Enlace metálico

Seguramente ahora mismo tienes cloruro de sodio (NaCl) en tu casa; lo conoces como sal de mesa. Pero, ¿sabías que los cristales que se encuentran en tu salero, y que suelen ser pequeños, podrían crecer simplemente con que calientes una solución salina saturada y la dejes enfriar después? Aunque, estos cristales serán duros y quebradizos. El sodio metálico puro, en cambio, es blando y maleable; se puede cortar fácilmente con un cuchillo de mantequilla. ¿Qué hace que el sodio sea tan diferente físicamente cuando está solo?

• Este artículo trata sobre el enlace metálico.
• Para empezar, estudiaremos qué es elenlace metálico y algunos conceptos asociados.
• A continuación, veremos cuáles son los factores que afectan a la fuerza del enlace metálico.
• Después, analizaremos las propiedades del enlace metálico.
• Terminaremos estudiando las aleaciones.

¿Qué es un enlace metálico?

Los metales pueden formar compuestos con los no metales al donar los electrones de su capa externa (para más información, puedes leer Enlace iónico). Los metales forman iones positivos o cationes, mientras que los no metales, que aceptan los electrones, forman iones negativos o aniones. Sin embargo, si un metal se intenta unir con otro metal, no puede donar electrones, porque no hay ningún átomo de un no metal que pueda aceptarlos. En su lugar, hace otra cosa: forma un enlace metálico.

Veamos el proceso más a fondo y analicemos juntos cada término relacionado con él.

Teoría de bandas

Cuando los metales se unen entre sí, sus orbitales electrónicos de la capa externa se fusionan. Los electrones dejan de estar confinados en un átomo concreto y son libres de moverse dentro de los orbitales fusionados, que forman una región que se extiende por todo el metal. Decimos que estos electrones están deslocalizados y que forman una nube de deslocalización.

Al fusionarse, los orbitales adquieren niveles de energía muy similares en todos los átomos. Los orbitales llenos tendrán aproximadamente la misma energía y los orbitales libres tendrán una energía mayor, pero similar entre sí. Por esto, que se forman 2 bandas: dos niveles de energía de todos los átomos del metal. La banda que corresponde a los orbitales llenos se denomina banda de valencia, mientras que la banda que corresponde a los orbitales libres se llama banda de conducción.

Atracción electrostática

Los átomos del metal forman cationes, ya que ahora no están asociados a sus electrones de la capa externa.

Los iones positivos son atraídos por el mar de electrones negativos, por medio de una atracción electrostática, muy parecida a la de los compuestos iónicos. La atracción se extiende por todo el metal y forma una estructura de red gigante.

Aunque el metal contiene iones positivos, en general no se han perdido electrones. Simplemente, están deslocalizados dentro de la estructura del metal. Por tanto, los metales tienen una carga neutra y los representamos utilizando solo su símbolo químico.

Enlace metálico: Ejemplos

Por ejemplo, la fórmula molecular del sodio es Na. El sodio tiene la configuración electrónica 1s²2s²2p⁶3s¹

Fig. 1- Un diagrama que muestra el enlace en un metal.

Cuando los átomos de sodio se enlazan entre sí, sus orbitales 3s se fusionan y el electrón de valencia dentro del orbital de cada átomo queda libre para moverse en la nueva región fusionada. Esto deja iones positivos, con una carga de +1, rodeados por una nube de electrones deslocalizados, como se muestra a continuación.

Fig. 2- El enlace en el sodio, Na. Cada ion de sodio es atraído por el mar de deslocalización que lo rodea por medio de la atracción electrostática.

El berilio, en cambio, tiene la configuración electrónica 1s²2s² y posee dos electrones de valencia. Cada átomo de berilio pierde dos electrones de su capa externa para formar iones con una carga de +2.

Fig. 3- El enlace en el berilio.

Factores que afectan a la fuerza del enlace metálico

Algunos metales son mucho más fuertes que otros. Esto se debe a la diferencia en los niveles de atracción electrostática dentro de los diferentes metales. Hay dos factores que afectan a la fuerza del enlace metálico; los exploraremos a continuación.

Carga del ion

Un catión con una carga más alta será más atraído por la densidad electrónica del mar de electrones negativo que uno con una carga más baja. Recuerda que un enlace metálico es simplemente la atracción electrostática entre los iones metálicos positivos y el mar de electrones deslocalizados, por lo que esto crea un enlace más fuerte.

Tamaño del ion

En los metales con iones más grandes el núcleo positivo está mucho más lejos de los electrones deslocalizados. Esto debilita la atracción electrostática entre ellos.

¿Qué propiedades tiene el enlace metálico?

Debido a su disposición única de iones positivos dentro de una nube de electrones deslocalizados, los metales tienen ciertas propiedades que los diferencian de los compuestos iónicos y covalentes. Utilizamos el cobre, por ejemplo, para fabricar cables y tuberías. Para ello no usaríamos compuestos iónicos como el cloruro de sodio —que se disolverían al humedecerse, y no conducirían la electricidad—. Además, los compuestos iónicos son frágiles y se rompen fácilmente si se les somete a tensión.

Sin embargo, los metales son muy diferentes. Veamos las razones:

• Tienen puntos de fusión y ebullición elevados. Esto se debe a la fuerza de su atracción electrostática, que se extiende por todo el metal. Cualquiera de los factores explorados anteriormente que aumentan la fuerza de la unión metálica aumenta los puntos de fusión y ebullición de un metal.
• Son dúctiles, lo que significa que pueden estirarse en forma de alambres.
• También, son maleables, lo que significa que pueden ser martillados para darles forma. Esto se debe a que los iones positivos forman filas regulares dentro del mar de electrones, que pueden rodar unos sobre otros sin problemas.
• No son frágiles y, en general, son bastante fuertes. De nuevo, esto se debe a que las filas de iones metálicos siguen manteniendo sus enlaces con los electrones deslocalizados cuando se deslizan unos sobre otros.
• Son buenos conductores del calor y la electricidad, ya que los electrones deslocalizados son libres de moverse por todo el metal y llevar una carga. Los metales que forman iones con cargas más altas tienen más electrones deslocalizados y, por tanto, son mejores conductores que los metales con iones de menor carga.
• Son insolubles.

Aleaciones

Sabemos que el sodio es relativamente blando. Pues, el hierro puro también lo es. Esto causa problemas a la hora de fabricar productos útiles a partir de los metales. Los clavos de hierro no servirían de mucho si se pudieran doblar y deformar fácilmente. Para hacer más fuertes los metales puros, los convertimos en aleaciones.

Los átomos de diferente tamaño del segundo elemento de una aleación alteran las filas regulares de iones metálicos, impidiendo que se deslicen tanto unos sobre otros, lo que los hace mucho más duros.

Fig. 4- Los átomos de una aleación. En este caso, los átomos más pequeños alteran la estructura reticular regular de los átomos metálicos más grandes y evitan que se deslicen unos sobre otros. Esto refuerza el compuesto.

Ejemplos de enlaces metálicos