Elsmetalls de transició, oelements de transició principals, són aquellselements químics que, sia en l'estat fonamental, sia en algun dels seusestats d'oxidació, presenten unaconfiguració electrònica amb la capad parcialment ocupada.[1][2] Hi ha tres sèries de 9 elements cadascuna, que sumen en total 27 elements amb capesd parcialment ocupades, i que es reparteixen a les sèries que van de l'escandi Sc alcoure Cu (primera sèrie de transició), de l'itri Y a l'argent Ag (segona sèrie de transició) i la que comprèn ellantani La i els elements que van de l'hafni Hf a l'or Au (tercera sèrie de transició).[3]
Molts són tecnològicament importants: el titani, el ferro, el níquel i el coure, per exemple, s'utilitzen estructuralment i en tecnologia elèctrica. Formen moltsaliatges útils, entre si i amb altres elements metàl·lics (acer,acer inoxidable,bronze…). La majoria d'aquests elements es dissolen en àcids minerals, tot i que alguns, com el platí, l'argent i l'or, s'anomenen “nobles”, és a dir, que no són afectats per àcids simples (no oxidants). Sense excepció, els elements de la sèrie de transició principal formen compostos estables en dos o mésestats d'oxidació formals.[4]
S'anomenen elements de transició interna o delbloc f, als 28 elements amb capesd of parcialment ocupades, 14 de la família delslantanoides o primera sèrie de transició interna, que va delceri Ce alluteci Lu (amb elprometi Pm artificial), i 14 de la família delsactinoides, o segona sèrie de transició interna, que va deltori Th allawrenci Lr (a partir delneptuni Np són artificials).[3]
Els antics només coneixien cinc metalls de transició: coure, or, argent, ferro i platí. Elcoure fou utilitzat per primera vegada pels humans fa més de 10.000 anys. Unpenjoll de coure descobert a l'actual nord d'Iraq fou datat cap al 8700 aC. Durant gairebé cinc mil·lennis el coure fou l'únic metall conegut. Els primers estris de coure, primer decoratius, després utilitaris, foren, sens dubte, fabricats a partir delcoure natiu, coure pur que es troba junt amb minerals de coure en alguns llocs del món. Cap al 5 000 aC, ja havia arribat l'alba de lametal·lúrgia, ja que existeixen proves de la fosa de minerals com lamalaquita i l'atzurita.[5]
Al voltant de l'any 4000 aC l'or fou el segon metall en ser emprat. Cap al 3000 aC s'empravaargent i començava l'aliatge del coure. Durant molts segles, elbronze (aliatge de coure i estany) fou el metall dominant, sent utilitzat per a arades, eines de tota mena, armes, armadures i objectes decoratius.[5]
L'edat del bronze acabà sobtadament cap al 1200 aC, amb el col·lapse general del món antic i la interrupció de les rutes comercials internacionals. La manca d'estany propicià l'inici l'edat del ferro, no perquè elferro fos un material superior, sinó perquè estava àmpliament disponible.[5]
Probablement, l'exemplar de platí més antic treballat és el procedent d'un taüt egipci antic del segle vii aC, desenterrat aTebes,Egipte, i dedicat a la reina Shapenapit. Tanmateix aquest metall es desconeixia a Europa i Àsia durant els dos mil·lennis següents, tot i que a la costa del Pacífic deSud-amèrica el coneixien i el treballaven, tal com demostren els aixovars funeraris de fa uns 2 000 anys.Antonio de Ulloa el redescobrí el 1735.[6]
El primer metall de transició descobert al segle xx fou l'hafni (1922) i després elreni (1925), completant-se amb ells els vint-i-sis elements de transició que es troben a la natura. El reni també fou el darrer element químic estable en ser descobert.[6]
Eltecneci fou sintetitzat el 1937 i és l'únic element de transició que no fou aïllat de l'escorça terrestre. Tots els isòtops del tecneci són radioactius; fins i tot la vida mitjana de l'isòtop més estable, el tecneci 97, és massa curta per permetre la supervivència del tecneci primordial a l'escorça de la Terra. Tanmateix, el tecneci es pot aïllar en quantitats considerables dels productes defissió delsreactors nuclears, i és almenys tan fàcilment disponible per a l'estudi químic com l'element similar de reni natural, del qual no hi ha minerals concentrats.[6]
L'àtom d'argó Ar té unaconfiguració electrònica1s²2s²2p⁶3s²3p⁶. Els dos elements següents a l'argó de lataula periòdica són elpotassi K, amb un sol electró a unorbital atòmic4s¹, i elcalci Ca, amb dos electrons4s². A causa de la presència dels electrons4s, els orbitals3d estan menys blindats que els orbitals4p; per tant, la primera sèrie de transició regular comença en aquest punt amb l'elementescandi Sc, que té la configuració electrònica [Ar]4s²3d¹. A través dels nou elements següents, per ordre creixent del nombre atòmic, s'afegeixen electrons als orbitals3d fins que, a l'elementzinc Zn, s'omplen completament i la configuració electrònica és [Ar]3d¹⁰4s² i deixa de ser un element de transició. Els orbitals de4p són llavors els de menor energia, i s'omplen a través dels sis elements següents, el sisè dels quals és el següent gas noble, elcriptó Kr.[4]
Variació delradi atòmic dels lantanoides iradi iònic dels cations. S'observa una disminució molt regular en avançar a la sèrie a causa de l'increment de la càrrega nuclear i a què els electrons se situen tots en els orbitals4f. Els màxims són deguts a configuracions dels orbitals4f plens o semiplens.
Al llarg del següent període, el patró de variació de les energies orbitals és similar a l'immediatament anterior. Quan s'ha aconseguit la configuració del gas noble, el criptó, l'orbital5s és més estable que els orbitals4d. Per tant, els dos electrons següents entren a l'orbital5s, però després els orbitals4d cauen a una energia inferior als orbitals5p, i la segona sèrie de transició regular comença amb l'elementitri Y. Els electrons continuen afegint-se als orbitals 4d fins que aquests orbitals s'omplen completament a la posició de l'element cadmi, que té una configuració electrònica [Kr]4d¹⁰5s². Els sis electrons següents entren als orbitals 5p fins que s'aconsegueix una altra configuració de gas noble a l'elementxenó Xe. De manera anàloga als dos períodes anteriors, els dos electrons següents s'afegeixen al següent orbital disponible, és a dir, a l'orbital6s, produint els dos elements següents,cesi Cs ibari Ba. En aquest punt, però, l'ordenació dels orbitals es torna més complexa del que havia estat anteriorment, ja que ara hi ha orbitals4f no emplenats, així com els orbitals5d, i els dos conjunts tenen aproximadament la mateixa energia. A l'element següent, ellantani La, s'afegeix un electró als orbitals5d, però l'element immediatament següent,ceri, té dos electrons als orbitals4f i cap als orbitals5d. A través dels següents 12 elements, els electrons addicionals entren als orbitals4f, tot i que els orbitals5d només tenen una energia lleugerament superior. Aquest conjunt d'elements, que abasta des del lantani, on els orbitals4f encara estaven buits o a punt d'omplir-se, passant pelluteci Lu, en què els orbitals4f estan completament omplerts per 14 electrons, constitueixen elslantanoides, esmentats anteriorment. En aquest punt, els següents orbitals disponibles són els orbitals5d, i els elements delhafni Hf a l'or Au, la tercera sèrie de transició regular, corresponen al farciment successiu d'aquests orbitals5d. Després d'aquesta sèrie, hi ha de nou que s'han d'omplir els orbitals 6p i, quan s'aconsegueix, s'arriba al radó de gas noble.[4]
Elsradis atòmics dels elements entre Z = 72 i Z = 79 tenen radis inferiors al que hom esperaria per les tendències anteriors. Això és degut a la contracció delslantanoides.
Les semblances més sorprenents que comparteixen els elements en qüestió són que tots sónmetalls densos i que la majoria són durs, forts i brillants, tenenpunts de fusió i ebullició elevats i són bons conductors de la calor i de l'electricitat.[4]
Els radis atòmics disminueixen en avançar en el període. Una de les raons de la semblança generalment estreta entre els elements de la 2a i 2a sèrie de transició d'un grup determinat és l'anomenada contracció lantanoide. La sèrie d'elements coneguts com alantanoides es troba entre la segona i la tercera sèrie de transició regular i està formada pel farciment dels orbitals4f. Els orbitals5d i6s, que són els orbitals de capa de valència per als elements de la tercera sèrie de transició, estan protegits de manera imperfecta pels electrons4f de l'augment de la càrrega nuclear. En conseqüència, es produeix una contracció constant de la mida d'aquests orbitals a través de la sèrie d'elements lantanoides, amb el resultat net que elsradis atòmics iiònics delhafni, que segueixen immediatament la sèrie dels lantanoides, són gairebé idèntics als radis corresponents delzirconi, que es troba just a sobre del grup 4. Com que els àtoms de zirconi i hafni tenen mides gairebé idèntiques, així comconfiguracions electròniques anàlogues en tots els seusestats d'oxidació, la seva química i les propietats dels seus compostos són extremadament similars; de fet, és molt difícil separar els dos elements a causa de la gran similitud en les propietats dels seus compostos.[7]
Són metalls amb elevadadensitat degut a que tenen uns radis atòmics petits i empaquetaments compactes, incrementant-se en avançar dins del període i baixar lleugerament al final de la 2a i 3a sèries. Dins dels grups s'incrementa la densitat del 4t període al 6è. A la darrera sèrie són més altes que el que hom esperaria degut a que els radis són pràcticament iguals als de la 2a sèrie a causa de la contracció delslantanoides.[4]
La variació dels punts de fusió és regular als tres períodes, a partir del grup 3 creix fins a assolir un màxim al grup 6 (excepte a la 1a sèrie que, per poc, apareix el màxim al grup 5) i després descendeix. Dins de cada grup el valor més alt el té l'element del 6è període (excepte al grups 3 on és el més baix). El valor més alt correspon al tungstè amb 3 422 °C.[4]
Laresistivitat elèctrica disminueix des del primer element al grup 3 cap al darrer al grup 11, essent aquest els elements amb més baixa resistivitat de la taula periòdica. Al grup 7, on s'assoleix unaconfiguració electrònica semiplena dels orbitalsd, això ésd⁵, es produeix una desviació considerable amb un màxim de resistivitat.[4]
Selecció de propietats dels elements de transició[8]
Tot i que els metalls de transició tenen moltes similituds químiques generals, cadascun té una química pròpia detallada. Les relacions més properes solen trobar-se entre els tres elements de cadagrup de la taula periòdica, tot i que dins de cada grup l'element de la primera sèrie sol diferir més dels altres dos que no pas els uns dels altres. La majoria dels elements de la primera sèrie són més familiars i tècnicament importants que els membres més pesants del seu grup.
Algunes de les tendències químiques que es poden trobar a la primera sèrie de transició són:
Del titani al manganès, l'estat d'oxidació més alt que presenten, que sol trobar-se només enoxoanions,fluorurs oclorurs, correspon al nombre total d'electrons3d i4s de l'àtom. L'estabilitat d'aquest estat d'oxidació més elevat disminueix del titani a l'estat +4 al manganès a l'estat +7. Després del manganès, és a dir, per al ferro, el cobalt i el níquel, no es produeixen estats d'oxidació corresponents a la pèrdua de tots els electrons3d i4s; els estats d'oxidació més elevats en general es tornen progressivament més difícils d'aconseguir perquè l'augment de la càrrega nuclear fa que els electrons3d estiguin més lligats alnucli atòmic. Els estats d'oxidació molt elevats es produeixen només per alcrom (+5, +6), elmanganès (+5, +6, +7) i elferro (+5, +6) i a part dels fluorurs, com elfluorur de crom(V) (amb crom en estat +5) ifluorur de crom(VI) (amb crom en estat +6) i oxofluorurs com el fluorur de triòxid de manganès, (amb manganès en estat +7), la principal química d'aquests estats d'oxidació són els d'oxoanions com elpermanganat (estat +7),cromat (estat +6), iferrat (estat +6). Tots aquests compostos són potentsagents oxidants.[7]Estructura delcromat d'argent on s'observa la disposició tetraèdrica de l'anió cromat.
Elsòxids de cada element es tornen més àcids amb l'augment del nombre d'oxidació, i elshalurs són més covalents i susceptibles a lahidròlisi.
En elsoxoanions característics dels estats d'oxidació més elevats, l'àtom metàl·lic està envoltat tetraèdricament d'àtoms d'oxigen, mentre que en elsòxids formats en els estats d'oxidació inferiors els àtoms solen estar coordinats octaèdricament.
En els estats d'oxidació +2 i +3, els complexos en solució aquosa o en cristalls solen estar coordinats entre quatre, cinc o sis.
Els estats d'oxidació inferiors a +2 no es troben a les químiques habituals dels metalls de transició, llevat del coure. Els estats d'oxidació més baixos són, però, assolibles per a tots els elements que fan servir lligands del tipusmonòxid de carboni.[7]
Els elements de la segona i tercera sèrie de transició
Estats d'oxidació dels elements de transició. S'observa que s'assoleixen els valors més alts i més variats als elements situats al mig de la sèrie.
Tot i que els elements de la segona i tercera sèrie de transició per a un grup determinat tenen propietats químiques similars a les de l'element de la primera sèrie, mostren tanmateix diferències definitives respecte a l'element més lleuger del grup. Els següents exemples il·lustren aquest punt:
Tot i que el cobalt (de la primera sèrie) forma un nombre considerable decomplexos de coordinació tetraèdrics i octaèdrics en el seu estat d'oxidació +2, i aquest estat és característic en la química aquosa ordinària, els estats +2 delrodi (segona sèrie) iiridi (tercera sèrie) són rars i relativament poc importants.
L'ió manganès(2+) és molt estable i té una importància principal en la química delmanganès, però per altecneci i elreni l'estat d'oxidació +2 és poc més que una curiositat de laboratori.
Elcrom en el seu estat +3 forma un gran nombre de complexos de coordinació, que constitueixen un dels aspectes més coneguts de la química de l'element; mentre que els estats +3 demolibdè itungstè no són estats particularment estables en cap condició i formen només algunscomplexos de coordinació.Estructura tetraèdrica de l'anió pertecnetat al pertecnat de sodi.
Els anions oxo dels elements de primera fila en els seus estats d'oxidació més alts, per exemple, el cromat i el permanganat, són poderosos agents oxidants la química dels quals és essencialment restringit a aquesta funció; mentre que els seus anàlegs estequiomètrics, com elmolibdat (molibdè, estat +6),tungstat (tungstè, estat +6),pertecnetat (tecneci, estat +7) iperrenat (reni, estat +7), són força estables i tenen química extensa i diversa.
Hi ha, però, alguns casos en què es poden trobar analogies força vàlides i útils entre la química de l'element més lleuger i els dos elements més pesants del grup. Per exemple, la química dels complexos de coordinació delrodi en estat +3 és, en general, força similar a la dels complexos decobalt en estat +3. En general, però, hi ha diferències més consistents que les similituds entre el primer element i els elements més pesants de cada grup.
Per als metalls de transició més pesants, els estats d'oxidació més elevats són generalment més estables que els casos de la primera sèrie de transició; això és cert no només, com s'ha esmentat, per a les propietats delsoxoanions, sinó per alhalurs més alts també. Així, els elements més pesants formen compostos com l'òxid de ruteni(VIII),clorur de tungstè(VI),fluorur de platí(VI), etc., que no tenen anàlegs entre els elements de primera fila, mentre que la química dels ions aquo amb estats d'oxidació més baixos, especialment +2 i +3, que és una part tan dominant de la química dels elements més lleugers, és relativament poc important per a la majoria dels més pesants.[7]
Una de les raons de la semblança generalment estreta en química entre els elements de la segona i tercera sèrie de transició d'un grup determinat és l'anomenada contracció lantanoide. Com ja s'ha descrit, es produeix una contracció constant de la mida a través de la sèrie d'elements lantanoides, amb el resultat net que elsradis atòmics iiònics delhafni, que segueixen immediatament la sèrie dels lantanoides, són gairebé idèntics als radis corresponents delzirconi, que es troba just a sobre del grup 4. Com que els àtoms de zirconi i hafni tenen mides gairebé idèntiques, així comconfiguracions electròniques anàlogues en tots els seusestats d'oxidació, la seva química i les propietats dels seus compostos són extremadament similars; de fet, és molt difícil separar els dos elements a causa de la gran similitud en les propietats dels seus compostos. En moure’s al llarg de la tercera sèrie de transició, hi ha una divergència constant però lenta en les propietats del segon i del tercer element de cada grup, de manera que, al final, existeixen considerables diferències entre les del pal·ladi i del platí i de l'argent i l'or. Les diferències no són tan grans, però, com es podria esperar si no hagués intervingut la contracció lantanoide per evitar una major disparitat en les mides orbitals. Tot i que el niobi i el tàntal no són tan similars com el zirconi i l'afni, les diferències entre ells són lleus i, de la mateixa manera, el molibdè i el tungstè, el tecneci i el reni, el ruteni i l'osmi i el rodi i l'iridi presenten semblances marcades en les seves químiques.[7]
Diversos metalls de transició són importants per a la química dels sistemes vius, els exemples més coneguts són elferro, elcobalt, elcoure i elmolibdè. El ferro és, amb diferència, el metall de transició més estès i important que té una funció en els sistemes vius; lesproteïnes que contenen ferro, com lahemoglobina, participen en dos processos principals, el transport d'oxigen i les reaccions de transferència d'electrons (és a dir, oxidació-reducció). També hi ha una sèrie de substàncies que actuen per emmagatzemar i transportar el ferro mateix.[7]
Oxihemocianina
Tot i que s'entén que elcobalt és unoligoelement essencial en la nutrició animal, l'únic coneixement químic detallat de la seva acció bioquímica té a veure amb lavitamina B12 i els seus coenzims. Aquestes molècules contenen un àtom de cobalt unit en un anell macrocíclic anomenat corrina, que és similar a un anell deporfirina. El coure es troba tant en plantes com en animals i s'han aïllat nombrosesproteïnes que contenen coure. Lasang de molts animals inferiors, com aramol·luscs,cefalòpodes,gastròpodes idecàpodes, conté proteïnes respiratòries anomenadeshemocianines, que contenen àtoms de coure i semblen unir una molècula d'oxigen per dos àtoms de coure. Elsèrum humà conté unaglicoproteïna anomenadaceruloplasmina, la molècula de la qual conté vuit àtoms de coure; la seva funció biològica encara és incerta. Altres proteïnes, anomenadescerebrocupreïna,eritrocupreïna ihepatocupreïna, que es troben alcervell,eritròcits ifetge dels mamífers, respectivament, contenen aproximadament el 60 % del coure total d'aquests teixits; encara es desconeixen les seves funcions. Hi ha diversosenzims que contenen coure; en són exemples (1) àcid ascòrbic oxidasa (una oxidasa és un enzim oxidant), que conté vuit àtoms de coure per molècula; està àmpliament distribuït en plantes i microorganismes; (2)citocrom oxidasa, que conté hem i coure en una proporció 1: 1; (3) lestirosinases, que catalitzen la formació demelanina (pigments de color negre-marró que es produeixen al pèl, a la pell i a la retina d'animals superiors) i forem els primers enzims en què es va demostrar que el coure era essencial pel seu funcionament.[7]
Elvanadi es produeix àmpliament alpetroli, sobretot el deVeneçuela, i es pot aïllar com a complexos de porfirina, l'origen del qual no es coneix. El vanadi és present en altes concentracions en cèl·lules sanguínies (vanadòcits) de certs ascidis (esquitxades marines), aparentment en una substància curiosa, complexa i poc entesa que conté proteïnes anomenadahemovanadina, que es creu que serveix per al transport d'oxigen. Es creu que elmolibdè és un oligoelement necessari en les dietes animals, però no s'han establert la seva funció i els nivells mínims. Els bacteris fixadors de nitrogen utilitzen enzims que contenen tant molibdè com ferro. Un d'aquest enzims, o almenys una part d'aquest, que s'ha aïllat en estat cristal·lí, conté dos àtoms de molibdè i 40 àtoms de ferro. Aquesta proteïna en associació amb una altra, que només conté ferro, pot catalitzar la reducció del nitrogen gasós a compostos nitrogenats.[7]
Escandi. L'escandi i l'alumini donen aliatges molt resistents i durables que es fa servir en material esportiu de gamma alta combats de beisbol, quadres de bicicletes ipals de golf. També, com que és inert a les aigües salades, s'usa en la construcció de vaixells i dessaladores. L'òxid d'escandi s'empra enlàmpades de descàrrega d'alta intensitat per a il·luminar estadis, escenaris, etc. i eliodur d'escandi, afegit a leslàmpades de vapor de mercuri, augmenta la intensitat de la llum i dona una tonalitat similar a la de la llum solar.[9] L'escandi s'utilitza com acatalitzador per a convertir l'àcid acètic enacetona i compostos cíclics.[10]ElMuseu Guggenheim de Bilbao està revestit de plaques de titani.
Titani. El titani és usat aliat amb ferro en els acers perquè millora la refinació del gra i actua com a element desoxidant, i també és usat enacers inoxidables per a reduir-ne el contingut de carboni. Gràcies a la seva resistència a les altes temperatures, a la tracció, a la fatiga i a la corrosió, el titani i els seus aliatges s'utilitzen en la indústria militar (blindatge imíssils), en l'aeronàutica (aeronaus i naus espacials), en la fabricació de vaixells i en el revestiment d'edificis. L'òxid de titani(IV) és molt utilitzat com a pigment blanc intens i com a opacificant en paper, pintures, plàstics, alimentació, productes farmacèutics, etc. El titani és biocompatible, raó per la qual s'empra en instruments quirúrgics, implants mèdics i dentals i depírcings. Per la seva lleugeresa i resistència s'usa en la fabricació de bicicletes, cadires de rodes, crosses, raquetes de tenis, ulleres, etc.[9]
Vanadi. La principal aplicació del vanadi és l'aliatge ferrovanadi que s'utilitza com a additiu en la fabricació d'acers per a millorar les propietats mecàniques del ferro: eines, eixos de vehicles, ganivets, engranatges, blindatge de vehicles, etc. El vanadi, afegit a aliatges de titani i alumini, en millora la resistència mecànica i hi proporciona estabilitat a altes temperatures; aquests aliatges s'empren en la fabricació dels motors dels avions.[9] Elpentaòxid de divanadi s'utilitza per acatalitzar l'oxidació dediòxid de sofre atriòxid de sofreen la producció d'àcid sulfúric.[10]
Esquema d'unapila alcalina.Crom. El crom, gràcies a l'alta resistència a la corrosió, s'empra aliat amb ferro per a fabricaracer inoxidable (10 % – 30 % de crom)[11] i en el recobriment mitjançantelectrodeposició (cromat) de tot tipus de peces (metàl·liques, plàstiques) per a donar-los duresa i un acabat brillant inalterable. Els superaliatges de crom, resistents a la calor i a la corrosió, s'usen en la fabricació de motors d'avions i turbines de gas. Per la seva resistència a les altes temperatures, el crom s'utilitza com a elementrefractari en la fabricació de motlles per a la cocció de maons, per als forns de ciment i per a la fosa de metalls. L'òxid de crom(III) dona al vidre el color verd i és un dopant delcorindó (òxid d'alumini) que li confereix color vermell; s'utilitza en la fabricació derobins sintètics. Aliat amb elcobalt i elmolibdè s'empra per fabricarstents coronaris de cara a reduir l'estenosi de lesartèries coronàries (entre d'altres) que podrien originarinfarts.[9] L'alum de crom i elsulfat de crom(III) s'utilitzen en l'adoberia de les pells.[12]
Manganès. El manganès millora les propietats mecàniques delsacers i els confereix resistència al desgast, emprant-se en la fabricació decaixes de cabals,rodaments i eines de tall. És utilitzat en aliatge amb l'alumini en la fabricació de llaunes per a refrescos, perquè incrementa la resistència enfront de lacorrosió. Un complex del manganès s'addiciona a lagasolina per a augmentar-ne l'índex d'octà. Lareacció redox deldiòxid de manganès amb elzinc en medi d'hidròxid de potassi s'empra a lespiles alcalines. El manganès s'usa com a pigment marró en la fabricació de pintures,[9] i el diòxid de manganès s'empra com a pigment negre deceràmiques.[13]
Ferro. El ferro és el metall més utilitzat en l'obtenció de tota mena d'acer per a construir maquinària, automòbils, estructures, eines, etc. Elscatalitzadors de ferro s'utilitzen en la síntesi industrial d'amoníac. Elclorur de ferro(III) s'usa com a purificador d'aigües, en el tractament d'aigües residuals, com a colorant vermell en pintures i teixits, en el gravat industrial del coure per a la fabricació decircuits impresos. Elsulfat de ferro(III) és unagent reductor que s'empra en la reducció decromats en el ciment, i per a enriquir els aliments i tractar l'anèmia.[9]
Pigment blau de cobalt.Cobalt. L'estabilitat enfront de les variacions de temperatura i l'alta resistència i duresa que proporciona el cobalt alsacers el fan útil en la fabricació de motors i turbines dels avions, i d'eines de tall. Aliat ambsamari s'empra comimant amb una alta resistència a la desimantació, que s'instal·len en els motors de cotxes elèctrics perquè funcionen bé a altes temperatures. També l'aliatge ferro-cobalt té propietats magnètiques, i s'empra en forma de nanoaliatge per a mecanismes de segellat. Alguns d'aquests imants també s'utilitzen en els fonocaptadors (pastilles) de lesguitarres elèctriques. S'utilitza en la fabricació de pigments per a pintures, vidres blaus i ceràmiques. Així mateix s'usa com acàtode en moltes bateries recarregables com ara les d'ió liti. L'isòtopcobalt 60 produeixraigs gamma que s'utilitzen per a esterilitzar instruments quirúrgics, en controls industrials. L'elgiloy, aliatge de cobalt (40 %), níquel (20 %), crom (20 %) i molibdè, manganès i ferro en petites quantitats, s'usa en ortodòncia.[9]Fils de coure d'un conductor elèctric.
Níquel. El níquel s'empra en la fabricació d'acers inoxidables austenítics (amb més d'un 7 % de níquel). A l'aliatge de coure-níquel permet una millor resistència a la corrosió marina, a la contaminació biològica i una millor ductilitat. S'utilitza en recobriments electrolítics antioxidants (niquelat). Forma un aliatge amb el titani que té «efecte memòria», i s'empra en correctors dentals istents. S'empra en lesbateries de níquel i hidrur metàl·lic i de sodi i níquel que treballen a altes temperatures. El níquel intervé en la fabricació dels imants permanentsalnico, formats per alumini, níquel i cobalt sinteritzats. El níquel s'utilitza en la fabricació de monedes.[9]
Coure. Per la seva baixaresistivitat elèctrica (1,678 × 10–8 Ωm a 20 °C), només superada per l'argent (1,587 × 10–8 Ωm a 20 °C),[8] s'utilitza en la fabricació decable elèctric, per a fabricar components elèctrics, dispositius de transferència tèrmica i components electrònics (circuits impresos,bobinats i barres col·lectores). Per ser dúctil i mal·leable, s'empra en la fabricació de planxes, tubs i fils, així com de monedes. Elllautó, aliatge de coure i zinc, s'empra en la fabricació d'instruments de vent i aixetes; i el bronze, aliatge de coure i estany, s'usa en la fabricació d'hèlixs, estàtues i campanes. Aliat amb l'argent s'empra en lescatenàries de les vies dels trens, per a augmentar la temperatura de recristal·lització del coure i fer-lo així més resistent a les temperatures que assoleix amb la fricció delpantògraf. Elsulfat de coure(II) s'utilitza com afungicida ibactericida en agricultura.[9]
Zircònia groga.Itri. L'itri s'afegeix a aliatges de magnesi i alumini i aporta resistència a la corrosió. El granat sintètic, format per itri i alumini (YAG) i dopat ambneodimi, és el component bàsic dels potentslàsers Nd:YAG usats en soldadures i en el tallat de materials. Té un ús destacat en la tecnologia delsdíodes emissor de llum (LED) de color blanc i en elsllums fluorescents. Activat pelterbi, és usat com a material fosforescent (fosforòfor) blau i lila en la fabricació depantalles de plasma iLCD. L'òxid d'itri afegit al vidre i la ceràmica n'augmenta el punt de fusió i la resistència als cops. Els làsers NdYVO₄:YAG (neodimi-itri-vanadat/itri-alumini-granat) són de gran utilitat enoftalmologia,dermatologia iotorrinolaringologia. L'itri 90 és usat en el tractament delscàncers d'ossos, ovaris, pàncrees i de laleucèmia.[9]
Zirconi. Amb zirconi es fabriquen barres dels elements combustibles delsreactor nuclears, en forma de l'aliatge zircaloy perquè té alta resistència a la corrosió i baixa captura deneutrons en la secció transversal. S'empra en la fabricació de revestiments ceràmics esmaltats, molt resistents a la calor a la vegada que actuen com a opacificants. Les parts dels motors de les turbines de gas que han de resistir altes temperatures per a produir més electricitat i menysdiòxid de carboni estan protegides amb una fina capa ceràmica altament refractària, composta per un òxid de zirconi i itri. L'òxid de zirconi sintètic cúbic (zircònia) té unaduresa de 8,5 en l'escala de Mohs i s'utilitza en la fabricació d'implants dentals i en pròtesis ceràmiques per a corregir la deformació dels dits (hallux rigidus), ja que és biocompatible i per a fabricar ganivets, rodaments mecànics i discos abrasius.[9] També s'empra en joieria com agemma d'imitació per la seva duresa i altíndex de refracció (2,2076 per a llum de 632,8 nm).[14]
Niobi. El niobi s'utilitza en la producció d'acer perquè li confereix duresa, acritud, millora la soldabilitat i redueix la seva densitat. Els acers inoxidables microaliats amb niobi s'utilitzen en components estructurals refractaris d'automòbils i aeronaus i en la fabricació de canonades degas natural enzones àrtiques. S'utilitza ensuperaliatges de níquel, cobalt i ferro emprats en components de lestoveres dels coets espacials. S'empra en la fabricació de condensadors perquè, gràcies a la seva constant dielèctrica alta, és capaç d'emmagatzemar càrregues elèctriques. Serveix per a produir camps magnètics molt forts, ja que éssuperconductor a baixes temperatures. Elscamps magnètics produïts per l'aliatge niobi-titani fan aquest material útil per als equips deressonància magnètica nuclear i en elsacceleradors de partícules. S'afegeix al vidre per incrementar l'índex de refracció i fer més primes les lents correctives de les ulleres. Elniobat de liti s'utilitza en la fabricació de dispositius de comunicacions òptiques.[9]Stent coronari.
Molibdè. El molibdè s'empra enacers ràpids; ensuperaliatges per a ganivets, rodaments i foses de ferro resistents a la corrosió, al desgast i a les altes temperatures, usades en la fabricació de peces per a aeronaus, contactes elèctrics i motors industrials. A laindústria del petroli s'empra com acatalitzador. El bisulfur de molibdè s'utilitza en forma de greix lubricant perquè resisteix altes temperatures de treball mecànic sense perdre les característiques lubricants i la consistència. El molibdè és un conductor elèctric ceràmic usat principalment com a filament en aparells que funcionen a temperatures elevades. Elmolibdat de sodis'utilitza com a fertilitzant en els conreus decoliflor. Actualment s'utilitza el molibdè, aliat amb el cobalt i el crom, per fabricarstents coronaris per reduir l'estenosi de lesartèries coronàries (entre d'altres) que podrien originarinfarts.[9]
Tecneci. Eltecneci 99m és un dels radiofàrmacs més utilitzats en procediments de diagnòstic de funcionament d'òrgans del cos humà (cor, cervell, tiroides, pulmons, ossos, sang). Emetradiació gamma de 140 KeV detectable pels aparells degammagrafia.
Ruteni. El ruteni aliat ambplatí ipal·ladi serveix per a millorar la resistència al desgast que s'empren com a recobriment en els contactes elèctrics. L'addició d'un 0,1 % de ruteni al titani millora en cent vegades la resistència a lacorrosió. Aliat amb molibdè es converteix ensuperconductor. Atès que és uncatalitzador molt versàtil és de molta utilitat en diferents processos químics industrials. Enjoieria s'empra per a augmentar l'estabilitat de l'or i aliat ambpal·ladi per a fabricar joies. En la indústria electrònica s'empra en la fabricació deresistors.[9]
Rodi. El rodi és un component delsconvertidors catalítics per alstubs d'escapament dels vehicles, on completen la combustió del combustible. En les joies d'argent i or gris s'aplica una capa fina de rodi (rodiat) que millora l'aparença òptica i evita el desgast i l'oxidació de l'argent. És un catalitzador del procés de transformació delshidrocarburs i de la producció d'àcid nítric. S'utilitza en la fabricació de contactes elèctrics que han de treballar amb molta freqüència i en la preparació determoparells rodi-platí.[9]Convertidor catalític.
Pal·ladi. El pal·ladi té com a principal aplicació elsconvertidors catalítics, usats en elcraqueig del petroli, i de catalitzadors d'automòbils, on es completa la combustió del combustible. El pal·ladi s'usa com a reactiu en els reactors de membrana que s'empren en la producció d'hidrogen d'alta puresa i com a catalitzador en l'eliminació de substàncies tòxiques delsaqüífers. L'estabilitat química i laconductivitat elèctrica del pal·ladi el fan una alternativa a l'ús de l'or en els components electrònics, com els condensadors ceràmics de multicapa (MLCC) utilitzats en reproductors multimèdia itauletes tàctils, en les pistes conductores de pal·ladi i argent, en circuits integrats híbrids (HIC) o en connectors. S'utilitza enodontologia per a fabricar ponts i corones dentals, ja que proporciona resistència, rigidesa i durabilitat, i aliat amb argent esdevé més mal·leable. El radioisòtop pal·ladi 103 s'empra en el tractament delcàncer de pròstata. El pal·ladi s'utilitza combinat amb l'or i l'argent per a fabricar l'aliatge anomenator blanc.[9]Joia d'argent.
Argent. L'argent s'alia amb l'estany per a soldar els dispositius electrònics a les plaques decircuits impresos. Petits aparells electrònics, com rellotges analògics, solen utilitzar bateries d'argent-zinc per la seva llarga vida i energia. L'argent és un metall preciós molt usat en joieria que, aliat amb or, li confereix duresa. Les sals d'argent s'empren com a catalitzadors de reaccions d'oxidació en la producció deformaldehid a partir demetanol i elnitrat d'argent com a catalitzador en laindústria petroliera. S'utilitza en lesbarres de control delsreactors nuclears d'aigua a pressió (PWR) en forma d'aliatge ambindi (15 %) icadmi (5 %). També s'utilitza en la composició decèl·lules fotovoltaiques junt amb el silici, i aliat amb el coure en lescatenàries de les vies dels trens per a augmentar la temperatura de recristal·lització del coure i fer-lo més resistent a les temperatures que assoleix amb la fricció delpantògraf.[9]
Condensadors detàntal iòxid de tàntal(V).Hafni. Amb hafni es fabriquenbarres de control de lescentrals nuclears per la seva alta capacitat d'absorbirneutrons. Per les seves propietats mecàniques i la seva resistència a la corrosió, s'usa en els reactors nuclears d'aigua a pressió. L'hafni s'afegeix a aliatges de ferro, titani, niobi i tàntal perquè en millora les propietats mecàniques i la resistència a lacorrosió, que s'utilitzen en la indústria espacial per a la fabricació de coets i satèl·lits. També es fa servir en els elèctrodes de tall per plasma d'alta potència, als quals aporta una alta velocitat de tall dels acers, gran precisió i millor acabat que el dels elèctrodes de tall amb oxigen (oxitall). S'usa enbombetes d'incandescència de projecció com a absorbent de gasos, com l'hidrogen i el nitrogen, a causa de la seva afinitat per aquests gasos.[9]
Tàntal. El tàntal i l'òxid de tàntal(V) s'empren en la producció decondensadors de mides molt reduïdes que permeten la miniaturització dels dispositius electrònics, com telèfons intel·ligents, videoconsoles, microprocessadors, aparells de ràdio, armes «intel·ligents», míssils, etc.[15] Amb òxid de tàntal(V) s'han dissenyatmemòries d'accés aleatori ReRAM[16] i també s'addiona al vidre per a augmentar-ne la transparència i l'índex de refracció alhora que el fa més lleuger i que s'empren en objectius decàmeres fotogràfiques. Elcarbur de tàntal es molt resistent i s'empra en eines de tall i en la fabricació de motors que han de treballar a altes temperatures i en un ambient corrosiu. També es fabrica instrumental quirúrgic i aparells químics amb aquest metall.[9]
Disc de tall decarbur de tungstè.Tungstè. El tungstè, com que resisteix les temperatures altes i té una pressió de vapor molt baixa, fins i tot a altes temperatures, es pràcticament l'únic material utilitzat en la fabricació de filaments de les bombetes de projecció, les làmpades halògenes, les fluorescents, les de descàrrega d'alta intensitat, etc., i com a càtode emissor d'electrons (en tubs deraigs X). El tungstè forma, junt amb el carboni i el cobalt, elcarbur de tungstè (widia), un aliatge de gran duresa que s'utilitza en la fabricació d'eines de tall com ara freses, broques, serres, corones de perforació, etc i en les boles de les puntes de bolígraf. L'addició de tungstè (en un 10 %) augmenta la duresa total dels acers d'alta velocitat (HSS,High Speed Steels) i permet treballar a altes temperatures. Quan s'afegeix tungstè a l'acer es forma un superaliatge molt resistent que s'empra en la fabricació dels motors dels avions i de les turbines de generació d'energia. L'acer al tungstè s'usa en la fabricació dels discos de les serres de diamant, ja que n'augmenta la resistència. Els elèctrodes de tungstè amb tori s'usen en soldadures d'acers inoxidables i aliatges especials. El tungstè s'utilitza en la fabricació de pesos per a la pesca i enperdigons, en substitució delplom.[9]Plomí o tremp d'unaploma estilogràfica amb iridi.
Osmi. Els aliatges d'osmi amb platí i iridi permeten una gran resistència a la fricció i s'empren enllapis òptics, tremps deplomes estilogràfiques i algunes puntes debolígrafs. La seva alta conductivitat el converteix en una alternativa més eficaç i durable que l'or o el platí en productes electrònics. Eltetraòxid d'osmi s'utilitza en la detecció d'empremtes digitals.[9]
Iridi. L'iridi té elevada resistència a la corrosió i a la temperatura i gran duresa, per la qual cosa s'empra en aliatges. L'iridi s'usa en la fabricació de gresols, com ara els recipients metàl·lics refractaris utilitzats ensiderúrgia, en la fabricació de vidre i de pigments. També s'utilitza en la producció de tot tipus de peces que requereixin una elevada resistència a les temperatures altes. Elradioisòtop iridi 192 s'usa com a font deradiació gamma per al tractament de vàrius tipus de càncer. Alguns compostos d'iridi són emprats com a catalitzadors per a la producció d'àcid acètic. S'utilitza en l'elèctrode debugies de llarga durada. Per ser tan dur, certsplomins deplomes estilogràfiques es recobreixen amb iridi per a donar-los més resistència al desgast.[9]Moneda de 100dòlars deplatí.
Platí. El platí s'empra majoritàriament com acatalitzador en elsconvertidors catalítics dels vehicles, on completen lacombustió; en lespiles de combustible; i en el procés de producció debenzina i d'altres combustibles d'altíndex d'octà. També s'empra per a la fabricació debugies de llarga durada. Als discos durs d'ordinadors s'empra aliat ambcobalt, ja que en millora les propietats magnètiques, i indrementa la capacitat d'emmagatzematge de dades. Dos medicaments, elcisplatí i elcarboplatí, permeten el tractament de varis tipus de càncers. El platí és molt apreciat en la fabricació de joies per la seva gran lluïssor. Als laboratoris de química s'empra en forma de fils, gresols, filtres, elèctrodes. També s'utilitza en la fabricació de silicones per a motlles que han d'anar al forn (fins a 500 °C).[9]
Or. Les principals aplicacions de l'or són la joieria, la inversió econòmica, les reserves delsbancs centrals i l'encunyat de monedes commemoratives. L'or pur (de 24 ct) és tou i sols s'usa en forma de lingots per a inversió i fons estatals. En joieria s'usa en forma d'aliatge amb argent, coure, pal·ladi i níquel. És un excel·lent conductor de l'electricitat i no s'oxida, per la qual cosa s'utilitza en la fabricació de connectors elèctrics i electrònics,circuits impresos daurats,relés amb contactes daurats imicroxips. L'or s'utilitza en alguns tractaments per a reduir el dolor de l'artritis, també en la composició de certsstents (dilatadors de venes i artèries), ja que fa que es vegin millor alsraigs X. Elpa d'or és un full molt prim d'or batut (0,006 mm) emprat per a daurar diversos objectes d'art.[9]
_4_(17332744041).jpg)
.png)
.jpg)
