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Propiedades de los Metales

PROPIEDADES FÍSICAS Y MECANICAS
  • Brillo metálico
  • Dureza elevada: dos escalas de dureza
    • Escala de mineralogía: resistencia al corte o a la abrasión. Mide la dificultad de un material a ser rayado.
    • Escala de metalurgia: resistencia a la identación o penetración.
  • Altos puntos de fusión El mayor para el W
  • Densidad elevada: depende de la masa, el tamaño y el empaquetamiento de loa átomos. Los metales con una densidad inferior a 5g/cm3 son ligeros, los demás pesados
  • Lustre característico: consecuencia de la alta reflectividad de la luz visible. Como los metales poseen estructuras muy densas son opacos.
  • Alta ductilidad, maleabilidad y tenacidad:
    • Ductilidad: facultad de ser estirados en finos hilos. Muy acusada en los metales nobles.
    • Maleabilidad: facultad de ser extendidos en finas láminas. Metales nobles y Sn
    • Tenacidad: capacidad para absorber energía y deformarse plásticamente antes de fracturarse. Fe y Cu.
  • Elevadas conductividades térmica y eléctrica:
    • Conductividad térmica: debido al empaquetamiento compacto de los átomos en los cristales metálicos. El calor se propaga en los metales gracias al fluido electrónico.
    • Conductividad eléctrica: debido a la deslocalización y movilidad de los electrones en los cristales metálicos. Los electrones más externos están débilmente retenido en los átomos. Disminuye con el aumento de la temperatura.

Comparación con los compuestos iónicos: conductividades eléctricas muy bajas debido a la retención tan fuerte en las posiciones reticulares de equilibrio En estado fundido y en disolución conducen la electricidad con transporte de materia.

Comparación con los semimetales: no son dúctiles ni maleables, son quebradizos y su conductividad eléctrica aumenta con la fusión.

ESTRUCTURA

  • Cúbica con empaquetamiento compacto. NC = 12
  • Hexagonal con empaquetamiento compacto. NC = 12
  • Cúbica centrada en el espacio. NC = 8 o 14

Cuando el elemento es polimórfico se da en primer lugar la estructura más estable a la temperatura ordinaria.

CLASIFICACION DE LOS METALES

Metales férreos:                                                           Metales no férreos:
- Color gris oscuro                                                              - Color rojo, amarillo o blanco
- Elevada densidad excepto los alcalinotérreos                     - Elevada plasticidad
- Elevado punto de fusión                                                    - Baja dureza
- Dureza relativamente elevada                                            - Puntos de fusión relativamente bajos
- Muchos son polimórficos                                                  - No presenta polimorfismo
- Ejemplo típico. Hierro                                                       - Ejemplo típico. Cobre

Los metales férreos se subdividen en:

  • Metales del grupo del hierro: Fe, Co, Ni y Mn. Aditivos en aleaciones del hierro. Propiedades parecidas a los aceros de alta aleación.
  • Metales refractarios o de alto punto de fusión: metales férreos con PF más alto que el hierro.
  • Metales del grupo del uranio o actínidos. Se empelan en aleaciones destinadas a la ingeniería nuclear.
  • Metales de las tierras raras. Lantánidos, Y y Sc.
  • Metales alcalinotérreos: solo se usan en estado metálico para el transporte de calor en reactores nucleares.

Los metales no férreos se subdividen en:

  • Metales ligeros: baja densidad. Be, Mg y Al
  • Metales nobles: Ag, Au y grupo del platino. El Cu es seminoble. Resistentes a la corrosión.
  • Metales fusibles o de bajo PF: Zn, Cd, Hg, Sn, Pb....

PROPIEDADES MAGNETICAS

Origen del magnetismo: movimiento de espín de los núcleos atómicos y movimientos orbital y de espín de los electrones.

  • Susceptibilidad magnética: característica de cada sustancia. Se puede medir directamente. A partir de su valor se puede obtener el momento magnético de un átomo o ión.
    • Susceptibilidad magnética: Susceptibilidad magnetica (I: intensidad de magnetización, H: fuerza del campo)
    • Susceptibilidad específica: Susceptibilidad especifica (r: densidad)
    • Susceptibilidad molar: Susceptibilidad molar (M: peso molecular)
  • Diamagnetismo: Las sustancias diamagnéticas carecen de momento magnético permanente. Es una propiedad general de la materia. Sólo se presenta si se aplica un campo magnético. Se presenta en forma aislada en el caso de especies químicas con todos los electrones apareados.

El origen están en la interacción entre el momento magnético inducido de cada electrón y el campo aplicado. Es negativa porque las líneas de fuerza de los dipolos inducidos cancelan algunas líneas de fuerza debida al campo aplicado.

            1; aumenta con el tamaño de átomo y con el número de electrones. Es independiente de la agitación térmica. Algunos cristales diamagnéticos muestran anisotropía magnética, ya que c depende de la dirección relativa a los ejes.

            Aplicaciones: determinaciones estructurales y corrección del paramagnetismo.

  • Paramagnetismo: Se presenta en especies químicas que poseen algún electrón desapareado y poseen momento magnético permanente. Al aplicar un campo magnético externo, el momento magnético tiene el mismo sentido que el campo

            El momento magnético permanente de las especies paramagnéticas es suma de dos contribuciones, una debida al espín y otra orbital.

            Momento magnetico. Es inversamente proporcional a la temperatura. La agitación térmica se opone a la orientación de los dipolos.

La susceptibilidad magnética molar de líquidos sólidos se mide mediante la técnica de Guoy. La muestra es suspendida del brazo de una balanza en tal forma que quede situada entre los polos de un electroimán. Se aplica un campo magnético. Conociendo la diferencia de pesos antes y después de aplicar el campo  y la sección de la muestra se obtiene la susceptibilidad.

            Aplicaciones: se puede conocer el número de electrones desapareados para estudiar los complejos de los metales de transición. Las medidas son sencillas de hacer.

  • Paramagnetismo independiente de la temperatura (PIT)): Paramagnetismo. Es el paramagnetismo de alta frecuencia de Van Vleck. Se presenta en el caso de especies químicas que en su estado fundamental pueden poseer o no electrones desapareados.

Al aplicar un campo magnético externo se producen cambios en el estado fundamental por distorsión de la distribución electrónica de un orbital. Se mezcla con estados de energía más alta, induciéndose una susceptibilidad que disminuye con el aumento de la diferencia de energía entre los estados.

            1

  • Ferromagnetismo: Se asocia con interacciones cooperativas entre átomos individuales, los cuales tienden a alinear sus momentos magnéticos paralelos entre sí. La teoría de Weiss supone a las sustancias ferromagnéticas divididas en un gran número de dominios elementales que actúan como iones permanentes dando lugar a una imanación dirigida en  determinadas direcciones.

La pérdida por completo de ese magnetismo solo se consigue aplicando un campo en sentido contrario que sea igual al campo coercitivo.

  • Antiferromagnetismo: Los momentos magnéticos atómicos se alinean en forma antiparalela alternadamente. Hasta una cierta temperatura la susceptibilidad aumenta debido a la agitación térmica. Por encima de dicha temperatura, el paramagnetismo normal reemplaza al antiferromagnetismo

-     Ferrimagnetismo: La magnetización de los materiales ferrimagnéticos es menos que para los ferromagnéticos. Se presenta en la magnetita. Mientras que los iones Fe3+ cancelan sus espines entre si, para los iones Fe2+ se alinean los espines.

     

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