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1 de Diciembre de 2014
Química

Fases de Zintl

A medio camino entre las sales y los metales, la posibilidad de ajustar al detalle las propiedades nanoscópicas de estos compuestos exóticos promete todo un abanico de aplicaciones técnicas.

Se ha obtenido experimentalmente una estructura de germanio cuya geometría recuerda a la de los hidratos de gas, una forma de hielo muy porosa. Formada por una mezcla de dodecaedros regulares y hexadecaedros de mayor tamaño (violeta), representa una forma alotrópica del germanio desconocida hasta hace poco (los colores ilustran diferentes capas poliédricas huecas). [CORTESÍA DE THOMAS F. FÄSSLER]

En síntesis

Las aleaciones como el bronce, cuyos componentes se hallan muy próximos en la tabla periódica, presentan el mismo tipo de enlace que los metales puros. Los electrones más externos de cada átomo forman un «mar» que se extiende por todo el sólido.

Sin embargo, cuando los metales del borde izquierdo de la tabla se combinan con otros situados más a la derecha, los electrones se reparten de manera desigual y aparecen iones con cargas opuestas, como en las sales. Estos compuestos se denominan fases de Zintl.

Los aniones correspondientes constan a menudo de agrupaciones de varios átomos. Estas pueden unirse entre sí en etapas sucesivas y dar lugar a estructuras mayores, así como combinarse con metales de transición, tierras raras o incluso compuestos orgánicos.

Todo ello permite diseñar nanopartículas cuyas propiedades pueden ajustarse a voluntad: una característica que promete un sinnúmero de aplicaciones en la fabricación de células fotovoltaicas, catalizadores o piezas básicas para futuros ordenadores cuánticos.

Las diferencias entre metales y sales parecen palmarias. Los primeros son brillantes, opacos y se dejan deformar con facilidad; las segundas forman cristales más o menos transparentes que se parten al golpearlos con un martillo. Los metales conducen la corriente eléctrica; las sales, cuando se encuentran en estado sólido, son aislantes. También desde un punto de vista químico muestran unos y otras grandes diferencias. Por regla general, las sales se forman al combinar un metal y uno o varios no metales, los cuales aparecen siempre en una proporción relativa fija. Los metales, en cambio, o se encuentran en estado puro o, si se trata de aleaciones, suelen corresponder a mezclas homogéneas con proporciones muy variables de sus componentes.

La mayor parte de las sales se disuelven en líquidos polares como el agua. Un ejemplo familiar lo hallamos en el cloruro de sodio, o sal común, en el que cada átomo de sodio cede un electrón a uno de cloro. Tanto en solución acuosa como en su forma cristalina, existen iones de sodio con carga positiva e iones cloruro con carga negativa. En estado sólido, dichos iones forman una red; disueltos, los cationes y aniones correspondientes gozan de libertad de movimiento, por lo que pueden conducir la electricidad. Sin embargo, los electrones que toman parte en los enlaces metálicos se distribuyen de manera uniforme por todo el sólido. Y, en las aleaciones comunes, como el bronce o el latón, solo existen diferencias mínimas entre las cargas de los átomos (cobre y estaño o cobre y zinc, en estos casos), por lo que sus componentes no pueden disolverse en los solventes habituales.

Esas diferencias comenzaron a ponerse en tela de juicio a finales del siglo XIX, cuando los avances en criogenia brindaron la posibilidad de licuar amoníaco y los químicos observaron que algunos metales sí podían disolverse en él. El sodio, por ejemplo, daba lugar a soluciones de un color azul intenso. En 1891, Alexander Joannis comprobó que, al añadir plomo, este también se disolvía y la solución inicialmente azul adoptaba una tonalidad verde. A principios del siglo XX, Charles A. Kraus investigó las propiedades electroquímicas de dichas disoluciones. Para su sorpresa, halló que contenían iones metálicos positivos y también negativos. El investigador concluyó que estos últimos debían ser átomos de plomo que habían aceptado electrones del sodio.

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