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32 En la expresión (1.21) las fórmulas químicas de los óxidos y las sales representan concentraciones expresadas en por cientos de masa (%) de la escoria, mientras los coeficientes numéricos (factor molar) son los inversos de las masas moleculares (1/MM) correspondientes a sus respectivos óxidos y sales. En el numerador de la fórmula (1.21) se representan fundamentalmente las sustancias básicas y en el denominador preferentemente las ácidas. En el denominador, el quebrado ½ multiplicando varios óxidos está sugiriendo un indicador del carácter dual del comportamiento ácido-base de los óxidos encerrados en el paréntesis, es decir, que indica parcialmente las características anfóteras de esos óxidos, pero sin dejar de resaltar su carácter de formadores de retículos. Sin embargo, el quebrado ½ en el numerador conduce a promediar el valor del contenido de los óxidos, debido a la similitud de sus masas moleculares y su comportamiento básico. Al multiplicar los contenidos porcentuales por el factor molar convierte la expresión (1.21) en una relación estequiométrica molar entre los componentes “básicos” y los “ácidos”, que expresa más adecuadamente la forma cuantitativa de las interacciones metalúrgicas (química) entre los constituyentes de la escoria y los del metal líquido. Además desde el punto estructuro-químico esta fórmula (1.21) expresa mejor la cantidad de O 2- referidos a la relación Si:O en la estructura iónica silícica [SixOy] z- , lo cual hace que esta expresión presente una mejor correspondencia con la actividad termodinámica, y por ende con otros parámetros termodinámicos. La posición de estos óxidos en el numerador y en el denominador reafirma su preferencia como agentes de características nucleofílicas y electrofílicas respectivamente: como rompedores o formadores de retículos simultáneamente. Es conveniente recordar que las escorias de soldadura se distinguen de las metalúrgicas por su composición química más compleja y el tiempo de solidificación; por lo que debe prestarse atención a la capacidad potencial de ciertos iones para efectuar, en la red amorfa vítrea o parcialmente cristalizada, amplias sustituciones isomórficas del tipo tanto isovalente como heterovalente en sus partes aniónicas complejas y catiónicas. Comparaciones entre los valores IBm y BI En función de cómo se combinen entre sí los tetraedros de oxígeno y Si, [SiO4] 4- , y oxígeno y Al, [AlO4] 5- , existirán sustituciones heterovalentes entre cationes (Ti 4+ , Zr 4+ ) debido a que éstas van acompañadas de otras generalmente en las regiones donde se presentan análogas sustituciones entre aniones O 2- por F - , algo parecido se ha observado en la síntesis de fundentes fundidos y matices fundidas de fundentes aglomerados, cuando se emplea el choque térmico por vertido en agua para granular masas fundidas silicáticas [19, 43, 72, 73].
33 La espectroscopia infrarroja (IR) muestra que pueden existir amplias sustituciones de F - por OH - e incluso de O 2- por OH - en los silicatos durante los procesos hidrotermales y de fusión y vertido en agua [73-75] . Una comparación entre los valores IBm y BI obtenidos por sus respectivas fórmulas y aplicadas a silicatos de calcio con diferentes estructuras y composiciones químicas, se exponen en la Tabla 1.3, en la que se observa que el índice de basicidad IBm expresa mejor la estructura química que BI la cantidad de iones O 2- posiblemente activos que se encuentran en los respectivos silicatos (compare los datos de las columnas 5, 6 y 7 de la Tabla 1.3). Tabla 1.3: Características estructuro-químicas y ejemplos de cálculo de los índices de basicidad BI y IBm Disposición de los tetraedros [SiO4] 4- Ejemplos Relación, Si:O Exceso de iones O 2- Fórmula iónica molecular en relación con Carácter ácido-básico BI IBm ( BI IB ) m IB [62] [64] [%] Independiente 2Ca SiO2 (1:2) 2+ [SiO4] 4- 2CaO·SiO2 1:4 2,0 O 2- 1,867 2,00 7,12 Parejas 3Ca 2+ [Si2O7] 6- 3CaO·2SiO2 2:7 (1:3,5) 1,5 O 2- 1Ca 2+ Anillos [SiO3] 2- CaO·SiO2 1:3 1,0 O 2- Cadenas sencillas 2Ca 2+ [Si2O6] 4- CaO·SiO2 1:3 1,0 O 2- Cadenas dobles 3Ca 2+ Si4O11] 12- 3CaO·4SiO2 4:11(1:2,5) 0,75 O 2- Laminas 2Ca 2+ [Si4O10] 4- CaO·2SiO2 2:5 (1:2,5) 0,5 O 2- Armazón [SiO2] 0 SiO2 1:2 0,0 O 2- 1,400 1,50 7,14 0,933 1,00 7,18 0,933 1,00 7,18 0,700 0,75 7,14 0,469 0,50 6,61 0 0 0 Es conveniente aclarar que la sílice (SiO2) también forma compuestos con los óxidos “anfóteros”, por ejemplo con la alúmina (Al2O3), que presenta la capacidad de formar tetraedros con el oxígeno del tipo [AlO4] 5- , que conformarán parte de aniones complejos de los retículos alumosilicáticos [SixAlyOw] z- ,(z = 4x+3y-2w) y constituyen centros activos por no presentar la neutralidad eléctrica de los tetraedros de silicio [SiO4] 4- al ser interconectados tridimensionalmente en la red silicática. Es conveniente aclarar aquí que las escorias silicáticas y/o alumosilicáticas primarias, que se formaron de las matriz de los fundentes, presentan, a temperaturas cercanas a la fusión, una herencia estructuro-química de los componentes silicáticos y alumosilicáticos formadores de estas matrices y que influyen en la estructura final de la posible escoria. La conformación estructuro-química de las escorias formadas a partir de sílice y alúmina es compleja y presenta 100
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