Propiedades de los Metales

PROPIEDADES FSICAS Y MECANICAS

Brillo metlico

Dureza elevada: dos escalas de dureza

Escala de mineraloga: resistencia al corte o a la abrasin. Mide la dificultad de un material a ser rayado.

Escala de metalurgia: resistencia a la identacin o penetracin.

Altos puntos de fusin El mayor para el W

Densidad elevada: depende de la masa, el tamao y el empaquetamiento de loa tomos. Los metales con una densidad inferior a 5g/cm3 son ligeros, los dems pesados

Lustre caracterstico: consecuencia de la alta reflectividad de la luz visible. Como los metales poseen estructuras muy densas son opacos.

Alta ductilidad, maleabilidad y tenacidad:

Ductilidad: facultad de ser estirados en finos hilos. Muy acusada en los metales nobles.

Maleabilidad: facultad de ser extendidos en finas lminas. Metales nobles y Sn

Tenacidad: capacidad para absorber energa y deformarse plsticamente antes de fracturarse. Fe y Cu.

Elevadas conductividades trmica y elctrica:

Conductividad trmica: debido al empaquetamiento compacto de los tomos en los cristales metlicos. El calor se propaga en los metales gracias al fluido electrnico.

Conductividad elctrica: debido a la deslocalizacin y movilidad de los electrones en los cristales metlicos. Los electrones ms externos estn dbilmente retenido en los tomos. Disminuye con el aumento de la temperatura.

Comparacin con los compuestos inicos: conductividades elctricas muy bajas debido a la retencin tan fuerte en las posiciones reticulares de equilibrio En estado fundido y en disolucin conducen la electricidad con transporte de materia.

Comparacin con los semimetales: no son dctiles ni maleables, son quebradizos y su conductividad elctrica aumenta con la fusin.

ESTRUCTURA

Cbica con empaquetamiento compacto. NC = 12

Hexagonal con empaquetamiento compacto. NC = 12

Cbica centrada en el espacio. NC = 8 o 14

Cuando el elemento es polimrfico se da en primer lugar la estructura ms estable a la temperatura ordinaria.

CLASIFICACION DE LOS METALES

Metales frreos: Metales no frreos:- Color gris oscuro - Color rojo, amarillo o blanco- Elevada densidad excepto los alcalinotrreos - Elevada plasticidad- Elevado punto de fusin - Baja dureza- Dureza relativamente elevada - Puntos de fusin relativamente bajos- Muchos son polimrficos - No presenta polimorfismo- Ejemplo tpico. Hierro - Ejemplo tpico. Cobre

Los metales frreos se subdividen en:

Metales del grupo del hierro: Fe, Co, Ni y Mn. Aditivos en aleaciones del hierro. Propiedades parecidas a los aceros de alta aleacin.

Metales refractarios o de alto punto de fusin: metales frreos con PF ms alto que el hierro.

Metales del grupo del uranio o actnidos. Se empelan en aleaciones destinadas a la ingeniera nuclear.

Metales de las tierras raras. Lantnidos, Y y Sc.

Metales alcalinotrreos: solo se usan en estado metlico para el transporte de calor en reactores nucleares.

Los metales no frreos se subdividen en:

Metales ligeros: baja densidad. Be, Mg y Al

Metales nobles: Ag, Au y grupo del platino. El Cu es seminoble. Resistentes a la corrosin.

Metales fusibles o de bajo PF: Zn, Cd, Hg, Sn, Pb....

PROPIEDADES MAGNETICAS

Origen del magnetismo: movimiento de espn de los ncleos atmicos y movimientos orbital y de espn de los electrones.

Susceptibilidad magntica: caracterstica de cada sustancia. Se puede medir directamente. A partir de su valor se puede obtener el momento magntico de un tomo o in.

Susceptibilidad magntica: (I: intensidad de magnetizacin, H: fuerza del campo)

Susceptibilidad especfica: (r: densidad)

Susceptibilidad molar: (M: peso molecular)

Diamagnetismo: Las sustancias diamagnticas carecen de momento magntico permanente. Es una propiedad general de la materia. Slo se presenta si se aplica un campo magntico. Se presenta en forma aislada en el caso de especies qumicas con todos los electrones apareados.

El origen estn en la interaccin entre el momento magntico inducido de cada electrn y el campo aplicado. Es negativa porque las lneas de fuerza de los dipolos inducidos cancelan algunas lneas de fuerza debida al campo aplicado.

; aumenta con el tamao de tomo y con el nmero de electrones. Es independiente de la agitacin trmica. Algunos cristales diamagnticos muestran anisotropa magntica, ya que c depende de la direccin relativa a los ejes.

Aplicaciones: determinaciones estructurales y correccin del paramagnetismo.

Paramagnetismo: Se presenta en especies qumicas que poseen algn electrn desapareado y poseen momento magntico permanente. Al aplicar un campo magntico externo, el momento magntico tiene el mismo sentido que el campo

El momento magntico permanente de las especies paramagnticas es suma de dos contribuciones, una debida al espn y otra orbital.

. Es inversamente proporcional a la temperatura. La agitacin trmica se opone a la orientacin de los dipolos.

La susceptibilidad magntica molar de lquidos slidos se mide mediante la tcnica de Guoy. La muestra es suspendida del brazo de una balanza en tal forma que quede situada entre los polos de un electroimn. Se aplica un campo magntico. Conociendo la diferencia de pesos antes y despus de aplicar el campo y la seccin de la muestra se obtiene la susceptibilidad.

Aplicaciones: se puede conocer el nmero de electrones desapareados para estudiar los complejos de los metales de transicin. Las medidas son sencillas de hacer.

Paramagnetismo independiente de la temperatura (PIT)): . Es el paramagnetismo de alta frecuencia de Van Vleck. Se presenta en el caso de especies qumicas que en su estado fundamental pueden poseer o no electrones desapareados.

Al aplicar un campo magntico externo se producen cambios en el estado fundamental por distorsin de la distribucin electrnica de un orbital. Se mezcla con estados de energa ms alta, inducindose una susceptibilidad que disminuye con el aumento de la diferencia de energa entre los estados.

Ferromagnetismo: Se asocia con interacciones cooperativas entre tomos individuales, los cuales tienden a alinear sus momentos magnticos paralelos entre s. La teora de Weiss supone a las sustancias ferromagnticas divididas en un gran nmero de dominios elementales que actan como iones permanentes dando lugar a una imanacin dirigida en determinadas direcciones.

La prdida por completo de ese magnetismo solo se consigue aplicando un campo en sentido contrario que sea igual al campo coercitivo.

Antiferromagnetismo: Los momentos magnticos atmicos se alinean en forma antiparalela alternadamente. Hasta una cierta temperatura la susceptibilidad aumenta debido a la agitacin trmica. Por encima de dicha temperatura, el paramagnetismo normal reemplaza al antiferromagnetismo

- Ferrimagnetismo: La magnetizacin de los materiales ferrimagnticos es menos que para los ferromagnticos. Se presenta en la magnetita. Mientras que los iones Fe3+ cancelan sus espines entre si, para los iones Fe2+ se alinean los espines.

Solidos

Existen algunos slidos en la naturaleza de forma geomtrica definida. Estos slidos se encuentran formando redes cristalinas. Estos slidos cristalinos son anistropos, es decir, sus propiedades mecnicas y elctricas dependen de la direccin en que se miren.

Tipos de slidos cristalinos: Inicos: se caracterizan porque sus redes cristalinas estn formadas por cationes y aniones unidos por fuerzas electrostticas (ClNa). Tienen puntos de fusin elevados, son solubles en agua y conducen la electricidad cuando se encuentra en una disolucin acuosa.

Moleculares: las unidades que se repiten en la red cristalina son tomos o molculas neutras (I2). Tienen bajos puntos de fusin, son solubles en disolventes no polares y no conducen la electricidad.

Macromoleculares: los tomos que forman la red se unen mediante enlaces covalentes y no forman molculas discretas (diamante). Tienen punto de fusin muy elevados, son insolubles en la mayora de los disolventes comunes y no son conductores.

Metlicos: formados por cationes metlicos rodeados de electrones mviles (Fe, Na). Tienen puntos de fusin elevados, son insolubles en el agua y la mayora de los disolventes orgnicos y son buenos conductores.

Tabla periodica

En 1869, el qumico ruso Mendeleiev, y el alemn Meyer, publicaron de manera independiente sus sistemas de ordenamiento de todos los elementos conocidos. Para esto se basaron en propiedades qumicas Mendeleiev y en las fsicas Meyer. Mendeleiev vio que al clasificar los elementos segn sus pesos atmicos se podan disponer en columnas que contenan elementos con las mismas propiedades fsicas y qumicas. Por tanto haba observado que las propiedades de los elementos varan de forma peridica segn el peso atmico, incluso lleg a dejar huecos en su tabla destinados a acoger elementos todava desconocidos (entonces slo se conocan 68 elementos).En la tabla peridica actual los elementos se disponen en orden creciente de sus nmeros atmicos. Las columnas representan familias grupos, y en ellas hay elementos con propiedades fsicas y qumicas similares. Las filas se llaman perodos y estn ocupadas por elementos con el mismo nmero cuntico n, en los que las propiedades varan en forma progresiva.

Propiedades peridicas:1. Potencial energa de ionizacin: es la cantidad mnima de energa que hay que suministrar a un tomo neutro gaseoso en estado fundamental para arrancarle el electrn enlazado con menor fuerza. Aumenta de abajo a arriba en los grupos y de izquierda a derecha en los perodos.

2. Afinidad electrnica: es la energa que se desprende cuando un tomo neutro gaseoso en estado fundamental capta un electrn formando un ion negativo (tambin gaseoso). Los elementos con una afinidad electrnica grande ganan electrones con facilidad, dando lugar a aniones. Adems no tienen tendencia a cederlos y su energa de ionizacin ser alta. Aumenta igualmente de abajo a arriba y de izquierda a derecha.

3. La electronegatividad: mide la tendencia de los tomos a atraer hacia s el par de electrones compartido en un enlace covalente con otro tomo del mismo elemento. El flor es el elemento ms electronegativo, seguido del oxgeno. Aumenta de abajo a arriba y de izquierda a derecha.

1. Estado de oxidacin: es el nmero de electrones que tiene que ganar o perder un tomo para adquirir la configuracin electrnica de gas noble.

2. Radio atmico: la mitad de la distancia entre dos ncleos de un elemento unidos por un enlace covalente puro. Aumenta de arriba abajo y de derecha a izquierda.