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LOS METALES

LOS METALES

Son materiales formados por elementos químicos metálicos. Para poder explicar sus propiedades se emiten varias teorías, que pasamos a exponer:


TEORÍA DE LA NUBE DE ELECTRONES:
Para explicar las propiedades características de los metales se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones: Parte del hecho de que los metales tienen energías de ionización bajas.
Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve, y los electrones no pertenecen a ningún átomo determinado. Además, es un enlace no dirigido, porque la nube electrónica es común a todos los restos atómicos que forman la red.

 
TEORÍA DEL ENLACE COVALENTE DESLOCALIZADO:
Se podría considerar el enlace metálico como un caso especial de enlace covalente en que el número de electrones de valencia de los átomos es menor que el de enlaces formados. Por ejemplo, en los metales alcalinos cada átomo de una celda está rodeado de otros 8 átomos situados en los vértices. El átomo central aporta un electrón mientras que los otros ocho átomos aportan un electrón en total porque pertenecen a ocho celdas, formando un enlace deslocalizado.

 
TEORÍA DE BANDAS:
Esta teoría representa un modelo más elaborado para explicar la formación del enlace metálico basada en la teoría de los orbitales moleculares. Esta teoría mantiene que cuando dos átomos enlazan, los orbitales de la capa de valencia se combinan para formar dos orbitales nuevos que pertenecen a toda la molécula, uno que se denomina enlazante (de menor energía) y otro antienlazante (de mayor energía). Si se combinasen 3 átomos se formarían 3 orbitales moleculares, con una diferencia de energía  entre ellos menor que en el caso anterior. En general, cuando se combinan N orbitales, de otros tantos átomos, se obtienen N orbitales moleculares de energía muy próxima entre sí, constituyendo lo que se llama una "banda“.
En los metales existe un número muy grande de orbitales atómicos para formar enlaces deslocalizados que pertenezcan a toda la red metálica .Como el número de orbitales moleculares es muy grande forman una banda en la que los niveles de energía, como se ha dicho anteriormente, están muy próximos. En los metales se forman dos bandas. Una en la que se encuentran los electrones de la capa de valencia que se denomina "banda de valencia" y otra que se llama "banda de conducción" que es la primera capa vacía.
            En los metales, la banda de valencia está llena o parcialmente llena; pero en estas sustancias, la diferencia energética entre la banda de valencia y la de conducción es nula; es decir están solapadas. Por ello, tanto si la banda de valencia está total o parcialmente llena, los electrones pueden moverse a lo largo de los orbitales vacíos y conducir la corriente eléctrica al aplicar una diferencia de potencial.
            En los aislantes la banda de valencia está completa y la de conducción vacía; pero a diferencia de los metales, no sólo no solapan sino que además hay una importante diferencia de energía entre una y otra (hay una zona prohibida) por lo que no pueden producirse saltos electrónicos de una a otra. Es decir, los electrones no gozan de la movilidad que tienen en los metales y, por ello, estas sustancias no conducen la corriente eléctrica.
            En los semiconductores la banda de valencia también está llena y hay una separación entre las dos bandas, pero la zona prohibida no es tan grande, energéticamente hablando, y algunos electrones pueden saltar a la banda de conducción. Estos electrones y los huecos dejados en la banda de valencia permiten que haya cierta conductividad eléctrica. La conductividad en los semiconductores aumenta con la temperatura, ya que se facilitan los saltos de los electrones a la banda de conducción. Son ejemplos de semiconductores: Ge, Si, GaAs y InSb.

 

*PROPIEDADES DE LOS METALES: 

Propiedades mecánicas:
• Dureza: Resistencia que ofrece un metal a ser rayado, cortado o perforado.
• Tenacidad: Resistencia que ofrece un metal a romperse cuando es golpeado.
• Ductilidad: Capacidad que tienen algunos metales de convertirse en hilos finos cuando son estirados.
• Maleabilidad: Capacidad que tienen algunos metales de convertirse en láminas finas cuando son extendidos.
• Fragilidad: Facilidad con la que se rompe un metal cuando es golpeado.
• Elasticidad: Capacidad que tienen algunos metales de recuperar su forma inicial cuando finaliza la fuerza que lo ha deformado.
• Plasticidad: Los metales tienen plasticidad cuando no son capaces de
recuperar su forma inicial al finalizar la fuerza que lo ha deformado.
Propiedades térmicas:
• Conductividad térmica: Capacidad que tienen los metales para conducir el calor a través de ellos. Todos los metales tienen buena conductividad térmica.
• Dilatación y contracción: Un metal se dilata cuando aumenta de tamaño al aumentar la temperatura y se contrae cuando disminuye de tamaño al disminuir la temperatura.
• Fusibilidad: Propiedad que tienen los materiales de fundirse. Todos los metales tienen fusibildad.
• Soldabilidad: Capacidad que tienen algunos metales de unirse a altas temperaturas.
Propiedades eléctricas:
• Conductividad eléctrica: Capacidad que tienen los metales para conducir la corriente eléctrica a través de ellos.
Propiedades químicas:
• Oxidación: Facilidad con la que reaccionan el metal con el oxígeno del aire o del agua y cubrirse con una capa de óxido.
Propiedades ecológicas:
• Los metales se pueden reciclar.
• Los metales son materiales no renovables.
• Algunos metales son tóxicos.

 
*USOS DE LOS METALES:

Su uso depende de las propiedades de características de cada metal, por ejemplo:
Hierro: El hierro como elemento puro, no presenta prácticamente ninguna aplicación industrial, pero mezclándolo con pequeñas porciones de carbón, conocido como acero, puede ser utilizado con fines industriales.
Cobre: Los usos industriales y domésticos del cobre están condicionados principalmente por algunas de sus propiedades. Su elevada conductividad eléctrica permite su empleo en aplicaciones eléctricas, por ejemplo para los cables y piezas para aparatos eléctricos.Y su elevada conductividad térmica, explica el empleo del cobre en utensilios domésticos, en la industria de alimentación o química y en las aplicaciones de equipos térmicos.
Estaño: El estaño se utiliza principalmente en razón de su resistencia a la corrosión atmosférica y a la acción de numerosos productos químicos, minerales u orgánicos.
Plomo: Se utiliza en grandes cantidades para formar placas de acumuladores eléctricos.En la construcción, el plomo se usa principalmente en tuberías, en forma de hojas para la insonorización y la protección hidrófuga de las paredes y, en forma de cinta para asegurar la estanqueidad y el aislamiento de las ventanas de doble cristal.

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