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TABLA DE CONTENIDO
OBJETIVOS
INTRODUCCIÓN
LA MAGNETITA
ANTECEDENTES
OBTENCIÓN
APLICACIONES Y USOSIMPACTOSCONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
OBJETIVOS
Investigar a fondo y comprender la importancia del papel que desempeña la
magnetita en la vida moderna; analizando origen, los diversos métodos de
obtención, sus propiedades, aplicaciones y usos en la actualidad en pro del
desarrollo tecnológico e industrial para satisfacer nuestras necesidades.
Observar y analizar el impacto económico, ambiental y social que causa el uso de
la magnetita en la industria a nivel global.
Abstraer conocimientos que nos ayuden a comprender los beneficios de la
magnetita en la industria y en la vida moderna, contribuyendo así en nuestra
formación como ingenieros químicos.
Conocer cronológicamente la importancia de la magnetita a través de la historia,
observando su evolución como material tecnológico.
INTRODUCCION
Desde la antigüedad, el hombre ha utilizado las propiedades de la magnetita para
comprender y dominar la naturaleza del fenómeno llamado magnetismo,
permitiéndose así guiarse usando el campo magnético del planeta tierra;
posteriormente, el hombre ha aprovechado más eficientemente las ventajas y
características de la magnetita con aplicaciones tan relevantes como la medicina y
la astronáutica, y tan nefastas como las ciencias militares y la guerra.
Biológicamente la magnetita juega un papel protagónico en
la vida de los seres vivos en cuanto a la orientación, la manifestación de los
instintos y necesidades migratorias; formando parte de la anatomía animal
estando presente en ejes funcionales importantes tales como el sistema
nervioso, circulatorio y óseo, debido a que es el material más denso y duro
sintetizable por un ser vivo.
Por su versatilidad y propiedades especiales la magnetita, se ha convertido en un
material indispensable para el desarrollo tecnológico en la actualidad.
Por esto es importante conocer mediante el análisis e investigación, las
propiedades y características, fuentes y antecedentes, aplicaciones e impactos de
la magnetita en la vida moderna.
LA MAGNETITA
La magnetita Fe3O4, es un óxido de hierro, ferromagnético y semiconductor, de
un color negro muy intenso. Posee valencia mixta (Fe2++Fe23++O42-), en el cual
algunos iones ferrosos y férricos comparten los electrones de valencia, lo que
permita que sea un compuesto frecuentemente no estequiométrico, tiene la
capacidad de aceptar en su estructura cristalina la presencia de cationes como
Cr3+, Al3+, Cu2+, Mn2+.
Es relativamente abundante en la naturaleza, se encuentra dispersado como
mineral incorporado a rocas ígneas y
metamórficas. Muchos de los granos negros
que se pueden observar en la arena de los
ríos, lagos y mares están compuestos por
este material.
Gracias a estas características, es un
material adecuado para evaluar en el
laboratorio diversos modelos teóricos, sobre
todo, los relacionados con el magnetismo.
La propiedad magnética de esta sustancia
se debe a que en su composición están
presentes dos tipos de hierro (Fe2 y Fe3)
esto aumenta el flujo de electrones, con lo
que se genera un potente campo magnético
natural.
La siguiente tabla, recopila información
básica acerca de la magnetita:
ANTECEDENTES
El primer material magnético que el hombre observó en la naturaleza, experimentó
y usó tecnológicamente, fue el mineral llamado magnetita, Fe3O4, un material
sólido natural no metálico que puede atraer hierro. Esta propiedad fue registrada
por primera vez en la historia en escritos griegos conocidos alrededor del año 800
a.C. Su significado científico y tecnológico fue apreciado y usado tiempo después.
La magnetita fue el primer material magnético usado tecnológicamente porque
formó la primera brújula, instrumento de navegación y orientación fundamental
para el hombre, sobre todo durante los siglos pasados.
El origen del descubrimiento de la magnetita como imán natural no puede
asignarse a un solo lugar o pueblo; además, diversas leyendas envuelven su
origen.
• La más extendida de ellas nos dice que ciertas piedras, muy abundantes en
Magnesia, región de Grecia, atraían fuertemente objetos de hierro y de aquí se le
dio el nombre de magnetita a dicho mineral.
• En otra se dice que el pastor Magnes, de allí magnetismo, se quedó pegado a
la tierra, ya que los clavos de sus sandalias fueron atraídos muy fuertemente por
estas piedras.
• En otras leyendas se habla de estatuas de hierro suspendidas en el aire
debido a su colocación en domos magnéticos.
Sus más antiguas referencias datan de los años 600 a.C.
• Fue Tales de Mileto (625 a. C. y 545 a. C.) el primer filosofo que estudio la
propiedad de atracción de ciertos metales presentes en el mineral denominado
"magnetita".
• Dos siglos después, Platón hizo decir a Sócrates que la magnetita no sólo atraía
anillos
de hierro, sino que les impartía un poder similar para atraer a otros anillos,
fenómeno que en la actualidad llamamos magnetización por inducción. De esta
manera se formaban cadenas de anillos, colgados unos de otros.
• En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito
del siglo IV a. C. titulado Libro del amo del valle del diablo: “La magnetita atrae al
hierro hacia sí o es atraída por éste”.
Gracias a peculiaridad de la magnetita en la antigüedad se consideró como
símbolo de virilidad:
• Los griegos consideraban que convertida en amuleto, dotaba de fuerza y valor a
los luchadores que ofrecían su espectáculo al público.
• Los emperadores romanos solían regalar anillos o colgantes de magnetita a sus
gladiadores favoritos para que vencieran en las contiendas.
• Los bárbaros que invadieron Europa llevaban colgantes de esta piedra para
ganar valor durante la batalla.
• En los países árabes, sin embargo, este amuleto se utilizaba para dotar de
benevolencia a quien lo llevara.
• Asirios y sumerios poseían una fórmula mágica en la que sumergían la
magnetita, y luego empleaban el aceite para untarse el cuerpo antes de participar
en orgías u otras situaciones amorosas en las que fuese preciso demostrar una
virilidad interminable.
En la Edad Media, en cambio, se consideraba que un puñal tallado en magnetita
siempre resultaba mortal, pues la piedra envenenaba la sangre humana.
Durante la Segunda Guerra Mundial la magnetita fue extraída y enviada en
grandes cantidades desde Kiruna; una ciudad del remoto norte de Suecia donde
se halla el más grande yacimiento de magnetita, hasta Alemania donde se
utilizaba para la industria armamentista nazi.
Una vez conocido el fenómeno magnético por el hombre, se dieron dos desarrollos
en extremo importantes a partir de él. Un desarrollo tecnológico, el cual fue la
brújula. Y otro desarrollo de conocimiento, el cual refiere a las investigaciones y
explicaciones del fenómeno.
En los últimos años se ha incrementado notoriamente el uso de la magnetita y de
otros óxidos de hierro, para colorear ladrillos de concreto. La rápida expansiones
tecnológica de la humanidad, desde la segunda guerra mundial, ha estimulado la
investigación sobre su obtención y sus aplicaciones en campos tan diversos como
el magnetismo, la biotecnología, la catálisis, la astronáutica, los nuevos materiales
y la medicina.
OBTENCION
Generalmente, la magnetita no es muy abundante, pero puede encontrarse en
diferente tipo de rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias, hasta en algunos
meteoritos. La mayoría de las rocas ígneas que se forman en las profundidades
contienen una pequeña cantidad de cristales de magnetita. La magnetita también
puede encontrarse en las rocas metamórficas que se formaron de las rocas
sedimentarias ricas en hierro.
La arena negra granulada que se encuentra en algunas playas, y en otros lugares,
está hecha de magnetita.
Existen algunos yacimientos de magnetita en ambientes de tipos diversos. Hay
gran abundancia de este material en la zona de Kiruna, Suecia. Otros yacimientos
conocidos son Alemania, Suecia, Rumanía, Italia, Austria, Finlandia y Suiza.
A través de diferentes métodos es posible obtener la magnetita en forma sintética,
mejorando notoriamente su pureza, propiedades y posibilidades de aplicación.
Entre dichos métodos se cuentan la hidrólisis de sales de hierro, la técnica sol-gel
y la síntesis a partir de otros óxidos.
La hidrólisis es la reacción del agua con una sustancia. Entre las sustancias que
pueden sufrir esta reacción se encuentran numerosas sales (en este caso una sal
de hierro, magnetita), que al ser disueltas en agua, sus iones constituyentes se
combinan con los H3O+con los OH-, procedentes de la disociación del agua. Esto
produce un desplazamiento del equilibrio de disociación del agua y como
consecuencia se modifica el pH. Las sales de los ácidos débiles o bases débiles
se hidrolizan por acción del agua, dependiendo el grado de la reacción de la
debilidad del ácido o la base. Es decir, cuanto más débil sea el ácido o la base,
mayor es la hidrólisis.
El método de sol-gel es empleado para obtener nano películas de óxidos
metálicos, el cual es un método económico y relativamente fácil. Un sol es una
suspensión coloidal de partículas sólidas en una fase líquida, donde las partículas
dispersas son los suficientemente pequeñas para permanecer suspendidas por el
movimiento Browniano. Y un gel es una red de material sólido conteniendo un
componente líquido, ambos componentes se encuentran en un estado altamente
disperso. La mayoría de los procesos de sol-gel se pueden categorizar en tres
métodos:
1. Un sol coloidal es preparado y las partículas coloidales (polvo) son precipitadas
del sol (usualmente por un cambio de pH). Los polvos resultantes se secan y se
procesan usando técnicas de procesamiento cerámico tradicionales.
2. Se prepara un sol, al igual que en el primer método, las partículas se enlazan
para formar un gel (en lugar de precipitarse), posteriormente, el gel se seca, para
formar una cerámica porosa y se calcina para cristalizar o densificar el material.
3.En este método, el gel se forma por la polimerización de unidades oligoméricas
(en lugar de partículas coloidales).
Tanto en el segundo como en el tercer método, las soluciones coloidales pueden
ser lanzadas, rociadas o sumergidas encima de los sustratos antes de la gelación.
El segundo método se conoce como el proceso de “sol-gel dip-coating”.
Una vez que se formó el sol, el sustrato (previamente tratado para asegurar una
buena adherencia) es sumergido en la solución coloidal y se retira de manera
uniforme en una ambiente especifico.
APLICACIONES Y USOS
La magnetita como mineral contiene un 72% de hierro (es el mineral con más
contenido en hierro), y esta se aplica en presencia de carbonato de calcio
(CaCO3) y coque (combustible derivado del carbón mineral) a altas temperaturas
para obtener hierro.
En los seres vivos la magnetita se encuentra sintetizada en la anatomía de
diferentes animales y organismos unicelulares que utilizan esta para orientarse en
el campo magnético de la tierra.
También es usada en navegación, para los mecanismos de la brújula, debido a
que obedece al campo magnético de la tierra, tiende a apuntar al polo norte
terrestre, es decir el polo sur magnético de la tierra.
En las construcciones se usa como añadido natural de alta densidad (4,65 hasta
4,80 kg/L) en hormigones y otros materiales resistentes, además provee
protección radiológica.
En el campo de la industria se aplica la magnetita para las tuberías de las calderas
ya que su estabilidad a altas temperaturas brinda protección a los tubos de la
caldera.
La magnetita ha sido un pigmento tradicionalmente utilizado en pinturas, linóleo,
textiles, vidrios convencionales y vidrios cerámicos, ya que produce
las tonalidades verde, azul claro y negro. La magnetita fue utilizada como
pigmento en obras rupestres; un ejemplo de esto son las pinturas de las cuevas de
Altamira en España, que datan del año 1600 a.C.
En el magnetismo, la magnetita es utilizada en la fabricación de imanes
permanentes y tiene aplicaciones tecnológicas en dispositivos de alta frecuencia,
almacenamiento de datos y grabaciones magnéticas de alta densidad. En estos
casos se emplean partículas ultra finas mezcladas con otro oxido de hierro
llamado magheita (Fe2O3) con una previa incorporación de cobalto y boro en su
estructura cristalina. Se pueden obtener polvos a escala manométrica, que
permiten un mayor almacenamiento de datos. Algunas magnetitas sintéticas
poseen comportamiento superparamagnetico, por lo cual se estudia actualmente
su empleo en la elaboración de cartuchos de tinta para impresoras y
fotocopiadoras.
En la biotecnología, la magnetita ha sido ensayada como inmovilizador de
enzimas y de otras sustancias empleadas para precipitar elementos tóxicos
presentes en aguas residuales.
Por su facilidad para absorber cationes metálicos y vapor de agua se esta usando
magnetita en sensores de gases o en mecanismos de seguridad que indican
escapes de gases.
Así mismo, está siendo utilizada en procesos de catálisis, pues, por ejemplo, se
comporta como un excelente catalizador para la descomposición de peróxido de
hidrogeno.
En la ciencia astronáutica la magnetita es útil en la reducción de dióxido de
carbono (CO2) a carbono, con producción de oxigeno, como método para
mantener la regeneración y el suministro constante de oxigeno en la naves
espaciales.
En medicina se emplea a la hora de realizar un examen por medio
de resonancia magnética, ya que antes de realizar este examen el paciente debe
tomar una dosis de una sustancia denominada “Medio de Contraste” con el
propósito de mejorar el contraste en las imágenes del órgano estudiado; esta
sustancia contiene en sus ingredientes un alto contenido de magnetita. Por otro
lado, se conocen estudios acerca de la utilización de magnetita en la elaboración
de suplementos alimenticios de hierro ayudando así a curar enfermedades como
la anemia y otras asociadas a la falta de hierro. En cardiopatías se usa una unidad
de circulación artificial, con el fin de incorporarla a corazones artificiales,
empleando sangre mezclada con partículas de magnetita, para posteriormente
aplicarle un campo magnético al fluido manteniendo así la circulación de la sangre.
Debido a sus potentes propiedades magnéticas, la magnetita, es utilizada en
tratamientos para combatir células cancerígenas.
En la actualidad se fabrican fibras de magnetita para la fabricación de materiales
compuestos utilizados en prótesis y en dispositivos para hornos de microondas.
Existen además, materiales compuestos superparamagneticos, con matriz
polimérica y una dispersión de magnetita, con aplicaciones en el campo de la
robótica y la inteligencia artificial.
IMPACTOS
Social:
En la actualidad, se han descubierto muchas aplicaciones de la magnetita en las
ciencias médicas, esto significa un impacto social positivo, ya que, se mejora la
calidad de vida de personas con afecciones a la salud, como, cardiopatías,
neuropatías, enfermedades relacionadas con la falta de hierro y cáncer. Gracias a
su magnetismo fuerte, facilita los procesos de resonancia magnética para
reconocimiento de órganos afectados por alguna
patología.
Por otra parte, la magnetita, ha contribuido como fuente importante de hierro y, por
consiguiente, acero; esto ha sido utilizado con fines bélicos. En la segunda guerra
mundial, la ciudad de kiruna (el yacimiento más grande encontrado de magnetita)
brindaba soporte al frente almenan nazi, enviándole enormes cargamentos de
magnetita para la fabricación de armamento.
Esto constituye un impacto social negativo.
Ambiental:
En el proceso de lavado de carbón mineral, se utilizan grandes cantidades de
magnetita, una vez terminado el proceso, los desechos (restos de magnetita y
arcilla de carbón) son vertidos en ríos, esto produce mucha contaminación a los
ecosistemas acuáticos e infertilidad en los terrenos aledaños.
Además, en la actualidad existen muchas alteraciones en el campo magnético de
la tierra causada por la cantidad de ondas electromagnéticas que el hombre ha
manipulado a través del tiempo para su beneficio, causando anomalías en la
orientación de animales que utilizan la magnetita sintetizada en su anatomía para
ubicarse, por ende puede existir una crisis ambiental ya que, estas alteraciones
afectan la orientación a la hora de migrar y buscar su hábitat.
Económico:
En la economía mundial, la implementación de la magnetita en procesos
industriales, ayuda a conservar la vida útil de equipos utilizados en la industria, tan
importantes como las calderas.
Como es el mineral con mayor concentración de hierro, es una fuente importante
de este, lo cual le da importancia en la economía; porque el hierro es muy utilizado
en la industria armamentista, y por ser esta la segunda industria más lucrativa del
mundo, se puede decir que la magnetita influye en la economía mundial
y la estabilidad económica de potencias militares como lo es Estados Unidos o
Rusia.
Además la magnetita usada en el fortalecimiento del hormigón le da valor
agregado a las construcciones influyendo así en la economía de las
construcciones
CONCLUSIONES
En conclusión la magnetita es un óxido de hierro multifuncional que tiene diversas
aplicaciones en la vida moderna, que nos da más expectativa de vida (avances en
medicina), pero que también nos puede llegar a quitarla (industria armamentista).
La magnetita tiene un impacto relevante en diferentes campos del contexto
mundial y aun se sigue avanzando en cuanto a usos de esta sustancia.
Para ingenieros químicos en formación es importante conocer propiedades de
sustancias aplicadas a la vida moderna como la magnetita para ampliar su visión
ingenieril, su formación académica y profesional.
La magnetita ha tenido un largo proceso tecnológico que ha evolucionado
cronológicamente a lo largo de los años, permitiéndole al hombre desde sus
inicios explorar el mundo(navegación) hasta comprender la naturaleza del
pensamiento humanos y los instintos animales.
BIBLIOGRAFIA
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de Investigación en Química Aplicada MEXICO,