¿Qué es una aleación de metal?
¿Sabía usted que la mayoría de los «metales» que utilizamos no son en realidad metales? Más que metales, estos materiales son aleaciones y están por todas partes a nuestro alrededor. Desde los empastes dentales hasta los aviones, las aleaciones son una parte importante de nuestro día a día. Aprende qué es exactamente una aleación y cómo se fabrica aquí.
¿Qué es un metal?
Un metal es el elemento químico puro, como el que encontrarías en la tabla periódica. 91 de los 118 elementos de la tabla periódica son metales – lo que los convierte en algunos de los elementos más abundantes del mundo.
En la tabla periódica, todos los elementos se dividen en metales y no metales. Lo que hace que algo sea un «metal» es que se produce naturalmente en la naturaleza, tiene un brillo, son buenos conductores del calor y la electricidad, y son mucho más densos que los no metales.
Hay 5 categorías principales de metales:
- Metales básicos
- Metales ferrosos
- Metales nobles
- Metales preciosos
- Metales pesados
Metales básicos
Los metales básicos son muy comunes en la corteza terrestre, y por su cantidad son baratos. Los metales básicos se diferencian de los demás metales porque son los que más fácilmente se corroen u oxidan. Son extremadamente reactivos y cosas como el oxígeno, el agua, los ácidos y el hecho de estar junto a un metal diferente pueden hacer que se corroan. (Aprenda más sobre por qué los metales se oxidan aquí.)
Hay algunas definiciones diferentes de «metal base». En minería y economía, los metales básicos son los metales que no entran en ninguna de las otras categorías como el cobre, el plomo, el zinc y el níquel.
Metales ferrosos
Metales ferrosos significa que el metal contiene hierro. Los metales no ferrosos son generalmente más caros, porque son de menor peso, más conductores, no magnéticos y resistentes a la corrosión. Los metales no ferrosos incluyen el aluminio, el cobre, el plomo, el níquel, el estaño y el zinc.
Metales nobles
Los metales nobles son famosos por ser resistentes a la corrosión y a la oxidación, a diferencia de los metales básicos. Suelen ser metales raros o preciosos. Los científicos no se ponen de acuerdo sobre la categorización exacta de cada elemento de la tabla periódica, pero los metales más acordados que entran en la categoría «noble» son el oro, la plata, el rutenio, el rodio, el paladio, el osmio, el iridio y el platino. Aunque algunos metales preciosos son metales nobles, y los metales nobles suelen ser caros debido a sus variados usos (en el arte, la alta tecnología, la joyería), los términos «metal noble» y «metal precioso» no son sinónimos.
Metales preciosos
Los metales preciosos son elementos raros que se encuentran de forma natural en la corteza terrestre. Los más famosos son el oro y la plata, pero otros metales preciosos son el rutenio, el rodio, el paladio, el osmio, el iridio y el platino. A pesar de ser el tercer elemento más común de la Tierra, y el metal más abundante, el aluminio fue considerado durante algún tiempo como un metal precioso. Esto se debe a que era muy difícil extraerlo de forma fiable de sus diversos minerales.
Algunos de los invitados más importantes de Napoleón III recibieron cubiertos de aluminio, mientras que los visitantes más humildes tuvieron que comer con escasos utensilios de plata. El precio bajó significativamente después de 1882 y la invención de nuevos procesos para la generación eléctrica comercial facilitó significativamente la extracción de aluminio.
Metales pesados
Los metales pesados se definen como muy densos. ¡Eso es todo! Se han propuesto definiciones más específicas, pero la comunidad científica aún no se ha decantado por ninguna. ¡Algunos metales pesados son notoriamente tóxicos, mientras que otros son muy importantes para consumir en su dieta en cantidades traza! Algunos de los metales pesados, como el cadmio, el mercurio y el plomo, son extremadamente tóxicos. Por otro lado, metales como el hierro, el cobalto y el zinc desempeñan funciones muy importantes en el organismo. El resto de los metales pesados como el galio, el talio, el rutenio, el indio y la plata son bastante inofensivos. ¡Puede encontrar metales pesados en particular en el uso de todo el lugar! Se utilizan en palos de golf, coches, antisépticos, hornos autolimpiables, plásticos, paneles solares, teléfonos móviles, chips de ordenador e incluso en los aceleradores de partículas de las centrales nucleares.
¿Qué es una aleación metálica?
Las aleaciones, por su parte, son materiales fabricados por el hombre. Se fabrican combinando un elemento metálico con otra cosa. Las aleaciones pueden implicar la combinación de un metal con metales, no metales, o ambos.
El hierro fundido es un gran ejemplo de una aleación no metálica (que es un poco engañoso, porque todas las aleaciones tienen «metal» – se refiere al segundo o añadido ingrediente). El hierro es una mezcla de hierro y carbono. Puede tener entre un 2 y un 3% de carbono. (¡Aprenda más sobre el hierro fundido y el hierro forjado aquí!)
¡Las aleaciones también reciben a veces nombres divertidos! Como Alnico, una aleación de hierro, aluminio, níquel, cobalto, cobre y/o titanio. Algunos de sus nombres son una amalgama de los nombres de los agentes de aleación. Otras veces simplemente se hacen tan populares que obtienen su propio nombre que suena más «cotidiano», como hierro forjado.
Realmente se pueden encontrar aleaciones en todas partes. De hecho, pueden ser más comunes que sus primos «metales» puros.
Las encontrará en los empastes dentales (amalgama), en las pastillas de las guitarras (alnico), en los instrumentos musicales o en los pomos de las puertas (latón), en las joyas (oro blanco), en las obras de arte (estatuas de bronce), en los coches y los aviones (duraluminio), en las armas (bronce de cañón), en la electrónica (soldadura), en las centrales nucleares (magnox), en los edificios (acero) e incluso en la mesa del comedor (estaño).
¡Hay más de 160 aleaciones diferentes conocidas!
Estructuras de las aleaciones metálicas
Cuando el metal se amplía a través de un microscopio electrónico, los átomos aparecen en una estructura de red cristalina. En esta estructura también se encuentran los agentes de aleación. Normalmente, hay dos tipos de estructuras de aleación: aleaciones de sustitución y aleaciones intersticiales. Las aleaciones de sustitución se producen cuando los átomos de un agente de aleación sustituyen a los átomos de un metal principal. Las aleaciones intersticiales, por otro lado, se producen cuando los alógenos se forman debido a que los agentes de aleación son más pequeños que el metal principal.
¿Cómo se hacen las aleaciones de metales?
Hay 3 métodos principales para crear aleaciones metálicas:
- Calentamiento y fusión
- Metalurgia de polvos
- Implantación de iones
Calentamiento y fusión
El calentamiento y la fusión es uno de los métodos más utilizados para crear aleaciones. En realidad no es muy diferente de cocinar¡
Se funde el metal padre (el metal con mayor % de la aleación), y cualquier otro metal se funde hasta que se convierte en líquido. A continuación, se vierten unos en otros y se mezclan, y se deja que se enfríen en algo llamado «solución sólida». Algo así como un bloque de metal sólido equivalente a mezclar sal en el agua hasta que se disuelve.
Metalurgia de polvos
La metalurgia de polvos es muy interesante, es probablemente lo más parecido a la alquimia que tenemos hoy en día.
¡Primero, el metal madre y los agentes de aleación deben convertirse en polvos! Hay varios métodos principales para hacerlo:
El proceso de hierro esponja es la más antigua de las técnicas de pulverización. El mineral se mezcla con algo llamado brisa de coque (que es lo que queda del carbón después de quemarlo), y cal para hacer un azufre especial que evite la contaminación con el metal madre en polvo.
La mezcla de coque y cal (¡no como los cócteles!) y el mineral se colocan en un tambor especial, el coque y la cal intercalando el mineral entre ellos.
Entonces el tambor se sobrecalienta en un horno. Los ingredientes dejan un objeto con aspecto de «bizcocho» y una escoria. En los siguientes pasos, el polvo final se separa de la escoria y se tritura para darle una forma de «polvo» más uniforme.
¡El polvo se calienta y se supercomprime para formar una aleación!
Otras formas de convertir los metales madre en polvo es mediante la atomización (casi como la que utilizan las centrales nucleares), en la que el metal fundido se empuja a través de un tubo muy estrecho -lo que lo hace a alta presión. Se inyecta un gas en la corriente de metal hirviendo exactamente cuando sale de este tubo, la combinación de la presión, la temperatura y las moléculas de gas separa los átomos del metal.
Los polvos se mezclan entonces, y se funden juntos en una «solución sólida»!
El polvo de hierro creado con el proceso de hierro esponja es el más barato en el mercado mundial!
Implantación de iones
El último método común para crear aleaciones es la implantación de iones.
Los «iones» provienen de la electricidad, por lo que el método de implantación de iones implica una «fuente de iones» (que sólo crea electricidad, básicamente), un acelerador donde los iones se aceleran realmente muy rápido (la fricción, y el giro rápido crea calor que acelera las moléculas), y una cámara de destino donde los iones son arrojados después de que hayan terminado.
El método de implantación de iones es realmente mejor para crear piezas muy pequeñas de metal. Es el método más común para crear semiconductores en los chips de los ordenadores.
Aquí hay una animación de este proceso:
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