Metal
Definición
Un metal (del griego μέταλλον métallon , "mina, cantera, metal") es un material que, cuando está recién preparado o fracturado, tiene una apariencia lustrosa, y que es un conductor relativamente bueno de calor y electricidad, y generalmente es maleable ( puede ser martillado en láminas delgadas) o dúctil (puede ser dibujado en un cable). Un metal puede ser un elemento químico tal como oro, o una aleación tal como acero inoxidable, o una aleación compuesta tal como aluminuro de níquel.
En física, un metal se considera como cualquier sustancia capaz de conducir electricidad a una temperatura de cero absoluto.
En química, dos elementos que de otro modo calificarían como metales quebradizos, arsénico y antimonio, comúnmente se reconocen como metaloides, a causa de su química predominantemente no metálica. Alrededor de 95 de los 118 elementos en la tabla periódica son metales; los otros son no metales o metaloides, aunque los elementos cercanos a los límites de cada categoría se han asignado de forma variable a cualquiera de ellos (de ahí la falta de un conteo exacto).
Los astrofísicos usan el término "metal" para referirse colectivamente a todos los elementos químicos en una estrella que son más pesados que los dos más livianos, el hidrógeno y el helio, y no solo los metales tradicionales. Una estrella fusiona átomos más ligeros, principalmente hidrógeno y helio, para formar átomos más pesados a lo largo de su vida. Utilizado en ese sentido, la metalicidad de un objeto astronómico es la proporción de su materia compuesta por los elementos químicos más pesados.
Muchos elementos y compuestos que normalmente no se clasifican como metales se vuelven metálicos a altas presiones. Por ejemplo, los físicos pudieron mantener el hidrógeno en su estado sólido en más de 3 millones de veces la presión atmosférica y deducir sus propiedades metálicas.
La resistencia y resistencia de algunos metales ha llevado a su uso frecuente en edificios de gran altura y construcción de puentes, así como en la mayoría de los vehículos, muchos electrodomésticos, herramientas, tuberías, letreros no iluminados y vías de ferrocarril. Los metales preciosos se usaron históricamente como moneda.
En la tabla periódica
Los elementos que generalmente se consideran metales en condiciones normales se muestran en amarillo en la tabla periódica siguiente. Los elementos restantes son metaloides (B, Si, Ge, As, Sb y Te, comúnmente reconocidos como tales en química) o no metales. Astatino (At) generalmente se clasifica como no metaloide o metaloide; se ha predicho que es un metal. Aquí se muestra como un metaloide.
Estructura y vinculación
Los átomos de sustancias metálicas están dispuestos típicamente en una de tres estructuras cristalinas comunes, a saber, cúbica centrada en el cuerpo (cbc), cúbica centrada en la superficie (fcc) y hexagonal compacta (hcp). En bcc, cada átomo se coloca en el centro de un cubo de ocho más. En fcc y hcp, cada átomo está rodeado por otros doce, pero el apilamiento de las capas es diferente. Algunos metales adoptan diferentes estructuras dependiendo de la temperatura.
Los átomos de metales pierden fácilmente sus electrones de capa exterior, lo que resulta en una nube de electrones que fluye libremente a través de la red metálica. El estado sólido del metal es el resultado neto de las interacciones electrostáticas entre cada átomo y la nube de electrones. Este tipo de interacción se llama enlace metálico.
Las estructuras de cristal para algunos metales se enumeran en la tabla a continuación
| Metal | Estructura cristalina | Número atómico | Radio atómico (nm) |
|---|---|---|---|
| Aluminio | FCC | 13 | 0.1431 |
| Cadmio | HCP | 48 | 0.1490 |
| Cromo | BCC | 24 | 0.1249 |
| Cobalto | HCP | 27 | 0.1253 |
| Cobre | FCC | 29 | 0.1278 |
| Oro | FCC | 79 | 0.1442 |
| Hierro (α) | BCC | 26 | 0.1241 |
| Dirigir | FCC | 82 | 0.1750 |
| Molibdeno | BCC | 42 | 0.1363 |
| Níquel | FCC | 28 | 0.1246 |
| Platino | FCC | 78 | 0.1387 |
| Plata | FCC | 47 | 0.1445 |
| Tántalo | BCC | 73 | 0.1430 |
| Titanio (α) | HCP | 22 | 0.1445 |
| Tungsteno | BCC | 74 | 0.1371 |
| Zinc | HCP | 30 | 0.1332 |
Propiedades
Físico
Los metales son brillantes y lustrosos, al menos cuando están recién preparados o fracturados. Las hojas de metal más grueso que unos pocos micrómetros parecen opacas, pero la hoja de oro transmite luz verde. Los metales son relativamente buenos conductores de electricidad y calor. Típicamente son maleables y dúctiles, se deforman bajo tensión sin romperse.
Aunque la mayoría de los metales tienen densidades más altas que la mayoría de los no metales, hay una gran variación en sus densidades, siendo el litio el elemento sólido menos denso y el osmio el más denso. Los metales alcalinos y alcalinotérreos en los grupos 1 y 2 se denominan metales ligeros porque tienen baja densidad. La alta densidad de la mayoría de los metales se debe a sus estructuras cristalinas compactas.
La fuerza de los enlaces metálicos para diferentes metales alcanza un máximo alrededor del centro de la serie de metales de transición, ya que esos elementos tienen grandes cantidades de electrones deslocalizados en enlaces metálicos de tipo aglutinante. Sin embargo, también intervienen otros factores (como el radio atómico, la carga nuclear, el número de orbitales de los enlaces, la superposición de las energías orbitales y la forma cristalina).
Mecánico
Las propiedades mecánicas de los metales incluyen la ductilidad, es decir, su capacidad de deformación elástica. Se cree que la naturaleza no direccional de los enlaces metálicos contribuye significativamente a la ductilidad de la mayoría de los sólidos metálicos. Por el contrario, cuando los planos de un enlace iónico se deslizan uno sobre otro, como puede ocurrir en un cristal de sal de mesa, el cambio de ubicación resultante desplaza los iones de la misma carga a una proximidad cercana, lo que da como resultado la rotura del cristal; tal desplazamiento no se observa en un cristal covalentemente unido, tal como un diamante, donde se produce la fractura y la fragmentación cristalina. La ley de Hooke puede describir la deformación elástica reversible en los metales para las fuerzas de restauración, donde el esfuerzo es linealmente proporcional a la tensión.
Fuerzas más grandes que el límite elástico, o calor, pueden causar una deformación permanente (irreversible) del objeto, conocida como deformación plástica o plasticidad. Una fuerza aplicada puede ser una fuerza de tracción (tracción), una fuerza de compresión (empuje) o una fuerza de cizalla, flexión o torsión (torsión). Un cambio de temperatura puede afectar el movimiento o el desplazamiento de defectos estructurales en el metal, tales como límites de grano, puntos vacíos, dislocaciones de línea y tornillo, fallas de apilamiento y gemelos en sólidos cristalinos y no cristalinos. Se pueden producir deslizamiento interno, fluencia y fatiga del metal.
Eléctrico
Las buenas conductividades eléctricas de los metales se originan en el hecho de que pierden fácilmente sus electrones de capa exterior. En general, las fuerzas que sostienen los electrones de la capa exterior de un átomo individual en su lugar son más débiles que las fuerzas de atracción en los mismos electrones que surgen de las interacciones entre los átomos en el metal sólido o líquido. Los electrones involucrados se deslocalizan y la estructura atómica de un metal se puede visualizar efectivamente como una colección de átomos incrustados en una nube de electrones relativamente móviles.
La conductividad eléctrica de un metal, así como la contribución de sus electrones a su capacidad de calor y conductividad térmica, se puede calcular a partir del modelo de electrones libres, aunque esto no tiene en cuenta la estructura detallada del enrejado iónico del metal.
Teniendo en cuenta el potencial positivo causado por la disposición de los núcleos de iones, se puede considerar la estructura de la banda electrónica y la energía de unión de un metal. Varios modelos matemáticos son aplicables, el más simple es el modelo de electrón casi libre.
Químico
Los metales generalmente se inclinan a formar cationes a través de la pérdida de electrones, reaccionando con el oxígeno en el aire para formar óxidos en varias escalas de tiempo (el hierro se oxida durante años, mientras que el potasio se quema en segundos). Ejemplos:
- 4 Na + O 2 → 2 Na 2 O (óxido de sodio)
- 2 Ca + O 2 → 2 CaO (óxido de calcio)
- 4 Al + 3 O 2 → 2 Al 2 O 3 (óxido de aluminio).
Los metales de transición (como hierro, cobre, zinc y níquel) se oxidan más lentamente porque forman una capa pasivante de óxido que protege sus interiores. Otros, como el paladio, el platino y el oro, no reaccionan con la atmósfera en absoluto. Algunos metales forman una capa barrera de óxido en su superficie que no puede ser penetrada por otras moléculas de oxígeno y así conservar su aspecto brillante y buena conductividad durante muchas décadas (como aluminio, magnesio, algunos aceros y titanio). Los óxidos de los metales son generalmente básicos, a diferencia de los no metálicos, que son ácidos. Las excepciones son en gran parte óxidos con estados de oxidación muy altos, como CrO 3 , Mn 2 O 7 y OsO 4 , que tienen reacciones estrictamente ácidas.
Pintar, anodizar o chapar metales son buenas formas de prevenir su corrosión. Sin embargo, se debe elegir un metal más reactivo en la serie electroquímica para el recubrimiento, especialmente cuando se espera que se astille el revestimiento. El agua y los dos metales forman una celda electroquímica, y si el recubrimiento es menos reactivo que el metal subyacente, el recubrimiento realmente promueve la corrosión.
Aleaciones
Una aleación es una mezcla de dos o más elementos en los que el componente principal es un metal. La mayoría de los metales puros son demasiado blandos, quebradizos o químicamente reactivos para el uso práctico. La combinación de diferentes proporciones de metales como aleaciones modifica las propiedades de los metales puros para producir características deseables. El objetivo de hacer aleaciones generalmente es hacerlas menos quebradizas, más duras, resistentes a la corrosión o tener un color y un brillo más deseables. De todas las aleaciones metálicas en uso en la actualidad, las aleaciones de hierro (acero, acero inoxidable, hierro fundido, acero para herramientas, acero de aleación) constituyen la mayor proporción tanto en cantidad como en valor comercial. El hierro aleado con diversas proporciones de carbono proporciona aceros bajos, medios y altos en carbono, con niveles crecientes de carbono que reducen la ductilidad y la tenacidad. La adición de silicio producirá hierros fundidos,
Otras aleaciones metálicas importantes son las de aluminio, titanio, cobre y magnesio. Las aleaciones de cobre se conocen desde la prehistoria (el Bronce dio su nombre a la Edad del Bronce) y hoy en día tienen muchas aplicaciones, sobre todo en el cableado eléctrico. Las aleaciones de los otros tres metales se han desarrollado relativamente recientemente; debido a su reactividad química requieren procesos de extracción electrolítica. Las aleaciones de aluminio, titanio y magnesio se valoran por su alta relación resistencia / peso; el magnesio también puede proporcionar protección electromagnética. Estos materiales son ideales para situaciones en las que una relación alta resistencia / peso es más importante que el costo del material, como en el sector aeroespacial y algunas aplicaciones automotrices.
Las aleaciones especialmente diseñadas para aplicaciones de gran demanda, como los motores a reacción, pueden contener más de diez elementos.
Categorías
- La tabla de elementos metálicos en esta sección muestra cómo se pueden clasificar los metales en la disciplina de la química. El resto de la sección enumera algunas categorías de metales que se usan de manera más general.
Metal base
En química, el término metal base se usa de manera informal para referirse a un metal que se oxida o corroe fácilmente, como la reacción fácil con ácido clorhídrico diluido (HCl) para formar un cloruro de metal e hidrógeno. Los ejemplos incluyen hierro, níquel, plomo y zinc. El cobre se considera un metal base ya que se oxida con relativa facilidad, aunque no reacciona con HCl. El término metal base se usa comúnmente en oposición al metal noble.
En la alquimia, un metal común era un metal común y barato, a diferencia de los metales preciosos, principalmente oro y plata. Un antiguo objetivo de los alquimistas fue la transmutación de los metales básicos en metales preciosos.
En numismática, las monedas del pasado derivaron su valor principalmente de su contenido de metales preciosos. La mayoría de las monedas modernas son moneda fiduciaria (no necesitan ningún valor intrínseco), lo que permite que las monedas estén hechas de metal común.
Metales ferrosos
El término "ferroso" se deriva de la palabra latina que significa "que contiene hierro". Esto puede incluir hierro puro, como el hierro forjado, o una aleación como el acero. Los metales ferrosos a menudo son magnéticos, pero no exclusivamente.
Metal pesado
Un metal pesado es cualquier metal o metaloide relativamente denso. Se han propuesto definiciones más específicas, pero ninguna ha obtenido una amplia aceptación. Algunos metales pesados tienen usos de nicho, o son notablemente tóxicos; algunos son esenciales en pequeñas cantidades.
metal noble
Los metales nobles son metales que son resistentes a la corrosión u oxidación, a diferencia de la mayoría de los metales básicos. Tienden a ser metales preciosos, a menudo debido a la rareza percibida. Los ejemplos incluyen oro, platino, plata, rodio, iridio y paladio.
Metal precioso
Un metal precioso es un raro elemento químico metálico de alto valor económico.
Químicamente, los metales preciosos son menos reactivos que la mayoría de los elementos, tienen un alto brillo y una alta conductividad eléctrica. Históricamente, los metales preciosos eran importantes como moneda, pero ahora se consideran principalmente como productos de inversión e industriales. El oro, la plata, el platino y el paladio tienen cada uno un código de moneda ISO 4217. Los metales preciosos más conocidos son el oro y la plata. Si bien ambos tienen usos industriales, son más conocidos por sus usos en arte, joyería y acuñación. Otros metales preciosos incluyen los metales del grupo del platino: rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y platino, de los cuales el platino es el más comercializado.
La demanda de metales preciosos está impulsada no solo por su uso práctico, sino también por su papel como inversión y como depósito de valor. El paladio y el platino son, a partir del otoño de 2017, valorados en alrededor de tres cuartas partes del precio del oro. La plata es sustancialmente menos costosa que estos metales, pero a menudo se considera tradicionalmente un metal precioso a la luz de su papel en monedas y joyas.
Abundancia y ocurrencia
| Metales en la corteza terrestre: | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| abundancia y ocurrencia principal o fuente, en peso | |||||||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | dieciséis | 17 | 18 | ||
| 1 | H | Él | |||||||||||||||||
| 2 | Li | Ser | segundo | do | norte | O | F | Nordeste | |||||||||||
| 3 | N / A | Mg | Alabama | Si | PAG | S | Cl | Arkansas | |||||||||||
| 4 | K | California | Carolina del Sur | Ti | V | Cr | Minnesota | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Georgia | Ge | Como | Se | Br | Kr. | |
| 5 | Rb | Sr. | Y | Zr | Nótese bien | Mes | Ru | rh. | Pd | Ag | Discos compactos | En | Sn | Sb | Te | yo | Xe | ||
| 6 | Cs | Licenciado en Letras | La |  | Hf | Ejército de reserva | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | |||
| 7 |  | ||||||||||||||||||
| Ce | Pr | Dakota del Norte | Sm | UE | Dios | Tuberculosis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ||||||
| Th | U | |||||||||||||||||
Más abundante (hasta ( 82 000 ppm) | Raro (0.01-0.99 ppm) | ||||||||||||||||||
Abundante (100 a 999 ppm) | Muy raro (0.0001-0.0099 ppm) | ||||||||||||||||||
Poco frecuente (1-99 ppm) | |||||||||||||||||||
| Los metales a la izquierda de la línea divisoria se producen (o se obtienen) principalmente como litófilos; los de la derecha, como chalcophiles, excepto el oro (un siderófilo) y el estaño (un litófilo). | |||||||||||||||||||
La corteza terrestre está compuesta por aproximadamente el 25% de los metales en peso, de los cuales el 80% son metales ligeros como el sodio, el magnesio y el aluminio. Los no metales (~ 75%) componen el resto de la corteza. A pesar de la escasez general de algunos metales pesados como el cobre, pueden concentrarse en cantidades económicamente extraíbles como resultado de la construcción de montañas, la erosión u otros procesos geológicos.
Los metales se encuentran principalmente como litófilos (amantes de la roca) o chalcophiles (amantes del mineral). Los metales Lithophile son principalmente los elementos de s-block, los más reactivos de los elementos de d-block. y los elementos f-block. Tienen una gran afinidad por el oxígeno y existen principalmente como minerales de silicato de baja densidad. Los metales chalcophile son principalmente los elementos d-block menos reactivos, y los metales del período 4-6 p-block. Por lo general se encuentran en minerales de sulfuro (insolubles). Al ser más densos que los litófilos y, por lo tanto, hundirse más abajo en la corteza en el momento de su solidificación, los calcófilos tienden a ser menos abundantes que los litófilos.
Por otro lado, el oro es un siderófilo, o elemento amante del hierro. No forma fácilmente compuestos con oxígeno o azufre. En el momento de la formación de la Tierra, y como el más noble (inerte) de los metales, el oro se hundió en el núcleo debido a su tendencia a formar aleaciones metálicas de alta densidad. En consecuencia, es un metal relativamente raro. Algunos otros metales (menos) nobles, el molibdeno, el renio, los metales del grupo del platino (rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y platino), germanio y estaño, se pueden contar como siderófilos, pero solo en términos de su presencia primaria en la Tierra (núcleo, manto y corteza), más bien la corteza. Estos metales se encuentran en la corteza, en pequeñas cantidades, principalmente como chalcophiles (menos en su forma nativa).
Extracción
Los metales a menudo se extraen de la Tierra por medio de minerales de extracción que son fuentes ricas de los elementos necesarios, como la bauxita. El mineral se localiza mediante técnicas de prospección, seguido de la exploración y el examen de los depósitos. Las fuentes minerales generalmente se dividen en minas de superficie, que se extraen mediante excavación utilizando equipo pesado y minas subterráneas.
Una vez que se extrae el mineral, los metales deben extraerse, generalmente por reducción química o electrolítica. La pirometalurgia usa altas temperaturas para convertir el mineral en metales crudos, mientras que la hidrometalurgia emplea química acuosa para el mismo propósito. Los métodos utilizados dependen del metal y sus contaminantes.
Cuando un mineral de metal es un compuesto iónico de ese metal y un metal no metálico, el mineral generalmente debe fundirse y calentarse con un agente reductor para extraer el metal puro. Muchos metales comunes, como el hierro, se funden usando carbono como agente reductor. Algunos metales, como el aluminio y el sodio, no tienen un agente reductor comercialmente práctico, y se extraen mediante electrólisis en su lugar.
Los minerales sulfurosos no se reducen directamente al metal, sino que se tuestan al aire para convertirlos en óxidos.
Reciclaje
La demanda de metales está estrechamente relacionada con el crecimiento económico. Durante el siglo XX, la variedad de usos de metales en la sociedad creció rápidamente. Hoy, el desarrollo de las principales naciones, como China e India, y los avances en las tecnologías, están alimentando cada vez más la demanda. El resultado es que las actividades mineras se están expandiendo, y cada vez más reservas mundiales de metales están en uso en la superficie, en lugar de bajo tierra como reservas no utilizadas. Un ejemplo es el stock de cobre en uso. Entre 1932 y 1999, el cobre en uso en los Estados Unidos aumentó de 73 g a 238 g por persona.
Los metales son inherentemente reciclables, por lo tanto, en principio, se pueden usar una y otra vez, minimizando estos impactos ambientales negativos y ahorrando energía. Por ejemplo, el 95% de la energía utilizada para fabricar aluminio a partir de mineral de bauxita se ahorra mediante el uso de material reciclado. Los niveles de reciclaje de metales son generalmente bajos. En 2010, el Panel de Recursos Internacionales, auspiciado por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) publicó informes sobre las existencias de metales que existen en la sociedad y sus tasas de reciclaje.
Los autores del informe observaron que las existencias de metal en la sociedad pueden servir como grandes minas sobre el suelo. Advirtieron que las tasas de reciclaje de algunos metales raros utilizados en aplicaciones tales como teléfonos móviles, paquetes de baterías para automóviles híbridos y celdas de combustible son tan bajos que a menos que las tasas futuras de reciclaje al final de su vida se incrementen dramáticamente estos metales críticos no estarán disponibles para uso en la tecnología moderna.
Metalurgia
La metalurgia es un dominio de la ciencia de los materiales que estudia el comportamiento físico y químico de los elementos metálicos, sus compuestos intermetálicos y sus mezclas (aleaciones). La metalurgia es también la tecnología de los metales: la forma en que la ciencia se aplica a la extracción y producción de metales, y la ingeniería de componentes metálicos para su uso en productos para fabricantes y consumidores.
Usos
Los metales están presentes en casi todos los aspectos de la vida moderna. El hierro puede ser el más común ya que representa el 90% de todos los metales refinados. El platino puede ser el más ubicuo dado que se dice que se encuentra en, o se usa para producir, el 20% de todos los bienes de consumo.
Algunos metales y aleaciones de metales poseen una alta resistencia estructural por unidad de masa, lo que los convierte en materiales útiles para transportar grandes cargas o resistir el daño por impacto. Las aleaciones de metal pueden diseñarse para tener una alta resistencia al corte, el torque y la deformación. Sin embargo, el mismo metal también puede ser vulnerable al daño por fatiga por el uso repetido o por una falla repentina de tensión cuando se excede la capacidad de carga. La resistencia y resistencia de los metales ha llevado a su uso frecuente en edificios de gran altura y construcción de puentes, así como en la mayoría de los vehículos, muchos electrodomésticos, herramientas, tuberías, letreros no iluminados y vías de ferrocarril.
Los metales son buenos conductores, lo que los hace valiosos en electrodomésticos y para llevar una corriente eléctrica a una distancia con poca pérdida de energía. Las redes eléctricas dependen de cables metálicos para distribuir electricidad. Los sistemas eléctricos domésticos, en su mayoría, están cableados con alambre de cobre por sus buenas propiedades conductoras.
La conductividad térmica de los metales es útil para que los contenedores calienten materiales sobre una llama. Los metales también se utilizan como disipadores de calor para proteger el equipo sensible del sobrecalentamiento.
La alta reflectividad de algunos metales es importante en la construcción de espejos, incluidos los instrumentos astronómicos de precisión. Esta última propiedad también puede hacer joyas metálicas estéticamente atractivas.
Algunos metales tienen usos especializados; metales radiactivos como el uranio y el plutonio se utilizan en las centrales nucleares para producir energía a través de la fisión nuclear. El mercurio es un líquido a temperatura ambiente y se usa en los interruptores para completar un circuito cuando fluye sobre los contactos del interruptor. La aleación de memoria de forma se utiliza para aplicaciones tales como tuberías, sujetadores y stents vasculares.
Los metales pueden ser dopados con moléculas extrañas: orgánicas, inorgánicas, biológicas y polímeras. Este dopado conlleva el metal con nuevas propiedades que son inducidas por las moléculas invitadas. Se han desarrollado aplicaciones en catálisis, medicina, celdas electroquímicas, corrosión y más.
Comercio
El Banco Mundial informa que China fue el principal importador de minerales y metales en 2005, seguido por los Estados Unidos y Japón.
Historia
La naturaleza de los metales ha fascinado a los humanos durante muchos siglos, porque estos materiales proporcionaron a las personas herramientas de insuperables propiedades tanto en la guerra como en su preparación y procesamiento. Los humanos han conocido el oro puro y la plata desde la Edad de Piedra. El plomo y la plata se fusionaron de sus minerales ya en el cuarto milenio antes de Cristo.
Escritores latinos y griegos antiguos como Teofrasto, Plinio el Viejo en su Historia natural, o Pedanius Dioscorides, no intentaron clasificar los metales. Los antiguos europeos nunca alcanzaron el concepto "metal" como una sustancia elemental distinta con propiedades químicas y físicas fijas y características. Después de Empédocles, se suponía que todas las sustancias dentro de la esfera sublunar variaban en sus elementos constitutivos clásicos de tierra, agua, aire y fuego. Siguiendo a los pitagóricos, Platón supuso que estos elementos podrían reducirse aún más a formas geométricas planas (triángulos y cuadrados) delimitando el espacio y relacionándose con los poliedros regulares en la secuencia tierra: cubo, agua: icosaedro, aire: octaedro, fuego: tetraedro. Sin embargo, esta extensión filosófica no llegó a ser tan popular como los cuatro elementos simples, después de que fue rechazada por Aristóteles. Aristóteles también rechazó la teoría atómica de Demócrito, ya que clasificó la existencia implícita de un vacío necesario para el movimiento como una contradicción (un vacío implica inexistencia, por lo tanto no puede existir). Sin embargo, Aristóteles introdujo cualidades antagónicas (o fuerzas) antagónicas de seco frente a húmedo y frío frente a calor en la composición de cada uno de los cuatro elementos. La palabra "metal" originalmente significaba "minas" y solo más tarde adquirió el significado general de los productos de los materiales obtenidos en las minas. En los primeros siglos AD una relación entre los planetas y los metales existentes se asumió como Oro: Sol, Plata: Luna, Electrum: Júpiter, Hierro: Marte, Cobre: Venus, Estaño: Mercurio, Plomo: Saturno. Después de determinar que el electrum era una combinación de plata y oro, las relaciones Estaño: Júpiter y Mercurio: Mercurio fueron sustituidas en la secuencia anterior.
Los alquimistas árabes y medievales creían que todos los metales, y de hecho, toda la materia sublunar, se componían del principio del azufre, que lleva la propiedad combustible, y el principio del mercurio, la madre de todos los metales y portadora de la liquidez o fusibilidad, y las propiedades de volatilidad. Estos principios no eran necesariamente las sustancias comunes azufre y mercurio que se encuentran en la mayoría de los laboratorios. Esta teoría reforzó la creencia de que todos los metales estaban destinados a convertirse en oro en las entrañas de la tierra a través de las combinaciones adecuadas de calor, digestión, tiempo y eliminación de contaminantes, todo lo cual podría desarrollarse y apresurarse a través del conocimiento y los métodos de alquimia. Paracelso agregó el tercer principio de la sal, que lleva las propiedades no volátiles e incombustibles, en su tría prima doctrina. Estas teorías conservaron los cuatro elementos clásicos como base de la composición de azufre, mercurio y sal.
El primer texto sistemático sobre las artes de la minería y la metalurgia fue De la Pirotechnia de Vannoccio Biringuccio, que trata el examen, la fusión y el trabajo de los metales. Dieciséis años más tarde, Georgius Agrícola publicó De Re Metallica en 1555, una descripción clara y completa de la profesión de la minería, la metalurgia y las artes y las ciencias accesorias, así como calificación como el mayor tratado sobre la industria química durante el siglo XVI. Dio la siguiente descripción de un metal en su De Natura Fossilium (1546).