Propiedades físicas de los metales PDF

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Descripcion breve acerca de los materiales mas usados en la quimica...

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Propiedades físicas de los metales Los metales poseen propiedades físicas características, entre ellas son conductores de la electricidad. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto (Bi) es rosáceo, el cobre (Cu) rojizo y el oro (Au) amarillo. En otros metales aparece más de un color; este fenómeno se denomina policromismo. Otras propiedades serían:     

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Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse láminas al ser sometidos a esfuerzos de compresión. Ductilidad: propiedad de los metales a moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de tracción. Tenacidad: resistencia que presentan los metales al romperse o al recibir fuerzas bruscas (golpes, etc.) Resistencia mecánica: capacidad para resistir esfuerzo de tracción, compresión, torsión y flexión sin deformarse ni romperse. Dureza: La dureza es la resistencia a la abrasión. En la escala de dureza de Mohs el diamante es el máximo de 10 y el talco es de 1. Los metales de gran dureza son el hierro (4), el cobalto (5,5), vanadio (7), titanio (9-10) y los metales de menor dureza son el cesio y el rubidio (0,2-0,3). Densidad: La densidad es la relación de la masa con respecto al volumen del material. Generalmente se asume que los metales tienen una densidad alta. Por ejemplo, la densidad de la plata (Ag) es 10,5 g/ml, la del cobre 8,96 g/ml y la del paladio (Pd) 11,9 g/ml a 20ºC. Existen excepciones a la regla. Los metales litio (Li), sodio (Na) y potasio (K) son menos densos que el agua. El osmio (Os) tiene la densidad más alta 22,48g/ml a 20ºC. El telurio (Te, un no metal) tiene una densidad de 6,25 g/ml que es mayor que la densidad de 18 metales.

Suelen ser opacos o de brillo metálico, tienen alta densidad, son dúctiles y maleables, tienen un punto de fusión alto, son duros, y son buenos conductores (calor y electricidad). La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un traslape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo cual le da su peculiar brillo.

Propiedades químicas de los metales Las propiedades químicas de los metales están determinadas por los electrones de valencia y por su electronegatividad.

a) Estructuras y enlaces Los metales a diferencia de los elementos no metálicos no se agrupan como moléculas, M-M, sino como una red de átomos M cohesionados por sus electrones externos. En este sentido, los átomos metálicos permanecen fuertemente unidos por un “mar de electrones” que los bañan, y van a todas partes; es decir, se encuentran deslocalizados, no están fijos en ningún enlace covalente, sino que conforman el enlace metálico. Esta red es muy ordenada y repetitiva, por lo que tenemos cristales metálicos. Los cristales metálicos, de diferentes tamaños y llenos de imperfecciones, y su enlace metálico, son los responsables de las propiedades físicas observadas y medidas para los metales. El que sean coloridos, brillantes, buenos conductores, y sonoros, todo se debe a su estructura y a su deslocalización electrónica. Hay cristales donde los átomos se encuentran más compactados que otros. Por lo tanto, los metales pueden ser tan densos como el plomo, el osmio o el iridio; o tan livianos como el litio, capaz inclusive de flotar sobre el agua antes de reaccionar.

b) Corrosión Los metales son susceptibles a corroerse; aunque varios de ellos pueden resistirlo excepcionalmente en condiciones normales (metales nobles). La corrosión es una oxidación progresiva de la superficie del metal, la cual termina por desmenuzarse, ocasionando manchas y huecos que estropean su brillante superficie, además de otros colores indeseables. Metales como el titanio e iridio tienen una alta resistencia a la corrosión, ya que la capa de sus óxidos formados no reacciona con la humedad, ni permiten que el oxígeno penetre el interior del metal. Y de los metales más fáciles de corroer tenemos al hierro, cuyas herrumbres son bastantes reconocibles por su color pardo.

c) Agentes reductores Algunos metales son excelentes agentes reductores. Esto significa que ceden sus electrones a otras especies ávidas de electrones. El resultado de esta reacción es que terminan convirtiéndose en cationes, Mn+, donde n es el estado de oxidación del metal; es decir, su carga positiva, la cual puede ser polivalente (mayor a 1+).

Por ejemplo, los metales alcalinos se utilizan para reducir algunos óxidos o cloruros. Cuando esto sucede con el sodio, Na, este pierde su único electrón de valencia (por ser del grupo 1) para quedar como ion o catión sodio, Na+ (monovalente). Similarmente ocurre con el calcio, Ca (grupo 2), el cual pierde dos electrones en lugar de solo uno y queda como catión divalente Ca2+. Los metales pueden utilizarse como agentes reductores debido a que son elementos electropositivos; tienden más a ceder sus electrones que a ganarlos de otras especies.

d) Reactividad Habiendo dicho que los electrones tienden a perder electrones, es de esperarse que en todas sus reacciones (o la mayoría) terminen transformándose en cationes. Ahora, estos cationes en apariencia interaccionan con aniones para generar una amplia gama de compuestos. Por ejemplo, los metales alcalinos y alcalinotérreos reaccionan directamente (y explosivamente) con el agua para formar hidróxidos, M(OH)n, formados por iones Mn+ y OH–, o por enlaces M-OH. Cuando los metales reaccionan con el oxígeno a altas temperaturas (como las alcanzadas por una llama), se transforman en óxidos M2On (Na2O, CaO, MgO, Al2O3, etc.). Esto se debe a que en el aire tenemos oxígeno; pero también nitrógeno, y algunos metales pueden formar una mezcla de óxidos y nitruros, M3Nn (TiN, AlN, GaN, Be3N2, Ag3N, etc.). Los metales pueden ser atacados por ácidos y bases fuertes. En el primer caso se obtienen sales, y en el segundo nuevamente hidróxidos o complejos básicos. La capa de óxido que recubre algunos metales impide que los ácidos ataquen al metal. Por ejemplo, el ácido clorhídrico no puede disolver todos los metales formando sus respectivos cloruros metálicos, solubles en agua.

Propiedades físicas de los no metales a) b) c) d) e)

f) g) h)

Los no metales varían mucho en su apariencia No son lustrosos Por lo general son malos conductores de calor y de electricidad. Sus puntos de fusión son más bajos que los de los metales (aunque el diamante, una forma de carbono se funde a 3570°C) A temperatura ambiente los encontramos en estado gaseoso (H2, N2, 02, F2, Cl2) líquido (Br2) y un sólido volátil (I2). El resto de los no metales son sólidos que no pueden ser duros como el diamante o blandos como el azufre. Al contrario de los metales, son muy frágiles y no pueden estirarse en hilos ni en láminas. No tienen brillo metálico y no reflejan la luz. Muchos no metales se encuentran en todos los seres vivos como el carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre en cantidades importantes. Otros son oligoelementos: flúor, silicio, arsénico, yodo, cloro, et.

Propiedades químicas de los no metales

a) b) c) d)

Su electronegatividad es de mediana a alta. Presentan 4 o más electrones en su último nivel, no “removibles”. Sus moléculas son generalmente biatómicas y covalentes. Forman compuestos iónicos con los metales y covalentes con los no metales. e) Son todos elementos representativos pertenecientes al bloque p de la tabla periódica. f) Al ionizarse forman aniones, (se reducen), porque incorporan electrones en su nivel más externo, para adquirir la configuración electrónica el gas noble que les sigue en la tabla

Propiedades físicas de los metaloides Los metaloides poseen propiedades físicas semejantes a las de los metales y los no metales. a) Son sólidos a temperatura ambiente b) La mayoría de ellos presentan brillo metálico c) Por lo general son muy duros y se pueden presentar en diferentes formas alotrópicas. Por ejemplo, el silicio se puede encontrar en dos formas: la cristalina, en la cual los átomos se encuentran perfectamente ordenados en el espacio y la amorfa, cuyo ordenamiento de átomos es irregular. d) Son llamados semiconductores por no ser muy buenos conductores del calor ni de la electricidad, ejemplo: el silicio, el germanio, el arsénico y el antimonio.

Propiedades químicas de los metaloides a) Tienen 3 o más electrones en su capa externa (capa de valencia): el boro tiene 3 electrones, el silicio y el germanio 4, el arsénico y el antimonio 5 y el telurio 6. b) La reactividad de los metaloides es variada; algunos son más reactivos que otros. Pueden reaccionar con algunos metales y con los no metales; en general reaccionan con los halógenos y el oxígeno. c) El boro reacciona con el hidrógeno para formar sales llamadas hidruros, que se emplean en los laboratorios químicos. Con el oxígeno forma óxidos cuyos derivados, ácido bórico y bórax, se emplean en lavados oculares, en lavanderías y limpieza. d) El silicio es un elemento poco reactivo que, con el oxígeno, forma el dióxido de silicio dando lugar a sólidos de alto punto de fusión, duros y quebradizos que se encuentran en el cuarzo, ágata y arena. e) El dióxido de silicio se puede combinar con metales, con magnesio para formar el talco y con aluminio para formar arcilla. El arsénico y el antimonio reaccionan con los halógenos y el oxígeno. Se encuentran en la naturaleza combinados con azufre.

Propiedades físicas de los gases nobles

a) En condiciones normales, son gases monoatómicos inodoros e incoloros. b) Presentan puntos de fusión y ebullición muy bajos debido a que poseen fuerzas intermoleculares muy débiles. c) El radio atómico de los gases nobles aumenta de un periodo a otro debido al aumento en el número de electrones. d) El helio posee algunas propiedades diferentes a sus compañeros de grupo. Esto se evidencia en que su punto de ebullición y fusión son menores que los de cualquier otra sustancia conocida, de hecho es el único elemento conocido que presenta superfluidez, es decir, que carece de viscosidad. e) Los gases nobles ostentan múltiples isótopos estables, con excepción del radón que no posee. El isótopo de mayor duración tiene un periodo de semidesintegración de 3,8 días que permite formar helio y polonio.

Propiedades químicas de los gases nobles a) Son solubles en agua. b) En condiciones estándar no son inflamables. c) Presentan átomos con capas de valencia llenas de electrones por lo que son considerablemente estables y no tienden a constituir enlaces químicos y poseen poca tendencia a ganar o perder electrones. d) El xenón reacciona de forma espontánea con el flúor, debido a la elevada electronegatividad del mismo. Se han obtenido otros compuestos a partir de la reacción de estos dos elementos....