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Cambios fantásticos en los óxidos metálicos: ¿sabes cómo extraer metales de los minerales?
Las vías de formación de óxidos son muy diversas y están estrechamente relacionadas con casi todos los elementos.
El proceso de formación de óxidos metálicos
La producción de óxidos metálicos suele ir acompañada de la descomposición de otros compuestos metálicos, como carbonatos, hidróxidos y nitratos. Tomando como ejemplo la fabricación de óxido de calcio, cuando el carbonato de calcio (caliza) se calienta y se descompone, se libera dióxido de carbono:
CaCO3 → CaO + CO2
En una atmósfera de oxígeno, casi todos los elementos reaccionan con el oxígeno cuando se calientan, lo que da lugar a una reacción de oxidación. Por ejemplo, el polvo de zinc se quema en el aire para producir óxido de zinc:
2 Zn + O2 → 2 ZnOEn el proceso de extracción de metales de los minerales, los minerales de sulfuro metálico a menudo se tuestan para producir óxidos. Tomemos como ejemplo el mineral de molibdeno (MoS2). Después de tostarlo, se transforma en trióxido de molibdeno, que es el precursor de casi todos los compuestos de molibdeno:
2 MoS2 + 7 O2 → 2 MoO3 + 4 SO2Los metales nobles, como el oro y el platino, son valorados por su resistencia a la unión química directa con el oxígeno.
Diversidad de óxidos no metálicos
De los óxidos no metálicos, los más importantes y comunes incluyen el dióxido de carbono y el monóxido de carbono. La formación de estas especies resulta de la oxidación completa o parcial del carbono o de los hidrocarburos. En ausencia de oxígeno se produce monóxido de carbono:
CH4 + 3/2 O2 → CO + 2 H2OEn un ambiente con exceso de oxígeno se produce dióxido de carbono:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2OLa conversión de nitrógeno en óxidos es relativamente difícil, pero la combustión de amoníaco puede producir óxido nítrico, que luego reacciona con el oxígeno para formar dióxido de nitrógeno.
Estructura y reacción de los óxidos
Las estructuras de los óxidos varían desde moléculas independientes hasta polímeros y estructuras cristalinas. Los óxidos sólidos generalmente tienen una estructura polimérica; aunque la mayoría de los óxidos metálicos son sólidos cristalinos, muchos óxidos no metálicos son moleculares. Los ejemplos de óxidos moleculares incluyen el dióxido de carbono y el monóxido de carbono.
Las reacciones de reducción de óxidos se utilizan ampliamente en la producción de ciertos metales. Muchos óxidos metálicos pueden reducirse a metales mediante calentamiento. Tomemos como ejemplo el óxido de plata, que puede descomponerse a 200 °C:
2 Ag2O → 4 Ag + O2Lo más común es que los óxidos metálicos se reduzcan mediante reacción con reactivos químicos. Un agente reductor comúnmente utilizado es el carbono en forma de coque. Por ejemplo, el proceso de fundición del mineral de hierro implica múltiples reacciones, entre las cuales la ecuación simplificada es la siguiente:
2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2La disolución de óxidos generalmente mejora la recuperación y utilización de metales.
A medida que se profundiza la investigación científica, también aumenta nuestra comprensión de los óxidos. Esto no sólo es de gran importancia para la ciencia de los materiales, sino que también juega un papel importante en campos como la catálisis, el almacenamiento de energía y la gobernanza ambiental. A medida que se profundiza nuestro conocimiento sobre los óxidos metálicos, ¿qué nuevas tecnologías podemos desarrollar utilizando esta información?
