Cuando piensa en la palabra "metales", es tan probable que piense en los objetos cotidianos y su función como en la química o cualquier otra cosa relacionada con la ciencia. La mayoría de las máquinas y muchas estructuras, por ejemplo, están hechas de uno o más metales debido a la durabilidad y rigidez que ofrecen estos materiales. Además, algunos metales se valoran por su apariencia, cuestan mucho dinero por unidad de masa y se clasifican literalmente como "metales preciosos"; el oro y la plata son quizás los ejemplos más conocidos.
Pero los metales también representan uno de los tres tipos de elementos en química, los otros dos son no metales y metaloides. En realidad, los metales representan la mayoría de los elementos de la naturaleza, aunque es probable que haya oído hablar de solo una pequeña fracción de ellos. Antes de explorar las propiedades de los metales, es útil comprender qué se conoce por el término "elemento" y cómo se usa la tabla periódica para estructurar elementos en la tabla.
¿Qué son los elementos?
En la vida cotidiana, un "elemento" es un componente de un todo. La palabra tiene una definición similar, pero más estricta, en química: un elemento es algo hecho de un tipo particular de átomo. No se puede dividir en componentes más simples utilizando herramientas químicas cotidianas. A partir de 2018, los químicos habían identificado 92 elementos naturales, junto con 11 elementos inestables que se han generado en condiciones de laboratorio. Un elemento dado existe como sólido, líquido o gas en su forma nativa.
Un átomo, a su vez, es una colección microscópica de protones, neutrones y electrones en alguna combinación. El hidrógeno, el átomo más simple, consta sólo de un protón y un electrón; El uranio, el más masivo, tiene 92 protones, 92 electrones y 146 neutrones en uno de sus isótopos. Un átomo generalmente tiene la misma cantidad de protones, que tienen una carga positiva, y electrones, que tienen una carga negativa de igual magnitud. El número de neutrones, que junto con los protones forman el núcleo (núcleo singular) de los átomos y no tienen carga eléctrica, se aproxima el número de protones hasta cierto punto, aunque a medida que los elementos ascienden en tamaño, los neutrones tienden a superar en número a los protones a un número cada vez mayor grado.
La tabla periódica de elementos
La tabla periódica es para la química lo que una lista indexada de ingredientes es para un libro de cocina. Cualquier compuesto químico que tenga o en el que pueda pensar, grande o pequeño, puede reducirse a alguna combinación de los elementos de la tabla periódica.
Los 113 elementos están dispuestos en esta tabla en orden ascendente por número atómico. Este número es solo el número de protones que tiene un elemento. Si este número cambia, la identidad del elemento cambia. Esto no es cierto para los neutrones o los electrones; las variaciones de un elemento que contienen diferentes números de neutrones se denominan isótopos de ese elemento, mientras que un elemento que tiene más o menos electrones que protones se llama ion y lleva una carga eléctrica positiva o negativa.
La tabla periódica recibe su nombre porque incluye categorías de elementos que se repiten de forma periódica y predecible. Cuando miras una tabla periódica (ver Recursos para un ejemplo interactivo), puedes ver que tiene algunos huecos curiosos en las filas en la parte superior, pero que estos desaparecen con el número más alto elementos. Esto se debe a que los elementos no se han ordenado simplemente en función del número atómico; se han clasificado en tipos en función de sus diversas propiedades atómicas y químicas.
Grupos de la tabla periódica
Estrictamente hablando, los elementos se pueden agrupar en rieles y no metales, pero tradicionalmente hay tres grupos de elementos: metales, no metales y metaloides. Como sugiere el nombre "metaloides", estos elementos tienen propiedades tanto metálicas como no metálicas.
También hay tres tipos básicos de metales: metales alcalinos, metales alcalinotérreos y metales de transición. Los metales de transición incluyen una serie de subcategorías propias, que se describen más adelante.
Los elementos clasificados estrictamente como no metales son sorprendentemente pocos en número, con solo siete de ellos (H, C, N, O, P, S y Se) que salpican la tabla periódica. Esta clasificación, sin embargo, excluye los no metales que se han ganado sus propias categorías, incluidas las cinco halógenos (F, Cl, Br, I y At) y los seis Gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Ra).
Características de los metales
Como hay siete metaloides y 18 no metales de algún tipo (siete no metales per se, seis gases nobles y cinco halógenos), 88 de los 113 elementos de la tabla periódica se clasifican como algún tipo de metal. Si bien estos claramente varían considerablemente en sus propiedades, los metales comparten una serie de características en común.
Los metales son sólidos a temperatura ambiente con la notable excepción del mercurio, un líquido utilizado en los termómetros más antiguos. Tienen brillo, lo que significa que reflejan la luz, una propiedad que a menudo les otorga valor (por ejemplo, cobre, plata). Son maleables, lo que significa que se pueden moldear físicamente en láminas delgadas sin fracturarse. Por lo general, son duros, aunque el potasio y el sodio, que sirven como iones biológicamente activos en el torrente sanguíneo humano, se pueden cortar con un cuchillo común. Son dúctiles, que es una forma elegante de decir que los metales se pueden convertir en alambres; esta propiedad es conveniente porque la mayoría de los metales son buenos conductores de electricidad y calor, lo que los hace cruciales para las aplicaciones industriales modernas. Su conductividad es una consecuencia de tener electrones que no están estrechamente unidos a los núcleos. Por último, los metales suelen ser densos (es decir, tienen una gran masa por unidad de volumen) y tienen altos puntos de ebullición y fusión. El tungsteno tiene un punto de fusión extraordinariamente alto y no es casualidad que este elemento se utilice ampliamente en los filamentos de las bombillas.
Tipos de metales
Las tres categorías de metales son los metales alcalinos, los metales alcalinotérreos y los metales de transición. La disposición de la tabla periódica resulta útil para mantener estos grupos estrechamente agrupados; los metales alcalinos son los seis elementos directamente debajo del hidrógeno (H) en la columna del extremo izquierdo de la tabla, que está etiquetada como IA. Los metales alcalinotérreos son los seis "vecinos de al lado" de los metales alcalinos en la tabla, ocupando toda la columna IIA.
Los metales de transición ocupan las columnas III a XII y las filas 3 a 6 de la tabla periódica, para un total de 40 elementos. El 14 lantánidos (elementos 58 a 71) y el 14 actínidos (elementos 90 a 103) se consideran metales de tierras raras. Finalmente, en la mayoría de los esquemas, ocho elementos se consideran metales no especificados de otra manera, lo que hace que el total número de metales a 6 (álcali) + 6 (alcalinotérreo) + 40 (transicional) +28 (tierras raras) + 8 (sin especificar) = 88.
Metaloides y no metales
Estos siete elementos con propiedades tanto metálicas como no metálicas ocupan porciones de las filas 3 a 6 de la tabla periódica e incluyen:
- B
- Si
- Ge
- Como
- Sb
- Te
- Correos
Estos son sólidos a temperatura ambiente y útiles en el ámbito de la tecnología de semiconductores, y a menudo forman aleaciones, o combinación de metales, con otros elementos metálicos.