1. Tipos de enlaces químicos.
- Definición.
- Tipos y características generales.
2. El enlace metálico.
3. Características de los materiales metálicos.
4. Metalografía.
- Estructura microscópica de los metales.
5. Materiales metálicos.
- Clasificación por densidad e importancia industrial.
- El acero.
- El aluminio.
Pues ahora que ya contamos con un índice sobre el tema a desarrollar, no nos entretenemos más y pasamos a desarollar cada uno de los puntos antes expuestos.
1. Tipos de enlaces químicos.
¿Qué son?
Un enlace químico es la unión de dos o más átomos con un solo fin, alcanzar la estabilidad. Para ello, son los electrones de los átomos quienes se encargan de las uniones, pero no cualquier electrón posee la capacidad de poder unise a otros. Son los electrones de valencia quienes tienen esta habilidad, y estos electrones son los que se encuentran en la parte más externa del átomo.
Tipos y características generales.
Existen tres tipos de enlaces químicos según la acción de los átomos, el enlace iónico, el covalente y el metálico.
- Enlace iónico.
Este enlace se origina cuando se transfiere uno o varios electrones de un átomo a otro. Debido al intercambio electrónico, los átomos se cargan de forma positiva (metales) y negativa (no metales), estableciéndose así una fuerza de atracción electrostática que los enlaza.
Un enlace iónico posee ciertas caracterísicas:
- Son sólidos de elevado punto de fusión y ebullición.
- La mayoría de enlaces son solublesen disolventes polares, por ejemplo en agua, pero no en disolventes apolares como el benceno.
- Son conductores de electricidad cuando se encuentran en estado líquido, pero no en estado cristalino.
- Son enlaces que forman elementos bastante frágiles.
- Enlace covalente.
Características de los enlaces covalentes:
- Son enlaces con un bajo punto de fusión, sin importar en que se encuentre en estado líquido, sólido o gaseoso.
- Al contrario que los enlaces iónicos, son solubles en disolventes apolares y no en los polares.
- En estado líquido y sólido no conducen la electricidad.
- Enlace metálico.
Características:
- Por norma general, los enlaces metálicos son sólidos a temperatura ambiente, a excepción del mercurio.
- Como ya dije antes, son buenos conductores térmicos y eléctricos.
- Presentan un brillo metálico.
- Como consecuencia de la poca fuerza de atracción del núcleo sobre los electrones exteriores, los enlaces metálicos son dúctiles y maleables.
- El punto de fusión es bastante alto.
- Son de dificil solubilidad en cualquier tipo de disolvente.
2. El enlace metálico.
Os preguntareis porqué vuelvo a hablar sobre los enlaces metálicos, pues bien, el título de la entrada dice "Introducción a los materiales metálicos", por lo que este enlace a pesar de haber sido tratado, debe ser explicado más en profundidad.
Los átomos de los elementos metálicos se caracterizan por tener pocos electrones de valencia (electrones más alejados del núcleo).
Existen varias teorías de porque estos enlaces tienen las características anteriormente nombradas, por lo que vamos a ver en que consiste cada teoría:
- Teoría del gas electrónico o mar de electrones.
Mediante esta teoría se explica el porqué estos enlaces son tan buenos conductores del calor y la electricidad. Esto se debe a la facilidad que tienen los electrones para moverse del electrodo negativo al positivo, y así transimitir el calor o la electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial.
- Teoría de bandas.
Su duración puede parecer excesiva, ya que son 11 minutos, pero de verdad que merece la pena verle entero, la explicación es perfecta.
Explicación de la teoría de bandas
https://www.youtube.com/watch?v=v14fiHMqCwU&feature=youtu.be (Por si el enlace al video no os funciona de forma directa).
3. Características de los materiales metálicos.
Esto puede sonar un poco repetitivo, pero vamos a hablar un poco más en profundidad sobre las características de los metales ahora que ya sabemos como se forman. Estos metales comparten características, aunque varía el grado de cada característica en función del metal.
- El brillo: Los metales presentan un brillo que los diferencia de otros elementos, según el elemento metálico, el brillo será más o menos intenso.
- La capacidad de formar aleaciones.
- La conductividad: Los metales tienen la conductividad como la característica más común, ya que permiten conducir la electricidad y el calor con una baja resistencia a su paso.
- El magnetiso: Esta es otra capacidad que poseen los metales, aunque en este caso no son todos los metales, ya que hay algunos como el hierro que no son magnéticos.
- La maleabilidad, la ductilidad y su fusión: Esto permite a los metales poder ser servidos en moldes para la realización de piezas, ya que no nos serviría de nada tener únicamente el metal con una sola forma.
- La resistencia: Como en todos los materiales, les hay de diferentes grados, pero los metales pueden presumir de ser bastante resistentes en cuanto a soportar fuerzas se refiere.
4. Metalografía.
La metalografía es la ciencia que estudia las características micro estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas, químicas y mecánicas.
Estructura microscópica de los metales.
Una capacidad de los metales es que pueden cristalizarse, esto origina metales con diferentes estructuras, y según la estructura de dichos metales, su utilización será una u otra.
Ahora vamos a tratar un poco el tema de las diferentes estructuras en las que se cristalizan los metales.
A pesar de existir 14 estructuras cristalinas diferentes, nosotros nos quedaremos con las más comunes, que son 3:
- BCC (Estructura cúbica centrada en el cuerpo).
Los metales más comunes que cristalizan con esta estructura son el tungsteno, el cromo y el vanadio.
En esta estructura también hay que destacar que cada uno de los átomos está rodeado de otros 8 átomos.
Este tipo de estructura está formada por un átomo en cada vértice (al igual que en la BCC), PERO en lugar de tener un único átomo en el centro del cubo, tiene un átomo en cada cara del cubo.
Los metales más comunes con esta estructura cristalina son el oro, la plata, el cobre y el plomo.
En esta estructura ya no contamos con un cubo, sino que tenemos un prisma hexagonal en el cual, en cada vértice se localiza un átomo, otro átomo en cada base y tres átomos centrados dentro del prisma.
Los metales que cristalizan de esta forma, normalemente son el titanio, el magnesio, el cinc y el cobalto.
También hay que resaltar, al igual que en la estructura BCC, que cada átomo está rodeado de más átomos, en este caso 12.
Para lograr cambiar la estructura de un metal, lo primero que debemos hacer es calentar el metal hasta superar su punto de fusión, y con ello conseguir romper las uniones de los átomos para que posteriormente al enfriarlo y volver a ser un sólido, podamos obtener la cristalización que desamos.
Pensareis que esto es muy complicado, ya que los átomos se agruparían al azar nuevamente, pero en 1912, Max Von Laue descubrió que mediante Rayos X podíamos colocar los átomos allá donde quisieramos.
Después de una pequeña información sobre la cristalización, vamos a hablar de los diferentes tamaños de grano existentes en una misma pieza metálica.
Una vez cristalizado el material, los átomos se vuelven a agrupar formando granos (como los que podemos encontrar en la playa pero mucho más pequeños), y son estos granos los que vamos juntando y dando forma para elaborar así la pieza que deseamos obtener.
Como ya hemos dicho, en un mismo material pueden existir varios tamaños de grano diferentes, esto se debe al tratamiento que ha ido sufriendo nuestra pieza, como por ejemplo la temperatura o los aditivos que hayamos aplicado.
A pesar de poder encontrar varios tamaños diferentes, nuestro objetivo será trabajar con materiales que tengan granos finos (la mayoría de materiales metálicos cuentan con granos finos), ya que estos granos son más resistentes a tracción, además un grano fino nos garantiza una menor probabilidad de rotura en la herramienta a la hora de trabajar.
Otro dato bastante interesante sobre los granos, es que conforme va aumentando la temperatura, el tamaño del grano va aumentando, es por eso que muchas veces al emplear una herramienta durante un largo periodo de tiempo y someterla a rozamientos que incrementen su temperatura, esta termina rompiendose.
5. Materiales metálicos.
Clasificación por densidad e importancia industrial.
Vamos a comenzar por hablar un poco sobre la importancia industrial de los metales, aunque no creo que fuera necesario, ya que allá donde mireis, os dareis cuenta de que en mayor o menor medida, la gran mayoría de objetos cuentan con partes metálicas.
El metal es un material que se extrae de entre las rocas, y mediante un proceso de depuración obtnemos lo que se conoce como metal elemental, o metal puro.
El metal puro es muy complicado que lo usemos, ya que su precio sería muy elevado, por lo que nosotros en la industria empleamos aleaciones metálicas.
Como es obvio, en la automoción es muy imporante el uso de metales, ya que se emplean en un amplio porcentaje del vehículo, como la carrocería, el chasis, los circuitos eléctricos, etc. Al igual que también se emplean para la fabricación de maquinaria que permita reparar un vehículo, o maquinaria que elabore utiles que nosotros emplearemos posteriormente para trabajar.
Como bien dice el título del apartado y una vez tratado el tema de la importancia industrial, vamos a ver la densidad de los metales.
La densidad es la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Dicho de otra forma, la densidad es la cantidad de masa que entra en un objeto y el volumen que ocupa. Para entendernos, un kilogramo de plomo ocupará menos que un kilogramo de plumas, por lo que el plomo es más denso que las plumas.
Ahora vamos a ver una tabla con una serie de metales y sus densidades.
El acero.
El acero es principalmente una aleación de carbono y hierro. Una aleación de acero puede contar con hasta un 2% de carbono y un 98% de hierro, aunque lo más normal es que de carbono haya entre un 0,2% y un 0,3%, ya que cuando se sobre pasa esa cantidad, el acero obtenido se vuelve muy duro y dificil de maquinar.
El acero cuenta con una serie de características las cuales varían en función de la cantidad de carbono que lleva, pero podemos obtener unas características bastante comunes:
- Su densidad es de 7850 kg/m3 (7,85 g/cm3).
- El punto de fusión lo podemos encontrar a unos 1500ºC, aunque esto depende de la aleación.
- El acero es maleable y resistente a los impactos.
- Es buen conductor de la electricidad y el calor.
El acero también tiene un gran enemigo, el óxido. Para prevenir esto es recomendable aislarlo del aire y la humedad mediante la aplicación de pinturas o tratamientos superficiales. Aislar a un acero de esta forma no sirgnifica convertirlo en acero inoxidable, ya que el acero inoxidable es una aleación de carbono, hierro y cromo o níquel.
A continuación expondré una tabla en la cual veremos los diferentes tipos de aceros aleados, pero antes recordarles que el acero se compone básicamente de hierro y carbono, pero se le suele añadir un elemento más para conseguir el acero deseado. Estos elementos suelen ser manganeso, cromo o molibdeno.
- Según el revenido: El revenido es el primer cambio que se aprecia en un acero. Comúnmente el revenido también es conocido como la oxidación que se produce según las temperaturas.
220°C: amarillo claro.
230°C: amarillo.
240°C: amarillo oscuro.
255°C: naranja amarillento.
265°C: naranja rojizo.
275°C: rojo púrpura.
285°C: violeta.
295°C: azul oscuro.
310°C: azul claro.
325°C: gris.
330°C: se pierde nuevamente el color.
- Si seguimos aumentando la temperatura el acero comenzará a variar su brillo.
700°C rojo oscuro.
800°C rojo cereza.
900°C rojo claro.
1000°C salmón.
1100°C naranja.
1200°C amarillo limón.
1300°C blanco.
El aluminio.
Una vez terminado el tema del acero, vamos a ver algo similar sobre el aluminio.
El aluminio es un material que no se encuentra de forma libre en la naturaleza, sino que se encuentra combinado con arcillas, feldespato, caolín, etc. A pesar de poder encontrarlo en la naturaleza mezclado con los materiales expuestos anteriormente, casi siempre en rocas, la mayor extración del aluminio se obtiene de la bauxita, mineral cuyo nombre proviene de una ciudad francesa llamada Baux donde abunda este mineral.
El aluminio tiene como principal característica que es un metal ligero, dúctil y maleable, pero también cuenta con otra serie de características:
- El aluminio tiene su punto de fusión en los 660ºC.
- Al igual que el acero, y los metales en general, es un buen conductor eléctrico y térmico.
- El aluminio cuenta con una dureza inferior a la del acero, pero tiene la posibilidad de alearse para lograr una dureza similar a la del acero con una ligereza bastante mayor. La aleación más conocida para que tenga una gran dureza es la llamada duraluminio, formada por aluminio, cobre, manganeso y magnesio.
- El aluminio es un material que se oxida fácilmente, pero esto lo hace para crear una capa de óxido de aluminio que le protega de la corrosión, por lo que podemos apuntar como característica favorable su resistencia a la corrosión.
Y hasta aquí nuestra introducción a los materiales metálicos, espero que hayais disfrutado y aprendido con ella, ya que los metales hoy en día están presentes en un alto porcentaje en nuestras vidas.
Un saludo.
