Metales

Metales 260px Concepto: Cuerpo simple, sólido a las temperaturas ordinarias (exceptuando el mercurio), buen conductor del calor y la electricidad, dotado de brillo característico (llamado brillo metálico) y que tiene la propiedad de formar óxidos con el oxígeno y ligas o aleaciones con los demás metales

Metales:Grupo de elementos químicos que presentan todas o gran parte de las siguientes propiedades físicas: estado sólido a temperatura normal, excepto el mercurio que es líquido; opacidad, excepto en capas muy finas; buenos conductores eléctricos y térmicos; brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estado sólido. Metales y no metales se encuentran separados en el sistema periódico por una línea diagonal de elementos. Los elementos a la izquierda de esta diagonal son los metales, y los elementos a la derecha son los no metales. Los elementos que integran esta diagonal —boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, teluro, polonio y astato— tienen propiedades tanto metálicas como no metálicas. Los elementos metálicos más comunes son los siguientes: aluminio, bario, berilio, bismuto, cadmio, calcio, cerio, cromo, cobalto, cobre, oro, iridio, hierro, plomo, litio, magnesio, manganeso, mercurio, molibdeno, níquel, osmio, paladio, platino, potasio, radio, rodio, plata, sodio, tantalio, talio, torio, estaño, titanio, volframio,uranio, vanadio y cinc. Los elementos metálicos se pueden combinar unos con otros y también con otros elementos formando compuestos, disoluciones y mezclas. Una mezcla de dos o más metales o de un metal y ciertos no metales como el carbono se denomina aleación. Las aleaciones de mercurio con otros elementos metálicos son conocidas como amalgamas.

Historia

Los metales empezaron a utilizarse, aproximadamente, en el año 10000 a.c.; por eso, conocemos ese período histórico como la edad de los metales, que comenzó con la edad del cobre. 5.000 años más tarde se descubrió la fundición, lo cual supuso un gran avance. Hasta ese momento, los metales solo podían trabajarse ejerciendo fuerza sobre ellos, es decir, golpeándolos con otro metal. En cambio, la fundición permitió derretirlos, es decir, convertir el elemento sólido en líquido, al someterlo a altísimas temperaturas. De esta forma, fue posible dar a los metales la forma deseada, por ejemplo, mediante moldes. Existen diversos tipos de metales. Normalmente, se clasifican en preciosos (oro, plata, platino) y no preciosos (hierro, cobre, estaño, plomo).

Edad de los metales

Llegó un momento de la prehistoria en que los pueblos dejaron de hacer sus instrumentos con piedra y pasaron a fabricarlos con metales (porque aprendieron las técnicas necesarias para ello). La edad de los metales se divide en tres periodos.

• La Edad del Cobre. El cobre fue el primer metal utilizado por los seres humanos.
• La Edad del Bronce. Se llama así porque el hombre empezó a utilizar el bronce, después de aprender a alear (mezclar) el cobre con otro metal: el estaño. Las antiguas culturas de Mesopotamia nacieron y se desarrollaron durante la edad del bronce. Al final de ese periodo surgieron también las primeras civilizaciones de Grecia.
• La Edad del Hierro. Los utensilios pasaron a fabricarse con hierro. Comenzó en Oriente Próximo hace aproximadamente 3.200 años (aunque en la mayor parte de Europa no se inició hasta hace unos 1.300 años, y en América no se trabajó el hierro hasta la llegada de los europeos a finales del siglo XV de nuestra era). Los europeos de la edad del hierro pertenecieron, en su mayor parte, a la cultura celta. La edad del hierro acabó en casi toda Europa a medida que se producía en cada zona la conquista romana

Propiedades físicas

Los metales muestran un amplio margen en sus propiedades físicas. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto es rosáceo, el cobre rojizo y el oro amarillo. En otros metales aparece más de un color, y este fenómeno se denomina pleocroísmo. El punto de fusión de los metales varía entre los -39 °C del mercurio y los 3.410 °C del volframio. El iridio, con una densidad relativa de 22,4, es el más denso de los metales. Por el contrario, el litio es el menos denso, con una densidad relativa de 0,53. La mayoría de los metales cristalizan en el sistema cúbico, aunque algunos lo hacen en el hexagonal y en el tetragonal. La más baja conductividad eléctrica la tiene el bismuto, y la más alta a temperatura ordinaria la plata. La conductividad en los metales se puede reducir mediante aleaciones. Todos los metales se expanden con el calor y se contraen al enfriarse. Ciertas aleaciones, como las de platino e iridio, tienen un coeficiente de dilatación extremadamente bajo. Los metales suelen ser duros y resistentes. Aunque existen ciertas variaciones de uno a otro, en general los metales tienen las siguientes propiedades: dureza o resistencia a ser rayados; resistencia longitudinal o resistencia a la rotura; elasticidad o capacidad de volver a su forma original después de sufrir deformación; maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la acción del martillo; resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presión continuadas, y ductilidad o posibilidad de deformarse sin sufrir roturas.

Propiedades químicas

Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos. Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones).

Estructura electrónica

En sus primeros esfuerzos para explicar la estructura electrónica de los metales, los científicos esgrimieron las propiedades de su buena conductividad térmica y eléctrica para apoyar la teoría de que los metales se componen de átomos ionizados, cuyos electrones libres forman un “mar” homogéneo de carga negativa. La atracción electrostática entre los iones positivos del metal y los electrones libres, se consideró la responsable del enlace entre los átomos del metal. Así, se pensaba que el libre movimiento de los electrones era la causa de su alta conductividad eléctrica y térmica. La principal objeción a esta teoría es que en tal caso los metales debían tener un calor específico superior al que realmente tienen. En 1928, el físico alemán Arnold Sommerfeld sugirió que los electrones en los metales se encuentran en una disposición cuántica en la que los niveles de baja energía disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados. En el mismo año, el físico estadounidense de origen suizo Félix Bloch, y más tarde el físico francés Louis Brillouin, aplicaron esta idea en la hoy aceptada “teoría de bandas” para los enlaces en los sólidos metálicos. De acuerdo con dicha teoría, todo átomo de metal tiene únicamente un número limitado de electrones de valencia con los que unirse a los átomos vecinos. Por ello se requiere un amplio reparto de electrones entre los átomos individuales. El reparto de electrones se consigue por la superposición de orbitales atómicos de energía equivalente con los átomos adyacentes. Esta superposición va recorriendo todo el metal, formando amplios orbitales que se extienden por todo el sólido, en vez de pertenecer a átomos concretos. Cada uno de estos orbitales tiene un nivel de energía distinto debido a que los orbitales atómicos de los que proceden, tenían a su vez diferentes niveles de energía. Los orbitales, cuyo número es el mismo que el de los orbitales atómicos, tienen dos electrones cada uno y se van llenando en orden de menor a mayor energía hasta agotar el número de electrones disponibles. En esta teoría se dice que los grupos de electrones residen en bandas, que constituyen conjuntos de orbitales. Cada banda tiene un margen de valores de energía, valores que deberían poseer los electrones para poder ser parte de esa banda. En algunos metales se dan interrupciones de energía entre las bandas, pues los electrones no poseen ciertas energías. La banda con mayor energía en un metal no está llena de electrones, dado que una característica de los metales es que no poseen suficientes electrones para llenarla. La elevada conductividad eléctrica y térmica de los metales se explica así por el paso de electrones a estas bandas con defecto de electrones, provocado por la absorción de energía térmica. Máscaras, vajillas, cuberterías, joyas, retablos, armas... Todos estos objetos se pueden fabricar con metales como el cobre, el oro o el hierro. La metalistería es la técnica de trabajar el metal con fines decorativos para la producción de obras de arte o de objetos de uso cotidiano.

Técnicas para trabajar y decorar los metales

También existen varias técnicas para trabajar el metal. Una de ellas es el martillado, conocido también como forja: calentándolo, pero sin llegar al punto de fundición, el metal se ablanda; es entonces cuando se golpea con otro metal, obteniendo formas todavía rudimentarias. La forja se utiliza sobre todo con el hierro. Otra técnica muy extendida es la soldadura. Consiste en la unión de varios metales por uno o varios puntos, aplicando calor en las partes que se desea unir. Esta técnica fue muy utilizada en el siglo XX, sobre todo, por los artistas de las vanguardias europeas, como, por ejemplo, el español Julio González. La última de las técnicas más importantes de la metalistería es la aleación. Comenzó a usarse en el 3000 a.C., 2.000 años después de la invención de la fundición. Pero, a diferencia de esta técnica, en la que se calienta un único tipo de metal, en la aleación intervienen varios tipos, creando así un metal nuevo. El ejemplo más importante de aleación es la del bronce, que es el metal que resulta de la unión del cobre y del estaño.

Pero, al tratar los metales, hemos de explicar también cuáles son las técnicas para decorarlos. La primera de ellas es el repujado, quizá una de las más sencillas y primitivas. Consiste en golpear el metal desde dentro hacia fuera, es decir, desde la parte no visible a la parte visible del objeto artístico o utilitario. Del mismo modo funciona otra de estas técnicas decorativas, la del cincelado, pero, en este caso, el metal se trabaja desde fuera hacia dentro. El resultado son incisiones o hendiduras que se realizan con punzones o gubias (similares a las que se usan en la técnica del grabado). Otra técnica muy importante es el dorado. El objeto de metal, en este caso, se decora con láminas de oro muy finas. Este procedimiento es similar al que usaban los pintores del románico y del gótico: los fondos de sus cuadros, e incluso las ropas de las figuras, se realizaban también con láminas de oro, que se conocen como ‘pan de oro’. La granulación o filigrana es otra técnica decorativa. Consiste en pegar pequeñas bolitas, normalmente de oro, que se unen entre sí formando una fina y delicada red. Por último, hay que hablar de la decoración con otros metales, aprovechando sus diferentes colores y texturas, y de la decoración con otros materiales, como esmaltes, marfil, jade, ámbar, etc., también muy frecuente.

Véase también

• Calcio
• Cobre

Enlaces externos

• [Familias]
• [Teoría atómica, tabla periódica y periodicidad]

Fuentes

• Babor, Joseph A. y Aznárez, José Ibarz. Química General Moderna. Instituto Cubano del libro. La Habana. 1969.
• Plane, Robert A. y Sienko, Michel J. Química. Colección Ciencia Técnica Aguiar.