pdf

Vista previa del material en texto

7
ÍNDICE
Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
tema 1. Estructura y propiedades de los elementos metálicos . . . . . . . . . . . 15
 1.1. el enlace metálico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1.1. Bandas de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.1.2. energía del enlace metálico .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
 1.2. tipos de estructura cristalina de los metales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.1. estructura hexagonal compacta y estructura cúbica compacta . 21
1.2.2. estructura cúbica centrada en el espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.3. Otras estructuras de los metales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
 1.3. Propiedades generales de los metales en estado elemental . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.1. Conductividad eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.2. Radio atómico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3.3. Puntos de fusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.4. Propiedades térmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.5. Propiedades mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3.6. Propiedades ópticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.7. Propiedades magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
tema 2. Elementos metálicos del bloque s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
 2.1. Consideraciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
 2.2. metales del grupo 1. Alcalinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1. Propiedades de los metales alcalinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.2. estado natural y obtención de los metales alcalinos . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.3. Aplicaciones de los metales alcalinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
 2.3. metales del grupo 2. Alcalinotérreos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3.1. Propiedades de los metales alcalinotérreos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Química de los elementos metálicos 
8
2.3.2. estado natural y obtención de los metales alcalinotérreos . . . . . 56
2.3.3. Aplicaciones de los metales alcalinotérreos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
tema 3. Elementos metálicos del bloque p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
 3.1. metales del grupo 13: aluminio, galio, indio y talio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1.1. Propiedades de los elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1.2. estado natural y obtención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.1.3. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 70
 3.2. metales del grupo 14: germanio, estaño y plomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2.1. Propiedades de los elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2.2. estado natural y obtención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2.3. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 75
 3.3. metales del grupo 15: antimonio y bismuto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.1. Propiedades de los elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.2. estado natural y obtención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3.3. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 78
 3.4. metales del grupo 16: polonio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.1. Propiedades del polonio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.2. estado natural, obtención y aplicaciones del polonio . . . . . . . . . . . . 79
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
tema 4. Elementos metálicos del bloque d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
 4.1. Generalidades y configuraciones electrónicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
 4.2. estado natural y obtención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
 4.3. Propiedades físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.1. Radio atómico y radio iónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.2. Puntos de fusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.3.3. Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.3.4. Propiedades magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
 4.4. Propiedades químicas. estados de oxidación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
 4.5. metales del grupo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
 4.6. metales del grupo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
 4.7. metales del grupo 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
ÍNDICE
9
 4.8. metales del grupo 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
 4.9. metales del grupo 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.10. metales 3d de los grupos 8 a 10 . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.11. metales 4d y 5d de los grupos 8 a 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.12. metales del grupo 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.13. metales del grupo 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
tema 5. Elementos metálicos del bloque f. lantánidos y actínidos . . . . . . . 113
 5.1. Generalidades y configuraciones electrónicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
 5.2. estado natural y obtención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
 5.3. Propiedades físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.3.1. Radio atómico y radio iónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.3.2. Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.3.3. Propiedades magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
 5.4. Propiedades químicas. estados de oxidación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
 5.5. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
tema 6. Hidruros de los elementos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
 6.1. Clasificación de los hidruros de los elementos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
 6.2. Hidruros salinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.2.1. Propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.2.2. métodos de obtención y aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
 6.3. Hidruros metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.3.1. Propiedades de los hidruros metálicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.3.2. métodos de obtención y aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
 6.4. Hidruros moleculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.4.1. Hidruros de los elementos metálicos del grupo 13 . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.4.2. Hidruros de los elementos metálicos del grupo 14 . . . . . . . . . . . . . . 144
6.4.3. Hidruros de los elementos metálicos del grupo 15 . . . . . . . . . . . . . . 145
 6.5. Hidruros intermedios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
QuÍmICa DE los ElEmENtos mEtálICos 
10
tema 7. Haluros de los elementos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
 7.1. Clasificación de los haluros de los elementos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
 7.2. Haluros de los metales monovalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.2.1. Haluros de los metales alcalinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.2.2. Haluros de los metales monovalentes de las series d y p. . . . . . . . . 154
 7.3. Haluros de los metales divalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.3.1. Haluros de los metales alcalinotérreos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.3.2. Haluros de los metales divalentes de las series d y p . . . . . . . . . . . . . 162
 7.4. Haluros de los metales trivalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.4.1. estructuras cristalinas y propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
7.4.2. Obtención y aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
 7.5. Haluros de los metales tetravalentes y de valencia superior . . . . . . . . . . . . . 168
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
tema 8. Óxidos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
 8.1. óxidos de los elementos metálicos. Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
 8.2. óxidos de los metales monovalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
8.2.1. óxidos de los metales alcalinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
8.2.2. óxidos de los metales del bloque d en estado de 
oxidación (+1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
 8.3. óxidos de los metales divalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
8.3.1. óxidos de los metales alcalinotérreos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
8.3.2. óxidos de los metales del bloque d en estado 
de oxidación (+2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
8.3.3. óxidos de los metales del bloque p en estado 
de oxidación (+2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
8.4. óxidos de los metales trivalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
8.5. óxidos de los metales tetravalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
8.6. óxidos de metales con valencia superior a cuatro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
tema 9. Hidróxidos y peróxidos de los elementos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . 191
 9.1. Hidróxidos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
9.1.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 193
Índice
11
9.1.2. el ión OH– en los cristales de hidróxidos metálicos . . . . . . . . . . . . . . 194
9.1.3. Características estructurales de los hidróxidos metálicos . . . . . . 195
9.1.4. Propiedades de los hidróxidos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.1.5. Obtención de los hidróxidos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
 9.2. Peróxidos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
9.2.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
9.2.2. Peróxidos alcalinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
9.2.3. Peróxidos alcalinotérreos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
9.2.4. Peróxidos de los elementos de transición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
tema 10. Súlfuros metálicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
10.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
10.2. sulfuros iónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
10.2.1. sulfuros de los metales alcalinos y alcalinoterreos . . . . . . . . . . . . . 214
10.2.2. sulfuros del aluminio y de los lantánidos y actínidos . . . . . . . . . . 215
10.3. sulfuros de los metales de transición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
10.4. sulfuros de los elementos metálicos del bloque p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
tema 11. Nitruros, carburos y boruros metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
11.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
11.2. Carburos y nitruros iónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
11.3. Carburos y nitruros intersticiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
11.4. Carburos de hierro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
11.5. Boruros metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
lecturas recomendadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Respuestas a los ejercicios de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Tabla periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Índice analítico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
15
Tema 1
Estructuras y propiedades 
de los elementos metálicos
1.1. El enlace metálico
1.1.1. Bandas de energía
1.1.2. Energía del enlace metálico 
1.2. Tipos de estructura cristalina de los metales
1.2.1. Estructura hexagonal compacta y estructura cúbica 
compacta
1.2.2. Estructura cúbica centrada en el espacio
1.2.3. Otras estructuras de los metales
1.3. Propiedades generales de los metales en estado elemental
1.3.1. Conductividad eléctrica 
1.3.2. Radio atómico 
1.3.3. Puntos de fusión
1.3.4. Propiedades térmicas
1.3.5. Propiedades mecánicas
1.3.6. Propiedades ópticas
1.3.7. Propiedades magnéticas
16
Introducción
Antes de realizar un estudio detallado de cada uno de los gru-
pos de los elementos metálicos de la Tabla Periódica es necesario 
presentar las propiedades y las estructuras cristalinas caracterís-
ticas de los metales. Muchas de las propiedades vienen derivadas 
de las características específicas del enlace metálico; es por ello 
que el tema 1 comienza revisándolas antes de exponer las princi-
pales estructuras cristalinas metálicas. En el tema se estudian las 
propiedades físicas de los metales en estado elemental, desde la 
conductividad metálica hasta las propiedades magnéticas.
Objetivos
•  Conocer los tipos de estructura cristalina de los elementos 
metálicos.
•  Describir las propiedades específicas de los metales.
17
1.1. El EnlacE mEtálIcO
Los elementos químicos conocidos se encuentran clasificados en la 
Tabla Periódica o Sistema Periódico en cuatro grandes grupos, que en 
función de la estructura electrónica de los átomos, son los siguientes:
 — Series de elementos s. 
 — Series de elementos p.
 — Series de elementos d.
 — Series de elementos f.
El estudio de estas series de elementos se abordará en temas suce-
sivos.
La mayoría de los elementos conocidos son metales; sólo veinticuatro 
pueden considerarse explícitamente como no metales.
Desde el punto de vista estructural los metales se caracterizan por 
la alta coordinación de los átomos que constituyen la red cristalina. 
El enlace metálico considera a los átomos distribuidos en el cristal 
en forma de iones positivos y a los electrones de valencia moviéndose 
libremente, igual que las moléculas de un gas, entre los huecos que 
existen entre los iones o restos positivos de los átomos. Es por ello 
que se llamó inicialmente gas electrónico al conjunto de electrones de 
valencia de los metales.
Los iones positivos que constituyen la red del cristal se mantienen 
unidos por la atracción electrostática que existe entre ellos y el gas 
electrónico.
Se considera a la superficie del cristal como el límite del espacio ocu-
pado por el gas electrónico.
Química de los elementos metálicos 
18
1.1.1. Bandas de energía
Cuando se aplica la teoría de orbitales moleculares al enlace metálico 
se obtienen las llamadas bandas de energía, mediante las cuales se inter-
pretan las propiedades metálicas.
La teoría de los orbitales moleculares se basa en que los electrones 
que participan en el enlace, es decir, los electrones de valencia, ocu-
pan orbitales que se extienden a todos los átomos que constituyen la 
molécula; se trata de orbitales y electrones deslocalizados.
Cuando aumenta el número de orbitales moleculares se hace 
menor la diferencia de energía entre ellos. En el caso de los átomos 
que constituyen la red cristalina de un metal, este número de orbitales 
moleculares, n, es muy grande, siendo la diferencia de energía entre estos 
orbitales moleculares muy pequeña, por lo que se puede considerar 
una variación continua de un orbital a otro. El conjunto de n orbitales 
moleculares, también llamados niveles de energía, se denomina banda 
de energía.
Dado que la banda de energía está formada por niveles discretos, 
aunque muy próximos, existe cierta discontinuidad en la variación de 
energía de las bandas deun orbital a otro. Por otra parte, para cumplirse 
el principio de Pauli, cada nivel debe estar ocupado por dos electrones 
como máximo, con espín contrario. Esto da origen a la formación de las 
siguientes bandas, en función de su ocupación electrónica:
 — Bandas totalmente ocupadas: el número de electrones de valencia 
es 2n, siendo n el número del nivel de la banda.
 — Bandas parcialmente ocupadas: se forman si el número de elec-
trones es menor de 2n.
 — Banda vacía: procede de los orbitales atómicos no ocupados en el 
estado fundamental del átomo.
De acuerdo con lo anterior, en un metal alcalino, de la combinación 
de los n orbitales s, que están ocupados cada uno por un electrón, resulta 
una banda de n niveles y n electrones, por lo que la banda está parcial-
mente ocupada.
Tema 1. Estructuras y propiEdadEs dE los ElEmEntos mEtálicos
19
En un metal alcalinotérreo, sin embargo, existe el número de elec-
trones necesarios para llenar totalmente la banda, ya que cada orbital s 
aporta 2 electrones.
De la combinación de los tres orbitales p no ocupados, tanto de los 
metales alcalinos como de los alcalinotérreos, resulta una banda de 3n 
niveles, que podría ocuparse por 6n electrones. En principio se considera 
esta banda vacía. Algo similar ocurre con los cinco orbitales atómicos d, 
que daría lugar a una banda de 5n niveles, que podría estar ocupada por 
(2x5n) electrones. 
Ya se ha comentado que el enlace metálico se produce debido a la 
atracción electrostática entre los iones positivos y los electrones que 
ocupan las bandas de energía del metal. Por tanto, esta energía de enlace 
aumentará al hacerlo el número de electrones de las bandas o electrones 
de valencia. Cuanto mayor sea el número de electrones por átomo que 
exista por banda, mayor será la carga y por tanto menor el tamaño del 
resto positivo, lo que implica una mayor energía de enlace. 
1.1.2. Energía del enlace metálico
Se define la energía del enlace metálico como la entalpía de vaporiza-
ción del metal, cambiada de signo.
Los valores de la energía de enlace metálico están relacionados tanto con el 
radio atómico de los metales como con el número de electrones con que cada 
átomo contribuye al enlace, influyendo directamente en sus propiedades fun-
damentales.
Los valores de las entalpías de vaporización, iguales en magnitud, 
pero de distinto signo, a los de las energías de enlace, para los metales 
de los tres periodos largos, se muestran en la tabla 1.1.
Como se observa se produce un valor máximo en los casos del V, Nb 
y W en cada periodo, aumentando del periodo 4 al 6.
Química de los elementos metálicos 
20
tabla 1.1. Valores de entalpía de vaporización 
para los metales de los periodos 4, 5 y 6
Periodo 4 Entalpía de 
vaporización
(kJ/mol)
Periodo 5 Entalpía de 
vaporización
(kJ/mol)
Periodo 6 Entalpía de 
vaporización
(kJ/mol)
K 90 Rb 85 Cs 85
Ca 200 Sr 140 Ba 150
Sc 400 Y 413 La 400
Ti 490 Zr 600 Lantánidos 400-800
V 510 Nb 780 Ta 800
Cr 400 Mo 660 W 870
 Mn 290 Lantánidos 660-690 Re 810
Fe 410 Ru 690 Os 700
Co 415 Rh 590 Ir 695
Ni 413 Pd 400 Pt 505
Cu 310 Ag 290 Au 310
Zn 100 Cd 90 Hg 70
* En color rojo se indican los valores máximos alcanzados en cada periodo.
1.2. tIPOs dE Estructura crIstalIna dE lOs mEtalEs
Aunque existe un gran número de elementos metálicos y práctica-
mente todos son polimorfos, es decir, pueden adoptar varias estructuras 
cristalinas, el número de las que presentan los metales es reducido. Los 
tipos de estructuras que pueden adoptar los metales son:
 — Cúbica compacta (ccp), también llamada cúbica centrada en las 
caras (ccc o fcc, de sus siglas en inglés).
 — Hexagonal compacta (hcp).
 — Cúbica centrada en el espacio (cce), denominada también cúbica 
centrada en el cuerpo (bcc). 
Una primera aproximación para explicar el empaquetamiento de los 
átomos consiste en considerar estos como esferas. Cuando las esferas de 
igual tamaño de los átomos se disponen ocupando el menor espacio posi-
ble adoptan lo que se llama estructura compacta, que puede ser cúbica o 
hexagonal. Su número de coordinación es doce, mientras que en la estruc-
tura cúbica centrada en el espacio el número de coordinación es ocho.
Tema 1. Estructuras y propiEdadEs dE los ElEmEntos mEtálicos
21
Como se observa, es una característica estructural de los metales su 
alta coordinación, lo que da lugar a valores altos de densidad.
1.2.1. Estructura hexagonal compacta y estructura 
cúbica compacta
Ambas estructuras se basan en el empaquetamiento compacto de esferas 
de igual tamaño. Al estudiar por difracción de rayos X dichas estructuras, se 
observa que las esferas se ordenan de forma que ocupan el menor espacio 
posible, existiendo, por tanto, el menor volumen de espacio intersticial.
Para formar las estructuras correspondientes se debe considerar 
primero el ordenamiento o disposición de las esferas en un plano, y 
después la disposición de los distintos planos entre sí, de forma que 
cumplan la condición de ocupar el mínimo espacio posible.
Las esferas en una capa compacta sólo se pueden colocar de una 
forma, que está representada en la figura 1.1 (capa A).
Figura 1.1. Empaquetamiento compacto de esferas de igual tamaño.
Química de los elementos metálicos 
22
Para que la segunda capa (capa B) ocupe el mínimo espacio, se 
superpone sobre la primera, de modo que cada esfera sea tangente a tres 
esferas de la anterior capa y así ocurre sucesivamente con el resto de las 
capas hasta conseguir la estructura tridimensional compacta.
Colocando las dos capas de esferas (A y B) como se acaba de descri-
bir, existen dos posibilidades de colocar la tercera capa (capa C), que son 
las siguientes:
1. Cada esfera de la tercera capa está situada sobre una esfera de 
la primera; esta posición será equivalente a las de la primera capa. 
Esta corresponde a la estructura hexagonal compacta.
2. Cada esfera de la tercera capa se sitúa en las posiciones intersti-
ciales de la primera capa, que no están ocupados por esferas de las 
segunda; es el caso de la estructura cúbica compacta.
Cada esfera se encuentra en contacto con seis de la misma capa, y con 
tres de cada una de las dos capas contiguas, superior e inferior. Como 
resultado, el número de coordinación de cada esfera o átomo es doce.
Si las posiciones de las tres capas sucesivas se designan por A, B 
y C, en la estructura hexagonal compacta (hcp) la disposición sería 
ABABAB…, ACACAC… o BCBCBC…, repitiéndose la estructura después 
de la segunda capa. Esta disposición aparece representada en la parte 
inferior derecha de la figura 1.1.
La disposición de la estructura cúbica compacta (ccp) sería 
ABCABC…, repitiéndose la estructura, en este caso, después de la ter-
cera capa. Corresponde a la representación de la parte inferior izquierda 
de la figura 1.1.
Tanto la estructura hexagonal compacta como la cúbica compacta 
representan un máximo ahorro de espacio, con una ocupación de hasta 
el 74 % y en ambas el número de coordinación es 12, aunque el poliedro 
de coordinación es diferente para cada una de ellas.
1.2.2. Estructura cúbica centrada en el espacio
Además de las dos estructuras compactas que se acaban de descri-
bir, en los metales es muy frecuente la estructura cúbica centrada en el
Tema 1. Estructuras y propiEdadEs dE los ElEmEntos mEtálicos
23
Figura 1.2. Estructura cúbica centrada en el espacio.
espacio (también llamada cúbica centrada en el cuerpo), representada 
en la figura 1.2.
Esta estructura presenta una coordinación más baja, estando rodeado 
cada átomo de ocho átomos vecinos. Se trata de una de las estructuras 
que presenta mayor contribución de enlace iónico, aunque la participa-
ción de enlace covalente también es alta.
Las tres estructuras descritas representan una alta coordinación, que 
es una de las características del enlace metálico. Aunque se producen 
desviaciones respecto de las estructuras ideales, son estas tres estruc-
turas las que se repiten frecuentemente y por ellose conocen como las 
estructuras generales de los metales.
1.2.3. Otras estructuras de los metales
En la práctica, las estructuras de los metales varían respecto a las 
estructuras descritas y sobre todo, en concreto, respecto a la hexagonal 
compacta. Existen algunos metales cuya estructura no se corresponde 
con ninguna de las descritas anteriormente, aunque sí pueden conside-
rarse modificaciones de ellas.
Un ejemplo de metal que no se ajusta a una estructura concreta es el 
manganeso; su estructura b es intermedia entre la cúbica compacta y la 
cúbica centrada en el espacio.
Química de los elementos metálicos 
24
A modo de resumen, en la tabla 1.2 se recogen las principales estruc-
turas cristalinas que presentan los distintos metales, siendo las más fre-
cuentes, como se ha indicado anteriormente, la hexagonal compacta, la 
cúbica compacta y la cúbica centrada en el espacio.
tabla 1.2. tipos de estructuras cristalinas de los metales
Estructura metales representativos
Hexagonal compacta Be-Mg-Hf-Tc-Re-Ru-Os-Zn-Cd
Cúbica centrada en el espacio K-Rb-Cs-Ba-V-Nb-Ta-Cr-Mo-W
Hexagonal compacta y cúbica compacta Sc-Y-Co
Cúbica compacta y cúbica centrada en el espacio Ca-Fe
Cúbica compacta Rh-Ir-Ni-Pd-Pt-Cu-Ag-Au-Al-Pb
Alterna la ordenación ABC con la ABA La
Hexagonal compacta y cúbica centrada en el 
espacio
Li-Na-Zr
Hexagonal compacta, cúbica compacta y cúbica 
centrada en el espacio
Sr-Tl
1.3. PrOPIEdadEs gEnEralEs dE lOs mEtalEs 
En EstadO ElEmEntal
Los metales poseen propiedades típicas, que se denominan propieda-
des metálicas. Podemos señalar las siguientes: 
 — Son sólidos cristalinos opacos a temperatura ordinaria, excepto el 
mercurio, que es líquido. 
 — Tienen un brillo característico, denominado brillo metálico. 
 — Son densos; incluso los metales ligeros son más densos que los 
elementos no metálicos. 
Tema 1. Estructuras y propiEdadEs dE los ElEmEntos mEtálicos
25
 — Son buenos conductores del calor y de la electricidad, disminu-
yendo la conductividad eléctrica al aumentar la temperatura. 
 — Son dúctiles y maleables.
A continuación se estudian algunas de las propiedades físicas de los 
metales.
1.3.1. conductividad eléctrica
La teoría del enlace metálico permite interpretar el conjunto de las 
propiedades metálicas. 
La conductividad eléctrica, que es la propiedad más característica 
de los metales, está estrechamente relacionada con las bandas de energía.
Si a los extremos de un metal se unen los polos de un generador 
eléctrico aplicándole así un campo eléctrico, se origina un flujo de 
electrones en la dirección definida por los polos del generador. Se 
produce así una variación casi continua de la energía de los electrones. 
Esto ocurre o bien porque una banda individual está parcialmente 
ocupada o bien porque existe superposición entre una banda totalmente 
ocupada y otra totalmente vacía.
En el caso concreto de los metales alcalinotérreos se produce la 
segunda situación mencionada, o sea, ocurre una superposición de la 
banda correspondiente a los electrones s, totalmente ocupada, con la 
correspondiente a los orbitales p, totalmente vacía. Se produce así una 
variación casi continua de la energía de los electrones en el intervalo 
de los límites de las bandas, originándose, por tanto, el fenómeno de la 
conductividad eléctrica.
Cuando el intervalo de energía entre las bandas es pequeño, se puede 
provocar, por elevación de la temperatura o por radiación de frecuencia 
apropiada, que algunos electrones de la banda llena pasen a la banda 
vacía, que se convierte así en banda de conducción eléctrica, pasando la 
sustancia de ser un no conductor a un conductor. Esto es lo que ocurre 
en los llamados semiconductores.
La semiconductividad intrínseca se presenta en elementos ultra-
puros, como el germanio, el selenio y en compuestos estequiométricos. 
Química de los elementos metálicos 
26
La semiconductividad extrínseca es aquella que se deriva de la 
existencia de impurezas, pudiéndose dopar el metal con otros metales 
de menor número de electrones o de mayor número de electrones que 
los de su capa de valencia. Un ejemplo de semiconductor extrínseco es 
el germanio dopado con impurezas de aluminio, que ocupan posiciones 
del elemento principal, facilitando la existencia de huecos vacíos. Son los 
semiconductores de tipo p.
Si, por el contrario, se dopa el germanio con átomos como fósforo 
o arsénico, con un electrón de valencia más, se facilita el paso de 
electrones a la banda vacía, que se convierte en banda de conducción. 
Son los llamados semiconductores de tipo n, y en ellos se produce una 
conductividad por electrones, a diferencia de los semiconductores de 
tipo p, donde la conductividad se produce «por huecos».
En los aislantes existe una banda totalmente ocupada por los 
electrones, separada por un intervalo muy grande de energía prohibida 
de otra banda totalmente vacía; por ello, no existe posibilidad de 
conductividad eléctrica. Un ejemplo de aislante es el diamante.
La diferencia entre semiconductores y aislantes radica en el hecho de 
que, en los segundos, el intervalo de energía prohibida es mucho mayor 
que la energía del enlace, por lo que los electrones no pueden moverse 
libremente.
1.3.2. radio atómico
El radio atómico de los metales es un dato empírico que se obtiene 
por difracción de rayos X y que está relacionado directamente con la 
energía del enlace metálico. Se define como la mitad de la distancia entre 
dos átomos metálicos contiguos en el cristal.
Para que sean comparables los valores de los radios de los átomos, se 
utilizan las distancias que corresponden al número de coordinación 12. 
Si el metal posee otro tipo de coordinación se hace la corrección empí-
rica correspondiente.
Los radios atómicos de los metales en coordinación 12 se presentan 
en la figura 1.3.
Tema 1. Estructuras y propiEdadEs dE los ElEmEntos mEtálicos
27
Figura 1.3. Radios atómicos (Å) de los metales, en coordinación 12, en función 
del número atómico (la letra P indica el periodo de los elementos).
Se puede observar que para los elementos de un mismo periodo 
(periodos 1 a 4), al aumentar el número atómico el radio disminuye, 
como consecuencia de que aumenta el número de protones en el núcleo 
y la carga nuclear efectiva. En el periodo 5, a partir del molibdeno 
(que tiene los orbitales d semillenos) el radio se mantiene más o menos 
constante, aumentando progresivamente para los últimos elementos del 
periodo, ya que tienen la capa 4d completa y empiezan a llenarse los 
orbitales 5p, más alejados del núcleo. En el caso del periodo 6, en gene-
ral, se produce una disminución casi constante del radio atómico a lo 
largo de la serie de los lantánidos La-Lu, debido a que se completan los 
orbitales 4f, que son poco apantallantes, lo que ocasiona un aumento de 
la carga nuclear efectiva. A partir del oro el radio atómico comienza a 
aumentar porque empiezan a rellenarse los orbitales 6s, más externos.
1.3.3. Puntos de fusión
La variación de los puntos de fusión de los metales con el número 
atómico presenta una secuencia semejante a la de la entalpía de vapori-
zación (o energía del enlace metálico) vista anteriormente.
r(Å)
Química de los elementos metálicos 
28
Los metales de puntos de fusión más bajos son los alcalinos y el mer-
curio y los de puntos más altos los elementos centrales de las series de 
transición.
En los metales alcalinos el punto de fusión es bajo y disminuye 
al aumentar el peso atómico del elemento. Esta tendencia es función 
de la variación de la energía de enlace expresada como entalpía de 
vaporización. El número de electrones de la banda de energía en este 
caso es 1.
Los elementos de los grupos del vanadio, del cromo y del manga-
neso, tienen unos puntos de fusión altos que les confieren caracterís-
ticas de materiales refractarios. Esto es debido a que en estos metales 
de transición el número de electrones de la banda de energía que 
participan en el enlace es alto, incluyendoademás de los electrones s, 
los p y los d.
En los elementos finales de los periodos de los elementos metáli-
cos, que son cinc, cadmio y mercurio, el valor de la energía de enlace 
es mínimo, siendo también mínimo, por tanto, el valor del punto de 
fusión.
1.3.4. Propiedades térmicas
Por propiedad térmica de un material se entiende una propiedad 
física del mismo, que varía con la temperatura. La capacidad calorífica, 
la dilatación térmica y la conductividad térmica son propiedades muy 
importantes de los metales, de cara a su utilización práctica.
Capacidad calorífica
La capacidad calorífica se define como la cantidad de calor que hay 
que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su tempera-
tura en una unidad. Se representa por C (mayúscula). Normalmente la 
capacidad calorífica se expresa por mol de material (J/mol·K), obtenién-
dose la capacidad calorífica molar, que puede ser a volumen constante; 
CV, o a presión constante, Cp.
Tema 1. Estructuras y propiEdadEs dE los ElEmEntos mEtálicos
29
El calor específico es una magnitud física que se define como la 
cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una 
sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una 
unidad (Kelvin o grado Celsius). Depende de la temperatura inicial y se 
representa por c (minúscula).
Ambas magnitudes están relacionadas mediante la siguiente ecuación:
 c = C / m (1.1)
siendo m la masa de la sustancia.
A los valores del calor específico contribuyen los restos positivos de 
los átomos del metal, siendo nula la contribución de los electrones que 
forman las bandas de energía, los cuales solo podrán contribuir a tem-
peraturas muy altas. 
La mayor parte de la energía calorífica que gana el metal se emplea 
en el aumento de la agitación térmica de los átomos, lo cual tiene rela-
ción directa con el mecanismo de la conductividad térmica. 
Dilatación térmica
La mayoría de los materiales se expanden cuando son calentados y se 
contraen cuando son enfriados. El cambio de longitud (Dl) que un mate-
rial experimenta con la temperatura (T) puede expresarse como:
 Δl/l0= al·ΔT (1.2)
Donde Δl= lf - l0, ΔT = Tf – T0 (siendo 0 y f los estados inicial y final) y 
al es el coeficiente de dilatación térmica lineal.
Desde el punto de vista atómico, la dilatación térmica se refleja en un 
aumento de la distancia media de separación entre los átomos. Se trata, 
por tanto, de una medida de la facilidad de aumentar la amplitud de la 
vibración de los átomos del cristal, por efecto térmico. 
Los metales con valores muy altos de energía de enlace presentan 
muy bajo coeficiente de dilatación térmica, siendo los metales alcalinos 
los que tienen el coeficiente de dilatación más alto.