El nacimiento de la metalurgia
La capacidad de refinar metal a partir de minerales metálicos es una de las tecnologías más importantes inventadas por la civilización. Las fases del progreso humano están marcadas por nombres como Edad del Cobre, Edad del Bronce y Edad del Hierro.
Más allá de los metales preciosos como la plata y el oro, que se pueden encontrar como metales casi puros, la única fuente de otros metales puros provino de los meteoritos. Como puede imaginar, los meteoritos no eran una fuente confiable de materiales para la gente primitiva.
En la Tierra, los metales se encuentran a menudo como óxidos metálicos. Uno de los primeros triunfos de los primeros fue descubrir cómo utilizar el carbono y el calor para convertir los óxidos metálicos en metal puro y dióxido de carbono.
Reacción de oxidación-reducción
El proceso utilizado para convertir un mineral metálico en un metal nativo se llama fundición . El plomo fue uno de los primeros metales extraídos por los primeros habitantes, así que usémoslo como nuestro primer ejemplo.
El plomo necesita una temperatura mucho más baja que el hierro. Es probable que se descubrió la fundición por accidente cuando se quemó cerámica con vidriado que contenía plomo dentro de brasas encendidas.
¿Qué puedo hacer para reducir mi huella de carbono?
El paso más importante para convertir un ión metálico en un compuesto iónico en un metal libre es una reacción de oxidación-reducción. Básicamente, estamos quitando el oxígeno de un óxido metálico (reducción) y dándolo al carbono (oxidación). Más específicamente, una reacción de oxidación-reducción implica la transferencia de carga de un elemento a otro. Cuando hablamos de convertir óxidos metálicos en metales, esto sigue una definición simple. (Más tarde podemos cortarnos los dientes en una definición más general).
- Oxidación: un elemento gana oxígeno.
- Reducción: un elemento pierde oxígeno.
Plomo de óxido de plomo
Si queremos sacar plomo del óxido de plomo (PbO), tenemos que añadir carbono en forma de coque. El coque es como el carbón vegetal, excepto que el carbón vegetal está hecho de convertir madera en ladrillos de carbón. El coque se fabrica calentando carbón vegetal en un ambiente libre de oxígeno.
El óxido de plomo contiene el catión Pb +2 y el anión óxido O -2 . El papel del carbono es pasar cargas al catión metálico. Luego, el catión metálico pasa de tener una carga positiva a tener una carga de cero (todos los metales tienen una carga de cero cuando están en el estado elemental). El anión, O -2 , se combina con el carbono para formar dióxido de carbono.
El óxido de plomo reacciona con el coque y produce plomo y dióxido de carbono. Debido a que el plomo perdió oxígeno, se ha reducido. Debido a que el carbono ganó oxígeno, se ha oxidado.
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Cuando un elemento cambia de lugar con otro elemento, o golpea a un elemento fuera del camino, esto se llama una reacción de desplazamiento único o simplemente una reacción de desplazamiento .
La Teoría del Ciclo del Carbono
Hierro de óxido de hierro
Aunque existen otras formas de óxido de hierro, el óxido de hierro (III) es la forma más común. Lo ves todos los días como óxido. También es visible en el suelo cuando el suelo es anaranjado. El exceso de hierro en el suelo impide que la tierra sea muy productiva.
El óxido de hierro (III) reacciona con el carbono y forma hierro y dióxido de carbono. El hierro se reduce mientras que el carbono se oxida.
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Serie de actividades de metal
Entonces, ¿podemos hacer esto con todos los metales? Bueno, no del todo. El carbono solo es capaz de transferir electrones a metales que son menos reactivos que él. Los metales se clasifican según los metales que el carbono puede cambiar de óxidos metálicos a su estado metálico, y cuáles necesitan algo más.
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Los metales clasificados por debajo del carbono (plomo, hierro, cobre) pueden aceptar cargas del carbono. Los metales clasificados por encima del carbono son más reactivos que el carbono y, por lo tanto, deben extraerse mediante el uso de carbono como electrodos en un proceso de electrólisis provocado (‘electro-‘ significa ‘utiliza electricidad’ y ‘-lisis’ que significa ‘cortar’). Esto todavía usa reacciones de oxidación-reducción, pero necesita electricidad para hacerlo.
Por ejemplo, el carbono reduce el plomo y los óxidos de hierro con una simple reacción química, pero el óxido de aluminio requiere electrólisis para revertir el progreso normal de la reacción. Ya hemos visto plomo y hierro, veamos cómo se cambia el aluminio. En la tabla, puede ver que necesitará electrólisis.
¿Qué son los Reservorios de Carbono?
Aluminio
En el pasado, el aluminio se consideraba un metal precioso. Napoleón mostró su riqueza a los visitantes cuando les sirvió con cuchillos y tenedores de aluminio. El Monumento a Washington fue construido con una tapa de aluminio. Hoy en día, el aluminio es uno de los metales más utilizados.
El aluminio es más reactivo que el carbono. Por lo tanto, no se puede usar un alto horno para hacer reaccionar óxido de aluminio con coque para producir aluminio metálico.
En cambio, el óxido de aluminio se disuelve en criolita fundida en un horno eléctrico. El horno tiene un revestimiento de grafito que actúa como cátodo (electrodo negativo). Las varillas de carbono se introducen en la solución para que actúen como ánodo (electrodo positivo). Cuando pasa corriente a través de la solución, el ánodo reacciona con el óxido de aluminio. El aluminio fundido se hunde hasta el fondo.
El carbono en el ánodo se oxida y produce dióxido de carbono. El aluminio se reduce mientras que el carbono se oxida.
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Debido a la cantidad de energía que se necesita de la electricidad, el reciclaje de aluminio es una fuente más eficiente de metal y, por lo tanto, es importante en la sociedad actual.
Resumen de la lección
Los óxidos metálicos se convierten en metales utilizables cuando reaccionan con el carbono. La extracción de metales en un alto horno con coque (carbón de carbón vegetal calentado) se llama fundición . Cuando se usa electricidad para recuperar un metal de un óxido metálico, se llama electrólisis .
Ambos tipos de reacciones de un óxido metálico con carbono son ejemplos de una reacción de oxidación-reducción . Las reacciones de oxidación-reducción ocurren cuando los elementos intercambian cargas. Simplificado, la oxidación es cuando un elemento gana oxígeno y la reducción es cuando un elemento pierde oxígeno.
Una serie de actividad de metales clasifica los metales por los que son menos reactivos que el carbono y, por tanto, pueden aceptar cargas (hierro, plomo, etc.) o más reactivos que el carbono y, por tanto, necesitan electrólisis (aluminio, etc.).
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