Propiedades físicas y químicas metales no metales y semimetales

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1La metalografía es el estudio de la estructura granular de los metales y su composición cristalina, ya que el comportamiento de los metales puede ser comprendido y explicado conociendo su estructura cristalina intima, debido a sus propiedades mecánicas son resultantes de esta. Anteriormente en química se vio que los elementos químicos, según sus carácterísticas, pueden ser metálicos y no metálicos.

2Los metales poseen varias carácterísticas, entre las cuales se pueden destacar, su brillo metálico, además de ser muy buenos conductores de calor como de corriente eléctrica, son sólidos a temperatura ambiente a excepción del Mercurio.

3La uníón de los átomos que forman los metales es típica, y por eso se llama enlace metálico; es el tipo covalente pero con particularidad de que los electrones pueden desplazarse de un átomo a otro (electrón libre): esta circunstancia explica muchas carácterísticas propias de los metales, como por ejemplo la conducción eléctrica.

4Cuando un metal se encuentra en estado liquido y se lo deja enfriar, llega un momento que cambia su estado físico pasando del estado liquido al estado sólido. Los sólidos en general pueden ser amorfos, como el vidrio, o cristalinos como el cuarzo, la sal común, etc. Los cristales están formados por átomos dispuestos a distancias regulares (parámetros). Si observamos con un microscopio metalográfico un metal bien pulido y atacado por un reactivo apropiado, se lograra ver los granos formados por cristales unidos por sus bordes

5Se denomina aleación o aleación metálica, a aquellas sustancias que poseen propiedades metálicas y que está compuesta por dos o más elementos, uno de ellos metal, y el otro puede ser metal o no metal. El método ordinario de preparación de las aleaciones es la fusión conjunta (o sea la mezcla desde los dos elementos en estado de fusión). En la mayoría de los casos, los componentes son totalmente solubles entre ellos, es decir, forman una solución liquida en la que los átomos de los distintos elementos se mezclan de manera uniforme. Cuando de solidifican, estas soluciones liquidas pueden formar ya en estado sólido, los siguientes tipos de aleaciones:

Aleaciones sólidas

Compuestos químicos

Mezclas mecánicas

6Diagrama de enfriamiento de un metal puro:


           

En este diagrama, se puede observar que en la máxima temperatura esta se mantiene constante mientras que haya líquido presente. “A” representa el comienzo de la solidificación y “B” el fin. En el intervalo AB hay líquido y solido simultáneamente; la temperatura se mantiene constante porque el metal devuelve la energía que le suministró al calentarlo. Si en vez de partir del liquido y dejar enfriar, procedemos a calentar el metal solido hasta que se funda, y luego seguimos calentando el liquido fundido, el grafico resultaría como lo muestra el grafico de enfriamiento, donde A es el comienzo de la fusión y B el fin de la misma.

7Diagrama de enfriamiento y calentamiento de una aleación:


Si en vez de tener un metal puro tenemos una aleación, la curva es como la anterior, donde se observa que no hay punto de solidificación o fusión, sino un intervalo entre A y B. el tramo BC es carácterístico de ciertas aleaciones con eutéctico, que como observamos, solidifican a temperatura fija sin intervalo.

8Si tenemos dos metales M y M´ que formen una aleación trazando las curvas temperatura-tiempos para distintas proporciones de ambos, podemos pasar a estos gráficos temperatura-composición que se llaman diagramas de equilibrio, por ejemplo el siguiente grafico.

Donde la curva MtEM´t representará los puntos de comienzo de solidificación y se llama curva “liquidus” y la curva CED representa el fin de la solidificación y se llama por eso curva “solidus”. Se comprende que cada zona del diagrama representa las fases y metales que están presentes en cada una, entendíéndose por fase toda porción homogénea (de iguales propiedades) y estará separada de otra fase por una superficie limite (un ejemplo de dos fases separadas seria el formado por agua y aceite). El punto Mt  es el punto de fusión del componente puro M y, análogamente, M´t es el punto de fusión del componente puro M´. El punto E representa aleaciones posibles de M y M´ y se llama eutéctico: por debajo de esta temperatura no hay más líquido.

9Alotropía o polimorfismo: algunos metales, dentro de los cuales se encuentra el hierro, al enfriarlo lentamente, adquieren según la temperatura a la que estén distintas estructuras en sus redes cristalinas. Este fenómeno se denomina alotropía o polimorfismo. Estas formas alotrópicas se suelen representar por las letras del alfabeto griego. La transformación de una variedad alotrópica en otra, va acompañada de una absorción de calor al calentarse y por un desprendimiento de calor al enfriarse, se verifican estos procesos a temperatura constante y solo se modifica la temperatura cando hubo un cambio total de la fase

10En esta curva se observa que cada transformación, durante un cierto tiempo no cambia la temperatura, estos periodos se denominan puntos críticos.


1535°C

1401°C

1145°C

900°C

721°C

20°C

El hierro puro tiene la importante propiedad de que si se calienta o se enfría, a las temperaturas señaladas en el grafico, va cambiando de sistema cristalino y así observamos que puede presentarse a temperatura ambiente en el sistema cubico centrado en el cuerpo (α), con un átomo en el centro del cuerpo; a mayor temperatura cristaliza en el sistema cubico con un átomo en el centro de cada cara: finalmente a temperatura mas elevada vuelve a aparecer la forma cubica centrada en el cuerpo ð. A 768°C (Ar2) la forma α se vuelve antimagnética, llamándose β, pero el sistema cristalino se mantiene.

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