Duros, brillantes y duros: los metales son los chicos del cartel machistas del mundo material. Aprender a extraer estas sustancias de la Tierra y convertirlas en todo tipo de materiales útiles fue uno de los desarrollos más importantes en la civilización humana, herramientas de desove, joyas, motores, máquinas y construcciones estáticas gigantes como puentes y rascacielos. Dicho esto, "metal" es un término casi increíblemente amplio que abarca todo, desde el plomo (un metal superpesado) y el aluminio (uno superligero) hasta el mercurio (un metal que normalmente es líquido) y el sodio (un metal lo suficientemente suave como para cortarlo como queso que, fusionado con cloro, se puede espolvorear sobre la comida, ¡como sal!). ¿Qué son exactamente los metales y qué los hace tan útiles? ¡Miremos más de cerca!
¿Qué son los metales?
Podrías pensar que la Tierra es un gran trozo de roca, dura por fuera y blanda en el medio, pero una gran parte es en realidad metal. ¿Qué es exactamente el metal? Más de las tres cuartas partes de los elementos químicos que se encuentran naturalmente en nuestro planeta son metales, por lo que es casi más fácil decir qué no es el metal.
Cuando hablamos de metales, generalmente nos referimos a elementos químicos que son sólidos (con puntos de fusión relativamente altos), duros, fuertes, duraderos, brillantes, de color gris plateado, buenos conductores de electricidad y calor, y fáciles de trabajar. Varias formas y formas diferentes (como láminas delgadas y alambres). La palabra metal es un término bastante amplio y vago, y no es algo que pueda definir con precisión.
Cuando hablamos de no metales, debería significar todo lo demás, aunque las cosas son un poco más complejas que eso. A veces escuchará a la gente referirse a los semimetales o metaloides, que son elementos cuyas propiedades físicas (si son duros y blandos, cómo transportan la electricidad y el calor) y propiedades químicas (cómo se comportan cuando se encuentran con otros elementos en la química). reacciones) se encuentran en algún lugar entre las de los metales y los no metales. Los semimetales incluyen elementos como el silicio y el germanio, semiconductores (materiales que conducen la electricidad solo en condiciones especiales) que se utilizan para fabricar circuitos integrados en chips de computadora y células solares. Otros semimetales incluyen arsénico, boro y antimonio (todos los cuales se han utilizado en la preparación — "dopaje" - de semiconductores).
Eche un vistazo a la tabla periódica (la forma en que dibujamos los elementos en un gráfico para que los que tienen propiedades físicas y químicas similares se alineen) y verá que dos tipos de metales reciben un tratamiento especial. El centro de la tabla está dominado por un gran grupo de elementos llamados metales de transición (o elementos de transición); la mayoría de los metales familiares (incluidos el hierro, el cobre, la plata y el oro) viven aquí, junto con metales menos conocidos como el circonio, el osmio y el tantalio. El otro grupo, llamado los metales de las tierras raras, a menudo se imprime por separado de la tabla periódica principal e incluye los quince elementos del lantano al lutecio más el escandio y el itrio (que son químicamente muy similares). Se les llama metales de "tierras raras" por la razón bastante obvia de que originalmente se creía que existían en depósitos extremadamente escasos en la Tierra, aunque ahora se sabe que algunos son relativamente comunes. Como muchos metales convencionales, las tierras raras no se encuentran naturalmente en su forma pura, sino solo como óxidos metálicos.
No del todo metales
¿Cuándo un metal no es un metal? Mire un automóvil, un avión o una motocicleta y verá mucho metal, ¿ o no? Muchos de los materiales similares a los metales que nos rodean son en realidad aleaciones: metales que se han mezclado con otros materiales (metales o no metales) para hacerlos más fuertes, más duros, más ligeros o superiores de alguna otra manera. El acero es una aleación de hierro, por ejemplo, que contiene una pequeña cantidad de carbono (los diferentes tipos de acero contienen más o menos carbono). El bronce es una aleación de cobre y estaño, mientras que el latón es la aleación que se obtiene al mezclar cobre y zinc.
le="font-size:16px;font-family:等线">También es muy común encontrar plásticos que han sido galvanizados (recubiertos con una capa delgada de un elemento metálico, usando electricidad) para que parezcan metales brillantes.
¿Cómo se fabrican los metales?
Ya sea que esté ensamblando aviones o construyendo baterías, necesita metales, y muchos de ellos. El problema es que los metales generalmente no se encuentran en el suelo exactamente de la manera en que nos gustaría encontrarlos, en su forma pura y en depósitos lo suficientemente grandes como para que valga la pena extraerlos. A menudo están enterrados en rocas con depósitos de otros metales y no existen como elementos puros sino como óxidos (metales fusionados con átomos de oxígeno) y otros compuestos. Por lo tanto, producir grandes cantidades de un metal como hierro, aluminio o cobre implica dos operaciones distintas: extraer un mineral (un depósito que generalmente consiste en una gran cantidad de roca inútil y cantidades más pequeñas de metales útiles) de una mina o cantera y luego refinar el mineral. mineral para separar los metales de sus óxidos (u otros compuestos) en la forma pura que necesitamos.
Exactamente cómo se hace esto varía de un metal a otro y de un lugar a otro, pero generalmente implica una mezcla de procesamiento mecánico (como moler, filtrar o usar agua para lavar materiales no deseados), tratamiento químico (usando ácidos, tal vez), calentamiento (fundir mineral de hierro, por ejemplo, implica tostarlo al aire para eliminar las impurezas) y tratamiento eléctrico (como la electrólisis, que separa una solución química en sus elementos constituyentes pasando una corriente eléctrica a través de ella).
¿Cómo son los metales?
Propiedades físicas
Con tantos elementos químicos clasificados como metales, podría pensar que sería difícil generalizar sobre ellos. Pero ese problema es cierto para casi cualquier generalización: cada casa es diferente, pero aún podemos decir que las casas tienden a tener puertas, paredes, ventanas y un techo y brindan protección contra el clima, y todos podemos esbozar una en papel. .
Las generalizaciones que hacemos sobre los metales son:
· Son en su mayoría sólidos (a temperaturas diarias), cristalinos (sus átomos están apilados en patrones ordenados como latas en un supermercado), duros, fuertes y densos (la mayoría de los metales se hundirán si los dejas caer en agua, por ejemplo).
· Los metales son maleables (relativamente fáciles de trabajar en nuevas formas y formas) y dúctiles (con el equipo adecuado, puede convertirlos en cables largos y delgados). Aun así, no se desgastan rápidamente ni se rompen fácilmente, aunque pueden fracturarse (agrietarse o romperse) con el tiempo debido a tensiones y tensiones repetidas debido a la fatiga del metal (una debilidad que se desarrolla gradualmente).
· La mayoría de los metales son opacos (a menos que sean extremadamente delgados) y brillantes y de color gris plateado (porque tienden a reflejar todas las longitudes de onda de la luz en la misma medida). Algunos metales están coloreados (porque reflejan ciertas longitudes de onda de luz mejor que otras); los ejemplos más conocidos son probablemente el oro (un color amarillento) y el cobre (normalmente rojizo, aunque se vuelve azul después de que la exposición al aire lo convierte en óxido de cobre).
· La mayoría de los metales conducen bien la electricidad (tienen una baja resistencia eléctrica, en otras palabras) y se sienten instantáneamente fríos al tacto (porque también conducen bien el calor, alejando rápidamente la energía térmica de su cuerpo).
· Los elementos metálicos como el hierro, el níquel, el cobalto y el neodimio (y las aleaciones basadas en ellos) alimentan los mejores imanes; la mayoría de los otros metales producen imanes tan pobres que generalmente se los considera no magnéticos.
