ENLACE METÁLICO

 
 

SE PRODUCE ENTRE ELEMENTOS QUE TIENEN ELECTRONEGATIVIDADES PARECIDAS Y BAJAS, ES DECIR, METALES.

Las propiedades de los metales son las siguientes:

SON BUENOS CONDUCTORES DEL CALOR Y LA ELECTRICIDAD

Los metales, por ejemplo el cobre y el aluminio, son utilizados para construir cables. Por otra parte, sabemos que los utensilios de cocina utilizados para calentar la comida están hechos con metales. Esto indica que las cargas eléctricas deben moverse con facilidad por el metal.

SON DÚCTILES Y MALEABLES, NO FRÁGILES

Al contrario que las sustancias iónicas, cuando golpeamos un metal no se produce su rotura. Por el contrario, el metal se deforma sin romperse. Los metales son dúctiles y maleables, es decir, tienen capacidad para formar hilos o láminas delgadas. Esto indica que la estructura cristalina de los metales es resistente a deformaciones, es decir, a cambios en las posiciones de sus nodos.

La figura muestra hilos de cobre y láminas de aluminio. ¿Qué es el "papel" Albal?

TIENEN COLOR Y BRILLO CARACTERÍSTICOS

En general, todos los metales tienen un color gris típico y, cuando están límpios, un brillo característico. Solo unos pocos metales (oro, cobre) tienen color dorado.

SON SÓLIDOS A TEMPERATURA AMBIENTE. PRESENTAN ELEVADAS TEMPERATURAS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN

Excepto el mercurio, todos los metales son sólidos a temperatura ambiente. Sus temperaturas de fusión y ebullición tienen un amplio margen de fluctuación, pudiendo alcanzar valores muy altos. Esto indica que la estructura cristalina de los metales es muy resistente.

Estructura cristalina de los metales

La mayoría de metales puros presentan una de estas tres estructura cristalinas: cúbica centrada en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta. Estos empaquetamientos aprovechan muy bien el espacio y dejan pocos huecos. Las más compactas son la cúbica centrada en las caras y la hexagonal en las que el espacio ocupado por los átomos llega al 74 %. En la cúbica centrada en el cuerpo se aprovecha el 68 %.

Cúbica centrada en las caras (cúbica compacta): Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt

Cúbica centrada en el cuerpo: Ba, Cr, Fe, W, alcalinos

Hexagonal compacta: Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn.

Dependiendo de la temperatura el hierro sólido puede presentar tres fases (presenta halotropía). Desde la temperatura ambiente hasta 910 ºC presenta estructura cúbica centrada en el cuerpo (hierro alfa, ferrita), entre 910 y 1394 ºC presenta estructura cúbica centrada en las caras (hierro gamma, austenita) y entre 1394 y la temperatura de fusión (1538 ºC) vuelve a tener estructura cúbica centrada en el cuerpo (hierro delta). A medida que enfriamos hierro líquido observamos que la temperatura se mantiene constante en los dos cambios de fase.

Curva de enfriamiento del hierro puro

Teorías sobre el enlace metálico

1.- MODELO DE NUBE DE ELECTRONES

De acuerdo con esta interpretación, los átomos de los metales comparten globalmente los electrones de las capas de valencia. Un cristal metálico estaría formado, por tanto, por un enrejado formado por iones positivos y una nube electrónica que se mueve con libertad y da estabilidad al cristal. La repulsión eléctrica entre iones estaría compensada por el efecto atractivo que producen los electrones al moverse entre los iones.

2.- TEORÍA DE BANDAS

De acuerdo con esta interpretación, los orbitales atómicos de los átomos del metal se solapan formando orbitales moleculares extendidos a todo el cristal que denominamos bandas.

La banda puede estar vacía, semillena o llena en función de los electrones que hubiera en cada uno de los orbitales atómicos que han solapado. Por ejemplo, la banda 3s del sodio está semillena, porque los orbitales 3s de los átomos de sodio que dieron lugar a ella estaban semillenos (tenían un solo electrón).

Por ejemplo, en el litio las bandas serían las siguientes:

 

La siguiente simulación de PHET explica la formación de una banda

Estructura de Bandas
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Las bandas de energía de un elemento pueden estar próximas o separadas en términos energéticos. Eso explicaría que fuera coductor, semiconductor o aislante.

La siguiente simulación de PHET explica la conductividad en los tres casos indicados

Conductividad
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En esta simulación de PHET se analiza el comportamiento de los semiconductores

Semiconductores
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-Densidad

- Estados de agregación de la materia

-Clasificación de la materia

- Mezclas y sustancias puras

- Métodos de separación de mezclas

- ¿Qué es un elemento químico?

- Compuestos químicos

- Moléculas y redes cristalinas

 

 

ALEACIONES

Son mezclas homogéneas de dos o más metales (también puede incluir un no metal) que presenta propiedades metálicas. El proceso de mezcla suele incluir la fusión y posterior solidificación. Como resultado del proceso se produce una solución sólida en la que: a) los átomos de un metal han sido sustituidos por los átomos del otro metal o b) los átomos de un metal (o no metal, por tener átomos de menor tamaño) han ocupado los huecos de la red cristalina de otro metal.

El latón es una solución sólida sustitucional porque los átomos de zinc han sustituido algunos átomos de cobre en su red cristalina. Sin embargo, el acero es una solución sólida intersticial, porque los átomos de carbono (de pequeño tamaño) se han introducido en los intersticios de la red cristalina del hierro.

Las aleaciones más comunes son las siguientes:

Acero: Hierro y carbono

Acero inoxidable: Hierro, carbono, níquel y cromo

Alnico: Cobalto, aluminio y níquel

Alpaca: Zinc, cobre y níquel

Bronce: Cobre y estaño (en una proporción del 3 al 20 por ciento)

Constantán: Cobre y níquel

Magal: Magnesio con aluminio, zinc y manganeso

Magnam: Magnesio con manganeso, aluminio y zinc

Nicrom: Níquel y cromo

Nitinol: Níquel y titanio

Peltre: Estaño, cobre, antimonio y plomo

Zamak: Zinc con aluminio, magnesio y cobre

OBTENCIÓN ACERO