Materiales Organicos

La estructura de los metales

Estudios de difracción de rayos X han permitido determinar la estructura de muchos elementos metálicos, revelando la existencia de empaquetamientos compactos en muchos de ellos. Ello indica que presenta una débil tendencia a formar en esas estructuras enlaces covalentes dirigidos. Una consecuencia del compactación es la alta densidad de dichos metales, ya que existe una gran cantidad de masa en un volumen mínimo. La Tabla 1 muestra las estructura cristalinas que presentan algunos metales en condiciones suaves.

Tabla 1. Estructuras cristalinas de elementos metálicos a 25ºC y 1atm

Estructura cristalina Elemento

Hexagonal compacta Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn

Cúbica compacta Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt

Cúbica centrada en el cuerpo Ba, Cr, Fe, W, alcalinos

Cúbica-primitiva Po

En la Tabla aparecen dos estructuras no comentadas hasta ahora: la cúbica centrada en el cuerpo y la cúbica primitiva. Estas son dos estructuras menos compactas que las dos anteriores. La estructura cúbica centrada en el cuerpo presenta como celda unidad un cubo formado por ocho esferas con una novena esfera en el centro del cubo (Figura 5). Los metales con esta estructura presentan, obviamente, un número de coordinación ocho. Una estructura aún menos frecuente es la cúbica primitiva, cuya celda unidad coincide con la anterior exceptuando la esfera del centro del cubo. El número de coordinación en esta estructura es seis, y tan sólo la presenta el Po a presión y temperatura ambientes. Con estas cuatro estructuras se pueden explicar la inmensa mayoría de las estructuras que presentan los metales, pues en muchos casos las estructuras reales son mezclas de las mismas.

El polimorfismo de los metales.

Se define polimorfismo como la capacidad de adoptar distintas formas cristalinas, bajo distintas condiciones de presión y temperatura. Así, por ejemplo, el hierro presenta distintas transiciones en fase sólida conforme se va calentando. Una característica general es que las fases más compactas suelen ser las termodinámicamente más favorables a temperaturas bajas, mientras que las menos compactas lo serán a altas temperaturas.

Los polimorfos de los metales se suelen denominar (con excepciones) con las letras griegas a, b, g... conforme aumenta la temperatura. Incluso algunos metales revierten a la forma estable a baja temperatura cuando alcanzan temperaturas más altas. El hierro presenta las siguientes transiciones: a-Fe (cúbico centrado en cuerpo) es estable hasta 906 ºC, cuando se convierte en g-Fe(cúbico compacto), el cual a su vez retorna a a-Fe a los 1401 ºC, y se mantiene en esta forma hasta que funde a los 1530 ºC. La forma b (hexagonal compacta) aparece bajo alta presión. Otro ejemplo de polimorfismo es el del estaño. A temperatura ambiente el polimorfo estable es el estaño blanco b-Sn, que se convierte en estaño gris,

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