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E2.Q7 – Ligas metálicas, materiais cerâmicos e compósitos

Metais e ligas metálicas
A importância dos elementos metálicos
Na química – cerca de 80% dos lugares na Tabela Periódica dos elementos são ocupados
por símbolos dos metais – o «ferro», por exemplo, pode referir-se ao material sólido
com esse nome, utilizado em ligas metálicas com múltiplas aplicações – pontes,
O elemento ferro
está presente em
edifícios, vias de
comunicação
O elemento ferro
está presente nas
células vermelhas
do sangue
linhas de caminho de ferro, comboios, etc. – ou ser usado para designar «iões
ferro», que intervêm, por exemplo, na constituição da hemoglobina.

São cerca de 90 os elementos de origem natural conhecidos. Há também mais de 20
elementos de origem artificial (obtidos em laboratórios), embora alguns, muito
instáveis, existam em quantidades muito pequenas. Dos elementos naturais, a grande
maioria, cerca de quatro quintos, são metais.

O uso dos metais é relativamente recente, porque, em geral, os metais não se encontram
livres na natureza, mas combinados com outros elementos – em regra oxigénio ou
enxofre –, formando compostos em minerais de onde têm de ser extraídos.
As principais exceções são a prata e o ouro, que podem ocorrer como substâncias
elementares na natureza: dizem-se, por isso, metais nativos.
Se a proporção dos compostos metálicos no mineral for suficiente para, além de outras
condições, garantir uma exploração economicamente viável do metal, o mineral é
designado por minério.

Resumo:
Minerais: são corpos naturais e sólidos originados de processos inorgânicos.
Minério: pode ser definido como um mineral ou associação de minerais(rocha)
que possui viabilidade económica para ser explorado.
Metais nativos: são metais que ocorrem na natureza em estado não
oxidado, como por exemplo: ouro, prata ou platina.

Costuma situar-se o início da chamada Idade dos Metais, que se seguiu à Idade da
Pedra, em cerca do oitavo milénio antes de Cristo. O ouro começou aí a ser utilizado
no fabrico de adornos.
O cobre, relativamente fácil de extrair do respetivo minério,
foi o primeiro metal a ser descoberto pelo ser humano.
O cobre, misturado com o estanho, forma o bronze, uma liga
metálica cuja utilização determinou a chamada Idade do
Bronze.
O bronze é mais resistente que o cobre e mais fácil de fundir.
Já a Idade do Ferro é considerada a partir de cerca de 1400 a.C.
A importância dos metais e das ligas metálicas ao longo dos tempos
O ferro continua a ser, na forma de aço, o metal mais importante da atualidade.

Cronologia da utilização de materiais

Metais como o alumínio e o magnésio só foram
obtidos no princípio do século XIX.
Atualmente, o magnésio é muito utilizado em ligas metálicas (graças à sua baixa densidade
relativamente a outros metais), às quais confere leveza e resistência.
O alumínio encontra-se presente nos
cabos de transporte de eletricidade
Metais como o titânio e o vanádio só começaram a ser
utilizados muito recentemente, especialmente em ligas
ligas metálicas. O titânio, um metal pouco denso mas
resistente, é utilizado, por exemplo, em ligas na
construção de naves espaciais e aviões.
O alumínio e o titânio formam ligas
metálicas utilizadas nas turbinas de aviões.

Ferro
Cérebro
Glóbulos vermelhos
Funcionamento normal
do cérebro
Transporte de oxigénio e
dióxido de carbono
Síntese do ADN
Magnésio
Disperso por todo o
corpo, sobretudo no
esqueleto
Regulação de
membranas celulares
Participação em enzimas
para a disponibilização
de energia a partir dos
alimentos
Síntese de proteínas
Zinco
Tecido muscular
Fígado
Rins
Atividade
enzimática
Cálcio
Constituição do
esqueleto e dos
dentes
Divisão celular
Regulação hormonal
Coagulação do
sangue
Contração muscular
Sódio
potássio
Fluido intercelular,
hemácias, músculos
e tecido nervoso
Comunicação de
impulsos nervosos
no sistema nervoso
Os metais no corpo humano

Reciclagem de metais
Embora as reservas minerais variem muito de metal para metal, elas são sempre
finitas.
A reciclagem de metais é urgente e necessária!

Minas da Urgeiriça
Visiona os videos que se seguem:
https://www.facebook.com/nelasquaseesquecida/videos/cem-anos-de-
urgeiri%C3%A7a/197178464724491/
https://ciencias.ulisboa.pt/pt/video/fomos-v%C3%ADtimas-da-radioatividade-
mineiros-do-ur%C3%A2nio-e-ci%C3%AAncia-nuclear-em-portugal

Os eletrões de valência dos metais que estão fracamente ligados ao núcleo podem mover-se
facilmente, sendo designados por “eletrões livres” ou de condução.
Estrutura e ligação química dos metais
Metais
Constituídos por uma rede de catiões em posições
pouco rígidas, rodeados por “eletrões livres”.
Algumas propriedades dos metais
- Apresentam brilho metálico
- Resistentes
- Facilmente trabalhados no estado
líquido
- Maleáveis (podem dividir-se em
lâminas finas)
- Dúcteis (fáceis de transformar em
fios)
- Bons condutores térmicos e
elétricos

Ligação metálica
• Estabelece-se entre átomos de metal, formando redes
gigantes de átomos.
• Há partilha de eletrões livres (que são os eletrões de
valência) por todos os átomos.
• Há atração entre iões positivos e eletrões livres.

A ligação metálica e as propriedades dos metais
• São bons condutores térmicos e elétricos, pois os eletrões livres
movem-se facilmente por serem pouco atraídos para os núcleos.
Propriedades dos metais:
• Apresentam uma elevada
maleabilidade e ductilidade,
pois os átomos podem deslocar-
se ao longo da rede por ação de
uma força exterior.
• Têm brilho metálico, que se deve à mobilidade dos
eletrões livres.

Ligas metálicas
Liga metálica: é uma mistura de metais, podendo conter outros elementos não
metálicos (carbono, fósforo, silício, etc.). Geralmente, uma liga é mais dura e
resistente que o metal puro, mas tem menor condutividade elétrica.

Ligas metálicas
Ligas
metálicas
Misturas homogéneas (latão e bronze).
Misturas heterogéneas (solda estanho-chumbo e amálgamas de
mercúrio).

Ligas metálicas - tipos
Exemplo:Latão. Esta liga tem menos
condutividade térmica e elétrica do que o cobre,
mas maior dureza.

Ligas metálicas - tipos
Exemplo: Aço. Esta liga é mais resistente do que
o ferro.

Ligas metálicas
As ligas metálicas mais comuns são formadas por elementos do bloco d e o
alumínio.

Ligas metálicas
Composição de
algumas ligas
metálicas:

Ligas metálicas
As ligas de engenharia podem ser ferrosas e não ferrosas.
• As ligas ferrosas têm o ferro como principal elemento da liga.
Os aços são exemplos de ligas ferrosas. São as ligas metálicas mais
importantes, principalmente devido ao baixo custo e vasta gama de
propriedades mecânicas.

Ligas metálicas
As ligas de engenharia podem ser ferrosas e não ferrosas.
• As ligas de alumínio são as ligas não ferrosas mais importantes,
principalmente devido à sua leveza, fácil deformação, resistência à corrosão
e custo relativamente baixo.
• As ligas de magnésio, titânio e lítio também são muito importantes na
engenharia. As ligas de magnésio são muito leves e têm aplicação na
indústria aerospacial.
• As ligas de níquel têm elevada resistência à corrosão e oxidação, pelo que
são usadas na indústria química e petrolífera. Quando ligado ao cromo e
cobalto, o níquel constitui a base das superligas de níquel necessárias para
tubos em aviões a jato e para equipamentos de produção de eletricidade.

Ligas metálicas
Ligas com memória de forma
https://www.youtube.com/watch?v=yR-6_lS9vts
As ligas com memória de forma têm a capacidade de recuperar, por simples
aquecimento, a forma inicial adquirida altas temperaturas e, posteriormente,
modificada por arrefecimento.
Exemplos: ligas de níquel-titânio (nitinol). São biocompatíveis com tecidos
humanos e têm uma forte resistência à corrosão, pelo que são usadas na
medicina (agrafos em fraturas, anéis para aperto de vértebras, implantes, em
ortodontia na correção da posição dos dentes) e indústria (extintores de
incêndios, dispositivos elétricos que atuam como interruptores sensíveis à
temperatura, etc).

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