O que é uma Liga de Metal?

P> Sabia que a maioria dos “metais” que usamos não são de facto metais de todo? Em vez de metais, estes materiais são ligas e estão em todo o lado à nossa volta! Desde obturações dentárias a aeronaves, as ligas são uma grande parte da nossa vida quotidiana. Aprenda o que é exactamente uma liga e como são feitas aqui.

O que é metal?

Um metal é o elemento químico puro, como se pode encontrar na tabela periódica. 91 dos 118 elementos da tabela periódica são metais – o que faz deles alguns dos elementos mais abundantes do mundo.

Na tabela periódica, todos os elementos estão divididos em metais e não metais. O que faz de algo um “metal” é que ocorre naturalmente na natureza, tem um brilho, são bons condutores de calor e electricidade, e são muito mais densos que os não metálicos.

Existem 5 categorias principais de metais:

• Metais de base
• Metais ferrosos
• Metais nobres

Metais preciosos

• Metais pesados

Metais de base

Metais de base são muito comuns na crosta terrestre, e por causa da sua quantidade são baratos. Os metais de base são diferentes dos outros metais porque corroem ou oxidam os mais facilmente. São extremamente reactivos e coisas como oxigénio, água, ácidos, e estar ao lado de um metal diferente pode corroê-los. (Saiba mais sobre porque é que os metais enferrujam aqui.)

Existem algumas definições diferentes de “metal base”. Em mineração e economia, os metais de base são os metais que não se enquadram em nenhuma das outras categorias como cobre, chumbo, zinco e níquel.

Metal ferroso

Metal ferroso significa que o metal contém ferro. Os metais não ferrosos são geralmente mais caros, porque são de menor peso, mais condutores, não magnéticos, e resistentes à corrosão. Os metais não ferrosos incluem alumínio, cobre, chumbo, níquel, estanho, e zinco.

Metais Nobres

Metais Nobres são famosos por serem resistentes à corrosão e à oxidação, ao contrário dos metais de base. São normalmente metais raros ou preciosos. Os cientistas não concordam sobre a categorização exacta de cada elemento na tabela periódica, mas os metais mais comummente acordados que se enquadram na categoria “nobres” são ouro, prata, ruténio, ródio, paládio, ósmio, irídio, e platina. Embora alguns metais preciosos sejam metais nobres, e os metais nobres sejam frequentemente caros devido aos seus variados usos (na arte, alta tecnologia, joalharia), os termos “metal nobre” e “metal precioso” não são sinónimos.

Metal precioso

Metal precioso são elementos raros que ocorrem naturalmente na crosta terrestre. Os mais famosos são o ouro e a prata, mas outros metais preciosos incluem o ruténio, o ródio, o paládio, o ósmio, o irídio, e a platina. Apesar de ser o 3º elemento mais comum da Terra, e o metal mais abundante – o alumínio foi na realidade considerado como um metal precioso durante algum tempo. Isto porque era muito difícil extraí-lo de forma fiável dos seus vários minérios.

Alguns dos convidados mais importantes de Napoleão III receberam talheres de alumínio, enquanto os visitantes mais humildes tiveram de comer com parcos utensílios de prata. O preço caiu significativamente após 1882 e a invenção de novos processos de geração eléctrica comercial tornou a extracção de alumínio significativamente mais fácil.

Metais Pesados

Metais Pesados são definidos como sendo muito densos. É mais ou menos isso! Foram propostas definições mais específicas, mas a comunidade científica ainda não se fixou em nenhuma. Alguns metais pesados são notoriamente tóxicos, enquanto outros são muito importantes para comer na sua dieta em quantidades vestigiais! Alguns dos metais pesados como o cádmio, o mercúrio e o chumbo são extremamente venenosos. Metais como o ferro, cobalto e zinco, por outro lado, desempenham funções muito importantes no organismo! Pode mesmo comprar ferro e zinco como suplementos na loja de alimentos saudáveis.

Os restantes metais pesados como gálio, tálio, ruténio, índio, e prata são bastante inofensivos. É possível encontrar metais pesados em particular em uso em todo o lado! São utilizados em clubes de golfe, carros, anti-sépticos, fornos de auto-limpeza, plásticos, painéis solares, telemóveis, chips de computador, e até aceleradores de partículas em centrais nucleares!

O que é uma liga metálica?

As ligas, por outro lado, são materiais feitos pelo homem. Fabricam-se combinando um elemento metálico com outra coisa. As ligas podem envolver a combinação de um metal com metais, não metálicos, ou ambos.

O ferro fundido é um grande exemplo de uma liga não metálica (o que é um pouco enganador, porque todas as ligas têm “metal” – refere-se ao segundo ingrediente ou ao ingrediente adicionado). O ferro é uma mistura de ferro e carbono. Pode variar desde ter cerca de 2-3% de carbono. (Aprenda mais sobre ferro fundido e ferro forjado aqui!)

As ligas também recebem por vezes nomes divertidos! Como o Alnico, uma liga de ferro, alumínio, níquel, cobalto, cobre e/ou titânio. Alguns dos seus nomes são uma amálgama dos nomes dos agentes de liga. Outras vezes, tornam-se tão populares que obtêm o seu próprio nome mais “todos os dias”, como ferro forjado.

É possível encontrar verdadeiramente ligas em todo o lado. Na verdade, podem ser mais comuns do que os seus primos “de metal” puro.

Encontrá-las-á em obturações dentárias (amálgama), em picaretas de guitarra (alnico), posando como instrumentos musicais ou maçanetas de porta (latão), como jóias (ouro branco), como obras de arte (estátuas de bronze), em carros e aviões (duralumínio), em armas (metal de pistola), dentro de electrónica (solda), dentro de centrais nucleares (magnox), segurando edifícios (aço), e até na mesa da sua sala de jantar (estanho)!

Existem mais de 160 ligas diferentes conhecidas!

Estruturas de liga metálica

Quando o metal é ampliado através de um microscópio electrónico, os átomos aparecem numa estrutura de malha cristalina. Também nesta estrutura estão presentes agentes de liga. Tipicamente, existem dois tipos de estruturas de ligas: ligas de substituição e ligas intersticiais. As ligas de substituição ocorrem se os átomos de um agente de liga substituem os átomos de um metal principal. As ligas intersticiais, por outro lado, ocorrem quando as ligas se formam devido ao facto dos agentes de liga se tornarem menores do que o metal principal.

Como são feitas as ligas metálicas?

Existem 3 métodos principais de criação de ligas metálicas:

• Aquecimento e Fusão
• Metalurgia da Pó
• Implantação de Ligas

Aquecimento e Fusão

Aquecimento e Fusão é um dos métodos mais comummente utilizados para a criação de ligas. Não é realmente muito diferente de cozinhar!

O metal de base (a maior % de metal na liga) é fundido, e quaisquer outros metais são fundidos até se tornarem líquidos. Depois são despejados um no outro e misturados, e deixam-se arrefecer em algo chamado “solução sólida”. Como um bloco de metal sólido equivalente a misturar sal em água até se dissolver.

Metalurgia da pólvora

A metalurgia da pólvora é muito fria, é provavelmente a coisa mais próxima da alquimia que temos hoje.

Primeiro, o metal de base e os agentes de liga precisam de ser transformados em pós! Existem alguns métodos principais para o fazer:

O processo do ferro-esponja é o mais antigo das técnicas de polimerização em pó. O minério é misturado com algo chamado brisa de coque (que é o que resta do carvão depois de o queimar), e cal para fazer um enxofre especial que evita a contaminação com o metal de base em pó.

A mistura de coque e cal (não como cocktails!) e o minério são depois colocados num tambor especial, o coque, e sanduíche de cal entre eles.

Então o tambor é sobreaquecido num forno. Os ingredientes deixam para trás um objecto com aspecto de “bolo de esponja” e uma escória. Nos passos seguintes, o eventual pó é separado da escória e é esmagado numa forma mais uniforme de “pó”.

O pó é então aquecido, e super comprimido numa liga!

Outras formas de transformação dos metais de base em pó é por atomização (quase como as centrais nucleares utilizam), onde o metal fundido é empurrado através de um tubo muito estreito – o que o torna de alta pressão. Um gás é injectado no fluxo de metal a ferver exactamente como sai deste tubo, a combinação da pressão, temperatura e moléculas de gás separa os átomos do metal.

Os pós são então misturados, e fundidos numa “solução sólida”!

O pó de ferro criado com o processo de ferro esponja é o mais barato do mercado global!

Ion Implementation

O método final comum de criação de ligas é a implantação iónica.

“Iões” provêm da electricidade, pelo que o método de implantação iónica envolve uma “fonte de iões” (que basicamente só cria electricidade), um acelerador onde os iões são acelerados muito rapidamente (fricção, e a rotação rápida cria calor que acelera as moléculas), e uma câmara alvo onde os iões são atirados depois de terminados.

O método de implantação iónica é realmente melhor para a criação de peças muito pequenas de metal. Este é o método mais comum para a criação de semicondutores em chips de computador.

Aqui está uma animação deste processo:

Suprimentos e Serviços Metálicos em Tampa Steel and Supply

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