ENLACE METÁLICO
SE PRODUCE ENTRE ELEMENTOS QUE TIENEN ELECTRONEGATIVIDADES PARECIDAS Y BAJAS, ES DECIR, METALES.
Las propiedades de los metales son las siguientes:
SON BUENOS CONDUCTORES DEL CALOR Y LA ELECTRICIDAD
Los metales, por ejemplo el cobre y el aluminio, son utilizados para construir cables. Por otra parte, sabemos que los utensilios de cocina utilizados para calentar la comida están hechos con metales. Esto indica que las cargas eléctricas deben moverse con facilidad por el metal.
SON DÚCTILES Y MALEABLES, NO FRÁGILES
Al contrario que las sustancias iónicas, cuando golpeamos un metal no se produce su rotura. Por el contrario, el metal se deforma sin romperse. Los metales son dúctiles y maleables, es decir, tienen capacidad para formar hilos o láminas delgadas. Esto indica que la estructura cristalina de los metales es resistente a deformaciones, es decir, a cambios en las posiciones de sus nodos.
La figura muestra hilos de cobre y láminas de aluminio. ¿Qué es el "papel"de aluminio?
TIENEN COLOR Y BRILLO CARACTERÍSTICOS
En general, todos los metales tienen un color gris típico y, cuando están límpios, un brillo característico. Solo unos pocos metales (oro, cobre) tienen color dorado.
SON SÓLIDOS A TEMPERATURA AMBIENTE. PRESENTAN ELEVADAS TEMPERATURAS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN
Excepto el mercurio, todos los metales son sólidos a temperatura ambiente. Sus temperaturas de fusión y ebullición tienen un amplio margen de fluctuación, pudiendo alcanzar valores muy altos. Esto indica que la estructura cristalina de los metales es muy resistente.
Estructura cristalina de los metales
La mayoría de metales puros presentan una de estas tres estructura cristalinas: cúbica centrada en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta. Estos empaquetamientos aprovechan muy bien el espacio y dejan pocos huecos. Las más compactas son la cúbica centrada en las caras y la hexagonal en las que el espacio ocupado por los átomos llega al 74 %. En la cúbica centrada en el cuerpo se aprovecha el 68 %.
Cúbica centrada en las caras (cúbica compacta): Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt
Cúbica centrada en el cuerpo: Ba, Cr, Fe, W, alcalinos
Hexagonal compacta: Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn.
Dependiendo de la temperatura el hierro sólido puede presentar tres fases (presenta halotropía). Desde la temperatura ambiente hasta 910 ºC presenta estructura cúbica centrada en el cuerpo (hierro alfa, ferrita), entre 910 y 1394 ºC presenta estructura cúbica centrada en las caras (hierro gamma, austenita) y entre 1394 y la temperatura de fusión (1538 ºC) vuelve a tener estructura cúbica centrada en el cuerpo (hierro delta). A medida que enfriamos hierro líquido observamos que la temperatura se mantiene constante en los dos cambios de fase.
Curva de enfriamiento del hierro puro
Teorías sobre el enlace metálico
1.- MODELO DE NUBE DE ELECTRONES
De acuerdo con esta interpretación, los átomos de los metales comparten globalmente los electrones de las capas de valencia. Un cristal metálico estaría formado, por tanto, por un enrejado formado por iones positivos y una nube electrónica que se mueve con libertad y da estabilidad al cristal. La repulsión eléctrica entre iones estaría compensada por el efecto atractivo que producen los electrones al moverse entre los iones.
2.- TEORÍA DE BANDAS
De acuerdo con esta interpretación, los orbitales atómicos de los átomos del metal se solapan formando orbitales moleculares extendidos a todo el cristal que denominamos bandas.
La banda puede estar vacía, semillena o llena en función de los electrones que hubiera en cada uno de los orbitales atómicos que han solapado. Por ejemplo, la banda 3s del sodio está semillena, porque los orbitales 3s de los átomos de sodio que dieron lugar a ella estaban semillenos (tenían un solo electrón).
Por ejemplo, en el litio las bandas serían las siguientes:
Las bandas de energía de un elemento pueden estar próximas o separadas en términos energéticos. Eso explicaría que fuera coductor, semiconductor o aislante.
La siguiente simulación de PHET explica la estructura de bandas de un conductor, un semiconductor y un aislante.
Los semiconductores pueden ser dopados con impurezas, modificándose con ello su comportamiento frente a la electricidad. Si el semiconductor es del grupo IV del SP (p.e. silicio) podría doparse con un elemento del grupo V (p.e. arsénico). Este sería un dopaje N ya que la impureza aporta más electrones (5) que los átomos de semiconductor original (4). Si el dopaje se hace con átomos de un elemento del grupo III (p.e. boro) el dopaje es P ya que estos átomos tienen menos electrones (3) que los del semiconductor (4). En este último caso hablamos de que el átomo dopante aporta un hueco.
En la siguiente simulación se podrá comprobar que la presencia de elementos dopantes (P o N) modifican la estructura de bandas del semiconductor y que la introducción de una unión PN o NP en el semiconductor actúa como un diodo, es decir, permite pasar la corriente eléctrica en un sentido y no en otro. Esta es la base de los transistores.
INDICE
- Teorías acerca del enlace químico
- Estudio energético de la formación del enlace iónico. Energía reticular
-Teoría del enlace-valencia y Hibridación
- Energía de disociación de enlace
ALEACIONES
Son mezclas homogéneas de dos o más metales (también puede incluir un no metal) que presenta propiedades metálicas. El proceso de mezcla suele incluir la fusión y posterior solidificación. Como resultado del proceso se produce una solución sólida en la que: a) los átomos de un metal han sido sustituidos por los átomos del otro metal o b) los átomos de un metal (o no metal, por tener átomos de menor tamaño) han ocupado los huecos de la red cristalina de otro metal.
El latón es una solución sólida sustitucional porque los átomos de zinc han sustituido algunos átomos de cobre en su red cristalina. Sin embargo, el acero es una solución sólida intersticial, porque los átomos de carbono (de pequeño tamaño) se han introducido en los intersticios de la red cristalina del hierro.
Las aleaciones más comunes son las siguientes:
Acero: Hierro y carbono
Acero inoxidable: Hierro, carbono, níquel y cromo
Alnico: Cobalto, aluminio y níquel
Alpaca: Zinc, cobre y níquel
Bronce: Cobre y estaño (en una proporción del 3 al 20 por ciento)
Constantán: Cobre y níquel
Magal: Magnesio con aluminio, zinc y manganeso
Magnam: Magnesio con manganeso, aluminio y zinc
Nicrom: Níquel y cromo
Nitinol: Níquel y titanio
Peltre: Estaño, cobre, antimonio y plomo
Zamak: Zinc con aluminio, magnesio y cobre
