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¿Por qué los metales conducen tan bien el calor y la electricidad? ¿Qué metales conducen mejor?

Las estructuras de los metales puros son fáciles de describir, ya que los átomos que forman estos metales pueden considerarse esferas perfectas idénticas. Más específicamente, la estructura metálica consiste en 'iones positivos alineados' (cationes) en un "mar" de electrones deslocalizados. Esto significa que los electrones pueden moverse libremente por la estructura y da lugar a propiedades como la conductividad.

¿Cuáles son los diferentes tipos de enlaces?


Enlaces covalentes

Un enlace covalente es un enlace que se forma cuando dos átomos comparten electrones. Ejemplos de compuestos con enlaces covalentes son agua , azúcar y dióxido de carbono.


Enlaces iónicos

El enlace iónico es la transferencia completa de electrones de valencia entre un metal y un no metal. Esto da como resultado dos iones con 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).


Enlaces metálicos

El enlace metálico es el resultado de la fuerza de atracción electrostática que se produce entre los electrones de conducción (en forma de una nube de electrones deslocalizados) y los iones metálicos cargados positivamente. Puede describirse como el intercambio de electrones libres entre una red de iones cargados positivamente (cationes). La unión metálica explica muchas propiedades físicas de los metales, como resistencia, ductilidad, resistividad y conductividad térmica y eléctrica, opacidad y brillo.


Electrones en movimiento deslocalizados en metales - Es el libre movimiento de los electrones en los metales lo que les da su conductividad.


Conductividad eléctrica

Los metales contienen electrones deslocalizados en movimiento libre. Cuando se aplica voltaje eléctrico, un campo eléctrico dentro del metal desencadena el movimiento de los electrones, haciéndolos cambiar de un extremo a otro del conductor. Los electrones se moverán hacia el lado positivo.


Conducción de calor

El metal es una buena conducción de calor. La conducción ocurre cuando una sustancia se calienta, las partículas ganarán más energía y vibrarán más. Estas moléculas luego chocan con partículas cercanas y les transfieren parte de su energía. Esto luego continúa y pasa la energía desde el extremo caliente al extremo más frío de la sustancia.


¿Por qué los metales conducen tan bien el calor?

Los electrones en el metal son electrones deslocalizados y son electrones de movimiento libre, por lo que cuando ganan energía (calor) vibran más rápidamente y pueden moverse, esto significa que pueden transmitir la energía más rápidamente.


¿Qué metales conducen mejor?


Arriba: Capa de electrones Oro (au), Plata (Ag), Cobre (Cu) y Zinc (Zn). La lógica haría que uno pensara que el oro es el mejor conductor que tiene un solo electrón orbital s en la última capa (tabla anterior) ... entonces, ¿por qué la plata y el cobre son realmente mejores (ver tabla a continuación)?



La plata tiene un radio atómico más grande (160 pm) que el oro (135 pm), ¡a pesar de que el oro tiene más electrones que la plata! Por una razón para esto.


Nota:

La plata es un 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 ubicamos aquí una de las mejores respuestas que hemos visto para aquellos familiarizados con el material.


"La plata se encuentra en el medio de los metales de transición aproximadamente a la mitad 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 orbital s electrón electrón de la capa exterior (el platino también lo hace, en la columna 10).


La estructura orbital de los electrones de estos elementos no 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 encuentran a medio camino entre ellos. En general, esto significa que no se necesita mucha energía para eliminar un electrón temporalmente o agregar uno temporalmente. Las afinidades electrónicas específicas y los potenciales de ionización son variados y, en lo que respecta a la conducción, es algo importante tener energías relativamente bajas para estos dos criterios.

Si esos fueran los únicos criterios, entonces el oro sería un mejor conductor que la plata, pero el oro tiene 14 electrones orbitales f adicionales debajo de los electrones orbitales 10 d y el único electrón orbital s. Los 14 electrones f se deben a los átomos adicionales en la serie de actínidos. Con 14 electrones adicionales aparentemente empujando hacia afuera los electrones dys, pensarías que el electrón s simplemente estaba sentado allí 'maduro' para la conducción (casi no se necesitaba energía para eliminarlo), pero NOOO. Los electrones orbitales f están empaquetados de tal manera que hace que el radio atómico del oro sea realmente 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 externos, por lo que la plata gana en el 'concurso' de conductividad. Recuerde, la fuerza debida a la carga eléctrica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Cuanto más cercanas estén juntas 2 cargas, mayor será la fuerza entre ellas.


Tanto el cobre como el platino tienen diámetros aún más pequeños; por lo tanto, más atracción del núcleo, por lo tanto, más energía para eliminar ese electrón-s solitario, por lo tanto, menor conductividad.


Otros elementos con un solo electrón s-orbital ahí afuera "listos para que venga el selector de conducción", también tienen radios atómicos más bajos (molibdeno, niobio, cromo, rutenio, rodio) que la plata.


Entonces, es principalmente donde se encuentra, donde la 'madre naturaleza' puso la plata en la tabla periódica, lo que dicta su excelente conductividad ".

Fuente: edinformatics


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