Enlace Metálico

Electrones deslocalizados

Cuando los átomos metálicos se enlazan entre sí, sus orbitales electrónicos de la capa externa se fusionan. Los electrones dejan de estar confinados en un átomo concreto y son libres de moverse dentro de los orbitales fusionados, que forman una región que se extiende por todo el metal. Decimos que estos electrones están deslocalizados y que forman un mar de deslocalización.

Atracción electrostática

Los átomos metálicos forman iones con carga positiva, puesto que ahora ya no están asociados a sus electrones de la capa externa.

Los iones positivos son atraídos hacia el mar negativo de electrones por atracción electrostática, de forma muy similar a la atracción que se produce en los compuestos iónicos. La atracción se extiende por todo el metal y forma así una estructura reticular gigante. Gigante" significa simplemente que está formado por un número grande pero indeterminado de átomos, y "enrejado" significa que contiene una disposición repetitiva.

Aunque el metal contiene iones positivos, en general no se han perdido electrones. Simplemente están deslocalizados dentro de la estructura del metal. Por tanto, los metales tienen una carga neutra y los representamos utilizando sólo su símbolo químico. Por ejemplo, la fórmula molecular del sodio es Na.

Fig. 1 - Diagrama de enlace de un metal

Volvamos a nuestro ejemplo del sodio, Na. El sodio tiene la configuración electrónica . Cuando los átomos de sodio se enlazan entre sí, sus orbitales 3s se fusionan y el electrón de valencia del orbital de cada átomo queda libre para moverse por la nueva región fusionada. Esto deja iones positivos con una carga de +1 rodeados por un mar de electrones deslocalizados, como se muestra a continuación.

Fig. 2 - El enlace en el sodio, Na. Cada ion de sodio es atraído al mar de deslocalización que le rodea por atracción electrostática

El berilio, en cambio, tiene la configuración electrónica y posee dos electrones de valencia. Cada átomo de berilio pierde dos electrones de su capa exterior para formar iones con una carga de +2.

Fig. 3 - El enlace en el berilio

Factores que afectan a la fuerza del enlace metálico

Algunos metales son mucho más fuertes que otros. Esto se debe a la diferencia en los niveles de atracción electrostática dentro de los distintos metales. Hay dos factores que afectan a la fuerza del enlace metálico, y ahora los exploraremos.

Carga sobre el ion

Un ion positivo con mayor carga se sentirá más atraído por el mar de electrones negativos que uno con menor carga. Recuerda que un enlace metálico es simplemente la atracción electrostática entre iones metálicos positivos y el mar de electrones deslocalizados, por lo que esto crea un enlace más fuerte.

El aluminio, por ejemplo, pierde tres electrones de valencia para formar un ion con una carga de +3. Sin embargo, el magnesio sólo pierde dos electrones para formar un ion con una carga de +2, por lo que tiene enlaces metálicos mucho más débiles.

Tamaño del ion

En los metales con iones más grandes, el núcleo positivo está mucho más alejado de los electrones deslocalizados. Esto debilita la atracción electrostática entre ellos. Por ejemplo, los iones positivos del magnesio y del calcio tienen ambos la misma carga, pero el calcio contiene iones mucho más grandes, por lo que sus enlaces metálicos son más débiles.

Propiedades de los metales

Debido a su disposición única de iones positivos dentro de un mar de electrones deslocalizados, los metales tienen ciertas propiedades que los diferencian de los compuestos iónicos y covalentes. Utilizamos el cobre, por ejemplo, para fabricar cables y tuberías. No utilizaríamos para ello compuestos iónicos como el cloruro sódico. Se disolverían si se humedecieran y no conducirían la electricidad cuando son sólidos. Además, los compuestos iónicos son frágiles y se rompen fácilmente si se les somete a tensión.

Sin embargo, los metales son muy diferentes.

• Tienen puntos de fusión y ebullición elevados. Esto se debe a la fuerza de su atracción electrostática, que se extiende por todo el metal. Cualquiera de los factores explorados anteriormente que aumentan la fuerza de la unión metálica incrementa los puntos de fusión y ebullición de un metal.
• Son dúctiles, lo que significa que pueden estirarse para formar alambres, y maleables, lo que significa que pueden martillearse para darles forma. Esto se debe a que los iones positivos forman filas regulares dentro del mar de electrones que pueden rodar unos sobre otros suavemente.
• No son quebradizos y , en general, son fuertes. De nuevo, esto se debe a que las filas de iones metálicos siguen manteniendo sus enlaces con los electrones deslocalizados cuando se deslizan unos sobre otros.
• Son buenos conductores del calor y la electricidad, ya que los electrones deslocalizados pueden moverse libremente por todo el metal y transportar una carga. Los metales que forman iones con cargas más altas tienen más electrones deslocalizados y, por tanto, son mejores conductores que los metales con iones menos cargados.
• Son insolubles.

Aleaciones

Sabemos que el sodio es relativamente blando. El hierro puro también lo es. Esto causa problemas a la hora de fabricar productos útiles a partir de metales. Los clavos de hierro no servirían de mucho si pudieras doblarlos y deformarlos fácilmente. Para hacer más resistentes los metales puros, los convertimos en aleaciones.

Los átomos de distinto tamaño del segundo elemento de una aleación alteran las filas regulares de iones metálicos, impidiendo que se deslicen tanto unos sobre otros, lo que los hace mucho más duros. El hierro suele contener cantidades cuidadosamente controladas de carbono, y el acero también es una aleación común hecha de hierro.

Fig. 4 - Los átomos de una aleación. Aquí, los átomos más pequeños alteran la estructura reticular regular de los átomos metálicos más grandes e impiden que se deslicen unos sobre otros. Esto refuerza el compuesto