Un enlace metálico es una unión química entre átomos en un cristal metálico. Dichos átomos se agrupan muy cerca unos a otros, tanto que comparten sus electrones de valencia, produciendo estructuras compactas y muy resistentes.
Los metales poseen propiedades específicas que son diferentes de las de otras sustancias. Estas propiedades son resistencia, plasticidad, maleabilidad, puntos de fusión comparativamente altos, capacidad para reflejar la luz, alta conductividad térmica y alta conductividad eléctrica. Estas propiedades se deben a la existencia en los metales de un enlace metálico.
Todas las propiedades mencionadas están relacionadas con el hecho de que los iones cargados positivamente en los metales están unidos por un enlace metálico. Este tipo de unión se realiza mediante la atracción de electrones que se desplazan libremente en el cristal.
Característica de un enlace metálico
Los metales poseen una cantidad de electrones de valencia pequeña, que se desprende fácilmente de sus propios núcleos, ya que están unidos a ellos de forma bastante débil. De esta forma, los electrones llenan todo el espacio de los orbitales que interactúan, lo que significa que, como se mencionó anteriormente, su movimiento en la red cristalina se produce sin dificultades.
La condición esencial para la formación de estos enlaces es que se presenten orbitales atómicos libres y electrones de valencia que, por las bajas energías de ionización, pueden desprenderse fácilmente del núcleo. Consecuentemente, se puede constituir un enlace metálico entre átomos o entre iones en la red cristalina.
No se debe confundir enlace metálico con aleaciones, que son composiciones homogéneas de diferentes metales, o de metales junto con otros elementos.
Propiedades de una sustancia metálica
En los metales bastantes de sus propiedades características son debido a los enlaces metálicos, su solidez, resistencia, maleabilidad, plasticidad y ductilidad. La buena conducción calórica y eléctrica de los metales, se debe a la disposición particular de los electrones en forma de nube alrededor de los núcleos, permitiendo la movilidad en todo el conjunto.
También el brillo de los metales se debe a ello, ya que este tipo de unión química rechaza casi toda la energía lumínica que los impacta, es decir, brillan.
Redes cristalinas de sustancias con un enlace metálico
La red cristalina se puede llamar el “armazón” de una sustancia, y los electrones se mueven entre sus nodos. Su forma en los metales no siempre es la misma, dependiendo de la sustancia, se diferencian entre ellas.
- Para los metales alcalinos, es característica una red cristalina centrada en el cuerpo. Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba, entre otros.
- En una red cúbica centrada en las caras, los átomos están ubicados en los vértices del cubo y en el centro de cada cara. α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co, entre otros.
- En una red hexagonal, los átomos se ubican en los vértices y en el centro de las bases hexagonales del prisma, y tres átomos se ubican en el plano medio del prisma. Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca, entre otros.
- Mercurio tiene una celosía romboédrica.
Características de los enlaces metálicos
No direccionalidad (isotropía)
Dentro del cristal, el movimiento de los electrones sucede en cualquier dirección, pueden unirse a cualquiera de los iones en los nodos de la estructura.
Multielectronismo
Se crea un enlace metálico utilizando todos los electrones de valencia disponibles.
Deslocalización
Con la ayuda de este enlace, gran cantidad de átomos de cristal se conectan a la vez. La densidad de electrones se deslocaliza y se distribuye de manera uniforme en el cristal.
Ejemplos de enlace metálico
Los enlaces metálicos, se puede decir, son la base del mundo de los metales, por ende, cualquier elemento metálico puro es muestra perfecta de esto.
En otras palabras, cualquier fragmento puro de: zinc (Zn), paladio (Pd), oro (Au), níquel (Ni), platino (Pt), cadmio (Cd), galio (Ga), aluminio (Al), hierro (Fe), titanio (Ti), plomo (Pb), cobre (Cu), iridio (Ir), cobalto (Co) o plata (Ag), cuando no se halle mezclado con otros metales y elementos, se mantendrá unido mediante enlaces metálicos.
Modelo de enlace
Tenemos dos modelos que nos explican cómo se forma el enlace metálico. Uno es el modelo de bandas y el otro el modelo de la nube de electrones.
Modelo de la nube de electrones
Este modelo explica que los átomos metálicos pierden sus electrones de valencia, quedando así deslocalizados en continuo movimiento en una nube electrónica que incluye todos los átomos del metal. Por lo tanto, la estabilidad del enlace metálico se debe a las atracciones electroestáticas entre los electrones y cationes de esta nube.
En el enlace metálico, los electrones no corresponden a ningún átomo fijo. Así mismo, la nube electrónica es común a todos los restos atómicos que forman la red, es decir, es un enlace no dirigido.
Se debe aclarar que los átomos cuando pierden los electrones, no son verdaderamente iones, ya que los electrones se mantienen dentro de la red, perteneciendo a todos los restos positivos.
Este modelo es bastante simple y se utiliza para interpretar numerosas propiedades de los metales; aunque posee ciertas limitaciones, especialmente en la explicación de la diferente conductividad de algunos metales.
Teoría de bandas
Esta teoría menciona un modelo más desarrollado para explicar la formación del enlace metálico; se basa en la teoría de los orbitales moleculares. Este modelo conserva que los orbitales de la banda de valencia se combinan para constituir dos orbitales nuevos cuando 2 átomos se enlazan, siendo parte de la molécula entera.
Un orbital llamado antienlazante (con mayor energía) y el otro orbital llamado enlazante (con menor energía). Si se combinaran 3 átomos, se formarían 3 orbitales moleculares, teniendo una diferencia de energía entre ellos menor que en el otro caso.
Generalmente, cuando se combinan una cantidad de orbitales de otros tantos átomos, se obtienen una cantidad de orbitales moleculares de energía muy cercana entre sí, formando lo que llamamos una banda.
En los metales tenemos un número muy grande de orbitales atómicos para crear enlaces deslocalizados que formen parte de toda la red metálica (como si se tratara de una gran molécula).¡
Esto dado porque el número de orbitales moleculares es tan grande, forman una banda en la que los niveles de energía, como se mencionó anteriormente, están muy próximos.
En los metales se forman dos bandas. Una capa, denominada banda de conducción, siendo la primera capa vacía; y otra, nombrada banda de valencia, en la cual se localizan los electrones de esta.
