METALES PUROS Los metales puros son materiales de origen mineral que procesados se los puede encontrar en su composición Pura, es decir que no se encuentran combinados con el oxgeno !"xidos# u otros elementos !Sul$uros, carbonatos, silicatos, etc%#% Estos metales se presentan generalmente como peque&os conglomerados de metal aunque puede presentarse tambi'n casos excepcionales en grandes masas, e(emplos de estos metales son el Oro, Plata, )obre, Mercurio entre otros% Los metales *puros* son los elementos de transición% En una tabla periódica, abarcan del grupo + al grupo -% Todos estos tienen las caractersticas que se llaman met.licas !ductilidad, maleabilidad, etc%# Luego existen otros tipos de metales que no son *puros* porque tienen otra serie de caractersticas% Son los alcalinos !grupo # / alcalinot'rreos !grupo -#, adem.s de los elementos de transición interna !lant.nidos / actnidos#% En cuanto a la pure0a no se encuentran con una pure0a del 112, sino combinados, sal3o raras excepciones como el oro o el carbono !en $orma de diamante#% ME4OR PRO)ESO 5E PRO)ESO PARA O6TE7ER LA PURE8A 9undir el mineral en :ornos gigantes, recuperar la me0cla en $usión en moldes, de(ar :asta que se en$ri' /%%%listo% PROP;E5A5ES PROP;E5A5ES Tienen una gran dure0a% Se pueden traba(ar mediante procesos de $undición% Son buenos conductores del calor / de la electricidad% Su resistencia mec.nica permite utili0arlos en aplicaciones estructura les sometidas a grandes es$uer0os% Se pueden reciclar con $acilidad% 5estacan el cobre, el :ierro, el aluminio, el oro / la plata% )ARA)TER;ST;)AS )ARA)TER;ST;)AS Los metales tienen una serie de caractersticas que los di$erencian de los dem.s materiales, los no metales% Adem.s de que todos, a excepción del mercurio, son sólidos, la m.s caracterstica de las propiedades de los metales es su brillo especial, que curiosamente se llama brillo met.lico% El brillo es la capacidad de un material para re$le(ar, absorber o re$lectar la lu0% Los metales, una 3e0 pulidos, re$le(an la ma/or parte de la lu0 que les llega% 7; En esta estructura, los .tomos est.n ordenados en el espacio seg?n
una red geom'trica constituida por la repetición de un elemento b.sico llamado cristal% Se conocen catorce redes espaciales distintas las cuales son las ?nicas $ormas posibles de ordenar los .tomos en el espacio% La ma/or parte de los metales cristali0an en las redes siguientes> c?bica centrada, c?bica centrada en las caras / :exagonal compacta% Estructura @ranular> En esta otra estructura, el elemento $undamental es el grano, constituido por agrupación de cristales% Los granos son de $orma irregular / su tama&o oscila entre 1,11- / 1,- mm, lo cual depende principalmente> 5el proceso de $abricación del metal, /a que, por e(emplo, los aceros desoxidados con el aluminio son de granos m.s $inos que los desoxidados con silicio% 5e los procesos t'rmicos a los cuales $ue sometido el metal por e(emplo, el grano de acero, crece al calentar el material a partir de BC1D)% )uanto ma/or es el grano de que est. constituido un metal, peores son, en general, sus propiedades mec.nicas% Seg?n expertos, es debido a que los materiales de ni3el t'cnico, tales como los utili0ados en la industria, contienen siempre una cantidad mu/ peque&a de impure0as las cuales son mu/ $inas / $r.gil por lo que se concentran $ormando capas que en3uel3en los granos / los separan unos de otros% Por una misma proporción de impure0as a repartir en la super$icie de los metales resultan capas m.s delgadas cuantos m.s peque&os son estos, /a que la super$icie total para la misma masa de metal es ma/or que si los granos son grandes% Adem.s, si las capas son mu/ delgadas, son en general discontinuas, quedando los granos bien unidos por las discontinuidades% ESTRU)TURA ATOM;)A En el .tomo distinguimos dos partes> el n?cleo / la corte0a% El n?cleo es la parte central del .tomo / contiene partculas con carga positi3a, los protones, / partculas que no poseen carga el'ctrica, es decir son neutras, los neutrones% La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón% Todos los .tomos de un elemento qumico tienen en el n?cleo el mismo n?mero de protones% Este n?mero, que caracteri0a a cada elemento / lo distingue de los dem.s, es el n?mero atómico / se representa con la letra 8% La corte0a es la parte exterior del .tomo% En ella se encuentran los electrones, con carga negati3a% Fstos, ordenados en distintos ni3eles, giran alrededor del n?cleo% La masa de un electrón es unas -111 3eces menor que la de un protón% Los .tomos son el'ctricamente neutros, debido a que tienen igual n?mero de protones que de electrones% As, el n?mero atómico tambi'n coincide con el n?mero de electrones%
;sótopos La suma del n?mero de protones / el n?mero de neutrones de un .tomo recibe el nombre de n?mero m.sico / se representa con la letra A% Aunque todos los .tomos de un m ismo elemento se caracteri0an por tener el mismo n?mero atómico, pueden tener distinto n?mero% Para representar un isótopo, :a/ que indicar el n?mero m.sico !A# propio del isótopo / el n?mero atómico !8#, colocados como ndice / subndice, respecti3amente, a la i0quierda del smbolo del elemento% ESTRU)TURA AT"M;)A G ESTRU)TURA )R;STAL;7A %%
;7TRO5U));"7
Las propiedades / el comportamiento de los materiales dependen, principalmente, de su constitución / de su estructura% 9undamentales son la disposición geom'trica de los .tomos !estado cristalino / estado amor$o# / las interacciones que tienen entre ellos, es decir, los enlaces primarios / secundarios que mantienen unidos a los .tomos para $ormar los sólidos% %-%
9UER8AS G E7ER@AS 5E ;7TERA));O7 E7TRE HTOMOS
)ualquieraque sea la naturale0a del enlace, entre los .tomos contiguos se desarrollan dos tipos de $uer0as> a# Atracti3as, debidas> I a la naturale0a del enlace% I a las atracciones electrost.ticas entre cada n?cleo atómico / la nube electrónica del otro% b# Repulsi3as, debidas> I a la acción electrost.tica entre los n?cleos atómicos% I a las nubes electrónicas entre s% En ambos casos, el e$ecto de las $uer0as de origen magn'tico es mu/ d'bil / el de las gra3itatorias pr.cticamente 5espreciable, )omo% )onsecuencia de estas $uer0as, los .tomos adoptan una posición de equilibrio en $unción de su Temperatura / su presión% %+%
ESTRU)TURA ELE)TR"7;)A G REA)T;<;5A5 JUKM;)A
Las propiedades qumicas de los .tomos de los elementos dependen principalmente de la reacti3idad de sus electrones m.s externos% Los m.s estables / menos reacti3os de todos los elementos son los gases nobles% La con$iguración electrónica de las, capas exteriores de los gases nobles, excepto el =e, es con oc:o electrones en su ?ltima órbita% Esta con$iguración de la capa m.s externa :ace que posean una alta estabilidad qumica, como se pone de mani$iesto al considerar la relati3a inacti3idad de los gases nobles para reaccionar con otros .tomos%
%+% % Elementos electropositi3os / electronegati3os a# Elementos electropositi3os> Son met.licos por naturale0a / ceden electrones en las reacciones qumicas para producir iones positi3os o cationes% El n?mero de electrones cedidos por un .tomo electropositi3o en una reacción es representado por un n?mero de oxidación positi3o% Los elementos m.s electropositi3os se encuentran en los grupos A / -A de la tabla periódica% b# Elementos electronegati3os> Son no met.licos / aceptan electrones en las reacciones qumicas para producir iones negati3os o aniones% El n?mero de electrones aceptados por un .tomo electronegati3o de un elemento se representa por un n?mero de oxidación negati3o% Los elementos m.s electronegati3os pertenecen a los grupos A / A de la tabla periódica de los elementos% Algunos elementos que se encuentran entre los grupos NA :asta A de la tabla periódica pueden comportarse de una manera electropositi3a o electronegati3a% Este comportamiento doble es mostrado por elementos tales como carbono, silicio, germanio, ars'nico, antimonio / $ós$oro% As, en algunas reacciones tienen n?mero de oxidación positi3o, donde muestran comportamiento electropositi3o, / en otras tienen n?mero de oxidación negati3o, donde se comportan de m $orma electronegati3a% %N% E7LA)ES AT"M;)OS El enlace qumico entre .tomos tiene lugar debido a la disminución neta de la energa potencial de los mismos en estado enla0ado% Esto signi$ica que los .tomos en estado enla0ado se encuentran en unas condiciones energ'ticas m.s estables que cuando est.n libres% En general, los enlaces qumicos entre .tomos pueden di3idirse en enlaces iónicos, co3alentes / met.licos% % Enlaces iónicos> En este tipo de enlaces se ponen en (uego $uer0as interatómicas relati3amente grandes debidas a la trans$erencia de un electrón de un .tomo a otro !para conseguir tener oc:o electrones en su ?ltima capa#, con lo que se producen iones que se mantienen unidos por $uer0as coulombianas !atracción de iones cargados positi3a / negati3amente#% El enlace iónico es un enlace no direccional / relati3amente $uerte% -% Enlaces co3alentes% )orresponden a $uer0as interatómicas relati3amente grandes creadas por la compartición de electrones para $ormar un enlace con una dirección locali0ada% +% Enlaces met.licos% ;n3olucran $uer0as interatómicas relati3amente grandes, creadas mediante la compartición de electrones des locali0ados para $ormar un enlace $uerte no direccional entre los .tomos% la densidad electrónica est. continuamente cambiando con el tiempo%
%N%% Enlace iónico El enlace iónico se $orma entre .tomos mu/ electropositi3os !met.licos# / .tomos mu/ electronegati3os !no met.licos#% En el proceso de ioni0ación se transmiten los electrones desde los .tomos de los elementos electropositi3os !metales# a los elementos electronegati3os !no metales#, produciendo cationes cargados / aniones cargados %
Las $uer0as de enlace son de car.cter electrost.tico o coulomb entre iones de carga opuesta% En el proceso de la ioni0ación el .tomo se reduce de tama&o cuando $orma cationes !porque cede sus electrones de la ?ltima órbita#, / crece cuando $orma aniones !porque gana electrones para su ?ltima órbita#% %N%-% Enlace co3alente El enlace co3alente se $orma entre .tomos con peque&as di$erencias de electronegati3idad% Los .tomos generalmente comparten sus electrones externos con otros .tomos, de modo Jue cada .tomo alcan0a la con$iguración de gas noble% El enlace co3alente puede ser sencillo !los dos .tomos comparten dos electrones, uno de cada .tomo#, doble !comparten )uatro, dos procedente de cada .tomo# o triple% Enlace co3alente para el carbono> En el estudio de los materiales, el carbono !8# es mu/ importante, /a que es el elemento b.sico en la ma/ora de materiales polmeros% El .tomo de carbono en el ni3el m.s ba(o tiene una con$iguración electrónica s- -s- -p- % Esta ordenación electrónica indica que el carbono debera $ormar dos enlaces co3alentes con los orbitales -p semillenos% Sin embargo, en muc:os casos el carbono $orma cuatro enlaces co3alentes de igual $uer0a% La explicación es proporcionada por el concepto de :ibridación sobre el enlace, mediante la cual, uno de los orbitales -s es promo3ido a un orbital -p /, como consecuencia, se producen cuatro orbitales :bridos equi3alentes sp+
%N%+% Enlace met.lico En metales en estado sólido los .tomos se encuentran empaquetados en una estructura cristalina% Los .tomos est.n tan (untos que sus electrones externos de 3alencia son atrados por los n?cleos de sus .tomos 3ecinos% )omo consecuencia podemos deducir $.cilmente que los electrones de 3alencia no est.n asociados a un n?cleo ?nico /, as, es posible que se extiendan entre los n?cleos met.licos en $orma de una nube electrónica de carga de ba(a 5ensidad% Los electrones de 3alencia est.n d'bilmente enla0ados a los n?cleos de iones positi3os / pueden mo3erse con $acilidad dentro del metal cristalino% Las altas conducti3idades t'rmica / el'ctrica que presentan los metales se basan en la teora anteriormente Expuesta% La ma/ora de los metales pueden ser de$ormados, sin $racturas debido a que los .tomos se pueden desli0ar unos sobre otros sin distorsionar la estructura cristalina de enlace met.lico%
1.5. ENLACES MOLECULARES Y FUERZAS MOLECULARES
1.5.1. Enlaces moleculares
Los enlaces moleculares pueden ser de dos tipos:. 1 . Enlaces de dipolo permanente . Corresponden a enlaces íntermoleculares relativamente débiles, que se forman entre moléculas que poseen dipolos permanentes. Un dipolo en una molécula existe debido a la asimetría en la distribución,de su densidad electrónica. Los origina la polarización. 2. Enlaces de dipolo inducido. Los tomos con una distribución asimétrica de densidades electrónicas en torno a sus n!cleos son susceptibles de formar entre ellos un dipolo eléctrico mu" débil. #ste tipo de dipolo se llama inducido debido a que la densidad electrónica est continuamente cambiando con el tiempo. Los originan los efectos de dispersión. 1.5.2. Fuerzas moleculares Los enlaces moleculares, o unión de unas moléculas con otras, se dan entre moléculas con enlaces covalentes atómcos . La interacción puede efectuarse de dos formas:
1) Fuerzas de Van der Waals #ste grupo de fuerzas tienen su origen en atracciones " repulsiones de los campos eléctricos " magnéticos creados por n!cleos " electrones corticales. $odemos considerar dos orígenes fundamentalmente: 1.a) Polarización. %e origina cuando uno de los tomos que forma la molécula tiene ms afinidad por los electrones, con lo cual la molécula resultante, aunque neutra, es en cierto modo polar. La molécula se comporta en estos casos como un dipolo eléctrico cu"a polaridad depende tanto de la distancia entre las cargas como del valor de éstas. Los enlaces resultantes son enlaces de dipolo permanente . 1.b) Efectos de dispersión. &ienen lugar en todas las moléculas simétricas " gases nobles como consecuencia de un movimiento de electrones, que provoca movimientos de los centros de las cargas. Las atracciones interatómicas son débiles pero reales. Los enlaces resultantes son enlaces de dipolo inducido
2) Puentes de hidrógeno %e producen en moléculas que son de por sí dipolares. %e debe a la atracción que existe entre el n!cleo del 'idrógeno de una molécula " los electrones no compartidos del oxígeno, fl!or o nitrógeno, exclusivamente. Los sólidos es consecuencia de la disposición de los tomos, moléculas e iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión entre los mismos. %i esta distribución espacial se repite, diremos del sólido que tiene estructura cristalina. Los metales, aleaciones " determinados materiales cermicos tienen estructura cristalina.
Retculo espacial : La ordenación atómica en los sólidos cristalinos puede representarse si( tuando los tomos en el origen de una red tridimensional, que se denomina retículo espacial. #n este tipo de redes cristalinas cada punto que puede ser identificado por un tomo o ion, tiene un entorno idéntico. !eldas unitarias" La red espacial que representa una estructura cristalina se puede definir como una repetición en el espacio de celdas unitarias. #l volumen " orientación espacial de cada celda unitaria viene caracterizado por las siguientes constantes: ( &res vectores, a, b, c, que convergen en un punto com!n o vértice ( &res ngulos, ), * " + interaxiales
1.!. S"S#EMAS CR"S#AL"NOS
#n cristalografía, dependiendo del módulo o valor de los vectores reticulares a, b, c-, " de su dirección o ngulos interaxiales ), * " +-, nos podemos encontrar con siete sistemas cristalinos diferentes " catorce retículos espaciales diferentes, denominados redes de ravais. Casi todos los metales elementales cristalizan en tres tipos de estructuras fundamentales: / CC. C!bica centrada en el cuerpo ferrita, Cr, 0, 1/ 2CC. C!bica centrada en las caras austenita, 3u, 3g, Cu, 3l/4C$. 4exagonal compacta 5n , Cd, 6g-
