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- Este artículo trata de los sólidos metálicos.
- En primer lugar, definiremos los sólidos metálicos.
- Después, hablaremos de las distintas propiedades de los sólidos metálicos.
- Por último, definiremos y explicaremos qué son las aleaciones metálicas y en qué se diferencian de los sólidos metálicos.
¿Qué es un sólido metálico?
Los sólidosmetálicos son exactamente lo que su nombre indica: un sólido formado únicamente por átomos metálicos. Piénsalo como un club exclusivo de "sólo metales". ¡Sólo puedes ser miembro de este club si estás hecho enteramente de átomos metálicos!
Los sólidosmetálicos son compuestos formados íntegramente por átomos metálicos que se mantienen unidos mediante enlaces metálicos.
Elenlace metálico es un tipo de fuerza de atracción intramolecular que se produce entre una red de iones positivos y un "mar" de electrones deslocalizados.
¿Necesitas un repaso de los enlaces metálicos? ¡Echa un vistazo a "Enlace metálico"!
Estructura de los sólidos metálicos
Cuando trates con sólidos, hay dos categorías de sólidos que debes recordar: los sólidos cristalinos y los amorfos.
Los sólidoscristalinos son los que tienen una estructura bien organizada. Los sólidos amorfos carecen de una estructura organizada.
Los sólidos metálicos son un tipo de sólido cristalino, por lo que su estructura se organiza en una red cristalina. En los sólidos metálicos, la red cristalina está formada por iones positivos y electrones libres que también se conocen como un"mar" de electrones deslocalizados.
¿Qué significa esto exactamente? Veamos un dibujo que muestra la estructura reticular de un metal Sodio (Na).
Observa que muchos electrones libres rodean a los átomos de sodio, y que las fuerzas de atracción entre los cationes Na+ y el mar de electrones deslocalizados son las que mantienen juntos a estos átomos metálicos idénticos.
Ejemplos de sólidos metálicos
Algunos ejemplos comunes de sólidos metálicos son el aluminio (Al) metálico y el potasio (Na) metálico.
El aluminio (Al) es un metal del grupo 13 (también llamado IIIA en algunas tablas periódicas). Tiene un punto de fusión elevado de 660,32°C y una estructura cristalina cúbica centrada en la cara.
El potasio(K ) es un metal del grupo 1 y tiene un punto de fusión de 63,38 °C. El potasio tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo.
¿No estás seguro de lo que significa una estructura reticular cúbica centrada en la cara o centrada en el cuerpo? Quizá quieras consultar la sección"Sólidos".
Propiedades de los sólidos metálicos
Antes de sumergirnos en las propiedades de los sólidos metálicos, ¡revisemos la tendencia periódica de los metales! Recuerda que, salvo el mercurio (Hg), los metales son sólidos a temperatura ambiente.
- Los metales del grupo I se conocen como metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr).
- Los metales del grupo II se denominan metales alcalinotérreos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra).
- Los grupos 3-12 contienen muchos metales de transición , como Fe, Cu, Ag y Au.
- Los grupos 13-16 también tienen algunos metales llamados metales post-transición o metales pobres (Al, Ga, In, Tl, Pb, Sn, Bi y Po).
Tabla periódica de los elementos, Wikimedia Commons.
Carácter metálico de los sólidos metálicos
Podemos describir los elementos como buenos o malos metales en función de su carácter metálico, y cuanto más presente un elemento las propiedades de los metales, más metálico será. En la tabla periódica, los caracteres metálicos tienden a aumentar de derecha a izquierda, y hacia abajo en un grupo. Algo así como la electronegatividad, si recuerdas.
¿Quizá estén relacionados de algún modo? Pista: ¡Sí!
La mejor forma de recordar la tendencia periódica de los caracteres metálicos es mediante un ejemplo.
¿Cuál de los siguientes metales tendrá el carácter metálico más fuerte? ¿Cs, Ba, Fe o Na?
Observando la tabla periódica, ahora sabemos que los elementos que están a la izquierda y abajo de la tabla periódica mostrarán un carácter metálico más fuerte. En este caso, el Cs tendrá el carácter metálico más fuerte, y el orden de carácter metálico creciente sería: Fe < Ba < Na < Cs.
Las propiedades generales de los sólidos metálicos son un punto de fusión elevado, buena conductividad, ductilidad y maleabilidad. Los sólidos metálicos también son lustrosos (brillantes). Vamos a desglosar cada una de estas propiedades para comprender mejor el porqué de ellas.
Punto de fusión de los sólidos metálicos
Cuando fundes un sólido cristalino, su red cristalina se rompe y las moléculas pasan al estado líquido. El punto de fusión es la temperatura a la que un sólido se convierte en líquido. Cuando un sólido alcanza su punto de fusión, la temperatura permanece constante hasta que el sólido cristalino se funde completamente y se convierte en líquido.
Aunque los sólidos metálicos suelen tener puntos de fusión altos, algunos de ellos, como los metales alcalinos (grupo 1), tienen en realidad puntos de fusión bajos. Los sólidos metálicos tienen puntos de fusión distintos para cada metal.
¿Sabías que el metal wolframio tiene uno de los puntos de fusión más altos conocidos por los químicos? El punto de fusión de una red cúbica centrada en el cuerpo de wolframio es de unos 3400 °C. Mientras que otro metal, el mercurio, ya es líquido a -38 °C . Además, puedes encontrar básicamente cualquier cosa intermedia entre los sólidos metálicos, pues tienen puntos de fusión muy diversos.
Conductividad de los sólidos metálicos
Los sólidos metálicos son buenos conductores de la electricidad y el calor gracias a sus electrones deslocalizados, que pueden moverse libremente y transmitir cargas eléctricas.
Se denominaconductividad eléctrica a la capacidad de conducir la electricidad. Se denomina conductividad térmica a la capacidad de transmitir calor.
La capacidad de los sólidos metálicos para conducir el calor es la razón por la que la mayoría de los utensilios de cocina de tu cocina están hechos de algún tipo de metal, ¡porque sus electrones deslocalizados pueden adquirir y transferir calor más rápidamente!
Un experimento muy interesante realizado por científicos demostró que si añades una gota de una mezcla de Sodio (Na) y Potasio (K) al agua (H2O), ¡el agua se convertirá en un material metálico de color dorado! Esto ocurre porque tomará prestado el electrón más externo de ambos metales del grupo 1.
Ductilidad y maleabilidad de los sólidos metálicos
¿Por qué el cobre (Cu) es una gran elección de metal para hacer cableado eléctrico? Se debe a la capacidad del cobre para conducir la electricidad y también a que el cobre es dúctil y puede moldearse en forma de alambre. Los sólidos metálicos se consideran maleables y dúctiles.
Un metal maleable es un metal que puede moldearse en láminas finas. Un metal dúctil es un metal que se puede moldear en diferentes formas (como un alambre) sin romperse.
Por ejemplo, el oro puede martillarse en finas hojas de oro que se utilizan mucho en decoración. Y, por si esto no fuera suficientemente interesante, ¡ahora incluso puedes comprar láminas de oro para utilizarlas la próxima vez que cocines tu plato favorito!
Brillo
¿Por qué brillan los metales? De nuevo, todo se reduce a los electrones deslocalizados que tienen los sólidos metálicos en su estructura. Los metales son lustrosos (brillantes) porque los electrones deslocalizados pueden reflejar la luz.
Aleaciones metálicas
Cuando combinas diferentes metales, creas unaaleación metálica que también tiene enlace metálico. Las aleaciones pueden ser intersticiales o sustitucionales.
Se denomina aleación a una sustancia que está formada por una mezcla de elementos y tiene propiedades metálicas.
Lasaleaciones intersticiales son aleaciones que se forman entre elementos de radios diferentes. Estas aleaciones tienen una red más rígida, son menos dúctiles y también menos maleables en comparación con los sólidos metálicos. Un ejemplo común de aleación intersticial es el acero, que está formado por metales de carbono y hierro.
Las aleacionessustitucionales son aleaciones que se forman entre metales de radios muy similares. Debido a los tamaños similares, algunos de los átomos metálicos inicialmente presentes son sustituidos por otro átomo metálico. Un ejemplo común de aleación sustitutiva es el latón, que está formado por átomos de cobre y zinc. En el latón, los átomos de cobre se sustituyen por átomos de zinc.
Sólidos metálicos - Puntos clave
- Los sólidosmetálicos son compuestos formados íntegramente por átomos metálicos que se mantienen unidos mediante enlaces metálicos.
- Los enlacesmetálicos se producen entre un entramado de iones positivos y un "mar" de electrones deslocalizados
- Los sólidos metálicos son lustrosos, buenos conductores de la electricidad y el calor, son maleables, dúctiles y suelen poseer puntos de fusión elevados.
Referencias
- Descripción del curso y del examen de Química AP, en vigor en otoño de 2020. (s.f.). Recuperado el 8 de abril de 2022, de https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf?course=ap-chemistry
- Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M., & Lufaso, M. W. (2018). Química: La ciencia central (13ª ed.). Harlow, Reino Unido: Pearson.
- Swanson, J. W. (2020). Todo lo que necesitas para triunfar en Química en un cuaderno enorme. Workman Pub.
- Malone, L. J., Dolter, T. O. y Gentemann, S. (2013). Conceptos básicos de Química (8.ª ed.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons.
- https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-021-02065-w/d41586-021-02065-w.pdf
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