INTRODUCCIÓN

Al iniciar el siguiente curso denominado Cinética de Fluidos intentamos poder realizar todas nuestras expectativas del mismo. Para comenzar nuestro estudio general de este tema, recurrimos en primera instancia a presentar el primer trabajo relacionado a uno de los estados de segregación de la materia, específicamente EL ESTADO SOLIDO, sus características y sus propiedades, pero aun lo más importante a desarrollar en este pequeño informe es mencionar las aplicaciones de este tema en nuestra carrera, Ingeniería de Minas.

Asimismo, por otro lado, explicaremos en términos generales el concepto de CINÉTICA DE FLUIDOS, sus generalidades y al igual que el ítem de SOLIDOS, detallaremos las aplicaciones que los Fluidos tienen en nuestra carrera.

En conclusión, a través de este, aprenderemos la definición de ESTADO SÓLIDO DE LA MATERIA, sus características y aplicaciones a la Minería. Por otro lado, en términos generales explicaremos la definición de CINÉTICA DE FLUIDOS y sus respectivas aplicaciones a la Minería.

ÍNDICE

Pág.INTRODUCCIÓN 1I. OBJETIVOS 3II. FUNDAMENTO TEÓRICO 3

1. ESTADO SÓLIDO DE LA MATERIA 32. CARACTERÍSTICAS DEL ESTADO SÓLIDO 43. PROPIEDADES DEL ESTADO SÓLIDO 64. APLICACIONES DEL ESTADO SÓLIDO EN LA MINERÍA 115. ¿QUÉ ES CINÉTICA DE FLUIDOS? 286. APLICACIONES DE CINÉTICA DE FLUIDOS EN MINERÍA 31

III. CONCLUSIONES 34IV. BIBLIOGRAFÍA Y LINCOGRAFÍA 34

I. OBJETIVOSExplicar y conocer ¿Qué es el estado sólido de la materia? ¿Cuáles son sus características y propiedades?, y lo más importante: ¿Cuáles son sus aplicaciones a la Minería y/o ramas afines?Conocer de qué trata específicamente el tema CINÉTICA DE FLUIDOS, al igual que informar acerca de cuáles son sus aplicaciones en la Minería.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO1. ESTADO SÓLIDO DE LA MATERÍA

Estado solidoConcepto de solido Un cuerpo sólido es uno de los cuatro estados de agregación de la materia (siendo el otro gas, líquido, plasma y el Bose-Einstein).  Se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas.Manteniendo constante la presión a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas. Esto confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes.El sólido más ligero conocido es un material artificial el aerogel con una densidad de 3 mg/cm³ ó 3 kg/m³, el vidrio, que tiene una densidad de 1,9 g/cm³, mientras que el más denso es un metal, el osmio (Os), que tiene una densidad de 22,6 g/cm³

Los sólidos se clasifican como cristalinos y amorfos

Solidos cristalinos Son sólidos verdaderos, las partículas existen en un patrón regular, tridimensional, denominado red cristalina

Sólidos amorfos

No tiene una estructura microscópica regular como los sólidos cristalinos. En realidad su estructura se parece mucho más a la de los líquidos que a la de los sólidos. El vidrio, el alquitrán, los polímeros de alta masa molecular como el plexiglás son ejemplos de sólidos amorfos.

2. CARACTERÍSTICAS DEL ESTADO SÓLIDO

Opone resistencia a cambios de forma y de volumen.

Presentan forma y volumen definido.- por que en los sólidos las partículas están más juntas que en los otros estados por eso no pude fluir como un líquido o un gas, están tan juntas que simplemente no pueden moverse y tienen una forma estática o quieta

Los sólidos no se pueden comprimir .- Los sólidos no pueden comprimirse. Las partículas que lo forman se encuentran ordenadas espacialmente, ocupando posiciones fijas, dando lugar a una estructura interna y sólida, con fuerzas intermoleculares muy fuertes.

Las partículas pueden ser: Moléculas, átomos o iones. Átomos.-Se unen por enlaces covalentes que son muy fuertes, pero los atomos deben mantener una posición fija, sino el enlace se rompe. De dura apariencia, se hacen frágiles y presentan punto de fusión y ebullición elevadas, el diamante es un ejemplo de ello. Moléculas: Se unen entre sí por las fuerzas de van der Waals, que son débiles. Estos sólidos son blandos, y presentan puntos de fusión y ebullición bajos, como el azúcar. Iones: Al tratarse de metales son iones positivos rodeados de electrones. Buenos conductores de la corriente eléctrica, duros y presentan puntos de fusión y ebullición altos, como por ejemplo cobre, oro, plata. Al ser compuestos iónicos presentan una fuerte atracción electrostática entre los iones opuestos; son sólidos duros, pero frágiles y no conducen la corriente eléctrica.

Puede ser orgánico o inorgánico. Residuos solidos Residuos orgánicos Se descomponen; Son sustancias que se pueden descomponerse en un tiempo relativamente corto. Como por ejemplo cascara de fruta, hierbas, hojas, madera, papeles, etc. Residuos inorgánicos No se descomponen Son aquellos materiales y elementos que, no se descomponen fácilmente y sufren ciclos de degradabilidad muy largos. Como por ejemplo plásticos, vidrio, hierro, desechos de construcción, etc.

Las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido.

3. PROPIEDADES DEL ESTADO SÓLIDO

En esta sección consideramos cómo las propiedades de los sólidos, en particular sus propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas se resultan de las propiedades de los átomos que los forman. La fabricación racional de materiales modernos depende crucialmente de la comprensión de este tema.

PROPIEDADES MECÁNICAS

Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad ya que vuelve a su forma original.

Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos fragmentos (quebradizo). Dureza: hay sólidos que no pueden ser rayados por otros más blandos. El

diamante es un sólido con dureza elevada. Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen

como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones extremas del medio.

Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”

Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del líquido en el cual se coloca.

Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.

Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.

Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.

Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellas.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Nos concentraremos en conductividad electrónica, pero algunos sólidos iónicos exhiben conductividad iónica.Se distinguen dos tipos de sólidos por la dependencia entre la temperatura y su conductividad eléctrica. Un conductor metálico es una sustancia con una conductividad que disminuye a medida que la temperatura aumenta, pero un semiconductor es una sustancia con una conductividad que aumenta con el aumento de la temperatura.Generalmente, un semiconductor posee conductividad menor que la típica de los metales, pero la magnitud de la conductividad no es el criterio para discriminarlos. Es convencional clasificar a los semiconductores con conductividad eléctrica muy pequeña, como la mayoría de los polímeros sintéticos, como aisladores. Un superconductor es un sólido que conduce la electricidad sin resistencia.

La formación de bandas

El aspecto central que determina las propiedades eléctricas de los sólidos es la distribución de sus electrones. Existen dos modelos de esta distribución. En una, la aproximación del electrón casi libre (nearly free- electrón approximation), se considera que los electrones de valencia están encerrados en una caja con un potencial periódico

producido por los núcleos, con una baja energía que corresponde a la localización de los cationes. En la aproximación del enlace fuerte (fight binding) se considera que los electrones de valencia ocupan orbitales moleculares deslocalizados a través del sólido. Consideremos un sólido monodimensional, que consiste en una única y larga línea de átomos, disponiendo cada uno de un orbital s para formar orbitales moleculares. Podemos construir el LCAO-MOs del sólido adicionando N átomos sucesivamente a una línea y luego inferir la estructura electrónica usando el principio de building-up. Un átomo contribuye con un orbital s con una cierta energía, cuando se agrega un segundo átomo solapa al primero y forma orbitales enlazantes y antienlazantes. El tercer átomo solapa su vecino más próximo y con todos estos se forman tres orbitales moleculares, uno completamente enlazante, el otro completamente antienlazante y por último uno no enlazante. El cuarto átomo conduce a la formación del cuarto orbital molecular. En esta etapa, se puede comenzar a ver que el efecto general de agregar átomos sucesivamente es extender el rango de energías cubierto por los orbitales moleculares y también llenar el rango de energías con más y más orbitales (uno por cada átomo).

Cuando se han agregado N átomos a la línea hay N orbitales moleculares que cubren una banda de energías de ancho finito y el determinante secular de Hückel es:

donde β es la integral de resonancia (S,S). La teoría de determinantes aplicada a este ejemplo simétrico (técnicamente es un determinante tridiagonal) conduce a la siguiente expresión para las raíces:

cuando N es infinitamente grande, la diferencia entre niveles de energía vecinos (las energías correspondientes a K y K+1) es infinitamente pequeña, pero la banda tiene aún un ancho finito:

Se puede pensar que esta banda contiene N orbitales moleculares, donde el orbital más

bajo de energía (K=1) es completamente enlazante y el más alto (K=N) es completamente antienlazante, entre átomos adyacentes. En tres dimensiones se forman bandas similares. La banda formada por solapamiento de los orbitales s es la banda s, si los átomos poseen orbitales p tendremos también una banda p. Si los orbitales atómicos p poseen energía mayor que los orbitales s, luego la banda p se ubica a mayor energía que la banda s y entre éstas puede existir un band gap, o sea, un rango de energías a las cuales no corresponden orbitales. Estos conceptos se resumen en la siguiente figura:

PROPIEDADES MAGNÉTICAS

Las propiedades magnéticas de metales sólidos y de semiconductores es mejor considerarlas como una parte de física pues dependen fuertemente de las estructuras de las bandas de los materiales. Aquí ponemos más atención a las propiedades magnéticas que provienen de colecciones de iones o moléculas individuales. Gran parte del tratamiento se aplica a muestras líquidas, gaseosas y también sólidas.

(a) Susceptibilidad magnética

Las propiedades eléctricas y magnéticas de moléculas y de sólidos son análogas. Por ej., algunas moléculas poseen momentos dipolares magnéticos permanentes y al aplicar un campo magnético podemos inducir un momento magnético con el resultado que la muestra sólida entera se magnetiza. El análogo a la polarización eléctrica P es la magnetización M, el momento magnético dipolar promedio de las moléculas multiplicado por el número densidad de moléculas en la muestra. La magnetización inducida por un campo de fuerza H es proporcional a H:

M = χH

χ es la susceptibilidad magnética de volumen.

χm = χVm es la susceptibilidad magnética molar, donde Vm es el volumen molar de la muestra.B es la densidad del flujo magnético y se relaciona con la fuerza delcampo aplicado y con la magnetización de la muestra:

B = µo(M + H) = µo(1 + χ)H

µo es la permeabilidad del vacío = 4π10-7

JC-2

m-1

s2.

(b) Momento magnético permanente

El momento magnético permanente de una molécula tiene su origen en espines electrónicos desapareados en la molécula. La magnitud del momento magnético de un

electrón es proporcional a la magnitud del momento angular de espin {s(s + 1)}1/2

= (h partida).

m = ge{s(s + 1)}1/2

µB µB = = /2me

Donde ge = 2,0023

Momento magnético inducido

La aplicación de un campo magnético induce la circulación de corriente de electrones. Estas corrientes originan un campo magnético que por lo general se opone al campo aplicado, de modo que la sustancia es diamagnética. En pocos casos el campo inducido aumenta el campo aplicado y luego la sustancia es paramagnética.

La gran parte de moléculas con espines electrónicos no apareados son diamagnéticas. En estos casos, las corrientes electrónicas inducidas ocurren dentro de los orbitales de las moléculas que están ocupados en su estado fundamental. En los pocos casos en los cuales las moléculas son paramagnéticas, a pesar de no tener electrones desapareados, la corriente electrónica inducida fluye en la dirección opuesta porque pueden hacer uso de los orbitales desocupados que están próximos al HOMO en energía. Este paramagnetismo orbital se puede diferenciar del paramagnetismo de espin por el hecho que es independiente de la temperatura, por eso se denomina TIP (temperature independent paramagnetism).

Estas observaciones pueden resumirse como sigue. Todas las moléculas tienen una componente diamagnética en cuanto a su susceptibilidad, pero es dominada por el paramagnetismo de espin si las moléculas tienen electrones desapareados. En unos pocos casos (donde existen estados excitados en niveles bajos) la TIP es lo suficientemente fuerte para hacer las moléculas paramagnéticas aunque tengan sus electrones apareados.

4. APLICACIONES DEL ESTADO SOLIDO EN MINERÍA Y/O AFINES

4.1). ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA Y FORMA DE LOS MINERALES (CRISTALOGRAFIA):MINERAL: Es un cuerpo producido por procesos naturales de materia inorgánica, con composición química definida y su característica de estructura atómica definida que se expresa en su forma cristalina y otras propiedades físicas. El mineral bajo ciertas condiciones de temperatura y/o presión puede estar limitado por caras planas y pulidas y adquieren formas geométricas conocidas como cristales.CRISTAL:Es un sólido homogéneo que presenta un orden interno periódico de sus partículas reticulares, sean átomos, iones o moléculas.  Los cristales están formados por la unión de partículas dispuestas de forma regular siguiendo un esquema determinado que se reproduce, en forma y orientación, en todo el cristal y que crea una red tridimensional. En un cristal, los átomos e iones se encuentran organizados de forma simétrica en redes elementales, que se repiten indefinidamente formando una estructura cristalina. 

Cristales de cuarzoCRISTALOGRAFÍA:La cristalografía es la ciencia que se dedica al estudio y resolución de estructuras cristalinas. La mayoría de los minerales adoptan formas cristalinas cuando se forman en condiciones favorables. La cristalografía es el estudio del crecimiento, la forma y la geometría de estos cristales.

RECONOCIMIENTO DE LOS MINERALES POR LA FORMA DE SUS CRISTALES:Los cristales son un ordenamiento de los átomos de un mineral de manera tal que forman superficies planas a planos reticulares de su forma interna.De acuerdo con las características de los cristales, estos se agrupan en los siguientes sistemas de simetría:

Cubico o isométrico Hexagonal Tetragonal Rómbico Monoclínico Triclínico

FORMA DE LOS CRISTALES DE DIFERENTES MENAS:Cuarzo:Estos dispositivos están formados por una fina lámina de cuarzo situada entre dos electrodos. Como es sabido, el cuarzo, también llamado cristal de roca, es un mineral compuesto por silicio y oxígeno, (óxido anhidro de silicio, bióxido de silicio o anhídrido

silícico, SIO2) cuyos cristales tienen forma de prisma hexagonal terminado por dos romboedros que parecen una bipirámide hexagonal. El cuarzo es el mineral más difundido en la corteza terrestre, bien en forma de cristales o formando parte otras rocas, como el granito (cuarzo, feldespato y mica).

Reconocimiento de cuarzoDiamante: El diamante es un alótropo del carbono donde los átomos de carbono están dispuestos en una variante de la estructura cristalina cúbica centrada en la cara denominada «red de diamante». El diamante es la segunda forma más estable de carbono, después del grafito; sin embargo, la tasa de conversión de diamante a grafito es despreciable a condiciones ambientales. 

Cristales de diamante

Grafito:El grafito es la forma más estable del carbono. Es la modificación hexagonal del carbono y según los estudios de su estructura, pertenece a la clase dipiramidal dihexagonal.Sistema: Hexagonal. Hábito: se encuentra en forma de pequeños cristales hexagonales y forma agregados compactos, escamosos, terrosos y esféricos. Dureza: 1. Densidad: 2,2. Color: Gris metálico. Raya: negra brillante. Brillo: submetálico. Deja pasar las radiaciones infrarrojas, y en general es buen conductor del calor y de la electricidad.

Grafito en rocaCalcopirita (Cobre):

Químicamente es un disulfuro de hierro y azufre metalizado, de la clase 2 según

la clasificación de Strunz de los minerales. Los cristales son pseudotetraedros,

corrientemente con recubrimiento de tetraedrita o tenantita. La mayoría de las veces se la

encuentra en forma masiva y las pocas veces que se ven los cristales están muy maclados

y aplanados.

Calcopirita

Dolomita:

Es un importante mineral de rocas sedimentarias y metamórficas, encontrado como

mineral principal de las rocas llamadas dolomías y metadolomías, así como mineral

importante en limolitas y mármoles donde la calcita es el principal mineral presente. 

Dolomita

Otras formas de cristales que forman los minerales:La calcita: es un mineral de la clase 05 de la clasificación de Strunz, los llamados minerales carbonatos y nitratos.Magnesita: La magnesita es un mineral de composición química fundamentalmente carbonato de magnesio con impurezas. La forma típica de este mineral son las masas de microcristales, compactas y opacas, que tienen un aspecto muy parecido al de la porcelana y cuyo color predominante es el blanco grisáceo o amarillento.Caolín: La caolinita es una arcilla blanca muy pura que se utiliza para la fabricación de porcelanas y de aprestos para almidonar. Elcaolín es un suelo natural en el que abunda la caolinita, que le aporta a menudo un color blanco.

Aluminio (Bauxita) Antimonio Asbesto (Amianto) Barita

Bentonita Calcita Caolín Cianita

Cobre Cromo Cuarzo Diamante

Dolomita Estaño Feldespatos Fosfatos

Grafito Halita Hierro Magnesita

Manganeso Mercurio Mica Níquel

Oro Plata Plomo Talco

Titanio Yeso Zinc

Estructuras cristalinas

Tomando en cuenta los elementos de los que depende la forma del cristal, las redes cristalinas pueden poseer diferentes estructuras tales como:

Unidad fundamental

Sistemas de aristas

Ejes Tipo de ángulos

Ejemplo

Cúbicas 3 ejes iguales Todos ángulos rectos

NaCl

Tetragonales 2 ejes iguales Todos ángulos rectos

SnO₂

Rómbicas 3 ejes desiguales Todos ángulos rectos

BaSO₄

Monoclínicas 3 ejes desiguales 2 rectos y 1 diferente

KClO₃

Triclínicas 3 ejes desiguales Sin ángulos rectos

CuSO₄

Hexagonales 3 ejes iguales, 3 ejes desiguales

∡120o entre ejes

SiO₂

Características de los sólidos cristalinos

Además según los nodos que ocupan en la red cristalina, los cristales dependen del enlace entre sus átomos y moléculas, por eso existen diferentes tipos de sólidos cristalinos.

Iónicos: se caracterizan porque sus redes cristalinas están formadas por cationes y aniones unidos por fuerzas electrostáticas (ClNa). Tienen puntos de fusión elevados, son solubles en agua y conducen la electricidad cuando se encuentra en una disolución acuosa.

Cristales iónicos: NaCl, CaF₂, K₂S, MgO

Moleculares: las unidades que se repiten en la red cristalina son átomos o moléculas neutras (I2). Tienen bajos puntos de fusión, son solubles en disolventes no polares y no conducen la electricidad.

Cristales moleculares: I₂, SO₂, HF, NH₃

Covalentes: los átomos que forman la red se unen mediante enlaces covalentes y no forman moléculas discretas (diamante). Tienen puntos de fusión muy elevados, son insolubles en la mayoría de los disolventes comunes y no son conductores.

Cristales covalentes: diamante, grafito

Metálicos: formados por cationes metálicos rodeados de electrones móviles (Fe, Na). Tienen puntos de fusión elevados, son insolubles en el agua y la mayoría de los disolventes orgánicos y son buenos conductores.

Cristales metálicos: AL, Cu, Ca, Pb, Zn, Na

Fusión a nivel molecular

Recordando que el cambio de estado sólido a líquido se llama fusión, se puede observar que la fusión afecta la estructura cristalina del sólido, destruyéndola obligando al sólido a cambiar de estado.

A nivel molecular la fusión se produce como consecuencia del derrumbamiento de la estructura cristalina. El incremento de temperatura da lugar a un aumento en la amplitud de las vibraciones de las partículas en la red, que termina por romper los enlaces y producir la fusión. Una vez que se alcanza la energía de vibración correspondiente a la temperatura de fusión, el calor recibido se emplea en romper nuevos enlaces, de ahí que se mantenga constante la temperatura durante el proceso.

4.2) LINGOTES DE MINERAL:Doré:Los lingotes de oro puro de 1000 gramos son el estándar en cuanto a este tipo de lingotes, que tienen una dimensión habitual de 115mm x 50mm x 10mm. Existen diferencias en ciertos países como en Suiza, que suele tener un peso de 500 gramos.

Lingotes de oro

ENLACES ENTRE ÁTOMOS

Prácticamente todas las sustancias que encontramos en la naturaleza están formadas por átomos unidos.

Las intensas fuerzas que mantienen unidos los átomos en las distintas sustancias se denominan enlaces químicos.Los átomos se unen porque, al estar unidos, adquieren una situación más estable que cuando estaban separados. Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles.Los gases nobles tienen muy poca tendencia a formar compuestos y suelen encontrarse en la naturaleza como átomos aislados. Sus átomos, a excepción del helio, tienen 8 electrones en su último nivel. Esta configuración electrónica es extremadamente estable y a ella deben su poca reactividad.Podemos explicar la unión de los átomos para formar enlaces porque con ella consiguen que su último nivel tenga 8 electrones, la misma configuración electrónica que los átomos de los gases nobles. Este principio recibe el nombre de regla del octeto y aunque no es general para todos los átomos, es útil en muchos casos.Distintos tipos de enlaces:Las propiedades de las sustancias dependen en gran medida de la naturaleza de los enlaces que unen sus átomos.Existen tres tipos principales de enlaces químicos: enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico. Estos enlaces, al condicionar las propiedades de las sustancias que los presentan, permiten clasificarlas en: iónicas, covalentes y metálicas o metales.

Enlace iónico: Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17).

En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos.Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio.

Enlace covalente: Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl,...).

Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo.El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.Ejemplo: El gas cloro está formado por moléculas, Cl2, en las que dos átomos de cloro se hallan unidos por un enlace covalente.

En otros casos un mismo átomo puede compartir más de un par de electrones con otros átomos. Por ejemplo en la molécula de agua (H2O) el átomo de oxígeno central comparte un par de electrones con cada uno de los dos átomos de hidrógeno. Estos pares de electrones compartidos se representan habitualmente por una barra entre los dos átomos unidos.

Clasificación de los enlaces covalentes:1) Atendiendo al número de pares de electrones compartidos:

a.- enlace covalente simple: Cada átomo aporta un electrón al enlace, es decir, se comparte un par de electrones entre dos átomos.Ejm. Cl2, H2, ect

b.- enlace covalente doble: Cada átomo aporta dos electrones al enlace, es decir, se comparten dos pares de electrones entre dos átomos. Como por ejm el O2.

c.- enlace covalente triple: Cada átomo aporta tres electrones al enlace, es decir, se comparten tres pares de electrones entre dos átomos, por ejemplo, la molécula de Nitrógeno (N2).

Es conveniente señalar que a medida que se compartan más pares de electrones, la distancia entre los átomos unidos será menor y el enlace será más fuerte (hará falta más energía para romperlo). Esto se puede comprobar con los datos de la siguiente tabla:

2) atendiendo a cómo están compartidos los electrones:a.- enlace covalente puro o apolar: Los dos átomos que comparten electrones son del mismo elemento o bien de elementos de la misma electronegatividad para que los electrones enlazantes se compartan por igual.

b.- Enlace covalente polar: En un enlace covalente entre dos átomos iguales, los electrones del enlace se hallan igualmente compartidos, y el caso del enlace iónico constituye el otro extremo en el que los e- se transfieren totalmente.Cuando dos átomos no son iguales, surgen situaciones intermedias en las que los dos e- se encuentran compartidos entre los dos átomos pero no por igual. Por ejemplo, en la molécula de HCl el átomo de cloro es más electronegativo, lo que indica que tiene mayor tendencia a atraer la nube electrónica hacia sí que el hidrógeno, con lo que la molécula es eléctricamente asimétrica con más carga negativa concentrada en el átomo de Cl y una cierta carga positiva en el átomo de H; se crea un momento dipolar.Algunos ejemplos son: - Cloruro de hidrogeno - El agua - El amoniaco

C.- enlace covalente coordinado o dativo: Es un enlace covalente en el que el par de e- que se comparte es aportado por un solo átomo. A los compuestos con este tipo de enlace se llaman complejos. Algunos compuestos con este tipo de enlace son:

- Ion amonio: por ejemplo en el cloruro amónico (NH4Cl): es un compuesto iónico, forma redes tridimensionales, (NH4+ Cl-), donde el catión no es un átomo sino una especie poli-atómica en la que sus átomos están unidos por enlaces covalentes, uno de ellos coordinado o dativo:

- EL

ozono: En el enlace simple, es el átomo central el que aporta los dos electrones del enlace:

Enlace metálico: Para explicar las propiedades características de los metales (su alta conductividad eléctrica y térmica, ductilidad y maleabilidad,...) se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones:Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 o 3. Estos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2

+, Mg2+.

Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red.De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.

Estructura cristalina del acero: la estructura interna de los granos cristalinos está compuesta de átomos de hierro dispuestos conforme a un patrón regular tridimensional.El patrón representado en la figura se trata de la estructura cristalina cubica de mallas centradas; los átonos se encuentran en la esquinas y en el centro de cubo.La malla es de solo 0.28 mm en sus aristas un grano típico se compone de alrededor de 1015 repeticiones de esta malla.Esta estructura cristalina del acero a temperatura ambiente es uno de los factores principales que determinan la metalurgia y las propiedades de los aceros

Acero inoxidable:

es una aleación de hierro y carbono que contiene por definición un mínimo de 10,5% de

cromo. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes.

Los principales son el níquel y el molibdeno.

“Su principal característica es su alta resistencia a la corrosión. Esta resistencia es debido

a la formación espontánea de una capa de óxido de cromo en la superficie del acero.

Aunque es extremadamente fina, esta película invisible está firmemente adherida al metal

y es extremadamente protectora en una amplia gama de medios corrosivos.

Dicha película es rápidamente restaurada en presencia del oxígeno, y así daños por

abrasión, corte o mecanizados son reparados rápidamente. Esto se puede ver en la Figura.

a) El acero inoxidable forma una capa de óxido de cromo. b) Cuando es rayado, esta película protectora es removida. c) La capa protectora es restaurada

Para aumentar la resistencia a la corrosión el cromo puede aumentarse y pueden añadirse

otros elementos tales como níquel o molibdeno. El grado de impenetrabilidad de la capa

de óxido en ciertos ambientes depende no sólo de la composición de la aleación, sino

también en el medio específico, de la temperatura de éste, y de la concentración del

agente corrosivo.

Ventajas

del acero

inoxidable

Principales elementos aleación y su influencia.

Clasificación de los aceros inoxidables: Con objeto de entender la clase y nomenclatura

de los aceros, es necesario establecer que la estructura interna de los metales está

compuesta de un arreglo entre los átomos que forma una red espacial y que para su

estudio se ha llamado estructura cristalina.

El hierro existe en tres formas cristalinas que son: alfa, gama y delta en diferentes y

específicas temperaturas, desde la temperatura ambiente y hasta el punto de fusión. Los

límites específicos que definen estas formas alotrópicas varían con el contenido de

carbono, y las estructuras cristalinas varían de acuerdo con su capacidad para disolver el

carbono. Ferrita es el cristal centrado en el cuerpo con una capacidad muy limitada de

disolver carbono; austenita es la forma gama (γ-austenita) y es un cristal centrado en la

cara con alta capacidad de disolver carbono. Ferrita cambia a austenita a temperaturas

que disminuyen desde 910°C conjuntamente con el incremento de carbono y el

enfriamiento lento permite un gradual y ordenado regreso a ferrita. Sin embargo cuando

la aleación Fe-C es enfriada rápidamente, el carbono queda fuera de la solución y produce

una estructura acicular llamada martensita, la cual es muy dura. Estos tres términos

martensita, ferrita y austenita son también las descripciones de las tres principales

familias de aceros inoxidables.

Diagrama simplificado de fases del sistema binario hierro-carbono

Propiedades, composición y características:

Características de las microestructuras de los aceros inoxidables según la clase.

a) Microestructura acero Inoxidable Martensítico. Acero 410. b) Microestructura de un

acero inoxidable ferrítico 430, con una matriz ferrítica y partículas de carburos dispersas.

c) Microestructura de un acero inoxidable austenítico 316 con una matriz 100%

austenítica. d) Microestructura típica de un acero inoxidable dúplex 2205. e)

Microestructura de un acero inoxidable endurecible por precipitación mostrando una

matriz austenítica con martensita y ferrita.

5. ¿QUÉ ES CINETICA DE FLUIDOS?

CINETICA DE FLUIDOS

Fluido.

Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre

cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que

los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas

tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con

un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).

Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas

cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los

gases. En el cambio de forma de un fluido la posición que toman sus moléculas varía,

ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma

del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases

carecen tanto de volumen como de forma propias. Las moléculas no cohesionadas se

deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están

conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos

(casi fluidos ideales).

Cinética

La cinética de fluidos se ocupa de la descripción del movimiento de las partículas fluidas, sin preocuparse por las fuerzas que causan ese movimiento ni por las fuerzas que ese

movimiento origina. Así que los asuntos tratados se refieren a la posición de las partículas, a su velocidad, al cambio de velocidad y a las variables asociadas directamente con la descripción del movimiento.

Magnitudes

Conviene recordar los tipos de magnitudes que ocurren en la física de los fluidos: magnitudes numéricas (#), escalares (E), vectoriales (V) y tensoriales (T).   Todas ellas serán útiles y necesarias para describir el movimiento de los fluidos.  Ejemplo de cada tipo de magnitud: el coeficiente 2, la temperatura 25 ºC, la velocidad 60 km/h hacia el norte y la matriz de esfuerzos, respectivamente.

En la dinámica de partículas y de cuerpos rígidos, es posible describir el movimiento de c/u delos cuerpos en forma separada y discreta. En un sistema deformable (fluido) existe un número infinito de elementos, lo que hace imposible la descripción del movimiento individual de cada uno. Se describe entonces la velocidad de todas las partículas en función de coordenadas espaciales:

 Esta se llama aproximación mediante un campo. En el caso de velocidades es un campo vectorial, pero con variables como temperatura y presión se habla de campos escalares. Si la dependencia temporal se elimina, se trata de un régimen permanente.

Cuando hablamos de cinemática, hablamos de movimiento y entonces lo que se presenta son las descripciones de los diferentes tipos de movimientos de una partícula de fluido y temas relacionados como la ecuación de conservación de masa, operador derivada sustancial o total y teorema de transporte de Reynolds.

Para hacer referencia al espacio físico se usan las variables x,y,z, Figura adjunta, para los tres ejes de coordenadas cartesianos y t para el tiempo. Así se tienen las cuatro variables independientes x,y,z,t, en función de las cuales se definen las dependientes como velocidad v(x, y, z,t) y presión P(x, y, z,t), entre otras. En particular la velocidad y la presión son denominadas variables primarias. Luego la cinemática consiste en detallar paso a paso como se definen todas las variables que definen el movimiento y la deformación de un fluido.

Para hacer referencia al fluido se considera una partícula del mismo, tal como fue definida anteriormente. Es decir por partícula de fluido se entiende un conglomerado suficientemente grande de moléculas, de forma que se puedan definir apropiadamente las variables como velocidad, densidad, etc, en un punto del espacio. Y una forma conveniente de imaginar una partícula del mismo, es con forma cúbica porque facilita su estudio usando ejes cartesianos y en dos tiempos suficientemente próximos, de tal forma que la misma no se llegue a desintegrar desde un punto de vista macroscópico.

Líneas de corriente describiendo el movimiento de un fluido en el espacio

En primer lugar, partiendo de los conceptos vistos en Física, se considera el movimiento de una partícula o cuerpo rígido en relación a un sistema de coordenadas en el espacio. Esta partícula tiene seis grados de libertad de movimiento. Es decir puede desplazarse en forma rectilínea según los tres ejes {x, y, z} y también´ puede girar alrededor de los mismos. Luego todo movimiento de un cuerpo rígido puede ser descompuesto según esos seis movimientos simples. Así se tiene,

Hasta ahí los grados de libertad de movimientos posibles de una partícula rígida. El nuevo fenómeno a considerar al analizar el movimiento de una partícula de fluido es la deformación.De los cursos de Física se sabe que las moléculas pueden tener solo una determinada distribución dentro de un cuerpo en estado sólido. Si queremos modificar esa distribución aplicando una determinada fuerza, el cuerpo rompe cuando la fuerza excede algún limite. En contraste, los fluidos no tienen esa restricción al movimiento relativo de las moléculas, con lo cual, por ejemplo, adoptan la forma del recipiente que los contienes. Es decir modifican su forma o de forman ante un esfuerzo por mínimo que sea. Sin embargo Ia deformación es una propiedad fundamental de los fluidos, la cual requiere también un nivel mayor de detalle para describir el movimiento del mismo.

Características de un fluido:

Movimiento no acotado de las moléculas. Son infinitamente deformables, los

desplazamientos que un punto material o molécula puede alcanzar en el seno del

fluido no están acotados (esto contrasta con los sólidos deformables, donde los

desplazamientos están mucho más limitados).

Compresibilidad. Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante,

los líquidos son altamente incompresibles a diferencia de los gases que son altamente

compresibles.

Viscosidad, aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos.

Distancia Molecular Grande: Esta es una de las características de los fluidos en la

cual sus moléculas se encuentran separadas a una gran distancia en comparación con

los sólidos y esto le permite cambiar muy fácilmente su velocidad debido a fuerzas

externas y facilita su compresión.

Fuerzas de Van der Waals: Esta fuerza fue descubierta por el físico holandés

Johannes Van der Waals, el físico encontró la importancia de considerar el volumen

de las moléculas y las fuerzas intermoleculares y en la distribución de cargas

positivas y negativas en las moléculas estableciendo la relación entre presión,

volumen, y temperatura de los fluidos.

Ausencia de memoria de forma, es decir, toman la forma del recipiente que lo

contenga, sin que existan fuerzas de recuperación elástica como en los sólidos.

6. APLICACIONES DE CINÉTICA DE FLUIDOS EN MINERÍA

APLICACIONES DE CINETICA DE FLUIDOS EN LA MINERIA

DRENAJE DE MINASEI estudio de los problemas de drenaje de minas tiene dos aspectos. El primero es el de mantener condiciones adecuadas de trabajo tanto a cielo abierto como en subterráneo, para lo que es frecuente la necesidad de bombeo de las aguas. El segundo aspecto del drenaje en las minas es la gestión de las interferencias de la operación en la hidrosfera. Esta gestión tiene normalmente los siguientes objetivos:

Minimizar la cantidad de agua en circulación en las áreas operativas; Reaprovechar el máximo de agua utilizada en el proceso industrial; Eliminar aguas con ciertas características para que no afecten negativamente la

calidad del cuerpo de agua receptor.Para alcanzar estos objetivos, la gestión incluye la implantación y operación de un sistema de drenaje adecuado a las condiciones de cada mina, además de un sistema de recirculación del agua industrial. Un sistema de drenaje tiene por objetivo proporcionar la recolección, transporte y lanzamiento final de aguas de escurrimiento superficial de modo que la integridad de los terrenos y las características de los cuerpos de agua receptores sean preservadas. De esta forma, el drenaje tiene por objetivo el control de la erosión, la minimización de la colmatación y la manutención de la calidad física y química de los cuerpos de agua receptores.

Las canaletas de drenaje deben transportar las aguas a una velocidad suficiente para que los sedimentos no se depositen en ellas. En general, pueden ser de tres tipos en cuanto a su sección transversal: circulares, triangulares y trapezoidales y pueden o no estar revestidas. EI caudal proporcionado por una canaleta es dado por la siguiente expresión:

Q = V.ADonde V = velocidad del agua (mis) y A = área de la sección mojada (m2)La velocidad del agua es dada por la «fórmula de Manning»:

Donde:V = velocidad del agua (mis)n = coeficiente de rugosidad del canal (no dimensional)R = radio hidráulico (m) [área de la sección transversal/perímetro mojado]DRENAJE ACIDOEl drenaje ácido de minas, pilas de estéril y de desechos es uno de los más graves problemas ambientales de la explotación minera. La presencia de minerales sulfurados en contado con el agua produce ácido sulfúrico presente en las aguas de drenaje, que puede presentar un pH extremadamente bajo, alcanzando el valor de 2,0.Vanas regiones mineras del mundo presentan problemas de drenaje ácido. El problema en verdad no es producto solamente de la explotación minera, aunque sea en esta actividad que se muestra de manera más conspicua; se ha hablado no sólo de drenaje ácido de minas, sino de drenaje ácido de roca, que puede resultar de cualquier movimiento de roca que exponga a los efectos del aire o del agua minerales de sulfuro, como en el caso de obras civiles.

La mineralurgia Técnica de concentración de los minerales utiliza equipos de reducción progresiva de tamaños como trituradores y molinos, que liberan entre sí las partículas minerales, y equipos de separación física o fisicoquímica en húmedo de las diversas especies valiosas liberadas como celdas de flotación y cribas hidráulicas. Al tratarse de una industria altamente generadora de desechos, emplea así mismo equipos de recuperación y acondicionamiento de efluentes como espesadores, filtros, balsas para disposición ecológica de estériles o relaves, etc., que permiten, además, reciclar el agua de procesoLa Mineralurgia está constituida básicamente de dos etapas principales que son: La liberación de los minerales valiosos de la ganga (Mineralurgia I – Chancado y Molienda), y Separación de estos minerales valiosos de la ganga, que comúnmente se le conoce como Concentración.

DEFINICIÓN DE FLOTACIÓN DE ESPUMAS

Se puede definir a la flotación de espumas como un proceso minralúrgico-químico-cinético, o también, la flotación de minerales en espumas es un proceso físico-químico, cuyo objeto es la separación de especies minerales valiosas de las no valiosas, a través del uso de la adhesión selectiva de burbujas de aire a las partículas minerales valiosos.La flotación desde sus inicios hasta nuestros días, en una forma amplia se aplica para la separación y recuperación de sustancias orgánicas e inorgánicas.

III. CONCLUSIONES

Las distintas formaciones especiales del estado sólido (cristales), se encuentran formando grupos especializados y con un correcto estudio de los mismos sirven para identificar los distintos tipos de minerales que existen a partir de su forma y propiedades físicas así como químicas.

Gracias a todas las propiedades físicas y químicas encontradas en el estado sólido de la Materia, podemos aplicarlas en muchas ramas afines en la ingeniería.

Es importante aprender a analizar el comportamiento de los fluidos cuando fluyen a través de tuberías circulares y por conductos de otras formas. Además se considera la energía del fluido según su velocidad, elevación y presión. Siempre tomar en cuenta las perdidas y ganancias de energía mientras el fluido pasa a través de los componentes de un sistemas de flujo de fluidos, permitirá que analice el rendimiento de dicho sistema

IV. BIBLIOGRAFÍA Y LINCOGRAFÍA Química Curso Preuniversitario Francisco Valls-Javier Ascacibar-

Constantino Marcos Química General Tomo 2 Armendáris Editorial DIMAXI S.A. Química general e inorgánica Héctor Fernández Serventi Losada S.A.

Buenos Aires Física y Química Canals Francesc Argos Vergara Barcelona http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2021.pdf http://es.scribd.com/doc/100072943/Informe-Estado-Solido http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/5543/mod_resource/content/1/

Tema_2_-_Reduccion_de_Tamano-Introduccion.pdf http://www.ing.unp.edu.ar/asignaturas/quimica/teoria/estado_solido.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido