Metais
Em sentido amplo o termo metal designa uma substância mineral que apresenta entre outras propriedades físicas: brilho característico, boa condutividade elétrica e térmica, ductibilidade, maleabilidade, entre outras. Incluem-se nessa definição os metais propriamente ditos ( ouro, prata, ferro ) e algumas ligas metálicas ( bronze e latão ). Em sentido específico, metal é um elemento químico eletropositivo, isto é, um elemento cujos átomos formam íons positivos em soluções, sendo estes 75% dos elementos químicos.
HistóriaA forma produtiva mais elementar é a que se exerce diretamente sobre o meio natural, através da extração de seus recursos. Essa forma de atividade é conhecida genericamente como "Extrativismo" e compreende a exploração de minerais e vegetais nativo, incluindo-se também a pesca como extrativismo animal. O extrativismo é considerado "produção primária "porque dela resulta a oferta de matérias-primas em sua mais simples, e quase se encontram na natureza. A mineração foi um dos ciclos mais importantes da economia brasileira. Ouro e diamantes, os objetos mais procurados, eram encontrados à flor da terra, nos aluviões dos rios ou a poucos metros no interior do solo. A atividade pesquisadora não ia além da procura e descoberta dessas jazidas superficiais, que, uma vez exploradas até exaustão, eram então abandonadas .Por isso o ciclo do extrativismo mineral promoveu o alargamento do território, sem cogitar dos valores do subsolo. Os minerais aparecem na crosta terrestre de duas maneiras: concentrados em determinados lugares, formando as "jazidas", ou metidos em cavidades de rochas, formando os "veios". As jazidas podem ser superficiais ou profundas. No caso do Brasil as de ferro são superficiais, parecendo morros, enquanto que as de ouro e as de carvão são muito profundas necessitando construções de minas para suas extrações.
Como se obter os metaisPrimeiramente temos os metais através da mineração (extrativismo mineral). Há metais que são extraídos em seu estado nativo como: o ouro, a prata, a platina, o cobre dentre outros. Mas na sua maioria são combinações, quase sempre ainda misturados a substâncias, assim fazendo o que se chama de gana. Desde a pré-história os homens exploravam as minas, afim de obter pedras e metais de que precisavam para construir abrigos, fabricar armas e outros utensílios. Exploraram tanto que temos até uma idade que se chama "Idade dos Metais", idade esta que recebeu esta denominação pela grande descoberta de metais. Após a pré-história esta descoberta veio passando pelos egípcios, fenícios, gregos, romanos e outros, até os dias de hoje. A descoberta do metal é sempre nova e há sempre o que aprender sobre este tema. Neste trabalho vamos mostrar um pouco de como se obter esta maravilha que é extraída do solo.
Os metais encontrados na natureza são extraídos de depósitos minerais no subsolo terrestre. Nesses depósitos minerais, a maioria dos elementos aparecem na forma de compostos. Apenas alguns metais podem aparecer na forma metálica. Quando os minerais podem ser comercialmente explorados, são chamados de minérios. As transformações do minérios em metal pode ocorrer em diferentes maneiras como:
Alguns metais:
A importância dos metais em nossas vidas é óbvia embora muitas vezes nem nos apercebamos disto. Os metais acompanham o homem desde de seus primórdios, quando era utilizado na fabricação de armas e instrumentos de caça. Atualmente exerce papel fundamental em nossas vidas. Por exemplo, no simples fato de acender uma lâmpada, já estamos utilizando os metais, que neste caso servem desde para possibilitar a transmissão de energia elétrica, e, até mesmo, resistir a passagem da corrente elétrica possibilitando assim a luminosidade.
Na medicina, os metais exercem inúmeras funções, como por exemplo: Utilização em instrumentos e aparelhos de implantes cirúrgicos, como válvulas, marcapassos, articulações artificiais, etc... Tais materiais devem oferecer grande resistência a corrosão, pois muitos deles permanecem no corpo humano. Nesses casos utiliza-se em geral o aço inoxidável, porém recentes pesquisas realizadas pelo médico e dentista Sérgio Luís Miranda, revelou que o titânio também tem se mostrado muito eficiente principalmente, em fraturas na face.
Na odontologia, os metais são utilizados em restaurações, sob forma de amálgamas, em armações metálicas para próteses, brocas, boticões e outros.
Além dessas utilidades, podíamos decorrer sobre as inúmeras utilidades dos metais em nossas vidas, porém isso seria inviável, pois os metais estão presentes em quase todos os segmentos de nossa vida, sendo vital pra o desenvolvimento tecnológico alcançado.
As Propriedades Importantes dos Metais são: Brilho e cor; Condutibilidade elétrica; Maleabilidade; Densidade; Temperatura de Fusão.
Brilho e corEssa propriedade, que pode ser bastante notada no Ouro e prata, é a responsável pela utilização deste dois metais em joalherias.
Quando polidos os metais, mostram-se brilhantes. Isso se deve ao fato de refletirem luz. Se o metal refletir tosas as cores do arco-íris, sua coloração será prateada. Caso contrário, refletirá a cor que ele não absorve: como o outro que é amarelo e o cobre que é avermelhado. No caso do ouro, ele absorve todas as cores menos a amarela, que é a que ele reflete. No caso do cobre, acontece o mesmo processo, trocando apenas a cor a ser não-absorvida e consequentemente refletida, de amarela pra vermelha.
Além de serem utilizados em joalherias o Ouro e a Prata juntamente com o cobre, são utilizados também na confecção de moedas, sendo por isso chamados de Metais de Cunhagem
CondutibilidadeEsta propriedade é bastante importante um vez que é através dela, no qual, pode-se saber qual o metal mais indicado, para por exemplo, ser feito um fio de transmissão de energia elétrica.
Muitos metais, apresentam boas taxas de condutibilidade elétrica. A prata por exemplo tem excelentes rendimentos quando utilizada para conduzir energia elétrica, porém devido ao seu alto custo, ele é em geral substituída pelo Cobre, que também é um bom condutor e apresenta custos bem mais baixos.
Em alguns casos, alguns metais são utilizados por ter baixo grau de condutibilidade. Um exemplo disso é o tungstênio, que é utilizado em lâmpadas, e por possuir um baixo grau de condutibilidade (Aproximadamente 340 vezes menor do que a prata) tem resistência a passagem da corrente elétrica, possibilitando que o metal se aqueça tornando-se incandescente e produzindo assim a luminosidade. Além do Tungstênio também é utilizado nas lâmpadas os seguintes materiais:
Metais:
Não-metal:
A Maleabilidade é outra propriedade importante. É através dessa propriedade que sabemos se é possível moldar e deformar determinado metal.
Um exemplo de material bastante maleável é o Ouro. A maleabilidade dele é tão grande que permite que sejam feitas a partir de tal metal folhas extremamente finas, denominadas de filmes. Tais folhas são utilizadas nos visores de capacetes de astronautas, em vidros de cabines dos aviões e nos veículos espaciais com a finalidade de proteger das radiações infravermelhas.
DensidadeDensidade é uma grandeza que relaciona a massa de uma amostra de material com o volume ocupado por ela. A densidade nos informa qual é a massa existente na unidade de volume de um material qualquer. De forma mais acessível, seria o mesmo que dizer que a Densidade é obtida através do volume ocupado e do peso (massa) do mesmo.
Um exemplo é se comparássemos uma esfera de alumínio e outra esfera de chumbo, ambas de volume idênticos, veríamos que a esfera de chumbo é mais pesada que a esfera de alumínio. Isso quer dizer o que é chumbo tem mais massa que o alumínio, ou seja, o chumbo é mais denso que o alumínio.
O conhecimento desta propriedade é muito importante, para se definir qual o melhor metal para desempenhar determinada função.
| METAL | DENSIDADE |
METAL |
DENSIDADE (g/cm³) |
Alumínio |
2,6 |
Mercúrio |
14,1 |
Chumbo |
11,3 |
Molibdênio |
10,2 |
Cobre |
8,9 |
Níquel |
8,9 |
Crômio |
7,2 |
Ouro |
19,3 |
Estanho |
7,2 |
Platina |
21,4 |
Ferro |
7,8 |
Prata |
10,5 |
Magnésio |
1,7 |
Titânio |
4,5 |
Manganês |
7,4 |
Tungstênio |
19,3 |
Existe na natureza, diversos tipos de metais, cada um, com determinado ponto de fusão.
A fusão nada mais é que uma determinada temperatura, no qual o metal sólido, passa para o estado líquido.
Tal propriedade é importante, pois no momento em que um metal passa para o estado líquido, perde muitas de suas utilidades, e se estiver sendo usando no momento, pode interromper a função ao qual estava sendo designado. Um exemplo prático disso seria por exemplo o material utilizado em aviões. Se durante um vôo a temperatura de fusão do material que compõe o avião for atingida, a fuselagem viraria líquido, e as conseqüências disto podem ser imaginada por todos nós.
Esse exemplo acima serve para mostrar, que assim como a Densidade, esta propriedade deve ser observada para determinar qual metal ou liga metálica é mais adequado para determinada função.
Algumas considerações sobre fusão:
Segue abaixo uma tabela com vários metais e seus respectivos pontos de fusão:
| METAL | Temperatura de
fusão |
METAL |
Temperatura de fusão Graus Centígrados |
Alumínio |
660,2 |
Mercúrio |
-38,8 |
Chumbo |
327,4 |
Molibdênio |
2.610 |
Cobre |
1.083 |
Níquel |
1.453 |
Crômio |
1.890 |
Ouro |
1.063 |
Estanho |
231,8 |
Platina |
1.773,5 |
Ferro |
1.535 |
Prata |
960,8 |
Magnésio |
651 |
Titânio |
1.668 |
Manganês |
1.244 |
Tungstênio |
3.370 |
As ligas são misturas de 2 ou mais metais e, às vezes, um não-metal como o carbono e o fósforo, formada pela mistura de componentes fundidos. Apresentam propriedades diferentes das dos metais que as formam. As propriedades das ligas são melhores do que as dos metais puros para as mais diversas aplicações. Devido a isso as Ligas recebem a classificação de 'As misturas mágicas'. Hoje poucos metais são utilizados em seu estado puro, veja :
As propriedades das ligas dependem dos metais que as constituem e das porcentagens em que cada um entra na sua composição. A tabela dá uma idéia das diferentes ligas e seus usos:
| LIGA | PRINCIPAL COMPONENTE |
COMPOSIÇÃO |
APLICAÇÕES |
Ouro 18 quilates |
Ouro |
75% Au, 12,5% Ag, 12,5% Cu |
Joalheria |
Liga de Magnésio |
Magnésio |
92% Mg, 7% Al, 1% Zn |
Foguetes e máquinas leves |
Duralumínio |
Alumínio |
94,6%Al,4%Cu,0,8%Mg,0,6%Mn |
Foguetes e aeronaves |
Bronze |
Cobre |
90%Cu, 10%Sn |
Armas |
Latão Vermelho |
Cobre |
67%Cu, 33%Zn |
Instrumentos de sopro |
Aço |
Ferro |
99,9%Fe,0,1%C |
Estruturas de construção |
Ferro-gusa |
Ferro |
92,5%Fe, 3,4%C, 2,3%Si, |
Blocos de motores |
Aço inoxidável |
Ferro |
70%Fe, 19%Cr, 9%Ni, |
Talheres e revestimentos |
Níquel-crômio |
Níquel |
59,9%Ni,24%Fe,0,1%C,16%Cr |
Resistores elétricos |
Metal de Solda |
Chumbo |
67%Pb,33% Sn |
Solda |
Agora alguns metais mais afundo, entre eles: Ferro, Cobre e Alumínio
Os metais são provenientes do subsolo "prontos para o uso", mas sim fazendo parte de minerais denominados minérios.
Ferro MeteoríticoO ferro de origem meteorítica foi usado por povos mais antigos para fazer ornamentos.
Este tipo de ferro contém muito níquel como impureza e tem propriedades semelhantes ao aço, sendo difícil de ser trabalhado com os instrumentos existentes feitos de pedra ou cobre.
Apesar disto foram encontrados amuletos, anéis e outros objetos pequenos feitos de ferro meteorítico.
A tecnologia do ferro desenvolveu-se e tornou-se importante muito mais tarde quando foi reconhecida a existência de minérios de ferro e desenvolvidos os fornos de alta temperatura.
O homem paleolítico desta época sabia que o ferro tinha origem celestial.
Mil e duzentos anos mais tarde os Sumerianos utilizavam uma palavra cujo significado era "ceu-metal " e os Egípcios outra que significava "cobre preto vindo do céu" para designar o ferro meteorítico.
FerroO Ferro é um dos metais mais utilizados pelo homem no mundo. Sua importância é tão grande que é difícil imaginar o que seria de nossa vida sem esse metal. Trata-se de um metal que possui pouca utilidade prática quando puro, mas misturado com determinados elementos químicos como carbono, manganês, cromo, níquel, vanádio, molibidênio ou titânio, obtem-se ligas com propriedades extremanente úteis.
Dentre as ligas que contém ferro, a mais importante e conhecida é o aço, formada por ferro e carbono em proporções adequadas. Muito resistente à tração, ele possui grande aplicação em cabos de elevadores e teleféricos. É na construção civil, porém, que sua alta resistência à tração faz com que seja útil para uma de suas mais conhecidas aplicações: a elaboração do concreto armado, ou seja, concreto contendo em seu interior uma estrutura feita com vergalhões de aço.
O Ferro quando exposto ao ar ou a ambientes úmidos, com o passar do tempo, apresenta sinais de corrosão. Esse processo, conhecido como enferrujamento, reduz a resistência e a durabilidade do ferro, tornando-o impróprio para muitos fins. A ferrugem, substância bem diferente do ferro, é marrom-avermelhada, porosa e quebradiça. Trata-se de óxido de ferro hidratado - composto constituído de ferro, oxigênio e água.
A corrosão expressa a tendência do metal a retornar à sua forma de origem, ou seja, a de transforma-se no óxido do qual foi extraído.
Causas da Corrosão do FerroA corrosão é causada principalmente por água e ar. Além desses dois agentes, existem outros que podem acelerar o processo corrosivo, entres eles o Sal. Por isso que em regiões próximas ao mar a corrosão de estruturas metálicas é mais acentuada. Quando a água evapora, esses sais ficam em suspensão, como material particulado. São os chamados aerossóis. Além disso o clima úmido contribui, pois a película de água que umedece a superfície do metal atua como dissolvente dos aerossóis de sal, contribuindo ainda mais para que haja a corrosão.
Conseqüências da Corrosão do FerroAs conseqüências da corrosão é óbvia, pois ainda hoje o uso de metais é de extrema importância para o desenvolvimento tecnológico e industrial, trazendo, portanto grandes prejuízos. Para se comprovar isso basta que se dê um olhada nos depósitos de de ferro-velho ou nos "cemitérios" de automóveis. Isso tem preocupado muito as autoridades e técnicos envolvidos no assunto que ha muito buscam saídas para minimizar seus efeitos. No próximo tópico iremos nos aprofundar nas métodos de combate à corrosão.
Métodos de Combate à CorrosãoExistem diversos métodos de combate à corrosão. Alguns dele consiste em revestir o metal com protetores, através de tintas, resinas, esmaltes, ou até mesmo metais mais nobres. Portões e grades de ferro são recobertos de zarcão - um óxido de chumbo - antes da pintura. Já os antigos pára-choques metálicos dos veículos eram sujeitos à metalização eletrolítica, que consistia em depositar, sobre eles, uma camada de cobre bastante espessa. Isso era feito mergulhando-os em banhos de sulfato de cobre ou de cianetos de cobre. Em seguida, eram lavados e recebiam banhos de crômio sobre a camada de cobre. Já nas folhas-de-flandres, que é fabricada no brasil pela Companhia Siderúrgica Nacional (CNS), é revestida com estanho. Tal folha é um laminado de aço, de baixo teor de caborno, revestido em ambas as faces por estanho puro. O revestimento de estanho é feito imergindo-se a chapa de aço em estanho fundido, ou então, por meio de eletrodeposição. Nas latas que contêm alimentos, o estanhamento tem como função, além de evitar a ferrugem evitar também o contado do alimento com a face interna da lata. Geralmente, as latas ainda são recobertas por verniz protetor, com o objetivo de melhorar a sua aparência, aumentar seu tempo de vida, reduzir custo de embalagem e ainda preservar a aparência do alimento. Na indústria automobilística existem diversos métodos de proteção anti-corrosão. A corrosão dos carros pode se dar na carroceria, devido a componentes atmosféricos - oxigênio, umidade do ar e poluentes -, como também no sistema de exaustão, causada por agentes corrosivos contidos no combustível. Existem diversos cuidados que são recomendados pelas revendedoras dos carros, e existem prazos de garantia variados. Enquanto nos EUA um carro tem garantia contra corrosão de seis anos na Suécia essa garantia é de 15 anos. No Brasil a garantia é de 3 anos.
O ferro é utilizado na fabricação de ferramentas, utensílios, motores, chapas, construção civil entre outras utilizações.
CobreCobre nativo é encontrado em muitos lugares, geralmente montanhosos, como pequenas partículas, ou mesmo pepitas ou nódulos, de cor verde violácea ou verde negro.
Pode-se apresentar, também, sob forma de pequenas placas ou formas arborescentes.
Quando riscadas por um objeto pontudo ou raspadas ou trabalhadas com percussão com pedras ou martelos de pedras revelam um miolo metálico.
Estas formas já eram conhecidas por volta de 5.000 a.C. e utilizadas para fazer pequenos objetos (anzóis, arrebites, etc.) .
Descobriu-se também ( cerca de 4.200 a.C.) que uma massa metálica trabalhada pelo martelo torna-se progressivamente mais dura e que volta a ser maleável se for aquecida ( recozimento ).
Esta tecnologia permitiu que a partir dos nódulos se produzissem folhas metálicas que podiam ser trabalhadas a frio (marteladas) e recozidas sucessivamente .
Usando outra pedra lapidada como bigorna e machados de pedra adequados o artesão paleolítico podia dar forma diversas aos objetos de cobre metálico.
Os depósitos de cobre nativo não eram muito abundantes fato que levou ao desenvolvimento de tecnologia para a obtenção do metal a partir de minérios que eram abundantes em certas regiões.
Este estágio ocorreu entre quinhentos e mil anos mais tarde .
Trata-se de um elemento relativamente raro na crosta terrestre. O principal minério do cobre é a calcosita, o método utilizado para obtenção do cobre consiste na Ustulação do minério. Ustulação é o aquecimento de um minério do tipo sulfeto na presença do Oxigênio.
Quando exposto ao ar úmido com gás carbônico, o cobre lentamente se oxida, ficando coberto por uma camada esverdeada chamada de azinhavre, de zinabre, de pátina ou de verdete. Os compostos de cobre são muito venenosos quando ingeridos, recipientes culinários desse metal devem estar muito limpos para remover o azinhavre.
A coloração verde-clara de monumentos feitos de cobre se deve à camada de azinhavre formada com o passar dos anos. A exemplo podemos citar a estátua da liberdade que foi feita de placas de cobre fixadas sobre um esqueleto de ferro.
Principais ligas de Cobre:
O alumínio é um metal muito leve e resistente, mostrando-se ideal para uma série de aplicações. Esse metal é aplicado na fabricação de revestimentos de automóveis, aviões e navios, de portões, de janelas, de panelas, de rodas para carro, de antenas de televisão, de latinhas de refrigerante e cerveja, de papel alumínio e de embalagens para alimentos ( tipo "marmitex" ).
A produção do alumínio não é tão simples quanto a de metais como ferro, chumbo, estanho e zinco. O processo de redução ( processo pelo qual os átomos tem sua carga reduzida durante a reação química ) da alumina ( Al2O3 ), proveniente do minério bauxita, é difícil e precisa ser realizado com o auxílio de corrente elétrica. Isso só é economicamente viável em países onde o preço deste tipo de energia não é muito alto, como o caso do Brasil, graças ao seu potencial hidrelétrico. A Purificação da BauxitaO minério Bauxita de cor marrom-avermelhada, consiste numa mistura em que predomina a alumina. O processo de purificação via separar a alumina das outras substâncias presentes na bauxita, notadamente o óxido de ferro III.
O alumínio é um dos mais versáteis metais. É muito dúctil e maleável e atóxico, este último possibilitando sua larga utilização em embalagens de alimentos.
Duas de sua ligas são o duralumínio ( 95% de alumínio; 4% de cobre; 1% de magnésio, ferro e silício ) e o magnálio ( 83% de alumínio; 15% de magnésio; 2% de cálcio ). São fáceis de moldar quando fundidas, apresentam leveza e alta resistência à deformação. São, portanto ideais para o revestimento de aeronaves, barcos, automóveis, para fabricação de utensílios domésticos e de rodas esportivas.
O alumínio apresenta alta refletividade à luz, o que o torna útil em painéis coletores de energia solar, como os usados em aquecedores solares.
Apesar de ser um metal pouco nobre, objetos de aluimínio não sofrem corrosão ordinária quando expostos à atmosfera úmida.
Problemas ambientais decorrentes da produção e utilização de metais e seus compostosUm primeiro problema está relacionado ao fato de as jazidas de onde são extraídos esses metais não serem inesgotáveis. Uma primeira saída para este problema é a utilização de materiais alternativos em lugar dos metais. Uma segunda solução está relacionada à reciclagem de metais que fazem parte do lixo industrial, doméstico e comercial. A reciclagem além de diminuir a demanda por jazidas de minérios, propicia economia de energia.
A exploração desses recursos minerais causa desmatamento da natureza. A extração também provoca a poluição ambiental.
A produção de metais a partir de minérios que contenham enxofre caso do cobre, da prata, do mercúrio, do chumbo e do zinco produz na ustulação, o indesejável poluente SO2, um dos responsáveis pela chuva ácida.
Os problemas relacionados com a exploração podem ser divididos de grosso modo em: os de cunho científico-tecnológico e os de ordem social.
Os primeiros encontram sua origem no mau uso dos princípios científicos e podem, com relativa facilidade, ser resolvidos com os próprios resultados da pesquisa científica aplicada.
Já os problemas sociais, fundamentam em questões ligadas à distribuição de capital ou à boa vontade em se oferecer aos trabalhadores e à população melhores condições de vida, parecem bem mais difíceis de serem resolvidos na medida em que nos defrontamos com uma das molas mestras dos fatos históricos: a ganância humana!
A humanidade possui recursos hoje para resolver os problemas que ela mesma causou. Resta saber se haverá boa vontade e lucidez para encontrar os caminhos e buscar as soluções.