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    26/11/08 ESTRUCTURA MOLECULAR 372

    Los metalesLos metales En qumica, un metal (del griego ) es

    un elemento que forma cationes fcilmente yque tiene enlaces metlicos.

    Una manera de describir a los metales espensar en ellos como si fuesen un enrejadotridimensional (lattice) de iones positivosinmersos en un mar de electrones o si seprefiere rodeados por una nube de electronesdeslocalizados.

    Los metales adems son uno de los tres tiposde elementos que se distinguen por suenerga de ionizacin y sus propiedades deenlace (adems de los metaloides y los nometales).

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    Los metalesLos metales Una definicin mas moderna del significado de

    metal procedente de la teora que mejor losexplica es: son elementos que tienen en suestructura electrnica bandas de conduccin ybandas de valencia.

    Con esta definicin, se ampla el concepto demetal, incluyendo otras sustancias adems de losmetales a los polmeros metlicos y a los metalesorgnicos.

    La mayora de los metales son inestablesqumicamente.

    Casi todos reaccionan con oxigeno a presin ytemperatura ambiente.

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    Los metalesLos metales Variando notablemente la escala de tiempo en que esto

    ocurre. As, los metales alcalinos reaccionan muy rpidamente,

    seguidos inmediatamente por los alcalinotrreos. Los metales de transicin tardan mucho ms en oxidarse y

    hay algunos de ellos cuya lentitud es prcticamenteinfinita.

    Algunos metales forman una barrera de xido en susuperficie evitando con ello la corrosin.

    Una de las caractersticas de los metales es que puedencombinarse qumicamente entre ellos mismos de manerano estequiomtrica formando lo que conocemos con elnombre de aleacin.

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    Los metalesLos metales As, una aleacin es una mezcla (estequiomtrica o

    no) de al menos dos elementos (uno de los cualeses necesariamente un metal).

    De los millones de ejemplos que pueden existir delas aleaciones las ms comunes son las siguientes: Acero (Hierro y carbn), Latn (Cobre y cinc), Bronce (Cobre y estao), Duraluminio (Aluminio y Cobre), Acero inoxidable o stainless steel (Hierro, cromo,

    carbn y Nquel), Plata sterling (Plata y cobre), Oro de 14 kilates (Oro y cobre)

    Hay aleaciones especiales con 10 elementos.

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    Propiedades fPropiedades fssiicascas Las ms importantes son;

    Buenos conductores del sonido, el calor y laelectricidad (hay un acarreador)

    Son maleables (pueden laminarse) Son dctiles (pueden hacerse alambres) Tienen lustre (brillan) Son duros (casi todos) Son densos

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    OmnidireccionalidadOmnidireccionalidad Los enlaces metlicos deben ser omnidireccionales. Es decir no tienen requerimientos geomtricos que deban

    satisfacerse Si pensamos en canicas sumergidas en agua dentro de una

    caja, en principio podramos empujarlas a cualquier lugardentro de la caja y el agua seguir rodendolas

    Debido a esta propiedad nica del enlace metlico, estepuede mantener su existencia a pesar de que loempujemos o jalemos de cualquier manera.

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    Las estructuras de los metalesLas estructuras de los metales Este acomodo ser el ms sencillo posible

    (piensen en las maneras que se puedenacomodar un conjunto de canicas o pelotas deping-pong).

    Se acercarn las unas alas otras hasta que lasinteracciones repulsivassean importantes.

    A este arreglo se le conocecomo arreglo empacadocerrado (close packing)

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    Las estructuras de los metalesLas estructuras de los metales As cuando tenemos un conjunto de canicas las

    podemos empujar en cualquier direccin

    Y si estuvieran rodeadas de agua, el agua sedesplazara dejndolas pasar

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    Las estructuras de los metalesLas estructuras de los metales Este arreglo puede representarse de varias

    maneras, la tres ms importantes son estas: Bolas y palos (Ball & Stick)

    Llenado espacial (Space filling)

    Cbico cortado (Cut away cubic)

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    Las estructuras de los metalesLas estructuras de los metales Existen tres maneras en las que los tomos

    metlicos puedenacomodarse entre s.

    Cbico centrado en el cuerpo

    Body centered cubic (BCC)

    Cbico centrado en la cara

    Face centered cubic (FCC)

    Empaquetamiento hexagonal

    Hexagonal close packed (HCP)

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    Las estructuras de los metalesLas estructuras de los metales Y la manera en que cada uno de los metales se

    empaca es la que se muestra aqu:

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    Los metales fundidosLos metales fundidos En un metal fundido aunque la estructura

    ordenada se ha roto, el enlace metlico aunest presente.

    De hecho puede decirse que el enlacemetlico no se rompe por completo sinohasta que el metal hierve.

    Muchas de las propiedades que consideramospresentan especficamente los metales soncompatibles con el modelo de enlacesiguiente: Se describe como la comparticin de los

    electrones libres por una lattice de tomosmetlicos.

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    El enlace metEl enlace metlilicoco Los tomos metlicos tpicamente tienen electrones de

    valencia que se encuentran ligados dbilmente a susncleos (energas de ionizacin pequeas)

    De esta manera que pueden deslocalizarse formando unmar de electrones

    En el que se encuentran sumergidos los cores (kernels)de los tomos metlicos.

    Es decir de iones positivos. El hecho de que la mayora de los metales sea slido y

    que en general tengan puntos de fusin muy grandes,implica que el enlace entre ellos es fuerte.

    Debe explicar la manera en que los tomos metlicosestn unidos en un metal o una aleacin.

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    El enlace metEl enlace metlilicoco Adems, dado que el enlace metlico es no

    polar o muy poco polar (las diferencias deelectronegatividad entre los metales son muypequeas y garantizan esto.)

    De manera que los electrones no tienenpreferencia por ninguno de los tomos de lalattice y por tanto se deslocalizan a lo largode toda la estructura cristalina del metal.

    Este tipo de enlace explica la mayora de laspropiedades de los metales.

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    El enlace metEl enlace metlilicoco Ahora bien para explicar mejor el comportamiento

    del enlace metlico, presentaremos un ejemplo: El sodio tiene una estructura electrnica1s22s22p63s1.

    Cuando dos tomos de sodio se juntan, el electrnde valencia de un tomo de sodio (3s1) comparte elespacio del electrn de valencia del siguiente tomoal superponerse los orbitales donde se encuentrancada uno.

    Dando como resultado la formacin de un orbitalmolecular, de la misma manera que en que se formaun enlace covalente.

    Sin embargo hay una pequea diferencia, es que enesta ocasin, cada tomo de sodio est tocando aotros 8 tomos vecinos y a cada uno de estos a suvez lo tocan otros 8 tomos

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    El enlace metEl enlace metlilicoco Y as hasta que se toman en cuenta todos los tomos

    del pedazo de metal que estamos analizando. Es evidente que el nmero de orbitales

    moleculares debe ser muy grande pues cadaorbital solo puede tener dos electrones.

    Y esto conduce a que los electrones se puedanmover libremente dentro de estos orbitalesmoleculares pues estn deslocalizados y as cadaelectrn puede separarse de tomo.

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    El enlace metEl enlace metlilicoco Ahora bien el metal se mantendr unido gracias a

    las fuerzas de atraccin entre los ncleos positivosy los electrones deslocalizados.

    A esto se le llama el modelo de la lattice de ionespositivos en el mar de electrones.

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    El enlace metEl enlace metlilicoco Este modelo

    permiteexplicartanto laductilidadcomo lamaleabilidadde los metalesconsiderandoque los tomospueden deslizarseunos sobre otros

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    El enlace metEl enlace metlilicoco Si ahora empleamos el mismo argumento con el

    magnesio, nos encontraremos con que este metaltiene enlace ms fuerte y por tanto un punto defusin mayor.

    El Mg tiene una capa de valencia con la estructura3s2.

    Cuando ambos electrones se deslocalizantendremos que ahora en el mar de electrones delMg hay el doble de electrones que en el Na.

    Y por lo tanto los cores de cada Mg tienen eldoble de la carga que los del Na.

    De esta manera, la interaccin electrosttica serel cudruple en el Mg, respecto a la del sodio.

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    El enlace metEl enlace metlilicoco De manera ms realista, debemos decir que cada

    Mg tiene un protn ms que el sodio y por tantohabr mayor atraccin.

    Adems dado que el Mg tiene un radioligeramente menor que el Na, por tanto loselectrones deslocalizados o no, se vern msatrados.

    En el caso de los metales de transicin, nosencontramos que ahora los electrones de valenciaincluyen tanto a los electrones s como a los d.

    Dado que entre ms electrones haya envueltos enel sistema, mayor ser la atraccin

    De manera que esto traer como consecuenciaque los puntos de fusin sean mayores.

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    El enlace metEl enlace metlilicoco La mayora de los elementos y un gran nmero de

    sustancias, tienen propiedades metlicas. O sea: Estructuras tridimensionales infinitas Nmeros de coordinacin grandes Distancias interatmicas mayores que las de las

    molculas diatmicas Conductividad trmica grand