Fluvio Labenti

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Sunday, June 12, 2011

Entre metales, parte II

Me parece recordar haber visto a alguien diciendo en un programa en NatGeo que el titanio era el metal más abundante en la corteza terrestre. Verifiqué, y resulta que eso es incorrecto. El titanio está entre los metales más abundantes, cierto, pero no es el más abundante. (No descarto que a lo mejor yo haya escuchado mal en aquel programa).

Viene al caso, entonces, la pregunta:

¿Cuál es el metal más abundante en la corteza terrestre?
Ojo, no es el hierro. Nótese que estamos hablando de metales *en la corteza terrestre*, es decir, solo en la "cáscara", no en toda la Tierra. El metal más abundante en la corteza resulta ser el aluminio. Después del aluminio están: 2) el hierro, 3) el magnesio, 4) el titanio, y 5) el manganeso. El titanio es, pues, el cuarto metal más abundante. Entre los elementos en general, el titanio es el noveno más abundante en la corteza terrestre. Podemos decir entonces, muy criollamente, que no será el más abundante, pero hay titanio que juega garrote.

Aclarado eso, repito la pregunta que quedó pendiente de mi entrada anterior en este blog:

¿Qué metal es estable al aire libre pero no puede fundirse al aire libre?
Respuesta: el titanio. En verdad no estoy seguro de que sea el único metal que responde correctamente a esta pregunta, pero en todo caso, es uno de los que la responden correctamente.

El titanio se funde a más de 1600 ºC, pero ya a los 1200 ºC reacciona con el oxígeno del aire, oxidándose. Entonces el titanio no puede fundirse al aire libre porque cuatrocientos grados antes resulta que, literalmente, se quema. Solo puede fundirse en una atmósfera inerte, o al vacío. Esto, por supuesto, dificulta la fundición del titanio.

Del titanio se puede comentar muchísimo. Es tolerado por los tejidos vivos, por ello se utiliza en la construcción de prótesis. Por cierto, se puede encontrar titanio en casi todos los organismos vivos. No se imanta (paramagnético), es muy resistente a la corrosión, es relativamente liviano, y es muy fuerte.

¿Cuál es el metal con la relación fortaleza-peso más elevada entre todos los metales?
Respuesta: el titanio otra vez. El titanio puro, sin aleación, es tan fuerte como algunos aceros, pero es 45% más liviano. El tungsteno (metal usado en los filamentos de los bombillos incandescentes) es más fuerte que el titanio. De hecho, el tungsteno es el metal puro más fuerte (el de mayor resistencia a la tracción), pero es también más de cuatro veces más denso que el titanio.

¿Hay algo que tenga mejor relación fortaleza-peso que el titanio?
Respuesta: sí, y un buen ejemplo, aunque ud. no lo crea, es la tela de araña.

¿Qué metal es más denso, el titanio o el aluminio?
Repuesta: el titanio, que es 68% más denso que el aluminio. También es dos veces más fuerte que el aluminio, sin embargo.

Y hablando de densidad, en la entrada anterior vimos que el oro es uno de los elementos más densos, es decir, de los que tiene mayor masa (o más "peso", para simplificar) por unidad de volumen. Mientras un litro de agua pesa 1 kg, un litro de oro pesa casi 20 kg. Ya sabemos, por ejemplo, que el oro es más denso que el plomo. Aquí podría agregar que el oro es incluso más denso que el uranio. Pero el oro no es el elemento más denso. El tungsteno (recordemos de arriba: el metal puro más fuerte) es por una punta de nariz un poco más denso que el oro. Un litro de tungsteno pesa unos pocos gramos más que un litro de oro. Pero tampoco el tungsteno es el elemento más denso.

¿Cual es el elemento natural (no artificialmente creado) más denso de todos?
La respuesta es un metal no tan popularmente conocido: el osmio. Un litro de osmio pesa casi 23 kg. El lingote estándar más pesado que puede hacerse con un elemento natural es, pues, un lingote de osmio.

¿Es el titanio el más "duro" de todos los metales puros?
Respuesta: No.

¿Cuál es el metal natural de mayor dureza?
Respuesta: el osmio otra vez (dureza "Brinell").

La dureza Brinell es solo una entre varias escalas de dureza. Ojo, dureza no es lo mismo que resistencia a la tracción (donde gana el tungsteno). Un ensayo de Brinell mide la resistencia del material a la "indentación" al ser golpeado. En esa escala, el osmio queda de primero entre todos los elementos. Le sigue de segundo, por cierto, el tungsteno, aunque algo de lejos. De tercero, el website cuyo link pongo abajo pone al oro (¿cómo?), lo cual pareciera errado pues eso significaría que en dureza Brinell el oro sería unas 100 veces más duro que la plata (?), y más duro que el hierro e incluso el titanio (???) Esto no cuadra. (Actualización 1: consulté con la fuente donde encontré esto del oro como el 3er elemento con mayor dureza Brinell, y están de acuerdo en que parece un error. Están revisando sus propias fuentes y actualizarán su página de ser necesario.)

Otra escala más conocida de dureza es la escala de Mohs, que mide la resistencia al "rayado". En la escala de Mohs es donde el carbono (como diamante) reina supremo como el elemento más duro, seguido por 2) el boro, 3) el cromo, 4) el tungsteno, y luego 5) el osmio. También en esa escala quedan, pues, el osmio y el tungsteno, entre los elementos más duros.

El osmio es entonces el más denso y duro (Brinell) de los metales naturales. Por ello se utiliza osmio donde se requiere dureza y durabilidad extremas. Las puntas de algunos bolígrafos y plumas fuentes, por ejemplo, tienen aleaciones de osmio. "Escribir es cosa muy dura" reconocen algunos escritores, pero también es algo que reconocen muy bien los ingenieros de materiales y los constructores de buenos bolígrafos. ;)

El tungsteno también se utiliza para aplicaciones que requieren dureza y durabilidad extremas. Una tal aplicación, que parece haber comenzado a estar de moda algo recientemente, son las joyas hechas de tungsteno.

El tungsteno será el metal principal de una próxima entrega.


PD. Entre metales, parte III

Referencias:
Abundancia de los elementos en la corteza terrestre
Elementos de la tabla periódica ordenados por densidad
Dureza Brinell de los elementos
Dureza Mohs de los elementos

2 Comments:

At 4:32 AM , Blogger Dante said...

Actualización II: recibí un segundo mensaje de Theodore Gray, del website periodictable.com. Me comenta Theodore que, de ser necesaria una corrección sobre la dureza Brinell del oro en su página, aparecerá primero en otro de sus websites: Dureza Brinell del oro en wolframalpha.com

Todo me hace pensar que sí hay un error de dos lugares decimales en su página, mostrando al oro 100 veces más duro que, por ejemplo, la plata, que tiene una durez Brinell de 24.5 MPa:
Dureza Brinell de la plata en wolframalpha.com

Wikipedia sí muestra magnitudes de dureza Brinell muy similares para la plata y el oro: 24.5 y 25 MPa respectivamente.

 
At 4:44 AM , Blogger Dante said...

Hoy (noviembre-2013) veo modificados los valores de dureza Vickers en Wikipedia (inglés):
Aluminio: 167 MPa
Oro: 216 MPa
Plata: 251 MPa
Cobre: 369 MPa

 

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