Metal para niños
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Los metales son un tipo de elemento químico que se caracteriza por ser muy bueno para conducir el calor y la electricidad. La mayoría de los metales son sólidos a temperatura ambiente, excepto algunos como el mercurio, el galio, el cesio y el francio, que son líquidos.
Los metales tienen un brillo especial y suelen ser densos. Cuando se disuelven, sus sales forman partículas cargadas positivamente llamadas cationes. Los metales reaccionan químicamente con los no metales, pero rara vez reaccionan entre sí, aunque pueden formar aleaciones.
Dentro de los metales encontramos varios tipos. Están los alcalinos (como el sodio) y los alcalinotérreos (como el magnesio), que son ligeros y muy reactivos. También están los metales de transición, que son la mayoría, y otros grupos como los lantánidos y actínidos.
El término "metal" se usa para elementos puros y también para aleaciones que tienen propiedades metálicas. Ejemplos de aleaciones son el acero, el bronce y el latón. Los metales ocupan la mayor parte de la tabla periódica de los elementos.
En astrofísica, la palabra "metal" tiene un significado más amplio. Se refiere a todos los elementos químicos en una estrella que son más pesados que el helio. Esto incluye elementos como el carbono y el oxígeno, que en química no son metales.
Los metales se obtienen de minerales que los contienen, conocidos como menas metálicas.
Contenido
- Historia de los metales: ¿Cuándo se descubrieron?
- Propiedades de los metales: ¿Qué los hace especiales?
- Obtención de metales: ¿De dónde vienen?
- Usos de los metales en la industria
- Dilatación de los metales: ¿Por qué cambian de tamaño?
- Términos importantes en fundiciones
- Tipos de aleaciones
- ¿Cómo se rompen los metales?
- Galería de imágenes
- Véase también
Historia de los metales: ¿Cuándo se descubrieron?
Metales en la Prehistoria
El cobre fue probablemente el primer metal que se descubrió. Se encontraba en la naturaleza en su forma pura y era fácil de trabajar. Otros metales como el oro, la plata, el hierro (de meteoritos) y el plomo también se usaron en la prehistoria.
Al principio, solo se usaban los metales que se encontraban puros. Con el tiempo, la gente aprendió a obtener nuevos metales calentando sus minerales en hornos con carbón de madera.
Metales en la Edad Antigua
Un gran avance fue el descubrimiento del bronce entre 3500 a.C. y 2000 a.C. El bronce es una aleación de cobre con estaño o arsénico. Esto dio inicio a la Edad del Bronce. Las herramientas y armas de bronce eran más duras y duraderas que las de piedra o cobre.
Otro momento importante fue el uso del hierro alrededor del 1400 a.C. Los hititas fueron de los primeros en usarlo para hacer armas, como espadas. Al principio, no se podía fundir el hierro por completo, así que se moldeaba a martillazos. Más tarde, se usaron hornos con fuelles para alcanzar temperaturas más altas y fundir el hierro.
Metales en la Edad Media
En la Edad Media, se descubrieron metales como el arsénico, el zinc, el antimonio y el bismuto. Al principio, se les llamaba "semimetales" o "metales bastardos". Se cree que Albertus Magnus aisló el arsénico en 1250. El zinc metálico se aisló en la India alrededor del año 1300.
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Arsénico, sellado en un recipiente para evitar que se empañe
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Fragmentos de zinc y un cubo de 1 cm3
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Antimonio, mostrando su brillo deslumbrante
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Bismuto en forma cristalina, con una capa de oxidación muy fina, y un cubo de bismuto de 1 cm3
Metales en la Edad Moderna
En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó De la pirotechnia, un libro importante sobre cómo examinar, fundir y trabajar los metales. Seis años después, Georgius Agricola publicó De re metallica, que describía la minería y la metalurgia.
El platino, un metal precioso, fue descubierto en Ecuador entre 1736 y 1744 por el astrónomo español Antonio de Ulloa y el matemático Jorge Juan y Santacilia.
En 1789, el químico alemán Martin Heinrich Klaproth aisló un óxido de uranio, y más tarde se le reconoció como el descubridor del uranio. En 1841, el químico francés Eugène-Melchior Péligot preparó la primera muestra de uranio metálico.
Otros metales descubiertos en esta época fueron el cobalto, el níquel, el manganeso, el molibdeno, el tungsteno y el cromo, además de algunos metales del grupo del platino como el paladio y el iridio.
Metales en la Edad Contemporánea
Henry Bessemer encontró una forma de producir acero en grandes cantidades a un costo bajo. Su invento, el convertidor Thomas-Bessemer, mejoró la construcción de edificios y puentes, haciendo que el hierro fuera menos usado.
Más tarde, el aluminio y el magnesio permitieron crear aleaciones más ligeras y resistentes. Estas se usan mucho en la aviación, el transporte y las herramientas.
El titanio es uno de los metales más recientes en ser ampliamente utilizado. Se espera que su tecnología se extienda pronto.
Los elementos metálicos, junto con los demás elementos, están organizados en la tabla periódica. La mayoría de los elementos en esta tabla son metales.
Los metales se distinguen por el tipo de enlace químico que une sus átomos, llamado enlace metálico. En este enlace, los electrones forman una "nube" que se mueve alrededor de todos los núcleos. Esto les da propiedades como la conducción eléctrica y el brillo.
Existen diferentes tipos de metales, como los metales pesados, los metales preciosos, los metales ferrosos y los no ferrosos. El mercado de metales es muy importante en la economía mundial.
Propiedades de los metales: ¿Qué los hace especiales?
Los metales tienen propiedades físicas únicas. Son buenos conductores de la electricidad. La mayoría son de color gris, pero algunos tienen colores distintos: el bismuto es rosado, el cobre rojizo y el oro amarillo.
Otras propiedades importantes son:
- Maleabilidad: Es la capacidad de los metales para convertirse en láminas delgadas cuando se les aplica presión.
- Ductilidad: Es la propiedad de los metales para estirarse y formar alambres o hilos.
- Tenacidad: Es la resistencia de los metales a romperse o a recibir golpes fuertes.
- Resistencia mecánica: Es la capacidad de soportar fuerzas como la tracción, compresión, torsión y flexión sin deformarse ni romperse.
Los metales suelen ser opacos o tener un brillo metálico, son densos, dúctiles y maleables. También tienen un punto de fusión alto y son duros.
¿Por qué los metales conducen la electricidad y el calor?
Los metales son buenos conductores del calor y la electricidad porque sus electrones exteriores están "ligeramente" unidos a los átomos. Estos electrones forman una especie de "gas electrónico" o "nube electrónica" que se mueve libremente. Este modelo fue propuesto por Drude y Lorentz alrededor de 1900.
Gracias a este "gas electrónico", los electrones pueden moverse fácilmente de un lado a otro. Esto permite que la electricidad fluya cuando se aplica una diferencia de potencial y que el calor se transporte rápidamente.
La maleabilidad y ductilidad de los metales también se explican por este enlace. Cuando un metal se deforma, los enlaces no se rompen en un punto específico. En cambio, el "mar de electrones" se adapta a la nueva forma de los átomos, manteniendo la estructura unida.
Obtención de metales: ¿De dónde vienen?
Algunos metales, como el oro, la plata y el cobre, se encuentran en la naturaleza en su forma pura, aunque esto no es lo más común.
Muchos metales se encuentran en forma de óxidos. El oxígeno en el aire se combina fácilmente con los metales, formando compuestos como el corindón (óxido de aluminio) y la hematita (óxido de hierro).
Los sulfuros son otro tipo común de mena metálica. Ejemplos son el sulfuro de cobre, el sulfuro de mercurio y el sulfuro de plomo.
Los metales alcalinos (como el sodio) y el magnesio se extraen a menudo de cloruros que se depositan por la evaporación de mares y lagos. El ejemplo más conocido es el cloruro sódico o sal común.
Algunos metales alcalinotérreos, como el calcio, se obtienen de carbonatos insolubles.
Finalmente, los lantánidos y actínidos suelen obtenerse de fosfatos.
Usos de los metales en la industria
Los metales tienen muchos usos importantes:
- El cadmio se usa para pigmentos amarillos y naranjas, para proteger contra la corrosión, en soldaduras y en la fabricación de baterías de níquel y cadmio.
- El litio, un metal ligero, se usa en cerámica, cristales, como catalizador y lubricante. También se emplea para obtener aluminio y en baterías para relojes.
- El níquel es muy resistente a la corrosión, por lo que se usa para recubrir objetos metálicos y protegerlos de la oxidación, dándoles un brillo duradero.
- El "hierro blanco" es en realidad una lámina de acero dulce recubierta de zinc y luego de estaño.
Dilatación de los metales: ¿Por qué cambian de tamaño?
Los metales se dilatan mucho con los cambios de temperatura. Esto significa que aumentan de tamaño cuando se calientan y se encogen cuando se enfrían. A veces, estos cambios son visibles incluso con la temperatura ambiente.
La maleabilidad es la propiedad de los metales de poder ser transformados en láminas delgadas a temperatura ambiente, mediante presión o martillado. Si se deforma demasiado un metal, puede volverse duro y quebradizo. Para recuperar su maleabilidad, se puede calentar el metal a alta temperatura y dejarlo enfriar lentamente, un proceso llamado recocido.
Los metales más maleables, de mayor a menor, son:
Términos importantes en fundiciones
- Aleación: Es una mezcla de dos o más elementos, generalmente metales.
- Arrabio: Es hierro líquido con menos impurezas que el hierro original.
- Escoria: Son las impurezas que se separan durante el proceso de fundición.
- Alto horno: Es un horno especial que alcanza temperaturas muy altas para hacer aleaciones y fundiciones. Se construye con materiales que resisten mucho el calor.
Tipos de aleaciones
Las aleaciones se clasifican según su densidad:
- Ultraligeras: Tienen una densidad muy baja (menos de 2 g/cm³). Los más comunes son el magnesio y el berilio.
- Ligeras: Tienen una densidad baja (menos de 4,5 g/cm³). Los más comunes son el aluminio y el titanio.
- Pesadas: Tienen una densidad superior a 4,5 g/cm³. La mayoría de los metales forman aleaciones pesadas.
¿Cómo se rompen los metales?
Fractura dúctil
Este tipo de fractura ocurre en metales que son dúctiles y tenaces. Antes de romperse, el metal se deforma visiblemente, como si se estirara y se hiciera más delgado en el punto de la falla. Esto puede pasar por una sobrecarga o un esfuerzo muy grande.
Fractura frágil
La fractura frágil ocurre en metales y aleaciones muy resistentes, o en aquellos con poca ductilidad. Puede suceder sin que el metal se deforme mucho antes de romperse. A veces, los metales dúctiles pueden fallar por fragilidad si se exponen a temperaturas muy bajas. La fractura comienza con una pequeña grieta que se extiende rápidamente.
Galería de imágenes
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Arsénico, sellado en un recipiente para evitar que se empañe
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Fragmentos de zinc y un cubo de 1 cm3
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Antimonio, mostrando su brillo deslumbrante
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Bismuto en forma cristalina, con una capa de oxidación muy fina, y un cubo de bismuto de 1 cm3
Véase también
En inglés: Metal Facts for Kids
