Como vimos no capítulo anterior, os metais sempre estiveram presentes na história da humanidade, até mesmo, na própria Pré-História, quando o ser

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1 Como vimos no capítulo anterior, os metais sempre estiveram presentes na história da humanidade, até mesmo, na própria Pré-História, quando o ser humano passou a desenvolver técnicas rudimentares de forja com a manipulação do fogo. O desenvolvimento da humanidade está intimamente ligado à obtenção de materiais que dão origem a novas tecnologias, como, por exemplo, a descoberta do aço, que nos conduziu à Revolução Industrial. Quais são as propriedades dos metais? Quais são as suas principais características e que tipos de materiais podem ser produzidos a partir deles? Essas e outras questões serão discutidas ao longo deste capítulo.

2 1 De onde vêm os metais e quais são as suas propriedades? Os metais são utilizados há mais de 10 mil anos. Esses materiais são extraídos de minérios (mineral de valor econômico), que são um agregado de materiais de determinado mineral ou elemento químico, economicamente ou tecnologicamente viáveis para extração. Os metais são comumente utilizados como ligas, misturas de metais constituídas por meio de um processo de fusão. No caso dos aços, nessa mistura, também há presença de carbono. Liga metálica é uma mistura de dois ou mais elementos, e a maior parte desse material é formada de metal. As ligas podem ser classificadas em ferrosas, que têm como base (maior concentração) o ferro (Fe), e não ferrosas, que têm como base outros metais. As ligas são resistentes à corrosão, pois são formadas mediante a melhoria das propriedades metálicas, por exemplo, pode-se fazer uma liga para evitar a corrosão de um metal e para aumentar sua resistência. As propriedades que caracterizam um material metálico são: brilho, maleabilidade, ductilidade, condutibilidade elétrica e térmica e altos pontos de fusão. A escolha do melhor metal para determinado fim não se deve basear apenas em uma dessas propriedades, mas sim, na análise comparativa de todas as propriedades que cada um pode apresentar em menor ou maior grau. Mineral é a matéria-prima que origina as rochas. É constituída de uma ou mais substâncias. Minério é o mineral que apresenta importância econômica. Metal é uma substância simples que pode ser obtida do minério. Exemplo: A bauxita é um minério explorado para obtenção do alumínio metálico. Após sua obtenção é realizado um tratamento químico para adquirir a alumina (óxido de alumínio Al 2 O 3 ), seguido de outro procedimento para a obtenção do metal alumínio. Exploração do principal mineral de alumínio Minério de bauxita Oxido de alumínio ou alumina (Al 2 O 3 ) 30 Capítulo 2

3 Brilho metálico É fácil identificar um material metálico com base em sua aparência. Esse tipo de material é dotado de um brilho que não se pode ver em outros. Ele chama atenção em diferentes objetos, como joias, equipamentos eletrônicos, moedas, pregos e outros. O ouro (Au) é um metal facilmente reconhecido por seu brilho e aparência. Trata-se de material geralmente utilizado na produção de alianças e diversas outras joias. Ele sempre foi um dos metais mais cobiçados na história da humanidade. Porém, ultimamente, outro metal tem ganhado espaço, por seu brilho metálico intenso, o tungstênio (W), que é economicamente mais viável que o ouro, além de não manchar, riscar ou escurecer, como ocorre com outros metais. Essas características fazem que alianças à base de tungstênio apresentem um brilho duradouro, além de ser excelente material utilizado para banhar outros metais, garantindo sua qualidade. Apesar da garantia de brilho, joias feitas com tungstênio (W) não podem ser alargadas ou cortadas. Outro fator relevante é a questão ambiental, pois, a extração do tungstênio (W) pode ser prejudicial ao solo, ao ser explorado e descartado no meio ambiente de forma indevida. Anel de tungstênio (W) Maleabilidade A maleabilidade é a propriedade que um metal tem de ser moldado e deformado em decorrência de uma ruptura em lâminas, quando sob pressão. O ouro é o metal que apresenta maior maleabilidade. Suas lâminas podem ser utilizadas para a confecção de joias ou para banhar outros metais. Barras de aço são transformadas em finas lâminas, em grandes siderúrgicas, e podem ser utilizadas na fabricação de eletrodomésticos ou de automóveis. Um metal muito utilizado em residências é o alumínio (Al). Ele pode ser empregado, por exemplo, na forma de papel-alumínio, apresentando uma espessura menor do que 0,2 mm. Graças a essa propriedade, conseguimos cobrir objetos ou alimentos com facilidade, também dobrar o papel. Além disso, o alumínio é empregado no interior de embalagens Tetra Pak para evitar o contato do alimento com o oxigênio (O 2 ). O papel-alumínio é um material maleável. Maleabilidade é a capacidade de um material de transformar-se em chapas ou lâminas. Metais: materiais do nosso dia a dia 31

4 Ductilidade A ductilidade também é a propriedade que os metais têm de ser moldados ou deformados sem que se rompam. Porém, durante esse processo, os metais são estirados em fios. Quando um material não apresenta ductibilidade, é classificado como frágil, pois oferece pouca ou nenhuma resistência quando deformado e rasga-se; é o que acontece aos plásticos. Os fios metálicos podem apresentar diferentes diâmetros. Fios podem ter diferentes utilidades, por exemplo, fios de cobre (Cu) são utilizados na fiação elétrica, enquanto os de prata (Ag) podem ser confeccionados em joalherias, como colares. Ductilidade é a capacidade de um material de transformar-se em fios sem se romper. Fios de cobre são utilizados nas instalações elétricas. Condutividade elétrica e térmica A condutividade de energia, elétrica ou térmica, é uma importante propriedade dos compostos metálicos que auxilia o ser humano a desenvolver novas tecnologias que facilitam seu cotidiano. Os equipamentos eletrônicos estão presentes em celulares, tablets, eletrodomésticos, entre outros. Porém todos os equipamentos necessitam de uma fonte de alimentação para que possam desempenhar suas funções. O cobre é o metal mais utilizado em instalações elétricas, devido a sua abundância, boa condutividade e preço. O ouro (Au) também é um metal utilizado como condutor, devido a sua baixa reatividade com o oxigênio. Isto faz que a manutenção desse metal seja inferior à dos outros. Porém, em termos de condutividade, a prata (Ag) é o metal que melhor conduz energia elétrica. Materiais considerados maus condutores de energia elétrica são classificados como isolantes; exemplos são, os materiais plásticos. A condutividade de energia térmica está atrelada à facilidade do material em conduzir esse tipo de energia da maneira mais eficiente. Quando uma panela é aquecida, percebe-se que o calor se distribui rapidamente por todo o alimento, tornando possível o seu preparo. A escolha do material é importante para conduzir energia térmica. Condutividade é a capacidade de um material em conduzir energia elétrica e térmica. 32 Capítulo 2

5 Ponto de fusão Com exceção do mercúrio (Hg), todos os metais se apresentam no estado sólido, a 25 o C, e 1 atm de pressão. O mercúrio funde-se a -38 o C sob pressão de 1 atm. Apesar do seu baixo ponto de fusão, esse metal já foi utilizado como fluido de termômetros, por apresentar alta temperatura de ebulição; trata-se, porém, de um metal que deve ser manuseado com cuidado, devido a sua alta toxicidade ao penetrar na pele. O tungstênio (W) foi um metal utilizado em filamentos nas primeiras lâmpadas elétricas, por ter alto ponto de fusão (3400 o C). Esse metal, mesmo quando muda para a cor branca, ao ser aquecido, mantém seu estado físico. O problema é que ele converte apenas 10% disso para a produção de luz, enquanto os outros 90% são desperdiçados. Isso é o que acontece com o calor (radiação infravermelha). O ponto de fusão corresponde à temperatura em que um material pode passar do estado sólido para o líquido. Saiba+ Lâmpada incandescente Lâmpada halógena Lâmpada fluorescente Lâmpada de LED Filamento de LED Evolução das lâmpadas. A lâmpada incandescente utilizava filamento de tungstênio, mas foi substituída por lâmpadas mais econômicas. Desvendando as partículas O tungstênio é o metal que apresenta maior ponto de fusão. Apesar da sua substituição nas lâmpadas incandescentes, é um metal utilizado como alternativa ao chumbo, por ser menos prejudicial ao ambiente. Devido a sua alta resistência, ele tem sido utilizado na confecção de alianças. Estrutura cristalina do tungstênio Devido à alta atração entre suas partículas, a esse metal apresenta alta temperatura de fusão. Metais: materiais do nosso dia a dia 33

6 2 Ligas metálicas Como foi descrito, no início do capítulo, as ligas metálicas podem ser formadas da fusão entre materiais metálicos, com o intuito de buscar o aprimoramento das propriedades metálicas explicitadas anteriormente. As ligas podem ser separadas em ferrosas. Dentre elas, pode ser citado o aço, que tem como base o ferro e é fundido com carbono, e ligas não ferrosas. Estas apresentam outros metais como base; exemplo disso é o cobre (Cu) que forma as ligas conhecidas como latão e bronze. Ferro metálico enferrujado (oxidado) Liga metálica Aço Aço inoxidável Latão Bronze Ouro 18 K Composição ferro (Fe) e carbono (C) ferro (Fe) e crômio (Cr) zinco (Zn) e cobre (Cu) estanho (Sn), chumbo (Pb) e cobre (Cu) ouro (Au), prata (Ag) e/ou cobre (Cu) Liga ferrosa: aço Os aços são ligas que apresentam o ferro como metal principal e são muito utilizadas como materiais de construção na engenharia civil. Os tipos de aço e suas aplicações podem ser estabelecidos com base na quantidade de carbono presente na liga de aço. Quanto maior a presença de carbono, mais duro e quebradiço será o aço. A tabela abaixo demonstra a aplicação do aço com diferentes teores de carbono: Tipo de aço Aço de baixo teor de carbono Aço de moderado teor de carbono Aço de médio teor de carbono Aço de alto teor de carbono 34 Capítulo 2 Aplicações Arame de ferro Cabos, pregos, grades e ferraduras Vigas, trilhos e componentes estruturais (colunas) Facas, navalhas e broca O ferro é um metal que, quando exposto ao oxigênio (O 2 ) presente no ar e à umidade, enferruja. Esse processo é denominado oxidação. Por esse motivo, as ligas de ferro apresentam baixa resistência à corrosão. Para resolver essa situação, o crômio (Cr) é Estrutura de ferro metálico Faca de aço inoxidável