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Metais

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Duros, brilhantes e resistentes - os metais são os garotos-propaganda machos do mundo material. Aprender como extrair essas substâncias da Terra e transformá-las em todos os tipos de materiais úteis foi um dos desenvolvimentos mais importantes na civilização humana, ferramentas de desova, joias, motores, máquinas e construções estáticas gigantes como pontes e arranha-céus. Dito isso, "metal" é um termo quase impossivelmente amplo que abrange tudo, desde chumbo (um metal superpesado) e alumínio (um superleve) a mercúrio (um metal que normalmente é líquido) e sódio (um metal macio o suficiente para cortar como queijo que, fundido com cloro, você pode espalhar na comida - como sal!). O que exatamente são metais e o que os torna tão úteis? Vamos olhar mais de perto!

O que são metais?

Você pode pensar que a Terra é um grande pedaço de rocha, dura por fora e macia no meio - mas grande parte dela é na verdade metal. O que exatamente é metal? Mais de três quartos dos elementos químicos que ocorrem naturalmente em nosso planeta são metais, então é quase mais fácil dizer o que o metal não é.

Quando falamos sobre metais, geralmente nos referimos a elementos químicos que são sólidos (com pontos de fusão relativamente altos), duros, fortes, duráveis, brilhantes, de cor cinza prateada, bons condutores de eletricidade e calor e fáceis de trabalhar várias formas e formatos diferentes (como folhas finas e fios). A palavra metal é um termo bastante amplo e vago, e não algo que você possa definir com precisão.

Quando falamos sobre não metais, deveria significar todo o resto - embora as coisas sejam um pouco mais complexas do que isso. Às vezes, você ouvirá as pessoas se referindo a semimetais ou metalóides, que são elementos cujas propriedades físicas (sejam duros e macios, como carregam eletricidade e calor) e propriedades químicas (como se comportam quando encontram outros elementos na química reações) estão em algum lugar entre as dos metais e não metais. Semimetais incluem elementos como silício e germânio - semicondutores (materiais que conduzem eletricidade apenas em condições especiais) usados ​​para fazer circuitos integrados em chips de computador e células solares. Outros semimetais incluem arsênio, boro e antimônio (todos os quais foram usados ​​na preparação - "dopagem" - de semicondutores).

Dê uma olhada na tabela periódica (a maneira como desenhamos os elementos em um gráfico para que aqueles com propriedades físicas e químicas semelhantes se alinhem) e você verá dois tipos de metal recebendo tratamento especial. O meio da mesa é dominado por um grande grupo de elementos chamados metais de transição (ou elementos de transição); a maioria dos metais familiares (incluindo ferro, cobre, prata e ouro) vivem aqui, junto com metais menos conhecidos, como zircônio, ósmio e tântalo. O outro grupo, chamado de metais de terras raras, é freqüentemente impresso em separado da tabela periódica principal e inclui os quinze elementos de lantânio a lutécio mais escândio e ítrio (que são quimicamente muito semelhantes). Eles são chamados de metais de "terras raras" pela razão bastante óbvia de que originalmente se acreditava que existiam em depósitos extremamente escassos na Terra, embora alguns sejam agora conhecidos por serem relativamente comuns. Como muitos metais convencionais, as terras-raras não ocorrem naturalmente em sua forma pura, mas apenas como óxidos de metal.

Metais não exatamente

Quando um metal não é um metal? Olhe para um carro, avião ou motocicleta e você verá muito metal - ou não? Muitos dos materiais semelhantes a metais ao nosso redor são na verdade ligas: metais que foram misturados com outros materiais (metais ou não) para torná-los mais fortes, mais duros, mais leves ou superiores de alguma outra forma. O aço é uma liga de ferro, por exemplo, que contém uma pequena quantidade de carbono (diferentes tipos de aço contêm mais ou menos carbono). O bronze é uma liga de cobre e estanho, enquanto o latão é a liga que você obtém ao misturar cobre e zinco.

Também é

muito comum encontrar plásticos que foram galvanizados (revestidos com uma fina camada de um elemento de metal, usando eletricidade) para torná-los parecidos com metais brilhantes. Os plásticos tratados desta forma parecem brilhantes e atraentes, como metais, mas geralmente são mais baratos, mais leves e à prova de ferrugem - mas também mais fracos e menos duráveis.

Como os metais são feitos?

Esteja você montando aviões ou construindo baterias, você precisa de metais - e muitos deles. O problema é que os metais geralmente não ocorrem no solo exatamente da maneira que gostaríamos de encontrá-los, em sua forma pura e em depósitos grandes o suficiente para que valha a pena extraí-los. Freqüentemente, estão enterrados em rochas com depósitos de outros metais e não existem como elementos puros, mas como óxidos (metais fundidos com átomos de oxigênio) e outros compostos. A produção de grandes quantidades de um metal como ferro, alumínio ou cobre, portanto, envolve duas operações distintas: extrair um minério (um depósito que consiste geralmente em uma grande quantidade de rocha inútil e pequenas quantidades de metais úteis) de uma mina ou pedreira e, em seguida, refinar o minério para retirar os metais de seus óxidos (ou outros compostos) para a forma pura de que necessitamos.

Exatamente como isso é feito varia de metal para metal e de lugar para lugar, mas geralmente envolve uma mistura de processamento mecânico (como moagem, filtragem ou uso de água para lavar materiais indesejados), tratamento químico (usando ácidos, talvez), aquecimento (fundir minério de ferro, por exemplo, envolve torrá-lo no ar para remover as impurezas) e tratamento elétrico (como eletrólise - separar uma solução química em seus elementos constituintes ao passar uma corrente elétrica por ela).

Como são os metais?

Propriedades físicas

Com tantos elementos químicos classificados como metais, você pode pensar que seria difícil generalizar sobre eles. Mas esse problema é verdadeiro para praticamente qualquer generalização: cada casa é diferente, mas ainda podemos dizer que as casas tendem a ter portas, paredes, janelas e um telhado e fornecem proteção contra o clima - e todos nós podemos esboçar uma no papel .

As generalizações que fazemos sobre os metais são:

· Eles são principalmente sólidos (em temperaturas cotidianas), cristalinos (seus átomos são empilhados em padrões ordenados como latas em um supermercado), duros, fortes e densos (a maioria dos metais afundará se você jogá-los na água, por exemplo).

· Os metais são maleáveis ​​(relativamente fáceis de trabalhar em novos formatos e formas) e dúcteis (com o equipamento certo, você pode separá-los em fios longos e finos). Mesmo assim, eles não se desgastam rapidamente ou quebram facilmente, embora possam e possam se fraturar (rachar ou quebrar) eventualmente por meio de tensões e deformações repetidas por causa da fadiga do metal (uma fraqueza que se desenvolve gradualmente).

· A maioria dos metais são opacos (a menos que extremamente finos) e brilhantes e de cor cinza prateada (porque eles tendem a refletir todos os comprimentos de onda da luz na mesma extensão). Alguns metais são coloridos (porque refletem certos comprimentos de onda de luz melhor do que outros); os exemplos mais conhecidos são provavelmente ouro (uma cor amarelada) e cobre (normalmente avermelhado, embora se torne azul após a exposição ao ar o converte em óxido de cobre).

· A maioria dos metais conduz bem a eletricidade (em outras palavras, eles têm uma baixa resistência elétrica) e ficam instantaneamente frios ao toque (porque também conduzem o calor, levando a energia térmica rapidamente para longe do corpo).

· Elementos metálicos como ferro, níquel, cobalto e neodímio (e ligas baseadas neles) alimentam os melhores ímãs; a maioria dos outros metais são ímãs tão ruins que geralmente são considerados não magnéticos.