Extracción y Purificación de Metales: Titanio, Hierro y Aluminio
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Titanio: Extracción y Métodos de Purificación
El titanio es un metal abundante en depósitos minerales, principalmente en forma de óxidos como el rutilo (TiO2) y la ilmenita (FeTiO3). El rutilo es la mena más abundante. La simple reducción con carbono produce carburos de titanio; por lo tanto, se utiliza el método de Kroll para su obtención:
TiO2(s) + 2C(s) + 2Cl2(g) → TiCl4(g) + 2CO(g)
El TiCl4 obtenido se purifica mediante destilación:
TiCl4(g) + 2Mg(s) → Ti(s) + 2MgCl2(l)
El producto se lava con agua para eliminar los cationes de magnesio y los aniones cloruro, y finalmente se funde bajo atmósfera de argón.
Otros métodos de purificación del titanio incluyen:
- Fusión por zonas: Se pasa una barra de metal impuro a través de una resistencia. Las impurezas, al ser más solubles, se concentran en la fase fundida, permitiendo separar el metal purificado. Finalmente, se desecha el extremo impurificado.
- Transporte en fase gas (método Van Arkel-de Boer): El titanio impuro reacciona con yodo, formando TiI4 volátil. Este compuesto se descompone a alta temperatura, depositando titanio puro, de manera similar al funcionamiento de las lámparas halógenas.
Hierro: Proceso de Obtención en Altos Hornos y Afino
El hierro es el segundo metal más abundante en la corteza terrestre. No se encuentra en estado puro, sino formando parte de minerales como la hematita (Fe2O3). La pirita (FeS2) no es una mena adecuada para la extracción de hierro.
La obtención del hierro se realiza en altos hornos. Se introduce hematita (con impurezas de silicio y carbonatos) junto con carbón, y se reduce con monóxido de carbono caliente. El Fe(II) y Fe(III) del Fe3O4 se reducen a hierro (II) con monóxido de carbono. La alta temperatura provoca la descomposición del carbonato cálcico en óxido de calcio y CO2. A medida que la mezcla desciende, el hierro (II) se reduce a hierro metálico, y el dióxido de carbono se reduce a monóxido de carbono. Alrededor de los 1200°C, el CaO reacciona con el dióxido de silicio, formando CaSiO3 (escoria), utilizada en la fabricación de cementos.
El horno tiene dos orificios: uno inferior por donde sale el hierro fundido (más denso), y otro superior para la escoria. El hierro obtenido, que contiene impurezas, se denomina arrabio. El arrabio se purifica mediante el proceso de afino al fuego, que consiste en calentar el metal impuro en presencia de reactivos que reaccionan con las impurezas, por ejemplo en el convertidor Bessemer.
Alótropos del Boro
(Nota: Esta sección parece incompleta y no está directamente relacionada con la extracción o purificación de metales. Se sugiere ampliarla o reubicarla).
En el boro, la distancia de enlace en un enlace simple es menor de lo esperado. Esto se debe a que el enlace se fortalece por la interacción entre los orbitales vacantes del boro y el orbital que participa en el enlace.
Teoría del Campo Cristal (TCC) y el Color de los Complejos
(Nota: Esta sección parece incompleta y no está directamente relacionada con la extracción o purificación de metales. Se sugiere ampliarla o reubicarla).
La Teoría del Campo Cristal (TCC) explica el color de los complejos de metales de transición. La separación energética entre los orbitales d (desdoblamiento) determina la energía de la luz absorbida y, por tanto, el color del complejo. A mayor desdoblamiento, mayor energía de la luz absorbida.
El Cu+ no forma complejos coloreados porque tiene los orbitales d completos (d10). En cambio, el Cu2+ (d9) sí puede formar complejos coloreados, ya que existe la posibilidad de promoción de un electrón entre los orbitales d desdoblados.
Diagramas de Pourbaix y la Disolución de Cationes
(Nota: Esta sección parece incompleta. Se sugiere ampliarla o reubicarla).
El catión hexaaquoatitanio(IV), [Ti(H2O)6]4+, no existe en disolución acuosa. Esto se debe a que el titanio(IV) es demasiado ácido debido a su pequeño tamaño y alta carga (+4).
Purificación de la Bauxita: Proceso Bayer
La bauxita, la principal mena de aluminio, contiene Al2O3. Se purifica mediante el Proceso Bayer, que se basa en las diferencias de comportamiento ácido-base de los óxidos presentes.
Reacciones en Medio Básico
(Nota: Estas semirreacciones parecen estar fuera de contexto. Se sugiere revisarlas y contextualizarlas).
Semirreacción de reducción:
H2O + e- → 1/2 H2 + OH-
Semirreacción de oxidación:
OH- → 1/2 O2 + 1/2 H2 + e-