Los materiales metálicos conducen bien el calor y la electricidad, dependiendo del punto de fusión a más calor se llegan a fundir(esto depende de cada material, ya que cada uno tiene un punto de fusión distinto).
-Enlaces químicos
Los enlaces químicos, son las fuerzas que mantienen unidos a los átomos. Cuando los átomos se enlazan entre si ceden electrones. Son los electrones de valencia quienes determinan de que forma se unirá un átomo con otro y las características del enlace. Su finalidad es tener 8 electrones en su nivel más externo, exceptuando los 4 primeros elementos de la tabla periódica. Dentro de este enlace hay tres aspectos fundamentales.
-Las proporciones en que los átomos entran a formar parte de la molécula y el número total de ellos.
-La geometría de la molécula.
-La energía total de la molécula.
Sobre estos enlaces se creó una primera teoría que creó Lewis, en la cual se aseguran que los átomos ganaban, perdían o compartían electrones hasta adquirir la configuración de gas noble.
Pero ahora en la actualidad hay dos teorías sobre esto:
-La teoría del enlace de valencia: el enlace se forma por apareamiento de espines electrónicos y máximo solapamiento de orbitales.
- La teoría de orbitales moleculares: considera las moléculas como un conjunto con sus propios orbitales moleculares.
Un enlace químico se puede caracterizar por su longitud de enlace en la cual es la distancia a la cual la energía es mínima y la energía de enlace en la que es el valor mínimo de la energía del sistema formado por los átomos unidos.
Los enlaces metálicos se pueden llegar a dividir en varios tipos y subtipos, los cuales son los siguientes.
-Enlaces intramoleculares: Se produce dentro de la misma molécula, entre los átomos que forman la molécula.
-Enlace iónico: se produce cuando átomos de elementos metálicos se juntan con átomos no metálicos.
- Enlace covalente: son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos.
- Enlace metálico: se produce cuando se unen metales entre sí.
- Enlaces intermoleculares: Se produce entre moléculas distintas, lo que une las moléculas entre ellas para formar estructuras multimoleculares.
-Enlace de hidrógeno: se forman por átomos de hidrógenos unidos a átomos electronegativos.
-Fuerzas de Van der Waals: En globan las fuerzas de atracción entre moléculas.
-Enlace metálico
Es un enlace que se produce cuando se combinan metales entre sí. Los átomos de los metales necesitan ceder electrones para alcanzar la configuración de un gas noble. En este caso, los metales pierden los electrones de valencia y se forma una nube de electrones entre los núcleos positivos.
Este enlace se presenta en el oro, la plata, el aluminio y otros. Los electrones tienen cierta movilidad por eso, los metales son buenos conductores de la electricidad. La nube de electrones actúa como pegamento entre los cationes. Por esta razón casi todos los metales son sólidos a temperatura ambiente.
Mediante la estructura del enlace metálico podemos explicar las propiedades más características de los metales,
- Conductividad: facilidad para conducir la electricidad y el calor.
-Ductilidad: capacidad para extenderse en hilos muy finos.
-Maleabilidad: capacidad para obtener láminas finas.
-Electronegatividad: ceder electrones con facilidad.
Los enlaces metálicos tienen unas princiales propiedades, las cuales son las siguientes.
-Elevadas conductividades térmica y eléctrica, debido a la gran movilidad de los electrones de valencia
-Forman
-Presentan una elevada densidad
-Gran deformabilidad, porque las capas de cationes se pueden desplazar entre sí sin alterar la estructura.
-altos puntos de fusión y ebullición, lo cual implica que hace falta una gran cantidad de energía para separar los átomos que lo forman.
-La mayoría de los metales pulidos no absorbe ninguna radiación luminosa incidente, sino que la refleja en su totalidad.
-Pueden emitir electrones
-Características de los materiales metálicos
Los metales se pueden conformar en láminas muy delgadas siendo maleables y dúctiles. Ambas propiedades se derivan de la disposición, en capas, de los iones que forman la red. Pueden resistir tensiones sin romperse, esto quiere decir que son tenaces. Las fuerzas de atracción que existen entre los iones positivos y la nube de carga negativa son muy intensas y mantienen la estructura firmemente unida. Presentan bajo poder de ionización. Su peso específico es alto. Por lo general en su último nivel de energía tienen 1 a 3 electrones. Se oxidan al perder electrones. Al unirse con oxigeno forman óxidos y si esto reaccionan con agua forman hidróxidos. Los materiales metálicos tienen tres características fundamentales:
-Propiedad fisioquímica: esta propiedad engloba las características físicas y químicas.
-Físca: son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su composición; como ocurre cuando moldeas un trozo de plastilina, sus átomos no se ven alterados de ninguna manera, pero exteriormente cambia su forma.
-Química: son aquellas propiedades que se hace evidente durante una reacción química en la cual existe un cambio, cualquier cualidad que puede ser establecida solamente al cambiar la identidad química de una sustancia.
Se pueden distinguir varias propiedades fisioquímicas como las siguientes:
• Peso específico: es el peso por unidad de volumen.
• Punto de fusión: es la temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al estado líquido.
• Calor específico:es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo de 0 hasta 1°C.
• Calor latente de fusión: es la cantidad de calor que absorbe metal al pasar del estado sólido al líquido.
• Dilatación y contracción:es un aumento de volumen que experimentan los cuerpos al elevar su temperatura, mientras que la contracción es lo contrario.
• Impenetrabilidad:es la resistencia que opone un cuerpo a que otro ocupe simultáneamente su lugar.
• Resistencia a la oxidación:es la reacción electroquímica al entrar en contacto con un oxidante como el oxígeno.
. • Resistencia a la corrosión:es la desintegración de un material en sus átomos constitutivos, debido a reacciones de productos químicas.
. • Conductividad eléctrica: es la capacidad de un cuerpo para permitir el paso de los electrones.
• Conductividad térmica:es la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes.
• Dureza:es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada.
• Tenacidad: es la resistencia que opone éste u otro material a ser roto.
• Fragilidad:es la propiedad de algunos metales de no poder experimentar deformaciones plásticas, de forma que al superar su límite elástico se rompen bruscamente.
• Acritud:es la propiedad de un metal para aumentar su dureza y su resistencia por el efecto de las deformaciones.
• Resistencia: es la capacidad de algunos metales de soportar una carga externa sin romperse.
• Resiliencia: es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía por unidad de volumen, que almacena un material al deformarse elásticamente debido a una tensión aplicada.
• Fatiga:fenómeno por el cual se produce una rotura de éste, bajo cargas dinámicas cíclicas.
• Elasticidad:es la propiedad mecánica que tienen algunos metales para poder sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.
• Plasticidad: es la propiedad mecánica que tienen algunos metales para poder deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico
-Proiedad tecnológica:es el comportamiento que tienen estos cuando son trabajados y estudiados por los seres humanos. Estas propiedades nos permiten diferenciar un metal de otro y saber si el metal utilizado es el apropiado o no para el fin que va a desempeñar. Podemos distinguir las siguientes propiedades tecnológicas de los metales:
• Ductilidad:es la propiedad que tienen los metales y aleaciones, que bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos
• Maleabilidad: es la propiedad que tienen los metales para formar láminas muy finas, sin rotura, por la acción de presiones.
• Soldabilidad:es la propiedad que tienen algunos metales, por medio de la cual dos piezas del mismo material puedan ser unidas en una pieza.
• Templabilidad:es la propiedad que tienen algunos metales para sufrir transformaciones en su estructura cristalina por el calentamiento u enfriamiento secesivo.
• Forjabilidad:es la capacidad de los metales para sufrir deformación plástica sin romperse ni desarrollar defectos, pudiendo ser ésta en frio o en caliente.
-Metalografía
Es la rama de la metalurgia que estudia la estructura de un metal y la relaciona con la composicion química, con las propiedades mecánicas y físicas. Este estudio es llevado a cabo con la aplicación de diversas y variadas técnicas especiales. En los comienzos de la metalurgia, se utilizaron para conocer las propiedades físicas y mecánicas de los materiales, los análisis químicos y los ensayos mecánicos.
LA estructura microscópica de los metales se cristalizan ya que tienen densidades bastante altas y forman redes muy compactas.Las estructuras cristalinas pueden identificarse por medio de la aplicación de las técnicas de difracción de rayos X. Estas se fundamentan en los fenómenos que aparecen cuando un haz de rayos X de una determinada longitud de onda l inciden en una estructura cristalina.Los detalles de la estructura de los metales no son fácilmente visibles, pero las estructuras de grano de los metales pueden verse con un microscopio. Las características del metal, el tamaño de grano y el contenido de carbono pueden determinarse estudiando la micrografía.
El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperstura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano.
En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande. Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y dados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad, la cual es deseable a menudo para la carburización y también para el acero que se someterá a largos procesos de trabajo en frío.
La particularidad fundamental de la constitución de los metales es la distribución perfectamente organizada de sus átomos, característica de todos los cuerpos cristalinos.
La estructura cristalina es la causa a la cual deben los metales una serie de sus propiedades, ausentes en los cuerpos amorfos.
En un metal siempre se puede destacar un conjunto mínimo de átomos (cristal elemental), cuya distribución en el espacio es semejante y se repite reiteradas veces. El enlace de tales conjuntos de ätomos forma la red cristalina o cristal, constituida por cristales elementales.
En el proceso de cristalización delos metales y aleacines líquidas, calentados considerablemente por encima de su punto de fusión, los átomos se agrupan a azar, de modo irregular y son portadores de elevada energía y movimiento. A medida que el líquido se enfría y se acerca al punto de solidificación, la energía de algunos átomos puede haber disminuido y con ello su movilidad dentro de la masa, de tal forma que pueden ocupar, respecto a los otros, una posición más orientada, lo que se asemeja a su disposición en el metal sólido.
Una vez alcanzada la temperatura de solidificación, estos grupos aislados de átomos pueden haber quedado ya orientados y enlazados como el cristal elemental, adquiriendo una estructura rígida de orientación los unos respecto a los otros. Los átomos vecinos pueden, una vez perdida la energía térmica necesaria, irse agregando al cristal elemental formado, formando nuevos cristales elementales unidos y comenzar dentro de la masa líquida a formar redes cristalinas en crecimiento. Estos cristales en crecimiento, cuando alcanzan cierto tamaño se convierten en núcleos de cristalización, y a su alrededor comienza a tejerse la red cristalina, a medida que más y más átomos van perdiendo energía con el enfriamiento.
Como la formación de los núcleos de cristalización puede comenzar indistintamente en cualquier parte de la masa líquida, los cristales pueden comenzar a crecer en múltiples lugares simultáneamente.
-Materiales metálicos
Los metales son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad. Se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos, y en la actualidad constituyen una pieza clave en prácticamente todas las actividades económicas.EStos materiales se clasifican en:
-Acero:Se denomina Acero a aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de Carbono está comprendido entre 0,05 y 1,7 %.
El Acero es uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil y adaptable, el Acero combina la resistencia y la trabajabilidad, lo que se presta a fabricaciones diversas. Asimismo sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades especificas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante aleaciones.El Acero funde entre 1400 y 1500ºC pudiéndose moldear más fácilmente que el hierro.
Su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en Acero.
Los materiales básicos utilizados son Mineral de Hierro, Coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro.
Para clasificar un Acero debe indicarse el porcentaje de Carbono, su resistencia, admitiéndose comoAcero los productos ferrosos que alcanzan una resistencia mínima a la tracción de 40 Kg/mm2.
- Acero al Carbono:
Los aceros al carbono forman más del 90% de todos los aceros. Contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono encontramos la mayor parte de las estructuras del acero.
- Acero Aleado:
Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales.
- Acero de Baja Aleación Ultrarresistente:
Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.
El acero ofrece diferentes resultados en función de la presencia o ausencia de otros metales: la adición de manganeso le confiere una mayor resistencia frente al impacto, el tungsteno, le permite soportar temperaturas más altas. Los aceros aleados no sólo mejoran las propiedades físicas, sino que también permiten una mayor amplitud en el proceso de tratamiento térmico.
Los efectos de la aleación son:
- Mayor resistencia y dureza
- Mayor resistencia al impacto
- Mayor resistencia al desgaste
- Mayor resistencia a la corrrosión
- Mayor resistencia a altas temperaturas
- Penetración de temple
-Aluminio:Entre 1827 y 1845, el químico alemán Friedrich Wöhler mejoró el proceso de Oersted utilizando potasio metálico y cloruro de aluminio. Wöhler fue el primero en medir la densidad del aluminio y demostrar su ligereza. En 1854, Henri Sainte-Claire Deville obtuvo el metal en Francia reduciendo cloruro de aluminio con sodio. Con el apoyo financiero de Napoleón III, Deville estableció una planta experimental a gran escala, y en la exposición de París de 1855 exhibió el aluminio puro.
El aluminio puro es blando y tiene poca resistencia mecánica, pero puede formar aleaciones con otros elementos para aumentar su resistencia y adquirir varias propiedades útiles. Las aleaciones de aluminio son ligeras, fuertes, y de fácil formación para muchos procesos de metalistería; son fáciles de ensamblar, fundir o maquinar y aceptan gran variedad de acabados. Por sus propiedades físicas, químicas y metalúrgicas, el aluminio se ha convertido en el metal no ferroso de mayor uso.
El aluminio es el elemento metálico más abundante en la Tierra y en la Luna, pero nunca se encuentra en forma libre en la naturaleza. Se halla ampliamente distribuido en las plantas y en casi todas las rocas, sobre todo en las ígneas, que contienen aluminio en forma de minerales de alúmino silicato. Cuando estos minerales se disuelven, según las condiciones químicas, es posible precipitar el aluminio en forma de arcillas minerales, hidróxidos de aluminio o ambos.
-Propiedades del aluminio: el aluminio es un metal plateado muy ligero. Su masa atómica es 26,9815; tiene un punto de fusión de 660 ºC, un punto de ebullición de 2467 ºC y una densidad relativa de 2,7. Es un metal electropositivo y muy reactivo. En un medio oxidante, en particular en el aire, se cubre de una densa película de óxido que lo protege contra la corrosión. Por esta razón, los materiales hechos de aluminio no se oxidan. El metal reduce muchos compuestos metálicos a sus metales básicos.
Tanto el aluminio como sus aleaciones tienen una estructura cristalina centrada en la cara lo que lo hace altamente estable hasta que se fusiona a los 660.32° C. Estas propiedades lo convierten en un metal facil de cambiar su forma y soldar.
El aluminio no se inflama instantaneamente por lo que tiene numerosas aplicaciones en materiales inflamables o explosivos.
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