Propiedades de los metales

Experimenta

Reconoce a los metales.

1. Integren equipos de tres personas. 2. En el salón de clase o en su casa reconozcan los objetos metálicos que los rodean. Enumérenlos. 3. Comenten, en equipo: ¿cuáles son las propiedades de los objetos que les permitieron reconocerlos como metálicos? Anótenlas en su cuaderno.

4. De los materiales metálicos que encontraron, señalen en cuáles casos, debido al uso que se le da, el metal sea difícil de sustituir por otro material. ¿Para qué se usan esos objetos? 5. Comparen los criterios que emplearon para reconocerlos; encuentren en qué difieren con los de sus compañeros. 6. Lleguen a una conclusión en su grupo respecto a cuáles son las propiedades más importantes de los metales y su relación con el uso que se les da.

FIGURA 22. La propiedad que tienen los metales de reflejar la luz, es lo que les da su brillo característico. Los espejos modernos están fabricados empleando una delgada capa de aluminio (Al) o plata (Ag); en la Antigüedad, éstos se fabricaban con mercurio (Hg), pero debido a que este último metal es muy tóxico ya no se usa para este fin.

Los metales han sido, y continúan siendo, materiales sumamente valiosos para nosotros; de hecho, hay dos etapas muy importantes en la historia de la humanidad que estuvieron marcadas por la habilidad del ser humano para producir dos metales en particular: el bronce y el hierro (recuerda que hay una era llamada Edad del Bronce y otra llamada Edad del Hierro.)

Probablemente conozcas algunas de las propiedades físicas de los materiales metálicos. Éstos, en general, son duros, maleables, dúctiles y buenos conductores del calor y la electricidad. ¿Por qué consideras que fueron tan importantes estos materiales para el hombre antiguo?, ¿cuáles de sus propiedades consideras que los hacían tan apreciados?, ¿acaso los usaban para construir rascacielos, o como conductores eléctricos? ¿Cómo podemos explicar las propiedades físicas de los metales? La razón está en la forma en que están unidos los átomos metálicos entre sí.

El enlace que se establece entre los metales (llamado enlace metálico) es muy distinto al enlace iónico o al covalente, pues cuando los átomos metálicos interaccionan entre sí, los electrones de valencia no se encuentran compartidos únicamente entre dos átomos (como en el caso del enlace covalente), sino que los electrones de un átomo metálico se comparten con todos los átomos metálicos que lo rodean, esto permite que tanto los electrones como los átomos tengan una gran movilidad.

Quizá la propiedad que mejor nos sirve para identificar a los metales a simple vista es su brillo. La forma en que se distribuyen los electrones de valencia en el metal es lo que les confiere el brillo, pues la luz que incide en ellos, simplemente “rebota” (no se absorbe como en muchos otros materiales). Desde la Antigüedad, esta propiedad ha sido empleada en la fabricación de espejos (figura 22).

Para poder explicar por qué los materiales metálicos son buenos conductores de la electricidad, primero tenemos que recordar qué es la corriente eléctrica (esto lo aprendiste en tu curso de Ciencias II). La corriente eléctrica se produce cuando partículas cargadas se mueven en la misma dirección. En los metales, cuando aplicamos una diferencia de potencial en los extremos de un cable, obligamos a que las partículas cargadas (los electrones de valencia en este caso) se muevan hacia la región de menor energía (figura 23).

Respecto a la ductilidad y maleabilidad de los metales, seguro recordarás que un material maleable es aquel que puede doblarse sin romperse, mientras que uno dúctil puede moldearse para formar cables (figura 24). Los metales son dúctiles y maleables debido a que en ellos los átomos pueden cambiar fácilmente de posición sin causar el rompimiento de ningún enlace. ¿Y el calor?, ¿por qué los metales lo conducen con tanta eficacia? (figura 25).

Los metales son buenos conductores del calor debido a que los átomos en los materiales metálicos no están sujetos a una posición particular (por eso son maleables), lo cual les permite transmitir las vibraciones a los átomos vecinos más fácilmente (figura 26).

a b

FIGURA 23. En ausencia de un campo eléctrico, los electrones se mueven en todas direcciones, sin embargo, cuando se aplica una diferencia de potencial (con una pila, por ejemplo), los electrones se mueven en una sola dirección produciendo una corriente eléctrica.

FIGURA 24. Todos los materiales metálicos son maleables, aunque unos lo son más que otros, por ejemplo, el plomo o el oro se pueden moldear con un martillo a la temperatura ambiente, mientras que para moldear hierro es necesario calentarlo mucho.

FIGURA 25. En la fase de gas (a) un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la energía cinética de las partículas, mientras que en un sólido (b), debido a que las partículas que lo forman no pueden moverse con libertad, al aumentar la temperatura las partículas aumentan la intensidad de sus vibraciones.

Experimenta

Identifica las propiedades de los metales.

1. En equipo, consigan el siguiente material: • 1 alambre de cobre • 1 lata de refresco • 1 clavo • 1 pedazo u objeto de madera • 1 pedazo u objeto de plástico • 1 pila de 9 V • 1 foco pequeño > Continúa en la página siguiente FIGURA 26. En las viejas películas de vaqueros, los cuatreros que querían asaltar el tren podían anticipar la llegada de éste al oírlo a través del metal de las vías, pues como el metal transmite las vibraciones de manera muy eficiente, el sonido viaja más rápido en el metal que en el aire.

Sé incluyente

Al asignar roles en tu equipo, reconoce y valora siempre la diversidad, integra a compañeros con discapacidad, no impongan tareas. • 3 cables de cobre con caimanes • 1 mechero • 1 trípode • 1 tela de asbesto • 1 termómetro • 1 pinza • 1 martillo

Procedimiento:

Propiedades físicas a. Observen cada uno de los materiales y describan sus propiedades (color, brillo, etcétera). ¿Qué notan? b. Con las pinzas o el martillo traten de deformar los materiales. Previamente, escriban cuáles materiales consideran que podrán cambiar su forma sin romperse.

Conducción eléctrica

a. Construye un sistema como el que se muestra en la imagen. b. Coloquen los extremos de los cables 1 y 3 de los objetos metálicos, en los no metálicos; cuando fluya la corriente eléctrica a través de los materiales examinados el foco se encenderá. Para cada material, anoten de manera individual y sin hacer comentarios entre ustedes, cuáles materiales consideran que conducirán la electricidad.

c. Observen y describan sus resultados. Organicen sus observaciones en una tabla.

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Conducción térmica

a. Con las pinzas, sujeten cada uno de los materiales y pónganlo en contacto con la flama del mechero

No permitas que el material se queme, se trata sólo de calentarlo. b. Mientras se calienta, coloquen el termómetro en contacto con el otro extremo del material. Anoten en su cuaderno cuáles materiales consideran que transmitirán el calor. c. Con base en sus observaciones comparen sus hipótesis y den una explicación de los resultados. d. Contesten las siguientes preguntas y discutan sus respuestas: • ¿Qué materiales conducen mejor la corriente eléctrica?, ¿qué aplicaciones tienen estos materiales en su vida diaria? • ¿Qué materiales conducen mejor el calor?, ¿cómo podrían utilizarse estos materiales en su vida cotidiana? • Qué materiales pueden doblarse sin romperse? ¿Qué ventajas tienen estos materiales y dónde se utilizan en la actualidad? • ¿Todos los materiales presentan brillo y dureza?, ¿qué uso se les puede dar a los materiales duros y a los brillantes en la vida diaria?

Maneja con precaución el fuego.