Elementos para la tecnología

Este es el último post que vamos a hacer para celebrar el Año Internacional de la Tabla Periódica. Hoy os vamos a contar algunos elementos que se utilizan para fabricar esos aparatos electrónicos que tanto usamos cada día. Hoy os hablaremos del aluminio (Al), el silicio (Si), el neodimio (Nd), el praseodimio (Pr) y el wolframio o tungsteno (W)

ALUMINIO

 

Su símbolo químico es Al y su número atómico es el 13. Es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre, después del oxígeno y el silicio. Sus compuestos constituyen el 8% de la corteza y está presente en muchas rocas.

Historia

El aluminio fue aislado por primera vez como elemento químico en 1825 por el danés Hans Christian Oersted, si bien no logró la purificación completa. Otros autores prefieren darle la paternidad del aislamiento a Friedrich Wöhler que, dos años después, ya sí consiguió purificar totalmente el aluminio.

A mediados del siglo XIX el aluminio era considerado un metal de raro, poco frecuente, puesto que la producción mundial era muy escasa, de menos de dos toneladas al año. En esa época, dada su escasez era además un metal muy caro y valioso (valía tanto como la plata) y se exhibieron barras de aluminio junto con las joyas de la corona de Francia en la Exposición Universal de 1855. En 1889 se descubrió un método sencillo de extracción del metal aluminio lo cual hizo que los precios cayeran en picado y comenzara su uso masivo en distintos campos, comenzando por la construcción.

Propiedades

Es un metal poco denso, ligero, muy resistente a la corrosión y con una importante resistencia mecánica, sobre todo cuando se hacen aleaciones con otros materiales. Esto hace que sea muy empleado en ingeniería de estructuras.

Además, es un buen conductor de la electricidad y el calor.

Obtención y aplicaciones

El aluminio se extrae del mineral bauxita fundamentalmente, aunque también se puede obtener de la criolita. Es un proceso que requiere de mucha energía y genera mucho dióxido de carbono. Para la extracción se emplea el proceso Bayer que lo que hace es obtener de la bauxita óxido de aluminio (alúmina). A continuación, se obtiene aluminio metálico mediante electrólisis.

Como todos sabéis el aluminio tiene una gran importancia industrial. De hecho, se producen unos 25 millones de toneladas al año, referida esta cifra solo al aluminio primario, es decir, sin contar el reutilizado y el que se emplea en aleaciones. Como dato curioso, se considera, que alrededor del 75% de todo el aluminio producido a lo largo de la historia sigue todavía en uso. Esto nos vale para darnos una idea de sus propiedades de resistencia y durabilidad.

El aluminio prácticamente nunca se usa puro, sino que se suele alear con otros metales para mejorar alguna de sus características, como la resistencia. El aluminio se emplea en muchos campos:

  • Material para hacer las estructuras de aviones, barcos, trenes, automóviles
  • Material estructural en edificios
  • Conducciones eléctricas, como torres de alta tensión
  • Elementos constructivos como ventanas, puertas, armarios…
  • Latas de conserva, refrescos, cerveza…
  • Chasis de productos de electrónica de consumo. Se emplea por su alto coeficiente de conductividad térmica. Es decir, el aluminio permite al dispositivo disipar eficientemente el calor acumulado.

SILICIO

Su símbolo químico es Si y su número atómico el 14. Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre. Hay que tener en cuenta que más del 90% de la corteza terrestre está formada por silicatos. Así, son silicatos el cuarzo, feldespato, olivina… Son minerales muy comunes y que podemos encontrar en casi cualquier parte del mundo.

 

Composición química de la corteza terrestre

 

Historia

El primero que aisló silicio puro fue el sueco Berzelius en 1824, pese a que otros lo habían intentado antes y ya desde 1800 se había determinado que era un elemento químico. Su nombre deriva de la palabra sílex, que significa pedernal.

Propiedades

El silicio está actualmente clasificado como un no metal, aunque a veces se le considera un semimetal, debido a que tiene propiedades tanto de los metales como de los no metales. Es un elemento semiconductor, con propiedades eléctricas que no son ni las de los metales ni las de los aislantes.

Obtención y aplicaciones

El silicio elemental se produce industrialmente por medio de la reducción de cuarzo con coque en hornos eléctricos.

El silicio está presente en todos los aparatos electrónicos que utilizamos a diario, puesto que es la base para la fabricación de los circuitos integrados. Todo tipo de dispositivos electrónicos funcionan emitiendo y recibiendo pequeñas señales eléctricas, que han de ser amplificadas para luego ser convertidas en imágenes, sonido, datos, etc. Antiguamente para lograr esta amplificación se empleaban tubos de electrones o de vacío, que tenían la desventaja de ocupar mucho espacio (recordemos los antiguos televisores y radios o incluso los primeros ordenadores, que ocupaban habitaciones enteras). A finales de los 50 estos tubos fueron sustituidos por los circuitos integrados, formados por diodos y transistores compuestos por silicio y germanio. El primer circuito integrado fue ideado por Jack Kilby y era un circuito electrónico cuyos componentes estaban en un solo trozo de un material semiconductor, que ocupaba la mitad de espacio de un clip. La aparición de estos circuitos supuso una auténtica revolución. Y, como ya estáis imaginando, el material semiconductor del que están hechos es el silicio. Por cierto, a Kilby le dieron el Nobel de física en el año 2000.

El silicio en electrónica debe ser extremadamente puro y, además, monocristalino. El proceso para obtener el cristal de silicio para los elementos electrónicos lo desarrolló el polaco Jan Czorchalski y da lugar a las conocidas obleas de silicio.

También están hechos de silicio las células solares de los paneles solares que ya vemos por todas partes.

Además de en electrónica, el silicio se usa en otros campos. Por ejemplo, en la construcción, para la fabricación de cementos ladrillos, esmaltes. También se utiliza para fabricar siliconas o en la elaboración de vidrios.

NEODIMIO Y PRASEODIMIO

Son dos elementos que forman parte de las denominadas tierras raras. Sus símbolos químicos son, respectivamente, Nd y Pr y sus números atómicos 60 y 59. El praseodimio es el elemento número 39 en cuanto a su abundancia en la corteza terrestre (aproximadamente 9,2 gramos por tonelada), mientras que el neodimio es más abundante, puesto que ocupa el lugar 27, con 41,5 gramos por tonelada.

Historia

En 1840 el sueco Carl Gustaf Mosander, discípulo de Berzelius, descubrió que el cerio contenía dos nuevos elementos. A uno lo denominó lantano (en griego significa “yacer escondido”) y al otro didimio (“gemelo” en griego), porque se parecía mucho al lantano. Se le otorgó el símbolo químico Di. Sin embargo, en 1874, Per Teodor Cleve determinó que el didimio en realidad no era un elemento químico, sino que hecho de dos elementos. En 1879, Paul Emile Lecoq de Boisbaudran logró “dividir” el didimio en dos, puesto que aisló una tierra nueva, samario, a partir del didimio obtenido del mineral samarskita. En 1885 el austriaco Carl Auer informó que había dividido el didimio en dos componentes. A uno de ellos le llamó praseodimio, por el color de sus sales (del griego “gemelo verde”). Al otro componente le denominó neodimio (“nuevo gemelo”).

Imagen obtenida de http://ciencianet.com/ (Antonio Varela)

Propiedades

 

El neodimio es un metal plateado muy reactivo que se oxida fácilmente en contacto con el aire.

El praseodimio es un metal plateado que se oxida fácilmente en presencia de aire húmedo, dando lugar a un óxido de color verdoso.

Obtención y aplicaciones

El neodimio es uno de los metales más valiosos de los considerados como tierras raras. El 95% de su extracción proviene de China.

El neodimio y el praseodimio en la naturaleza están presente fundamentalmente en dos minerales, la monacita y la batsanita. Es de ellos de donde se extrae mayoritariamente, puesto que no se encuentran como elementos libres.

Monacita

El neodimio se emplea para fabricar auriculares, micrófonos, discos duros e infrarrojos. Su uso es habitual en los condensadores de aparatos electrónicos.

El óxido de neodimio, Nd2 O3, se usaba en los tubos de televisión para aumentar el contraste y en algunos láseres.

El cristal de didimio (Didymium glass) es una mezcla de neodimio y praseodimio que es capaz de absorber el calor de la radiación infrarroja, por lo que se emplea en gafas de protección para trabajadores de soldaduras o sopladores de vidrio.

El neodimio y el praseodimio juntos también se emplean para crear imanes permanentes muy potentes. Y pensaréis ¿para qué se pueden usar estos imanes? Pues forman parte de uno de los tipos de motores que equipan los actuales coches eléctricos. Aquí podéis leer un artículo muy interesante sobre el uso del neodimio en coches eléctricos.

Llamativo es también el uso del praseodimio en los motores de aviones. Se utiliza como agente de aleación junto con el magnesio para dar lugar a metales de alta resistencia que se utilizan en este tipo de motores.

El praseodimio es también un elemento importante para parte de nuestro ocio, puesto que forma la base de las luces utilizadas en la industria cinematográfica.

También se emplea en la fabricación de mecheros, en muy baja cantidad.

Y, atención, el praseodimio forma parte de algo sin lo que hoy no podríamos vivir: los cables de fibra óptica.

Wolframio o Tungsteno

Su símbolo químico es W y su número atómico el 74. Ocupa la posición 57 en cuanto a abundancia en la corteza terrestre. No se encuentra como elemento en la naturaleza, sino combinado con otros elementos químicos.

Historia

Es uno de los tres elementos de la tabla periódica descubiertos por investigadores hispanoamericanos (los otros dos son el platino y el vanadio). Carl Wilhem Scheele obtuvo tungsteno ácido en 1781, pero fueron los hermanos españoles Juan José y Fausto d’Elhuyar los que aislaron por primera vez el tungsteno metal en 1783. El aislamiento se logró concretamente en los laboratorios del Seminario de Vergara, en Guipuzcoa.

El nombre wolframio fue otorgado al nuevo mineral por los hermanos d’Elhuyar. Tung sten significa en sueco “mineral pesado” y el nombre se le puso por un mineral muy pesado que se encontró en la provincia de Dalecarlia, en Suecia, en 1750. Sobre ese mineral es sobre el que se empezó a investigar un elemento desconocido en esa época, nuestro protagonista. El uso de un nombre u otro dependía sobre todo del país. El sueco Berzelius, autoridad en su época, abogaba por wolframio y de hecho fue el que otorgó al elemento su símbolo químico, W. Hoy en día está mas extendido el uso de tungsteno que el de wolframio.

Propiedades

El tungsteno presenta el punto de fusión más alto de todos los metales, 3.410 ºC. Además, es muy denso y duro.

Obtención y aplicaciones

Para obtener tungsteno se parte de minerales que lo contienen, como la wolframita. Estos minerales se funden en presencia de carbonato de sodio y luego se trata con ácido clorhídrico para obtener óxido de wolframio. Finalmente, se reduce el óxido por medio de una corriente de hidrógeno.

Su elevado punto de fusión hace que el tungsteno se utilice en los filamentos de las lámparas incandescentes. Esta propiedad también es la que hace que se utilice para fabricar herramientas como sierras de alta velocidad que se calientan al usarse. Gracias al tungsteno, estas sierras permanecen afiladas pese a las altas temperaturas que alcanzan durante su uso.

Los filamentos de tungsteno también se utilizan para generar rayos X y en la fabricación de los microscopios electrónicos.

También se emplea tungsteno en las bolas de los bolígrafos, y en la punta de los proyectiles, precisamente debido a su dureza. Y, para evitar el poder de estas balas, también se equipa en partes de los blindajes de los tanques.

Fuentes:

Encyclopedia of the Elements

By | 2019-12-30T10:27:38+00:00 diciembre 31st, 2019|Dciencia Química, Divulgación, portada, Temas|0 Comments

About the Author:

Alberto Morán
Licenciado en farmacia por la Universidad Complutense de Madrid. Realicé mi tesis doctoral en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Facultad de Farmacia. Posteriormente hice un Máster en Dirección de Empresas Biotecnológicas. Trabajé casi un año en una consultoría de biotecnología. Posteriormente fui investigador y docente en la Universidad Complutense de Madrid durante siete años. Mi carrera investigadora se desarrolló en el estudio de los mecanismos moleculares del cáncer (colon y pulmón esencialmente). En noviembre de 2012 abandoné definitivamente el laboratorio. En la actualidad soy titular de una oficina de farmacia.

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