El enlace metálico se forma entre los átomos de un metal que tienen una baja energía de ionización. Así, uno o varios electrones de cada átomo son fácilmente arrancados y pasan a forma parte de una especie de nube o gas electrónico, por el que se pueden mover con gran libertad, motivo por el que son buenos conductores eléctricos. Lo que se obtiene es una estructura cristalina formada por cationes, lo más empaquetados entre sí que puedan, rodeados por un "mar" de electrones. Esta estructura dota a los metales de sus propiedades características:
elevada densidad.
buenos conductores eléctricos y térmicos.
altos puntos de fusión y ebullición.
gran deformabilidad (las capas de cationes se deslizan fácilmente unas sobre otras).
gran ductilidad (capacidad de formar hilos, como el cobre).
gran maleabilidad (capacidad de formar láminas, como el aluminio).
facilidad para arrancarles electrones (efecto fotoeléctrico).
brillo.
La Teoría del Gas Electrónico no es satisfactoria, no en vano, para explicar las características de los semiconductores. Para ello es preciso recurrir a la Teoría de Bandas, la cual se sustenta sobre la extrapolación de la Teoría del Orbital Molecular entre un número muy elevado de átomos y, además, permite explicar todas las propiedades anteriores de forma aún más precisa.
Las fuerzas intermoleculares son la clave para entender ciertas irregularidades en algunas propiedades periódicas como los puntos de fusión o de ebullición. Éstas se deben esencialmente a la polaridad de ciertas moléculas. Entre las moléculas polares pueden darse dos tipos de fuerzas intermoleculares:
puentes de hidrógeno: enlaces por interacción eléctrica entre átomos de hidrógeno y otros no metales del grupo del (N, O, F), siempre pertenecientes a moléculas con gran desplazamiento parcial de carga a causa de la gran diferencia de electronegatividad de sus átomos constituyentes. Los enlaces que forman van de los 8 a los 40 KJ/mol.
fuerzas de Van der Waals: igualmente debidas a la atracción eléctrica dipolo-dipolo, su magnitud es menor, de hasta 30 KJ/mol, y se da entre cualquier combinación de átomos diferente a las posibilidades mencionadas en el punto anterior.
Las fuerzas de London o de dispersión se deben a interacciones entre dipolos instantáneos e inducidos. Se dan entre moléculas apolares y aumentan con el radio atómico, pues con ello aumenta su polarizabilidad; es decir, la probabilidad de que pueden fugazmente ver desplazada su nube electrónica de forma que se vean dotadas de dipolo instanténeo.
La electrólisis es un proceso por el que la circulación de una corriente eléctrica continua facilita una reacción electroquímica en dos electrodos situados en una disolución acuosa adecuada, de forma que, además de un cierto transporte de electrones, se produce también un desplazamiento de material desde el ánodo (polo positivo) al cátodo (polo negativo) a través de la disolución.
El vídeo que acompaña esta entrada muestra como reproducir un experimento de electrólisis con medios al alcance de cualquiera.
De alguna manera el proceso subyacente a la electrólisis es el contrario al de la pila o batería electroquímica. En la pila, una reacción electroquímica es favorecida y a consecuencia de ello se obtiene una diferencia de potencial entre dos electrodos. En la electrólisis, la corriente proveniente de una pila o fuente equivalente de tensión continua es la que está facilitando la reacción electroquímica con el consiguiente transporte de materia.
La electrólisis es un proceso que fue utilizado históricamente para encontrar experimentalmente la masa atómica de diferentes elementos químicos, todos ellos metálicos. Uno de los pioneros en el uso de esta técnica para la medida experimental de masas atómicas fue Micheal Faraday. Sus experimentos pusieron asimismo de relieve por primera vez de manera clara que la corriente eléctrica tiene que estar vinculada de alguna manera con la materia, ya que la acumulación de una es proporcional a la circulación de la otra.
Los experimentos de electrólisis a los que dedicó parte de su vida Micheal Faraday sirvieron para demostrar una cosa muy importante: la carga eléctrica estaba implícitamente imbuida en la materia. Faraday llegó a esta conclusión en el año 1834 tras realizar un experimento como el que se presenta en el vídeo de arriba.
La electrólisis consiste básicamente en someter a la circulación de una corriente eléctrica un montaje en el que tenemos dos terminales conductores (uno positivo, ánodo; y otro negativo, cátodo) en el seno de una disolución. En el experimento que presenta el vídeo tanto el cátodo como el ánodo son de cobre y la disolución acuosa contiene sulfato de cobre CuSO4.
En los experimentos de electrólisis la energía aportada por la batería eléctrica favorece que en el ánodo se arranquen dos electrones de los átomos de cobre en estado sólido para ser incorporados al flujo eléctrico, a la vez que el ión Cu++ resultante el disuelto en el medio acuoso. A su vez, en el cátodo ocurre la reacción electroquímica contraria, de forma que se combinan los iones de cobre con dos electrones procedentes del polo negativo de la pila y se van acumulando átomos de cobre que solidifican.
La consecuencia es clara. Pasado un tiempo suficiente puede comprobarse que la masa del ánodo ha disminuido y la masa del cátodo ha aumentado como consecuencia de la corriente eléctrica que ha estado circulando. Solamente por esto vemos la vinculación entre la cantidad de carga eléctrica y la materia, aunque no podamos entender todavía el detalle de la misma.
Pesando la masa del cátodo antes y después de la electrólisis (en el vídeo, la rejilla) obtenemos en cuánto ha aumentado. Si hemos utilizado un material del cual conocemos la masa atómica, tendremos el número de moles de material que se han acumulado. Según el tipo de reacción electroquímica que se esté produciendo tendremos el factor que nos dará el número de moles de electrones que han tenido que circular. En este caso este factor es dos, ya que cada dos electrones se combinan con un ion de cobre para solidificar.
Por otro lado se puede calcular la carga total transferida simplemente multiplicando la corriente eléctrica constante que se ha suministrado por el tiempo: Q = I · t. Tanto la corriente como el tiempo son magnitudes que pueden medirse.
El experimento puede repetirse muchas veces para diferentes corrientes aplicadas por intervalos de tiempo también diferentes, con materiales de los que se conozca la masa atómica y siempre se obtiene una misma relación: el cociente entre la carga total transferida y el número de moles de electrones que han circulado es un valor constante igual a 96485. A esta constante se la denominó constante de Faraday.
Una vez conocida el valor de la constante de Faraday, el mismo procedimiento puede ser empleado para obtener la masa atómica de otras sustancias metálicas.
En el momento en el que se halló la constante de Faraday todavía no se conocía la existencia de los electrones ni el modo en el que éstos estaban implicados en la estructura de la materia. No fue sino hasta el año 1909 que se pudo medir la carga del electrón y entonces se pudo establecer la relación entre ésta, el número de Avogadro y la constante de Faraday: F = NA·qe.
