5.5. Metales y aleaciones no férreas

Actividad
Los metales no ferrosos son aquellos materiales que no poseen o tienen un escaso contenido de hierro.
Según su nivel de utilización los metales no ferrosos serían: cobre y sus aleaciones, aluminio, estaño, plomo, zinc, níquel, cromo, titanio, magnesio.
Estos metales, a pesar de tener características específicas, presentan una serie de propiedades físicas generales que los identifican:
- Estado sólido a temperatura normal, excepto el mercurio que es líquido.
- Opacidad, excepto en capas de muy pequeño espesor.
- Buenos conductores eléctricos y térmicos.
- Brillantes, una vez pulidos.
- Estructura cristalina en estado sólido.
Se pueden clasificar de acuerdo a su densidad en:
- Pesados, si su densidad es mayor de 5 kg/dm3.
- Ligeros, si su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm3.
- Ultraligeros, si su densidad es menor de 2 kg/dm3.
En general los metales no ferrosos suelen ser blandos y presentan una reducida resistencia mecánica, por lo que se suelen alear para mejorar éstas y otras propiedades.

Actividad
Metales pesados: Cobre, bronce, latones...
Cobre
Símbolo Cu. Número atómico es 29. Densidad 8,9 kg/dm3. Punto de fusión 1083 ºC. Resistencia a la tracción 18 kg/mm2. Alargamiento 20 %. Resistividad 0,017 Ω mm2/m.
Obtención. Estado natural.
El cobre puede encontrarse en estado puro. El cobre en bruto se tritura, y se separa por flotación y se concentra en barras.
Propiedades
Elevada conductividad del calor y electricidad, resistente a la corrosión, dúctil y maleable.
Aplicaciones
Era conocido en épocas prehistóricas, se han encontrado objetos de este metal en las ruinas de las civilizaciones antiguas.
El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades, como son su elevada conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Por su ductilidad se puede transformar en cables de cualquier diámetro, desde 0,025 mm.
Aleaciones
Las aleaciones más importantes y profusamente utilizadas son:
- Bronce, una aleación con estaño, se emplea en la fabricación de campanas, engranajes, esculturas.
- Latón, una aleación con zinc, se emplea en grifería, bisutería, envases...
A menor escala se emplean otras aleaciones como son:
- Cuproaluminio, se emplea para fabricar hélices de barco, tuberías.
- Alpaca, es una aleación con níquel y zinc de color plateado, se emplea en la fabricación de cuberterías y joyería barata.
- Cuproníquel, se emplea para la fabricación de monedas y de contactos eléctricos.
Estaño
Símbolo Sn. Número atómico 50. Densidad 7,28 kg/dm3. Punto de fusión 231 ºC. Resistencia a la tracción 5 kg/mm2. Alargamiento 40 %. Resistividad 0,115 Ω mm2/m.
Obtención. Estado natural
Es un metal muy escaso en la corteza terrestre, su principal mineral es la casiterita (SnO2), que tiene una riqueza muy baja.
Propiedades
A temperatura ambiente es blando y maleable, es fácil obtener papel de escaso espesor.
Aplicaciones
Sus principales aplicaciones es en la fabricación de hoja de lata recubriendo un alma de acero de dos capas muy finas de estaño puro. En aleación con plomo para emplearse como metal de aportación en la soldadura blanda eléctrica.
Zinc
Símbolo Zn. Número atómico 30. Densidad 7,13 kg/dm3. Punto de fusión 419 ºC. Resistencia a la tracción según sean piezas moldeadas o forjadas 3-20 kg/mm2. Alargamiento 20 %. Resistividad 0,057 Ω mm2/m.
Obtención. Estado natural
No se encuentra puro en la naturaleza y hasta el siglo XVII no se consiguió sintetizar. Los minerales más importantes son la blenda, sulfuro de zinc y sulfuro de plomo, con una riqueza del 50 % de zinc y la calamina, silicato y carbonato de zinc, con riqueza inferior al 40%.
Propiedades
Es muy frágil a temperatura ambiente, pero se vuelve maleable entre los 120 y los 150 °C, por lo que se lamina fácilmente en rodillos caliente. No es atacado por el aire seco, pero en aire húmedo se oxida, cubriéndose con una película carbonada que lo protege de una posterior corrosión. Reacciona mal en presencia de ácidos.
Aplicaciones
- El metal puro se usa principalmente como capa recubrimiento para producir acero galvanizado, en las placas de las pilas eléctricas secas, y en las fundiciones a troquel. Se usa como pigmento en pintura de exteriores, por sus propiedades antioxidantes, se utiliza como elemento de relleno en llantas de goma y como pomada antiséptica en medicina.
- Aleado con el cobre para obtener latón.
- El cloruro de zinc se usa para preservar la madera y como fluido soldador.
- El sulfuro de zinc es útil en electroluminiscencia, fotoconductividad, semiconductividad y otros usos electrónicos; se utiliza en los tubos de las pantallas de televisión y en los recubrimientos fluorescentes.

Actividad
Aleaciones ligeras.
Aluminio
De símbolo Al, es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre. Número atómico 13. Densidad 2,69 kg/dm3. Punto de fusión 660 ºC. Resistencia a la tracción 10 kg/mm . Alargamiento 50 %. Resistividad 0,026 Ω mm2/m.
Obtención. Estado natural
Se obtiene de la bauxita, mineral que puede encontrarse en minas a cielo abierto.
Aplicaciones
- Debido a su baja densidad es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para las aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía.
- Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión.
- Es fácilmente moldeable por lo que se usa en carpintería de aluminio.
- Dada su escasa absorción de neutrones, se utiliza en reactores nucleares.
- Es muy maleable por lo que se obtiene papel de aluminio de 0,002 mm de espesor, utilizado para proteger alimentos y otros productos perecederos, por su compatibilidad con comidas y bebidas se usa en envases, envoltorios flexibles, botellas y latas de fácil apertura. El reciclado de estos recipientes supone un gran ahorro de energía.
- La resistencia a la corrosión por agua del mar, lo hace útil para fabricar cascos de barco y elementos que estén en contacto con el agua.
- Debida a su resistividad eléctrica es el material de elección para sustituir al cobre como conductor eléctrico.
Titanio
De símbolo Ti. Número atómico 22. Densidad 4,45 kg/dm3. Punto de fusión 1800 ºC. Resistencia a la tracción 100 kg/mm2. Alargamiento 5 %. Resistividad eléctrica 0,8 Ω mm2/m.
Obtención. Estado Natural
No se encuentra puro en la naturaleza. Constituye los minerales ilmenita (FeTiO3), rutilo (TiO2) y esfena (CaO • TiO2 • SiO2).
Aplicaciones
- Es muy maleable y dúctil en caliente, debido a su resistencia y su densidad, el titanio se usa en aleaciones ligeras, aleado con aluminio y vanadio, se utiliza en aeronáutica para fabricar las puertas de incendios, el fuselaje, los componentes del tren de aterrizaje. Los cuadros de las bicicletas de carreras. Los álabes del compresor y los revestimientos de los motores a reacción.
- Se usa ampliamente en misiles y cápsulas espaciales; las cápsulas Mercurio, Gemini y Apolo fueron construidas casi totalmente con titanio.
- Es eficaz como sustituto de los huesos y cartílagos en cirugía.
- Se usa en los intercambiadores de calor de las plantas de desalinización debido a su capacidad para soportar la corrosión del agua salada.

Actividad
Metales ultraligeros.
Magnesio
De símbolo Mg. Número atómico 12. Densidad 1,74 kg/dm3. Punto de fusión 650 ºC. Resistencia a la tracción 18 kg/mm2. Resistividad eléctrica 0,8 Ω mm2/m.
Aplicaciones
El magnesio aleado con aluminio se usa para piezas de aeronáutica, en fuegos artificiales, aspiradoras, esquíes, carretillas, cortadoras de césped, muebles de exterior e instrumentos ópticos. También como desoxidante en la fundición de metales.
El magnesio puro se utiliza en flashes fotográficos, bombas incendiarias y señales luminosas y pólvora para fuegos artificiales, porque su combustión da una luz blanca muy intensa.
Formando distintos compuestos químicos tiene diferentes utilidades es diverso.
- El carbonato de magnesio (MgCO3), se usa como material refractario y aislante.
- El cloruro de magnesio (MgCl2•6H2O), se emplea como material de relleno en los tejidos de algodón y lana, en la fabricación de papel y de cementos y cerámicas.
- El citrato de magnesio (Mg3(C6H5O7)2•4H2O), se usa en medicina y en bebidas efervescentes.
- El hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), se utiliza en medicina como laxante, "leche de magnesia", y para refinar azúcar.