Metales y sus Propiedades

Metales: Se pueden obtener del ambiente por medio de la electrólisis, ya que la mayoría se encuentra en el ambiente con O₂. Son maleables, pero resistentes al golpearse, suelen volverse más duros. Son buenos conductores de la electricidad y el calor, por esto se usan para cables, alambres y filamentos. Son capaces de absorber o ceder electrones y muy usados por el humano desde su descubrimiento.

Corrosión

¿Qué tipo de proceso es?

Es un proceso redox espontáneo.

¿Quiénes son los reactivos?

Metal + O₂ → Óxido. Solamente para el hierro se llama herrumbre: 3Fe + 2O₂ → Fe₂O₃ + FeO

¿Cuáles son los efectos de la corrosión?

La formación de la capa de óxido, oxidación del metal, deterioro del metal, cambio de peso del metal.

¿Cuáles son los factores que afectan el proceso?

La temperatura, la humedad, presencia de sales y la variación del PH.

¿Qué ocurre químicamente en el proceso?

Los electrones de la capa superficial se ceden a las moléculas de O₂ porque el oxígeno es muy electronegativo, por lo tanto, los atrae y se unen por una unión iónica. Por causa de esto, se forman capas de óxido superficiales.

¿Cuántas capas de oxidación existen?

Las capas de óxido se pueden disponer de dos maneras:

• Se depositan sobre toda la superficie adhiriéndose fuertemente, o sea, corrosión generalizada. La capa de óxido actúa previniendo la corrosión del interior del metal, ya que evita que el O₂ del ambiente llegue al interior.
• Puede pasar que se depositen parcialmente sobre la superficie del metal y suelen aparecer en las cercanías del depósito zonas con picaduras o faltantes del metal.

Propiedades Mecánicas

Ductilidad

Bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles.

Fragilidad

La fragilidad se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación.

Maleabilidad

La maleabilidad es la propiedad de un material sólido de adquirir una deformación metálica mediante una compresión sin fracturarse. A diferencia de la ductilidad, que permite la obtención de hilos, la maleabilidad favorece la obtención de delgadas láminas de material.

Dureza

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes.

Cambios Físicos y Químicos

Cambios Físicos

Las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, siguen siendo las mismas (ejemplo: ebullición, doblar o arrugar un papel, etc.) (cambios de estado o forma).

Cambios Químicos

Las sustancias iniciales se transforman en otras distintas que a su vez tienen propiedades diferentes (azúcar con clorato de potasio, prender fuego un papel).

Reacción Química

Es un proceso termodinámico en el cual una o más sustancias (reactivos), por efecto de un factor energético, se transforman cambiando su estructura molecular y sus enlaces en otras sustancias (productos).

Reacción Endotérmica

Se absorbe energía durante el proceso de la reacción.

Reacción Exotérmica

Se desprende energía durante el curso de la reacción.

Velocidad de una Reacción

La variación de cantidad de sustancia formada o transformada por unidad de tiempo. Los factores que afectan la velocidad son: naturaleza de los reactivos, la concentración, la superficie de contacto de los reactivos (mientras más divididos, más rápido), temperatura y presencia de catalizadores.

Catalizadores

Aumentan la velocidad de la reacción, pero no la cantidad de producto que se forma.

Pilas y Electrólisis

Pila

Sistema en el que la energía química de una reacción química es transformada en energía eléctrica. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo negativo o ánodo y el otro es el polo positivo o cátodo.

Electrólisis

Es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo (una reducción) y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo (una oxidación).

Pila Daniell

Un ejemplo de pila electroquímica es la pila Daniell, que consta de dos compartimentos separados físicamente. En uno de ellos introducimos una lámina de cinc en una disolución de sulfato de cinc y en el otro introducimos una lámina de cobre en una disolución de sulfato de cobre. Las dos placas se conectan mediante un hilo metálico, y las dos disoluciones se unen mediante un puente salino. Las láminas metálicas de cinc (Zn) y cobre dentro de las disoluciones de sulfato de cinc(II) y sulfato de cobre(II) se denominan electrodos. La placa que proporciona los electrones tiene signo negativo y se llama ánodo, mientras que la que los recibe tiene signo positivo y se llama cátodo. El compartimento donde tiene lugar la oxidación se denomina compartimento anódico y en el que se produce la reducción, compartimento catódico. Cada uno de estos compartimentos se llama también semipila. Las semirreacciones que tienen lugar en cada compartimento son:

• C. anódico (-): Zn – 2e^– → Zn²⁺
• C. catódico (+): Cu²⁺ + 2e^– → Cu

Los electrones circulan por el hilo metálico desde el electrodo de Zn, o polo negativo, hasta el electrodo Cu, o polo positivo. La lámina de Zn va disolviéndose, y la concentración de iones Zn²⁺ en la disolución aumenta. Y la concentración de Cu²⁺ en disolución disminuye, mientras que la lámina de Cu aumenta su masa. La unión de los dos compartimentos se efectúa mediante un puente salino o por medio de un tabique poroso. El tabique poroso consiste en una membrana semipermeable que permite el flujo de iones. El puente salino es un tubo de vidrio en forma de «U», que contiene una disolución saturada de una sal inerte, como cloruro potásico o nitrato amónico, con lana de vidrio o algodón en sus extremos. La función de ambos es evitar que se mezclen las disoluciones, e impedir la acumulación de carga en cualquiera de los compartimentos. De igual forma que los electrones circulan por el circuito externo, también hay movimiento de iones entre las disoluciones, cerrando así el circuito.

Elementos No Metálicos

Propiedades Físicas

1. No son conductores de la electricidad ni del calor.
2. En condiciones ambientales los hay gaseosos (H₂, O₂, N₂, Cl₂, etc.) y los restantes, a excepción del Br (bromo), que es líquido, son sólidos (azufre, carbono, fósforo, etc.).

Propiedades Químicas

1. Sus óxidos (anhídridos) al reaccionar con agua forman ácidos oxácidos.
2. Los no metales pueden actuar positivamente (si ceden electrones).
3. Y negativamente (si aceptan electrones).

Elementos Metálicos

Propiedades Físicas

• Brillo: Reflejan la luz que incide sobre su superficie. La inmensa mayoría presenta un brillo metálico muy intenso.
• Dureza: Las superficies de los metales oponen resistencia a dejarse rayar por objetos agudos.
• Tenacidad: Los metales presentan menor o mayor resistencia a romperse cuando se ejerce sobre ellos una presión.
• Ductibilidad: Los metales son fácilmente estirados en hilos finos (alambres), sin romperse.
• Maleabilidad: Ciertos metales, tales como la plata, el oro y el cobre, presentan la propiedad de ser reducidos a delgadas láminas, sin romperse.
• Conductividad calórica: Los metales absorben y conducen la energía calórica.
• Conductividad eléctrica: Los metales permiten el paso de la corriente eléctrica a través de su masa.
• Densidad: La inmensa mayoría de los metales presentan altas densidades.
• Fusibilidad: La inmensa mayoría de los metales presentan elevadísimos puntos de fusión, en mayor o menor medida, para ser fundidos.

Propiedades Químicas

• Tendencia a la pérdida de electrones de la última capa para transformarse en iones electropositivos (cationes).
• Cuando las sales que los contienen se disuelven en agua y se hace circular por ella corriente eléctrica, se disocian, dando origen a iones metálicos positivos o cationes, que se dirigen hacia el polo negativo o cátodo.
• La mayoría se combinan con el oxígeno para formar óxidos.
• Reaccionan con los ácidos para formar sales.
• Ej: Zinc + ácido clorhídrico → cloruro de cinc + hidrógeno.
• Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂
• Forman aleaciones (mezclas homogéneas formadas por dos o más metales o elementos de carácter metálico en mezcla, disolución o combinación).