¿Por qué los metales conducen tan bien el calor y la electricidad? ¿Qué metales conducen mejor?
Estructura de los metales
Las estructuras de los metales puros son sencillas de describir ya que los átomos que forman estos metales pueden ser considerados como esferas perfectas idénticas. Más concretamente, la estructura metálica consiste en «iones positivos alineados» (cationes) en un «mar» de electrones deslocalizados. Esto significa que los electrones son libres de moverse por toda la estructura, y da lugar a propiedades como la conductividad.
¿Cuáles son los diferentes tipos de enlaces?
Los enlaces covalentes
Un enlace covalente es un enlace que se forma cuando dos átomos comparten electrones. Ejemplos de compuestos con enlaces covalentes son el agua, el azúcar y el dióxido de carbono.
Los enlaces iónicos
El enlace iónico es la transferencia completa de electrones de valencia entre un metal y un no metal. Esto da lugar a dos iones de carga opuesta que se atraen entre sí. En los enlaces iónicos, el metal pierde electrones para convertirse en un catión con carga positiva, mientras que el no metal acepta esos electrones para convertirse en un anión con carga negativa. Un ejemplo de enlace iónico sería la sal (NaCl).
Enlace metálico
El enlace metálico es el resultado de la fuerza de atracción electrostática que se produce entre los electrones de conducción (en forma de nube electrónica de electrones deslocalizados) y los iones metálicos cargados positivamente. Puede describirse como el reparto de electrones libres entre una red de iones con carga positiva (cationes). El enlace metálico explica muchas de las propiedades físicas de los metales, como la resistencia, la ductilidad, la resistividad y la conductividad térmica y eléctrica, la opacidad y el brillo.
Electrones móviles deslocalizados en los metales —
Es el movimiento libre de los electrones en los metales lo que les da su conductividad.
Conductividad eléctrica
Los metales contienen electrones deslocalizados en libre movimiento. Cuando se aplica una tensión eléctrica, un campo eléctrico dentro del metal desencadena el movimiento de los electrones, haciendo que se desplacen de un extremo a otro del conductor. Los electrones se moverán hacia el lado positivo.
Conducción del calor
El metal es un buen conductor del calor. La conducción se produce cuando una sustancia se calienta, las partículas ganan más energía y vibran más. Estas moléculas chocan con las partículas cercanas y les transfieren parte de su energía. Esto continúa y pasa la energía desde el extremo caliente hasta el extremo más frío de la sustancia.
¿Por qué los metales conducen tan bien el calor?
Los electrones de los metales son electrones deslocalizados y se mueven libremente, por lo que cuando ganan energía (calor) vibran más rápidamente y pueden moverse, lo que significa que pueden transmitir la energía más rápidamente.
¿Qué metales conducen mejor?
Arriba: Capas de electrones de oro (au), plata (Ag), cobre (Cu) y zinc (Zn). La lógica hace pensar que el oro es el mejor conductor al tener un solo electrón orbital s en la última capa (gráfico de arriba)… entonces, ¿por qué la plata y el cobre son en realidad mejores (véase la tabla de abajo)?
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Conductividad de los metales
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>S/m
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| Plata | 6.30×10 7 |
| Cobre | 5,96×10 7 |
| Oro | 4.10×10 7 |
| Aluminio | 3,50×10 7 |
| Zinc | 1.69×10 7 |
La plata tiene un radio atómico mayor (160 pm) que el oro (135 pm), ¡a pesar de que el oro tiene más electrones que la plata! Para saber la razón de esto, ver el comentario de abajo.
Nota: La plata es mejor conductor que el oro, pero el oro es más deseable porque no se corroe. (El cobre es el más común porque es el más rentable) La respuesta es un poco complicada y aquí emplazamos una de las mejores respuestas que hemos visto para los conocedores del material..
«La plata se encuentra en medio de los metales de transición, aproximadamente a medio camino entre los gases nobles y los metales alcalinos. En la columna 11 de la tabla periódica, todos estos elementos (cobre, plata y oro) tienen un solo electrón de orbital s de la capa exterior (el platino también lo tiene, en la columna 10).
La estructura orbital de los electrones de estos elementos tampoco tiene una afinidad particular para ganar un electrón o perder un electrón hacia los gases nobles que son más pesados o más ligeros, porque se sitúan a medio camino. En general, esto significa que no se necesita mucha energía para quitar un electrón temporalmente, o añadir uno temporalmente. Las afinidades específicas de los electrones y los potenciales de ionización son variados, y en cuanto a la conducción, tener energías relativamente bajas para estos dos criterios es algo importante.
Si esos fueran los únicos criterios, entonces el oro sería un mejor conductor que la plata, pero el oro tiene 14 electrones orbitales f extra por debajo de los 10 electrones orbitales d y el único electrón orbital s. Los 14 electrones f se deben a los átomos adicionales de la serie de los actínidos. Con 14 electrones extra aparentemente empujando a los electrones d y s, uno pensaría que el electrón s está ahí «maduro» para la conducción (apenas se necesita energía para sacarlo), pero NOOO. Los electrones del orbital f están empaquetados de tal manera que el radio atómico del oro es en realidad MÁS PEQUEÑO que el radio atómico de la plata, no por mucho, pero es más pequeño. Un radio más pequeño, significa más fuerza del núcleo sobre los electrones exteriores, por lo que la plata gana en el «concurso» de conductividad. Recuerda que la fuerza debida a la carga eléctrica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Cuanto más cerca estén 2 cargas, mayor será la fuerza entre ellas.
Tanto el cobre como el platino tienen diámetros aún más pequeños; por lo tanto, más fuerza desde el núcleo, por lo tanto, más energía para desprender ese único electrón s, por lo tanto, menor conductividad.
Otros elementos con un solo electrón orbital s que está «listo para que llegue el recolector de conducción», también tienen radios atómicos más bajos (molibdeno, niobio, cromo, rutenio, rodio) que la plata.
Así pues, es principalmente el lugar en el que se encuentra, el lugar en el que la «madre naturaleza» colocó la plata en la tabla periódica, lo que dicta su excelente conductividad.»
Fuente de tlbs101 Yahoo