Los metales son elementos o compuestos con una conductividad excelente tanto para la electricidad como para el calor, lo que los hace útiles para una amplia gama de propósitos prácticos. La tabla periódica actualmente contiene 91 metales, y cada uno tiene sus propias propiedades específicas. Las propiedades eléctricas, magnéticas y estructurales de los metales pueden cambiar con la temperatura y, por lo tanto, proporcionan propiedades útiles para dispositivos tecnológicos. Comprender los impactos de la temperatura en las propiedades de los metales le da una apreciación más profunda de por qué están tan ampliamente utilizados en el mundo moderno.
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La temperatura afecta al metal de muchas maneras. Una temperatura más alta aumenta la resistencia eléctrica de un metal, y una temperatura más baja lo reduce. El metal calentado experimenta expansión térmica y aumenta de volumen. El aumento de la temperatura de un metal puede hacer que se someta a una transformación de fase alotrópica, que altera la orientación de sus átomos constituyentes y cambia sus propiedades. Finalmente, los metales ferromagnéticos se vuelven menos magnéticos cuando pueden calentarse y pierden su magnetismo por encima de la temperatura de Curie.
Dispersión y resistencia de electrones
A medida que los electrones fluyen a través del grueso de un metal, se dispersan entre sí y también fuera de los límites del material. Los científicos llaman a este fenómeno "resistencia". Un aumento en la temperatura les da a los electrones más energía cinética, aumentando su velocidad. Esto conduce a una mayor cantidad de dispersión y una mayor resistencia medida. Una disminución en la temperatura conduce a una reducción en la velocidad del electrón, disminuyendo la cantidad de dispersión y la resistencia medida. Los termómetros de hoy en día usan el cambio en la resistencia eléctrica de un cable para medir los cambios en la temperatura.
Expansión térmica
Un aumento en la temperatura conduce a un pequeño aumento en la longitud, el área y el volumen de un metal, llamado expansión térmica. La magnitud de la expansión depende del metal específico. La expansión térmica resulta del aumento de las vibraciones atómicas con la temperatura, y la consideración de la expansión térmica es importante en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, al diseñar tuberías en baños, los fabricantes deben tener en cuenta los cambios estacionales en la temperatura para evitar estallar tuberías.
Transformaciones de fases alotrópicas
Las tres fases principales de la materia se llaman sólidas, liquido y gas Un sólido es una matriz densamente empaquetada de átomos con una particular simetría de cristal conocida como alótropo. Calentar o enfriar un metal puede conducir a un cambio en la orientación de los átomos, con respecto a los demás. Esto se conoce como una transformación de fase alotrópica. Un buen ejemplo de una transformación de fase alotrópica se ve en el hierro, que va desde la fase alfa a temperatura ambiente hasta el hierro de fase gamma a 912 grados Celsius (1,674 grados Fahrenheit). La fase gamma del hierro, que es capaz de disolver más carbono que la fase alfa, facilita la fabricación de acero inoxidable.
Magnetismo reductor
Los metales espontáneamente magnéticos se denominan materiales ferromagnéticos. Los tres metales ferromagnéticos a temperatura ambiente son hierro, cobalto y níquel. Calentar un metal ferromagnético reduce su magnetización, y finalmente pierde por completo su magnetismo. La temperatura a la que un metal pierde su magnetización espontánea se conoce como la temperatura de Curie. El níquel tiene el punto Curie más bajo de los elementos individuales y deja de ser magnético a 330 grados Celsius (626 grados Fahrenheit), mientras que el cobalto permanece magnético hasta 1.100 grados Celsius (2,012 grados Fahrenheit).
