Los materiales metálicos

Son materiales que se obtienen calentando en un horno minerales, generalmente óxidos y sulfuros del metal, obtenidos en las minas.

Propiedades comunes de los metales

Aunque los diferentes metales presentan unas propiedades muy distintas, hay algunas propiedades comunes a todos ellos.

Resistencia mecánica de los metales
La resistencia mecánica de la mayoría de los metales es muy buena. Mejor que cualquier otro material. Esta es la razón por la que se utilizan para fabricar estructuras. Por ejemplo edificios, aviones, automóviles, barcos, etc.
Maleabilidad y Ductilidad
La mayoría de los metales son muy maleables y muy dúctiles, lo que facilita mucho poder fabricar con ellos láminas y cables finos.
Densidad de los metales

Es muy variable, pero en general son mucho más densos que el agua.

Metal Densidad (kg/litro)
Magnesio 1,7
Aluminio 2,7
Titanio 4,5
Hierro 7,9
Cobre 9,0
Plomo 11,3
Mercurio 13,5
Oro 19,3
Conductividad de los metales
Son buenos conductores del calor y de la electricidad.
Oxidación

Hay metales, como el hierro, que se oxidan sin parar hasta que la corrosión les deshace por completo.

Algunos metales como el aluminio, la plata o el plomo se oxidan superficialmente y pierden su brillo metálico. Esa capa de óxido superficial les protege impidiendo que progrese la oxidación. Así, estos metales son resistentes a la corrosión.

Otros metales como el oro, el platino o el cromo mantienen su brillo metálico sin oxidarse superficialmente.

Respuesta a la luz
Los metales son opacos y, pulidos, reflejan bien la luz. Presentan un brillo característico denominado "metálico".
Propiedades ecológicas de los metales

Los metales son fácilmente reciclables muchas veces sin que se degraden.

Muchos metales son inertes y no reaccionan con la naturaleza, oxidándose muy lentamente sin producir tóxicos.

Los metales pesados son muy tóxicos para el medio ambiente.

Otras propiedades de los metales
Hay metales líquidos a temperatura ambiente (mercurio y galio) que se pueden utilizar para hacer termómetros, tubos fluorescentes, etc.

Tabla periódica de los elementos

Los metales suponen la mayoría de los elementos representados en la tabla periódica.

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2012rc, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons.

Aleaciones

Una aleación es una mezcla de un metal con otro elemento. Las aleaciones se fabrican generalmente fundiendo un metal con otros elementos para que se combinen de forma que el resultado tenga las propiedades de ambos.

Ejemplos de aleaciones son el bronce, el latón, el acero o la fundición.

La mayoría de los metales no se utilizan en su forma pura, sino que son aleados con otros elementos para mejorar sus propiedades.

Clasificación de los metales

  • Metales ferrosos: compuestos principalmente por hierro. Son los más utilizados por su bajo precio.
  • Cobre y sus aleaciones: Cobre, bronce y latón. Son muy apreciados por su buena conductividad, su resistencia mecánica (bronce) y resistencia a la corrosión.
  • Metales ligeros: principalmente el aluminio, titanio, magnesio y sus aleaciones. Son muy útiles para fabricar aviones, prótesis, móviles, bicicletas ligeras, etc.
  • Metales pesados: plomo, mercurio, arsénico, cadmio, cromo, níquel, estaño, cinc. Son muy tóxicos para el medio ambiente.
  • Metales nobles: son metales con gran resistencia a la corrosión, que no se oxidan. Oro, plata, platino, rodio, iridio, osmio.
  • Metales de tierras raras: neodimio, itrio, lantano, cerio Se utilizan para formar aleaciones, productos electrónicos, imanes de alto rendimiento y superconductores.

Metales ferrosos

Son aquellos que están formados principalmente por hierro. El hierro puro es un metal con malas propiedades mecánicas, por lo que éstas suelen mejorarse por medio de aleaciones.

Su densidad es relativamente alta (7,8 kg/litro).

Acero
Es una aleación de hierro con carbono (con un porcentaje menor del 2,1% en peso). Es una de las aleaciones metálicas más utilizadas para todo tipo de productos y estructuras por ser el metal más barato, con muy buena resistencia mecánica (carga de rotura de 50 a 100 kg/mm2) y muy tenaz.
Fundición

Es una aleación de hierro con carbono (con un porcentaje mayor del 2,1% en peso). Son más frágiles que los aceros y con menor punto de fusión. Son más resistentes a la corrosión y a los cambios de temperatura que los aceros comunes.

Se utilizan, por ejemplo, para fabricar tapas de alcantarilla, estufas y chimeneas, carcasas de bombas de agua, etc.

Acero inoxidable
Es una aleación de hierro con cromo (con un porcentaje mayor del 10%). Es muy resistente a la corrosión y se utiliza en utensilios de cocina, cubertería, lavabos, tuberías, etc.
Ferrita

Está compuesta por hierro alfa puro, de aspecto oscuro. En ocasiones se alea con cobalto, níquel, zinc o manganeso, que mejoran sus propiedades magnéticas.

La ferrita tiene propiedades magnéticas por lo que se utiliza para fabricar transformadores, imanes, filtros para cables, etc.

Cobre y sus aleaciones

Cobre

Es un metal rojizo muy buen conductor del calor y la electricidad.

Es muy utilizado para fabricar cables, tuberías, intercambiadores de calor, monedas, pigmentos, etc. Fue el primer metal utilizado en la prehistoria, dando nombre a la Edad del Cobre.

Bronce

Aleación de cobre y estaño (con un porcentaje entre el 3% y el 20%). Es muy resistente al roce y a la corrosión.

Se utiliza para construir instrumentos musicales, hélices de barco, o esculturas.

Fue la primera aleación obtenida por la humanidad y da su nombre a la Edad del Bronce.

Latón

Es una aleación de cobre y zinc.

Tiene un color característico dorado, parecido al oro, por lo que se utiliza mucho en decoración y bisutería. También Se utiliza para fabricar cerraduras, cerrojos, picaportes, grifos, jarrones, etc.

Metales ligeros

Aluminio

Es el metal más utilizado después del acero por ser barato, tener baja densidad (2,8 kg/litro) y muy buena resistencia a la corrosión. En estado puro es muy blando y con baja resistencia mecánica, pero aleado de forma adecuada aumenta mucho su resistencia mecánica de rotura hasta los 40 kg/mm2.

Es muy dúctil y maleable y se puede extrudir con mucha facilidad.

Se utiliza para fabricar marcos de ventanas, papel metálico, latas, aviones, cables eléctricos, etc.

A pesar de ser el metal más abundante de la corteza terrestre durante el siglo XIX su producción era tan costosa que se consideraba un material exótico con un precio enorme, mayor que el del oro.

A partir de 1900 su producción fue aumentando sin parar hasta la actualidad. Esto se debió a la invención de técnicas químicas (proceso Bayer) y a la aplicación de la dinamo que permite producir la electricidad necesaria para aislar el aluminio por electrólisis.

Titanio

Es un metal de color gris, de baja densidad (4,5 kg/litro) muy resistente a la corrosión y con buena resistencia mecánica de rotura, hasta los 140 kg/mm2.

Tiene la mejor relación dureza/densidad de todos los metales. Es casi tan fuerte como los aceros, pero con menor densidad.

Gracias a sus propiedades es muy apreciado para construir prótesis médicas, maquinaria aeroespacial, transporte de productos químicos, etc. Con el óxido de titanio se fabrican pinturas y plásticos blancos con un color muy puro y muy buena resistencia a la radiación solar.

Metales pesados

Plomo

Es un metal de color gris oscuro, que se funde con facilidad (327ºC).

Se utiliza en soldadura de componentes electrónicos, baterías de automóvil, blindajes anti-radiaciones, pigmentos, balas, etc.

En la actualidad se tiende a reducir su uso por ser altamente contaminante. Por ejemplo los productos electrónicos utilizan cada vez más soldaduras y componentes basados en plata para evitar el uso de plomo.

Mercurio

Es un metal líquido a temperatura ambiente de color plateado brillante.

Se está intentando reducir su uso en lo posible para evitar las consecuencias de su toxicidad.

Se utiliza para fabricar fluorescentes, termómetros, amalgama para empastes, pilas, etc.

Estaño

Es un metal de color blanco brillante. Es muy blando y no se oxida.

La hojalata es acero recubierto de una fina capa de estaño y se utiliza en las latas de conserva. Otros usos del estaño son la soldadura de componentes electrónicos, fabricar bronce y vidrio, pigmentos, sobretapón de las botellas de vino, etc.

Zinc

Es un metal de color blanco brillante y blando.

Se utiliza, aleado con cobre, para producir latón. Puede recubrir piezas de hierro en un proceso llamado galvanización que evita su oxidación. También se encuentra en las pilas eléctricas.

Cromo

Es un metal de color blanco agrisado, duro, frágil y muy resistente a la corrosión.

Se utiliza aleado con acero para fabricar acero inoxidable. El cromado consiste en depositar una capa protectora de cromo sobre otro material (plástico, otros metales, etc) dando un aspecto brillante que no se oxida. Otras aplicaciones son pinturas, curtido de cuero, catalizadores, etc.

Níquel

Es un metal color blanco con un ligero tono amarillo.

Se utiliza aleado con acero para fabricar acero inoxidable. Las aleaciones cobre-níquel son muy resistentes a la corrosión y se utilizan para fabricar motores marinos, industria química o acuñar monedas.

Cadmio

Es un metal de color blanco azulado.

Se utiliza en baterías de Níquel-Cadmio recargables, para fabricar cojinetes con baja fricción y mucha resistencia a la fatiga.

Metales nobles

Oro

Es un metal de color dorado, blando, muy dúctil, muy resistente a la oxidación y muy buen conductor eléctrico.

La mayor parte del oro (70%) se utiliza en joyería o como inversión. Solo el 10% del oro se utiliza en aplicaciones industriales.

Se usa para cubrir contactos eléctricos que no se oxidan, cables eléctricos de los chips, reflector de luz en los cristales, etc.

Platino

Es un metal blanco grisáceo.

Se emplea en joyería, contactos eléctricos, empastes, y catalizadores.

Rodio

Metal de color blanco plateado.

Se utiliza como catalizador de óxidos nitrosos de los automóviles y no tiene sustituto. Por esa razón su precio se ha elevado tanto que actualmente es el metal precioso más caro, con un precio muy superior al del oro.

Precio de los metales

Hay varias referencias, pero la más prestigiosa es la bolsa de Londres. Estos precios corresponden al cierre en bolsa sobre el metal puro a día 1 de julio de 2021.

Metal Precio €/kg
Acero[1] 0,52
Plomo 1,89
Aluminio 2,09
Zinc 2,47
Cobre 7,86
Bronce 10,23
Titanio 12,30
Níquel 15,22
Estaño 27,59
Cobalto 42,49

[1] Precio medio del acero. Puede variar de 0,42 a 0,65 €/kg.

Metales preciosos. Precio a 1 de julio de 2021.

Metal Precio €/kg
Plata 704
Platino 29380
Oro 48066
Rodio 532960

Cuestionario

Cuestionario de tipo test sobre los materiales metálicos.

Cuestionario. Materiales metálicos.