NATURALEZA

Explicador: ¿Qué es un metal?

Los altísimos rascacielos se doblaron pero no se rompieron bajo los fuertes vientos. Esta es una de las ventajas que pueden ofrecer los metales. Debido a su maleabilidad (MAAL-ee-ah-bul), el metal se puede martillar en escamas sin romperse. Debido a que son maleables (DUK-tul), se pueden jalar fácilmente en cables sin romperse. Los metales también pueden conducir electricidad.

Pero no todos los metales se valoran por igual. Si bien más de las tres cuartas partes de los 118 elementos de la tabla periódica son metales, solo usamos unos pocos para fabricar herramientas. Eso es porque los metales familiares, como el hierro y la plata, son especiales. Por un lado, son más fáciles de encontrar que otros metales. (Si bien la mayoría de los elementos conocidos son metales, son bastante raros en la naturaleza).

Los metales comunes también son menos reactivos que la mayoría de los otros metales. La reactividad se refiere a la facilidad con la que una sustancia reacciona químicamente con otras sustancias. Es más seguro manipular metales menos reactivos que metales altamente reactivos. La plata esterlina es muy segura y la usamos para joyería y vajillas. ¡Pero el sodio puro, también un metal, es muy reactivo y explota cuando entra en contacto con el agua!

Observe cómo reaccionan químicamente los componentes de la sal de mesa: sodio (un metal) y cloro. ¡Cuidado con las llamas!

Entonces, lo bueno es que el sodio puro nunca se produce de forma natural. En cambio, solo lo descubrimos después de que ya está unido químicamente a uno o más elementos. El cloruro de sodio o la sal de mesa es un ejemplo común. Esto destaca otra razón por la que los metales de baja actividad son tan útiles. Por lo general, ocurren naturalmente en formas fáciles de usar. Por ejemplo, la plata se puede extraer como plata pura. Pero si queremos sodio puro, necesitamos una forma de separarlo de una de las sustancias químicas a las que está unido. Esto puede ser difícil de hacer.

A veces, un proyecto en particular, como el telescopio espacial James Webb de $ 10 mil millones, puede requerir un metal bastante raro. Después de 25 años de investigación y desarrollo, el telescopio se lanzó en la mañana de Navidad de 2021. Para el ojo del cielo, la NASA eligió el raro metal berilio (Beh-RIL-ee-um) para sus espejos recubiertos de oro en forma de panal. El berilio es súper ligero. Esto facilita el lanzamiento al espacio. El berilio también conserva su forma en temperaturas frías. El metal se contrae y se dobla cuando es expulsado del aire relativamente cálido de la Tierra a las temperaturas criogénicas (ultra frías) del espacio. Dado que los telescopios funcionan reflejando la luz, cualquier ligero cambio de forma puede estropear la imagen del telescopio. Pero el berilio sigue siendo más estable que la mayoría de los metales durante cambios de temperatura tan drásticos.

Foto de primer plano de los espejos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA
El telescopio espacial James Webb de la NASA es un ejemplo de un proyecto especial que utiliza metales raros. Sus 16 espejos hexagonales, dispuestos en forma de panal, están hechos del raro metal berilio. La NASA eligió el berilio porque es liviano y resistente a los cambios de forma relacionados con la temperatura. Una fina capa de oro cubre el berilio para mejorar la reflectividad del espejo. Chris Gunn/NASA

Metales vs no metales: ¿cuál es la diferencia?

Un átomo roba electrones de los átomos vecinos si puede. No roba todo eso, pero es suficiente para mantenerlo estable. Diferentes elementos tienen diferentes números de electrones que, al menos en teoría, pueden ser robados por sus vecinos. Estos se llaman electrones de valencia (VAY-lents). Son los electrones orbitales externos que pueden formar parte de un enlace químico.

Los átomos metálicos difieren de los átomos no metálicos en su capacidad para robar electrones de valencia de otros átomos. Algunos podrían decir que el metal es un mal ladrón. En lugar de capturar los electrones de sus vecinos, suelen ceder los suyos. Esta tendencia a perder electrones se ha descrito como su «naturaleza metálica».

Por lo tanto, los elementos no metálicos tienen propiedades metálicas bajas. Entre estos no metales se encuentran el carbono, el oxígeno y el nitrógeno. Cuando se trata de ladrones electrónicos, los no metales son los mejores. El rey de estos no metales es el flúor. El flúor es un completo matón cuando se trata de robar electrones. Entonces es muy reactivo.

Los metales necesitan electrones, pero solo débilmente. En muchos sentidos, sin embargo, esta debilidad resultó ser la fuerza del metal. Su ductilidad (flexibilidad), ductilidad (estiramiento) y conductividad eléctrica provienen de la tendencia de estos elementos a perder electrones.

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Los elementos se vuelven más metálicos a medida que se mueve de derecha a izquierda y de arriba hacia abajo en la tabla periódica. El cesio (Cs) es el más metálico de los elementos naturales. El flúor (F) es el menos metálico.duntaro/iStock/Getty Images Plus

Los metales pueden incluso formar enlaces especiales

La mayoría de los enlaces químicos ocurren cuando los átomos compiten por los electrones.Una especie de Metálico El enlace ocurre cuando se unen dos átomos de metal. A ninguno de los dos parecía importarle qué átomo acababa con el electrón extra.

Contrasta esto con los enlaces iónicos. Esto sucede cuando un metal (como el sodio) se combina con un no metal (como el cloro). Debido a sus propiedades metálicas muy diferentes, los no metales roban electrones de los átomos metálicos y retienen esos electrones.

La unión química se produce después del robo. Los metales y los no metales siguen unidos porque ahora tienen cargas opuestas. Ambos átomos comienzan con una carga neutra. Una vez que el no metal gana un electrón, se vuelve negativo. (Eso se debe a que los electrones tienen carga negativa). Pero el metal perdió un electrón. Esto le da al metal una carga positiva general. Tenga en cuenta que el metal no tiene carga positiva porque adquiere una carga positiva. Es positivo porque pierde lo negativo. Estos átomos con carga opuesta, ahora llamados iones, se atraen entre sí y se mantienen unidos.

Un enlace metálico también es diferente de un enlace covalente que se forma cuando se combinan dos no metales. Allí, ambos no metales intentan agarrar electrones del otro.pero debido a ambas cosas Hubo fuertes demandas en la electrónica del otro, y ambos fallaron. Los no metales terminaron en un tira y afloja perpetuo. Debido a que ninguno de los átomos «gana», se describe que los átomos «comparten» sus electrones.

Pero cuando dos átomos de metal chocan entre sí, no luchan por los electrones. Tampoco quiere electrones mucho. Cuando muchos átomos de metal terminan pegados, como en una pieza de metal, sus electrones se mueven de átomo a átomo a átomo a átomo. Los científicos describen estos electrones como «deslocalizados».

Los electrones deslocalizados explican por qué los metales conducen la electricidad. Después de todo, la electricidad es solo el movimiento de electrones. Un modelo utilizado para explicar los enlaces metálicos imagina átomos metálicos como si estuvieran flotando en un mar de electrones.

Los electrones deslocalizados explican más que solo la conductividad eléctrica de los metales. También explican la ductilidad y ductilidad de los metales. Los enlaces metálicos permiten que los átomos de metal se muevan en sus mares de electrones, pero aún permanecen unidos. Si estuvieran firmemente unidos con enlaces covalentes o iónicos, eso nunca sería posible.

Los átomos de algunos metales se mueven más fácilmente que otros. Los metales con átomos fácilmente móviles son demasiado dúctiles para ser utilizados en la fabricación de herramientas. Son demasiado suaves. El sodio metálico es uno de esos ejemplos. El sodio es lo suficientemente maleable como para cortarlo con una espátula. La mayoría de nuestros metales realmente útiles, especialmente los que se usan para fabricar herramientas, son lo suficientemente duros como para mantener su forma. Tomemos el hierro como ejemplo. Para forjar una espada de hierro, un herrero debe reposicionar cientos de millones de átomos de hierro. Esta no es una tarea fácil.

Entonces, ¿cómo lo hace un herrero? Recuerda, los átomos nunca se detienen. Se mueven y tiemblan. Los átomos calientes vibran más que los átomos fríos, dando más libertad a los átomos calientes. En el metal fundido, los enlaces entre los átomos se debilitan mucho. Por lo tanto, los herreros aumentarán el calor de forja a más de 1600 grados Celsius (2900 grados Fahrenheit). Este intenso calor debilita estos enlaces metálicos, lo que permite que el herrero martille el metal para darle forma.

Una vez que la nueva espada se enfría, sus átomos se ralentizan y los enlaces metálicos se vuelven a fijar.

Aleación y genuino Titánico clase

Las joyas casi nunca contienen oro puro. Simplemente demasiado suave. Por lo tanto, los trabajadores del metal mezclan oro con otros metales (generalmente cobre) para reducir su ductilidad. Estos metales mixtos se denominan aleaciones. Las aleaciones también pueden ser metales mezclados con pequeñas cantidades de no metales.

El acero al carbono es una aleación de hierro hecha con una pequeña cantidad de carbono. Los rascacielos y los puentes están hechos de grandes cantidades de acero al carbono. Lo mismo ocurre con muchos cuchillos de cocina y destornilladores. El carbono en el acero al carbono fortalece el hierro, haciéndolo más duro. Pero al aumentar la dureza del metal también se reduce su ductilidad.

De hecho, demasiado carbono puede hacer que el acero se vuelva quebradizo. Este problema solo empeorará a medida que el metal se enfríe. Abril de 1912, crucero Titánico En su viaje inaugural chocó contra un iceberg y se hundió. Murieron más de 1.500 personas. Un estudio del casco agrietado del barco mostró que, TitánicoEl acero se vuelve quebradizo en las frías aguas del Océano Atlántico.Esta Titánicode Las aleaciones de acero se vuelven quebradizas a los 32 ºC (90 ºF)La noche en que se hundió el Titanic, la temperatura del agua era de sólo –2 ºC (28 ºF).

Los ingenieros de hoy usan diferentes aceros.Por ejemplo, un tipo de acero moderno llamado ASTM A36 puede soportar –27 ºC (–17 ºF) y luego se vuelve como TitánicoTenido. La diferencia es la aleación.Esta TitánicoAndrew Falkowski explicó que el acero de la empresa es «mucho más alto en azufre y mucho más bajo en manganeso». Es ingeniero de materiales en Salt Lake City, Utah.También fue coanfitrión Podcast de materialismoun programa sobre ciencia de los materiales.

La tabla periódica separa los metales de los no metales

Puedes saber la metalicidad de cualquier elemento encontrándolo en la tabla periódica. Las firmas metálicas están presentes en el espectro. El elemento se encuentra entre el flúor, que tiene el contenido de metal más bajo, y el cesio (o francio, si incluye elementos hechos en laboratorio), que tiene el contenido de metal más alto. Entonces, en términos de propiedades metálicas, el cesio y el flúor son opuestos.El flúor es el más reactivo. no metal existe.El cesio es el más reactivo. MetalSi estos dos se encuentran, estallarán en una fuerte llama blanca.

Encuentra estos elementos en la tabla periódica y notarás algo. Están en opuestos. Esto no es una coincidencia.

Los no metales ocupan la esquina superior derecha de la tabla periódica clásica, incluida toda la columna del extremo derecho. Hay una excepción.El hidrógeno es el único no metal. no Combinado con no metales. El hidrógeno es extraño, principalmente porque sus átomos son muy pequeños.

el metal está en todas partes Aparte de esquina superior derecha. Las propiedades de los metales aumentan a medida que te alejas de los no metales. Aumenta a medida que se mueve de derecha a izquierda y hacia abajo.

Tipos similares de metales se agrupan en la tabla periódica. Por ejemplo, la columna más a la izquierda contiene sodio y otros llamados metales alcalinos. Todos estos reaccionan violentamente con los no metales. Los elementos entre metales y no metales se llaman metaloides o semimetales. Tienen propiedades metálicas y no metálicas. El arsénico y el silicio son ejemplos. En el medio están los llamados metales de transición. Este es el metal más familiar, como el oro, la plata y el cobre.

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