Sabías que existen metales y metaloides
Los metales son elementos o cuerpos simples dotados de un brillo particular (brillo metálico), y en general buenos conductores del calor y de la electricidad.
Los elementos químicos (o cuerpos simples) actualmente conocidos pueden clasificarse en dos categorías: los metales y los metaloides. Todos los metales, excepto el mercurio, son sólidos a la temperatura ordinaria. Cuando están pulidos, perfectamente limpios y protegidos, tienen un color blanco plateado (a excepción del oro, que es amarillo, y del cobre, que es rojizo). Debido a su propiedad de reflejar los rayos luminosos, presentan un brillo particular: el brillo metálico. Algunos de ellos son escasos en la naturaleza y, por lo tanto, preciosos (oro, plata, platino). Entre los metales comunes (hierro, aluminio, cobre, plomo, cinc, estaño, etc.), el hierro es el más extendido.
Si los metales están expuestos al aire y a la humedad, sufren una oxidación: en su superficie se forma una capa de un producto químico (óxido) que es consecuencia de la reacción del metal con el oxígeno contenido en el aire y en el agua. Este óxido no tiene la misma apariencia en todos los metales. El del hierro es la herrumbre u orín.
La oxidación constituye una plaga para los metales, a los que corroe. Por eso, cuando se desea cubrir una casa con techumbre metálica, no se utiliza el hierro, sino la chapa de hierro recubierta de cinc, o bien la chapa de cinc, que se corroe menos rápidamente. En determinados metales, el óxido forma una capa protectora que impide una mayor corrosión: es el caso del cardenillo del cobre. Por último hay dos cuerpos, el oro y el platino, que son inoxidables.
Gracias a la particular estructura de sus átomos, los metales son, por lo general, buenos conductores del calor y de la electricidad. En estado puro se funden y se solidifican a una temperatura constante, que es diferente en cada metal.
Pueden ser sometidos a importantes esfuerzos mecánicos: experimentan una deformación permanente sin romperse.
Los metales se clasifican en varias familias, en función de sus semejanzas y de su comportamiento en determinadas reacciones químicas.
Los minerales.
A veces, los metales se encuentran en estado natural o nativo, como sucede con frecuencia en el caso del oro (pepitas), de la plata, del platino y del cobre. Pero la mayor parte de ellos se presentan en forma de minerales, combinados químicamente con otros cuerpos. Los compuestos más corrientes están constituidos por los óxidos (mezclas con oxígeno), los sulfuros (con azufre), los carbonatos (con el carbono), etc. Estas mezclas suelen ser dobles (sulfuro doble de cobre y de hierro).
En los minerales, el compuesto metálico está mezclado con cuerpos estériles, que forman una ganga de la que debe ser separado. Esta operación se efectúa después de extraerlos de la mina, Consiste en limpiar, aislar y concentrar el metal. Para ello se utilizan varios métodos: trituración, pulverización, lavado, selección magnética, ventilación. Todas estas operaciones exigen instalaciones amplias y costosas.
La metalurgia.
La metalurgia es el conjunto de los procedimientos y técnicas que permiten extraer los metales de sus minerales, así como purificarlos y tratarlos con vistas a la fabricación de productos industriales.
Varios metales y algunas de sus aleaciones (combinaciones de metales) ya se conocían y se utilizaban comúnmente en la Antigüedad. Los hombres prehistóricos fabricaban armas, joyas y herramientas de cobre, hierro y oro. La plata, el plomo y el estaño eran empleados en Egipto y en Mesopotamia 4.000 años a. de J.C. Los griegos y los romanos trabajaban el bronce: por aquellas épocas ya existían técnicas metalúrgicas (moldeo del bronce a la cera perdida, soldadura, etc.).
En el siglo XVI, los trabajos de los alquimistas permiten extraer varios metales nuevos. En el siglo XVIII aparecen los primeros altos hornos y comienza a obtenerse la fundición o hierro colado; pero hasta finales de este mismo siglo no lograrían los metalúrgicos ingleses producir acero fundido al crisol en gran escala e inventar el pudelado (procedimiento para obtener hierro o acero). La siderurgia (trabajo del hierro, de la fundición y del acero) alcanza su auge en el siglo XIX, con el convertidor Bessemer y con los nuevos procedimientos de afino del acero (procedimiento Martín). Todos estos métodos se han perfeccionado hoy gracias a la electricidad (hornos eléctricos, de electrólisis, de inducción) y a los adelantos de la química (metalografía).
La extracción de los metales.
Para extraer los metales de su mineral, el procedimiento más antiguo, todavía empleado en metalurgia, es la utilización del calor a temperaturas muy altas (entre 100 y más de 3.000º C). Para ello se emplean los altos hornos, donde el metal en fusión se extrae directamente de su ganga: fluye como un líquido luminoso, de un blanco deslumbrante. A continuación es solidificado en forma de unos bloques llamados lingotes.
Se puede operar también por disolución, volatilización y hornos eléctricos, según las propiedades de cada cuerpo. Así, el aluminio y determinados metales «recuperados» a partir de desechos, se obtienen por un procedimiento químico: la electrólisis.
La forma.
Una vez obtenido, el metal pasa a los talleres de fundición, donde es fundido y vertido en un molde para que tome la forma deseada.
Para ello se requieren moldes que resistan altas temperaturas. Estos moldes suelen ser un tanto porosos para permitir que escapen las bolsas de gas que se forman. El metal líquido se oxida muy de prisa, y hay que eliminar las impurezas sin cesar. La menor humedad del molde hace que el metal brote como el agua de un géiser. Pese a todas las precauciones, no es fácil obtener una pieza resistente y sin tacha.
Por ello se prefiere recurrir a veces a procedimientos mecánicos de deformación, ejecutados ya sea en caliente, ya sea en frío: la forja, que consiste en batir el metal, hecho maleable simplemente por medio de un calentamiento medio (entre 500 y 700° C), era realizada antaño a golpes de martillo por los forjadores o herreros. Hoy se usa una prensa. Mediante el laminado se obtienen chapas por aplastamiento de un lingote de metal entre dos cilindros. La soldadura permite unir diferentes elementos metálicos. Determinados metales, en fin, han de ser pulverizados y trabajados según procedimientos especiales (metalurgia de polvos).
Tras todas estas operaciones, la pieza obtenida no siempre tiene la forma precisa deseada, ni el acabado de su superficie es el apropiado. Interviene entonces el mecanizado, que se realiza por medio de máquinas-herramienta y que transforma las piezas en multitud de objetos industriales.
Las aleaciones.
Una de las ramas de la metalurgia se ocupa de mejorar las propiedades de los metales (dureza, resistencia, etcétera) o de hacer que adquieran otras nuevas. Para ello se recurre a las aleaciones, obtenidas a base de metales puros que se combinan entre sí y a los que se incorporan pequeñas cantidades de elementos ajenos (cromo, silicio, etc.). Las aleaciones se realizan, en general, por fusión de los cuerpos que hay que alear, en unas condiciones particulares que evitan las pérdidas de metal, la oxidación o la introducción de impurezas. Cuando se trata de metales que funden difícilmente, la aleación se efectúa en estado sólido tras ser transformado en polvo.
Además, para mejorar las propiedades de los metales y de las aleaciones existen numerosos tratamientos (termoquímicos): el temple consiste en enfriar bruscamente la pieza tras haberla puesto al rojo, lo que hace que adquiera una superficie de gran dureza. Mediante la cementación, se obtiene en la misma pieza un acero que es dulce en el interior y extraduro en el exterior.
Unos métodos electroquímicos permiten modificar exteriormente el metal para revestirlo, por ejemplo, de una capa protectora (cromado, niquelado, estañado, etc.).
Todas estas operaciones metalúrgicas se efectúan bajo un riguroso control, gracias a las pruebas de laboratorio (pruebas mecánicas, físicas y químicas).
De la aguja de coser al cohete espacial.
La utilidad de los metales reside en su gran resistencia a la tracción y a la flexión, en su dureza y en su buena resistencia al calor. Son irreemplazables en la fabricación de los objetos más diversos: desde la aguja y el dedal para coser hasta el cohete espacial. Pero, para ello, no se eligen al azar: cada metal tiene, según sus propiedades, una utilización particular. Así, por ejemplo, el hierro y el acero, muy resistentes ambos, son adecuados para las grandes construcciones mecánicas; el cobre, buen conductor, se usa abundantemente en electricidad; el aluminio es estimado por su ligereza, mientras que el titanio y el uranio constituyen la materia prima de las industrias aeronáuticas (construcción de aviones) y nuclear respectivamente.
Propiedades curiosas.
El cinc, tan usado en los tejados y en los canalones de éstos, es muy poco resistente. A 150° es casi tan blando como el caucho. El estaño, que sirve de revestimiento protector al hierro (estañado), cruje cuando se le dobla.
El sodio puede cortarse con un cuchillo y arde al contacto con el agua. El magnesio en polvo se inflama fácilmente.
Los símbolos químicos.
Todos los metales se designan por dos letras: son los símbolos químicos, que facilitan su transcripción. En ciertos casos, esas letras son las primeras de su nombre latino: aluminio (Al), cobalto (Co) níquel (Ni), galio (Ga), etcétera. Resulta más problemático deducir que Sn quiere decir estaño, Na sodio, Sb antimonio y Hg mercurio.
El mercurio.
El mercurio, blanco y muy brillante, es el único metal que se encuentra en estado líquido a la temperatura ordinaria. Conocido desde muy antiguo, tiene la propiedad de disolver otros metales (oro, plata, plomo, etc.). Se emplea en la construcción de numerosos aparatos (termómetros, barómetros, bombas de vacío). También se usa en medicina. Además, el mercurio tiene otra curiosa propiedad: no «moja» los recipientes que lo contienen.
El cobalto.
El cobalto es un metal plateado, próximo al hierro y al níquel.
Su nombre (en alemán Kobalt) viene de una leyenda germánica en la que designa a un diablo. Poco utilizado en estado puro, se usa, sobre todo en forma de aleación, para hacer herramientas de corte, piezas para aviones, etc. También entra en la fabricación de la bomba de cobalto, empleada en medicina (tratamiento por radiaciones).
El punto de fusión.
El punto de fusión es la temperatura a la que un metal comienza a fundirse.
El estaño funde a 231,8º C,
El aluminio a 660° e, la plata a 960º C,
El oro a 1 063º C,
El cobre a 1 083º C, el hierro a 1 535º C, y el platino a 1 773º C.
