| Núcleo | Complemento |
|---|---|
| 1 Compare las propiedades físicas generales de los metales y no metales, incluyendo: (a) conductividad térmica (b) conductividad eléctrica (c) maleabilidad y ductilidad (d) puntos de fusión y ebullición | |
| 2 Describa las propiedades químicas generales de los metales, limitadas a sus reacciones con: (a) ácidos diluidos (b) agua fría y vapor (c) oxígeno |
Metales
IGCSE Química · Tema 9
13:43
Metales
¿Por qué extraemos oro del suelo en forma de brillantes pepitas, pero el hierro solo como roca opaca y oxidada? Y ¿por qué una lata de refresco nunca se oxida, mientras que un clavo de sí sí? El…
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9.1
Propiedades de los metales
Syllabus
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Propiedades físicas
Los metales 金属 y los no metales 非金属 se comportan de manera muy diferente:
| Propiedad | Metales | No metales |
|---|---|---|
| conductividad térmica 导热性 (conducción del calor) | buena | pobre |
| conductividad eléctrica 导电性 | buena | pobre (excepto el grafito) |
| maleabilidad 展性 y ductilidad 延性 | maleables y dúctiles | frágiles 易碎 (se rompen) |
| punto de fusión 熔点 y punto de ebullición 沸点 | generalmente alto | generalmente bajo |
Propiedades químicas
Los metales reaccionan de tres formas principales:
- con ácidos 酸 diluidos → una sal 盐 + hidrógeno 氢气
- con agua fría o vapor 蒸汽 → un hidróxido metálico (u óxido) + hidrógeno
- con oxígeno 氧气 → un óxido 氧化物 metálico
Explorar
Enlace metálico
Los iones positivos se sitúan en un mar de electrones deslocalizados — por eso los metales conducen y se doblan. Empuja las capas y el enlace se mantiene.
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Laboratorio de propiedades metálicas
Asocia las propiedades de los metales al modelo de partículas.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| copper/ˈkɒpə/ | 铜 | tóng |
| ore/ɔː/ | 矿石 | kuàng shí |
| electrolysis/ɪlekˈtrɒləsɪs/ | 电解 | diàn jiě |
| hematite/ˈhemətaɪt/ | 赤铁矿 | chì tiě kuàng |
9.2
Usos de los metales
Syllabus
| Fundamental | Suplementario |
|---|---|
| 1 Describir los usos de los metales en función de sus propiedades físicas, incluyendo: (a) el aluminio en la fabricación de aeronaves debido a su baja densidad; (b) el aluminio en la fabricación de cables eléctricos aéreos debido a su baja densidad y buena conductividad eléctrica; (c) el aluminio en recipientes alimenticios debido a su resistencia a la corrosión; (d) el cobre en el cableado eléctrico debido a su buena conductividad eléctrica y ductilidad |
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Un metal se elige para un trabajo específico debido a sus propiedades físicas.
- El aluminio 铝 se utiliza para fabricar aeronaves debido a su baja densidad 密度 (es ligero).
- El aluminio se utiliza para cables eléctricos aéreos debido a su baja densidad y buena conductividad eléctrica.
- El aluminio se utiliza para recipientes de alimentos porque resiste la corrosión 腐蚀.
- El cobre 铜 se utiliza para cableado eléctrico debido a su buena conductividad eléctrica y su ductilidad (puede estirarse en forma de alambre).
Explorar
Laboratorio de uso de metales
Elija la propiedad que explica cada uso del metal.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| metals/ˈmetlz/ | 金属 | jīn shǔ |
| non-metals/nɒn ˈmetlz/ | 非金属 | fēi jīn shǔ |
| thermal conductivity/ˈθɜːml kɒndəkˈtɪvɪti/ | 导热性 | dǎo rè xìng |
| electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ | 导电性 | dǎo diàn xìng |
| malleability/ˌmæləˈbɪlɪti/ | 展性 | zhǎn xìng |
| ductility/dʌkˈtɪlɪti/ | 延性 | yán xìng |
| brittle/ˈbrɪtl/ | 易碎 | yì suì |
| melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ | 熔点 | róng diǎn |
| boiling point/ˈbɔɪlɪŋ pɔɪnt/ | 沸点 | fèi diǎn |
| acids/ˈæsɪdz/ | 酸 | suān |
| salt/sɒlt/ | 盐 | yán |
| hydrogen/ˈhaɪdrədʒn/ | 氢气 | qīng qì |
| steam/stiːm/ | 蒸汽 | zhēng qì |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | 氧气 | yǎng qì |
| oxide/ˈɒksaɪd/ | 氧化物 | yǎng huà wù |
| aluminium/ˌæljʊˈmɪnɪəm/ | 铝 | lǚ |
| density/ˈdensɪti/ | 密度 | mì dù |
9.3
Aleaciones
Syllabus
| Central | Suplemento |
|---|---|
| 1 Describir una aleación como una mezcla de un metal con otros elementos, incluyendo: (a) el latón como una mezcla de cobre y zinc (b) el acero inoxidable como una mezcla de hierro y otros elementos como cromo, níquel y carbono | |
| 2 Indicar que las aleaciones pueden ser más duras y resistentes que los metales puros, resultando más útiles | 5 Explicar, en términos estructurales, cómo las aleaciones pueden ser más duras y resistentes que los metales puros debido a que los átomos de diferente tamaño impiden que las capas se deslicen unas sobre otras |
| 3 Describir los usos de las aleaciones en función de sus propiedades físicas, incluido el uso del acero inoxidable en cubiertos debido a su dureza y resistencia al óxido | |
| 4 Identificar representaciones de aleaciones a partir de diagramas estructurales |
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Una aleación 合金 es una mezcla 混合物 de un metal con uno o más otros elementos.
- El latón 黄铜 es una mezcla de cobre y zinc 锌.
- El acero inoxidable 不锈钢 es una mezcla de hierro 铁 con otros elementos como cromo 铬, níquel 镍 y carbono 碳.
Las aleaciones suelen ser más duras y fuertes que los metales puros, lo que las hace más útiles. Por ejemplo, el acero inoxidable se utiliza para cubiertos porque es duro y no se oxida.
Por qué las aleaciones son más duras. En un metal puro, los átomos 原子 tienen todos el mismo tamaño, por lo que las capas 层 pueden deslizarse unas sobre otras fácilmente. En una aleación, los átomos de diferentes tamaños impiden que las capas se deslicen, por lo que la aleación es más dura y fuerte.
Explorar
Laboratorio de propiedades de aleaciones
Ver por qué mezclar átomos cambia las propiedades del metal.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| alloy/ˈælɔɪ/ | 合金 | hé jīn |
| mixture/ˈmɪkstʃə/ | 混合物 | hùn hé wù |
| brass/bræs/ | 黄铜 | huáng tóng |
| zinc/zɪŋk/ | 锌 | xīn |
| stainless steel/ˈsteɪnləs stiːl/ | 不锈钢 | bù xiù gāng |
| carbon/ˈkɑːbən/ | 碳 | tàn |
| atoms/ˈætəmz/ | 原子 | yuán zi |
| layers/ˈleɪəz/ | 层 | céng |
9.4
Serie de reactividad
Syllabus
| Núcleo | Complemento |
|---|---|
| 1 Enunciar el orden de la serie de reactividad como: potasio, sodio, calcio, magnesio, aluminio, carbono, zinc, hierro, hidrógeno, cobre, plata y oro | 4 Describir las reactividades relativas de los metales en términos de su tendencia a formar iones positivos, mediante reacciones de desplazamiento, si las hubiera, con los iones acuosos de magnesio, zinc, hierro, cobre y plata |
| 2 Describir las reacciones, si las hubiera, de: (a) potasio, sodio y calcio con agua fría (b) magnesio con vapor de agua (c) magnesio, zinc, hierro, cobre, plata y oro con ácido clorhídrico diluido y explicar estas reacciones en función de la posición de los metales en la serie de reactividad | |
| 3 Deducir un orden de reactividad a partir de un conjunto dado de resultados experimentales | |
| 5 Explicar la aparente inreactividad del aluminio en términos de su capa de óxido |
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La serie de reactividad 金属活动性顺序 enumera los metales en orden de su reactividad. Se incluyen el carbono y el hidrógeno para fines de comparación:
potasio 钾, sodio 钠, calcio 钙, magnesio 镁, aluminio, carbono, zinc, hierro, hidrógeno, cobre, plata, oro
(más reactivo en la parte superior, menos reactivo en la parte inferior)
Cuanto más alto esté un metal en la serie, más fácilmente forma iones 离子 positivos. Esto explica sus reacciones:
- El potasio, el sodio y el calcio reaccionan con agua fría.
- El magnesio reacciona con vapor (pero solo muy lentamente con agua fría).
- El magnesio, el zinc y el hierro reaccionan con ácido clorhídrico diluido; el cobre, la plata y el oro no reaccionan.
Reacciones de desplazamiento
Un metal más reactivo desplazará a un metal menos reactivo de una solución de sus iones (una reacción de desplazamiento 置换反应). Por ejemplo, el zinc desplaza al cobre de la solución de sulfato de cobre(II), porque el zinc es más reactivo que el cobre:
$$\text{Zn} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu}$$
Esté preparado para describir lo que vería, ya que esas son marcas separadas:
- El color azul de la solución se desvanece: los iones azules $\text{Cu}^{2+}$ se están consumiendo (el sulfato de zinc es incoloro).
- Un sólido rosa-marrón recubre el zinc: ese es el cobre desplazado.
- El zinc gris se disuelve y disminuye de tamaño.
- La mezcla se calienta: el desplazamiento es exotérmico.
Las reacciones de metal con ácido tienen su propia lista de observaciones: efervescencia 泡腾 (la salida del hidrógeno) y el sólido se disuelve. Con óxido de cobre(II) o carbonato y ácido, añada que la solución se vuelve azul. Nunca escriba "se desprende hidrógeno" como una observación: no puede ver el gas, solo las burbujas, así que escriba efervescencia.
Ejemplo resuelto. El zinc y el aluminio se encuentran ambos como óxidos. ¿Cuál se puede extraer calentándolo con carbono y por qué? Encuentre la posición de cada metal en relación con el carbono en la serie de reactividad. El zinc está debajo del carbono, por lo que el carbono es el más reactivo de los dos y puede quitarle el oxígeno: el óxido de zinc se reduce al calentarlo con carbono. El aluminio está por encima del carbono, por lo que el carbono no es lo suficientemente reactivo para desplazarlo, y el aluminio debe extraerse mediante electrólisis en cambio: por eso el aluminio cuesta mucho más extraerse. La línea en la serie que decide el método es la del carbono, no la parte superior de la lista.
El caso especial del aluminio
El aluminio parece menos reactivo de lo que sugiere su posición. Esto se debe a que está cubierto por una capa delgada y resistente de óxido 氧化层 que impide que otras sustancias lleguen al metal que hay debajo.
Explorar
Desplazamiento y la serie de reactividad
Pasa paso a paso por un desplazamiento. Un metal más reactivo desplaza a uno menos reactivo de su compuesto, lo cual es exactamente lo que predice la serie de reactividad.
Vocabulario
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| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| reactivity series/rɪəkˈtɪvɪti ˈsɪəriːz/ | 金属活动性顺序 | jīn shǔ huó dòng xìng shùn xù |
| potassium/pəˈtæsɪəm/ | 钾 | jiǎ |
| sodium/ˈsəʊdɪəm/ | 钠 | nà |
| calcium/ˈkælsɪəm/ | 钙 | gài |
| magnesium/mæɡˈniːzɪəm/ | 镁 | měi |
| ions/ˈaɪɒnz/ | 离子 | lí zi |
| displacement reaction/dɪˈspleɪsmənt rɪˈækʃn/ | 置换反应 | zhì huàn fǎn yìng |
| oxide layer/ˈɒksaɪd ˈleɪə/ | 氧化层 | yǎng huà céng |
9.5
Corrosión de los metales
Syllabus
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Enunciar las condiciones necesarias para el oxidado del hierro y el acero que formen óxido de hierro(III) hidratado | |
| 2 Enunciar algunos métodos de barrera comunes, incluyendo la pintura, el engrasado y el recubrimiento con plástico | 4 Describir el uso del zinc en el galvanizado como ejemplo de un método de barrera y protección sacrificial |
| 3 Describir cómo los métodos de barrera previenen el oxidado al excluir el oxígeno o el agua | 5 Explicar la protección sacrificial en términos de la serie de reactividad y en términos de pérdida de electrones |
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Oxidación 生锈 es la corrosión del hierro y el acero. Se necesitan dos cosas para que se produzca la oxidación: oxígeno (del aire) y agua. El óxido 铁锈 formado es óxido de hierro(III) hidratado.
Evitar la oxidación
Los métodos de barrera 隔离法 mantienen el oxígeno y el agua lejos del hierro:
- Pintura, engrase (recubrimiento con aceite) y revestimiento con plástico.
Galvanizado 镀锌 significa recubrir el hierro con una capa de zinc. Esto funciona de dos maneras:
- Actúa como barrera (el zinc mantiene fuera el aire y el agua);
- Proporciona protección sacrificial 牺牲保护. Dado que el zinc es más reactivo que el hierro, el zinc pierde electrones 电子 y se corroe en lugar del hierro, incluso si la superficie está rayada.
Explorar
Por qué se oxida el hierro — y cómo evitarlo
Paso a paso por el proceso de oxidación. El hierro necesita AGUA Y OXÍGENO, y una vez que comienza, la oxidación se desprende para exponer metal fresco — lo cual es la razón por la que protegemos el hierro.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| corrosion/kəˈrəʊʒn/ | 腐蚀 | fǔ shí |
| iron/ˈaɪən/ | 铁 | tiě |
| chromium/ˈkrəʊmɪəm/ | 铬 | gè |
| nickel/ˈnɪkl/ | 镍 | niè |
| rusting/ˈrʌstɪŋ/ | 生锈 | shēng xiù |
| rust/rʌst/ | 铁锈 | tiě xiù |
| barrier methods/ˈbærɪə ˈmeθədz/ | 隔离法 | gé lí fǎ |
| galvanising/ˈɡælvənaɪzɪŋ/ | 镀锌 | dù xīn |
| sacrificial protection/ˌsækrɪˈfɪʃl prəˈtekʃn/ | 牺牲保护 | xī shēng bǎo hù |
| electrons/ɪˈlektrɒnz/ | 电子 | diàn zi |
9.6
Extracción de metales
Syllabus
| Núcleo | Suplemento |
|---|---|
| 1 Describir la facilidad para obtener metales a partir de sus minerales, en relación con la posición del metal en la serie de reactividad | |
| 2 Describir la extracción del hierro a partir de la hematita en el alto horno, limitado a: (a) la combustión del carbono (coque) para proporcionar calor y producir dióxido de carbono (b) la reducción del dióxido de carbono a monóxido de carbono (c) la reducción del óxido de hierro(III) por monóxido de carbono (d) la descomposición térmica del carbonato de calcio/piedra caliza para producir óxido de calcio (e) la formación de escoria. No se requieren ecuaciones simbólicas | 4 Indicar las ecuaciones simbólicas para la extracción del hierro a partir de la hematita (a) $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$ (b) $\text{C} + \text{CO}_2 \rightarrow 2\text{CO}$ (c) $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$ (d) $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$ (e) $\text{CaO} + \text{SiO}_2 \rightarrow \text{CaSiO}_3$ |
| 3 Indicar que el principal mineral del aluminio es la bauxita y que el aluminio se extrae por electrólisis | 5 Describir la extracción del aluminio a partir de la bauxita purificada/óxido de aluminio, incluyendo: (a) el papel de la criolita (b) por qué los ánodos de carbono necesitan ser reemplazados regularmente (c) las reacciones en los electrodos, incluidas las semiecuaciones iónicas. No se requieren detalles sobre la purificación de la bauxita |
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Cómo se extrae un metal de su menca 矿石 depende de su lugar en la serie de reactividad. Los metales por debajo del carbono se pueden extraer calentándolos con carbono (que elimina el oxígeno). Los metales por encima del carbono son demasiado reactivos para este método y deben extraerse mediante electrólisis 电解.
Hierro en el horno de alto horno
El hierro se extrae de su menca hematita 赤铁矿 (óxido de hierro(III)) en un horno de alto horno 高炉:
- El carbono (coque) arde en aire caliente para producir dióxido de carbono y mucho calor.
- Este dióxido de carbono 二氧化碳 reacciona con más carbono para formar monóxido de carbono 一氧化碳.
- El monóxido de carbono reduce el óxido de hierro(III) a hierro (esto es una reducción 还原).
- La piedra caliza 石灰石 (carbonato de calcio) se descompone con el calor para formar óxido de calcio 氧化钙.
- El óxido de calcio reacciona con impurezas arenosas para formar escoria 炉渣, que se retira.
Aluminio por electrólisis
El aluminio se extrae de su menca bauxita 铝土矿 (purificada a óxido de aluminio) mediante electrólisis:
- El óxido de aluminio se disuelve en criolita 冰晶石 fundida para reducir su punto de fusión y ahorrar energía.
- En el cátodo 阴极, los iones de aluminio ganan electrones para formar metal de aluminio.
- En el ánodo 阳极, se forma oxígeno. Este oxígeno reacciona con los ánodos de carbón calientes y los consume, por lo que deben reemplazarse periódicamente.
Explorar
Extracción de hierro en el horno alto
El hierro está por debajo del carbono en la reactividad, por lo que el carbono puede reducir su mineral al metal.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| blast furnace/blæst ˈfɜːnɪs/ | 高炉 | gāo lú |
| carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ | 二氧化碳 | èr yǎng huà tàn |
| carbon monoxide/ˈkɑːbən mʌˈnɒksaɪd/ | 一氧化碳 | yī yǎng huà tàn |
| reduction/rɪˈdʌkʃn/ | 还原 | huán yuán |
| limestone/ˈlaɪmstəʊn/ | 石灰石 | shí huī shí |
| calcium oxide/ˈkælsɪəm ˈɒksaɪd/ | 氧化钙 | yǎng huà gài |
| slag/slæɡ/ | 炉渣 | lú zhā |
| bauxite/ˈbɔːksaɪt/ | 铝土矿 | lǚ tǔ kuàng |
| cryolite/ˈkraɪəlaɪt/ | 冰晶石 | bīng jīng shí |
| cathode/ˈkæθəʊd/ | 阴极 | yīn jí |
| anode/ˈænəʊd/ | 阳极 | yáng jí |
| effervescence/ˌefəˈvesəns/ | 泡腾 | pào téng |
9.6
Consejos para el examen
- Memorice la serie de reactividad (potasio → oro). Un metal más reactivo desplaza a un menos reactivo de una solución de sus iones.
- Los metales por encima del carbono se extraen mediante electrólisis; aquellos por debajo del carbono (como el hierro) se pueden extraer calentándolos con carbono.
- La oxidación necesita tanto agua como oxígeno. Los métodos de barrera (pintura, aceite) los mantienen fuera; el galvanizado también proporciona protección sacrificial, porque el zinc más reactivo se corroe en lugar del hierro.
- Las aleaciones son más duras que los metales puros porque los átomos de diferentes tamaños impiden que las capas de iones se deslicen unas sobre otras.
Lecciones interactivas sobre este tema
Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.