6. LA QUÍMICA EN SOCIEDAD. 6.1. LA INDUSTRIA QUÍMICA BÁSICA. 6.1.1. METALURGIA. No podríamos imaginar el mundo moderno sin metales, ya que entran en la composición de miles de aparatos e instrumentos que empleamos normalmente y la electricidad llega a nuestros hogares a través de ellos. Aunque en sentido estricto la metalurgia es el conjunto de técnicas para la extracción, tratamiento y obtención de metales, podemos ampliar la definición a las técnicas empleadas para la consecución de materias minerales extraídas por minería. La metalurgia consta de dos procesos: A. La concentración consiste en separar el mineral rico en el metal, que se conoce como mena, del resto de minerales y rocas que lo acompañan en la mina, la ganga. Aunque existen diversos métodos de concentración, como el empleo de imanes para minerales férricos, o la amalgamación con mercurio para la obtención de metales preciosos, la flotación sigue siendo un proceso muy importante y empleado. 264 PROYECTO ANTONIO DE ULLOA
Normalmente los sólidos no flotan en el agua, así que se añaden a ésta sustancias que favorecen la flotabilidad, especialmente detergentes que forman espumas y que arrastran hacia la superficie los sólidos y los separan. Este método es muy empleado en minería para separar la mena, el mineral del que se va a obtener el metal de interés, de la ganga, el mineral que acompaña a la mena y que carece de utilidad. Como la ganga normalmente es menos densa que la mena, al añadir detergentes al agua se consigue que flote, dejando la mena en el fondo. Después, claro, habrá que proceder al secado de la mena. A veces no es necesario conseguir la flotación completa, basta con que sea factible arrastrar la ganga. Eso es lo que ocurre en la minería de oro que se ve en la películas de vaqueros. Como el oro es mucho más pesado que la arena, el agua no puede arrastrar sus pepitas, mientras que sí lo hace con la arena y así se separan. B. El refinado es el conjunto de procesos por el que la mena, ya separada de la ganga, es tratada para obtener el metal puro o casi puro. Existen muchos procesos para realizar esta tarea, pero el más común, para la obtención de hierro, sigue siendo el tratamiento de la mena en las PROYECTO ANTONIO DE ULLOA 265
fundiciones o altos hornos. 6.1.2. ÁCIDO SULFÚRICO. El ácido sulfúrico, de fórmula H 2 SO 4 es un ácido fuerte, muy corrosivo, líquido, soluble en agua, que hierve a 340 ºC y congela a 10.8 ºC, llamado antiguamente aceite de vitriolo, tiene múltiples aplicaciones en el laboratorio y en la industria, hasta tal punto que el consumo de ácido sulfúrico puede considerarse un índice de la riqueza industrial de una nación. En la industria se emplea para la fabricación de abonos, de superfosfatos, de detergentes, de fibras sintéticas, pinturas, baterías de automóviles, refinado de metales y de petróleo etc. Existen dos métodos para la obtención de ácido sulfúrico, ambos parten de azufre (S 8 ) o pirita(fe 2 S): A. Método de las cámaras de plomo. El azufre o la pirita se quema en grandes torres de ladrillo recubiertas interiormente con plomo. La combustión produce dióxido de azufre que en el aire reacciona con oxígeno, óxidos de 266 PROYECTO ANTONIO DE ULLOA
nitrógeno y vapor de agua, produciendo gotitas de ácido sulfúrico que caen al fondo de las torres. Los óxidos de nitrógeno se recuperan de los gases y se reintroducen en las cámaras de plomo. El ácido sulfúrico así obtenido es una disolución al 65 % en agua. Este método cada vez es menos empleado. B. Método de contacto. La combustión de la pirita o el azufre en un horno produce dióxido de azufre. Este dióxido de azufre se hace pasar a unas cámaras donde se oxida con aire y un catalizador a 400 ºC para obtener trióxido de azufre, que se disuelve en agua con ácido sulfúrico. Dependiendo de la cantidad de agua y ácido sulfúrico que se añade al trióxido de azufre se obtiene ácido sulfúrico de distinta concentración. Normalmente se emplean dos catalizadores, uno, más barato, de óxido de vanadio y después otro más caro y efectivo, normalmente platino. Este es el método más empleado en la actualidad. S 8 + 8O 2 8SO 2 2SO 2 + O 2 2SO 3 6.1.3. AMONIACO. SO 3 +H 2 O H 2 SO 4 El amoniaco, de fórmula NH 3 es un gas de olor picante, que hierve a -33 ºC y congela a -78 ºC. Normalmente se encuentra en disolución acuosa al 30 o 40 %. Aunque es conocido en los hogares por emplearse su disolución, que es PROYECTO ANTONIO DE ULLOA 267
fuertemente alcalina, en la limpieza doméstica, sus aplicaciones industriales lo hacen un componente básico en la industria. Se emplea fundamentalmente como fertilizante, bien puro o bien en forma de urea, o para la obtención de ácido nítrico (HNO 3 ). Para la obtención del ácido nítrico se necesita, además de amoniaco, ácido sulfúrico. El ácido nítrico es empleado también como fertilizante y en la fabricación de explosivos. Industrialmente el amoniaco se obtiene mediante el método de Bosch - Haber, en el que se mezclan nitrógeno e hidrógeno, a más de 200 atm de presión y 200 ºC de temperatura, en presencia de un catalizador que contiene hierro. 6.1.4. ACTIVIDADES. a) Para el aula: Busca en el diccionario el significado de las siguientes palabras y anótalo en tu cuaderno. Si en la definición no comprendes alguna palabra, búscala también y escribe su significado: Extracción 268 PROYECTO ANTONIO DE ULLOA
Ganga Corrosivo Vitriolo Mena Cómo se obtiene el amoniaco de forma industrial? Cuál es la fórmula del ácido sulfúrico? La metalurgia consta de dos fases diferenciadas. cuáles? Qué método se suele emplear para separar la mena de la ganga y en qué consiste? b) Para casa: Busca en casa o en el mercado, una botella de amoniaco, mira su concentración y su volumen y determina la cantidad de amoniaco que tiene. Qué proceso suele seguir a la flotación al separar una mezcla? Qué sustancias se emplean para la fabricación del ácido sulfúrico? Cuál es la fórmula química del ácido nítrico? Determina la masa molecular del ácido sulfúrico y del ácido nítrico. PROYECTO ANTONIO DE ULLOA 269
Experiencia 29 Identificación de amoniaco en champú. Material: Gradilla con tubos de ensayo. Varilla de vidrio Reactivos: Hidróxido de sodio. Agua destilada. Papel indicador de ph. Diversos champús Procedimiento: Pon un trocito de papel indicador de ph en el extremo de una varilla de vidrio y añade una gota de agua destilada para que el papelito se adhiera a la misma. Pon 1ml de agua destilada en un tubo de ensayo, añade una lenteja de sosa agita para disolver bien y añade una gota de champú. Calienta suavemente y expón el papel indicador a los vapores que salen por la boca del tubo de ensayo. La coloración azul que toma el papel de filtro indica la presencia de amoniaco. Responde en tu cuaderno: Describe el procedimiento que has utilizado en la experiencia. 270 PROYECTO ANTONIO DE ULLOA
Haz una tabla donde consignes los resultados obtenidos. Dibuja los materiales empleados y un esquema del trabajo realizado. PROYECTO ANTONIO DE ULLOA 271