No existe una única definición sencilla de lo que es un metal. Sin embargo, en general, cualquier elemento químico que presente «propiedades metálicas» se clasifica como metal. Entre las propiedades típicas de los metales se incluyen el brillo, la buena conductividad térmica y eléctrica, y la capacidad de ser moldeados o deformados de forma permanente a temperatura ambiente. La gran variedad de estas propiedades de los metales es precisamente lo que los hace adecuados para tantos usos diferentes en la vida cotidiana.
Los elementos químicos que carecen de estas propiedades típicas de los metales se clasifican como no metales. Un pequeño número de elementos, conocidos como metaloides, se comportan a veces como un metal y otras veces como un no metal. Entre los ejemplos de este grupo intermedio se encuentran el carbono, el fósforo, el silicio y el azufre.
Las diferentes propiedades de los metales pueden combinarse mezclando dos o más de ellos, lo que da lugar a una sustancia denominada aleación. Dado que los metales elementales puros suelen ser demasiado blandos para tener una utilidad práctica, gran parte de la metalurgia se centra en la formulación de aleaciones útiles. Al crear una aleación con una composición específica, es posible conseguir una propiedad metálica concreta, o un conjunto de propiedades, para una aplicación predeterminada.
El acero, por ejemplo, es una mezcla de hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos. Otras aleaciones, como el latón (cobre y zinc) y el bronce (cobre y estaño), son fáciles de moldear y tienen un aspecto atractivo. El bronce también se utiliza con frecuencia en la construcción naval, ya que resiste la corrosión provocada por el agua de mar.
Las propiedades de cada metal y aleación determinan el ámbito de aplicación de cada uno. El titanio es mucho más ligero y menos denso que el acero, pero igual de resistente. En comparación con el aluminio, es más pesado, pero el doble de resistente. El titanio también es muy resistente a la corrosión, y todas estas propiedades metálicas lo convierten en un material excelente. Las aleaciones de titanio se utilizan en aviones, barcos y naves espaciales, así como en pinturas, bicicletas e incluso ordenadores portátiles.
El cobre es un buen conductor de la electricidad y es dúctil, por lo que se utiliza ampliamente en cables eléctricos. El oro y la plata son muy maleables, dúctiles y, en gran medida, no reactivos, lo que los hace ideales para la joyería de diseño complejo. El oro es especialmente adecuado para este fin porque no se empaña y también puede utilizarse para conexiones eléctricas resistentes a la oxidación.
Tanto el hierro como el acero son duros y resistentes, por lo que se utilizan para construir puentes y edificios. Una desventaja del hierro es que tiende a oxidarse y, aunque la mayoría de los aceros también se oxidan, pueden fabricarse de forma que no se oxiden. El aluminio es un buen conductor del calor y es maleable, lo que lo hace útil para cacerolas y papel de aluminio, así como para los fuselajes de los aviones, gracias a su peso muy ligero.
La elección del material cobra especial importancia en entornos exigentes. El acero inoxidable y el acero galvanizado se utilizan cuando la resistencia a la corrosión es fundamental, mientras que las aleaciones de aluminio y de magnesio se eligen para aplicaciones que requieren tanto resistencia como ligereza.
En condiciones especialmente agresivas, las aleaciones de cobre y níquel, como el Monel, se utilizan en entornos altamente corrosivos y para aplicaciones no magnéticas. Las superaleaciones a base de níquel, como el Inconel, se utilizan en aplicaciones a alta temperatura, entre las que se incluyen turbocompresores, recipientes a presión e intercambiadores de calor. Cuando las temperaturas son extremadamente altas, se utilizan aleaciones monocristalinas para minimizar la fluencia.
Figura 1: Relación entre las propiedades de los metales, las ventajas en cuanto a rendimiento y las aplicaciones de ingeniería
Las propiedades te indican cómo se comporta un metal, pero cobran todo su sentido cuando ves de dónde proceden y cómo se aplican. Las demás guías de nuestra serie «Metal» completan el panorama. «Composición de los metales» explica cómo la composición química de un material determina sus propiedades en primer lugar, y «Clases de metales» muestra cómo esos materiales se clasifican en las familias que realmente se especifican y se compran. Para ver cómo se redactan y se acuerdan formalmente los requisitos de un material, lee «Especificaciones y normas de los metales», que abordan los documentos definitorios y los sistemas que hay detrás de ellos. Por último, «Equivalencias y referencias cruzadas de metales» explica cómo se corresponde una calidad de un sistema con su equivalente en otro, algo que depende directamente de las propiedades descritas aquí.
Entre las propiedades típicas de los metales se incluyen el brillo, una buena conductividad térmica y eléctrica, y la capacidad de ser moldeados o deformados de forma permanente a temperatura ambiente. La variación entre estas propiedades es lo que hace que los distintos metales sean adecuados para diferentes aplicaciones.
Los metales presentan las propiedades metálicas típicas, mientras que los no metales carecen de ellas. Los metaloides son elementos que, en ocasiones, se comportan como un metal y, en otras, como un no metal, ocupando una posición intermedia entre ambos.
Los metales elementales puros suelen ser demasiado blandos para su uso práctico. Al combinar dos o más metales se crea una aleación cuya composición puede adaptarse para obtener una propiedad específica, o una combinación de propiedades, para una aplicación concreta. El acero, el latón y el bronce son ejemplos comunes.
El acero inoxidable y el acero galvanizado se utilizan ampliamente en aplicaciones en las que la resistencia a la corrosión es importante. El bronce resiste la corrosión provocada por el agua de mar y es muy utilizado en la construcción naval, mientras que las aleaciones de cobre y níquel, como el Monel, ofrecen un buen rendimiento en entornos altamente corrosivos.
Las superaleaciones a base de níquel, como el Inconel, se utilizan en aplicaciones a alta temperatura, como turbocompresores, recipientes a presión e intercambiadores de calor. Para temperaturas extremadamente altas, se emplean aleaciones monocristalinas con el fin de minimizar la fluencia.
El titanio combina una baja densidad con una gran resistencia mecánica y una excelente resistencia a la corrosión. Es más ligero que el acero, pero tiene una resistencia comparable a esta, y aproximadamente el doble que el aluminio, por lo que se utiliza en aviones, barcos, naves espaciales, bicicletas y muchos otros productos.