3.Metais puros e Ligas Metálicas Propriedades Físicas e Químicas dos Metais

Curso de Instalação de Sistemas Solares Fotovoltaicos

Tecnologia dos Materiais

Metais e Ligas MetálicasPropriedades físicas

Um metal, assim como qualquer outra substância ou matéria, é formado por elementos

químicos sendo geralmente descrito como: um aglomerado de átomos com carácter metálico em

que os electrões da camada de valência fluem livremente.

Os metais são distinguidos pelas suas propriedades de ionização e de ligação, junto com

metalóides e não-metais.

Na tabela periódica, estão entre os dúcteis e os maleáveis, têm geralmente um alto ponto

de fusão, são geralmente duros, de cor amarelada, e conduzem electricidade e calor.

Tem estas propriedades principalmente porque cada átomo exerce somente uma fraca

atracção nos electrões mais externos (electrões de valência), assim, os electrões de valência

formam um tipo de nuvem em torno dos átomos (teoria de bandas).

Propriedades químicas

A maioria dos metais é quimicamente estável, com a excepção dos metais alcalinos e

alcalino-terrosos, encontrados nas duas primeiras colunas da esquerda da tabela periódica, que

são instáveis.

Características metalúrgicas

Condutibilidade: Têm boa condutibilidade térmica e eléctrica;

Ductilidade: têm boa capacidade de serem transformados em fios;

Maleabilidade: têm a capacidade de serem transformados em lâminas (Lamináveis);

Elasticidade: têm alguma elasticidade, podem ser algo esticados e voltarem ao normal;

Tenacidade: é a capacidade de o material absorver energia, devido a uma força de deformação,

até à sua ruptura. Ou seja é a sua resistência à deformação;

Ponto de fusão: normalmente muito elevado;

Ponto de ebulição: muito elevado;

Possuem 1 a 3 electrões na última camada do átomo.

1Formador : António Capela - 2009



Cristalografia e metalografia

Os metais apresentam grande diversidade de propriedades físicas e químicas, conforme a

pressão, temperatura e outras variáveis.

Além disso, um mesmo elemento pode apresentar diferentes tipos de mecanismos e

estruturas de cristalização, o que também lhe altera as características.

Geralmente, os metais apresentam ordenação cristalina simples, com alto nível de

aglutinação atómica (o que implica alta densidade) e numerosos elementos de simetria.

No que se refere às combinações, apresentam forte tendência a não formar compostos

entre si, mas têm afinidade por elementos não metálicos como o oxigénio e o enxofre, com os

quais formam, respectivamente, óxidos e sulfatos.

O tamanho, forma e disposição das partículas metálicas, especificados pela metalografia,

são fundamentais para o reconhecimento das propriedades físicas que determinam a

plasticidade, resistência a tracção, dureza e outras propriedades do material.

Esses factores podem ser alterados por tratamentos térmicos (ciclos de aquecimento e

resfriamento controlados) ou mecânicos (forjamento, trefilação, laminagem, etc.).

Metal – é um elemento químico com um aglomerado de átomos com carácter metálico, em que

os electrões (em nº de 1 a 3) da camada externa de valência são livres.

Tipos – há vários tipos de metais divididos por grupos ou famílias e que se classificam consoante

as suas propriedades físicas e químicas, na Tabela Periódica dos Elementos de Mendeleyev e

Moseley




Origem: Encontram-se na natureza no estado puro, ou associados com outros elementos

formando minérios, e são extraídos a partir destes minérios por processos físicos e químicos

complexos.

Propriedades dos Metais nas CNPT (condições normais de pressão e temperatura):

- São sólidos excepto o mercúrio que é líquido;

- Têm boa condutibilidade térmica e eléctrica;

- Têm boa ductilidade e maleabilidade (plasticidade) – capacidade de se deformarem

transformando-se em lâminas, chapas e fios finos por acções mecânicas e térmicas;

- Têm uma elevada tenacidade, capacidade de se oporem à deformação;

- Têm alguma elasticidade, isto é, podem esticar e voltar à mesma forma;

- Têm aspecto brilhante principalmente quando são cortados;

- Têm uma elevada resistência mecânica;

- Têm uma densidade elevada;

- Têm um ponto de fusão e de ebulição elevados.

Liga Metálica – é uma substância constituída por um ou mais metais e outros elementos

químicos, em determinadas proporções, com preponderância de elementos metálicos, que

alteram algumas das suas propriedades iniciais.

Origem - as ligas metálicas são preparadas por fusão completa dos metais e demais

elementos que se ligam entre si, adquirindo novas propriedades físico-químicas.




Tipos - há dois tipos de ligas ligas ferrosas e ligas não ferrosas.

Ligas Ferrosas - São aquelas onde o ferro é constituinte principal. Essas ligas são importantes

como materiais de construção em engenharia.

As ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido em que e podem ser adaptadas

para possuir uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas.

A desvantagem dessas ligas é que elas são muito susceptíveis à corrosão. Ex: Aços (ferro-

carbónicos), Aço Inox (cromo-níquel), Aço Molibdénio, etc.

Ligas não ferrosas - São ligas que não possuem como constituinte principal o elemento ferro,

como por exemplo:

Latão – liga de cobre e zinco que é o elemento predominante na liga. As ligas de cobre e zinco

com concentrações aproximadamente de 35% de zinco são relativamente moles, dúcteis e

facilmente submetidos à deformação plástica a frio.

As ligas de latão que possuem um maior teor de zinco são mais duras e mais resistentes.

Bronze - são ligas de cobre e estanho com vários outros elementos, como o zinco, alumínio,

silício, níquel e prata. Essas ligas são relativamente mais resistentes do que os latões, e possuem

um elevado nível de resistência a corrosão.

Ligas de Alumínio - são ligas caracterizadas por uma densidade relativamente baixa, fáceis de

maquinar, com condutividade eléctrica e térmica elevadas, e uma boa resistência à corrosão no

meio ambiente.

Liga de magnésio - é caracterizada pela baixa densidade do magnésio que é a mais baixa de

entre todos os metais estruturais.

Propriedades e Características - a metalurgia actual está muito avançada, de tal maneira que

se podem fazer ligas metálicas com propriedades e características específicas, melhoradas




relativamente às dos seus metais componentes, para uma infinidade de utilizações que vão

desde uma liga de cobre e níquel para uma moeda, até uma liga de magnésio, de tungsténio ou

de metal líquido, para utilizar num Vaivém Espacial.

Utilização – As ligas são os materiais metálicos mais utilizados na construção em geral, na

Industria Automóvel, Motociclista, Ferroviária, Aeronáutica, Naval, Bélica, Construção Civil, etc., e

numa multiplicidade de estruturas, equipamentos, máquinas e utensílios das mais variadas

espécies e utilidades.

Ligas de Metais Líquidos - A NASA está a coordenar um esforço de pesquisas que poderá

revolucionar tudo o que se sabe sobre metais. Estão a desenvolver o "metal líquido", um novo tipo

de material estrutural com características similares aos plásticos, que arrefece rapidamente e tem

duas vezes mais resistência do que o titânio. O metal líquido inclui os elementos metálicos:

zircónio, titânio, níquel, cobre e berílio.

Os engenheiros pensavam que o plástico e o aço fossem os melhores materiais estruturais que se

utilizavam na construção de produtos de grandes dimensões. Mas estas novas "ligas sem formas",

ou amorfas, combinam a resistência do aço com a capacidade de moldagem do plástico.

O Dr. William Johnson, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, estuda os metais com

estruturas atómicas líquidas há mais de 30 anos. Ele uniu-se ao Dr. Atakan Peker, da empresa

Liquidmetal Technologies, para desenvolver a sua ideia de construir metais líquidos que formam

ligas metálicas densas, que se cristalizam sem a necessidade de um arrefecimento rápido.

A NASA entrou nas pesquisas disponibilizando condições de micro gravidade, por meio da missão

que levou a bordo o Laboratório de Ciências em Micro Gravidade, para que os cientistas

pudessem melhorar as ligas metálicas.




Johnson continuou a pesquisa no solo utilizando a levitação electrostática e o aquecimento a

laser. Nesse processo, pequenas esferas são mantidas suspensas no vácuo e fundidas por um

feixe de raio laser. Os cientistas conseguiram assim criar uma nova forma de mistura metálica, que

passa do estado líquido para o sólido à temperatura ambiente.

Fonte: Inovação Tecnológica (www.inovacaotecnologica.com.br)


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