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progresso tecnológico esteve sempre
associado, desde as primitivas forjas da idade do bronze, ao conhecimento dos
metais e a sua utilização em ferramentas, armas, veículos e outros artefatos. Metal é, genericamente, toda substância mineral que
se apresenta em estado sólido à temperatura ambiente -- com a única exceção
do mercúrio -- e que se caracteriza por brilho característico, opacidade,
dureza, ductilidade (que permite que o material seja esticado em arames finos) e
maleabilidade (que possibilita sua redução a lâminas delgadas). Incluem-se
nessa definição tanto os metais propriamente ditos (ouro, prata, ferro etc.),
como algumas ligas (bronze e latão, por exemplo). Outras propriedades físicas
que caracterizam o metal são sua elevada densidade, boa fusibilidade e,
principalmente, os altos coeficientes de condutividade térmica e elétrica. Do ponto de vista químico, metal é todo elemento
eletropositivo, ou seja, aquele cujos átomos formam íons positivos em
solução. Os metais constituem cerca de 75% do sistema periódico de elementos.
Possuem, em seu nível mais externo, denominado nível de valência, no máximo
três elétrons, excetuados o estanho e o chumbo (que possuem quatro elétrons)
e o bismuto e o antimônio (cinco elétrons). O metal é profundamente afetado
pela presença de quantidades relativamente pequenas de outros elementos.
Exemplo disso é a liga denominada aço, cujas importantes características se
devem à pequena quantidade de carbono adicionada ao ferro. Os semimetais ou
metalóides, entre os quais se incluem o silício e o germânio, formam um grupo
singular, cujo comportamento, metálico ou não, depende da temperatura e do
estado elétrico. Apenas alguns metais, como o ouro, a prata, o cobre, a
platina e o bismuto, ocorrem na natureza em sua forma elementar. Quase sempre os
metais são encontrados em forma de óxidos ou sulfetos, nos minerais que
contêm quantidades variáveis de impurezas (ganga), como argila, granito e
sílica, de que os compostos metálicos devem ser separados. Aparecem ainda como
cloretos, carbonatos, sulfatos, silicatos etc. O principal problema é
reduzi-los de seus compostos à forma elementar. Dificilmente os mesmos
processos podem ser aplicados a todos os metais, em virtude das grandes
diferenças físicas e químicas entre eles. A escolha do procedimento adequado baseia-se nas
propriedades químicas e termodinâmicas dos sistemas. Os métodos mais comuns
de redução são: (1) o pirometalúrgico, que se subdivide em: (a) aquecimento
de sulfetos ao ar (ustulação), (b) aquecimento de misturas de óxidos e
sulfetos, (c) redução com carbono e (d) redução com hidrogênio; (2) o
eletrolítico; (3) o deslocamento metálico e (4) a decomposição dos haletos.
Os metais mais abundantes na crosta terrestre, todos em combinação com outras
substâncias, são o alumínio, o ferro, o cálcio, o sódio, o potássio e o
magnésio.
Estrutura e
ligações metálicas.
As propriedades físicas e químicas desse grupo de
elementos devem-se à configuração eletrônica de seus átomos e ao tipo de
ligação química que os une. O termo molécula não é adequado aos metais: é
mais exato referir-se a redes cristalinas -- disposição geométrica dos
átomos que se repete regularmente no espaço e dá origem aos grãos que
compõem a massa metálica. Os átomos mantêm-se no interior da rede não só por
implicações geométricas, mas também por apresentarem um tipo peculiar de
ligação química, denominada ligação metálica. A união dos átomos que
ocupam os "nós" de uma rede cristalina dá-se por meio dos elétrons
de valência que compartilham (os situados em camadas eletrônicas não
completamente cheias). A disposição resultante é a de uma malha formada por
íons positivos e uma nuvem eletrônica.
Cristalografia
e granulometria.
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 atômica (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 oxigênio e o enxofre, com
os quais formam, respectivamente, óxidos e sulfetos. O tamanho, forma e disposição das partículas
metálicas, especificados pela granulometria, são fundamentais para o
reconhecimento das propriedades físicas que determinam a plasticidade do
material. Esses fatores podem ser alterados por tratamentos térmicos
(aquecimento e resfriamento rápido) ou mecânicos, quando são estriados e
forjados.
Oxidação.
A maioria dos metais tende a se oxidar quando expostos
ao ar, especialmente em ambientes úmidos. Entre os vários procedimentos
empregados para evitar ou retardar a corrosão, os mais comuns são a
aplicação de pinturas protetoras, a formação de ligas com outros elementos
que reduzam ou eliminem tal propensão e a conexão a pólos elétricos que
impeçam a ocorrência do fenômeno. É interessante o caso do alumínio, que,
em presença do oxigênio, forma uma delgada película de óxido que detém a
oxidação.
Aplicações.
Apesar da grande variedade de metais existentes, a
maioria não é empregada em estado puro, mas em ligas com propriedades
alteradas em relação ao material inicial, o que visa, entre outras coisas, a
reduzir os custos de produção. As indústrias automobilística, aeronáutica, naval,
bélica e de construção civil são as principais responsáveis pelo consumo de
metal em grande escala. São também representativos os setores de eletrônica e
comunicações, cujo consumo de metal, apesar de quantitativamente inferior, tem
importância capital para a economia contemporânea. |
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