METALES

Oscar Rodríguez Galindo!Ximena Moreno Amado!Juddy Romero !Erika Reyes LaRotta!

Familia de Materiales de los Metales!

 !Los metales son elementos químicos y una gran familia de materiales que presentan características físicas y químicas comunes.! !Aunque las definiciones en la química, física y ciencia de materiales varían; presentan en común las características y propiedades que se mencionaran a continuación. !

Desde el punto de vista de la Química; los metales son elementos que tienden a ceder electrones, de allí su tendencia a formar cationes. Pueden ser definidos por sus propiedades, como la ductilidad, tenacidad, maleabilidad, conductividad de electricidad y calor, y expansión térmica.!!Desde la Fisica, son grandes agregaciones (agrupación de millones de cristales compuestos por distintos átomos adheridos juntamente por enlaces metálicos) que poseen cuatro electrones de valencia. Generalmente, los átomos de los metales son en particular más grandes que un átomo de un no metal.!!Desde la ciencia de los materiales, son materiales en los que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica.! !

Estructura de los materiales metalicos

Los metales realizan enlaces metálicos los cuales permiten la unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia, que se agrupan alrededor de éstos como una nube “nube electronica”.!!La conformación de átomos en un metal son configuraciones ordenadas, llamados cristales, constituyendo una estructura cristalina.    Son arreglos atómicos básicos y algunos de los metales que utilizan cada uno de ellos. Se ha podido comprobar la estructura cristalina de los metales debido al efecto de la refraccion de los rayos X sobre ellos.!      

Existen tres estructuras geométricas de cristalización: !

�  Compactas hexagonal y cubica: Permiten que los átomos se junten lo más cerca posible unos de otros!

�  Cubica centrada en el cuerpo de estructura abierta: No es de empaquetamiento compacto por tanto las esferas de los vértices no se chocan, este tipo de estructura proporciona metales con baja densidad.!

Cristalizacion Cúbica compacta !

Cristalizacion Hexagonal  compacto (hcp)!

Cristalizacion cubico centrado  en el cuerpo (fcc)!

Buenos conductores de electricidad: Los metales tienen sus electrones externos débilmente retenidos por el n ú c l e o , l o c u a l l e s p e r m i t e desplazarse bajo la influencia de un campo eléctrico. !!Buenos conductores de calor: El calor es radiación infrarroja que es capturada por los átomos generando una rotación y vibración en cadena debido a que los átomos están fuer t emente unidos , que va conduciendo el calor rápidamente. !

Maleables: Capacidad de los metales de hacerse laminas debido al esfuerzo de compresión. !Dúctiles: Propiedad de los metales a formar hilos o alambres debido a esfuerzos de tracción. !Poseen brillo: Los metales están organizados en redes cristalinas relativamente planas, que al incidir la luz sobre el metal, actúa como un espejo. Algunos metales presentan la propiedad de ser opacos. !

Típicamente en estado sólido: En la naturaleza a temperatura normal, la mayoría de los metales se encuentra en estado sólido, excepto, el mercurio, debido a que retiene sus dos electrones de valencia 6s y es muy tenue su nube de electrones, por lo tanto, los otros metales poseen una estable nube de electrones. !Alto punto de fusión: Debido a sus enlaces metalicos, es muy complicado romperlos, se necesitan temperaturas muy altas desde 1810C (Litio) hasta 10000C (Hierro). !Generalmente magnéticos: Aunque no todos los metales son magneticos (oro, cobre), los metales tienen electrones externos débilmente retenidos al núcleo que permiten esta propiedad. !Resistencia mecánica y tenacidad: Los enlaces metálicos y la estructura cristalina proporciona capacidad para resistir los esfuerzos de tracción, compresión, torsión y flexión sin quebrarse tan fácilmente. !

Reaccionan con ácidos: Forman sales liberando en forma gaseosa hidrogeno diatónico, aunque los metales alcalinos reaccionan con los ácidos de forma explosiva. !Forman óxidos básicos: Ocurre cuando un metal reacciona con el oxígeno, para el caso de los metales alcalinos la reacción es de color violeta. !Forman cationes: Tienen la capacidad de ceder o perder sus electrones del orbital s y algunas veces en el orbital d. !Forman halogenuros iónicos: Todos los halógenos tienen valencia -1 lo que les permite reaccionar con metales y no metales formando iones complejos.!Baja energía de ionización y electronegatividad: Debido a que los metales tienden a perder o ceder sus electrones de su ultimo nivel, no necesitan atraer electrones. !

Clasificación de los Metales!

La Quimica clasifica a los metales por sus caracteristicas en la Tabla Periodica !!

Alcalinos: (De “alcalis” que significa base) Son todos los elementos que se ubican en grupo IA de la Tabla Periódica, excepto, el hidrogeno. Poseen un electrón en su último nivel energético más externo. !

Alcalinotérreos: (óxidos de tierras alcalinas) Son los elementos que se encuentran en el grupo IIA de la Tabla Periódica, todos poseen valencia 2. Son metales de baja densidad, blandos y coloreados. Reaccionan fácilmente con el aire. !

Elementos de transición: Son elementos que tienen una capa electrónica parcialmente llena, con electronegatividad y propiedades intermedias entre metales y no metales. Sus propiedades varían según su estado alotrópico; conducen la electricidad con un grado menor que los metales pero mucho mayor que los no metales. !

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La ciencia de los materiales clasifica así a los metales:!! !Metales ferrosos: Se llaman así debido a que poseen como elemento base el hierro, pudiendo llevar pequeñas proporciones de otros elementos; por ejemplo de este tipo de metales están: magnetita, siderita, limotita, hematites. Son de producción masiva y que se encuentran en la mayoría de objetos a nuestro alrededor: automóviles, barcos, neveras, estufas, etc. !

Piedra de Hematite !

Metales no ferrosos: Comprende un grupo de metales y algunas aleaciones a excepción del hierro. Contienen propiedades importantes que los hacen manipulables y muy importantes en la vida diaria: bajo peso específico, resistencia a la oxidación y facilidad para la manipulación y mecanizado. Los metales no ferrosos más importantes son: cobre (y sus aleaciones), estaño, aluminio, plomo, zinc, níquel, cromo, magnesio y titanio. Algunas aplicaciones actuales son: monedas, filamentos de bombillas, material de soldadura en equipos electrónicos y algunos recubrimientos. !

Metales en polvo: Las aleaciones implican la fusión de ingredientes principales en conjunto que al enfriarse, es generalmente un sólido poroso. El metal en polvo se utiliza a menudo porque no es conveniente o práctico unirlo a los elementos a través de aleación o para producir piezas de fundición por otros procesos de formación. Los metales en polvo también son llamados metales sinterizados. Los metales en polvo pueden ser ferrosos, no ferrosos, aleaciones entre ferrosos y no ferrosos o combinaciones con no metales.!

Aleaciones: Es una mezcla homogénea de propiedades metálicas donde contiene al menos un elemento metálico (pueden ser ferrosos, no ferrosos y en polvo). Se clasifican por su composición, número de elementos, peso y estructura. Las aleaciones más comunes en la industria son el acero, alnico, alpaca, bronce, constatán y cuproníquel. !

Acero!alnico

alpaca

APLICACIONES SEGÚN SECTOR!

Sector ! Aplicaciones!

financiero ! fabrican las monedas que sean plata, cobre y e ntre otros !

joyería ! hacen las joyas de oros, platas , entre otros !

Nanotecnología ! fabrican los chips, memorias , procesadores !

manufactura ! las maquinas que contienen metales, Botes y envases metálicos, herramientas y herramental !

automotriz ! fabrican los carros !

Energía nuclear ! reactor nuclear que contienen las metales especiales !

Electrónica ! usan las cables que son alambres, cobres, aluminio entre otros !

industrial ! usan manufacturas !

Minería ! explorar metales, usan máquinas para excavar en la mina !

transportes ! carros, motos, avión, entre otros que contienen metales !

Mecánica ! fabrican los motores y hacen sus propias maquinas !

ferretero ! fabrican los tornillos, martillos entre otros !

BIBLIOGRAFIA �  Abril, Eduardo R. ( 1956). Metalurgia Técnica y Fundición, Propiedades y estructura de

los metales y aleaciones 56, 3-8.

�  Fernández, Juan José (2007). Manual de estudio de mecánica , Conocimiento de materiales 07, 18-23

�  Donald R. Askeland(2004). Ciencia e ingeniería de los materiales, Clasificación de los materiales, 11-13

�  Atkins, P. (2005). chemical principles. United States: WhFreeman and company.

�  Calister, W. (2007). Material Science and engineering an introduction . United States: Wiley.

�  James, J. (1997). Engineering Material Technology. United States: Prentice Hall.

�  Kalpakjian, S. (2002). Manufactura, ingeniería y tecnología. En S. Kalpakjian, Serope Kalpakjian (págs. 39-68).