miniatura|Palleta de coure miniatura|Manganès miniatura|Mercuri Els metalls són els elements químics que poden formar cations i enllaços iònics. Els metalls constitueixen un dels grups principals d'elements, junt amb els no metalls, semimetalls i gasos nobles. En la taula periòdica, els elements que van en diagonal del bor al poloni es consideren semimetalls, els que se situen a l'esquerra són els metalls, i els que apareixen a la dreta són els no metalls.
Els metalls generalment són brillants, tenen densitat i punt de fusió alts, són dúctils, durs i bons conductors de l'escalfor i de l'electricitat. Aquestes propietats es deuen a l'enllaç metàl·lic propi dels metalls, on els electrons exteriors dels metalls estan lligats només lleugerament als àtoms, formant un “mar” d'electrons de gran mobilitat que “banya” tots els àtoms.
Detallant una mica més, la ciència de materials defineix un metall com un material en el qual dins la seva estructura electrònica, hi ha paquets comuns a la banda de valència i a la banda de conducció (enllaç metàl·lic). Això dona als metalls la capacitat de conduir fàcilment la calor i l'electricitat, i generalment la capacitat de reflectir la llum, fet que els dona la seva peculiar brillantor. En absència d'una estructura electrònica coneguda, s'usa el terme per descriure el comportament d'aquells materials en els quals, en certs intervals de pressió i temperatura, la conductivitat elèctrica disminueix al pujar la temperatura, en contrast del que passa amb els semiconductors.
El concepte de metall es refereix tant a elements purs, com a aliatges amb característiques metàl·liques, com són l'acer i el bronze.
Els metalls comprenen la major part de la taula periòdica dels elements i se separen dels no metalls per una línia diagonal entre el bor i el poloni. Es poden classificar en diverses sèries químiques:
Metalls alcalins Metalls alcalinoterris Lantànids Actínids Metalls de transició Metalls del bloc p, o altres metalls
En comparació amb els no metalls tenen baixa electronegativitat i baixa energia d'ionització, pel que és més fàcil que els metalls cedeixin electrons i més difícil que els guanyin.
En astrofísica es diu metall a tot element més pesant que l'heli.
Història miniatura|Eines de coure datades prop de 3000 aC. Antic Egipte.
Metalls com l'or, l'argent i el coure, van ser utilitzats des de la prehistòria.Eines prehistòriques de metall. Museu Britànic.(en anglès) Encara que al principi només es feien servir si es trobaven fàcilment en estat metàl·lic pur (en forma d'elements natius), a poc a poc es va anar desenvolupant la tecnologia necessària per obtenir nous metalls a partir dels seus minerals, fonent-los en un forn amb carbó de fusta.
El primer gran avenç es va produir al poder augmentar la temperatura del forn insuflant-hi aire (oxigen) per mitjà de tubs de canya,(en castellà) Orfebrería indígena prehispánica aconseguint el descobriment del bronze, fruit de la utilització de mineral de coure amb incursions d'estany, entre 3500 aC i 2000 aC, en diferents regions del planeta, sorgint l'anomenada edat del bronze, que passa a l'Edat de Pedra.
Un altre fet important en la història va ser el descobriment del ferro, cap a 1400 aC. Els hitites van ser un dels primers pobles a utilitzar-lo per a elaborar armes, com espases, i les civilitzacions que encara estaven en l'edat del bronze, com els egipcis o els aqueus, van pagar car el seu endarreriment tecnològic.
No obstant això, en l'antiguitat no se sabia arribar a la temperatura necessària per fondre el ferro, per la qual cosa s'obtenia un metall impur que havia de ser modelat a cops de martell. Cap a l'any 1400 dC es van començar a utilitzar els forns proveïts de manxa, que permeten arribar a la temperatura de fusió del ferro, uns 1.535 °C.
En el sistema anomenat farga catalana, que permetia obtenir un ferro de gran qualitat sense arribar a la fusió, l'aire s'injectava mitjançant una trompa d'aigua.
La invenció de l'alt forn va permetre obtenir grans quantitats de ferro colat, amb un contingut de carboni molt alt. Henry Bessemer va descobrir una manera de produir acer en grans quantitats amb un cost raonable. Després de nombrosos intents fallits, va donar amb un nou disseny de forn (el convertidor Thomas-Bessemer) i, a partir de llavors, va millorar la construcció d'estructures en edificis i ponts, passant el ferro a un segon pla.
Poc després es va utilitzar l'alumini i el magnesi, que van permetre desenvolupar aliatges molt més lleugers i resistents, molt utilitzats en aviació, transport terrestre i eines portàtils.
Els elements metàl·lics, així com la resta d'elements, es troben ordenats en un sistema anomenat taula periòdica. La majoria dels elements d'aquesta taula són metalls.
Els metalls es diferencien de la resta d'elements, fonamentalment en el tipus d'enllaç que constitueixen els seus àtoms. Es tracta d'un enllaç metàl·lic i en ell els electrons formen una "núvol" que es mou, envoltant tots els nuclis. Aquest tipus d'enllaç és el que els confereix les propietats de conducció elèctrica, lluïssor, etc.
Hi ha tota mena de metalls: metalls pesants, metalls preciosos, metalls ferrosos, metalls no ferrosos, etc. i el mercat de metalls és molt important en l'economia mundial.
El titani, és l'últim dels metalls abundants i estables amb els quals s'està treballant, i s'espera que, en poc temps, l'ús de la tecnologia del titani es generalitzi.
Propietats químiques miniatura|La gran resistència del metall al costat de la facilitat del seu treball el fan un material excel·lent per a qualsevol construcció, a la imatge el Pont de La Vicaria, sobre el Segura construït en acer corten.
El metalls tenen tendència a formar cations perdent electrons en reaccionar amb l'oxigen de l'aire per a formar òxids. La velocitat de reacció varia des del ferro que es rovella durant anys, fins al potassi que es consumeix en segons.
Exemples: 4Na + O₂ → 2Na₂O (òxid de sodi) 2Ca + O₂ → 2CaO (òxid de calci) 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ (òxid d'alumini)
Els metalls de transició, com el ferro, el coure, el zinc i el níquel, triguen molt temps a oxidar-se, altres com el pal·ladi, el platí o l'or no s'oxiden perquè no reaccionen amb l'atmosfera. Alguns metalls formen una barrera d'òxid a la seva superfície que evita que ja no puguin penetrar més molècules d'oxigen, com l'alumini, alguns acers i el titani. L'òxid dels metalls és habitualment de tipus bàsic mentre que els dels no-metalls acostumen a ser de tipus àcid. La pintura, l'anoditzat o el revestiment són tècniques que permeten prevenir la corrosió dels metalls.
Propietats físiques miniatura|Cristalls de gal·li.
En general, els metalls presenten una gran conductivitat elèctrica i tèrmica, lluïssor i alta densitat, a més presenten la propietat de deformar-se sense fracturar-se quan són sotmesos a esforços. També hi ha diversos metalls, els alcalins i els alcalinoterris, que tenen una baixa densitat, duresa i punt de fusió, a més són extremadament reactius i per això és estrany de trobar-los en forma d'element metàl·lic.
Els metalls tenen certes propietats físiques característiques, entre elles són conductors de l'electricitat. La majoria d'ells són de color grisenc, però alguns presenten colors diferents, el bismut (Bi) és rosaci, el coure (Cu) vermellós i l'or (Au) groc. En altres metalls apareix més d'un color, aquest fenomen s'anomena policromat.
Altres propietats serien: Mal·leabilitat: capacitat dels metalls de fer-se làmines en ser sotmesos a esforços de compressió. Ductilitat: propietat dels metalls de modelar en filferro i fils en ser sotmesos a esforços de tracció. Tenacitat: resistència que presenten els metalls a trencar-se o en rebre forces brusques (cops, etc.) Resistència mecànica: capacitat per a resistir esforç de tracció, compressió, torsió i flexió sense deformar ni trencar-se.
Solen ser opacs o de brillantor metàl·lic, tenen alta densitat, són dúctils i mal·leables, tenen un punt de fusió alt, són durs, i són bons conductors (calor i electricitat).
La ciència de materials defineix un metall com un material en el qual hi ha un encavalcament entre la banda de valència i la banda de conducció en la seva estructura electrònica (enllaç metàl·lic). Això li dona la capacitat de conduir fàcilment calor i electricitat, i generalment la capacitat de reflectir la llum, la qual cosa li dona la seva peculiar brillantor.
Teoria del gas electrònic Els metalls tenen certes propietats físiques característiques: a excepció del mercuri són sòlids en condicions ambientals normals, solen ser opacs i brillants, tenir alta densitat, ser dúctils i mal·leables, tenir un punt de fusió alt, ser durs, i ser bons conductors de la calor i l'electricitat.
Aquestes propietats es deuen al fet que els electrons exteriors estan lligats només «lleugerament» als àtoms, formant una mena de gas (també anomenat «gas electrònic", "núvol electrònic" o "mar d'electrons»), que es coneix com a enllaç metàl·lic. Drude i Lorentz, van proposar aquest model cap a 1900.Élie Lévy, 1993. Diccionari Akal de física. Pàgina 380.
Mitjançant la teoria del «gas electrònic" podem explicar per què els metalls són tan bons conductors de la calor i l'electricitat, però cal comprendre la naturalesa de l'enllaç entre els seus àtoms.
Un primer intent per explicar l'enllaç metàl·lic consistir a considerar un model en el qual els electrons de valència de cada metall es podien moure lliurement en la xarxa cristal·lina. D'aquesta manera, el reticle metàl·lic es considera constituït per un conjunt d'ions positius (els nuclis envoltats per la seva capa d'electrons) i electrons (els de valència), en lloc d'estar formats per àtoms neutres.
En definitiva, un element metàl·lic es considera que està constituït per cations metàl·lics distribuïts regularment i immersos en un «gas electrònic» de valència deslocalitzats, actuant com un aglutinant electroestàtic que manté units als cations metàl·lics.
El model del «gas electrònic" permet una explicació qualitativa senzilla de la conductivitat elèctrica i tèrmica dels metalls. Atès que els electrons són mòbils, es poden traslladar des de l'elèctrode negatiu al positiu quan el metall se sotmet a l'efecte d'una diferència de potencial elèctric. Els electrons mòbils també poden conduir la calor transportant l'energia cinètica d'una part a una altra del vidre. El caràcter dúctil i mal·leable dels metalls està permès pel fet que l'enllaç deslocalitzat s'estén en totes les direccions, és a dir, no està limitat a una orientació determinada, com succeeix en el cas dels sòlids de xarxes covalents.
Quan un vidre metàl·lic es deforma, no es trenquen enllaços localitzats, en comptes d'això, el mar d'electrons simplement s'adapta a la nova distribució dels cations, i l'energia de l'estructura deformada similar a l'original. L'energia necessària per a deformar un metall com el liti és relativament baixa, sent, com és lògic, molt major la que es necessita per a deformar un metall de transició, perquè aquest últim té molts més electrons de valència que són l'aglutinant electroestàtic dels cations.
Mitjançant la teoria del «gas electrònic" es poden justificar de forma satisfactòria moltes propietats dels metalls, però no és adequada per explicar altres aspectes, com la descripció detallada de la variació de la conductivitat entre els elements metàl·lics.
Densitat