curs 7 nave

CHIMIE

CURS NR. 7

METALE

Proprietăţile metalelor

1. Proprietăţi fizice

Metalele sunt substanţe solide latemperatură obişnuită, cu excepţiamercurului care este lichid la aceastătemperatură.

Majoritatea metalelor cristalizează înforme de simetrie înaltă, cu structurilecele mai compacte prezentate schematicîn Fig. 1:

- reţele cubice centrate intern (cci): bariu,zirconiu, vanadiu, niobiu, tantal, crom,molibden, wolfram, d-fier, ş.a.

- reţele cubice cu feţe centrate (cfc):cupru, argint, aur, calciu, stronţiu,aluminiu, telur, scandiu, plumb, nichel,rhodiu, paladiu, indiu, platină, g-fier, ş.a.

- reţele hexagonale compacte (hc):beriliu, magneziu, zinc, cadmiu, ytriu,titan, reniu, cobalt, rutil, osmiu ş.a.

Unele metale cristalizează în mai multesisteme de cristalizare având puncte fixede trecere dintr-o formă în alta. Acestemetale prezintă fenomenul de alotropieiar transformările, reversibile, se numescenantiotrope :

g

Reţelele reale prezintă imperfecţiuni dereţea: locuri libere numite vacanţe şiatomi inseraţi în afara geometrieicristaline, în interstiţii, formând aşanumitele defecte intrinseci.

Prezenţa acestor defecte este accentuatăde creşterea temperaturii. Metalele uzualeau integrate în reţelele lor impurităţi(metale, oxizi, săruri) care formeazădefectele extrinseci.

În stare solidă metalele sunt alcătuite dinagregate policristaline alcătuite dincristale neregulate numite cristalite.

Textura metalului şi prezenţa defectelorde reţea sunt responsabile demodificarea majorităţii proprietăţilorfizico-mecanice ale metalelor.

Punctele de topire şi de fierbere alemetalelor se înscriu într-o plajă largă,între valorile caracteristice mercurului,respectiv cele ale wolframului:

- Mercurul are punctul de topire de –38,84oC şi punctul de fierbere de 357oC

–Wolframul are punctul de topire de3410oC şi punctul de fierbere de 5930oC.

Densitatea metalelor, exprimată în g/cm3,este cuprinsă între 0,53 pentru litiu şi22,65 pentru iridiu.

Metalele cu densitatea mai mică decât 5g/cm3 se numesc metale uşoare(metalele alcaline, metalele alcalino-pământoase, aluminiu, scandiu, ytriu,titan) iar cele cu densitate mai mare de 5g/cm3 se numesc metale grele.

Majoritatea metalelor, în stare compactă,sunt albe-cenuşii, adică absorbproporţional toate componentele luminiialbe.

Puţine metale, în stare compactă, suntcolorate: aurul – galben auriu, cupru –roşu arămiu, plumbul – negru cu reflexealbăstrui, bismutul – alb cu reflexe roz,sodiu – alb cu reflexe gălbui ş.a

2. Proprietăţi mecanice

Duritatea este proprietatea metalelor de aopune rezistenţă la zgâriere sau lapătrunderea unui vârf ascuţit în masa lor.Duritatea se măsoară prin deformareapermanentă şi se exprimă în unităţiBrinell, Vickers, Rockewell sau în scaramineralogică a lui Mohs, în care talcului is-a atribuit duritatea 1 şi diamantuluiduritatea 10, celelalte minerale avânddurităţi intermediare.

În funcţie de duritate, metalele seclasifică în:

- metale moi (metalele alcaline, alcalino-pământoase, staniu, plumb,zinc, bismut) şi- metale dure (crom, mangan, cobalt,reniu, osmiu ş.a.)

Majoritatea metalelor, sub acţiunea forţelorexterioare, se pot deforma elastic(reversibil) prin modificarea distanţelordintre atomii reţelei cristaline sau plastic(permanent) prin deplasarea unor părţi alecristalelor din reţea în raport cu altele.

Rigiditatea este proprietatea metalelor de aopune rezistenţă la deformare.

Plasticitatea este proprietatea metalelor şialiajelor de a fi prelucrate fără a se fisurasau fără a se sfărâma, păstrându-şideformaţia şi după încetarea acţiuniiforţelor exterioare.

Aurul este cel mai plastic metal, urmatfiind de argint, platină, magneziu,aluminiu, plumb, staniu, niobiu, tantal,hafniu, cupru.

Metalele crom, titan, mangan, zincultehnic, germaniu, osmiu, ruteniul, iridiu nupot fi prelucrate sub presiune şi senumesc metale casante.

Maleabilitatea este proprietatea metalelorşi a aliajelor de a putea fi prelucrate printragere în foi prin operaţia numitălaminare. Din aur, argint, aluminiu, platină,cupru, nichel şi tantal se pot trage foiţe cugrosimea de câţiva microni.

Ductilitatea este proprietatea metalelor şi aaliajelor de a fi trase în fire, în operaţianumită trefilare.

Cele mai ductile metale sunt aurul,argintul, platina, nichelul şi tantalul.

Dintr-un gram de aur, respectiv un gramde argint se pot trage fire cu lungimea de2000 m, respectiv 1800 m.Plumbul este un metal maleabil dar foartepuţin ductil.

3. Aliaje

În mod obişnuit, în tehnică, nu seutilizează metale pure ci aliajele acestoraale căror proprietăţi chimice, fizice,mecanice etc sunt îmbunătăţite faţă decele ale metalelor pure.

Amestecurile de metale, sau de metale cunemetale, omogene în topitură precum şiprodusele lor de solidificare se numescaliaje.

Majoritatea metalelor se amestecă, înstare topită, în orice proporţie. Se cunoscşi cazuri în care topiturile metalelor nusunt omogene ca de exemplu însistemele Al - Pb, Ag- Fe, Pb - Te ş.a.

Alte metale se amestecă între ele numaiîn proporţii limitate cum este amesteculZn - Pb.

Unele metale formează aliaje cu mercurulnumite amalgame. În amalgameactivitatea metalului este de obicei maiscăzută (proporţională cu concentraţialui) în consecinţă au utilizare practicăamalgamele metalelor foarte reactivecum sunt cele alcaline.

Aurul şi argintul formează uşoramalgame; această proprietate seutilizează pentru extracţia lor dinminereuri.

În industrie se utilizează pe scară largăaliajele fierului cu carbonul:oţeluri (C <2,06%) şi fonte (C > 2,06%).

Acestea se obţin prin procedeepirometalurgice şi conţin adesea şi alteelemente de aliere care le corecteazăproprietăţile fizico-mecanice şi rezistenţala coroziune.

COROZIUNEA METALELOR

1.Noţiuni introductive

Fenomenul de distrugere spontană asuprafeţei metalelor sau a aliajelor subacţiunea agenţilor chimici, electrochimicisau microbiologici din mediu se numeştecoroziune.

Coroziunea este un fenomen nedorit caredepinde de trei factori:

- natura materialului metalic (compoziţie,structură, neomogenităţi, tensiuni)- mediul coroziv (compoziţie, concentraţiaelementelor active, temperatura,presiunea, viteza de curgere)- interfaţa material metalic / mediu caredictează aspectele cinetice ale coroziuniişi poate influenţa tipul produşilor dereacţie.

Există multe particularităţi ale fenomenelorde coroziune datorate celor trei factorianterior menţionaţi.

În funcţie de domeniul de cercetare carese ocupă de acest fenomen (metalurgie,ştiinţa materialelor, electrochimie), existăşi diferite tipuri de clasificări alecoroziunii:

1) După aspectul zonei corodate se distingdouă forme de coroziune:

- coroziune generalizată care afecteazăîntreaga suprafaţă a metalului, uniformsau aproape uniform (oxidare anodică,dizolvare activă în acizi);

- coroziune localizată în care anumite zonede pe suprafaţa metalului se corodeazăcu viteză mai mare decât alte zonedatorită neomogenităţii materialului.

2. În funcţie de natura agentului coroziv,coroziunea poate fi:

a) coroziune chimică (coroziune uscată)datorată gazelor uscate la temperaturiridicate;

b) coroziune electrochimică (coroziuneumedă) datorată soluţiilor de electroliţi;

c) coroziune biochimică datoratămicroorganismelor.

Din punct de vedere chimic,coroziunea reprezintă procesul de oxidareal unui metal:

M0 => Mz+ +ze-

Produsul de reacţie, o combinaţie ionică ametalului, poate rămâne sau poate părăsisuprafaţa metalului.

Aprecierea distrugerilor provocate decoroziune se poate face:

- prin analiză macroscopică,- cu ochiul liber sau cu lupa,- cu microscopul metalografic,- în control nedistructiv cu raze X sau cu

ultrasunete.

Caracterizarea cantitativă a fenomenuluide coroziune se face prin teste delaborator care permit calcululurmătoarelor mărimi:

- viteza de coroziune sau indicelegravimetric, vcor, definită ca masa dematerial corodat (Dm) în unitatea de timp(t), pe unitatea de arie (S):

- viteza de uzură sau indicele depenetraţie, notată cu vu sau Pmm, carereprezintă adâncimea, exprimată în mm,până la care s-ar produce fenomenul decoroziune dacă materialul metalic cudensitatea r [kg/m3] ar fi expus în mediucoroziv timp de un an (8760 ore):

Vămulţumesc pentru

atenţie!