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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? 

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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?

El enlace metálico es un tipo de enlace químico que se encuentra en los metales. Consiste en la atracción electrostática entre un conjunto de iones metálicos positivos y una nube de electrones.

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.

“Gigante” significa que está formado por un número enorme, pero indeterminado, de átomos; “red” significa que contiene una disposición repetitiva.

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

Enlace metálico diagrama de enlace metálico StudySmarter 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.

Enlace metálico, enlace del sodio, StudySmarter 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.

Enlace metálico, enlace del berilio, StudySmarter 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.

El aluminio, por ejemplo, pierde tres electrones de valencia para formar un ion con una carga de +3. Sin embargo, el magnesio solo pierde dos electrones para formar un ion con una carga de +2. Eso significa que el aluminio cede 3 moles de electrones que interaccionan con los núcleos de los átomos, mientras que el magnesio solo cede 2 moles de electrones, dando lugar a menos interacciones electrostáticas; como consecuencia, sus enlaces metálicos son mucho más débiles.

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.

Por ejemplo, los iones positivos del magnesio y del calcio tienen la misma carga, pero el calcio contiene iones mucho más grandes y, por lo tanto, sus enlaces metálicos son más débiles. Esto se debe a que hay más distancia entre los núcleos y los electrones.

Fuerza de los enlaces metálicos

Sabemos que un enlace metálico es una atracción electrostática entre un conjunto de iones metálicos positivos y un mar de electrones deslocalizados. Una vez más, cualquier factor que afecte a esta atracción electrostática afecta a la fuerza del enlace metálico:

  • Los metales con más electrones deslocalizados experimentan una atracción electrostática más fuerte, y un enlace metálico más fuerte.
  • Los iones metálicos con una carga mayor experimentan una atracción electrostática más fuerte, y un enlace metálico más fuerte.
  • Los iones metálicos de menor tamaño experimentan una mayor atracción electrostática y un mayor enlace metálico.

¿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.

Pero, no todos los metales son conductores de electricidad, y además, la conductividad varía de metal en metal. Esto se debe a que la energía requerida para pasar el electrón de la banda de valencia a la banda de conducción varía según el elemento: no es lo mismo tener que pasar de un orbital 2s a un orbital 2p, que pasar de un orbital 2p a un orbital 3s que es una capa más externa. Utilizamos el cobre en los cables, ya que la diferencia de energía entre ambas bandas es muy pequeña, por lo que es un buen conductor.

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.

Las aleaciones son mezclas de dos o más elementos; de los cuales, al menos uno, es un metal.

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.

El acero, por ejemplo, es una aleación común hecha de hierro, que suele contener cantidades cuidadosamente controladas de carbono.

Enlace metálico, estructura de la aleación, StudySmarter 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

Algunos ejemplos importantes de enlaces metálicos son los enlaces que se dan entre los átomos de cualquier elemento metálico, como por ejemplo, el oro (Au), el socio (Na), la plata (Ag), el platino (Pt)... Si se mezclan con un elemento no metálico, el enlace ya no será de tipo metálico.

Enlace metálico - Puntos clave

  • Un enlace metálico es la atracción electrostática entre una red de iones metálicos positivos y una nube de electrones deslocalizados.
  • Los factores que afectan a la fuerza del enlace metálico son la carga y el tamaño.
  • Los metales suelen ser fuertes, buenos conductores del calor y la electricidad, insolubles y con puntos de fusión y ebullición elevados.
  • Las aleaciones son mezclas de dos elementos, de los cuales, al menos uno, es un metal. Son más fuertes que los metales puros.

Preguntas frecuentes sobre Enlace metálico

El enlace metálico es la atracción electrostática entre una red de iones metálicos positivos y una nube de electrones deslocalizados. El aluminio, el acero, el cobre, el oro y la plata son ejemplos de compuestos con enlaces metálicos. 

Los metales forman enlaces mediante la fusión de sus orbitales electrónicos de la capa externa. Los electrones del interior se deslocalizan y no están unidos a ningún átomo metálico en particular. Así, se forman iones metálicos positivos dentro de una nube de electrones deslocalizados. Un enlace metálico es simplemente la atracción electrostática entre ambos.

El enlace metálico se forma mediante la fusión de los orbitales de dos metales. Debido a que los metales necesitan perder electrones para alcanzar la configuración estable de un gas noble, en un enlace metálico no hay ningún átomo que acepte estos electrones. Esto lleva a que se organicen en una nube de electrones, o nube electrónica. 

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 fusionar los orbitales, se forman 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 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. 

Las propiedades de los metales suelen ser:

  • Son fuertes, no frágiles. 
  • Son buenos conductores del calor y la electricidad.
  • Son insolubles y con puntos de fusión y ebullición elevados. 

Pon a prueba tus conocimientos con tarjetas de opción múltiple

El acero es una aleación de hierro y ______.

La banda que corresponde a los orbitales llenos en un enlace metálico se denomina banda ______.

¿Verdadero o falso?: Los sólidos metálicos se consideran maleables y dúctiles.

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