Rectificar acero produce chispas. Rectificar aluminio no lo hace. ¿Por qué?
He encontrado este artículo sobre por qué moler acero produce chispas pero me gustaría confirmar si es cierto.
También me gustaría saber por qué se comporta así a nivel molecular si alguien puede explicarlo.
Algunos respuestas/comentarios se acercan bastante a la verdadera razón, pero se detienen en lugares comunes como "debe ser causado por la capa de óxido capa de óxido (de aluminio)". La razón fundamental es sencilla: el hierro es el único metal donde el óxido tiene un punto de fusión más bajo que el punto de fusión del metal. Esta es la razón de las chispas y por qué el hierro/acero es el único metal que se puede cortar con "oxicorte". Todos los demás metales desarrollarán una capa de óxido sólido que que impide que se siga quemando. Por supuesto, influye la "voluminosidad" de la pieza de acero y la concentración de oxígeno. la pieza de acero y la concentración de oxígeno.
Soy un ingeniero químico este problema exacto fue discutido en mi clase de ciencias de los materiales de segundo año, tiene que debido a algunos factores diferentes. El primero es la resistencia a la tracción del metal. Esta es la cantidad de estrés que el metal puede tomar antes de que se rompa. El acero tiene casi el doble de resistencia a la tracción que el aluminio, el acero también es mucho más frágil, lo que significa que cuando se rompe es más probable que se parta o se rompa que se doble como el aluminio. Así que cuando el aluminio es tocado por la piedra de afilar, simplemente se deformará y doblará en lugar de romperse en pequeños pedazos, cualquier pedazo que salga tendrá menos energía que una partícula de acero, ya que la deformación es menos abrupta. Ahora bien, también hay otro factor en juego, que tiene que ver con las capacidades térmicas, la energía libre de formación de Gibbs y la incandescencia. Mientras que algunos trozos de aluminio pueden salir volando de la piedra de moler, todavía no chispearán. Esto se debe a que la energía liberada por la fricción de la piedra de moler a la partícula en forma de calor y velocidad no es suficiente para permitir que el aluminio se incandescente o brille. Ahora el acero se incandesce o brilla como la oxidación ocurre porque esto es una reacción de combustión exotérmica como tiene mucho más energía inicialmente forma el "rompimiento" y la oxidación del hierro en Fe2O3 da causa el metal para incandesce antes de la fusión de potra y oxidación.
No estoy del todo seguro de cuál es la respuesta a esta pregunta. Probablemente no sea sólo el calor por fricción, como afirma Parth Vader, ya que se puede encender la lana de acero gruesa con la llama de una cerilla y, sin embargo, el aluminio "atomizado" de 100 mallas, mucho más fino, no se encenderá en las mismas condiciones ("atomizado" se refiere al método de fabricación de expulsión del metal fundido con gas inerte a través de un orificio que induce la turbulencia en una cámara de refrigeración, y la palabra simboliza la morfología microscópica de las partículas resultantes).
Del mismo modo, cualquiera que haya cogido un soplete para una hoja de papel de aluminio sabe que no se encenderá, a pesar de que su superficie es mucho mayor que la de la lana de acero.
La respuesta debe tener que ver con algún tipo de química, y en particular con la velocidad a la que se forma el óxido. Pruebe el siguiente experimento: mezcle soluciones equimolares de sulfato ferroso y oxalato de sodio, filtre el precipitado amarillo, séquelo y luego pirolícelo en un tubo de ensayo. El polvo de hierro resultante estalla en llamas en contacto con cualquier oxígeno (aunque no tengo una referencia del diámetro de las partículas).
Mientras tanto, un paseo rutinario por eBay o Firefox-FX revela que los polvos de aluminio con tamaños de partícula del orden de 3000 mallas o menores están fácilmente disponibles, y estos obviamente no son pirofóricos.
Por lo tanto, aunque la piroforicidad es probablemente el principal culpable, no tengo ninguna explicación de por qué. El aluminio es mucho más electronegativo que el hierro, con un valor de 1,5 frente a 1,8, y es bien sabido que tiene una entalpía de combustión mucho mayor (tanto en escala molar como por masa). Los espesores medios de las películas de óxido de hierro y aluminio también son supuestamente comparables, del orden de 3 nanómetros, por lo que, a menos que el acero al carbono actúe de forma diferente, no puede deberse a la tan citada propiedad de pasivación de la capa fina del aluminio.
Sin embargo, estoy dispuesto a apostar que alguien que trabaje en la ciencia de los materiales podría tener algo más que añadir.
Creo que la diferencia tiene que ver con la propiedades de la película de óxido. $\mathrm{Al}_2\mathrm{O}_3$ seguro es físicamente muy estable; supongo que por eso protege mucho mejor que el óxido de hierro.
Aunque la película de óxido podría cambiar las chispas de alguna manera, la causa principal de las chispas tiene que atribuirse a la fricción. Si estamos cortando una pieza metálica entera, la película de óxido sólo está en la superficie, ¿verdad? ¿Por qué se producen chispas en toda la superficie?
@ParthVader: Creo que has entendido el papel de la película de óxido al revés: la película de óxido impide la combustión, en lugar de promoverla. Las propiedades de la película de óxido, y la cinética de su formación, presumiblemente determinan la piroforicidad del material.
Hace muchos años, cuando era aprendiz de técnico en ingeniería mecánica y de producción, hice un curso de metalurgia, y me siento seguro de poder responder a esta pregunta. Sabemos que el acero arde en el aire. Si se calienta una partícula lo suficientemente pequeña, arderá hasta que se oxide por completo o el oxígeno no pueda llegar a la superficie del material. Lo mismo ocurre con el aluminio, pero cuando se oxida, el óxido forma una capa a prueba de oxígeno en la superficie. Esto impide que se siga oxidando. De hecho, el aluminio reacciona muy fácilmente al oxígeno del aire. Si se suelda aluminio, es necesario cepillar con alambre la zona que se va a soldar inmediatamente antes de soldar (la soldadura por arco sólo en aluminio) para que el electrodo pueda entrar realmente en contacto con el metal en lugar de con la finísima pero fuerte capa de óxido de aluminio de la superficie. Cuando el aluminio se rectifica, se calienta mucho, al igual que el acero. Esto significa que la capa de óxido se formará casi instantáneamente y sellará el oxígeno de la superficie del metal. Esto evitará que se siga quemando. El óxido de aluminio es un material extremadamente resistente e insultante. Es el material cerámico blanco de la parte superior de una bujía, por ejemplo.
Aunque la fricción juega un buen papel, la estructura molecular de cada metal desempeña un papel más importante. Sólo hay que imaginar la diferencia entre la energía liberada por la madera seca en forma de sonido y la misma madera si está verde cuando se rompe de repente. El aluminio es más maleable que el hierro. Es algo que tiene que ver con las estructuras cristalinas, cuando los enlaces se rompen bruscamente por la fuerza aplicada. Mientras que el aluminio tiende a absorber mucho, el hierro resiste hasta ceder con gran energía liberada. En este caso, el sonido, el calor y la luz del hierro resistente. La presencia de oxígeno aumenta la oxidación para liberar la luz.
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