Estructura y propiedades físico-químicas de los metales

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de los metales más importantes son la del tipo general consideradas en cualquier sustancia, tales como la densidad, puntos de fusión y de ebullición, calor específico, conductividad calorífica, resistencia eléctrica, coeficientes de dilatación y de compresibilidad, estructura cristalina y las de tipo mecánico de gran interés técnico, que expresan la resistencia ofrecida por el metal a las distintas clases de esfuerzos a que ha sido sometido.

Los metales muestran un amplio margen en sus propiedades físicas. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto es rosáceo, el cobre rojizo y el oro amarillo. En otros metales aparece más de un color, y este fenómeno se denomina pleocroísmo. El punto de fusión de los metales varía entre los -39 °C del mercurio y los 3.410 °C del volframio. El iridio, con una densidad relativa de 22,4, es el más denso de los metales. Por el contrario, el litio es el menos denso, con una densidad relativa de 0,53. La más baja conductividad eléctrica la tiene el bismuto, y la más alta a temperatura ordinaria la plata. La conductividad en los metales se puede reducir mediante aleaciones. Todos los metales se expanden con el calor y se contraen al enfriarse. Ciertas aleaciones, como las de platino e iridio, tienen un coeficiente de dilatación extremadamente bajo.

Las propiedades mecánicas más importantes son las correspondientes a efectos de tracción, compresión, flexión, torsión, cizalladura, penetración (dureza), etc. La capacidad de deformación plástica de un metal para poder ser estirado en alambres se denomina ductilidad y la plasticidad correspondiente a ser laminado o martillado en chapas delgadas recibe el nombre de maleabilidad. Los metales más maleables en el orden decreciente son oro, plata, cobre, estaño, platino, plomo, cinc y hierro. El antimonio y el bismuto son muy frágiles, pues se rompen al martillado. El hierro dulce o forjado puede doblarse y torcerse sin que se rompa, y de dice que es muy tenaz; en cambio el hierro colado o fundido se rompe a la menor flexión y por tanto es frágil.

En los metales predomina el carácter electropositivo, es decir, que tienden preferentemente a formar cationes, y en sus compuestos siempre presentan número de oxidación positivo. El enlace metálico difiere del enlace iónico y del covalente, y premite explicar muchas de las propiedades características del estado metálico.

Propiedades químicas

Las propiedades químicas características de los metales son:

Formación de cationes: La facilidad relativa de los metales en perder electrones origina iones positivos o cationes, los cuales constituyen radicales positivos de las sales

Sus óxidos e hidróxidos son básicos: Si un mismo metal forma varios hidróxidos, la basicidad de estos disminuye al aumentar el número de oxidación del elemento metálico.

Los haluros son compuestos heteropolares que en disolución se disocian en los iones correspondientes: Al disolver en agua el haluro de un elemento se forman iones haluro e iones positivos del elemento unidos a moléculas de agua. Estos iones se comportan como ácidos y la cesión de protones es tanto mayor cuanto mas elevada es la carga del elemento y menor su radio.

Actúan únicamente como reductores: La tendencia única de los metales en ceder electrones les hace comportarse como reductores. El carácter reductor aumenta con aquella tendencia y por tanto es muy elevado para los metales alcalinos y alcalinotérreos, o sea, para los elementos situados a la izquierda de la tabla periódica y mejor aun, en la parte inferior de la misma

Estructura electrónica

Los metales y aleaciones presentan enlace metálico al constituir cristales metálicos. Este tipo de enlace se encuentran en metales sólidos como el cobre, hierro y aluminio. En los metales, cada átomo metálico está unido a varios átomos vecinos. Los electrones de enlace tienen relativa libertad para moverse a través de toda la estructura tridimensional. Los enlaces metálicos dan lugar a las propiedades características de los metales. Hoy se acepta que este enlace no es precisamente entre átomos, sino un enlace entre cationes metálicos y sus electrones. El modelo más sencillo para explicarlo propone un ordenamiento de cationes en un “mar” de electrones de valencia.

La mayoría de los metales cristalizan en el sistema cúbico, aunque algunos lo hacen en el hexagonal y en el tetragonal.