Propiedades de los Metales

PROPIEDADES FÍSICAS

Los metales muestran un amplio margen en sus propiedades físicas. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto es rosáceo, el cobre rojizo y el oro amarillo. En otros metales aparece más de un color, y este fenómeno se denomina pleocroísmo. El punto de fusión de los metales varía entre los -39 °C del mercurio y los 3.410 °C del volframio. El iridio, con una densidad relativa de 22,4, es el más denso de los metales. Por el contrario, el litio es el menos denso, con una densidad relativa de 0,53. La mayoría de los metales cristalizan en el sistema cúbico aunque algunos lo hacen en el hexagonal y en el tetragonal.
La más baja conductividad eléctrica la tiene el bismuto, y la más alta a temperatura ordinaria la plata. La conductividad en los metales se puede reducir mediante aleaciones. Todos los metales se expanden con el calor y se contraen al enfriarse.
Ciertas aleaciones, como las de platino e iridio, tienen un coeficiente de dilatación muy bajo.

PROPIEDADES QUÍMICAS

Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos; Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos
Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones).

PROPIEDADES MECANICAS

Los metales suelen ser duros y resistentes; Aunque existen ciertas variaciones de uno a otro, en general tienen las siguientes propiedades:

• Dureza o resistencia a ser rayados;
• resistencia longitudinal o Resistencia a la rotura;
• Elasticidad o capacidad de volver a su forma original después de sufrir deformación;
• Maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por acción del martillo;
• Resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presión en ciclos continuos;
• Ductilidad o posibilidad de deformarse sin sufrir roturas.

Dureza:

Capacidad de una sustancia sólida para resistir deformación o abrasión de su superficie. Se aplican varias interpretaciones al término en función de su uso. En mineralogía, la dureza se define como la resistencia al rayado de la superficie lisa de un mineral. Una superficie blanda se raya con más facilidad que una dura; de esta forma un mineral duro, como el diamante, rayará uno blando, como el grafito, mientras que la situación inversa nunca se producirá.

La dureza relativa de los minerales se determina gracias a la escala de dureza de Mohs, nombre del mineralogista alemán Friedrich Mohs que la ideó. En esta escala, diez minerales comunes están clasificados en orden de creciente dureza recibiendo un índice: La dureza de una muestra se obtiene determinando qué mineral de la escala de Mohs lo raya. Así, la galena, que tiene una dureza de 2,5, puede rayar el yeso y es rayado por la calcita.
La dureza de un mineral determina en gran medida su durabilidad.

En metalurgia e ingeniería, la dureza se determina presionando una bolita o un cono de material duro sobre la superficie estudiada y midiendo el tamaño de la indentación. Los metales duros se indentan menos que los blandos. Este método para establecer la dureza de una superficie metálica se conoce como prueba de Brinell, en honor al ingeniero sueco Johann Brinell, que inventó la máquina Brinell para medidas de dureza de metales y aleaciones

Elasticidad

En ingeniería se necesita saber cómo responden los materiales sólidos a fuerzas externas como la tensión, la compresión, la torsión, la flexión o la cizalladura. Los materiales sólidos responden a dichas fuerzas con una deformación elástica (en la que el material vuelve a su tamaño y forma originales cuando se elimina la fuerza externa), una deformación permanente o una fractura.
Elasticidad (física), propiedad de un material que le hace recuperar su tamaño y forma origina después de ser comprimido o estirado por una fuerza externa.

Cuando una fuerza externa actúa sobre un material causa un esfuerzo o tensión en el interior del material que provoca la deformación del mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales y los minerales la deformación es directamente proporcional al esfuerzo.

Donde ΔL: alargamiento longitudinal, L: Longitud original, E: módulo de Young o módulo de elasticidad, A sección transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite de elasticidad.

Esta relación se la conoce como ley de Hooke , así se llama en honor del físico británico Robert Hooke, que fue el primero en expresarla. No obstante, si la fuerza externa supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente, y la ley de Hooke ya no es válida.

El máximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado se denomina límite de elasticidad.

La relación entre el esfuerzo y la deformación, denominada módulo de elasticidad, así como el límite de elasticidad, están determinados por la estructura molecular del material. La distancia entre las moléculas de un material no sometido a esfuerzo depende de un equilibrio entre las fuerzas moleculares de atracción y repulsión. Cuando se aplica una fuerza externa que crea una tensión en el interior del material, las distancias moleculares cambian y el material se deforma. Si las moléculas están firmemente unidas entre sí, la deformación no será muy grande incluso con un esfuerzo elevado. En cambio, si las moléculas están poco unidas, una tensión relativamente pequeña causará una deformación grande. Por debajo del límite de elasticidad, cuando se deja de aplicar la fuerza, las moléculas vuelven a su posición de equilibrio y el material elástico recupera su forma original. Más allá del límite de elasticidad, la fuerza aplicada separa tanto las moléculas que no pueden volver a su posición de partida, y el material queda permanentemente deformado o se rompe.

Estas y otras propiedades mecánicas pueden comprenderse mejor mediante el empleo de los diagramas de tensión /- estiramiento

Estos diagramas bidimensionales permiten estudiar el comportamiento de cualquier material cuando se lo somete a un esfuerzo de tracción. La porción de muestra en estudio, conocida como probeta de dimensiones normalizadas, se coloca en un dinamómetro y se tracciona en sentido longitudinal, midiendo, al mismo tiempo la tensión ejercida y el estiramiento producirlo al aplicar dicha tensión. Al graficar en ordenadas, los valores de tensión aplicados y. en abscisas. los estiramientos producidos en cada punto. se obtiene un diagrama como el ilustrado

En el diagrama se pueden reconocer varias zonas que representan diferentes comportamientos del material. En la zona (1) el estiramiento es directamente proporcional a la tensión aplicada .Además si la tensión se elimina, el material vuelve a su estado original. Este comportamiento corresponde a la zona conocida como elástica, El cociente entre la tensión y el estiramiento en cualquier punto de la recta (Ósea la pendiente geométrica de la misma) se denomina módulo de elasticidad (módulo de Young) Ahora bien. Existe un valor de tensión a partir del cual el material se deforma irreversiblemente: límite de elasticidad. A partir de (punto 2) aquí se extiende la zona plástica o de deformación permanente. Finalmente se llega a la tensión de ruptura.

(Zonas: 1 Elástica 2 Fluencia 3. Deformación Plástica 4. Estricción ---Rotura--)

Mediante el empleo de estos diagramas se puede predecir el comportamiento de muchos materiales (NO solamente metálicos). Por ejemplo: un metal que no muestre zona plástica no presentará ni ductilidad ni maleabilidad ya que para fabricar alambres o laminados es preciso "deformar" el material.