Condutores

Exemplos e características

Em termos diretos, entende-se por condutor elétrico (corpo condutor) aquele que, estando carregado por uma determinada carga elétrica, tem essa carga distribuída por toda a sua extensão.

Metais são bons exemplos de corpos condutores. Em seus átomos, os elétrons da região externa da eletrosfera mantêm uma ligação muito fraca com o núcleo. Assim sendo, em uma barra de metal, os elétrons das camadas mais afastadas dos núcleos de seus átomos circulam livremente de um átomo para outro. estes elétrons são denominados elétrons livres.

Condutividade elétrica é usada para especificar o caráter elétrico de um Às vezes a condução elétrica  material. Ela é simplesmente o recíproco da resistividade, ou seja, inversamente proporcionais e é indicativa da facilidade com a qual um material é capaz de conduzir uma corrente elétrica. A unidade é ohm-metro, isto é, [(Ω-m)-1 ou ohm/m]. As seguintes discussões sobre propriedades elétricas usam tanto a resistividade quanto a condutividade.
Materiais sólidos exibem uma espantosa faixa de condutividades. De fato, uma maneira de classificar materiais sólidos é de acordo com a facilidade com que conduzem uma corrente elétrica; dentro deste esquema de classificação existem 3 grupamentos: condutores, semicondutores e isolantes. Metais são bons condutores, tipicamente tendo condutividades da ordem de 107 (Ω-m)-1. No outro extremo estão os materiais com muito baixas condutividades, situando-se entre 10-10 e 10-20 (Ω-m)-1; estes são os isolantes elétricos. Materiais com condutividades intermediárias, geralmente entre 10-6 e 104 (Ω-m)-1, são denominados semicondutores. No Sistema Internacional de Unidades, é medida em siemens por metro.

Cobre

O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (Cuprum), número atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atómica 63,6 uma. À temperatura ambiente, o cobre encontra-se no estado sólido. Classificado como metal de transição, pertence ao Grupo da Tabela Periódicagrupo 11]] (1B) da Classificação Periódica dos Elementos. É um dos metais mais importantes industrialmente, de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade. Possui condutividade elétrica no valor de 59.6 106/m ohm.

Aplicações

A aplicação por excelência do cobre é como material condutor (fios e cabos), destinação de aproximadamente 45% do consumo anual de cobre. Outros usos são:

• Tubos de condensadores e encanamentos.
• Eletroimãs.
• Motores elétricos.
• Interruptores e relés, tubos de vácuo e magnetrons de fornos microondas.
• Se tende ao uso do cobre em circuitos integrados em substituição ao alumínio, de menor condutividade.
• Cunhagem de moedas (com o níquel), esculturas, estátuas , construção de sinos , e usos ornamentais em ligas com zinco (latão), estanho (bronzes) e prata (jóias).
• Lentes de cristal de cobre empregadas em radiologia para a detecção de pequenos tumores.

O sulfato de cobre II é um composto de cobre de grande importância industrial, sendo empregado na agricultura, na purificação da água e como conservante da madeira.

Ligas metálicas

Os cobrees débilmente ligados são aqueles que contém uma porcentegem inferior a 3 de algum elemento adicionado para melhorar alguma das caracteristicas do cobre como a maquinabilidade ( facilidade de mecanização ) , resistência mecânica e outras, conservando a alta condutibilidade elétrica e térmica do cobre. Os elementos utilizados são estanho, cádmio, ferro, telúrio, zircônio, cromo e berílio. Outras ligas de cobre importantes são latões (zinco), bronzes (estanho), cuproalumínios (alumínio), cuproníqueis ( níquel ), cuprosilícios (silício) e alpacas (níquel-zinco)

Ouro

O ouro (lat. aurum, brilhante) é um elemento químico de símbolo Au e de número atômico igual a 79 (79 protões e 79 electões) e de massa atómica 197 uma. À temperatura ambiente, o ouro encontra-se no estado sólido.
O ouro é um elemento químico de número atómico 79 situado no grupo 11 ( 1 B ) da tabela periódica. O seu símbolo é Au (do latim aurum). É um metal de transição brilhante, amarelo, pesado, maleável, dúctil ( trivalente e univalente ) que não reage com a maioria dos produtos químicos, mas é sensível ao cloro. O metal encontra-se normalmente em estado puro e em forma de pepitas e depósitos aluvionais e é um dos metais tradicionalmente usados para cunhar moeda. O ouro é utilizado de forma generalizada em joalharia, indústria e eletrônica e como reserva de valor..

Aplicações

O ouro puro é demasiadamente mole para ser usado, geralmente é endurecido formando liga metálica com prata e cobre. O ouro e suas diversas ligas metálicas são muito empregados em joalherias, fabricação de moedas e como padrão monetário em muitos paises. Devido a sua boa condutividade elétrica, resistência a corrosão, e uma boa combinação de propriedades físicas e químicas , apresenta diversas aplicações industriais.

• O ouro exerce funções críticas em ordenadores, comunicações, naves espaciais, motores de reação na aviação, e em diversos outros produtos.
• Sua alta condutividade elétrica e resistência a oxidação tem permitido um amplo uso em eletrodeposição, ou seja, cobrir com uma camada de ouro por meio eletrolítico as superfícies de conexões elétricas, para assegurar uma conexão de baixa resistência elétrica e livre do ataque químico do meio. O mesmo processo pode ser uitilizado para a douragem de peças, aumentando a sua beleza e valor.
• Como a prata, o ouro pode formar amálgamas com o mercúrio que, algumas vezes, é empregado em obturações dentárias.
• O ouro coloidal ( nanopartículas de ouro ) é uma solução intensamente colorida que está sendo pesquisada para fins médicos e biológicos. Esta forma coloidal também é empregada para criar pinturas douradas em cerâmicas.
• O ácido cloroaúrico é empregado em fotografias.
• O isótopo de ouro 198Au, com meia-vida de 2,7 días, é usado em alguns tratamentos de câncer e em outras enfermidades.
• É empregado para o recobrimento de materiais biológicos, permitindo a visualização através do microscópio eletrônico de varredura (SEM ).
• Utilizado como cobertura protetora em muitos satélites porque é um bom refletor de luz radiação infravermelha.

Prata

A prata(do latim argentum, que quer dizer prata) é um elemento químico de símbolo Ag e de número atómico igual a 47 (47 protões e 47 electrões). À temperatura ambiente, a prata encontra-se no estado sólido.No teste de chama,assume a cor lilás.
A prata não é tóxica. No entanto, a maior parte dos seus sais são venenosos devido à presença de aniões. Estes compostos são absorvidos pelo corpo e permanecem no sangue até se depositarem nas membranas mucosas, formando um película acinzentada. Existem, contudo, outros compostos de prata, como o nitrato, que têm um efeito anti-séptico. Usam-se soluções de nitrato de prata no tratamento de irritações de membranas mucosas da boca e garganta. Algumas proteínas contendo prata são poderosos agentes anti-irritantes das membranas dos olhos, ouvido, nariz e garganta.

Alumínio

O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de número atômico 13 ( 13 prótons e 13 elétrons ) com massa atómica 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente na aeronáutica. Entretanto, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem sobremaneira o seu campo de aplicação. No entanto, o baixo custo para a sua reciclagem aumenta o seu tempo de vida útil e a estabilidade do seu valor.

Aplicações

Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, exceto o aço. É um material importante em múltiplas atividades econômicas.
O alumínio puro é maleável e frágil, porém suas ligas com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de características adequadas às mais diversas aplicações. Estas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes.
Quando se evapora o alumínio no vácuo, forma-se um revestimento que reflete tanto a luz visível como a infravermelha. Como a capa de óxido que se forma impede a deterioração do revestimento, utiliza-se o alumínio para a fabricação de espelhos de telescópios, em substituição aos de prata.
Devido à sua grande reatividade química é usado, quando finamente pulverizado, como combustível sólido para foguetes e para a produção de explosivos. Ainda usado como ánodo de sacrifício e em processos de aluminotermia para a obtenção de metais.
Outros usos do alumínio são:

• Transporte: Como material estrutural em aviões, barcos, automóveis, tanques, blindagens e outros.
• Embalagens; Papel de alumínio, latas, tetrabriks e outras.
• Construção civil: Janelas, portas, divisórias, grades e outros.
• Bens de uso: Utensílios de cozinha, ferramentas e outros.
• Transmisão elétrica. Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60% menor que a do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas é compensado pela sua grande malebilidade, permitindo maior distância entre as torres de transmissão e reduzindo, desta maneira, os custos da infraestrutura.
• Como recipientes criogênicos até -200 ºC e, no sentido oposto, para a fabricação de caldeiras
• Observação: As ligas de alumínio são conhecidas como Duralumínio.

Ferro

O ferro (do latim ferrum) é um elemento químico , símbolo Fe , de número atômico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e massa atómica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido. É extraído da natureza sob a forma de minério de ferro que, depois de passado para o estágio de ferro-gusa, através de processos de transformação, é usado na forma de lingotes. Adicionando-se carbono dá-se origem a várias formas de aço.
Este metal de transição é encontrado no grupo 8 ( 8B ) da Classificação Periódica dos Elementos. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os metais, somente o alumínio é mais abundante.
É um dos elementos mais abundantes do Universo; o núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel ( NiFe ), gerando um campo magnético.
O ferro tem sido históricamente importante, e um período da história recebeu o nome de Idade do ferro.
O ferro, atualmente, é utilizado extensivamente para a produção de aço, liga metálica para a produção de ferramentas, máquinas, veículos de transporte ( automóveis, navios, etc ), como elemento estrutural de pontes, edificios, e uma infinidade de outras aplicações.

Aplicações

O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu baixo preço e dureza , especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios. O aço é a liga metálica de ferro mais conhecida, sendo este o seu uso mais frequente. As ligas férreas apresentam uma grande variedade de propriedades mecânicas dependendo da sua composição e do tratamento que se tem aplicado.

• Os aços são ligas metálicas de ferro e carbono com concentrações máximas de 2.2% em peso de carbono, aproximadamente. O carbono é o elemento de ligação principal, porém os aços contêm outros elementos. Dependendo do seu conteúdo em carbono são classificados em:
• Aço baixo em carbono. Contém menos de 0.25% de carbono em peso. São fracos porém dúcteis. São utilizados em veículos, tubulações, elementos estruturais e outros. Também existem os aços de alta resistência com baixa liga de carbono, entretanto, contêm outros elementos fazendo parte da composição, até uns 10% em peso; apresentam uma maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente.
• Aço médio em carbono. Entre 0.25% e 0.6% de carbono em peso. Para melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais resistentes que os aços baixo em carbono, porém menos dúcteis, sendo empregados em peças de engenharia que requerem uma alta resistência mecânica e ao desgaste.
• Aço alto em carbono. Entre 0.60% e 1.4% de carbono em peso. São os mais resistentes, entretanto, os menos dúcteis. Adicionam-se outros elementos para que formem carbetos, por exemplo, formando o carbeto de tungstênio, WC, quando é adicionado à liga o wolfrâmio. Estes carbetos são mais duros, formando aços utilizados principalmente para a fabricação de ferramentas.

• Um dos inconvenientes do ferro é que se oxida com facilidade. Existem uma série de aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o cromo, para que se tornem mais resistentes à corrosão. São os chamados aços inoxidáveis.
• Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2.1% em peso, a liga metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4.5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de ferros fundidos: cinzento, esferoidal, branco e maleável. Dependendo do tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras.
• Por outro lado, os óxidos de ferro apresentam variadas aplicações: em pinturas, obtenção de ferro, e outras. A magnetita (Fe3O4) e o óxido de ferro III (Fe2O3) têm aplicações magnéticas.

Chumbo

O chumbo (do latim plumbum) é um elemento químico de símbolo Pb , número atômico 82 ( 82 prótons e 82 elétrons ), com massa atómica igual a 207,2 u, pertencente ao grupo 14 da classificação periódica dos elementos químicos. À temperatura ambiente, o chumbo encontra-se no estado sólido.
É um metal tóxico, pesado, macio, maleável e pobre condutor de eletricidade. Apresenta coloração branco-azulada quando recentemente cortado, porém adquire coloração acinzentada quando exposto ao ar. É usado na construção civil, baterias de ácido, em munição, proteção contra raios-X , e forma parte de ligas metálicas para a produção de soldas, fusíveis, revestimentos de cabos elétricos, materiais antifricção, metais de tipografia, etc. O chumbo tem o número atômico mais elevado entre todos os elementos estáveis.
É um metal conhecido e usado desde a antiguidade. Suspeita-se que este metal já fosse trabalhado há 7000 anos.

Aplicações

O mais amplo uso do chumbo é na fabricação de acumuladores. Outras aplicações importantes são na fabricação de forros para cabos, elemento de construção civil, pigmentos, soldas suaves e munições. A fabricação de chumbo tetra etílico (TEL) vem caindo muito em função de regulamentações ambientais cada vez mais restritivas no mundo no que se diz respeito à sua principal aplicação que é como aditivo na gasolina. No caso do Brasil desde 1978 este aditivo deixou de ser usado como antidetonante.
Têm-se desenvolvido varios compostos organoplúmbicos para aplicações como catalisadores na fabricação de espumas de poliuretano, como tóxico para as pinturas navais com a finalidade de inibir a incrustação nos cascos, agentes biocidas contra as bactérias granpositivas, proteção da madeira contra o ataque das brocas e fungos marinhos, preservadores para o algodão contra a decomposição e do mofo, agentes molusquicidas, agentes antihelmínticos, agentes redutores do desgaste nos lubrificantes e inibidores da corrosão do aço.
Graças a sua excelente resistência a corrosão, o chumbo encontra muitas aplicações na indústria de construção e, principalmente, na indústria química. É resistente ao ataque de muitos ácidos, porque forma seu próprio revestimento protetor de óxido. Como conseqüência desta característica, o chumbo é muito utilizado na fabricação e manejo do ácido sulfúrico.
Durante muito tempo se tem empregado o chumbo como manta protetora para os aparelhos de raio-X. Em virtude das aplicações cada vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as aplicações do chumbo como blindagem contra a radiação.
Sua utilização como forro para cabos de telefone e de televisão segue sendo uma forma de emprego adequada para o chumbo. A ductilidade única do chumbo o torna particularmente apropriado para esta aplicação, porque pode ser estirado para formar um revestimento contínuo em torno dos condutores internos.
O uso de chumbo em pigmentos tem sido muito importante, porém a sua utilização tem diminuído muito. O pigmento, que contém este elemento, é o branco de chumbo, 2PbCO3 .Pb(OH)2; outros pigmentos importantes são o sulfato básico de chumbo e os cromatos de chumbo.
Utiliza-se uma grande variedade de compostos de chumbo, como os silicatos, os carbonatos e os sais de ácidos orgânicos, como estabilizadores contra o calor e a luz para os plásticos de cloreto de polivinila (PVC). Usam-se silicatos de chumbo para a fabricação de vidros e cerâmicas. O nitreto de chumbo, Pb(N3)2, é um detonador padrão para os explosivos. Os arseniatos de chumbo são empregados em grande quantidades como inseticidas para a proteção dos cultivos. O litargírio (óxido de chumbo) é muito empregado para melhorar as propriedades magnéticas dos imãs de cerâmica de ferrita de bário.
O chumbo forma ligas com muitos metais e, em geral, é empregado nesta forma na maior parte de suas aplicações. Todas as ligas metálicas formadas com estanho, cobre, arsênio, antimônio, bismuto, cádmio e sódio apresentam importantes aplicações industriais (soldas, fusíveis, material de tipografia , material de antifricção, revestimentos de cabos elétricos, etc.).
Uma mistura de zirgonato de chumbo e de titanato de chumbo, conhecida como PZT, está sendo posta no mercado como um material piezoelétrico.

Níquel

O níquel é um elemento químico de símbolo Ni de número atômico 28 ( 28 prótons e 28 elétrons ) e de massa atómica 58,7 uma. À temperatura ambiente, o níquel encontra-se no estado sólido. É um elemento de transição situado no grupo 10 ( 8 B ) da Classificação Periódica dos Elementos. O uso do níquel remonta aproximadamente ao século IV A.C geralmente junto com o cobre.

Aplicações

Aproximadamente 65% do níquel consumido é empregado na fabricação de aço inoxidável austenico e outros 12% em superligas de niquel. O restante 23% é repartido na produção de outras ligas metálicas, baterias recarregáveis, reações de catálise, cunhagens de moedas, revestimentos metálicos e fundição.

• Alnico, ligas para imãs.
• O mu-metal se usa para apantallar campos magnéticos por sua elevada permeabilidade magnética.
• As ligas níquel-cobre ( monel ) são muito resistentes a corrosão, utilizando-se em motores marítimos e indústria química.
• A liga níquel-titânio ( nitinol-55 ) apresenta o fenômeno memória de forma e é usado em robótica, também existem ligas que apresentam superelasticidade.
• cadinhos de laboratorios químicos.
• Catalisador da hidrogenação de óleos vegetais