METALES Y ELECTRONES

Los átomos de los elementos químicos, de acuerdo con sus propiedades, se dividen en metales y no metales.

Tanto en metales como en no metales, los causantes de las fuerzas de enlace son los electrones encontrados en niveles externos de los átomos conocidos como electrones de valencia.

Para explicar estos enlaces se emplean modelos que ayudan a entender el comportamiento de los electrones de valencia.

Metales

Los átomos que forman un metal están unidos entre sí mediante el enlace metálico; por ejemplo: los átomos que forman un pedazo de alambre de cobre están unidos entre sí debido al enlace metálico.

Para entender cómo se forma este enlace se parte de la representación de un átomo de cobre (Cu) eléctricamente neutro.

La carga del átomo de Cu resulta de la suma algebraica de sus protones (cargas +) y sus electrones (cargas –).

Carga = 29 protones + 29 electrones = 0

Carga = 29 (+) + 29 (–) = 0

Por tanto, el átomo de Cu es eléctricamente neutro y se representa como Cu0.

No metales

Los átomos que forman la molécula de un no metal están conectados mediante enlaces covalentes; por ejemplo: el oxígeno, cuya molécula está formada por dos átomos unidos entre sí mediante dos enlaces covalentes. Se representa O2.

Otra forma de representar un átomo de Cu es:

La representación anterior se simplifica diciendo que el átomo de Cu está formado por un ion positivo y un electrón. En muchos materiales sólidos, las partículas que los forman (átomos, moléculas o iones) se encuentran ordenadas en el espacio, formando lo que se conoce como una red cristalina.

Red cristalina de un metal

La red cristalina de un metal se representa mediante una red de iones positivos (relativamente fijos), rodeada por electrones que se mueven con facilidad a través de la misma. Estos electrones se conocen como electrones libres.

Interior de un metal.

En los metales la conductividad eléctrica es elevada debido a la movilidad de los electrones libres.

Red de un no metal

En la red cristalina de un no metal como el diamante carbono (C), los electrones del último nivel se encuentran relativamente fijos formando enlaces covalentes.

La conductividad eléctrica en los no metales es baja debido a que los electrones que forman los enlaces están, relativamente, fijos.

Red cristalina del diamante.

Conclusión:

Los materiales que tienen electrones libres son conductores eléctricos; por ejemplo: cobre, plata y oro.

Los materiales cuyos electrones de valencia están relativamente fijos formando enlaces no son conductores eléctricos. Estos materiales se conocen como aislantes; por ejemplo: oxígeno (O2), azufre (S8), diamante (C).

IONES Y ELECTRÓLITOS

Los electrólitos son sustancias que cuando se disuelven en agua se disgregan en sus iones. Éstas son partículas que tienen carga y movilidad por estar en solución acuosa; por ejemplo: la sal de mesa se separa en sus iones Na+ y Cl– cuando se disuelve en agua.

Debido a que estas disoluciones contienen partículas con carga (iones + y –) y con movilidad, son conductoras de la electricidad y se conocen como electrólitos.

Los no electrólitos son sustancias que al disolverse en agua se separan en sus moléculas. Éstas tienen movilidad por estar en solución acuosa, pero son eléctricamente neutras (no tienen carga); por ejemplo: el azúcar se separa en moléculas cuando al ser disuelta en agua.

Estos líquidos y disoluciones llamados no electrólitos tienen partículas con movilidad sin carga; por tanto, no son conductores de electricidad.

Proceso de electrólisis.

En la disolución de un electrólito, los iones se mueven al azar. Si se construye una celda electrolítica, los iones se moverán hacia los electrodos en direcciones definidas por la polaridad de la pila y se produce una reacción química por el paso de la corriente eléctrica (CD).

(Nota: en lugar de ejemplificar con NaCl en disolución, se hará con NaCl fundido [líquido], porque al estar ausente el agua se comprende con más facilidad lo que sucede con los iones en una celda electrolítica).

Esto se lee así: Dos iones sodio (Na+) más dos iones cloruro (Cl–) se transforman mediante el proceso de electrólisis (paso de una CD) en dos átomos de sodio metálico y una molécula de cloro gaseoso.

En resumen:

  • Las disoluciones se dividen en electrólitos y no electrólitos.
  • En los electrólitos existen iones (partículas con carga) que tienen movilidad.
  • La conductividad eléctrica en los electrólitos se debe a la presencia de iones con carga y movilidad.
  • La conductividad eléctrica se presenta en los materiales que tienen partículas con carga y movilidad.

Aplicaciones. Las reacciones electrolíticas tienen numerosas aplicaciones: se utilizan en el cromado y plateado de metales (recubrimiento de metales con otros metales); en la obtención de algunos metales a partir de su mineral; en la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno; en la obtención de algunas sustancias, etcétera.

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