacuten es maacutes fuerte que la alfa Si esta uacuteltima en las aleaciones alfa-beta es
fortalecida por aluminio la aleacioacuten alfa-beta seria todaviacutea maacutes fuerte
especialmente a altas temperaturas
Propiedades
Las aleaciones alfa beta tienen una mayor resistencia mecaacutenica y responden a
tratamientos quiacutemicos pero son menos maleables que las aleaciones alfa
Fiacutesicas y Quiacutemicas
El titanio y sus aleaciones desarrollan oxido superficiales sumamente estables de
alta tenacidad integridad y adherencia
Brinda alta resistencia rigidez ductilidad menor densidad y resistencia a la
corrosioacuten
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
TANTALIO
1 DATOS GENERALES
Descubierto en 1802 por el quiacutemico sueco Anders Gustaf Ekeberg en un principio
se creyoacute que el tantalio (Ta) y el niobio (Nb) eran en realidad el mismo elemento lo
cual en 1844 fue aclarado por el quiacutemico alemaacuten Heinrich Rose y por uacuteltimo
demostrado cientiacuteficamente por el gran quiacutemico suizo Jean Charles Galissard de
Marignac en 1866 Finalmente el tantalio recibioacute su nombre del griego Taacutentalo
nombre de un personaje de la mitologiacutea griega
El tantalio o taacutentalo es un elemento quiacutemico de nuacutemero atoacutemico 73 que se situacutea en
el grupo 5 de la tabla perioacutedica de los elementos Su siacutembolo es Ta Se trata de un
metal de transicioacuten raro azul grisaacuteceo duro que presenta brillo metaacutelico
OBTENCIOacuteN
El Coltaacuten
El coltaacuten es un mineral metaacutelico negro y opaco
compuesto por los minerales columbita y tantalita El
coltaacuten no es una denominacioacuten cientiacutefica que se
corresponda con un elemento en concreto La
denominacioacuten corresponde a la contraccioacuten del nombre
de dos minerales bien conocidos la columbita (COL)
oacutexido de niobio con hierro y manganeso (Fe Mn) Nb2O6
y la tantalita (TAN) oacutexido de taacutentalo con hierro y
manganeso (Fe Mn) Ta2O6 El coltaacuten es una solucioacuten
soacutelida entre ambos minerales Es decir ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas
El intereacutes de la explotacioacuten del coltaacuten se basa fundamentalmente en poder
extraer tantalio por lo tanto el valor del coltaacuten dependeraacute del porcentaje de
tantalita (normalmente entre un 20 y un 40) y el porcentaje de oacutexido de
tantalio contenido en la tantalita (que puede estar alrededor del 10 y el
60)
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
Por lo que respecta a las principales reservas encontramos dos posiciones
totalmente contrarias acerca de doacutende se situacutean las mayores reservas de
coltaacuten en el mundo La posicioacuten maacutes aceptada es que la mayor reserva se
encuentra en Aacutefrica concretamente al este de la Repuacuteblica Democraacutetica del
Congo (RDC) en la que se encuentran el 80 de las reservas mundiales de
coltaacuten
Tantalita
Es un mineral negro o pardo
y bastante pesado parecido
a la columbita que se
diferencia de la tantalita en
que una parte del tantalio en
su estructura es sustituida
por niobio Contiene el metal
taacutentalo
Color pardo-negro opaco
La tantalita rica en manganeso suele ser maacutes pardo y puede ser trasluacutecido
Una vez obtenida la tantalita esta es tratada con una mezcla de aacutecido
fluorhiacutedrico y aacutecido sulfuacuterico concentrado con el fin de disolver el oacutexido de
tantalio u otros compuestos en el mineral El concentrado se divide en una
suspensioacuten La suspensioacuten se filtra y se procesa adicionalmente mediante
una extraccioacuten con disolvente Por uacuteltimo este oacutexido de tantalio se reduce
con sodio fundido para producir el metal de tantalio
2 CARACTERIacuteSTICAS
PROPIEDADES FIacuteSICAS
El estado del tantalio en su forma natural es soacutelido El tantalio es un elemento
quiacutemico de aspecto azul grisaacuteceo y pertenece al grupo de los metales de transicioacuten
El nuacutemero atoacutemico del tantalio es 73 El siacutembolo quiacutemico del tantalio es Ta
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
Densidad g dm-
3
16654(293 K) 15000(mp)
Molar volume
cm3mol-1
1087(293 K) 1206(mp)
Resistencia
eleacutectrica microΩcm
1315(20 degC)
Propiedades fiacutesicas
Estado ordinario Soacutelido
Densidad 16650 kgm3
Punto de fusioacuten 3290 K (3017 degC)
Punto de ebullicioacuten 5731 K (5458 degC)
Entalpiacutea de
vaporizacioacuten
743 kJmol
Entalpiacutea de fusioacuten 316 kJmol
Presioacuten de vapor 0776 Pa a 3269 K
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
PROPIEDADES TEacuteRMICAS
Conductividad teacutermica W m-1K-1 575
Punto de fusioacuten degC 3017
Punto de ebullicioacuten degC 5458
Calor de fusioacuten kJ mol-1 314
Calor de vaporizacioacuten kJ mol-1 75822
Calor de atomizacioacuten kJ mol-1 781425
ENERGIacuteA DE IONIZACIOacuteN
Propiedades atoacutemicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 15 (Pauling)
Radio atoacutemico (calc) 200 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Estado(s) de oxidacioacuten 5 4 3 2 -1
Oacutexido Oacutexido de tantalio
1ordf Energiacutea de ionizacioacuten 761 kJmol
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
2ordf Energiacutea de ionizacioacuten 1500 kJmol
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
Estructura cristalina
Cuacutebica centrada en el
cuerpo
Dimensiones de la celda unidad
pm a=33029
Grupo espacial Im3m
DATOS CRISTALOGRAacuteFICOS
ABUNDANCIA DEL ELEMENTO
En la atmoacutesfera ppm -
En la corteza terrestre ppm 1
En los oceacuteanos ppm 00025
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
3 PROPIEDADES MECAacuteNICAS
El alto punto de fusioacuten es una ventaja (2996 degC para tantalio puro 3014 degC para
aleacioacuten con 25 W) mientras que su alta densidad (166 gcm3) aparece como
una desventaja aunque es la responsable de su buena conductividad teacutermica (60
WmdegC) y bajo coeficiente de expansioacuten 65 x 10-6 degC
Su estructura cristalina de cubo de cuerpo centrado le da gran ductilidad permitiendo
un forjado en friacuteo con reducciones de hasta 95 sin falla Tambieacuten puede forjarse
en caliente a 450 degC
Moacutedulo de elasticidad
El moacutedulo de elasticidad del taacutentalo es 186 GPa este es menor que el del
tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del
hierro puro El moacutedulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura
Moacutedulo de elasticidad del taacutentalo comparado con el del tungsteno del
molibdeno y del niobio
Ductilidad
Gracias a su alto nivel de ductilidad el taacutentalo es muy apropiado para
procesos de conformado tales como flexioacuten estampado prensado o
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
embuticioacuten profunda Es muy difiacutecil realizar procesos de mecanizado con
taacutentalo La viruta no se rompe limpiamente Por este motivo recomendamos
utilizar guiacuteas de arranque de viruta El taacutentalo ofrece una excelente
soldabilidad en comparacioacuten con el tungsteno y el molibdeno
Resistencia a la corrosioacuten
El tantalio es un metal reactivo formando faacutecilmente el pentoacutexido de tantalio
Ta2O5 que lo recubre y pasiva totalmente La gran resistencia a la corrosioacuten
del tantalio pasivado se debe a las caracteriacutesticas de este oacutexido sumamente
difiacutecil de romper por medios quiacutemicos de caracteriacutesticas viacutetreas y muy bajo
espesor
Su comportamiento frente a agentes quiacutemicos corrosivos y metales fundidos
(Li Na Klt 1000 degC U lt1400 degC Zn lt450 degC Pb lt850 degC Bi lt500 degC Hg
lt600 degC) es similar al del vidrio Es el material metaacutelico con mayor resistencia
a la corrosioacuten comparable a la del grafito y fluoropoliacutemeros (Tefloacuten) pero
tiene limitaciones de temperatura a la que no debe exceder los 150 degC para
preservar su resistencia a la corrosioacuten A alta temperatura (gt500 degC)
reacciona con gases que deterioran sus propiedades
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
4 ALEACIONES
Las propiedades mecaacutenicas pueden ser mejoradas al ser aleado con algunos
elementos similares (el tantalio soacutelo se alea con Ti Zr Hf Mo Nb y W) Un bajo
de metal de aleacioacuten no perturba su propiedad de alta resistencia a la corrosioacuten
Importantes son las aleaciones con 25 de W y 10 de W
TAacuteNTALO-TUNGSTENO
El taacutentalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenas propiedades mecaacutenicas y su
excelente resistencia a la corrosioacuten Se antildeade un 25 y un 10 en peso de
tungsteno al taacutentalo puro Aunque la aleacioacuten resultante es hasta 14 veces maacutes
resistente que el taacutentalo puro sigue siendo faacutecil de conformar a temperaturas de
hasta 1600 degC Por este motivo el TaW es especialmente apropiado para los
intercambiadores de calor y elementos calentadores que se utilizan en el campo de
la construccioacuten de aparatos quiacutemicos
5 USOS O APLICACIONES
La principal aplicacioacuten del tantalio es
crear condensadores en equipos
electroacutenicos La ventaja principal de este
elemento en los condensadores es que
tiene una alta eficiencia volumeacutetrica que
permite reducir el tamantildeo tiene una alta
fiabilidad y estabilidad en un amplio
rango de temperatura (-55 degC a 125 degC)
Estas caracteriacutesticas hacen que los condensadores de otros materiales como la
ceraacutemica no puedan igualarlo Sin salir de la electroacutenica tambieacuten se puede aplicar
el taacutentalo para fabricar resistencias de alta potencia Aparte de en electroacutenica el
consumo de taacutentalo se ha incrementado en las aleaciones de metal en productos
quiacutemicos y carburos Las aleaciones metaacutelicas que contienen taacutentalo en niveles
entre el 2 y el 12 se utilizan en motores de aviones en turbinas estaacuteticas
utilizadas para generar energiacutea y en reactores nucleares Tambieacuten es utilizado en
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
acero quiruacutergico asiacute como para recubrir proacutetesis humanas ya que no es reactivo ni
es irritante para los tejidos corporales Ademaacutes su resistencia y sus singulares
propiedades fiacutesico-quiacutemicas le hacen privilegiado como futuro material de uso
extraterrestre en la Estacioacuten Espacial Internacional y futuras plataformas y bases
espaciales
Dentro de un teleacutefono inteligente podemos encontrar las siguientes aplicaciones
para el taacutentalo
El tamantildeo de las bateriacuteas actuales ha disminuido draacutesticamente con respecto
a las bateriacuteas de hace 10 antildeos gracias a la capacidad del taacutentalo de guardar
una alta carga electroacutenica en voluacutemenes muy pequentildeos
El oacutexido de taacutentalo sirve para elaborar lentes de caacutemara maacutes finas y
pequentildeas
El taacutentalo ayuda a mantener los materiales altamente conductores bajo
control y ayuda a las sentildeales a pasar raacutepidamente a traveacutes del dispositivo
El microprocesador tambieacuten posee taacutentalo ya que actuacutea como una barrera
para mantener la integridad de los transistores dentro del propio chip
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
EL CIRCONIO
1 iquestCOMO FUE DESCUBIERTO
Desde los tiempos maacutes remotos se admiraba una piedra preciosa muy abundante
en la India el Jacinto Se pareciacutea a otras piedras preciosas como el rubiacute y el
topacio Era eacuteste uno de los minerales de circonio pero nadie sospechaba que
en eacutel se escondiacutea un nuevo elemento
Muchos cientiacuteficos realizaron el anaacutelisis del mineral circoacuten sin ninguacuten resultado
soacutelo obtuvieron una gran cantidad de aluacutemina hasta que en 1789 Klaproth
descompuso una de dichas gemas y encontroacute una nueva sustancia el silicato de
circoacuten (ZrO2) a la que denominoacute circonita y de la que extrajo el circoacuten
Durante mucho tiempo el circonio habiacutea quedado enmascarado por la presencia
del oacutexido de aluminio la aluacutemina que comparte una gran semejanza con el silicato
de circonio que fue la sustancia obtenida por Klaproth No obstante el circonio
metaacutelico resultoacute difiacutecil de obtener Fue JBerzelius en 1824 quieacuten obtuvo el metal
calentando la mezcla seca de potasio en un crisol de plata
2 iquestPOR QUEacute EL NOMBRE DE CIRCONIO
El nombre de ldquocirconiordquo estaacute relacionado con su descubrimiento se debe al color
de la piedra a partir de la cual fue descubierto el Jacinto
Deriva de zerkon que lo hace del aacuterabe zargun con el significado de dorado
color de la piedra preciosa A su vez el aacuterabe lo toma del antiguo persa zerk que
significaba la piedra preciosa por antonomasia
3 iquestDOacuteNDE SE ENCUENTRA
El zirconio es uno de los elementos maacutes abundantes y estaacute ampliamente
distribuido en la corteza terrestre Es abundante en estrellas tipo S y se ha
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
identificado en el Sol y los meteoritos Representa el 00165 en peso de la
corteza terrestre
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
4 iquestCOacuteMO SE ENCUENTRA EN LA NATURALEZA
En estado puro existe en dos formas la
forma cristalina un metal blando blanco y
duacutectil y la forma amorfa un polvo negro-
azulado
El circonio no se encuentra en estado
elemental en la naturaleza sino que se
encuentra formando parte de maacutes de 20
minerales aunque las fuentes principales son el circoacuten (ZrSiO4) y badeleyita
(ZrO2)
Estos dos minerales tambieacuten contienen hafnio que es indistinguible del circonio
en sus propiedades quiacutemicas asiacute como otros elementos
Badeleyita Circoacuten
5 iquestCOacuteMO LO OBTENEMOS
Meacutetodo de Kroll Es el utilizado maacutes frecuentemente reduccioacuten del tretracloruro de
circonio con magnesio El tetracloruro se obtiene a traveacutes de la badeleyita
Meacutetodo Van Arkel disociacioacuten del yoduro de circonio que da lugar una esponja de
circonio metal denominada cristal-bar Permite obtener un metal maacutes puro
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
6 PROPIEDADES
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
7 PROPIEDADES FIacuteSICAS
Metal de color blanco-grisaacuteceo Es duacutectil maleable brillante Es buen conductor
del calor y de la electricidad Es en general resistente a la corrosioacuten El circonio
no es reactivo a temperatura ambiente Sin embargo a temperaturas elevadas es
muy reactivo con elementos no metaacutelicos y muchos de los elementos metaacutelicos
y forma compuestos soacutelidos y en solucioacuten Cuando estaacute finamente dividido puede
arder espontaacuteneamente en contacto con el aire
8 APLICACIONES
La primera aplicacioacuten praacutectica de circonio se utiliza como flash en fotografiacutea
Principalmente (en torno a un 90 del consumido) se utiliza ligado a la
produccioacuten de energiacutea generalmente aleado zircaloy en reactores nucleares
debido a su resistencia a la corrosioacuten y muy baja seccioacuten de captura de
neutrones La seccioacuten de captura del hafnio es alta por lo que es necesario
separarlos para esta aplicacioacuten (para otras no es necesario) generalmente
mediante un proceso de extraccioacuten con dos disolventes no miscibles o bien
empleando resinas de intercambio ioacutenico
Se utiliza como aditivo en aceros obtenieacutendose materiales muy resistentes
Tambieacuten se emplean aleaciones con niacutequel en la industria quiacutemica por su
resistencia frente a sustancias corrosivas especialmente para
vaacutelvulas bombas tuberiacuteas e intercambiadores de calor
Los oacutexidos de circonio impuro se emplean para fabricar crisoles de laboratorio
(que soportan cambios bruscos de temperatura) recubrimiento de hornos y como
material refractario en industrias ceraacutemicas y de vidrio Estabilizado con itrio es
ampliamente utilizado en odontoloacutegica para la confeccioacuten de proacutetesis
fijas proacutetesis removibles y pilares de implantes Ademaacutes es utilizado para el
reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio
Tambieacuten se emplea en intercambiadores de calor tubos de vaciacuteo y filamentos de
bombillos y la fabricacioacuten de anti transpirantes
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
Con fines militares se emplea como agente incendiario como el cartucho aliento
de dragoacuten Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas
por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores Por otra parte
la aleacioacuten con cinc es magneacutetica por debajo de los 35 K
El oacutexido de circonio se usa en joyeriacutea es una gema artificial denominada circonita
que imita al diamante
Podemos agregar una industria en sus comienzos la fabricacioacuten de hojas de
corte que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas superando a las
mejores aleaciones de acero Hoy podemos encontrar cuchillos y otros
accesorios de cocina de tipo comercial y profesional Se utiliza como aditivo para
fabricar arenas sinteacuteticas
Se utiliza en reactores nucleares (por su baja seccioacuten de captura de neutrones)
Tambieacuten se emplea como refractario y o pacificador y en pequentildeas cantidades
como agente de aleacioacuten para su fuerte resistencia a la corrosioacuten
Los compuestos del circonio se utilizan en la industria ceraacutemica refractarios
vidriados barnizados moldes fundidos y arenas abrasivas componentes de
ceraacutemica eleacutectrica La incorporacioacuten del oacutexido de zirconio al vidrio incrementa
significativamente su resistencia a los aacutelcalis El zirconio metaacutelico se utiliza casi
exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio
en las plantas nucleares Otra aplicacioacuten significativa es la del flash fotograacutefico
Se usa como piedra preciosa debido a su alto iacutendice de refraccioacuten y atractivo
visual siendo abundante su uso en joyeriacutea
![Apuntes Ingenieria de Materiales[1]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/5571fe2749795991699ac068/apuntes-ingenieria-de-materiales1.jpg)
