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Aprende todo sobre las propiedades de los metales

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Para la mayoría de la gente, metal es otra palabra para designar el hierro, el acero o una sustancia dura y brillante similar.

Pero, ¿se ajusta esta definición a las verdaderas propiedades de los metales?

Sí… y no.

Antes de explicarlo, debes saber que la mayoría de los elementos de la tabla periódica son metales.

Los metales se encuentran en el centro y en la parte izquierda de la tabla periódica. Se pueden clasificar además en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición y metales básicos.

Lección de Ciencias de los Metales

Propiedades de los Metales

Un elemento es una sustancia formada por un tipo de átomo; no se puede separar en partes más simples. Por ejemplo, el elemento helio (piense en los globos de aire caliente) está formado exclusivamente por átomos de helio.

Los elementos se clasifican generalmente como metales o no metales (aunque algunos elementos tienen características de ambos; éstos se llaman metaloides).

Tres propiedades de los metales son:

  • Brillo: Los metales son brillantes cuando se cortan, se rayan o se pulen.
  • Maleabilidad: Los metales son fuertes pero maleables, lo que significa que pueden doblarse o moldearse fácilmente. Durante siglos, los herreros han podido dar forma a objetos metálicos calentando el metal y golpeándolo con un martillo. Si lo intentaran con objetos no metálicos, el material se rompería. La mayoría de los metales también son dúctiles, lo que significa que se pueden estirar para hacer alambre.
  • Conductividad: Los metales son excelentes conductores de la electricidad y el calor. Como también son dúctiles, son ideales para el cableado eléctrico. (Puedes comprobarlo utilizando algunos objetos domésticos. ¡Sigue leyendo para saber cómo!)

Propiedades adicionales de los metales

Alto punto de fusión: La mayoría de los metales tienen puntos de fusión elevados y todos, excepto el mercurio, son sólidos a temperatura ambiente.

Sonoros: Los metales suelen emitir un sonido de timbre al ser golpeados.

Reactividad: Algunos metales sufren un cambio químico (reacción), por sí mismos o con otros elementos, y liberan energía. Estos metales nunca se encuentran en estado puro y son difíciles de separar de los minerales en los que se encuentran. El potasio y el sodio son los metales más reactivos. Reaccionan violentamente con el aire y el agua; ¡el potasio se incendia al entrar en contacto con el agua!

Otros metales no reaccionan en absoluto con otros metales. Esto significa que se pueden encontrar en forma pura (ejemplos son el oro y el platino). Como el cobre es relativamente barato y tiene una baja reactividad, es útil para hacer tuberías y cableado.

Cinco grupos de metales:

Los metales nobles se encuentran como metales puros porque no son reactivos y no se combinan con otros elementos para formar compuestos. Al ser tan poco reactivos, no se corroen fácilmente. Esto los hace ideales para la joyería y las monedas. Los metales nobles son el cobre, el paladio, la plata, el platino y el oro.

Los metales alcalinos son muy reactivos. Tienen puntos de fusión bajos y son lo suficientemente blandos como para ser cortados con un cuchillo. El potasio y el sodio son dos metales alcalinos.

Los metales alcalinotérreos se encuentran en compuestos con muchos minerales diferentes. Son menos reactivos que los metales alcalinos, así como más duros, y tienen puntos de fusión más altos. Este grupo incluye el calcio, el magnesio y el bario.

Los metales de transición son lo que solemos pensar cuando pensamos en metales. Son duros y brillantes, fuertes y fáciles de moldear. Se utilizan para muchos fines industriales. Este grupo incluye el hierro, el oro, la plata, el cromo, el níquel y el cobre, algunos de los cuales son también metales nobles.

Los metales pobres son bastante blandos, y la mayoría no se utilizan mucho por sí mismos. Sin embargo, se vuelven muy útiles cuando se añaden a otras sustancias. Los metales pobres incluyen el aluminio, el galio, el estaño, el talio, el antimonio y el bismuto.

Aleaciones: Combinaciones fuertes

Las propiedades de estos diferentes metales pueden combinarse mezclando dos o más de ellos. La sustancia resultante se llama aleación. Algunos de nuestros materiales de construcción más útiles son en realidad aleaciones. El acero, por ejemplo, es una mezcla de hierro y pequeñas cantidades de carbono y otros elementos; una combinación que es fuerte y fácil de usar. (Si se le añade cromo, se obtiene el acero inoxidable. Compruebe las ollas y sartenes de su cocina para ver cuántas están hechas de acero inoxidable)

Otras aleaciones como el latón (cobre y zinc) y el bronce (cobre y estaño) son fáciles de moldear y bonitas. El bronce también se utiliza con frecuencia en la construcción de barcos porque es resistente a la corrosión del agua de mar.

El titanio es mucho más ligero y menos denso que el acero, pero igual de fuerte; y aunque es más pesado que el aluminio, también es dos veces más fuerte. También es muy resistente a la corrosión. Todos estos factores lo convierten en un excelente material de aleación. Las aleaciones de titanio se utilizan en aviones, barcos y naves espaciales, así como en pinturas, bicicletas e incluso ordenadores portátiles.

El oro, como metal puro, es tan blando que siempre se mezcla con otro metal (normalmente plata, cobre o zinc) cuando se hace joyería. La pureza del oro se mide en quilates. El más puro que se puede conseguir en joyería es el de 24 quilates, que supone un 99,7% de oro puro. El oro también puede mezclarse con otros metales para cambiar su color; el oro blanco, muy popular en joyería, es una aleación de oro y platino o paladio.

Metal de mena

Las menas son rocas o minerales de los que se puede extraer una sustancia valiosa, normalmente un metal. Algunos minerales comunes son la galena (mineral de plomo), la bornita y la malaquita (cobre), el cinabrio (mercurio) y la bauxita (aluminio). Los minerales de hierro más comunes son la magnetita y la hematita (un mineral de color oxidado formado por hierro y oxígeno), que contienen alrededor de un 70% de hierro.

Hay varios procesos para refinar el hierro del mineral. El proceso más antiguo consiste en quemar el mineral de hierro con carbón vegetal (carbono) y oxígeno proporcionado por fuelles. El carbono y el oxígeno, incluido el oxígeno del mineral, se combinan y dejan el hierro. Sin embargo, el hierro no se calienta lo suficiente como para fundirse por completo y contiene silicatos sobrantes del mineral. Se puede calentar y martillar para formar hierro forjado.

El proceso más moderno utiliza un alto horno para calentar el mineral de hierro, la piedra caliza y el coque (un producto del carbón, no el refresco). Las reacciones resultantes separan el hierro del oxígeno del mineral. Este «arrabio» debe mezclarse de nuevo para crear el hierro forjado. También puede utilizarse para otro propósito importante: cuando se calienta con carbono y otros elementos, se convierte en un metal más fuerte llamado acero.

Considerando el proceso que implica, no es sorprendente que el hierro no se utilizara hasta alrededor del año 1500 antes de Cristo. Pero algunos metales puros -el oro, la plata y el cobre- se utilizaron antes, y se cree que la aleación de bronce fue descubierta por los sumerios hacia el 3500 a.C. Pero el aluminio, uno de los metales más esenciales en el uso moderno, no se descubrió hasta 1825 d.C., ¡y no se utilizó comúnmente hasta el siglo XX!

Corrosión: Proceso &Prevención

¿Has visto alguna vez un trozo de plata que haya perdido su brillo, o hierro con óxido de color rojizo o incluso agujeros causados por la corrosión? Esto ocurre cuando el oxígeno (generalmente del aire) reacciona con un metal. Los metales con mayor reactividad (como el magnesio, el aluminio, el hierro, el zinc y el estaño) son mucho más propensos a este tipo de destrucción química, o corrosión.

Cuando el oxígeno reacciona con un metal, forma un óxido en la superficie del mismo. En algunos metales, como el aluminio, esto es algo bueno. El óxido proporciona una capa protectora que impide que el metal se siga corroyendo.

El hierro y el acero, en cambio, tienen graves problemas si no se tratan para evitar la corrosión. La capa de óxido rojizo que se forma en el hierro o el acero cuando reacciona con el oxígeno se llama óxido. La capa de óxido se desprende continuamente, exponiendo más parte del metal a la corrosión hasta que el metal acaba siendo devorado.

Una forma común de proteger el hierro es recubrirlo con una pintura especial que impide que el oxígeno reaccione con el metal que hay debajo de la pintura. Otro método es la galvanización: en este proceso, el acero se recubre de zinc. El oxígeno, las moléculas de agua y el dióxido de carbono del aire reaccionan con el zinc, formando una capa de carbonato de zinc que protege de la corrosión. Busque en su casa, patio y garaje ejemplos de corrosión, así como de galvanización y otros medios para proteger el metal de la oxidación.

Tecnología: Fuegos artificiales &Química

Si observas los fuegos artificiales el 4 de julio, verás hermosas combinaciones de colores y chispas.

¿Cómo funciona este increíble despliegue pirotécnico? La respuesta corta es la química. La más larga implica una recapitulación de las propiedades de los metales.

Uno de los ingredientes clave de los petardos, los fuegos artificiales terrestres y los fuegos artificiales aéreos (los que explotan en el cielo) es la pólvora negra, inventada por los chinos hace unos 1000 años. Es una mezcla de nitrato de potasio (salitre), carbón vegetal y azufre en una proporción de 75:15:10. La pólvora negra se utiliza para lanzar antenas y también provoca las explosiones necesarias para los efectos especiales como el ruido o la luz de colores.

En las bengalas, la pólvora negra se mezcla con polvos metálicos y otros compuestos químicos de forma que arda lentamente, de arriba abajo. En los cohetes simples, la pólvora negra está confinada en un tubo alrededor de una mecha. Cuando se enciende, la pólvora crea una fuerza que provoca una reacción igual y opuesta, empujando el artefacto pirotécnico del suelo y haciendo que los compuestos de su interior exploten en el aire.

Los proyectiles pirotécnicos más complejos se lanzan desde un mortero, un tubo con pólvora negra que provoca una reacción de despegue cuando se enciende. La mecha del proyectil se enciende mientras se eleva en el aire y, en el momento adecuado, una explosión en el interior del proyectil hace estallar sus cargas de efectos especiales.

La parte brillante y colorida del espectáculo pirotécnico está causada por los electrones «excitados» en los átomos de diferentes compuestos metálicos y salinos. Estos compuestos están en pequeñas bolas llamadas estrellas, hechas de un compuesto similar al que hace funcionar una bengala.

Los metales como agentes colorantes

Los diferentes metales arden en diferentes colores; por ejemplo, si se enciende un compuesto de cobre, su llama será de un color azul verdoso. El calcio arde de color rojo y el potasio de color púrpura. En los fuegos artificiales, los metales se combinan para crear diferentes colores.

Cuando los compuestos estelares de un fuego artificial se calientan, los átomos excitados desprenden energía luminosa. Esta luz se divide en dos categorías: incandescencia y luminiscencia. La incandescencia es la luz producida por el calor: en los fuegos artificiales, los metales reactivos como el aluminio y el magnesio provocan un estallido de luz muy brillante cuando se calientan, a veces a temperaturas superiores a los 5000 °F.

Los compuestos menos reactivos no se calientan tanto, lo que da lugar a chispas más tenues. La luminiscencia, por otro lado, se produce a partir de otras fuentes y puede ocurrir incluso a temperaturas frías. Los electrones del compuesto absorben energía, lo que les hace estar «excitados». Sin embargo, los electrones no pueden mantener este nivel alto, por lo que saltan de nuevo a un nivel inferior, liberando energía luminosa (fotones) en el proceso.

El cloruro de bario es un compuesto químico que da a los fuegos artificiales un color verde luminiscente, y el cloruro de cobre hace un color azul. Para cualquiera de los dos tipos de luz, es importante utilizar ingredientes puros, ya que las trazas de otros compuestos oscurecerán el color.

Más lecturas sobre metales:

  • Escultura de alambre giratorio
  • Proyectos de feria de ciencias químicas
  • Proyectos de feria de ciencias físicas
  • Proyectos de ciencias de circuitos

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