El metal. Características de los metales

El metal.

Metal se usa para denominar a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad, poseen alta densidad y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores.

El concepto de metal refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y el bronce. Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más difícil que los ganen.

Características de los metales

Los metales tienen una serie de características que los diferencian de los demás materiales, los no metales. Además de que todos, a excepción del mercurio, son sólidos, la más característica de las propiedades de los metales es su brillo especial, que curiosamente se llama brillo metálico. El brillo es la capacidad de un material para reflejar, absorber o reflectar la luz. Los metales, una vez pulidos, reflejan la mayor parte de la luz que les llega.

Adamantino Subadamantino

Vítreo Metálico

Submetálico Nacarado

Sedoso Resinoso

Graso Húmedo

Otra característica que cumplen la casi totalidad de los metales es ser buenos conductores eléctricos y mostrar carga eléctrica positiva en los procesos de electrólisis. La estructura electrónica de los átomos metálicos se caracteriza por la existencia de pocos electrones en su capa externa, por lo que se requiere escasa energía para que los pierdan y adopten la estructura estable en forma de cationes. Además, en una masa metálica, los electrones de valencia fluctúan de uno a otro átomo formando la denominada “nube electrónica”, de algún modo compartida por todos los átomos del metal. Así muchos son empleados para hacer cables, etc... Además también son buenos conductores del calor.

Los metales son materiales, en general, bastante densos, insolubles en agua y en muchos disolventes, y opacos con un espesor adecuado.

En cuanto a las propiedades metálicas podemos decir que los metales presentan resistencia a la tracción, es decir, que pueden soportar grandes cargas, que se calcula poniendo el material en una cubeta imprimiéndole una fuerza que se aumenta progresivamente y dividiendo la carga máxima de fuerza que se la ha aplicado a la probeta por la sección transversal de la misma.

Los metales son poco duros, así una de las funciones más importantes de las aleaciones es mejorar esta propiedad. La dureza se delimita dejando caer contra una superficie pulida de un metal una bola de acero especial y muy duro (método Brinell) o un diamante piramidal (método Vickers). Una vez hecho esto podemos medir la dureza del metal de dos maneras: por la relación entre la carga en kilogramos y la huella dejada en el metal en milímetros cuadrados, estaremos hablando de dureza de retroceso, o bien teniendo en cuenta la altura que adquiere la bola en el rebote, cuanto más blando sea el material, menor altura alcanzará ya que la energía del impacto ha sido absorbida en casi su entera totalidad por la deformación del metal, y se llamará dureza a la penetración.

Los metales son muy dúctiles, es decir, que se pueden estirar en forma de hilos; y bastante maleables, podemos estirarlos en láminas sin romperlos. Una de las malas propiedades de los metales es su baja resistencia a la fatiga, o la situación en la que se encuentran algunos metales tras ser expuestos a ciclos de carga de una intensidad menor al crítico de rotura del material.

Entre las características en el carácter químico no se puede establecer una relación común a todos los metales ya que, por ejemplo, en el caso de la oxidación, nos encontramos con una diferencia ostensible tanto en tiempo como en la energía liberada. Existen metales inoxidables como el oro y los hay que tardan menos de un día en oxidar su capa exterior a un milímetro de profundidad como el hierro, el cobalto y el bario.

Tratamientos de mejora de los metales

Endurecimiento:

Endurecimiento en frío: Cuando sometemos un material a determinada tensión ( ), es decir, fuerza aplicada a la probeta por unidad de sección se produce en el metal un determinado alargamiento o deformación unitaria ( ) que sale tras la fórmula:

Si establecemos una tabla poniendo en el eje de abcisas la tensión y en el de ordenadas el alargamiento nos sale una tabla en la que podemos diferenciar tres fases:

La primera parte queda representada como una recta y se llama zona elástica. Si detuviéramos la tensión en esta zona el metal volvería a su longitud inicial. La zona elástica se termina cuando se alcanza el límite elástico.

A partir de ese límite elástico se inicia la zona plástica en la que las deformaciones son ya permanentes y si el ensayo se acaba en esta zona el metal sólo se recuperará un poco, marcándose un nuevo límite elástico, más amplio que el anterior, como sería en la tabla regresar del punto A al punto B. Con este proceso aumenta la propiedad elástica y la dureza del metal, eso sí, nunca deberemos llegar a la zona llamada de estricción, donde llegaría a romperse. Lo malo es que este endurecimiento lleva consigo una fragilidad. Para vencer esta fragilidad se suele someter a un tratamiento térmico denominado recocido y explicado más tarde.

Endurecimiento por afino de grano: Existe una relación experimental entre el límite elástico de un metal ( ) y el tamaño medio de sus granos (d) que siendo y K constantes dependientes del material y de la temperatura:

De esta expresión deducimos que cuanto menor sea el tamaño del grano, mayor será el límite elástico del metal. Entonces se le aplica al metal una temperatura mayor a la de su punto de transformación para obtener así un grano fino y destruir las partes defectuosas. En el transcurso del enfriamiento a velocidad relativamente lenta, el acero recobra una textura normal.

Endurecimiento

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