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Saiba Tudo Sobre as Propriedades dos Metais

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Para a maioria das pessoas, metal é outra palavra para ferro, aço, ou uma substância semelhante, dura e brilhante.

Mas esta definição encaixa com as verdadeiras propriedades dos metais?

Sim… e no.

Antes de explicarmos, você deve saber que a maioria dos elementos da tabela periódica são metais.

Metais são encontrados no centro e no lado esquerdo da tabela periódica. Eles podem ser ainda classificados como metais alcalinos, metais alcalinos terrestres, metais de transição e metais básicos.

Metals Science Lesson

Propriedades de Metais

Um elemento é uma substância composta de um tipo de átomo; ele não pode ser separado em partes mais simples. Por exemplo, o elemento hélio (pense em balões de ar quente) é composto exclusivamente de átomos de hélio.

Elementos são geralmente classificados como metais ou não metálicos (embora alguns elementos tenham características de ambos; estes são chamados metalóides).

Três propriedades dos metais são:

  • Brilho: Os metais são brilhantes quando cortados, arranhados ou polidos.
  • Maleabilidade: Os metais são fortes mas maleáveis, o que significa que podem ser facilmente dobrados ou moldados. Durante séculos, os ferreiros foram capazes de moldar objetos metálicos aquecendo o metal e batendo-o com um martelo. Se eles tentassem isso com não metais, o material se estilhaçaria! A maioria dos metais também são dúcteis, o que significa que podem ser extraídos para fazer arame.
  • Condutividade: Os metais são excelentes condutores de electricidade e calor. Por serem também dúcteis, são ideais para a cablagem eléctrica. (Você pode testar isso usando alguns itens domésticos. Continue lendo para descobrir como!)

Propriedades Adicionais dos Metais

Alto ponto de fusão: A maioria dos metais tem alto ponto de fusão e todos, exceto o mercúrio, são sólidos à temperatura ambiente.

Sonoroso: Os metais frequentemente fazem um som de zumbido quando atingidos.

Reactividade: Alguns metais sofrem uma mudança química (reação), por si mesmos ou com outros elementos, e liberam energia. Estes metais nunca são encontrados em uma forma pura, e são difíceis de separar dos minerais em que são encontrados. O potássio e o sódio são os metais mais reativos. Eles reagem violentamente com o ar e a água; o potássio irá inflamar-se em contacto com a água!

Outros metais não reagem de todo com outros metais. Isto significa que eles podem ser encontrados em uma forma pura (exemplos são ouro e platina). Como o cobre é relativamente barato e tem uma baixa reatividade, é útil para fazer tubos e fios.

Cinco grupos de metais:

Os metais nobres são encontrados como metais puros porque são não reativos e não se combinam com outros elementos para formar compostos. Por serem tão não reativos, não corroem facilmente. Isto torna-os ideais para jóias e moedas. Metais nobres incluem cobre, paládio, prata, platina e ouro.

Metais alcalinos são muito reativos. Eles têm pontos de fusão baixos e são macios o suficiente para serem cortados com uma faca. Potássio e sódio são dois metais alcalinos.

Metais alcalinos de terra são encontrados em compostos com muitos minerais diferentes. Eles são menos reativos que os metais alcalinos, assim como mais duros, e têm pontos de fusão mais altos. Este grupo inclui cálcio, magnésio e bário.

Metais de transição são o que normalmente pensamos quando pensamos em metais. Eles são duros e brilhantes, fortes, e fáceis de moldar. Eles são usados para muitos fins industriais. Este grupo inclui ferro, ouro, prata, cromo, níquel e cobre, alguns dos quais também são metais nobres.

Os Metais de baixa qualidade são bastante macios, e a maioria não é muito usada por si só. Eles se tornam muito úteis quando adicionados a outras substâncias, no entanto. Os metais pobres incluem alumínio, gálio, estanho, tálio, antimônio e bismuto.

Alloys: Combinações fortes

As propriedades destes diferentes metais podem ser combinadas misturando dois ou mais deles juntos. A substância resultante é chamada uma liga. Alguns dos nossos materiais de construção mais úteis são na verdade ligas. O aço, por exemplo, é uma mistura de ferro e pequenas quantidades de carbono e outros elementos; uma combinação que é ao mesmo tempo forte e fácil de usar. (Adicione crómio e obtém-se aço inoxidável. Verifique as suas panelas de cozinha para ver quantas são feitas de aço inoxidável!)

Outras ligas como o latão (cobre e zinco) e o bronze (cobre e estanho) são fáceis de moldar e bonitas de se ver. O bronze também é usado frequentemente na construção naval porque é resistente à corrosão da água do mar.

Titânio é muito mais leve e menos denso que o aço, mas tão forte; e embora mais pesado que o alumínio, também é duas vezes mais forte. Também é muito resistente à corrosão. Todos estes factores fazem dele um excelente material de liga. As ligas de titânio são usadas em aviões, navios e naves espaciais, assim como tintas, bicicletas e até computadores portáteis!

O ouro, como metal puro, é tão macio que é sempre misturado com outro metal (geralmente prata, cobre ou zinco) quando é transformado em jóias. A pureza do ouro é medida em karats. O mais puro que se pode obter em jóias é 24 karats, que é cerca de 99,7% de ouro puro. O ouro também pode ser misturado com outros metais para mudar sua cor; o ouro branco, que é popular para jóias, é uma liga de ouro e platina ou paládio.

Metal de Minério

Ores são rochas ou minerais dos quais uma substância valiosa – geralmente metal – pode ser extraída. Alguns minérios comuns incluem galena (minério de chumbo), bornite e malaquite (cobre), cinábrio (mercúrio), e bauxita (alumínio). Os minérios de ferro mais comuns são a magnetita e a hematita (um mineral de cor ferrugínea formado por ferro e oxigênio), que ambos contêm cerca de 70% de ferro.

Existem vários processos de refinação de ferro a partir do minério. O processo mais antigo é a queima do minério de ferro com carvão vegetal (carbono) e oxigênio fornecido pelo fole. O carbono e o oxigênio, incluindo o oxigênio no minério, combinam-se e deixam o ferro. Entretanto, o ferro não aquece o suficiente para derreter completamente e contém silicatos que sobram do minério. Ele pode ser aquecido e martelado para formar ferro forjado.

O processo mais moderno utiliza um alto-forno para aquecer minério de ferro, calcário e coque (um produto de carvão, não o refrigerante). As reações resultantes separam o ferro do oxigênio no minério. Esse “ferro-gusa” precisa ser ainda mais misturado para criar ferro forjado. Ele também pode ser utilizado para outro propósito importante: quando aquecido com carbono e outros elementos, torna-se um metal mais forte chamado aço.

Considerando o processo envolvido, não é surpreendente que o ferro não tenha sido utilizado até cerca de 1500 AC. Mas alguns metais puros – ouro, prata e cobre – foram usados antes disso, e pensa-se que a liga bronze foi descoberta pelos sumérios por volta de 3500 AC. Mas o alumínio, um dos metais mais essenciais no uso moderno, não foi descoberto até 1825 a.C., e não era comumente usado até o século 20!

Corrosão: Processo &Prevenção

Você já viu um pedaço de prata que perdeu o brilho, ou ferro com ferrugem de cor avermelhada ou até mesmo buracos causados pela corrosão? Isto acontece quando o oxigênio (geralmente do ar) reage com um metal. Metais com maior reatividade (como magnésio, alumínio, ferro, zinco e estanho) são muito mais propensos a este tipo de destruição química, ou corrosão.

Quando o oxigênio reage com um metal, ele forma um óxido na superfície do metal. Em alguns metais, como o alumínio, isto é uma coisa boa. O óxido proporciona uma camada protectora que impede que o metal se corroa ainda mais.

Iron e aço, por outro lado, têm sérios problemas se não forem tratados para evitar a corrosão. A camada de óxido avermelhado que se forma no ferro ou aço quando reage com o oxigênio é chamada de ferrugem. A camada de ferrugem se desprende continuamente, expondo mais do metal à corrosão até que o metal seja eventualmente consumido.

Uma forma comum de proteger o ferro é revesti-lo com tinta especial que impede que o oxigênio reaja com o metal por baixo da tinta. Outro método é a galvanização: neste processo, o aço é revestido com zinco. O oxigênio, as moléculas de água e o dióxido de carbono no ar reagem com o zinco, formando uma camada de carbonato de zinco que protege da corrosão. Procure na sua casa, pátio e garagem exemplos de corrosão, bem como de galvanização e outros meios de protecção do metal contra a ferrugem.

Tecnologia: Fogos de artifício & Química

Se você assistir a fogos de artifício no 4 de Julho, você verá belas combinações de cores e faíscas.

Como funciona esta incrível pirotecnia? A resposta curta é química. A resposta mais longa envolve uma recapitulação das propriedades dos metais.

Um dos ingredientes chave para fogos de artifício, fogos de artifício terrestres e fogos de artifício aéreos (aqueles que explodem no céu) é a pólvora negra, inventada pelos chineses há cerca de 1000 anos. É uma mistura de nitrato de potássio (salitre), carvão vegetal e enxofre numa proporção de 75:15:10. O pó preto é usado para lançar antenas e também causa as explosões necessárias para efeitos especiais como ruído ou luz colorida.

Em sparklers, o pó preto é misturado com pós metálicos e outros compostos químicos em uma forma que queimará lentamente, de cima para baixo. Em foguetes de fogo simples, o pó preto é confinado em um tubo ao redor de um fusível. Quando aceso, o pó cria uma força que resulta numa reacção igual e oposta, empurrando o fogo de artifício para fora do solo e depois fazendo explodir os compostos no seu interior no ar.

Conchas de fogo de artifício mais complexas são lançadas de uma argamassa, um tubo com pó negro que provoca uma reacção de arranque quando aceso. O fusível do fogo-de-artifício é então aceso enquanto sobe ao ar, e no momento certo uma explosão no interior da concha provoca a explosão das suas cargas de efeitos especiais.

A parte brilhante e colorida da exibição do fogo-de-artifício é causada por electrões “excitados” nos átomos de diferentes compostos metálicos e salinos. Estes compostos estão em pequenas bolas chamadas estrelas, feitas de um composto similar ao que faz um faísca funcionar.

Metais como Corantes

Metales diferentes queimam em cores diferentes; por exemplo, se um composto de cobre estiver aceso, sua chama será de cor azul-esverdeada. O cálcio queima de cor vermelha e o potássio queima de cor púrpura. Nos fogos de artifício, os metais são combinados para criar cores diferentes.

Quando os compostos estelares dentro de um fogo de artifício são aquecidos, os átomos excitados libertam energia luminosa. Esta luz divide-se em duas categorias: incandescência e luminescência. Incandescência é a luz produzida pelo calor: nos fogos de artifício, metais reactivos como alumínio e magnésio causam uma explosão de luz muito brilhante quando aquecem – por vezes a temperaturas superiores a 5000 ° F!

Compostos menos reactivos não ficam tão quentes, resultando em faíscas mais fracas. A luminescência, por outro lado, é produzida a partir de outras fontes e pode ocorrer mesmo a temperaturas frias. Os elétrons do composto absorvem energia, tornando-os “excitados”. Os electrões não conseguem manter este nível elevado, por isso saltam de novo para um nível inferior, libertando energia luminosa (fotões) no processo.

O cloreto de bário é um composto químico que dá ao fogo de artifício uma cor verde luminescente, e o cloreto de cobre faz uma cor azul. Para qualquer tipo de luz, é importante usar ingredientes puros, pois vestígios de outros compostos obscurecem a cor.

Outras Leituras sobre Metais:

  • Escultura de Fio Giratório
  • Projectos da Feira de Ciência Química
  • Projectos da Feira de Ciência Física
  • Projectos da Feira de Ciência de Circuitos

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