Catalizadores de Wilkinson y Caska
El catalizador de Wilkinson, clorotris(trifenilfosfina)rodio(I) [RhCl(PPh3)3], se utiliza para catalizar la hidrogenación de alquenos. El catalizador de Caska, carbonilcloro-bis-(trifenilfosfina) de iridio (I) [IrCl(CO)(PPh3)2], se emplea en la carbonatación del metanol para producir ácido acético.
Obtención del Níquel
El proceso de obtención del níquel puro consta de tres etapas:
- Reacción del óxido de níquel con hidrógeno para producir níquel impuro con hierro y cobalto como impurezas: NiO + H2 → Ni + H2O
- Reacción del níquel impuro con monóxido de carbono a 60°C para formar carbonilo de níquel: Ni + 4CO → Ni(CO)4
- Descomposición del carbonilo de níquel a más de 220°C para obtener níquel puro: Ni(CO)4 → Ni + 4CO
Extracción y Afino del Hierro
El hierro se obtiene principalmente de la hematita (Fe2O3) y en menor medida de la magnetita (Fe3O4). Su extracción se realiza en altos hornos, estructuras de acero revestidas con materiales cerámicos resistentes al calor y la corrosión.
Proceso en el Alto Horno
En la parte superior del alto horno se introduce una mezcla de mena de hierro, piedra caliza y coque. En la parte inferior se inyecta aire precalentado a 900°C. La combustión del coque con el oxígeno del aire genera calor y produce monóxido de carbono (CO):
El CO actúa como agente reductor, transformando el óxido de hierro (III) en óxido mixto de hierro (II) y hierro (III) a temperaturas entre 200°C y 700°C. Simultáneamente, la piedra caliza se descompone:
A medida que descienden, el óxido mixto se reduce a óxido de hierro (II) a unos 700°C:
En zonas más calientes (700-1200°C), el óxido de hierro (II) se reduce a hierro metálico y el CO2 se convierte nuevamente en CO:
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A 1500°C, el hierro se funde y el óxido de calcio reacciona con las impurezas, formando escoria (silicato de calcio):
El hierro fundido y la escoria se extraen por separado. El CO residual se quema para precalentar el aire entrante. Los altos hornos operan continuamente, produciendo miles de toneladas de hierro al día.
Proceso de Afino
El hierro obtenido del alto horno contiene impurezas como silicio, azufre, fósforo, carbono y oxígeno. El proceso de afino con oxígeno se utiliza para controlar el contenido de impurezas y obtener hierro con propiedades específicas.
En este proceso, se inyecta oxígeno diluido con CO2 en el hierro fundido a 1200°C. El carbono se oxida a CO, el silicio forma escoria y otros elementos se eliminan. Finalmente, se añaden los elementos deseados para obtener la composición final del hierro.
Aleaciones
Una aleación es una mezcla de dos o más elementos, generalmente metales, con propiedades físicas y químicas que dependen de la composición, estructura cristalina y tamaño de grano.
Tipos de Aleaciones
Las aleaciones se clasifican según:
- Número de elementos: binarias, ternarias, etc.
- Tipo de interacción entre átomos:
- Mezcla de sustancias puras: sin interacción entre átomos.
- Disoluciones sólidas: interacción física (fuerzas de Van der Waals, fuerzas de London). Pueden ser sustitucionales o intersticiales.
- Compuestos intermetálicos: interacción química (enlace iónico o covalente).
- Tipo de metales: según el grupo de la tabla periódica al que pertenecen.
Disoluciones Sólidas
En las disoluciones sólidas, un elemento (soluto) se introduce en la estructura cristalina de otro (disolvente).
Disoluciones Sólidas Sustitucionales
Los átomos del soluto sustituyen a los átomos del disolvente en la red cristalina. Las condiciones para que se forme una disolución sólida sustitucional son:
- Diferencia relativa de radio atómico menor al 15%.
- Electronegatividades similares.
- Valencia relativa similar.
- Mismo sistema cristalino.
Disoluciones Sólidas Intersticiales
Los átomos del soluto, generalmente pequeños y no metálicos, ocupan los espacios intersticiales de la red cristalina del disolvente. El radio del soluto no debe superar 0.8 Å para evitar la distorsión de la estructura.
Configuración electrónica de algunos metales de transición:
Sc21 Ti22 V23 Cr24 (3d54s1) Mn25 Fe26 Co27 Ni28 Cu29 (3d104s1) Zn30 Y39 Zr40 Nb41 (4d45s1) Mo42 (sigue a Nb) Tc43 (=) Ru44 (=) Rh45 (=) Pd46 (4d10) Ag47 Cd48 Hf72 Ta73 W74 Re75 Os76 Ir77 Pt78 (5d96s1) Au79 (5d106s1) Hg80