Metales

Los  Metales son elementos químicos ubicados en el lado izquierdo de la tabla periódica que tienen un mecanismo especial para la interacción de los electrones de valencia (iones) con el núcleo tanto en los metales mismos como al entrar en reacciones químicas con otros elementos, incluidos los propios metales.

¿Qué son metales?

Los metales son sustancias simples en las que los átomos están conectados por un enlace metálico. Por tanto, las propiedades físicas determinantes de los metales puros son consecuencia de la presencia de un enlace metálico.

En ingeniería, los metales son materiales estructurales que tienen una alta maquinabilidad (ductibilidad, estampabilidad, maquinabilidad, soldabilidad, soldabilidad, etc.), resistencia, Dureza, resistencia al impacto y una serie de otras propiedades valiosas debido a que son ampliamente utilizados.

Clasificación de metales

Todos los metales se pueden dividir en dos grupos, que no solo tienen propiedades similares, sino también aplicaciones industriales. Dichos grupos son metales ferrosos y  no ferrosos.

Metales ferrosos

Este grupo obtuvo su nombre debido al color que varía de gris oscuro a casi blanco. Tienen una densidad importante, alto punto de fusión y dureza. El representante más común y más utilizado de los metales ferrosos en la industria es el Hierro.

Los metales ferrosos se dividen en grupos separados según sus características:

• Metales de hierro (ferroimanes): estos incluyen hierro, cobalto, níquel, manganeso. El níquel, el manganeso y el cobalto se utilizan como aditivos para las aleaciones de hierro. Se utilizan como base para ciertas aleaciones, similares a los aceros de alta aleación.
• Los metales refractarios se utilizan como base y como aditivo de los aceros aleados. Su punto de fusión es superior al del hierro, de +1539 grados.
• Los metales de uranio (actínidos) se utilizan a menudo en la ingeniería de energía nuclear.
• REM (metales de tierras raras): estos incluyen laptano, cerio, praseodimio, neodimio, etc. Cada uno de estos metales tiene propiedades físicas únicas, se utilizan como aditivos para aleaciones de otros metales. En la naturaleza forman una mezcla difícil de separar en metales individuales, por lo que en la industria metalúrgica se utiliza entera.
• Metales alcalinotérreos: se utilizan solo en raros casos especiales (refrigerantes en reactores nucleares).

Metales no ferrosos

Los metales no ferrosos también se nombran debido al color de las sustancias simples. Su color puede ser rojo, amarillo, blanco. Este grupo tiene propiedades físicas y químicas únicas. Son dúctiles, blandos y fusibles en comparación con los metales ferrosos.

Los metales no ferrosos también se utilizan en la industria metalúrgica y se dividen en tres tipos principales:

• Metales ligeros: cuya característica principal es un bajo nivel de densidad. Estos incluyen Magnesio, berilio, aluminio. Los productos fabricados con dichos metales tienen una masa mucho menor que, por ejemplo, los productos de metales ferrosos.
• Metales nobles (caros): Oro, Plata, platino, rodio, osmio, etc. Son bastante fuertes, alto nivel de resistencia a la corrosión, pero tienen un alto costo, por lo que se utilizan en la industria metalúrgica en casos muy raros.
• Metales de bajo punto de fusión: cadmio, zinc, mercurio, estaño, plomo, antimonio, galio, etc.

Características

Los metales se caracterizan por propiedades generales tales como:

• Densidad;
• Dureza;
• Soldabilidad;
• Ductilidad;
• Conductividad eléctrica.

Propiedades

Los metales son excelentes conductores de la corriente eléctrica. Sus propiedades están completamente dictadas por su estructura cristalina y composición atómica.

Físicas

Debido a la presencia de electrones libres (gas de electrones) en la red cristalina, todos los metales exhiben las siguientes propiedades generales características:

• Plasticidad: la capacidad de cambiar fácilmente de forma, estirarse en un alambre, enrollarse en láminas delgadas.
• Brillo metálico y opacidad: esto se debe a la interacción de los electrones libres con la luz que incide sobre el metal.
• Conductividad eléctrica: se explica por el Movimiento dirigido de electrones libres desde el polo negativo al positivo bajo la influencia de una pequeña diferencia de potencial. Cuando se calienta, la conductividad eléctrica disminuye, porque a medida que aumenta la Temperatura, aumentan las vibraciones de los átomos y los iones en los nodos de la red cristalina, lo que dificulta el movimiento dirigido del «gas de electrones».
• Conductividad térmica: se debe a la alta movilidad de los electrones libres, por lo que la masa del metal iguala rápidamente la temperatura. La conductividad térmica más alta está en el bismuto y el mercurio.
• Dureza: el más duro es el cromo (corta vidrio); los más blandos, los metales alcalinos, Potasio, Sodio, rubidio y cesio, se cortan con un cuchillo.
• Densidad: es cuanto menor es la densidad, menor es la masa atómica del metal y mayor el radio del átomo. El más ligero es el litio (ρ=0,53 g/cm3); el más pesado es el osmio (ρ=22,6 g/cm3). Los metales que tienen una densidad inferior a 5 g/cm3 se consideran «metales ligeros».
• Puntos de fusión y ebullición: el metal más fusible es el mercurio (p.f. = -39°C), el metal más refractario es el tungsteno (t°m. = 3390°C). Metales con t°pl. por encima de 1000°C se consideran refractarios, por debajo – bajo punto de fusión.

Químicas

• Debido a la exposición a altas temperaturas, los metales reducen parcialmente su conductividad eléctrica.
• En condiciones de baja temperatura, la conductividad eléctrica de ciertos tipos de metales aumenta, por lo que estos tipos se consideran superconductores.
• En los átomos de metal, firmemente unidos en una red cristalina, los electrones pueden moverse fácilmente por todo el volumen, y no solo en las capas externas del átomo.

Mecánicas

Estas características significan el comportamiento del metal bajo la acción de fuerzas mecánicas externas aplicadas. Éstos incluyen:

• Resistencia a la deformación de metales;
• El plástico;
• Viscosidad;
• Resistencia a la temperatura;
• La capacidad de no colapsar en presencia de grietas.

Estructura interna de los metales

Dado que los metales en estado sólido tienen una estructura interna cristalina, las partículas elementales (átomos) que los forman se agrupan en una secuencia estrictamente definida en el proceso de cristalización desde el estado fundido. Esta secuencia se denomina red cristalina, que es un elemento de volumen imaginario, que está formado por un número mínimo de átomos, cuya repetición repetida permite construir el cristal completo.

Aleaciones

Las aleaciones son sustancias formadas por dos o más metales que se obtienen fundiendo elementos simples. Según el número de componentes, las aleaciones se dividen en dos componentes (dobles), tres componentes (triples) y multicomponentes.

La diferencia entre los metales y las aleaciones radica en varias características visuales, como la granulosidad y la suavidad de la superficie. Las aleaciones también tienen conductividad térmica y eléctrica.

Los más utilizados en la industria son las aleaciones de Cobre, Titanio, bronce y aluminio. Estos elementos sirven como materia prima para la producción de diversas piezas y fundición de estructuras metálicas.

Metales y no metales

Los metales y los no metales difieren principalmente en su estructura. Si representamos la estructura del átomo de sodio y cloro, es fácil ver que los metales tienen una pequeña cantidad de electrones, por lo que fácilmente donan electrones externos y exhiben propiedades reductoras.

La tendencia de un metal a donar electrones depende de su estructura, principalmente del tamaño de los átomos: cuanto mayor sea el radio atómico, más fácilmente el metal cede electrones.

• Los no  metales son todos los elementos (y sustancias simples) que no son  metales. En la tabla periódica, los símbolos  de los no metales  son rojos y los  metales  son azules. Algunos no metales en su forma libre a temperatura ambiente son gases, otros son sólidos y uno es líquido.
• Los metales son sustancias simples y el estado de oxidación de sus átomos es 0. Al entrar en reacciones, los metales casi siempre cambian el estado de oxidación de sus átomos. La electronegatividad de estos átomos es baja. Por lo tanto, los átomos metálicos adquieren un estado de oxidación positivo, y todos, en un grado u otro, exhiben propiedades reductoras.
• Los no metales, por el contrario, tienen una gran cantidad de electrones externos y se adhieren fácilmente a las grasas que faltan y exhiben propiedades oxidantes. La actividad oxidativa de los no metales depende, por un lado, del tamaño de los átomos (cuanto más pequeños son los átomos, más activa es la sustancia) y, por otro lado, de la fuerza de los enlaces covalentes en una sustancia simple (el más fuertes los enlaces, menos activa la sustancia).

Tipos de metales

Hay miles de diferentes tipos y grados de metales, y cada uno está diseñado para aplicaciones muy específicas. Estos son los metales más comunes.

• Acero
• Acero carbono
• Aleación de acero
• Acero inoxidable
• Hierro (forjado o fundido)
• Aluminio
• Magnesio
• Cobre
• Latón
• Bronce
• Zinc
• Titanio
• Tungsteno
• Adamantium
• Níquel
• Cobalto
• Estaño
• Plomo
• Sillico

Ejemplos de metales más duros

La resistencia de los metales está determinada por varias propiedades, considerando que es el acero y sus aleaciones las que están en la lista de los metales más fuertes.

• Aleación de acero, hierro y níquel es una de las aleaciones más duraderas.
• El acero inoxidable es una aleación resistente a la corrosión de acero, cromo y manganeso.
• El titanio es el metal natural más utilizado en los medios y la cinematografía.
• El tungsteno combinado con acero y otros metales permite crear aleaciones altamente resistentes.
• El tantalio tiene tres ventajas a la vez: fuerza, densidad y resistencia a la corrosión.
• El aluminuro de titanio es una aleación de titanio y aluminio que resiste altas temperaturas.
• Una aleación de titanio y oro es otro material único de gran resistencia.