TEMA 46

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© Antonio Abrisqueta García, 1999 Temario Específico – Tema 46
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TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA
(Oposiciones de Enseñanza Secundaria)
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TEMA 46
METALES. CARACTERÍSTICAS DE LOS DIFERENTES GRUPOS. OB-
TENCIÓN Y PROPIEDADES. COMPUESTOS QUE ORIGINAN Y APLICACIO-
NES. ALEACIONES. INTERÉS ECONÓMICO DE ALGUNAS DE ELLAS.
Esquema
1. Metales representativos.
1.1. Ubicación en el sistema periódico.
1.2. Propiedades generales de los metales.
2. Metales Alcalinos. Grupo 1a.
2.1. Propiedades metálicas.
2.2. Propiedades reductoras.
2.3. Estado natural.
2.4. Obtención por electrolisis.
2.5. Aplicaciones de los metales alcalinos y sus compuestos.
3. Metales alcalino-térreos. Grupo 2a.
3.1. Propiedades físicas.
3.2. Propiedades químicas.
3.3. Estado natural.
3.4. Obtención por electrolisis.
3.5. Aplicaciones de los metales alcalino-térreos y sus compuestos.
4. Metales del Grupo 3a.
4.1. Propiedades físicas y químicas del grupo.
4.2. Obtención del Aluminio. Propiedades y aplicaciones.
4.3. Características del Galio, Indio y Talio.
5. Metales del grupo 4a
5.1. Obtención. Propiedades y aplicaciones.
5.1.1. Germanio.
5.1.2. Estaño.
5.1.3. Plomo.
6. Metales del grupo 5a.
6.1. Antimonio y Bismuto.
7. Metales del grupo 6a.
7.1. Selenio, Teluro y Polonio.
8. Metales de transición.
8.1. Características de los metales más importantes
9. Aleaciones.
9.1. Tipos de aleaciones. Metalografía.
9.2. Propiedades de las aleaciones.
9.3. Aleaciones especiales de Hierro. (Aceros).
9.4. Aleaciones especiales de Níquel y Cobalto.
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TEMA 46
METALES. CARACTERÍSTICAS DE LOS DIFERENTES GRUPOS. OB-
TENCIÓN Y PROPIEDADES. COMPUESTOS QUE ORIGINAN Y APLICACIO-
NES. ALEACIONES. INTERÉS ECONÓMICO DE ALGUNAS DE ELLAS.
1. METALES REPRESENTATIVOS
1.1. Ubicación en el Sistema Periódico.
En el presente tema vamos a estudiar los metales del Sistema Periódico, que clasi-
ficaremos inicialmente en Metales Representativos y Metales de Transición y de Tran-
sición Interna.
Se entiende por Metales Representativos, aquellos elementos que pertenecen a los
grupos a del sistema periódico (grupos largos) y que poseen electrones de valencia en
sus orbitales s y p más externos. El carácter metálico aumenta de arriba a abajo en cada
grupo y de derecha a izquierda en cada periodo. Todos los elementos de los grupos 1a y
2a son metales, los elementos inferiores de los grupos 3a, 4a y 5a se denominan metales
de postrans ición.
1.2. Propiedades generales de los metales.
Los metales representativos poseerán en mayor o menor medida las propiedades
generales de los metales. Dentro de estas propiedades podemos hacer una diferenciación
entre propiedades físicas y químicas.
Entre de las propiedades físicas destacamos:
- Ductilidad que es la capacidad que poseen para ser estirados en hilos, y malea-
bilidad que es la plasticidad a ser laminados o reducidos a láminas muy finas
llamadas panes.
- La resistencia y dureza tienen valores muy bajos en ciertos metales representati-
vos.
- Todos los metales poseen una alta conductividad calorífica y eléctrica.
- Producen fenómenos de emisión, tanto fotoeléctrica cuando incide sobre ellos
una radiación como termoiónica cuando son calentados.
- Poseen propiedades ópticas que les dan su característico brillo metálico, así co-
mo la capacidad de producir espectros de emisión y absorción.
En cuanto a las propiedades químicas de los metales podemos citar:
- Facilidad en la formación de cationes.
- Su gran carácter básico que aumenta de derecha a izquierda en el S.P..
- Como consecuencia de la tendencia a ceder electrones poseen un carácter re-
ductor.
- Pueden ser atacados por los ácidos.
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SISTEMA PERIÓDICO
Elementos representativos Elementos representativos
 ������� ������������������
1a 2a 3ª 4a 5a 6ª 7ª 8 1b 2b 3b 4b 5b 6b 7b 0
I 1
H
1
H
2
He
II 3LI
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
III 11Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
IV 19K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
31
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
V 37Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
VI 55Cs
56
Ba
57
La*
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
VII 87Fr
88
Ra
89
Ac#
104
Ku
105
Ha
 ←CARÁCTER METÄLICO
* Lantánidos 58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
# Actínidos
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lw
2. METALES ALCALINOS. GRUPO 1a.
2.1. Propiedades metálicas.
Los elementos de este grupo 1a son: Litio (Li, Z=3); Sodio (Na, Z=11); Potasio
(K, Z=19); Rubidio (Rb, Z=37); Cesio (Cs, Z=55) y Francio (Fr, Z=87). Se les denomi-
na metales alcalinos, del árabe alcalí, que significa cenizas vegetales, ya que éstas son
ricas en carbonato sódico y potásico.
TABLA 1. Grupo de Alcalinos
Potencial de Ionización
(en eV)Elemento Número
Atómico
Configurac.
Electrónica
Primario Secundario
Radio
Iónico
(Å)
Litio 3 (2)2s1 5’39 75’6 0’68
Sodio 11 (10)3s1 5’14 47’3 0’97
Potasio 19 (18)4s1 4’34 31’8 1’33
Rubidio 37 (36)5s1 4’18 27’5 1’47
Cesio 55 (54)6s1 3’89 25’1 1’67
Francio 87 (86)7s1 ------ ------ (1’67)
En las tablas 1 y 2 se muestran las propiedades de los metales alcalinos que, con
excepción del Litio, todos son metales blandos, corrosivos, plateados y pueden cortarse
con un cuchillo. El Litio es el más duro. El Cesio es ligeramente dorado y funde a la
temperatura del cuerpo humano al tomarlo en las manos. Los puntos de fusión y ebulli-
ción más o menos bajos se deben a las fuerzas de enlace tan débiles que poseen, ya que
cada átomo contribuye con un solo electrón al enlace metálico. Los electrones externos
están tan débilmente retenidos que los metales son excelentes conductores eléctricos y
térmicos. Presentan además efecto fotoeléctrico con radiación de baja energía, es decir
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se ionizan al ser irradiados con luz. Estos efectos aumentan al aumentar el Radio atómi-
co, y por ello el Cesio suele ser el más utilizado en células fotoeléctricas.
TABLA 2. Grupo de Alcalinos.
Elemento
Potencial
Oxidación
(Voltios)
Densidad
(g/cm3)
Punto de
Fusión (ºC)
Punto de
Ebullición
 (ºC)
Litio +3’05 0’53 186 1336
Sodio +2’71 0’97 97’5 880
Potasio +2’93 0’86 62’3 760
Rubidio +2’93 1’53 38’5 700
Cesio +2’92 1’87 28’5 670
2.2. Propiedades reductoras.
Las energías de ionización indican que el único electrón de la capa externa se eli-
mina con facilidad. El Cesio y el Francio son los elementos más electropositivos del
grupo. Las energías correspondientes a la segunda ionización son muy elevadas lo que
indica la gran dificultad de arrancar un segundo electrón.
El poder reductor se mide por el Potencial de oxidación, que mide la tendencia de
una sustancia a actuar como agente reductor. En los metales alcalinos viene dado por la
ecuación: M (s) → M+ + e−
Los altos valores del potencial de oxidación indican que son todos excelentes re-
ductores y que el Litio es el mejor del grupo.
Los potenciales de ionización indican que el Litio es el que con más fuerza sujeta
al electrón de valencia, mientras que los potenciales de oxidación (el potencial de re-
ducción sería el mismopero con signo opuesto), señalan que este metal cede dicho
electrón con mayor facilidad que los demás. La anomalía se resuelve diciendo que el
potencial de ionización es una cualidad del átomo aislado, mientras que el de reducción
está relacionado con el metal cuando se encuentra en disolución. El efecto estabilizador
del agua sobre el ion lítico hace que la reacción:
Li (s) → Li+ + e−
se produzca mas fácilmente que las reacciones análogas de los demás elementos.
La gran capacidad de reacción de estos metales plantea problemas para su manejo.
Así el agua, a pesar de ser un oxidante relativamente débil, tiene gran tendencia a ata-
carlos. El sodio, por ejemplo, se oxida con la humedad atmosférica. Por esto los metales
alcalinos se suelen conservar en petróleo o en otros hidrocarburos inertes.
2.3. Estado natural.
Los metales alcalinos se presentan en la naturaleza formando exclusivamente io-
nes +1. El Sodio y el Potasio son los más abundantes y ocupan los lugares sexto y sép-
timo entre los elementos de la corteza terrestre. El Litio es relativamente escaso, pero se
halla en pequeñas cantidades en la casi totalidad de las rocas. El Rubidio y el Cesio son
raros y el Francio no existe prácticamente en estado natural por ser su núcleo inestable y
radiactivo. El Francio se han obtenido por medio de reacciones nucleares.
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La mayoría de los compuestos de los metales alcalinos son solubles en el agua, y
por eso se encuentran en el mar y en las salinas. Como resultado de la evaporación de
antiguos mares, existen también depósitos salinos que constituyen fuentes de obtención
de metales alcalinos y de sus compuestos.
Los iones sódico y potásico son constituyentes indispensables de los tejidos vivos.
El Sodio es el catión principal en los fluidos orgánicos extracelulares, mientras que el
Potasio lo es en el interior de las células.
Puede afirmarse con carácter general que los metales alcalinos no aparecen en es-
tado libre en la Naturaleza ya que se oxidan con facilidad.
2.4. Obtención por electrolisis.
En la práctica, los metales alcalinos suelen prepararse por electrolisis de com-
puestos alcalinos fundidos. El Sodio, por ejemplo, se obtiene comercialmente mediante
la electrolisis de una mezcla fundida de cloruro sódico y cloruro cálcico, a unos 600ºC.
El Sodio se separa depositándose sobre un cátodo de hierro o cobre, y el Cloro se separa
con un ánodo de carbono. Para evitar que el Cloro oxide al Sodio se deben separar los
compartimentos catódicos con un tabique de tela metálica.
2.5. Aplicaciones de los metales alcalinos y sus compuestos.
Lo costoso y difícil que resulta trabajar con los metales alcalinos se compensa
parcialmente por su excelente conductividad calorífica. Así por ejemplo, para resolver
en ingeniería el complicado problema de conducir la energía calorífica desde el centro
de un reactor nuclear hasta el exterior, se utiliza un metal alcalino fundido.
El Cesio es el metal que más fácilmente desprende electrones por acción de la luz.
Esta emisión fotoinducida de electrones se llama efecto fotoeléctrico, y es la causa de
que el Cesio se utilice en la célula fotoeléctrica, dispositivo encargado de transformar
una señal luminosa en otra eléctrica.
Aunque todos los metales alcalinos son excelentes reductores, sólo el Sodio se
utiliza extensivamente con esta finalidad. Se emplea para obtener otros metales redu-
ciendo sus cloruros, así como para preparar diferentes compuestos de carbono.
Los elementos alcalinos forman fácilmente compuestos al reaccionar con otras
sustancias. El agua ataca vigorosamente a todos los alcalinos, con desprendimiento de
hidrógeno: 2M (s) + 2H2O → 2M+ + 2OH− + H2 (g)
resulta, pues, que en la práctica el problema no es conseguir que estos elementos se
combinen, sino evitar que lo hagan.
Todas las combinaciones alcalinas son iónicas, y la mayoría de los compuestos
son solubles en agua, y de aquí que cuando se quiere obtener un anión determinado en
solución baste obtener su sal sódica.
Los hidruros de los metales alcalinos son sólidos blancos que se preparan calen-
tando el metal en atmósfera de hidrógeno. Los óxidos (M2O) no se forman con facili-
dad, son todos básicos, y reaccionan con el agua dando hidróxidos.
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Como compuestos importantes podemos señalar el hidróxido sódico (NaOH) lla-
mado sosa cáustica, que se prepara por electrolisis del cloruro sódico. El carbonato só-
dico, llamado sosa de lavar" (Na2CO3) y el carbonato ácido sodio, denominado bicar-
bonato sódico" (NaHCO3).
3. METALES ALCALINO-TÉRREOS. GRUPO 2a
El grupo 2a está integrado por los elementos: Berilio (Be, Z=4), Magnesio (Mg,
Z=12), Calcio (Ca, Z=20), Estroncio (Sr, Z=38), Bario (Ba, Z=56) y Radio (Ra Z=88).
Poseen un estado de oxidaci6n de +2, y claras propiedades metálicas.
3.1. Propiedades físicas.
En la tabla 3 aparecen algunas propiedades físicas de los metales alcalino-térreos
en estado sólido:
TABLA 3. Grupo de Alcalino-Térreos.
Elemento
Potencial
Oxidación
(Voltios)
Densidad
(g/cm3)
Punto de
Fusión (ºC)
Punto de
Ebullición
 (ºC)
Berilio +1’85 1’86 1280 1500 (?)
Magnesio +2’37 1’74 650 1100
Calcio +2’87 1’55 810 1300 (?)
Estroncio +2’89 2’60 800 1300 (?)
Bario +2’90 3’60 850 1500 (?)
Radio +2’92 5 (?) 960 (?) 1100 (?)
En dicho estado sólido poseen propiedades metálicas típicas, o sea, intenso brillo,
buena conductividad térmica y eléctrica, puntos de fusión y ebullición bastante eleva-
dos, son más duros que los metales alcalinos aunque todavía se pueden cortar con un
cuchillo.
3.2. Propiedades químicas.
Los potenciales de oxidación de la tabla 3, son relativamente elevarlos. Corres-
ponden a la reacción: M (s) → M+2 + 2e−
e indican que en disolución acuosa son buenos reductores.
Como vemos en la tabla 4, poseen dos electrones en la capa más externa, y el ta-
maño del átomo aumenta desde el Berilio hasta el Radio.
El potencial de ionización disminuye al crecer el tamaño del átomo, sin que se ha-
ya podido explicar la anomalía que presenta el Radio. El potencial de segunda ioniza-
ción representa la energía que hace falta para arrancar un electrón del ion +1 y originar
el ion +2. Como este electrón se arrebata a un ion positivo, el potencial será mayor. Lo
mismo ocurre con el potencial de ionización terciario. Los iones +3 no existen en la
naturaleza ya que necesitan energías muy elevadas. En la práctica sólo se presentan los
iones +2, lo que habría que justificar, ya que el potencial de la segunda ionización es
casi el doble que el de la primera.
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TABLA 4. Grupo de Alcalino-térreos.
Potencial de Ionización
(en eV)Elemento Número
Atómico
Configurac.
Electrónica
Primario Secundario Terciario
Radio
Iónico
(Å)
Berilio 4 (2)2s2 9’32 18’2 153’8 0’35
Magnesio 12 (10)3s2 7’64 15’0 80’1 0’66
Calcio 20 (18)4s2 6’11 11’9 51’2 0’99
Estroncio 38 (36)5s2 5’69 11’0 (43) 1’12
Bario 56 (54)6s2 5’21 10’0 (36) 1’34
Radio 88 (86)7s2 5’28 10’1 ------ 1’43
Esto se justifica porque en disolución acuosa los iones alcalino-térreos +1 sufren
reacciones de desproporcionación, como la siguiente:
 2Ca+ (aq) → Ca (s) + Ca+2 (aq) E0=5’6 V
El elevado valor positivo del potencial en esa reacción indica que los iones Ca+
(aq) tienen una gran tendencia a oxidarse y reducirse entre ellos mismos.
Casi todos los compuestos de los metales 2a son iónicos, excepto los del Berilio
que tienen un marcado carácter covalente. Esto se debe a la gran densidad de carga del
ion Be+2. Su carga de +2 está repartida en un volumen muy pequeño, lo que provoca un
gran poder polarizante.
Cualquier elemento del grupo2a tiene menor radio iónico que los del grupo 1a.
Por ejemplo el ion Mg+2 tiene mayor carga nuclear que el Na+, siendo dos cationes
isoeléctricos (igual número de electrones), por lo que el núcleo del Mg+2 atraerá con
más fuerza a sus electrones, determinando un menor radio iónico.
3.3. Estado natural.
Los elementos alcalino-térreos se encuentran en la naturaleza en forma de ion +2,
que se combina con iones -2 originando compuestos que a veces serán insolubles, for-
mando depósitos de silicatos, carbonatos, sulfatos y fosfatos.
El único mineral importante de berilio es un silicato del que se han encontrado
hermosos cristales: la esmeralda, piedra preciosa, es un berilo con indicios de cromo. El
Magnesio ocupa el octavo lugar por su abundancia entre los elementos de la corteza
terrestre, y se encuentra en el agua del mar, pozos salinos, en la magnesita y dolomita
(MgCO3 y MgCO3⋅CaCO3).
El Calcio es el más abundante de los elementos de los grupos I y II del sistema pe-
riódico. El carbonato cálcico (CaCO3) se presenta formando diversos minerales como
caliza, mármol y creta. También es muy común el yeso (CaSO3.2H2O) y el fosfato tri-
cálcico (Ca3(PO4)2) como ingrediente de huesos y dientes así como en conchas marinas.
El Estroncio es raro, y el Bario poco más abundante. Los minerales que princi-
palmente los contienen son la estroncita y la baritina. El Radio es escasísimo pero su
presencia se detecta enseguida debido a la radiactividad. Su núcleo se desintegra de mo-
do espontáneo, y a su vez procede de la desintegración de otros elementos.
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3.4. Obtención por electrolisis.
Puesto que los metales alcalino-térreos se presentan como iones de carga +2, para
preparar el metal habrá que reducir los iones. Este proceso puede realizarse por electro-
lisis o con un agente químico reductor.
La electrolisis se realiza a los halogenuros o hidróxidos fundidos. Por ejemplo, en
la extracción del Magnesio, éste se precipita en forma de hidróxido (Mg(OH)2), se hace
reaccionar con ácido clorhídrico para convertirlo en cloruro (MgC12), el cual será so-
metido a electrolisis a unos 700°C. El metal se obtiene con un 99'9% de pureza.
3.5. Aplicaciones de los metales alcalino-térreos y sus compuestos.
El Calcio y sus componentes son muy utilizados en el comercio. El elemento sirve
de agente reductor en la metalurgia del uranio, torio, etc., o como "basurero" para elimi-
nar impurezas de otros metales, y para eliminar gases residuales en líneas de vacío.
Forma parte de muchas aleaciones. La escayola se forma calentando el yeso lentamente
y con cuidado.
Debido a lo extendido que está la caliza, casi todas las aguas subterráneas contie-
nen cantidades pequeñas de ion calcio, lo cual es muy significativo y de gran importan-
cia. La presencia de este ion Ca+2, así como la de Mg+2 o Fe+2, constituye un inconve-
niente, ya que cuando estas aguas se hierven o se les añade jabón se forman precipitados
insolubles. El agua que así se comporta se dice que es dura, y representa un problema
industrial y doméstico.
El Magnesio metálico arde en el aire con una luz blanca brillante, lo que se em-
plea en flashes fotográficos, pirotecnia y bombas incendiarias. Es muy ligero por lo que
se utiliza en muchas aleaciones estructurales, disminuyendo el peso de las estructuras
donde su utiliza, como aviones, equipo ferroviario y utensilios domésticos. La magnesia
(MgO) es un excelente aislante utilizado en aislantes de hornos y crisoles. La lechada de
magnesio (Mg(OH)2) se utiliza como antiácido estomacal y como laxante.
El Berilio es demasiado escaso y caro para su uso a gran escala, pero tiene gran
importancia para añadirlo en cantidades minúsculas en otros metales para endurecerlos.
Las sales de Estroncio se utilizan en pirotecnia, ya que producen un color rojo ca-
racterístico. El metal no tiene usos prácticos. El Bario se utiliza en piedras de mechero y
como desgasificante en tubos de vacío. El sulfato de Bario (BaSO4) se utiliza para recu-
brir el conducto gastrointestinal al radiografiarlo con rayos X. El sulfato de Bario es tan
insoluble que no es venenoso, pero todas las sales solubles de Bario son tóxicas.
4. METALES DEL GRUPO 3a
4.1. Propiedades físicas y químicas del grupo.
Los elementos que forman el grupo 3a son: Boro, (B, Z=5), Aluminio, (Al, Z=13),
Galio, (Ga, Z=31), Indio, (In, Z=49) y Talio, (Tl, Z=81), cuyas propiedades se dan en la
tabla 5. Con excepción del boro que puede considerarse como semimetal, los demás
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muestran propiedades metálicas típicas. El carácter especial del boro se debe principal-
mente al pequeño tamaño de sus átomos. Al igual que el Litio y el Berilio, posee tan
sólo una capa interior a los electrones de valencia.
TABLA 5. Grupo del Boro (Boroideos)
Propiedad Boro Aluminio Galio Indio Talio
Electrones externos 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1
Estado físico (25ºC y 1 Atm) Sólido Sólido Sólido Sólido Sólido
Punto de Fusión (ºC) 2300 660 26’8 156’8 303’5
Punto de Ebullición (ºC) 2550 2327 2403 2000 1457
Densidad (g/cm3) 2’34 2’70 5’91 7’31 11’85
Radio Atómico (Å) 0’88 1’43 1’22 1’62 1’71
Radio Iónico M+3 (Å) (0’20) 0’50 0’62 0’81 0’95
Electronegatividad 2’0 1’5 1’7 1’6 1’6
Potencial Normal Reducción (V) -0’90 -1’66 -0’53 -0’34 (-0’34)
Estados de oxidación:
 M+3(aq) + 3e− → M (s) -3/+3 +3 +1,+3 +1,+3 +1,+3
Energías de Ionización (eV)
 M (g) →M+ (g) + e−
 M+ (g) → M+2 (g) + e−
 M+2 (g) → M+3 (g) + e−
8’33
23’98
37’75
5’96
18’75
28’32
5’97
20’43
30’60
5’76
18’79
27’90
6’07
20’32
29’71
Calor hidratación de ion gaseoso
(Kcal/mol): M+3(g) →M+3(aq) ----- 1135 1124 994 984
Los radios atómicos no aumentan con regularidad. La interposición de elementos
de transición entre el Calcio y el Galio, el Estroncio y el Indio, y el Bario y el Talio, así
como los lantánidos en este último caso, hace que los radios del Galio, Indio y Talio
sean más pequeños que los que podrían predecirse a partir de los radios del Boro y del
Aluminio.
Todos los elementos tienen número de oxidación +3, y como tienen pequeño ta-
maño, son muy polarizantes. La mayoría de los compuestos en el estado de oxidación
+3 son covalentes. El Galio, Indio y Talio también pueden tener de número de oxida-
ción +1.
4.2. Obtención del aluminio: propiedades y aplicaciones.
Aunque el aluminio es el metal más abundante en la Naturaleza, su importancia se
ve reducida en parte por las dificultades que encierra su obtención. Se encuentra, sobre
todo, en forma de silicatos que son prácticamente inaprovechables, pero existen yaci-
mientos de bauxita (Al2O3.xH2O) del que se puede obtener el aluminio puro por reduc-
ción electrolítica. Antes de llevar a cabo esta reducción, es preciso separar del mineral
bruto las impurezas de hierro y silicio.
La producción de aluminio metálico a partir de la bauxita purificada se realiza por
el proceso Hall-Héroult. Se disuelve la bauxita en una mezcla de fluoruros, y se somete
a electrolisis a una temperatura de 1000°C, utilizando una cuba cuyo esquema sería el
representado en la fig.1. El ánodo consta de barras de grafito (carbono) que se sumergen
en el fundido, mientras que el cátodo es una capa de grafito que recubre interiormente la
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cuba. Las reacciones electródicas son muy complicadas y sólo se conocen imperfecta-
mente.
En el cátodo obtenemos el aluminio líquido, y
en el ánodo se forma oxígeno, flúor, y varios com-
puestos carbonados. El ánodo de grafito se gasta,
por lo que hay que renovarlo. La adición continuada
de bauxita y la extracción del aluminio líquido,
permiten que la operación proceda de modo ininte-
rrumpido.
Propiedades y Aplicaciones. El aluminio puro
es blandoy poco resistente, pero se torna muy tenaz 
FIG. 1
aleado con otros metales. Su densidad es escasa (2'7 gr/cm3) y por ello se utiliza en nu-
merosas aplicaciones como material estructural. Aunque activo químicamente, resiste a
la corrosión por formar una capa autoprotectora de óxido. Es también buen conductor
del calor y la electricidad, y de ahí que se utilice en utensilios de cocina y equipos eléc-
tricos.
Sin ser tan activo como los metales de los grupos 1 y 2, es un excelente reductor,
como prueba su potencial de oxidación:
 Al(s) → Al+3 + 3e− E0= +1’66 V
Según indica su elevado potencial de oxidación, el aluminio debe reducir al agua
pero la reacción es demasiado lenta para ponerse en evidencia, quizá por la capa de óxi-
do que protege el metal.
Cuando el aluminio arde en el aire para formar el óxido de aluminio se desprende
gran cantidad de calor:
2Al (s) + 
2
3
O2 (g) → Al2O3 (s) ∆H0=−399 Kcal
La reducción del óxido de hierro para obtener hierro se puede realizar conjunta-
mente con la anterior, aportando esta última la energía necesaria para la obtención del
hierro: 2Al (s) + Fe2O3 (s) → 2Fe (s) + Al2O3 (s) ∆H0=−202 Kcal
reacción que se conoce como la reacción de la termita, con aplicaciones en soldaduras y
en bombas debido a la alta temperatura que se alcanza.
4.3. Características del Galio, Indio y Talio.
El Galio es un metal blando y tiene un punto de fusión muy bajo (28°C) y el lí-
quido hierve a 2000°C, por lo que su fase líquida es la más amplia entre todas las sus-
tancias. La química del Galio es muy parecida a la del Aluminio. Usualmente se observa
en estado de oxidación +3, y hay indicios de este metal en todas las minas alumínicas.
El Indio es muy raro y su principal fuente la constituyen las impurezas de los mi-
nerales de Zinc y Plomo. Puede adquirir intenso pulimento, por lo que se utiliza para
recubrir espejos destinados a usos especiales. Es muy blando, no reacciona fácilmente ni
lo corroe el aire húmedo. Sus compuestos son principalmente del ion +3, aunque se han
preparado el mono y bicloruro.
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El Talio es de una abundancia parecida al Indio, y también se obtiene como sub-
producto en la purificación de otros metales como el Plomo y Cadmio. Es muy blando y
se oxida con el aire, por lo que hay que guardarlo bajo petróleo. Forma dos clases de
compuestos: taliosos (+1) y tálicos (+3). Como pasa con numerosos metales pesados, el
Talio y sus productos son tóxicos, por lo que se utilizan como raticidas.
5. METALES DEL GRUPO 4ª
5.1. Obtención. Propiedades y Aplicaciones.
5.1.1. Germanio.
Es el elemento más escaso de su grupo y se encuentra sobre todo en minerales de
Zinc. Se puede preparar reduciendo el bióxido (GeO2) con carbono o hidrógeno.
Recientemente este metal ha adquirido importancia industrial por las cualidades
que posee cuando se halla ligeramente impurificado o dopado. Tiene la misma estructu-
ra diamantina que el silicio y es un semiconductor, pero esta conductividad se hace mu-
cho mayor incorporando a su retículo pequeñas cantidades de algún elemento del grupo
3 o 5. Juntando dos cristales de Germanio impurificados, uno por un elemento del grupo
3, y otro por un elemento del grupo 5, se obtiene un dispositivo en el que la corriente
eléctrica pasa más fácilmente en un sentido que en el opuesto, por lo cual sirve para
convertir en continua una corriente alterna. Dos pares como los citados constituyen un
transistor, que funciona como una válvula de vacío de los receptores de radio para la
amplificación de las señales eléctricas.
5.1.2. Estaño.
La principal materia prima del Estaño es la casiterita (SnO2), de la que se extrae el
elemento por reducción con carbono.
Aunque suele considerarse como metal, tiene también una forma no metálica, el
estaño gris, estable por debajo de 13°C. El Estaño ordinario o estaño blanco, es un metal
bastante inerte que resiste a la corrosión por recubrirse de una capa de óxido. Debido a
esto se utiliza como recubrimiento protector para el acero, sobre todo en la fabricación
de envases de hojalata. El recubrimiento se realiza sumergiendo el acero en estado fun-
dido, o bien electrolíticamente colocándolo como cátodo en un baño de sales de Estaño
disueltas. El acero recubierto de Estaño no se corroe en tanto la lámina protectora per-
manece intacta; en cuanto ésta sufre la menor perforación, la presencia del Estaño sirve
para acelerar la reacción de corrosión del acero.
En cuanto a su estado de oxidación se conocen dos series: estannosos (+2) y es-
tánnicos (+4).
5.1.3. Plomo.
Los elementos presentan la tendencia general de que su carácter metálico aumenta
a medida que se hallan situados más abajo en el sistema periódico. El Plomo debe ser
por tanto el más metálico de su grupo. Como el Estaño presenta los estados de oxida-
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ción +2 y +4, aunque este último es difícil de lograr. El Plomo se presenta sobre todo
como mineral galena (PbS), del que se extrae el metal siguiendo varios métodos. Uno
de ellos consiste en tostar el sulfuro en aire hasta convertirlo en óxido. A continuación,
éste se reduce con carbono en un horno alto de pequeño tamaño:
2PbS (s) +3O2 (g) → 2PbO (s) + 2SO2 (g)
2PbO (s) + C (s) → 2Pb (l) + CO2 (g)
El otro procedimiento consiste en oxidar la galena parcialmente en el aire, obte-
niendo un producto que es la mezcla de óxido de Plomo, sulfito y sulfato de Plomo. La
mezcla se funde en ausencia de aire para que el sulfuro reduzca al óxido y al sulfato al
estado de Plomo:
PbS (s) +2PbO (g) → 3Pb (l) + SO2 (g)
PbS (s) + PbSO4 (s) → 2Pb (l) + 2SO2 (g)
El Plomo bruto contiene a veces impurezas como antimonio, cobre y plata. Si se
necesita un Plomo muy puro, se puede refinar electrolíticamente. El Plomo puro es un
metal blando y fácil de fundir. Cuando está recién cortado muestra brillo argentino, que
se apaga rápidamente en contacto con el aire. La pátina así originada se debe a la for-
mación de un recubrimiento superficial de óxidos y carbonatos.
Las aplicaciones principales del Plomo son: fabricación de los acumuladores
eléctricos (generadores de corriente continua), corazas protectoras frente a los rayos X,
aleaciones especiales para soldadura, etc. Se usa como aditivo antidetonante en las ga-
solinas, en forma de Plomo tetraetilado, aunque está siendo retirado del mercado.
Al igual que los elementos pesados restantes, el Plomo y sus compuestos son ve-
nenosos. Se precisan grandes cantidades para que ejerza la acción tóxica, pero el peligro
se intensifica debido a que tiende a acumularse en el cuerpo, concretamente en el siste-
ma nervioso central. Su toxicidad se debe a que tanto éste como otros metales son po-
tentes inhibidores de las reacciones enzimáticas.
Las propiedades generales de los elementos del grupo 4 se reflejan en la tabla 6.
Vemos que existen grandes diferencias entre los puntos de fusión de los diferentes ele-
mentos. Esto se debe a que el Carbono, Silicio e incluso el Germanio, forman enlaces
covalentes, mientras que Estaño y Plomo son típicamente metálicos. Los puntos de fu-
sión de los tres primeros son muy elevados y los de los dos últimos muy bajos.
TABLA 6. Grupo del Carbono (Carbonoideos).
Elemento Núm.Atóm.
Configurac.
electrónica
Punto
Fusión
(ºC)
Punto
Ebullic.
(ºC)
Potencial
Ionización
(eV)
Potencial
Oxidación
(V)
Carbono 6 (2)2s22p2 3500 4200 11’26 -0’20 (a CO2)
Silicio 14 (10)3s23p2 1420 2400 8’15 +0’86 (a SiO 2)
Germanio 32 (28)4s24p2 959 2700 8’13 +0’10 (a GeO2)
Estaño 50 (46)5s25p2 232 2260 7’33 +0’14 (a Sn+2)
Plomo 82 (78)6s26p2 327 1600 7’42 +0’13 (a Pb+2)
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6. METALESDEL GRUPO 5a
Los únicos elementos metálicos del grupo 5a son los más inferiores del grupo, o
sea, el Antimonio y el Bismuto. Las propiedades generales de grupo están en la tabla 7.
En este grupo se produce una variación completa de las propiedades no metálicas a me-
tálicas, al recorrerlo de arriba abajo. Los primeros elementos son no metales típicos,
mientras que los últimos, sobre todo el Bismuto, es un metal. El pronunciado cambio de
comportamiento se debe sobre todo al aumento de tamaño de los átomos.
TABLA 7. Grupo del Nitrógeno (Nitrogenoideos).
Elemento Núm.Atóm.
Configurac.
electrónica
Punto
Fusión
(ºC)
Punto
Ebullic.
(ºC)
Potencial
Ionización
(eV)
Potencial
Oxidación
(V)
Nitrógeno 7 (2)2s22p3 -210’0 -195’8 14’56 -1’25 (a NO3−)
Fósforo 15 (10)3s23p3 44’1 280 11’05 +0’5 (a H3PO3)
Arsénico 33 (28)4s24p3 Sublima Sublima 10’0 -0’23 (a As4O6)
Antimonio 51 (46)5s25p3 631 1380 8’6 -0’21 (1)
Bismuto 83 (78)6s26p3 271 1500 8’0 -0’32 (2)
(1) a Sb(OH)2+ (2) a Bi(OH)2+
6.1. Antimonio y Bismuto.
El Antimonio es un elemento muy poco abundante. Se encuentra en forma con-
centrada en el mineral estibina (Sb2S3). Su símbolo Sb procede de "stibium", nombre
latino del elemento. Para obtenerlo se calienta la estibina con chatarra de hierro:
Sb2S3 (s) + 3Fe (s) → 3FeS (s) + 2Sb
Existen varias formas alotrópicas del Antimonio: a la temperatura ordinaria es
estable el Antimonio gris, mientras que el Antimonio amarillo es estable por debajo de
−90°C. El llamado Antimonio explosivo se prepara por electrolisis del tricloruro (SbCl3),
y es una sustancia negra que se transforma violentamente en la forma gris con sólo ras-
parlo. El Antimonio ordinario, el gris, presenta aspecto metálico, pero sus propiedades
son apenas metálicas. Se utiliza sobre todo para alearlo con el Plomo y obtener aleacio-
nes destinadas a placas de acumuladores y a granadas explosivas. El Antimonio forma
la Estibamina (SbH3), compuesto muy venenoso pero que se oxida fácilmente dando el
metal. Los estados de oxidación del Antimonio son ±3 y +5.
El Bismuto se encuentra en los minerales denominados: la Bismutina (Bi2S3) y el
ocre de Bismuto (Bi2O3) y como son muy raros en la naturaleza la mayor parte del Bis-
muto comercial se obtienen como subproducto de la preparación del Plomo y de la refi-
nación electrolítica del cobre. Su carácter metálico es muy poco acusado; se utiliza prin-
cipalmente para elaborar aleaciones muy fusibles, como el metal de Wood (50 % de
Bismuto, 25 % de Plomo, 13 % de Estaño y 12 % de Cadmio). También se añade en
pequeñas cantidades para endurecer las placas de Plomo destinadas a los acumuladores.
El Bismuto es un metal atípico: es bastante frágil y de una resistencia eléctrica al-
ta. Además, el bismuto elemental presenta un fuerte diamagnetismo (es repelido por un
campo magnético). Este comportamiento nos indica que la nube electrónica del Bismuto
metálico difiere de la de los otros metales típicos y que el movimiento de los electrones
está restringido en su seno. Presenta estados de oxidación -3, +1 y +5.
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7. METALES DEL GRUPO 6a
7.1. Selenio, Teluro y Polonio.
En el extremo derecho de la tabla periódica, los elementos tienen potenciales de
ionización típicamente elevados, al par que es difícil encontrar en ellos características
metálicas. No obstante, a medida que se desciende en el grupo, los electrones están me-
nos sujetos, y de aquí que aparezca un esbozo de comportamiento metálico en los ele-
mentos más pesados del grupo 6. Los estados de oxidación son principalmente +3 y +5.
Los potenciales de ionización y otras propiedades del grupo, se dan en la tabla 8.
TABLA 8. Grupo del Oxígeno (Anfígenos).
Elemento
Núm.
Atóm.
Configurac.
electrónica
Punto
Fusión
(ºC)
Punto
Ebullic.
(ºC)
Potencial
Ionización
(eV)
Potencial
Oxidación (V)
(H2X →X)
Oxígeno 8 (2)2s22p4 -219 -183’0 13’61 -1’23
Azufre 16 (10)3s23p4 119 444’6 10’36 -0’14
Selenio 34 (28)4s24p4 220 685 9’75 +0’40
Teluro 52 (46)5s25p4 450 1390 9’01 +0’72
Polonio 84 (78)6s26p4 ------ ------ 8’43 >1’0
El Selenio es un elemento tan raro como el oro y se presenta principalmente con el
azufre. Casi todo el selenio comercial se obtiene como subproducto en la refinación
electrolítica del cobre. Hay varias formas alotrópicas de este elemento, la más estable es
la hexagonal o selenio metálico. En la oscuridad el selenio metálico es un mal conduc-
tor, pero su conductividad aumenta proporcionalmente a la iluminación que recibe, es
decir, es fotoconductor. Esta propiedad se utiliza en la célula fotoeléctrica de selenio,
utilizada en fotómetros destinados a medir la intensidad luminosa.
La mayor parte del selenio obtenido se utiliza en la industria vidriera, para adicio-
narlo en pequeñas dosis al vidrio fundido y contrarrestar así el color verde que presenta
a causa de impurezas ferruginosas. En grandes cantidades, comunica un característico
color rojo al vidrio.
El Teluro es un elemento cuya abundancia es casi igual que la del Selenio y es el
único elemento que aparece combinado con el oro en la naturaleza. También se presenta
formando telururos con Cobre y Plomo, y se obtiene como subproducto de la refinación
de éstos.
La forma alotrópica más estable es la hexagonal o teluro metálico. Estructural-
mente se asemeja al Selenio, pero no es tan fotoconductor. Debido a que es un cuerpo
semiconductor, se utiliza para construir rectificadores, aunque de forma muy limitada.
El Polonio es un elemento radiactivo. Los estudios relativos a este elemento han
encontrado dificultades a causa precisamente de su elevada radiactividad. Su núcleo es
inestable, se desintegra con emisión de partículas α. Dado que la radiación α daña a los
seres vivos, es un elemento extremadamente peligroso de manejar. Se encuentra en mi-
nerales de uranio.
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8. METALES DE TRANSICIÓN
Los elementos situados en la tabla periódica entre los grupos 2a y 3a constituyen
un conjunto de subgrupos a los que se ha llamada elementos de transición. La caracte-
rística fundamental de estos metales es que en ellos se llena progresivamente el orbital d
del penúltimo nivel energético, que había quedado sin ocupar. Suelen ser metales duros,
friables (que se desmenuzan fácilmente) y de elevado punto de fusión. Sus átomos son
de un reducido tamaño, Son muy buenos conductores y la mayoría de ellos son sólidos a
temperatura ambiente. En la tabla 9 se indican algunas de las propiedades generales de
los metales de transición.
TABLA 9. Metales de transición.
Metal
Sím-
bolo Estructura
Densidad
(g/cm3)
Punto
Fusión
(ºC)
Conductivi-
dad a 0ºC
(/Ω.cm)
Escandio Sc CCC 3 1200 --------
Titanio Ti ECH 4’5 1660 1’2.104
Vanadio 3V CCI 6’0 1710 1’7.104
Cromo Cr CCI 6’9 1600 6’5.104
Manganeso Mn CCI 7’4 1260 1’1.104
Hierro Fe CCI, CCC 7’9 1535 11’2.104
Cobalto Co CCC, ECH 8’7 1490 16’0.104
Níquel Ni CCC 8’9 1450 16’0.104
Cobre Cu CCC 8’9 1083 64’5.104
Zinc Zn ECH 7’1 419 18’1.104
Ytrio Y ECH 5’5 1490 ------
Zirconio Zr ECH; CCI 6’4 1860 2’4.104
Niobio Nb CCI 8’6 1950 4’4.104
Molibdeno Mo CCI 10’2 2620 23’0.104
Tecnecio Tc ECH 11’5 (2100) ------
Rutenio Ru ECH 12’4 2450 8’5.104
Rodio Rh CCC 12’4 1970 22’0.104
Paladio Pd CCC 12’0 1550 10’0.104
Plata Ag CCC 10’5 961 66’7.104
Cadmio Cd ECH 8’7 321 15’0.104
Lantano La ECH; CCC 6’2 890 1’7.104
Hafnio Hf ECH 13’3 2200 3’4.104
Tantalio Ta CCI 16’6 >3000 7’2.104
Wolframio W CCI 19’3 3370 20’0.104
Renio Re ECH 20’5 3200 5’3.104
Osmio Os ECH 22’7 2700 11’0.104
Iridio Ir CCC 22’6 2450 20’0.104
Platino Pt CCC 21’5 1774 10’2.104
Oro Au CCC 19’3 1063 49’0.104
Mercurio Hg Rómbica 14’2 -39 4’4.104
 CCC=estructura cúbica centrada en las caras
 ECH=estructura de empaquetamiento compacto hexagonalCCI=estructura cúbica centrada interiormente.
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8.1. Características de los metales más importantes.
A continuación vamos a ver algunas características de los metales más importan-
tes por su uso industrial y su abundancia.
El Cromo es un elemento metálico muy duro y activo cuando está pulverizado, a
pesar de lo cual resiste muy bien la corrosión. Por esto el cromo se utiliza como material
de recubrimiento, tanto por su efecto decorativo como por su poder de protección. La
lámina protectora se deposita por electrolisis.
El ferrocromo se utiliza en aleaciones de acero. Cuando estos aceros contienen
poco cromo son muy duros y tenaces; los que contienen mayor proporción de cromo
son los llamados aceros inoxidables, de enorme resistencia a la corrosión. El ferrocromo
se obtiene de la cromita (FeCr2O4).
El Manganeso no es un elemento muy común. Sus minerales más importantes son
los óxidos: pirolusita (MnO2) y bratmita (Mn2O3). La mayor parte del manganeso metá-
lico se destina a la producción de acero, utilizándose para esto sus aleaciones más que el
metal puro. Dos de estas aleaciones son el ferromanganeso (alrededor del 80% de Mn
en Fe) y el spiegeleisen (30% de Mn y 5% de C en Fe).
En el acero, el manganeso cumple dos funciones: en pequeña cantidad actúa como
purificador ya que se combina con el azufre y el oxígeno existentes en el hierro fundido
y forma compuestos fácilmente separables. En cantidad elevada le produce al acero una
gran dureza y tenacidad.
El Hierro tiene una importancia industrial que excede la de cualquier otro metal.
Es muy abundante en la naturaleza, ocupando el cuarto lugar en la corteza terrestre (tras
el oxígeno, silicio y aluminio). Se extrae con facilidad a partir de ciertos minerales que
lo contienen: hematites (Fe2O3), limonita (Fe2O3.H2O), magnetita (Fe3O4) y siderita
(FeCO3).
La mayor parte del hierro bruto se refina para obtener acero, eliminando sus impu-
rezas por combustión y dejando sólo pequeñas cantidades de carbono perfectamente
determinadas. La corrosión (oxidación) del hierro da lugar a la formación de orín o he-
rrumbre. Este proceso constituye un grave problema económico ya que se pierde mucho
hierro anualmente en forma de herrumbre.
El Cobalto no es un elemento muy abundante y su extracción es complicada, sin
embargo su ferromagnetismo es mayor que el del hierro, lo que explica su utilización en
imanes. Forma aleaciones importantes por su dureza y resistencia a la corrosión. Los
minerales más importantes que lo contienen son la cobaltina o cobalto gris (CoAsS), la
linneíta (Co3S4) y la esmaltina (CoAs2).
El Níquel es un metal que está contenido en sulfuros de hierro y níquel, y su ex-
tracción es difícil. Más del 60% de la producción de níquel se alea con el hierro para
aumentar su tenacidad y su resistencia a la corrosión. El resto se utiliza para las aleacio-
nes llamadas cuproníquel empleada en la fabricación de monedas. También se utiliza
como metal puro para recubrir el acero y catalizar reacciones de hidrogenación.
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El Cobre es un elemento que abunda muy poco en la naturaleza, pero sus depósi-
tos se hallan muy concentrados y son fáciles de explotar. Aparte de cobre nativo, el
metal se presenta en dos tipos de minerales: sulfuros y óxidos. El cobre metálico es
maleable, dúctil y gran conductor del calor y la electricidad. Con excepción de la plata
es el metal que presenta menor resistencia eléctrica, de ahí que se use en cables con-
ductores, disyuntores y conmutadores. El cobre también se utiliza en muy variadas alea-
ciones como latones (cobre+zinc), bronces (cobre+estaño), etc.
La Plata y el Oro son elementos escasísimos, sobre todo el oro, que es unas diez
veces menos abundantes que la plata. La plata es el elemento que mejor conduce la
electricidad, pero debido a su escasez y a su precio no se utiliza en electricidad. En
cuanto al oro es el más maleable y dúctil de los metales, y muy buen conductor, pero es
muy caro y escaso. Las principales utilidades de estos metales se presentan en joyería.
El Mercurio se encuentra en la naturaleza en estado combinado formando el mine-
ral cinabrio (HgS), único mineral que contiene mercurio. El metal es líquido a tempe-
ratura ambiente, no muy volátil y sus vapores son muy tóxicos y de efectos acumulati-
vos. Su dilatación uniforme al variar la temperatura y su elevada densidad (13'59 g/cm3)
lo hacen el líquido más apropiado para su utilización en barómetros, termómetros y
otros aparatos relacionados con la temperatura y presión. El mercurio líquido disuelve a
numerosos metales, en especial a los más blandos (cobre, plata, oro y alcalinos). Las
aleaciones resultantes, unas sólidas y otras líquidas, se denominan amalgamas.
9. ALEACIONES
9.1. Tipos de Aleaciones. Metalografía.
Muy pocos metales se emplean en estado puro, con excepción del cobre, aluminio
y hierro. El resto se emplean en forma de mezclas más o menos complejas que reciben
el nombre de aleaciones. Una aleación es el producto metálico que resulta al solidificar
una disolución líquida de dos o más metales o, en algún caso, con algún elemento no
metálico tal como el carbono.
Cuando la aleación líquida se enfría se van separando cristales cuya naturaleza y com-
posición da lugar a los cuatro tipos de aleaciones siguientes:
a) Tipo eutéctico sencillo. Cuando los dos metales poseen átomos muy diferentes no
son solubles en estado sólido y los cristales empiezan a separarse según sean de
uno u otro metal hasta que alcanzan la temperatura eutéctica, y los dos metales
cristalizan conjunta pero independientemente. Son ejemplos el cadmio-bismuto,
silicio-aluminio, berilio-aluminio, cobre-plomo (bronce plástico) y plomo-ant i-
monio.
b) Tipo disolución sólida sustitucional. Se produce cuando los átomos de los ele-
mentos son químicamente semejantes y de parecidos tamaño, cristalizando en la
misma forma. Los átomos de cada metal se distribuyen al azar en la red cristalina
resultante y constituyen una disolución sólida. Son ejemplo el oro-plata, oro-
platino, cobre-níquel, oro-níquel, cobalto-níquel, etc.
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c) Tipo compuesto intermetálico. En algunos casos, los átomos de los dos metales
forman compuestos de composición y puntos de fusión definidos si se supone que
estos compuestos no existen en fase líquida. Las fórmulas de estos compuestos
son: AgZn, Cu3Si, Cu9Al4, FeZn7, etc., no corresponden a las reglas sencillas de
valencia.
d) Tipo disolución sólida con compuesto intersticial. Los átomos de pequeño volu-
men de un elemento no metálico tal como el hidrógeno, boro, nitrógeno y carbo-
no, pueden alojarse en los huecos existentes en el retículo cristalino de un metal.
La disolución sólida que resulta se conoce como disolución intersticial, supuesta a
veces como un compuesto. La carburación o nitración superficial de los aceros pa-
ra dar lugar a la formación de una capa superficial de gran dureza es un ejemplo
de estos tipos de disoluciones.
Una aleación determinada puede corresponder a un tipo intermedio y su estructura
ser muy compleja. El estudio de la estructura de las aleaciones y su modificación con
los tratamientos a los que pueden someterse, constituye una parte separada de la meta-
lurgia que se conoce como Metalografía.
9.2. Propiedades de las aleaciones.
Las propiedades de las aleaciones dependen mucho más de la manera en que los
diferentes átomos están ordenados en el retículo metálico y de la distinta composición y
estructura de los componentes microcristalinos, que de la naturaleza de los distintos
metales que las constituyen. La mayor dificultad en el desplazamiento de los planos
reticulares hace que las aleaciones sean más fuertes y másduras, si bien se trabajan con
más dificultad.
La densidad de la aleación es prácticamente la única propiedad aditiva. El color lo
es en muchos casos y así, el latón es amarillo al estar constituido por el cobre (rojo) y el
zinc (blanco argentino); pero la aleación de cobre y níquel para monedas es de color gris
argentino a pesar de la elevada proporción de cobre (75%). La plata da al oro un tono
verdoso.
La resistencia eléctrica de una aleación es mayor que la de los metales que la for-
man. Todos los hilos de resistencia son aleaciones. La aleación constantan (60% Cu y
40% Ni), tiene una resistencia específica de 44'3 frente a los valores 1'69 para el cobre,
y 7'8 para el níquel.
También las propiedades químicas de las aleaciones difieren a veces de las que
podrían esperarse por las propiedades de sus metales constituyentes. El acero inoxidable
(17-19% Cr, 7-9% Ni, 0-11% C) que resiste extraordinariamente la corrosión química
es ejemplo de ello.
En la tabla l0 tenemos una lista de las principales aleaciones, con excepción de las
de hierro, cobalto y níquel.
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TABLA 10. Aleaciones
Nombre Composición Aplicaciones
Bronce de Aluminio Cu(90%)+Al(10%) Duro, no corroible. Equipos
expuestos a liq. corrosivos
Bronce de Cañón Cu(90%)+Sn(10%) Engranajes. Moldeados, etc
Bronce de Manganeso Cu(90%)+Zn(5%)+Sn(3%)+Mn(2%) Hélices de Barcos.
Constantan Cu(60%)+Ni(40%) Termoelementos.
Duraluminio Al(95’5%)+Cu(3%)+Mn(1%)+Mg(0’5%)
Piezas de Aeroplanos, y Au-
tomóviles.
Latón (amarillo) Cu(67%)+Zn(33%) Tubos, Planchas, Cartuchos.
Latón (rojo) Cu(90%)+Zn(10%) Pintura de oro, Bisutería.
Metal Babbit Sn(90%)+Sb(8%)+
Cu(3%)
Cojinetes antifricción.
Metal Britania Sn(90%)+Sb(8%)+Cu(2%) Cubiertos de Mesa baratos
Metal Campanas Cu(78%)+Sn(22%) Campanas, Gong, etc.
Metal de Espejos Cu(67%)+Zn(33%) Pulimento elevado, Reflector
Metal Imprenta Pb(82%)+Sb(15%)+
Sn(3%)
Tipos de fundición
Metal Almirantazgo Cu(70%)+Zn(29%)+Sn(1%)
Aparejos Marina, Tubos re-
frigerantes para agua salada.
Metal DOW-D
Al(8’5%)+Mn(0’15%)+
Cu(2’0%)+Cd(1’0%)+
Zn(0’5%)+Mg(87’85%)
Metal ligero muy resistente a
la tracción.
Metal Monel Ni(72%)+Cu(26’5%)+
Fe(1’5%)
Hélices. Alambres, Planchas,
Tubos, etc. no corroible.
9.3. Aleaciones especiales de Hierro (Aceros).
El acero es hierro con una pequeña proporción de carbono. Generalmente contiene
manganeso. Frecuentemente se añaden otros elementos como silicio, níquel, cromo,
wolframio, vanadio y molibdeno, con objeto de obtener aceros especiales. En la tabla 11
vemos estos aceros especiales o de aleación, con sus propiedades, composición y apli-
caciones.
El hierro cambia sus propiedades en las aleaciones, no sólo por la adición de otros
elementos sino por la modificación de su estructura cristalina mediante temple y reveni-
do. Un acero muy duro y quebradizo, tal como el adecuado para instrumentos quirúrgi-
cos y hojas de afeitar, se obtiene calentando un acero rico en carbono a elevada tempe-
ratura y enfriándolo bruscamente en agua o aceite; este enfriamiento brusco se denomi-
na templado. Volviendo a calentar con precaución este acero templado se hace menos
quebradizo y de gran dureza, la cual se regula con la temperatura a la que recalentamos;
este proceso se denomina revenido.
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TABLA 11. Aceros
Acero al Composición Propiedades
Características
Aplicaciones
Manganeso Mn(10-18%) Muy duro y resistente al
desgaste.
Maquinaria molinería,
Cajas Fuertes.
Cromo-Vanadio Cr(1-10%)V(0’15%)
Gran resistencia a tracción
compresión y torsión.
Ejes y otras piezas de
automóviles.
Wolframio W(10-20%)
Cr(3-8%)
Conserva el temple a ele-
vada temperatura.
Herramientas cortantes
rápidas.
Molibdeno Mo(6-7%) Conserva el temple a ele-vada temperatura.
Herramientas cortantes
rápidas.
Níquel Ni(2-4%) Resistencia a corrosión,
gran dureza y elasticidad.
Arboles de impulsión,
engranajes, cables.
Aleación Invar Ni(36%) Coeficiente de dilataciónmuy pequeño.
Reglas graduadas, Va-
rillas de péndulos.
Niquel-Cromo Ni(1-4%)
Cr(0’5-2%)
Resistencia a tracción,
gran dureza y elasticidad.
Blindajes.
18-8 Cr(18%)Ni(8%) Inoxidable.
Instrumentos y útiles de
cocina, ornamentación.
9.4. Aleaciones especiales de Níquel y Cobalto.
Los elementos metálicos cobalto y níquel forman parte de muchas aleaciones, en
más o menos cantidad junto con el hierro y con otros elementos metálicos. La composi-
ción, las propiedades más destacables y aplicaciones más frecuentes de estas aleaciones
especiales están esquematizadas en la tabla 12. Vemos en ella como las aplicaciones de
estas aleaciones son muy diversas: fabricación de imanes, hilos de resistencia, bisutería,
cuchillería, instrumentos de precisión, etc.
TABLA 12. Aleaciones de Cobalto y Níquel.
Nombre Composición Aplicaciones
Alnico Ni(20%)+Fe(63%)Al(12%)+Co(5%)
Alta permeabilidad magnética.
Imanes y aparatos eléctricos.
Constantan Ni(40%)+Cu(60%) Pares termoeléctricos.
Monel Ni(72%)+Cu(26’5%)+Fe(1’5%)
Inoxidable. Hélices, válvulas,
alambres, chapas.
Nicrom Ni(60%)+Cr(40%) Punto fusión elevado y baja con-
ductividad. Resistencias.
Nicrom IV Ni(80%)+Cr(20%) Punto fusión elevado y baja con-ductividad. Resistencias.
Plata Alemana Ni(22%)+Zn(26%)+
Cu(52%)
Color blanco argentino. Bisutería
y cuchillería.
Platinita Ni(46%)+Fe(54%)+C(trazas)
Coeficiente de dilatación peque-
ño. Hilos entrada lamparas eléc.
Permalloy Ni(78%)+Fe(22%) Alta permeabilidad magnética.
Imanes.
Carboloy Co(13%)+W(87%) Gran dureza. Herramientas.
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BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
Michell J.SIENKO y Robert A.PLANE. Química Teórica y Descriptiva. Editorial
Aguilar. 1970. MADRID.
Joseph A.BABOR y José IBARZ AZNAREZ. Química General Moderna. Edito-
rial Marín. 1968. BARCELONA.
Linus PAULING. Química General. Editorial Aguilar. 1971. MADRID
Soledad ESTEBAN SANTOS y Raquel NAVARRO DELGADO. Química Gene-
ral. Tomo 1. U.N.E.D. 1983. MADRID.
Kenneth W.WHITTEN y Kenneth D.GAILEY. Química General. Nueva Editorial
Interamericana, S.A. 1986. MEJICO.
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Tratamiento Didáctico
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OBJETIVOS
Estudio sistemático de los metales representativos del sistema periódico, en función
de su constitución y estructura, estudio de sus características por grupos del sistema
periódico, sus aplicaciones y compuestos de interés industrial que se derivan de ellos.
UBICACIÓN
El presente tema se ubicará en el 2° curso del Bachillerato dentro del núcleo trans-
versal de "Química descriptiva".
TEMPORALIZACION
Puede explicarse el tema en 4 horas de clase aproximadamente, lo que dependerá de
la síntesis que se realice en la descripción detallada de propiedades.
METODOLOGIA
La explicación del tema debe huir de la sistemática descriptiva independiente y se
debe orientar su explicación según una sistemática comparada, basada en los grupos del
Sistema Periódico.
La explicación debe ayudarse con la realización de prácticas de laboratorio demos-
trativas de las propiedades básicas explicadas.
Se realizarán problemas estequiométricos relacionados con las propiedades de los
elementos de los grupos.
CONTENIDOS MINIMOS
Conocimiento de los grupos representativos del Sistema Periódico.
Propiedades generales de los metales.
Clasificación de los metales en el Sistema Periódico.
Propiedades de los metales según su ubicación en la Tabla Periódica.
Propiedades generales de los grupos diferenciados:
Representativos y de transición.
Principales compuestos derivados de los metales y sus aplicaciones.
Aleación. Principales aplicacionesde interés industrial.
MATERIALES Y RECURSOS DIDACTICOS
Sistema periódico mural.
Material básico de laboratorio para prácticas.
Muestras de metales más frecuentes.
Transparencias de estructuras moleculares y de tablas de propiedades físicas de los
metales.
EVALUACION
Se evaluará el tema mediante ejercicios escritos que comprendan preguntas sobre
cuestiones básicas, de las que destacaremos:
Reacciones de metales con elementos del sistema periódico.
Interpretación de las propiedades periódicas de los metales del sistema periódi-
co.
Configuraciones electrónicas y las propiedades que se derivan.
Problemas numéricos de estequiometría.
Valencias de metales a partir de configuraciones electrónicas.
Pruebas escritas de respuesta múltiple, relativas a las cuestiones anteriores tendentes
a evaluar la capacidad de razonamiento teórico y conceptual.
Evaluación de las prácticas de laboratorio realizadas.