QUÍMICA · ELEMENTOS Y MATERIALES
Del litio ligero al mercurio líquido: compara metales, descubre qué propiedades explican sus usos y aprende a distinguir un elemento de sus iones, compuestos y aleaciones.
EJEMPLO 1
Li · Z = 3 · metal alcalino
Su densidad a temperatura ambiente es aproximadamente 0,534 g/cm³: un volumen de 10,0 cm³ tiene una masa de 5,34 g. Es un metal blando y de baja densidad.
El litio metálico reacciona con agua. Comparar densidades sobre el papel no es una invitación a sumergirlo; sus compuestos tampoco tienen necesariamente la densidad del metal.
EJEMPLO 2
Na · Z = 11 · metal alcalino
El sodio muestra que metal no significa material duro. Es blando y forma con facilidad compuestos que contienen Na⁺, como el cloruro de sodio, NaCl.
Na y Na⁺ no son la misma especie: el átomo neutro tiene 11 electrones y el ion tiene 10. El sodio metálico no posee las propiedades de la sal de mesa.
EJEMPLO 3
K · Z = 19 · metal alcalino
El potasio metálico es blando y reacciona vigorosamente con agua. En KCl, el potasio se encuentra como K⁺ dentro de un compuesto iónico; no hay pequeños fragmentos de metal atrapados en la sal.
El átomo neutro K tiene 19 protones y 19 electrones; K⁺ conserva los 19 protones y tiene 18 electrones. El símbolo del elemento no determina por sí solo su forma química.
EJEMPLO 4
Mg · Z = 12 · metal alcalinotérreo
Su baja densidad explica su presencia en aleaciones usadas cuando interesa reducir masa. Una pieza de una aleación de magnesio no es magnesio puro: sus propiedades dependen también de los otros componentes y del procesado.
Al arder en oxígeno forma MgO. Es un cambio químico, mientras que fundir magnesio es un cambio de estado. La ecuación se desarrolla en la sección de propiedades químicas.
EJEMPLO 5
Ca · Z = 20 · metal alcalinotérreo
El calcio elemental es un metal. La calcita, CaCO₃, es un compuesto que contiene calcio, carbono y oxígeno; una roca con calcita no se comporta como una pieza de calcio metálico.
Esta diferencia permite entender por qué encontrar un elemento en la naturaleza no significa encontrarlo en estado libre. En CaCO₃, el calcio tiene estado de oxidación +2.
EJEMPLO 6
Fe · Z = 26 · metal del bloque d
El hierro es ferromagnético a temperatura ambiente y puede oxidarse en aire húmedo. Es la base de los aceros, pero acero e hierro puro son materiales diferentes.
El hierro desmiente dos atajos: no todos los metales son atraídos intensamente por un imán y no todos resisten bien la corrosión. La herrumbre no es una sustancia pura de composición única.
EJEMPLO 7
Zn · Z = 30 · metal del grupo 12
El galvanizado recubre acero con zinc para ayudar a protegerlo frente a la corrosión. El recubrimiento actúa como barrera y el zinc puede oxidarse preferentemente respecto al hierro bajo condiciones adecuadas.
El zinc metálico y Zn²⁺ deben distinguirse. El latón, que contiene cobre y zinc, es otra aplicación: una aleación, no el elemento zinc aislado.
EJEMPLO 8
Ti · Z = 22 · metal del bloque d
El titanio y sus aleaciones se emplean en componentes donde interesa una buena relación entre resistencia mecánica y masa. Su superficie puede formar una película de óxido que contribuye a resistir la corrosión.
Una capa protectora no hace al metal inerte frente a todos los medios. Tampoco autoriza a atribuir la resistencia de una aleación concreta a cualquier muestra de titanio puro.
EJEMPLO 9
Au · Z = 79 · metal del bloque d
La capacidad del oro para convertirse en hojas ilustra la maleabilidad. Además, su baja reactividad en muchos ambientes favorece que aparezca en estado nativo.
Maleabilidad no es dureza: el oro puro es blando. La joyería suele emplear aleaciones para modificar sus propiedades; una joya no tiene por qué ser oro puro.
EJEMPLO 10
Ag · Z = 47 · metal del bloque d
La plata es un excelente conductor eléctrico. Se utiliza en contactos eléctricos y también puede trabajarse en piezas y alambres.
Que conduzca muy bien no significa que sea siempre el material más conveniente para un cable: también cuentan el coste, la masa, la resistencia mecánica y el ambiente de uso.
EJEMPLO 11
Cd · Z = 48 · metal del grupo 12
El cadmio es un metal blando. Se ha utilizado en baterías de níquel–cadmio y en recubrimientos. Estos usos muestran que las aplicaciones de los metales no se limitan a grandes estructuras.
Su toxicidad es relevante para su manejo y sus residuos. Identificar un material como metal no informa, por sí solo, sobre la seguridad de sus usos ni la de sus compuestos.
EJEMPLO 12
Cu · Z = 29 · metal del bloque d
El cobre combina buena conductividad eléctrica con facilidad para formar alambres. En un conductor, la conductividad favorece el paso de corriente y la ductilidad facilita su fabricación.
También se trabaja en tubos. La capacidad de conducir calor ayuda a explicar sus aplicaciones térmicas, pero una fotografía de un tubo no mide su pureza ni su conductividad.
EJEMPLO 13
Hg · Z = 80 · líquido a 20 °C
El mercurio es líquido a 20 °C y presión atmosférica: ser sólido no es una condición universal de los metales. Su punto de fusión está cerca de −38,8 °C.
Forma amalgamas con ciertos metales, como plata y estaño. Estas mezclas no tienen por qué conservar el estado líquido del mercurio puro. Su toxicidad impide tratarlo como material de experimentación doméstica.
EJEMPLO 14
Sc · Z = 21 · metal del bloque d
El escandio puede incorporarse en pequeñas proporciones a aleaciones de aluminio para modificar sus propiedades mecánicas. Es un ejemplo de un metal cuyo interés puede estar en lo que aporta a otro material.
La aleación Al–Sc contiene al menos dos elementos. No debe asignársele automáticamente la densidad, dureza o resistencia del escandio puro.
EJEMPLO 15
W · Z = 74 · también llamado wolframio
El tungsteno tiene un punto de fusión superior a 3400 °C, muy alto entre los metales. Esta propiedad explica su uso en filamentos incandescentes y componentes para altas temperaturas.
W representa el metal; WC es carburo de tungsteno, un compuesto usado en materiales de corte. No se debe atribuir al metal toda propiedad de ese carburo.
EJEMPLO 16
Pb · Z = 82 · metal del bloque p
El plomo es denso, blando y maleable. La combinación sirve para separar dos conceptos: una masa grande por unidad de volumen no implica gran resistencia al rayado.
Ha tenido usos en blindaje frente a radiación y en acumuladores de plomo–ácido. Su toxicidad exige considerar el uso y la forma química; «pesado» no es una medida de dureza ni una clasificación suficiente del riesgo.
Los metales son elementos que, en su estado elemental, suelen conducir bien el calor y la electricidad. Muchos pueden deformarse sin romperse. Estas tendencias permiten reconocerlos, pero admiten diferencias y excepciones: el sodio es blando, el bismuto es quebradizo y el mercurio es líquido a 20 °C.
En un sólido metálico, electrones deslocalizados contribuyen al enlace y al transporte de carga. La mayoría de los metales sólidos tienen estructura cristalina, pero también hay cristales no metálicos, como la sal común: «cristalino» no significa «metálico». Enlace y estructura.
No confundas el elemento con una de sus formas químicas: Cu es el símbolo del cobre; Cu²⁺ es un ion; CuO es un compuesto. Z indica el número de protones del núcleo, no la masa ni la carga del ion.
| Propiedad | Qué describe | Ejemplo o contraste |
|---|---|---|
| Conductividad eléctrica | Facilidad con que circula corriente | Cobre en alambres; plata en contactos |
| Conductividad térmica | Transporte de energía por diferencias de temperatura | Cobre en intercambiadores de calor |
| Maleabilidad | Deformación plástica por compresión, como al fabricar hojas | Oro, plata, cobre, estaño, platino y plomo son ejemplos; el orden depende de condiciones |
| Ductilidad | Deformación plástica bajo tracción; permite obtener hilos | Un alambre de cobre |
| Dureza | Resistencia a deformación localizada, penetración o rayado según el ensayo | Sodio blando; un acero templado puede ser mucho más duro |
| Resistencia a tracción | Tensión máxima de ingeniería alcanzada en un ensayo de tracción | Depende de la aleación, tratamiento y temperatura |
| Tenacidad | Energía que un material absorbe antes de fracturarse | Requiere considerar resistencia y deformación; no es el inverso numérico de fragilidad |
| Fragilidad | Fractura con poca deformación plástica | Bismuto; muchas fundiciones grises |
| Densidad | Masa por unidad de volumen | Litio: baja; osmio: muy alta |
| Fusión y ebullición | Temperaturas de cambio de estado a una presión dada | Mercurio líquido a 20 °C; tungsteno con fusión por encima de 3400 °C |
Una propiedad mecánica no depende únicamente del nombre del metal. Influyen su pureza, la microestructura, la temperatura y el trabajo previo. Por eso no es útil ordenar todos los metales por maleabilidad sin indicar cómo se comparan. Definiciones y ensayos mecánicos.
Un contraste: el bismuto es un metal quebradizo; el antimonio, también quebradizo, suele clasificarse como metaloide. Una fractura frágil no convierte automáticamente a un material en no metal. Bismuto · Clasificación de elementos.
| Elemento | Densidad aproximada (g/cm³) | Estado a 20 °C |
|---|---|---|
| Litio | 0,534 | Sólido |
| Hierro | 7,87 | Sólido |
| Mercurio | 13,5 | Líquido |
| Osmio | 22,6 | Sólido |
Son valores orientativos de los elementos a temperatura ambiente, redondeados a partir de las fichas de la Royal Society of Chemistry: Li, Fe, Hg y Os. El osmio está entre los elementos más densos en condiciones ambientales; eso no significa que sea la sustancia más densa posible en cualquier condición.
Ejemplo resuelto: para 10,0 cm³ de litio, m = ρV = 0,534 g/cm³ × 10,0 cm³ = 5,34 g.
El mismo volumen de hierro tendría aproximadamente 7,87 × 10,0 = 78,7 g. Comparar masas exige fijar el volumen.
La frontera de 5 g/cm³ se utiliza a veces para separar metales «ligeros» y «pesados», pero no es una clasificación universal. IUPAC desaconseja «metal pesado» como término sin una definición acordada; no sustituye una descripción de densidad, composición o toxicidad. Criterio terminológico.
En muchas reacciones, un metal pierde electrones y da lugar a cationes. Sin embargo, sus compuestos no se reducen a sales con iones metálicos aislados: también hay óxidos, hidróxidos, compuestos covalentes y complejos. En agua, los cationes están rodeados por moléculas de disolvente.
Representa la combustión de magnesio en oxígeno una vez iniciada. Dos átomos de Mg y dos de O se conservan. Una oxidación es un cambio químico; no es lo mismo que fundir el metal. En aire pueden formarse otros productos además del óxido.
Es la ecuación iónica simplificada para magnesio en un ácido diluido no oxidante, como HCl. Los cloruros son espectadores. No todos los metales liberan hidrógeno de ese ácido: el cobre no se comporta como el magnesio en estas condiciones. La serie de actividad orienta; las capas superficiales y la velocidad de reacción también importan.
El óxido de cobre(II) consume ácido. No se debe extender este resultado a todos los óxidos metálicos: el estado de oxidación importa y CrO₃, por ejemplo, tiene carácter ácido. Óxidos de metales de transición.
NaOH y KOH son muy solubles en agua. Mg(OH)₂ es poco soluble, y la solubilidad de Ca(OH)₂ también es limitada: no todos los hidróxidos alcalinotérreos se disuelven abundantemente. Aun así, el hidróxido de magnesio reacciona con ácidos. Disolución y precipitación.
Al(OH)₃(s) + 3 H⁺(aq) → Al³⁺(aq) + 3 H₂O(l)
Al(OH)₃(s) + OH⁻(aq) → [Al(OH)₄]⁻(aq)
El hidróxido de aluminio se disuelve en un medio suficientemente ácido o en exceso de base fuerte. Se usa aquí una notación iónica simplificada: no se muestran todas las aguas de hidratación. Es un ejemplo de anfoterismo.
Las disoluciones de ciertas sales metálicas pueden ser ácidas porque sus iones hidratados transfieren protones al agua; ocurre con muchas sales de Al³⁺. El pH depende también del anión y de la concentración. Tampoco es correcto llamar «hidróxidos ácidos» a todos los compuestos de no metales con grupos OH: en los oxoácidos importa su estructura. Acidez y anfoterismo.
Estas ecuaciones explican transformaciones; no son instrucciones para realizar ensayos domésticos.
Nativo significa que el metal aparece en estado elemental, en vez de formar parte de un compuesto. Oro, plata, cobre, mercurio y metales del grupo del platino pueden presentarse así; también pueden encontrarse combinados. Metales muy reactivos, como sodio y calcio, se encuentran habitualmente en compuestos.
No existe una frontera absoluta basada solo en estar antes o después del hidrógeno en una serie de actividad. El hierro de origen meteorítico, a menudo aleado con níquel, es un contraejemplo a esa regla rígida. El entorno geológico, el acceso al oxígeno y al agua, y la cinética condicionan qué se conserva.
Ejemplos de presencia combinada: hierro en hematita, Fe₂O₃; calcio en calcita, CaCO₃; sodio en halita, NaCl. Son minerales que contienen esos elementos, no muestras del metal libre. Presencia y obtención · Hierro y procedencia meteorítica.
| Material | Componentes característicos | Qué enseña |
|---|---|---|
| Latón | Cobre y zinc | Dos metales pueden formar un material distinto de cada componente |
| Bronce de estaño | Cobre y estaño | Se especifica el tipo: no todos los bronces modernos tienen igual composición |
| Acero al carbono | Hierro y carbono | Una aleación puede incluir un no metal |
| Amalgama | Mercurio con otro metal, por ejemplo plata o estaño | El nombre describe una familia de aleaciones, no un único compuesto |
Una aleación es un material de carácter metálico formado por dos o más elementos, al menos uno de ellos metal. Muchas se fabrican fundiendo componentes, pero la fusión no es una condición de la definición ni todos los metales son completamente miscibles en cualquier proporción.
El sistema plomo–zinc presenta separación de líquidos en parte de su diagrama de fases. Tras solidificar, una aleación puede tener una o varias fases: un aspecto uniforme no demuestra una composición microscópicamente uniforme. Diagrama Pb–Zn.
El hierro forjado y muchos aceros de bajo carbono pueden deformarse antes de romperse. Muchas fundiciones grises son más frágiles, pero existen fundiciones dúctiles: no es correcto afirmar que toda fundición se rompe con cualquier flexión. Los tratamientos térmicos, como el temple de determinados aceros, cambian sus propiedades. Propiedades mecánicas · Hierro y aleaciones.
El cobre se trabajó desde la prehistoria, antes de la extensión de la metalurgia del hierro. Entre los metales conocidos en la Antigüedad se cuentan oro, plata, mercurio, cobre, estaño, hierro y plomo. Historia del cobre.
Una tradición alquímica relacionó esos siete metales con astros: oro–Sol, plata–Luna, mercurio–Mercurio, cobre–Venus, estaño–Júpiter, hierro–Marte y plomo–Saturno. Son asociaciones históricas y simbólicas, no una explicación de sus propiedades físicas ni la clasificación química actual. Tabla de símbolos alquímicos.
1. Un metal se transforma en alambre. ¿Qué propiedad aprovecha el proceso?
La ductilidad. Si se transforma en una hoja mediante compresión, se habla de maleabilidad.
2. ¿Qué masa corresponde a 4,00 cm³ de litio si ρ = 0,534 g/cm³?
m = ρV = 0,534 × 4,00 = 2,136 g, que se expresa como 2,14 g con tres cifras significativas.
3. Una muestra tiene 17,8 g y ocupa 2,00 cm³. ¿Cuál es su densidad?
ρ = m/V = 17,8/2,00 = 8,90 g/cm³. Esa cifra sola no identifica inequívocamente el metal.
4. Un átomo de sodio pierde un electrón. ¿Cambian sus protones?
No. Na tiene 11 protones y 11 electrones; Na⁺ tiene 11 protones y 10 electrones.
5. Completa: __ Mg(s) + O₂(g) → __ MgO(s).
2 Mg(s) + O₂(g) → 2 MgO(s). Hay dos átomos de Mg y dos de O a cada lado.
6. ¿El acero deja de ser una aleación porque contiene carbono, que no es metal?
No. Una aleación de carácter metálico puede contener elementos no metálicos; el acero contiene hierro y carbono.
7. ¿La presencia de calcio en CaCO₃ implica que el mineral contiene calcio metálico libre?
No. CaCO₃ es un compuesto; su calcio tiene estado de oxidación +2, distinto del estado elemental 0.
8. ¿Un hidróxido poco soluble puede comportarse como base?
Sí. Solubilidad y comportamiento ácido–base son propiedades distintas. Mg(OH)₂ es poco soluble en agua y reacciona con ácidos.
Consultadas el 7 de octubre de 2026. Ejemplos y ejercicios desarrollados por Editorial Ejemplode. Cada ficha enlaza la fuente correspondiente.