Historia de los metales

Los metales son elementos químicos puros de la tabla periódica extraídos de la tierra que se pueden combinar con otros para crear aleaciones metálicas. La metalurgia es la ciencia que estudia estos metales, su extracción, procesado y sus diferentes reacciones químicas como la corrosión. Por otro lado, la siderurgia es más específica y se centra en las técnicas empleadas en el hierro y sus aleaciones, así como en las diferentes formas en las que aparece en la naturaleza: meteóricas, óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos y sulfuros. Las aleaciones son combinaciones de metales entre sí o con otros elementos que permiten aumentar las capacidades de los metales, como la dureza, la resistencia mecánica, la conductividad eléctrica y térmica, la resistencia a la corrosión y a la oxidación.

Materiales férreos
Compuestos de hierro y sus aleaciones. El hierro es el metal más abundante del planeta, ya que es el principal material de su núcleo. Es el segundo en cuanto a cantidad en la corteza terrestre de la que forma el 5%. Sin embargo, el hierro puro tiene escasas aplicaciones, la mayoría relacionadas con su carácter magnético. Su fragilidad respecto a otros metales hace que lo habitual sea utilizarlo como fundición o aleación, siendo el acero y sus diferentes variables las más representativas. Las fundiciones son aleaciones férricas que contienen otros metales, otros elementos como el carbono y cantidades variables de níquel, cromo, titanio, silicio y manganeso entre otros muchos. Existen varios tipos según sus características mecánicas, su dureza y ductilidad. Las aleaciones más conocidas del hierro son los aceros, conocidos por su variedad y versatilidad. El acero es una aleación con casi un 99% de hierro y carbono que está presente en todos los medios de transporte modernos y en las construcciones de hormigón armado.

Materiales no férreos.
Son aquellos minerales o aleaciones sin hierro presente. Son más difíciles de obtener y, por tanto, más caros. Entre ellos se encuentra el aluminio, el metal más abundante en la corteza terrestre, de la que forma parte en un 8,2%. Los metales no férreos presentan propiedades como resistencia a la corrosión y buena conductividad eléctrica y térmica, fundiendo a temperaturas bajas. Esto hace que sean materiales más blandos, dúctiles y de reducida resistencia mecánica, por lo que suelen utilizarse en aleaciones. Se clasifican normalmente en tres grupos según su peso:

• Pesados: cobre, estaño, plomo, níquel, zinc, cobalto y aleaciones como el bronce y el latón (aleación de cobre y zinc)
• Ligeros: titanio y aluminio
• Ultraligeros: berilio y magnesio.

La evolución de las técnicas constructivas y del fuego permitió hace 5.000 años la adaptación de hornos con capacidad térmica como para fundir metales, lo que supuso poder trabajar con metales más duros y moldes, que permitían hacer réplicas. A partir de ese momento surgieron elementos de metal y sus aleaciones con características que no tenían los materiales anteriores: dureza, resistencia a la tracción, tenacidad y ductilidad. Al igual que otros materiales, el metal ha evolucionado en cuanto a su uso. De representar objetos de prestigio e identidad en los grupos sociales, fue variando con su conocimiento por parte del ser humano a crear útiles, al igual que se iban conociendo las diferentes materias primas. En la actualidad, podemos decir que sus usos son casi inagotables.

El uso inicial y principal de los metales fundidos fue la creación de herramientas y armas para la caza y la defensa: hachas, espadas, agujas, cuchillos, punzones, cascos, fíbulas y recipientes. Posteriormente, se fueron incluyendo otros usos que aún perduran, como el de moneda, las canalizaciones y las cuberterías e instrumentos musicales. Hoy en día, los metales están presentes en todos los campos de la ingeniería y sus herramientas. El campo de las aleaciones está en continua expansión, creciendo su número cada año para aportar mejores soluciones a las necesidades existentes.

Solo existe un metal líquido a temperatura ambiente: el mercurio, que además es inodoro. Sus propiedades físicas hicieron que en la antigüedad fuese considerado como el metal del que estaban hechos todos los demás o como plata líquida y recibiera el nombre de “mensajero de los dioses”. Es un metal pesado que solidifica a -38ºC y de los pocos materiales que reaccionan químicamente con el oro, por lo que ha sido usado para su extracción. También se usa en industria manufacturera, en procesos químicos de tratamiento de papel y pinturas y en la fabricación de componentes eléctricos, aunque por su toxicidad, se están estableciendo protocolos para reducir su uso.

Metales como el cobre o el aluminio pueden ser reprocesados para crear nuevas herramientas sin perder sus capacidades originales ni su calidad. Muestra de ello es que el 80% del cobre extraído durante los últimos 10.000 años todavía se encuentra en uso en la actualidad. Las principales fuentes de cobre reciclado provienen de chatarra obsoleta y de la construcción, donde se pueden encontrar abundantes muestras de metal en instalaciones de fontanería, calefacción y electricidad.

La comunicación y sus medios favorecen el intercambio entre grupos humanos, por lo que la humanidad fue creando redes de trueque y de intercambio de objetos entre diferentes poblados, precedentes del comercio. Este comercio estuvo marcado por el metal desde prácticamente sus inicios y, posteriormente, las monedas y los lingotes tomaron el protagonismo de un uso que ha llegado inalterado hasta nuestros días.

Las migraciones de los grupos humanos hacia nuevos espacios ampliaron el concepto de comunicación, haciendo necesarias nuevas vías y nuevos medios de transporte. Los metales participaron en su progreso, primero con los avances en carruajes y caballería y, a partir de la Revolución Industrial, en todos los medios de transporte terrestres, aéreos y marítimos. En particular, el ferrocarril, el camino de hierro, ha sido la más alta expresión de la relevancia del metal como elemento para la comunicación y el transporte. Las vías de tren han representado sin duda una notable muestra de las formas del ser humano para relacionarse utilizando este tipo de material.

Y más allá de la movilidad, el metal ha sido un material utilizado por el ser humano en un constante viaje de ida y vuelta en sus relaciones, ya que a menudo ha vuelto a los usos originales relacionados con las formas de expresarse y comunicarse entre las personas. Más allá de los transportes, este material ha estado detrás del progreso en la forma de relacionarnos y en los últimos siglos ha sido esencial en los medios de comunicación oral. Desde el siglo XIX el soporte en papel de las comunicaciones escritas se ha visto progresivamente reemplazado por otros medios a distancia basados en tecnología de transmisión eléctrica, como el telégrafo, el teléfono o, en la actualidad, el ecosistema electrónico que nos permite comunicarnos a nivel global, todos ellos sustentados en el uso continuado del metal como materia esencial de su composición.

Los metales han podido ser trabajados gracias al control del fuego y de los hornos, si bien es cierto que los primeros metales fueron tratados por percusión. La fundición supuso el control total sobre estos materiales, permitiendo pasar de su estado natural sólido a líquido, a la vez que se generaban nuevas aleaciones. La capacidad de transformación de los metales abrió la puerta a la experimentación mecánica y su utilización para la creación de las primeras máquinas. El primer ingenio mecánico autónomo que se conoce es la eolípila, una máquina creada por Herón de Alejandría en el siglo I d.C. Este ingenio estaba constituido por una cámara esférica con dos tubos curvos por los que se expulsaba el vapor al calentarla y creaba un movimiento sobre el eje central.

En la Edad Moderna, la humanidad atenderá a un desarrollo científico sin precedentes, que da lugar a enormes transformaciones y relevantes descubrimientos, como el de la electricidad de las tormentas por parte de Benjamin Franklin en 1753. Años más tarde, en 1780, el médico italiano Luigi Galvani descubrió que el contacto de su bisturí metálico con la piel de una rana en disección provocaba movimiento y escribió las primeras impresiones sobre lo que hoy sabemos de la electricidad estática. Hasta los inicios del siglo XIX, el ser humano no fue capaz de crear y controlar electricidad, con la llegada de la batería de Alessandro Volta, que unía elementos metálicos con líquidos salinos para conseguir una carga invariable durante un periodo determinado.

La adaptación del ser humano a sus nuevas necesidades ha contado con los metales como protagonistas de los grandes avances contemporáneos en energía y telecomunicaciones. La catalización de la energía a través de los múltiples grosores de cables y tendidos, desde los finos de cobre hasta los gruesos de aluminio, marcan el paisaje visible e invisible que permite tener luz eléctrica, electrodomésticos y telecomunicaciones globales en nuestro día a día. Además de como conductores de energía, existen metales cuyo uso se basa en que son productores de la misma. Maria Skłodowska-Curie y su marido Pierre Curie llevaron a cabo algunos de los primeros estudios de isótopos radiactivos, descubriendo metales como el radio y el polonio, que aplicaron a la radiología médica, gracias a la cual se salvaron muchas vidas en la I Guerra Mundial. Las investigaciones posteriores de Rutherford, Bohr o Einstein sobre los átomos y la energía llevaron en 1938 al enunciado de la hipótesis de la fisión nuclear. La puesta en marcha de auténticos ejércitos de científicos en el Proyecto Manhattan demostró la potencialidad energética de la energía nuclear, que a partir de la II Guerra Mundial se centró en aplicaciones energéticas de carácter pacífico.

En los albores del siglo XXI la energía es una necesidad estratégica. La búsqueda de una energía no contaminante es una de las máximas de la sociedad actual. El metal figura como material imprescindible, gracias a sus características físicas, en placas solares y aerogeneradores que adaptan la energía del medioambiente al uso de la humanidad.

Los seres humanos hemos buscado la belleza estética desde nuestros orígenes. Los colores, formas, texturas y brillos de la naturaleza han fascinado a la humanidad, que los ha imitado, creando además los suyos propios. Oro, plata y cobre fueron los primeros metales que los grupos humanos señalaron como elementos de embellecimiento y prestigio. Su belleza estaba basada probablemente en su escasez y su brillo, características que han mantenido los metales preciosos hasta la actualidad.

Los faraones del Antiguo Egipto manifestaban su poderío con grandes obras y con la acumulación y muestra de oro como símbolo de estatus, belleza y eternidad. Entre los elementos que han perdurado destacan las máscaras funerarias como la de Tutankamón y abalorios, colgantes, pulseras y accesorios de este metal, que en sus pinturas aparecen solo en manos de dioses y faraones. Esta dinámica continúa durante toda la Antigüedad Clásica. Tal vez, el gusto por el oro en Grecia es menos conocido que en la cultura romana, pero impresionantes colecciones museísticas como la del Hermitage Museum, en San Petersburgo, evidencian la maestría de la orfebrería griega. Los pueblos visigodos destacaron por su maestría en la creación de obras, como la corona de Recesvinto y sus anillos, fabricados en el siglo VII d.C. y de gran complejidad artística. Los descubrimientos continentales de la Edad Moderna se iniciaron con Cristóbal Colón. La abundancia de oro en el Nuevo Mundo propició el avance de la orfebrería. Aumentó la riqueza de la monarquía hispánica y animó al resto de naciones europeas a embarcarse en campañas de búsqueda de metales preciosos en nuevos territorios.

El tratamiento del metal ha supuesto una evolución tecnológica que ha hecho posible diferentes técnicas, artes y ciencias. Además de la metalurgia y la siderurgia para metales y aleaciones más comunes, surgió la orfebrería. Etimológicamente, es una palabra de raíces latinas que une los conceptos de oro -auri- y arquitecto -faber- y se entiende tradicionalmente como el arte y la técnica aplicados al trabajo de metales preciosos y sus aleaciones. Los metales preciosos miden su pureza en quilates. En gemología, un quilate -ct- es una unidad de peso equivalente a 0,2 g. El concepto de quilate surge de la palabra griega keration, usada para las semillas de algarrobo con las que pesaban los metales en las balanzas, ya que eran muy homogéneas y comunes. Todas las semillas pesaban prácticamente lo mismo, 0,2 g, de ahí que esa sea la media. En orfebrería, es una unidad de pureza del metal basado en un sistema de proporciones dividido en 24 partes. Por ello, es llamado Quilate de Pureza y su símbolo es la k por el término griego katharótita (pureza). Una pieza de 24 k nos indica que su composición es 100% de ese material precioso. Una de 18 k, indica 18 partes de 24 de metal precioso y 6 de otro metal (75% de pureza).

En el siglo XXI, los metales preciosos forman parte de nuestra vida, pero no tienen por qué ser necesariamente visibles. Por su baja reactividad, estos metales tienen usos tecnológicos y biomédicos. En el caso de los primeros, algunos de estos metales son superconductivos. Es el caso del rodio, que forma parte de las placas de smartphones y tablets.

Los efectos antisépticos del cobre son conocidos desde los tiempos de la antigua Mesopotamia. En los hospitales actuales forma parte de barandillas o grifos porque presenta una carga bacteriana un 90% menor que los plásticos. El hierro es el metal implicado en el transporte del oxígeno por el sistema circulatorio de los mamíferos. Combinado con proteínas, forma parte de los glóbulos rojos, encargados de esta función. También está presente en la formación de la musculatura y en diversos procesos metabólicos. De manera externa, forma parte del acero quirúrgico, el metal del instrumental de quirófano con el que se interviene el cuerpo humano, elegido por su alta hipoalergenia.

El oro y el platino forman parte de tratamientos de quimioterapia para la eliminación de tumores malignos. Los metales preciosos y sus aleaciones forman parte de prótesis y bioherramientas que se benefician de la baja reactividad de estos metales, que ayudan a evitar rechazos e infecciones. La respiración celular y otros procesos celulares y reacciones están relacionados con la presencia de calcio, cobalto, cobre, cromo, estaño, flúor, litio, manganeso, molibdeno, níquel, selenio, silicio, vanadio, yodo o zinc en el organismo.