PROPIETATS FÍSIQUES I QUÍMIQUES DELS METALLS - QUIMICA - 2025

Les propietats dels metalls, tant físiques com químiques, són claus per a la construcció de sens fins d'artefactes i d'obres d'enginyeria, així com adorns decoratius en diverses cultures i celebracions.

Des de temps immemorials han despertat la curiositat per la seva atractiva aparença, contrastant l'opacitat de les roques. Algunes d'aquestes propietats més valorades són alta resistència a la corrosió, baixa densitat, gran duresa i tenacitat i elasticitat, entre d'altres.

Els metalls es reconeixen a primera vista per la seva superfície brillant i usualment de tonalitats platejades. Font: George Becker via Pexels.

En química interessa més els metalls des d'una perspectiva atòmica: el comportament dels seus ions enfront de compostos orgànics i inorgànics. Així mateix, dels metalls poden preparar-se sals destinades per a usos molt específics; per exemple, sals de coure i or.

No obstant això, van ser les propietats físiques les primeres a captivar la humanitat. En general, es caracteritzen per ser duradores, la qual cosa és especialment cert en el cas dels metalls nobles. Així, tot allò que s'assemblava a l'or o la plata es considerava valuós; es van fer monedes, joies, joies, cadenes, estàtues, plats, etc.

Els metalls són els elements més abundants en la natura. Només cal fer-li un cop d'ull a la taula periòdica per certificar que gairebé tots els seus elements són metàl·lics. Gràcies a ells es va tenir a la mà els materials per conduir el corrent elèctric dins dels dispositius electrònics; és a dir, són les artèries de la tecnologia i els ossos dels edificis.

Propietats físiques dels metalls

Les propietats físiques dels metalls són aquelles que els defineixen i diferencien com materials. No cal que pateixin cap transformació causada per altres substàncies, sinó per accions físiques com ara escalfar-les, deformar-les, pulimentarlas, o simplement, mirar-les.

brillantor

La immensa majoria dels metalls són brillants, i tenen a més colors grisencs o platejats. Hi ha algunes excepcions: el mercuri és de color negre, el coure és vermellós, l'or daurat, i el osmi mostra algunes tonalitats blavoses. Aquest brillantor es deu a les interaccions dels fotons amb la seva superfície electrònicament deslocalitzada per l'enllaç metàl·lic.

duresa

Els metalls són durs, excepte els alcalins i alguns altres. Això vol dir que una barra metàl·lica serà capaç de ratllar la superfície que toqui. En el cas dels metalls alcalins, com el rubidi, són tan tous que se'ls pot raspar amb l'ungla dels dits; a el menys abans que comencin a corroir la carn.

mal·leabilitat

Els metalls solen ser mal·leables a diferents temperatures. Quan se'ls colpeja, i si es deformen o aixafen sense que fracturin o s'esmicolin, llavors es diu que el metall és mal·leable i exhibeix mal·leabilitat. No tots els metalls són mal·leables.

ductilitat

Els metalls, a més de mal·leables, poden ser dúctils. Quan un metall és dúctil és capaç de patir deformacions en una mateixa direcció, tornant-se com si fos un fil o filferro. Si se sap que un metall pot comercialitzar-se en rodes de cables, podrem afirmar que es tracta d'un metall dúctil; per exemple, filferros de coures i or.

Vidres sintètics d'or. Alchemist-hp (talk) www.pse-mendelejew.de

Conductivitat tèrmica i elèctrica

Els metalls són bons conductors tant de la calor com de l'electricitat. Entre els millors conductors de la calor tenim a l'alumini i a el coure; mentre que els que condueixen millor l'electricitat són la plata, el coure i l'or. Per tant, el coure és un metall altament apreciat en la indústria per la seva excel·lent conductivitat tèrmica i elèctrica.

Fils de coure. Scott Ehardt

sonoritat

Els metalls són materials sonors. Si es colpegen dues peces metàl·liques, es produirà un so característic per a cada metall. Els experts i amants dels metalls són de fet capaços de distingir pel so que emeten.

Alts punts de fusió i ebullició

Els metalls poden resistir altes temperatures abans de fondre. Alguns metalls com el tungstè i osmi, fonen a temperatures de 3422 ºC i 3033 ºC, respectivament. No obstant això, el zinc (419,5 ºC) i el sodi (97,79 ºC) fonen a molt baixes temperatures.

D'entre tots, el cesi (28,44 ºC) i el gal·li (29,76 ºC) són els que fonen a les menors temperatures.

A partir d'aquests valors pot tenir una idea de per què en els processos de soldadura s'utilitza un arc elèctric i s'originen intensos centelleigs.

D'altra banda, els alts punts de fusió indiquen per si mateixos que tots els metalls són sòlids a temperatura ambient (25 ºC); a excepció de l'mercuri, únic metall i un dels pocs elements químics que és líquid.

Mercuri en forma líquida. Bionerd

aliatges

Encara que no sigui com a tal una propietat física, els metalls poden barrejar-se entre si, sempre que els seus àtoms aconsegueixin adaptar-se per originar aliatges. Aquestes són doncs mescles sòlides. Un parell de metalls poden alearse amb més facilitat que un altre; i alguns de fet no poden aliar en l'absolut a causa de la baixa afinitat existent entre ells.

El coure es "porta bé" amb l'estany, barrejant-se amb ell per formar bronze; o amb el zinc, per formar el llautó. Els aliatges ofereixen múltiples alternatives quan els metalls per si sols no poden complir amb les característiques exigides per a una aplicació; com quan es vol combinar la lleugeresa d'un metall amb la tenacitat d'un altre.

propietats químiques

Les propietats químiques són aquelles inherents als seus àtoms i com interaccionen amb molècules alienes al seu entorn per deixar de ser metalls, per transformar-se així en altres compostos (òxids, sulfurs, sals, complexos organometàl·lics, etc.). Es tracten llavors de la seva reactivitat i de les seves estructures.

Estructures i enllaços

Els metalls a diferència dels elements no metàl·lics no s'agrupen com a molècules, MM, sinó com una xarxa d'àtoms M cohesionats pels seus electrons externs.

En aquest sentit, els àtoms metàl·lics romanen fortament units per un "mar d'electrons" que els banyen, i van a tot arreu; és a dir, es troben deslocalitzats, no estan fixos en cap enllaç covalent, sinó que conformen l'enllaç metàl·lic. Aquesta xarxa és molt ordenada i repetitiva, per la qual cosa tenim vidres metàl·lics.

Els vidres metàl·lics, de diferents mides i plens d'imperfeccions, i el seu enllaç metàl·lic, són els responsables de les propietats físiques observades i mesures per als metalls. El que siguin colorits, brillants, bons conductors, i sonors, tot es deu a la seva estructura i al seu deslocalització electrònica.

Hi ha vidres on els àtoms es troben més compactats que altres. Per tant, els metalls poden ser tan densos com el plom, el osmi o l'iridi; o tan lleugers com el liti, capaç fins i tot de surar sobre l'aigua abans de reaccionar.

corrosió

Els metalls són susceptibles a corroir; encara que diversos d'ells poden resistir excepcionalment en condicions normals (metalls nobles). La corrosió és una oxidació progressiva de la superfície de l'metall, la qual acaba per esmicolar, ocasionant taques i forats que fan malbé la seva brillant superfície, a més d'altres colors indesitjables.

Metalls com el titani i iridi tenen una alta resistència a la corrosió, ja que la capa dels seus òxids formats no reacciona amb la humitat, ni permeten que l'oxigen penetri l'interior de l'metall. I dels metalls més fàcils de corroir tenim a el ferro, les rovells són bastants recognoscibles pel seu color marró.

agents reductors

Alguns metalls són excel·lents agents reductors. Això vol dir que cedeixen els seus electrons a altres espècies àvides d'electrons. El resultat d'aquesta reacció és que acaben convertint-se en cations, M ^{n +}, on n és l'estat d'oxidació de l'metall; és a dir, la seva càrrega positiva, la qual pot ser polivalent (major a 1+).

Per exemple, els metalls alcalins s'utilitzen per reduir alguns òxids o clorurs. Quan això succeeix amb el sodi, Na, aquest perd el seu únic electró de valència (per ser de el grup 1) per quedar com ió o catió sodi, Na ⁺ (monovalent).

Similarment passa amb el calci, Ca (grup 2), el qual perd dos electrons en lloc de només un i queda com catió divalent Ca ²⁺.

Els metalls poden utilitzar com a agents reductors pel fet que són elements electropositius; tendeixen més a cedir els seus electrons que a guanyar-los d'altres espècies.

reactivitat

Havent dit que els electrons tendeixen a perdre electrons, és d'esperar que en totes les seves reaccions (o la majoria) acabin transformant-se en cations. Ara, aquests cations en aparença interaccionen amb anions per generar una àmplia gamma de compostos.

Per exemple, els metalls alcalins i alcalinoterris reaccionen directament (i explosivament) amb l'aigua per formar hidròxids, M (OH) _n, formats per ions M ^{n +} i OH ^-, o per enllaços M-OH.

Quan els metalls reaccionen amb l'oxigen a altes temperatures (com les assolides per una flama), es transformen en òxids M ₂ O _n (Na ₂ O, CaO, MgO, A l' ₂ O ₃, etc.). Això es deu al fet que en l'aire tenim oxigen; però també nitrogen, i alguns metalls poden formar una barreja d'òxids i nitrurs, M ₃ N _n (TiN, ALN, GaN, Be ₃ N ₂, Ag ₃ N, etc.).

Els metalls poden ser atacats per àcids i bases fortes. En el primer cas s'obtenen sals, i en el segon novament hidròxids o complexos bàsics.

La capa d'òxid que recobreix alguns metalls impedeix que els àcids ataquin el metall. Per exemple, l'àcid clorhídric no pot dissoldre tots els metalls formant seus respectius clorurs metàl·lics, solubles en aigua.

referències

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
2. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
3. Home Science Tools. (2019). Metals Science Lesson. Recuperat de: learning-center.homesciencetools.com
4. The Rosen Publishing Group. (2019). Metals. Recuperat de: pkphysicalscience.com
5. Toppr. (Sf). Chemical Properties of Metals and Nonmetals. Recuperat de: toppr.com
6. Wikipedia. (2019). Metall. Recuperat de: en.wikipedia.org