COLEGIUL NAŢIONAL bdquohelliphelliphelliphelliprdquo

Numehellip Prenumehellip clasa a IX-a

Bucureşti - Iunie 2004 -

1

2

Cuprins

Metale 5

1Caracterizare generală a metalelor 5

2Proprietăţi fizice ale metalelor 6

3Proprietăţi chimice ale metalelor 8

4Exemple de metale 10-11

5Privire generală asupra coroziunii metalelor 12

Aliaje 13

1Caracterizare generală 13

2Obţinerea aliajelor 14

3Exemple de aliaje 14

Glosar 16

Bibliografie 17

3

4

Metalele

Icircn viaţa de zi cu zi suntem icircnconjuraţi de obiecte făcute din metal şi de ceea ce credem noi că ştim că este un metalIcircnsă pentru chimişti majoritatea elementelor pot fi numite metale dintre care nu toate se potrivesc ideilor noastre

Metalele ca atare şi aliajele lor sunt de mare folos omului datorită proprietăţilor caracteristice metalelorCivilizaţia noastră modernă este bazată pe fier şi oţel şi aliajele lor

1 Caracterizarea generală a metalelor

Aproape trei sferturi din numărul elementelor din sistemul periodic sunt metaleMetalele au o structură cristalină fiind formate dintr-o aglomerare de cristale miciReţeua cristalină a unui metal oarecare este alcătuită din ioniicircnconjuraţi de gaz electronicformat din electroni care se pot deplasa liber icircntre ionii metalului respective

Cercetările metalelor cu ajutorul razelor X au dovedit existenţa icircntre inii metalelor a unei densităţi de electroniDe aceea se consideră că ionii sunt liberi icircn metal ei s-au desprins de unii atomidar sunt şi atomi neutriNatura legăturii metalice este deci mai complexăea constă din suprapunerea legăturilor covalente dintre atomi şi a atracţiei coulombiene dintre ioni şi electroniAceastă legătură metalică este caracteristică numai metalelor icircn stare solidă şi lichidădeoarece icircn stare gazoasămetalele sunt formate din molecule monoatomiceizolateAceastă legătură este foarte puternică şi de aceea marea majoritate a metalelor se caracterizează prin duritate maretemperature icircnalte de topire etc

Metalele care nu conţin fier se numesc metale bdquoneferoaserdquoAcest grup include aproximativ 70 de elemente de la aluminiu-metalul cel mai răspacircndit icircn scoarţa terestră - pacircnă la elementele artificiale cum este plutoniul care nu se găsesc niciodată icircn natură

Icircn industrie cele mai importante metale neferoase sunt aluminiul cuprul zincul plumbulstaniul şi nichelul Metalele preţioase aur platină şi argint au pe lacircngă rolul lor decorativ şi comercial multe utilizări industriale importante Şi icircn epoca energiei nucleare uraniul şi plutoniul oferă perspectiva unor rezerve vaste de energie

Metalele se caracterizează prin proprietăţi generale comune tuturor metalelorşi prin proprietăţi particularespecifice fiecărui metal icircn parteProprietăţile generale sunt determinate de electronii liberiicircn timp ce proprietăţile particulare sunt date de atomii şi de ionii metalelorcare variază de la un metal la altulMetalele icircşi menţin proprietăţile lor numai icircn stare solidă sau lichidă icircn timp ce icircn stare gazoasă nu mai pot fi deosebite

Structura cristalină a metalelorStudiul metalelor cu ajutorul radiaţiilor X (Roumlntgen) a arătat că metalele cristalizează icircn trei tipuri de reţele cristaline Particulele din aceste reţele cristaline se caracterizează prin diferite numere de coordinarecare reprezintă numărul de atomi sau de ioni ce icircnconjoară o anumită particulă din reţeaaşezaţi icircn mod

5

identic la distanţele cele mai mici Fiecărui număr de coordinare icirci corespunde un anumit tip de reţea

Reţele cristaline -Reţeaua cubică cu feţe centrate Această reţea admite coordinarea 12 Icircn ea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn mijlocul feţelor cubuluifiecare ion este deci icircnconjurat la distanţe egale de 12 ioni Icircntr-un asemenea tip de reţea cristalizeazăCu Ag AuAl Pb Ni

-Reţeaua cubică centrată intern Această reţea se caracterizază prin coordinarea 8Icircn reţea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn centrul cubului se mai găseşte un ionfiecare ion este deci icircnconjurat de 8 ioni la distanţe egale Metalele care cristalizeză icircntr-o asemenea reţea cristalină sunt Fe MoCrV

-Reţeaua hexagonală compactă Icircn această reţea care admite coordinarea 12ionii sunt aşezaţi in vacircrfurile (colţurile) şi icircn centrele feţelor Icircntr-o asemenea reţea cristalizează Mg Zn şi Cd

Ionii aşezaţi icircn reţelele cristaline nu stau icircntr-o poziţie fixă ci au o mişcare de vibraţie după cum metalul are o stare de icircncălzire mai mică sau mai mare Asemenea reţele cristaline ca cele de mai sus pot icircncorpora impurităţi fără ca ele să fie distruse Aceasta explică formarea aliajelor

2 Proprietăţile fizice ale metalelor

Metalele au o serie de proprietăţi fizice prin care se deosebesc de nemetale Starea de agregare La temperatură obişnuită metalele sunt solide (cu excepţia

mercurului care este lichid) spre deosebire de nemetale care se prezintă icircn toate stările de agregare

Luciul metalic Metalele se caracterizează prin luciu metalic datorită proprietăţii de a reflecta puternic razele de lumină care cad pe suprafaţa lor

Opacitatea Icircn timp ce marea majoritate a nemetalelor sunt substanţe transparente faţă de razele luminoase metalele datorită electronilor liberi sunt opace Această proprietate decurge din faptul că undele luminoase icircntacirclnind icircn drumul lor electronii liberi se amortizează nemaiputacircndu-se propaga mai departe

Culoarea Majoritatea metalelor au culoarea albă-argintie de exemplu argintul mercurul cositorul aluminiul etc sau albă-cenuşiezinculfierul etc Un număr mic de matale sunt colorate aurul este galben cuprul este roşu-arămiu Luciul metalelor este alb sau cenuşiu datorită faptului că majoritatea reflectă aproape icircn icircntregime toate lungimile de undă metalele care apar colorate absorb mai puternic anumite lungimi de undă Icircn tehnică se obişnuieşte ca metalele să se clasifice icircn 3 categorii metale negre (fierul şi aliajele lui) metale colorate (aurul şi cuprul) şi metale albe (restul metalelor)

Temperatura de topire Metalele au temperaturi de topire foarte diferite Unele se topesc la temperaturi sub 100˚ C ( sodiul şi potasiul )altele la temperaturi relativ joase 200˚-400˚C (staniul şi plumbul) iar marea majoritate la temperaturi icircnalte (cuprulfierul etc) Temperatura cea mai icircnaltă de topire o are wolframul la + 3 370˚ din această cauză este folosit la fabricarea filamentelor pentru becurile electrice

Greutatea specifică După greutatea specifică metalele sunt icircmpărţite icircna) Metale uşoare cu greutate specifică sub 5 g cm sup3־

gf cmsup3 (magneziul aluminiul etc)b) Metale grele cu greutate specifică peste 5 g middot cm sup3־

gf cmsup3 ( fierul cuprul zincul plumbul etc)

6

Conductibilitatea termică şi electrică Toate metalele sunt bune conducătore de căldură şi electricitate Cea mai mare conductibilitate electrică o au argintul şi cuprul Mobilitatea electronilor liberi din reţeaua cristalină determină conductibilitatea termică şi electrică Conductibilitatea electrică a metalelor scade o dată cu creşterea temperaturii

Magnetismul Magnetismul este o proprietate pe care o au unele metale şi aliaje de a se magnetiza Unele păstrează magnetismul un timp mai icircndelungat altele se demagnetizează imediat ce icircncetează acţiunea magnetizantă Posibilitatea de a se magnetiza variază deci de la un metal la altul Din punct de vedere al comportării lor icircn cacircmpul magnetic metalele se clasifică icircn diamagnetice şi feromagnetice

rarr Metalele diamagnetice sunt respinse de un cacircmp un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn sens contrar acestuia Dintre metalele diamagnetice fac parte Cu Ag Au Sn Pb Bi

rarr Metalele paramagnetice sunt atrase de un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn acelaşi sens cu el Metalele din această categorie sunt Al V Cr Mn

rarr Metalele feromagnetice au un paramagnetism foarte mare de circa un milion mai mare decacirct metalele paramagnetice deosebindu-se de acestea şi prin faptul că rămacircn magnetizate şi după ce icircncetează acţiunea cacircmpului magnetic exterior (inductor) Din această categorie fac parte Fe Co Ni Metalele feromagnetice icircn special fierul şi oţelul sunt icircntrebuinţate pentru confecţionarea busolelor electromagneţilor icircn general pentru construirea de aparatură electrică

Duritatea După duritate metalele se icircmpart icircn Metale moi care se pot tăia cu cuţitul sau zgacircria cu unghia (sodiul potasiul

plumbul etc) Metale dure (cromul nichelul wolframul) Cromul se apropie de duritatea

diamantului Maleabilitatea Maleabilitatea este proprietate pe care o au unele metale de a

putea fi icircntinse icircn foi subţiri Cele mai maleabile metale sunt aurul argintul aluminiul şi cuprul Pentru a putea fi transformate icircn foi subţiri ele se laminează cu ajutorul unei maşini numite laminor Laminorul este format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Ductilitatea Prin ductilitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a putea fi trase icircn fire subţiri Aparatul folosit pentru tragerea metalelor icircn firi se numeşte filieră El este format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit Cele mai ductile metale sunt aurul argintul wolframul şi cuprul

Tenacitatea Tenacitatea este proprietatea metalelor de a opune rezistenţă la rupere Dintre metalele utilizate icircn tehnică cu o bună tenacitate sunt fierul şi nichelul

Elasticitatea Este proprietatea metalelor de a se deforma sub acţiunea forţelor din exterior şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea

Plasticitatea Prin plasticitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a-şi schimba forma fără a se distruge şi de a păstra această formă şi după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea (exterioare) Prelucrarea metalelor la cald(laminare forjare trefilare) se bazează pe proprietatea de plasticitate a metalelor care creşte o dată cu creşterea temperaturii

Metalele se deosebesc unele de altele prin proprietăţile lor plastice şi elastice De exemplu Cu Ag Au Al Sn Pb au o plasticitate mai mare decacirct metalele feroase care pot suferi deformări plastice numai sub acţiunea unor forţe exterioare relativ mari

7

Forjabilitatea Prin forjabilitate se icircnţelege proprietatea unor metale care la o anumită temperatură şi sub acţiunea unor forţe exterioare iau o formă nouă prin presare sau prin lovire pe care o păstrează şi după ce icircncetează acţiunea forţelor exterioare

Sudabilitatea Este proprietatea metalelor de a se icircmbina prin icircncălzire locală pacircnă la starea plastică sau pacircnă la topire Piesele ce se sudează pot avea aceeaşi compoziţie sau compoziţii apropiate iar icircmbinarea pieselor se face fie prin contact direct fie cu ajutorul unui metal intermediar numit metal de adaos

3 Proprietăţile chimice ale metalelor

Proprietatea chimică predominantă a metalelor este electropozitivitatea adică tendinţa metalelor de a pierde electronii din stratul electronic exterior transformacircndu-se icircn ioni electropozitivi

Ex Na ndash 1e־ rarr Na+ Ca 2e־ rarr Casup2+ Al 3e־ rarr Alsup3+Seria de activitate a metalelor Prin verificări experimentale s-a constatat că

unele metale pot lua locul altor metale din soluţiile apoase ale sărurilor lor Ex

Din cercetarea proprietăţilor chimice ale diferitelor metale s-a constatat că acestea nu manifestă aceeaşi activitate chimică unele sunt foarte active ( K Na Ca ) iar altele foarte puţin active ( Ag Pt Au ) Pe baza comportării diferite a metalelor Beketov şi Volta au icircntocmit un tabel icircn care metalele sunt aşezate după activitatea lor chimică descrescătoare K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Această aranjare este cunoscută sub numele de seria de activitate a metalelor (seria tensiunilor electrochimice)

Activitatea chimică a unui metal este stracircns legată de structura atomului şi anume de capacitatea pe care o are de a ceda mai uşor sau mai greu electronii de valenţă (electronii de pe stratul exterior)S-a dovedit experimental că metalul cedează cu atacirct mai uşor electronii de valenţă cu cacirct este situat mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor electrochimice

Reacţia cu oxigenul Prin combinarea metalelor cu oxigenul iau naştere oxizii bazici

Oxidarea metalelor este cu atacirct mai energică cu cacirct sunt aşezate mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor

Sodiulpotasiul şi calciul se oxidează la temperatură obişnuită din această cauză sodiul şi potasiul se păstrează icircn vase cu petrol iar calciul icircn glicerină celelalte metale ( Mg Al Zn Fe Pb de exemplu) se oxidează icircn aer numai la cald

Metalele situate icircn dreapta hidrogenului icircn seria de activitate (Cu Hg) se oxidează icircn aer numai la temperatură icircnaltă iar ultimele metale din dreapta hidrogenului (Ag Pt Au) nu se oxidează icircn aer nici la temperatură icircnaltă Din această cauză de exemplu argintul (Ag) platina (Pt) şi aurul se numesc metale inoxidabile icircn timp ce toate celelalte metale sunt obişnuite

8

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

2

Cuprins

Metale 5

1Caracterizare generală a metalelor 5

2Proprietăţi fizice ale metalelor 6

3Proprietăţi chimice ale metalelor 8

4Exemple de metale 10-11

5Privire generală asupra coroziunii metalelor 12

Aliaje 13

1Caracterizare generală 13

2Obţinerea aliajelor 14

3Exemple de aliaje 14

Glosar 16

Bibliografie 17

3

4

Metalele

Icircn viaţa de zi cu zi suntem icircnconjuraţi de obiecte făcute din metal şi de ceea ce credem noi că ştim că este un metalIcircnsă pentru chimişti majoritatea elementelor pot fi numite metale dintre care nu toate se potrivesc ideilor noastre

Metalele ca atare şi aliajele lor sunt de mare folos omului datorită proprietăţilor caracteristice metalelorCivilizaţia noastră modernă este bazată pe fier şi oţel şi aliajele lor

1 Caracterizarea generală a metalelor

Aproape trei sferturi din numărul elementelor din sistemul periodic sunt metaleMetalele au o structură cristalină fiind formate dintr-o aglomerare de cristale miciReţeua cristalină a unui metal oarecare este alcătuită din ioniicircnconjuraţi de gaz electronicformat din electroni care se pot deplasa liber icircntre ionii metalului respective

Cercetările metalelor cu ajutorul razelor X au dovedit existenţa icircntre inii metalelor a unei densităţi de electroniDe aceea se consideră că ionii sunt liberi icircn metal ei s-au desprins de unii atomidar sunt şi atomi neutriNatura legăturii metalice este deci mai complexăea constă din suprapunerea legăturilor covalente dintre atomi şi a atracţiei coulombiene dintre ioni şi electroniAceastă legătură metalică este caracteristică numai metalelor icircn stare solidă şi lichidădeoarece icircn stare gazoasămetalele sunt formate din molecule monoatomiceizolateAceastă legătură este foarte puternică şi de aceea marea majoritate a metalelor se caracterizează prin duritate maretemperature icircnalte de topire etc

Metalele care nu conţin fier se numesc metale bdquoneferoaserdquoAcest grup include aproximativ 70 de elemente de la aluminiu-metalul cel mai răspacircndit icircn scoarţa terestră - pacircnă la elementele artificiale cum este plutoniul care nu se găsesc niciodată icircn natură

Icircn industrie cele mai importante metale neferoase sunt aluminiul cuprul zincul plumbulstaniul şi nichelul Metalele preţioase aur platină şi argint au pe lacircngă rolul lor decorativ şi comercial multe utilizări industriale importante Şi icircn epoca energiei nucleare uraniul şi plutoniul oferă perspectiva unor rezerve vaste de energie

Metalele se caracterizează prin proprietăţi generale comune tuturor metalelorşi prin proprietăţi particularespecifice fiecărui metal icircn parteProprietăţile generale sunt determinate de electronii liberiicircn timp ce proprietăţile particulare sunt date de atomii şi de ionii metalelorcare variază de la un metal la altulMetalele icircşi menţin proprietăţile lor numai icircn stare solidă sau lichidă icircn timp ce icircn stare gazoasă nu mai pot fi deosebite

Structura cristalină a metalelorStudiul metalelor cu ajutorul radiaţiilor X (Roumlntgen) a arătat că metalele cristalizează icircn trei tipuri de reţele cristaline Particulele din aceste reţele cristaline se caracterizează prin diferite numere de coordinarecare reprezintă numărul de atomi sau de ioni ce icircnconjoară o anumită particulă din reţeaaşezaţi icircn mod

5

identic la distanţele cele mai mici Fiecărui număr de coordinare icirci corespunde un anumit tip de reţea

Reţele cristaline -Reţeaua cubică cu feţe centrate Această reţea admite coordinarea 12 Icircn ea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn mijlocul feţelor cubuluifiecare ion este deci icircnconjurat la distanţe egale de 12 ioni Icircntr-un asemenea tip de reţea cristalizeazăCu Ag AuAl Pb Ni

-Reţeaua cubică centrată intern Această reţea se caracterizază prin coordinarea 8Icircn reţea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn centrul cubului se mai găseşte un ionfiecare ion este deci icircnconjurat de 8 ioni la distanţe egale Metalele care cristalizeză icircntr-o asemenea reţea cristalină sunt Fe MoCrV

-Reţeaua hexagonală compactă Icircn această reţea care admite coordinarea 12ionii sunt aşezaţi in vacircrfurile (colţurile) şi icircn centrele feţelor Icircntr-o asemenea reţea cristalizează Mg Zn şi Cd

Ionii aşezaţi icircn reţelele cristaline nu stau icircntr-o poziţie fixă ci au o mişcare de vibraţie după cum metalul are o stare de icircncălzire mai mică sau mai mare Asemenea reţele cristaline ca cele de mai sus pot icircncorpora impurităţi fără ca ele să fie distruse Aceasta explică formarea aliajelor

2 Proprietăţile fizice ale metalelor

Metalele au o serie de proprietăţi fizice prin care se deosebesc de nemetale Starea de agregare La temperatură obişnuită metalele sunt solide (cu excepţia

mercurului care este lichid) spre deosebire de nemetale care se prezintă icircn toate stările de agregare

Luciul metalic Metalele se caracterizează prin luciu metalic datorită proprietăţii de a reflecta puternic razele de lumină care cad pe suprafaţa lor

Opacitatea Icircn timp ce marea majoritate a nemetalelor sunt substanţe transparente faţă de razele luminoase metalele datorită electronilor liberi sunt opace Această proprietate decurge din faptul că undele luminoase icircntacirclnind icircn drumul lor electronii liberi se amortizează nemaiputacircndu-se propaga mai departe

Culoarea Majoritatea metalelor au culoarea albă-argintie de exemplu argintul mercurul cositorul aluminiul etc sau albă-cenuşiezinculfierul etc Un număr mic de matale sunt colorate aurul este galben cuprul este roşu-arămiu Luciul metalelor este alb sau cenuşiu datorită faptului că majoritatea reflectă aproape icircn icircntregime toate lungimile de undă metalele care apar colorate absorb mai puternic anumite lungimi de undă Icircn tehnică se obişnuieşte ca metalele să se clasifice icircn 3 categorii metale negre (fierul şi aliajele lui) metale colorate (aurul şi cuprul) şi metale albe (restul metalelor)

Temperatura de topire Metalele au temperaturi de topire foarte diferite Unele se topesc la temperaturi sub 100˚ C ( sodiul şi potasiul )altele la temperaturi relativ joase 200˚-400˚C (staniul şi plumbul) iar marea majoritate la temperaturi icircnalte (cuprulfierul etc) Temperatura cea mai icircnaltă de topire o are wolframul la + 3 370˚ din această cauză este folosit la fabricarea filamentelor pentru becurile electrice

Greutatea specifică După greutatea specifică metalele sunt icircmpărţite icircna) Metale uşoare cu greutate specifică sub 5 g cm sup3־

gf cmsup3 (magneziul aluminiul etc)b) Metale grele cu greutate specifică peste 5 g middot cm sup3־

gf cmsup3 ( fierul cuprul zincul plumbul etc)

6

Conductibilitatea termică şi electrică Toate metalele sunt bune conducătore de căldură şi electricitate Cea mai mare conductibilitate electrică o au argintul şi cuprul Mobilitatea electronilor liberi din reţeaua cristalină determină conductibilitatea termică şi electrică Conductibilitatea electrică a metalelor scade o dată cu creşterea temperaturii

Magnetismul Magnetismul este o proprietate pe care o au unele metale şi aliaje de a se magnetiza Unele păstrează magnetismul un timp mai icircndelungat altele se demagnetizează imediat ce icircncetează acţiunea magnetizantă Posibilitatea de a se magnetiza variază deci de la un metal la altul Din punct de vedere al comportării lor icircn cacircmpul magnetic metalele se clasifică icircn diamagnetice şi feromagnetice

rarr Metalele diamagnetice sunt respinse de un cacircmp un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn sens contrar acestuia Dintre metalele diamagnetice fac parte Cu Ag Au Sn Pb Bi

rarr Metalele paramagnetice sunt atrase de un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn acelaşi sens cu el Metalele din această categorie sunt Al V Cr Mn

rarr Metalele feromagnetice au un paramagnetism foarte mare de circa un milion mai mare decacirct metalele paramagnetice deosebindu-se de acestea şi prin faptul că rămacircn magnetizate şi după ce icircncetează acţiunea cacircmpului magnetic exterior (inductor) Din această categorie fac parte Fe Co Ni Metalele feromagnetice icircn special fierul şi oţelul sunt icircntrebuinţate pentru confecţionarea busolelor electromagneţilor icircn general pentru construirea de aparatură electrică

Duritatea După duritate metalele se icircmpart icircn Metale moi care se pot tăia cu cuţitul sau zgacircria cu unghia (sodiul potasiul

plumbul etc) Metale dure (cromul nichelul wolframul) Cromul se apropie de duritatea

diamantului Maleabilitatea Maleabilitatea este proprietate pe care o au unele metale de a

putea fi icircntinse icircn foi subţiri Cele mai maleabile metale sunt aurul argintul aluminiul şi cuprul Pentru a putea fi transformate icircn foi subţiri ele se laminează cu ajutorul unei maşini numite laminor Laminorul este format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Ductilitatea Prin ductilitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a putea fi trase icircn fire subţiri Aparatul folosit pentru tragerea metalelor icircn firi se numeşte filieră El este format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit Cele mai ductile metale sunt aurul argintul wolframul şi cuprul

Tenacitatea Tenacitatea este proprietatea metalelor de a opune rezistenţă la rupere Dintre metalele utilizate icircn tehnică cu o bună tenacitate sunt fierul şi nichelul

Elasticitatea Este proprietatea metalelor de a se deforma sub acţiunea forţelor din exterior şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea

Plasticitatea Prin plasticitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a-şi schimba forma fără a se distruge şi de a păstra această formă şi după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea (exterioare) Prelucrarea metalelor la cald(laminare forjare trefilare) se bazează pe proprietatea de plasticitate a metalelor care creşte o dată cu creşterea temperaturii

Metalele se deosebesc unele de altele prin proprietăţile lor plastice şi elastice De exemplu Cu Ag Au Al Sn Pb au o plasticitate mai mare decacirct metalele feroase care pot suferi deformări plastice numai sub acţiunea unor forţe exterioare relativ mari

7

Forjabilitatea Prin forjabilitate se icircnţelege proprietatea unor metale care la o anumită temperatură şi sub acţiunea unor forţe exterioare iau o formă nouă prin presare sau prin lovire pe care o păstrează şi după ce icircncetează acţiunea forţelor exterioare

Sudabilitatea Este proprietatea metalelor de a se icircmbina prin icircncălzire locală pacircnă la starea plastică sau pacircnă la topire Piesele ce se sudează pot avea aceeaşi compoziţie sau compoziţii apropiate iar icircmbinarea pieselor se face fie prin contact direct fie cu ajutorul unui metal intermediar numit metal de adaos

3 Proprietăţile chimice ale metalelor

Proprietatea chimică predominantă a metalelor este electropozitivitatea adică tendinţa metalelor de a pierde electronii din stratul electronic exterior transformacircndu-se icircn ioni electropozitivi

Ex Na ndash 1e־ rarr Na+ Ca 2e־ rarr Casup2+ Al 3e־ rarr Alsup3+Seria de activitate a metalelor Prin verificări experimentale s-a constatat că

unele metale pot lua locul altor metale din soluţiile apoase ale sărurilor lor Ex

Din cercetarea proprietăţilor chimice ale diferitelor metale s-a constatat că acestea nu manifestă aceeaşi activitate chimică unele sunt foarte active ( K Na Ca ) iar altele foarte puţin active ( Ag Pt Au ) Pe baza comportării diferite a metalelor Beketov şi Volta au icircntocmit un tabel icircn care metalele sunt aşezate după activitatea lor chimică descrescătoare K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Această aranjare este cunoscută sub numele de seria de activitate a metalelor (seria tensiunilor electrochimice)

Activitatea chimică a unui metal este stracircns legată de structura atomului şi anume de capacitatea pe care o are de a ceda mai uşor sau mai greu electronii de valenţă (electronii de pe stratul exterior)S-a dovedit experimental că metalul cedează cu atacirct mai uşor electronii de valenţă cu cacirct este situat mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor electrochimice

Reacţia cu oxigenul Prin combinarea metalelor cu oxigenul iau naştere oxizii bazici

Oxidarea metalelor este cu atacirct mai energică cu cacirct sunt aşezate mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor

Sodiulpotasiul şi calciul se oxidează la temperatură obişnuită din această cauză sodiul şi potasiul se păstrează icircn vase cu petrol iar calciul icircn glicerină celelalte metale ( Mg Al Zn Fe Pb de exemplu) se oxidează icircn aer numai la cald

Metalele situate icircn dreapta hidrogenului icircn seria de activitate (Cu Hg) se oxidează icircn aer numai la temperatură icircnaltă iar ultimele metale din dreapta hidrogenului (Ag Pt Au) nu se oxidează icircn aer nici la temperatură icircnaltă Din această cauză de exemplu argintul (Ag) platina (Pt) şi aurul se numesc metale inoxidabile icircn timp ce toate celelalte metale sunt obişnuite

8

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Cuprins

Metale 5

1Caracterizare generală a metalelor 5

2Proprietăţi fizice ale metalelor 6

3Proprietăţi chimice ale metalelor 8

4Exemple de metale 10-11

5Privire generală asupra coroziunii metalelor 12

Aliaje 13

1Caracterizare generală 13

2Obţinerea aliajelor 14

3Exemple de aliaje 14

Glosar 16

Bibliografie 17

3

4

Metalele

Icircn viaţa de zi cu zi suntem icircnconjuraţi de obiecte făcute din metal şi de ceea ce credem noi că ştim că este un metalIcircnsă pentru chimişti majoritatea elementelor pot fi numite metale dintre care nu toate se potrivesc ideilor noastre

Metalele ca atare şi aliajele lor sunt de mare folos omului datorită proprietăţilor caracteristice metalelorCivilizaţia noastră modernă este bazată pe fier şi oţel şi aliajele lor

1 Caracterizarea generală a metalelor

Aproape trei sferturi din numărul elementelor din sistemul periodic sunt metaleMetalele au o structură cristalină fiind formate dintr-o aglomerare de cristale miciReţeua cristalină a unui metal oarecare este alcătuită din ioniicircnconjuraţi de gaz electronicformat din electroni care se pot deplasa liber icircntre ionii metalului respective

Cercetările metalelor cu ajutorul razelor X au dovedit existenţa icircntre inii metalelor a unei densităţi de electroniDe aceea se consideră că ionii sunt liberi icircn metal ei s-au desprins de unii atomidar sunt şi atomi neutriNatura legăturii metalice este deci mai complexăea constă din suprapunerea legăturilor covalente dintre atomi şi a atracţiei coulombiene dintre ioni şi electroniAceastă legătură metalică este caracteristică numai metalelor icircn stare solidă şi lichidădeoarece icircn stare gazoasămetalele sunt formate din molecule monoatomiceizolateAceastă legătură este foarte puternică şi de aceea marea majoritate a metalelor se caracterizează prin duritate maretemperature icircnalte de topire etc

Metalele care nu conţin fier se numesc metale bdquoneferoaserdquoAcest grup include aproximativ 70 de elemente de la aluminiu-metalul cel mai răspacircndit icircn scoarţa terestră - pacircnă la elementele artificiale cum este plutoniul care nu se găsesc niciodată icircn natură

Icircn industrie cele mai importante metale neferoase sunt aluminiul cuprul zincul plumbulstaniul şi nichelul Metalele preţioase aur platină şi argint au pe lacircngă rolul lor decorativ şi comercial multe utilizări industriale importante Şi icircn epoca energiei nucleare uraniul şi plutoniul oferă perspectiva unor rezerve vaste de energie

Metalele se caracterizează prin proprietăţi generale comune tuturor metalelorşi prin proprietăţi particularespecifice fiecărui metal icircn parteProprietăţile generale sunt determinate de electronii liberiicircn timp ce proprietăţile particulare sunt date de atomii şi de ionii metalelorcare variază de la un metal la altulMetalele icircşi menţin proprietăţile lor numai icircn stare solidă sau lichidă icircn timp ce icircn stare gazoasă nu mai pot fi deosebite

Structura cristalină a metalelorStudiul metalelor cu ajutorul radiaţiilor X (Roumlntgen) a arătat că metalele cristalizează icircn trei tipuri de reţele cristaline Particulele din aceste reţele cristaline se caracterizează prin diferite numere de coordinarecare reprezintă numărul de atomi sau de ioni ce icircnconjoară o anumită particulă din reţeaaşezaţi icircn mod

5

identic la distanţele cele mai mici Fiecărui număr de coordinare icirci corespunde un anumit tip de reţea

Reţele cristaline -Reţeaua cubică cu feţe centrate Această reţea admite coordinarea 12 Icircn ea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn mijlocul feţelor cubuluifiecare ion este deci icircnconjurat la distanţe egale de 12 ioni Icircntr-un asemenea tip de reţea cristalizeazăCu Ag AuAl Pb Ni

-Reţeaua cubică centrată intern Această reţea se caracterizază prin coordinarea 8Icircn reţea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn centrul cubului se mai găseşte un ionfiecare ion este deci icircnconjurat de 8 ioni la distanţe egale Metalele care cristalizeză icircntr-o asemenea reţea cristalină sunt Fe MoCrV

-Reţeaua hexagonală compactă Icircn această reţea care admite coordinarea 12ionii sunt aşezaţi in vacircrfurile (colţurile) şi icircn centrele feţelor Icircntr-o asemenea reţea cristalizează Mg Zn şi Cd

Ionii aşezaţi icircn reţelele cristaline nu stau icircntr-o poziţie fixă ci au o mişcare de vibraţie după cum metalul are o stare de icircncălzire mai mică sau mai mare Asemenea reţele cristaline ca cele de mai sus pot icircncorpora impurităţi fără ca ele să fie distruse Aceasta explică formarea aliajelor

2 Proprietăţile fizice ale metalelor

Metalele au o serie de proprietăţi fizice prin care se deosebesc de nemetale Starea de agregare La temperatură obişnuită metalele sunt solide (cu excepţia

mercurului care este lichid) spre deosebire de nemetale care se prezintă icircn toate stările de agregare

Luciul metalic Metalele se caracterizează prin luciu metalic datorită proprietăţii de a reflecta puternic razele de lumină care cad pe suprafaţa lor

Opacitatea Icircn timp ce marea majoritate a nemetalelor sunt substanţe transparente faţă de razele luminoase metalele datorită electronilor liberi sunt opace Această proprietate decurge din faptul că undele luminoase icircntacirclnind icircn drumul lor electronii liberi se amortizează nemaiputacircndu-se propaga mai departe

Culoarea Majoritatea metalelor au culoarea albă-argintie de exemplu argintul mercurul cositorul aluminiul etc sau albă-cenuşiezinculfierul etc Un număr mic de matale sunt colorate aurul este galben cuprul este roşu-arămiu Luciul metalelor este alb sau cenuşiu datorită faptului că majoritatea reflectă aproape icircn icircntregime toate lungimile de undă metalele care apar colorate absorb mai puternic anumite lungimi de undă Icircn tehnică se obişnuieşte ca metalele să se clasifice icircn 3 categorii metale negre (fierul şi aliajele lui) metale colorate (aurul şi cuprul) şi metale albe (restul metalelor)

Temperatura de topire Metalele au temperaturi de topire foarte diferite Unele se topesc la temperaturi sub 100˚ C ( sodiul şi potasiul )altele la temperaturi relativ joase 200˚-400˚C (staniul şi plumbul) iar marea majoritate la temperaturi icircnalte (cuprulfierul etc) Temperatura cea mai icircnaltă de topire o are wolframul la + 3 370˚ din această cauză este folosit la fabricarea filamentelor pentru becurile electrice

Greutatea specifică După greutatea specifică metalele sunt icircmpărţite icircna) Metale uşoare cu greutate specifică sub 5 g cm sup3־

gf cmsup3 (magneziul aluminiul etc)b) Metale grele cu greutate specifică peste 5 g middot cm sup3־

gf cmsup3 ( fierul cuprul zincul plumbul etc)

6

Conductibilitatea termică şi electrică Toate metalele sunt bune conducătore de căldură şi electricitate Cea mai mare conductibilitate electrică o au argintul şi cuprul Mobilitatea electronilor liberi din reţeaua cristalină determină conductibilitatea termică şi electrică Conductibilitatea electrică a metalelor scade o dată cu creşterea temperaturii

Magnetismul Magnetismul este o proprietate pe care o au unele metale şi aliaje de a se magnetiza Unele păstrează magnetismul un timp mai icircndelungat altele se demagnetizează imediat ce icircncetează acţiunea magnetizantă Posibilitatea de a se magnetiza variază deci de la un metal la altul Din punct de vedere al comportării lor icircn cacircmpul magnetic metalele se clasifică icircn diamagnetice şi feromagnetice

rarr Metalele diamagnetice sunt respinse de un cacircmp un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn sens contrar acestuia Dintre metalele diamagnetice fac parte Cu Ag Au Sn Pb Bi

rarr Metalele paramagnetice sunt atrase de un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn acelaşi sens cu el Metalele din această categorie sunt Al V Cr Mn

rarr Metalele feromagnetice au un paramagnetism foarte mare de circa un milion mai mare decacirct metalele paramagnetice deosebindu-se de acestea şi prin faptul că rămacircn magnetizate şi după ce icircncetează acţiunea cacircmpului magnetic exterior (inductor) Din această categorie fac parte Fe Co Ni Metalele feromagnetice icircn special fierul şi oţelul sunt icircntrebuinţate pentru confecţionarea busolelor electromagneţilor icircn general pentru construirea de aparatură electrică

Duritatea După duritate metalele se icircmpart icircn Metale moi care se pot tăia cu cuţitul sau zgacircria cu unghia (sodiul potasiul

plumbul etc) Metale dure (cromul nichelul wolframul) Cromul se apropie de duritatea

diamantului Maleabilitatea Maleabilitatea este proprietate pe care o au unele metale de a

putea fi icircntinse icircn foi subţiri Cele mai maleabile metale sunt aurul argintul aluminiul şi cuprul Pentru a putea fi transformate icircn foi subţiri ele se laminează cu ajutorul unei maşini numite laminor Laminorul este format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Ductilitatea Prin ductilitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a putea fi trase icircn fire subţiri Aparatul folosit pentru tragerea metalelor icircn firi se numeşte filieră El este format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit Cele mai ductile metale sunt aurul argintul wolframul şi cuprul

Tenacitatea Tenacitatea este proprietatea metalelor de a opune rezistenţă la rupere Dintre metalele utilizate icircn tehnică cu o bună tenacitate sunt fierul şi nichelul

Elasticitatea Este proprietatea metalelor de a se deforma sub acţiunea forţelor din exterior şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea

Plasticitatea Prin plasticitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a-şi schimba forma fără a se distruge şi de a păstra această formă şi după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea (exterioare) Prelucrarea metalelor la cald(laminare forjare trefilare) se bazează pe proprietatea de plasticitate a metalelor care creşte o dată cu creşterea temperaturii

Metalele se deosebesc unele de altele prin proprietăţile lor plastice şi elastice De exemplu Cu Ag Au Al Sn Pb au o plasticitate mai mare decacirct metalele feroase care pot suferi deformări plastice numai sub acţiunea unor forţe exterioare relativ mari

7

Forjabilitatea Prin forjabilitate se icircnţelege proprietatea unor metale care la o anumită temperatură şi sub acţiunea unor forţe exterioare iau o formă nouă prin presare sau prin lovire pe care o păstrează şi după ce icircncetează acţiunea forţelor exterioare

Sudabilitatea Este proprietatea metalelor de a se icircmbina prin icircncălzire locală pacircnă la starea plastică sau pacircnă la topire Piesele ce se sudează pot avea aceeaşi compoziţie sau compoziţii apropiate iar icircmbinarea pieselor se face fie prin contact direct fie cu ajutorul unui metal intermediar numit metal de adaos

3 Proprietăţile chimice ale metalelor

Proprietatea chimică predominantă a metalelor este electropozitivitatea adică tendinţa metalelor de a pierde electronii din stratul electronic exterior transformacircndu-se icircn ioni electropozitivi

Ex Na ndash 1e־ rarr Na+ Ca 2e־ rarr Casup2+ Al 3e־ rarr Alsup3+Seria de activitate a metalelor Prin verificări experimentale s-a constatat că

unele metale pot lua locul altor metale din soluţiile apoase ale sărurilor lor Ex

Din cercetarea proprietăţilor chimice ale diferitelor metale s-a constatat că acestea nu manifestă aceeaşi activitate chimică unele sunt foarte active ( K Na Ca ) iar altele foarte puţin active ( Ag Pt Au ) Pe baza comportării diferite a metalelor Beketov şi Volta au icircntocmit un tabel icircn care metalele sunt aşezate după activitatea lor chimică descrescătoare K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Această aranjare este cunoscută sub numele de seria de activitate a metalelor (seria tensiunilor electrochimice)

Activitatea chimică a unui metal este stracircns legată de structura atomului şi anume de capacitatea pe care o are de a ceda mai uşor sau mai greu electronii de valenţă (electronii de pe stratul exterior)S-a dovedit experimental că metalul cedează cu atacirct mai uşor electronii de valenţă cu cacirct este situat mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor electrochimice

Reacţia cu oxigenul Prin combinarea metalelor cu oxigenul iau naştere oxizii bazici

Oxidarea metalelor este cu atacirct mai energică cu cacirct sunt aşezate mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor

Sodiulpotasiul şi calciul se oxidează la temperatură obişnuită din această cauză sodiul şi potasiul se păstrează icircn vase cu petrol iar calciul icircn glicerină celelalte metale ( Mg Al Zn Fe Pb de exemplu) se oxidează icircn aer numai la cald

Metalele situate icircn dreapta hidrogenului icircn seria de activitate (Cu Hg) se oxidează icircn aer numai la temperatură icircnaltă iar ultimele metale din dreapta hidrogenului (Ag Pt Au) nu se oxidează icircn aer nici la temperatură icircnaltă Din această cauză de exemplu argintul (Ag) platina (Pt) şi aurul se numesc metale inoxidabile icircn timp ce toate celelalte metale sunt obişnuite

8

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

4

Metalele

Icircn viaţa de zi cu zi suntem icircnconjuraţi de obiecte făcute din metal şi de ceea ce credem noi că ştim că este un metalIcircnsă pentru chimişti majoritatea elementelor pot fi numite metale dintre care nu toate se potrivesc ideilor noastre

Metalele ca atare şi aliajele lor sunt de mare folos omului datorită proprietăţilor caracteristice metalelorCivilizaţia noastră modernă este bazată pe fier şi oţel şi aliajele lor

1 Caracterizarea generală a metalelor

Aproape trei sferturi din numărul elementelor din sistemul periodic sunt metaleMetalele au o structură cristalină fiind formate dintr-o aglomerare de cristale miciReţeua cristalină a unui metal oarecare este alcătuită din ioniicircnconjuraţi de gaz electronicformat din electroni care se pot deplasa liber icircntre ionii metalului respective

Cercetările metalelor cu ajutorul razelor X au dovedit existenţa icircntre inii metalelor a unei densităţi de electroniDe aceea se consideră că ionii sunt liberi icircn metal ei s-au desprins de unii atomidar sunt şi atomi neutriNatura legăturii metalice este deci mai complexăea constă din suprapunerea legăturilor covalente dintre atomi şi a atracţiei coulombiene dintre ioni şi electroniAceastă legătură metalică este caracteristică numai metalelor icircn stare solidă şi lichidădeoarece icircn stare gazoasămetalele sunt formate din molecule monoatomiceizolateAceastă legătură este foarte puternică şi de aceea marea majoritate a metalelor se caracterizează prin duritate maretemperature icircnalte de topire etc

Metalele care nu conţin fier se numesc metale bdquoneferoaserdquoAcest grup include aproximativ 70 de elemente de la aluminiu-metalul cel mai răspacircndit icircn scoarţa terestră - pacircnă la elementele artificiale cum este plutoniul care nu se găsesc niciodată icircn natură

Icircn industrie cele mai importante metale neferoase sunt aluminiul cuprul zincul plumbulstaniul şi nichelul Metalele preţioase aur platină şi argint au pe lacircngă rolul lor decorativ şi comercial multe utilizări industriale importante Şi icircn epoca energiei nucleare uraniul şi plutoniul oferă perspectiva unor rezerve vaste de energie

Metalele se caracterizează prin proprietăţi generale comune tuturor metalelorşi prin proprietăţi particularespecifice fiecărui metal icircn parteProprietăţile generale sunt determinate de electronii liberiicircn timp ce proprietăţile particulare sunt date de atomii şi de ionii metalelorcare variază de la un metal la altulMetalele icircşi menţin proprietăţile lor numai icircn stare solidă sau lichidă icircn timp ce icircn stare gazoasă nu mai pot fi deosebite

Structura cristalină a metalelorStudiul metalelor cu ajutorul radiaţiilor X (Roumlntgen) a arătat că metalele cristalizează icircn trei tipuri de reţele cristaline Particulele din aceste reţele cristaline se caracterizează prin diferite numere de coordinarecare reprezintă numărul de atomi sau de ioni ce icircnconjoară o anumită particulă din reţeaaşezaţi icircn mod

5

identic la distanţele cele mai mici Fiecărui număr de coordinare icirci corespunde un anumit tip de reţea

Reţele cristaline -Reţeaua cubică cu feţe centrate Această reţea admite coordinarea 12 Icircn ea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn mijlocul feţelor cubuluifiecare ion este deci icircnconjurat la distanţe egale de 12 ioni Icircntr-un asemenea tip de reţea cristalizeazăCu Ag AuAl Pb Ni

-Reţeaua cubică centrată intern Această reţea se caracterizază prin coordinarea 8Icircn reţea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn centrul cubului se mai găseşte un ionfiecare ion este deci icircnconjurat de 8 ioni la distanţe egale Metalele care cristalizeză icircntr-o asemenea reţea cristalină sunt Fe MoCrV

-Reţeaua hexagonală compactă Icircn această reţea care admite coordinarea 12ionii sunt aşezaţi in vacircrfurile (colţurile) şi icircn centrele feţelor Icircntr-o asemenea reţea cristalizează Mg Zn şi Cd

Ionii aşezaţi icircn reţelele cristaline nu stau icircntr-o poziţie fixă ci au o mişcare de vibraţie după cum metalul are o stare de icircncălzire mai mică sau mai mare Asemenea reţele cristaline ca cele de mai sus pot icircncorpora impurităţi fără ca ele să fie distruse Aceasta explică formarea aliajelor

2 Proprietăţile fizice ale metalelor

Metalele au o serie de proprietăţi fizice prin care se deosebesc de nemetale Starea de agregare La temperatură obişnuită metalele sunt solide (cu excepţia

mercurului care este lichid) spre deosebire de nemetale care se prezintă icircn toate stările de agregare

Luciul metalic Metalele se caracterizează prin luciu metalic datorită proprietăţii de a reflecta puternic razele de lumină care cad pe suprafaţa lor

Opacitatea Icircn timp ce marea majoritate a nemetalelor sunt substanţe transparente faţă de razele luminoase metalele datorită electronilor liberi sunt opace Această proprietate decurge din faptul că undele luminoase icircntacirclnind icircn drumul lor electronii liberi se amortizează nemaiputacircndu-se propaga mai departe

Culoarea Majoritatea metalelor au culoarea albă-argintie de exemplu argintul mercurul cositorul aluminiul etc sau albă-cenuşiezinculfierul etc Un număr mic de matale sunt colorate aurul este galben cuprul este roşu-arămiu Luciul metalelor este alb sau cenuşiu datorită faptului că majoritatea reflectă aproape icircn icircntregime toate lungimile de undă metalele care apar colorate absorb mai puternic anumite lungimi de undă Icircn tehnică se obişnuieşte ca metalele să se clasifice icircn 3 categorii metale negre (fierul şi aliajele lui) metale colorate (aurul şi cuprul) şi metale albe (restul metalelor)

Temperatura de topire Metalele au temperaturi de topire foarte diferite Unele se topesc la temperaturi sub 100˚ C ( sodiul şi potasiul )altele la temperaturi relativ joase 200˚-400˚C (staniul şi plumbul) iar marea majoritate la temperaturi icircnalte (cuprulfierul etc) Temperatura cea mai icircnaltă de topire o are wolframul la + 3 370˚ din această cauză este folosit la fabricarea filamentelor pentru becurile electrice

Greutatea specifică După greutatea specifică metalele sunt icircmpărţite icircna) Metale uşoare cu greutate specifică sub 5 g cm sup3־

gf cmsup3 (magneziul aluminiul etc)b) Metale grele cu greutate specifică peste 5 g middot cm sup3־

gf cmsup3 ( fierul cuprul zincul plumbul etc)

6

Conductibilitatea termică şi electrică Toate metalele sunt bune conducătore de căldură şi electricitate Cea mai mare conductibilitate electrică o au argintul şi cuprul Mobilitatea electronilor liberi din reţeaua cristalină determină conductibilitatea termică şi electrică Conductibilitatea electrică a metalelor scade o dată cu creşterea temperaturii

Magnetismul Magnetismul este o proprietate pe care o au unele metale şi aliaje de a se magnetiza Unele păstrează magnetismul un timp mai icircndelungat altele se demagnetizează imediat ce icircncetează acţiunea magnetizantă Posibilitatea de a se magnetiza variază deci de la un metal la altul Din punct de vedere al comportării lor icircn cacircmpul magnetic metalele se clasifică icircn diamagnetice şi feromagnetice

rarr Metalele diamagnetice sunt respinse de un cacircmp un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn sens contrar acestuia Dintre metalele diamagnetice fac parte Cu Ag Au Sn Pb Bi

rarr Metalele paramagnetice sunt atrase de un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn acelaşi sens cu el Metalele din această categorie sunt Al V Cr Mn

rarr Metalele feromagnetice au un paramagnetism foarte mare de circa un milion mai mare decacirct metalele paramagnetice deosebindu-se de acestea şi prin faptul că rămacircn magnetizate şi după ce icircncetează acţiunea cacircmpului magnetic exterior (inductor) Din această categorie fac parte Fe Co Ni Metalele feromagnetice icircn special fierul şi oţelul sunt icircntrebuinţate pentru confecţionarea busolelor electromagneţilor icircn general pentru construirea de aparatură electrică

Duritatea După duritate metalele se icircmpart icircn Metale moi care se pot tăia cu cuţitul sau zgacircria cu unghia (sodiul potasiul

plumbul etc) Metale dure (cromul nichelul wolframul) Cromul se apropie de duritatea

diamantului Maleabilitatea Maleabilitatea este proprietate pe care o au unele metale de a

putea fi icircntinse icircn foi subţiri Cele mai maleabile metale sunt aurul argintul aluminiul şi cuprul Pentru a putea fi transformate icircn foi subţiri ele se laminează cu ajutorul unei maşini numite laminor Laminorul este format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Ductilitatea Prin ductilitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a putea fi trase icircn fire subţiri Aparatul folosit pentru tragerea metalelor icircn firi se numeşte filieră El este format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit Cele mai ductile metale sunt aurul argintul wolframul şi cuprul

Tenacitatea Tenacitatea este proprietatea metalelor de a opune rezistenţă la rupere Dintre metalele utilizate icircn tehnică cu o bună tenacitate sunt fierul şi nichelul

Elasticitatea Este proprietatea metalelor de a se deforma sub acţiunea forţelor din exterior şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea

Plasticitatea Prin plasticitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a-şi schimba forma fără a se distruge şi de a păstra această formă şi după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea (exterioare) Prelucrarea metalelor la cald(laminare forjare trefilare) se bazează pe proprietatea de plasticitate a metalelor care creşte o dată cu creşterea temperaturii

Metalele se deosebesc unele de altele prin proprietăţile lor plastice şi elastice De exemplu Cu Ag Au Al Sn Pb au o plasticitate mai mare decacirct metalele feroase care pot suferi deformări plastice numai sub acţiunea unor forţe exterioare relativ mari

7

Forjabilitatea Prin forjabilitate se icircnţelege proprietatea unor metale care la o anumită temperatură şi sub acţiunea unor forţe exterioare iau o formă nouă prin presare sau prin lovire pe care o păstrează şi după ce icircncetează acţiunea forţelor exterioare

Sudabilitatea Este proprietatea metalelor de a se icircmbina prin icircncălzire locală pacircnă la starea plastică sau pacircnă la topire Piesele ce se sudează pot avea aceeaşi compoziţie sau compoziţii apropiate iar icircmbinarea pieselor se face fie prin contact direct fie cu ajutorul unui metal intermediar numit metal de adaos

3 Proprietăţile chimice ale metalelor

Proprietatea chimică predominantă a metalelor este electropozitivitatea adică tendinţa metalelor de a pierde electronii din stratul electronic exterior transformacircndu-se icircn ioni electropozitivi

Ex Na ndash 1e־ rarr Na+ Ca 2e־ rarr Casup2+ Al 3e־ rarr Alsup3+Seria de activitate a metalelor Prin verificări experimentale s-a constatat că

unele metale pot lua locul altor metale din soluţiile apoase ale sărurilor lor Ex

Din cercetarea proprietăţilor chimice ale diferitelor metale s-a constatat că acestea nu manifestă aceeaşi activitate chimică unele sunt foarte active ( K Na Ca ) iar altele foarte puţin active ( Ag Pt Au ) Pe baza comportării diferite a metalelor Beketov şi Volta au icircntocmit un tabel icircn care metalele sunt aşezate după activitatea lor chimică descrescătoare K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Această aranjare este cunoscută sub numele de seria de activitate a metalelor (seria tensiunilor electrochimice)

Activitatea chimică a unui metal este stracircns legată de structura atomului şi anume de capacitatea pe care o are de a ceda mai uşor sau mai greu electronii de valenţă (electronii de pe stratul exterior)S-a dovedit experimental că metalul cedează cu atacirct mai uşor electronii de valenţă cu cacirct este situat mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor electrochimice

Reacţia cu oxigenul Prin combinarea metalelor cu oxigenul iau naştere oxizii bazici

Oxidarea metalelor este cu atacirct mai energică cu cacirct sunt aşezate mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor

Sodiulpotasiul şi calciul se oxidează la temperatură obişnuită din această cauză sodiul şi potasiul se păstrează icircn vase cu petrol iar calciul icircn glicerină celelalte metale ( Mg Al Zn Fe Pb de exemplu) se oxidează icircn aer numai la cald

Metalele situate icircn dreapta hidrogenului icircn seria de activitate (Cu Hg) se oxidează icircn aer numai la temperatură icircnaltă iar ultimele metale din dreapta hidrogenului (Ag Pt Au) nu se oxidează icircn aer nici la temperatură icircnaltă Din această cauză de exemplu argintul (Ag) platina (Pt) şi aurul se numesc metale inoxidabile icircn timp ce toate celelalte metale sunt obişnuite

8

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Metalele

Icircn viaţa de zi cu zi suntem icircnconjuraţi de obiecte făcute din metal şi de ceea ce credem noi că ştim că este un metalIcircnsă pentru chimişti majoritatea elementelor pot fi numite metale dintre care nu toate se potrivesc ideilor noastre

Metalele ca atare şi aliajele lor sunt de mare folos omului datorită proprietăţilor caracteristice metalelorCivilizaţia noastră modernă este bazată pe fier şi oţel şi aliajele lor

1 Caracterizarea generală a metalelor

Aproape trei sferturi din numărul elementelor din sistemul periodic sunt metaleMetalele au o structură cristalină fiind formate dintr-o aglomerare de cristale miciReţeua cristalină a unui metal oarecare este alcătuită din ioniicircnconjuraţi de gaz electronicformat din electroni care se pot deplasa liber icircntre ionii metalului respective

Cercetările metalelor cu ajutorul razelor X au dovedit existenţa icircntre inii metalelor a unei densităţi de electroniDe aceea se consideră că ionii sunt liberi icircn metal ei s-au desprins de unii atomidar sunt şi atomi neutriNatura legăturii metalice este deci mai complexăea constă din suprapunerea legăturilor covalente dintre atomi şi a atracţiei coulombiene dintre ioni şi electroniAceastă legătură metalică este caracteristică numai metalelor icircn stare solidă şi lichidădeoarece icircn stare gazoasămetalele sunt formate din molecule monoatomiceizolateAceastă legătură este foarte puternică şi de aceea marea majoritate a metalelor se caracterizează prin duritate maretemperature icircnalte de topire etc

Metalele care nu conţin fier se numesc metale bdquoneferoaserdquoAcest grup include aproximativ 70 de elemente de la aluminiu-metalul cel mai răspacircndit icircn scoarţa terestră - pacircnă la elementele artificiale cum este plutoniul care nu se găsesc niciodată icircn natură

Icircn industrie cele mai importante metale neferoase sunt aluminiul cuprul zincul plumbulstaniul şi nichelul Metalele preţioase aur platină şi argint au pe lacircngă rolul lor decorativ şi comercial multe utilizări industriale importante Şi icircn epoca energiei nucleare uraniul şi plutoniul oferă perspectiva unor rezerve vaste de energie

Metalele se caracterizează prin proprietăţi generale comune tuturor metalelorşi prin proprietăţi particularespecifice fiecărui metal icircn parteProprietăţile generale sunt determinate de electronii liberiicircn timp ce proprietăţile particulare sunt date de atomii şi de ionii metalelorcare variază de la un metal la altulMetalele icircşi menţin proprietăţile lor numai icircn stare solidă sau lichidă icircn timp ce icircn stare gazoasă nu mai pot fi deosebite

Structura cristalină a metalelorStudiul metalelor cu ajutorul radiaţiilor X (Roumlntgen) a arătat că metalele cristalizează icircn trei tipuri de reţele cristaline Particulele din aceste reţele cristaline se caracterizează prin diferite numere de coordinarecare reprezintă numărul de atomi sau de ioni ce icircnconjoară o anumită particulă din reţeaaşezaţi icircn mod

5

identic la distanţele cele mai mici Fiecărui număr de coordinare icirci corespunde un anumit tip de reţea

Reţele cristaline -Reţeaua cubică cu feţe centrate Această reţea admite coordinarea 12 Icircn ea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn mijlocul feţelor cubuluifiecare ion este deci icircnconjurat la distanţe egale de 12 ioni Icircntr-un asemenea tip de reţea cristalizeazăCu Ag AuAl Pb Ni

-Reţeaua cubică centrată intern Această reţea se caracterizază prin coordinarea 8Icircn reţea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn centrul cubului se mai găseşte un ionfiecare ion este deci icircnconjurat de 8 ioni la distanţe egale Metalele care cristalizeză icircntr-o asemenea reţea cristalină sunt Fe MoCrV

-Reţeaua hexagonală compactă Icircn această reţea care admite coordinarea 12ionii sunt aşezaţi in vacircrfurile (colţurile) şi icircn centrele feţelor Icircntr-o asemenea reţea cristalizează Mg Zn şi Cd

Ionii aşezaţi icircn reţelele cristaline nu stau icircntr-o poziţie fixă ci au o mişcare de vibraţie după cum metalul are o stare de icircncălzire mai mică sau mai mare Asemenea reţele cristaline ca cele de mai sus pot icircncorpora impurităţi fără ca ele să fie distruse Aceasta explică formarea aliajelor

2 Proprietăţile fizice ale metalelor

Metalele au o serie de proprietăţi fizice prin care se deosebesc de nemetale Starea de agregare La temperatură obişnuită metalele sunt solide (cu excepţia

mercurului care este lichid) spre deosebire de nemetale care se prezintă icircn toate stările de agregare

Luciul metalic Metalele se caracterizează prin luciu metalic datorită proprietăţii de a reflecta puternic razele de lumină care cad pe suprafaţa lor

Opacitatea Icircn timp ce marea majoritate a nemetalelor sunt substanţe transparente faţă de razele luminoase metalele datorită electronilor liberi sunt opace Această proprietate decurge din faptul că undele luminoase icircntacirclnind icircn drumul lor electronii liberi se amortizează nemaiputacircndu-se propaga mai departe

Culoarea Majoritatea metalelor au culoarea albă-argintie de exemplu argintul mercurul cositorul aluminiul etc sau albă-cenuşiezinculfierul etc Un număr mic de matale sunt colorate aurul este galben cuprul este roşu-arămiu Luciul metalelor este alb sau cenuşiu datorită faptului că majoritatea reflectă aproape icircn icircntregime toate lungimile de undă metalele care apar colorate absorb mai puternic anumite lungimi de undă Icircn tehnică se obişnuieşte ca metalele să se clasifice icircn 3 categorii metale negre (fierul şi aliajele lui) metale colorate (aurul şi cuprul) şi metale albe (restul metalelor)

Temperatura de topire Metalele au temperaturi de topire foarte diferite Unele se topesc la temperaturi sub 100˚ C ( sodiul şi potasiul )altele la temperaturi relativ joase 200˚-400˚C (staniul şi plumbul) iar marea majoritate la temperaturi icircnalte (cuprulfierul etc) Temperatura cea mai icircnaltă de topire o are wolframul la + 3 370˚ din această cauză este folosit la fabricarea filamentelor pentru becurile electrice

Greutatea specifică După greutatea specifică metalele sunt icircmpărţite icircna) Metale uşoare cu greutate specifică sub 5 g cm sup3־

gf cmsup3 (magneziul aluminiul etc)b) Metale grele cu greutate specifică peste 5 g middot cm sup3־

gf cmsup3 ( fierul cuprul zincul plumbul etc)

6

Conductibilitatea termică şi electrică Toate metalele sunt bune conducătore de căldură şi electricitate Cea mai mare conductibilitate electrică o au argintul şi cuprul Mobilitatea electronilor liberi din reţeaua cristalină determină conductibilitatea termică şi electrică Conductibilitatea electrică a metalelor scade o dată cu creşterea temperaturii

Magnetismul Magnetismul este o proprietate pe care o au unele metale şi aliaje de a se magnetiza Unele păstrează magnetismul un timp mai icircndelungat altele se demagnetizează imediat ce icircncetează acţiunea magnetizantă Posibilitatea de a se magnetiza variază deci de la un metal la altul Din punct de vedere al comportării lor icircn cacircmpul magnetic metalele se clasifică icircn diamagnetice şi feromagnetice

rarr Metalele diamagnetice sunt respinse de un cacircmp un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn sens contrar acestuia Dintre metalele diamagnetice fac parte Cu Ag Au Sn Pb Bi

rarr Metalele paramagnetice sunt atrase de un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn acelaşi sens cu el Metalele din această categorie sunt Al V Cr Mn

rarr Metalele feromagnetice au un paramagnetism foarte mare de circa un milion mai mare decacirct metalele paramagnetice deosebindu-se de acestea şi prin faptul că rămacircn magnetizate şi după ce icircncetează acţiunea cacircmpului magnetic exterior (inductor) Din această categorie fac parte Fe Co Ni Metalele feromagnetice icircn special fierul şi oţelul sunt icircntrebuinţate pentru confecţionarea busolelor electromagneţilor icircn general pentru construirea de aparatură electrică

Duritatea După duritate metalele se icircmpart icircn Metale moi care se pot tăia cu cuţitul sau zgacircria cu unghia (sodiul potasiul

plumbul etc) Metale dure (cromul nichelul wolframul) Cromul se apropie de duritatea

diamantului Maleabilitatea Maleabilitatea este proprietate pe care o au unele metale de a

putea fi icircntinse icircn foi subţiri Cele mai maleabile metale sunt aurul argintul aluminiul şi cuprul Pentru a putea fi transformate icircn foi subţiri ele se laminează cu ajutorul unei maşini numite laminor Laminorul este format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Ductilitatea Prin ductilitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a putea fi trase icircn fire subţiri Aparatul folosit pentru tragerea metalelor icircn firi se numeşte filieră El este format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit Cele mai ductile metale sunt aurul argintul wolframul şi cuprul

Tenacitatea Tenacitatea este proprietatea metalelor de a opune rezistenţă la rupere Dintre metalele utilizate icircn tehnică cu o bună tenacitate sunt fierul şi nichelul

Elasticitatea Este proprietatea metalelor de a se deforma sub acţiunea forţelor din exterior şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea

Plasticitatea Prin plasticitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a-şi schimba forma fără a se distruge şi de a păstra această formă şi după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea (exterioare) Prelucrarea metalelor la cald(laminare forjare trefilare) se bazează pe proprietatea de plasticitate a metalelor care creşte o dată cu creşterea temperaturii

Metalele se deosebesc unele de altele prin proprietăţile lor plastice şi elastice De exemplu Cu Ag Au Al Sn Pb au o plasticitate mai mare decacirct metalele feroase care pot suferi deformări plastice numai sub acţiunea unor forţe exterioare relativ mari

7

Forjabilitatea Prin forjabilitate se icircnţelege proprietatea unor metale care la o anumită temperatură şi sub acţiunea unor forţe exterioare iau o formă nouă prin presare sau prin lovire pe care o păstrează şi după ce icircncetează acţiunea forţelor exterioare

Sudabilitatea Este proprietatea metalelor de a se icircmbina prin icircncălzire locală pacircnă la starea plastică sau pacircnă la topire Piesele ce se sudează pot avea aceeaşi compoziţie sau compoziţii apropiate iar icircmbinarea pieselor se face fie prin contact direct fie cu ajutorul unui metal intermediar numit metal de adaos

3 Proprietăţile chimice ale metalelor

Proprietatea chimică predominantă a metalelor este electropozitivitatea adică tendinţa metalelor de a pierde electronii din stratul electronic exterior transformacircndu-se icircn ioni electropozitivi

Ex Na ndash 1e־ rarr Na+ Ca 2e־ rarr Casup2+ Al 3e־ rarr Alsup3+Seria de activitate a metalelor Prin verificări experimentale s-a constatat că

unele metale pot lua locul altor metale din soluţiile apoase ale sărurilor lor Ex

Din cercetarea proprietăţilor chimice ale diferitelor metale s-a constatat că acestea nu manifestă aceeaşi activitate chimică unele sunt foarte active ( K Na Ca ) iar altele foarte puţin active ( Ag Pt Au ) Pe baza comportării diferite a metalelor Beketov şi Volta au icircntocmit un tabel icircn care metalele sunt aşezate după activitatea lor chimică descrescătoare K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Această aranjare este cunoscută sub numele de seria de activitate a metalelor (seria tensiunilor electrochimice)

Activitatea chimică a unui metal este stracircns legată de structura atomului şi anume de capacitatea pe care o are de a ceda mai uşor sau mai greu electronii de valenţă (electronii de pe stratul exterior)S-a dovedit experimental că metalul cedează cu atacirct mai uşor electronii de valenţă cu cacirct este situat mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor electrochimice

Reacţia cu oxigenul Prin combinarea metalelor cu oxigenul iau naştere oxizii bazici

Oxidarea metalelor este cu atacirct mai energică cu cacirct sunt aşezate mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor

Sodiulpotasiul şi calciul se oxidează la temperatură obişnuită din această cauză sodiul şi potasiul se păstrează icircn vase cu petrol iar calciul icircn glicerină celelalte metale ( Mg Al Zn Fe Pb de exemplu) se oxidează icircn aer numai la cald

Metalele situate icircn dreapta hidrogenului icircn seria de activitate (Cu Hg) se oxidează icircn aer numai la temperatură icircnaltă iar ultimele metale din dreapta hidrogenului (Ag Pt Au) nu se oxidează icircn aer nici la temperatură icircnaltă Din această cauză de exemplu argintul (Ag) platina (Pt) şi aurul se numesc metale inoxidabile icircn timp ce toate celelalte metale sunt obişnuite

8

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

identic la distanţele cele mai mici Fiecărui număr de coordinare icirci corespunde un anumit tip de reţea

Reţele cristaline -Reţeaua cubică cu feţe centrate Această reţea admite coordinarea 12 Icircn ea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn mijlocul feţelor cubuluifiecare ion este deci icircnconjurat la distanţe egale de 12 ioni Icircntr-un asemenea tip de reţea cristalizeazăCu Ag AuAl Pb Ni

-Reţeaua cubică centrată intern Această reţea se caracterizază prin coordinarea 8Icircn reţea ionii sunt aşezaţi icircn cele 8 colţuri ale cubului şi icircn centrul cubului se mai găseşte un ionfiecare ion este deci icircnconjurat de 8 ioni la distanţe egale Metalele care cristalizeză icircntr-o asemenea reţea cristalină sunt Fe MoCrV

-Reţeaua hexagonală compactă Icircn această reţea care admite coordinarea 12ionii sunt aşezaţi in vacircrfurile (colţurile) şi icircn centrele feţelor Icircntr-o asemenea reţea cristalizează Mg Zn şi Cd

Ionii aşezaţi icircn reţelele cristaline nu stau icircntr-o poziţie fixă ci au o mişcare de vibraţie după cum metalul are o stare de icircncălzire mai mică sau mai mare Asemenea reţele cristaline ca cele de mai sus pot icircncorpora impurităţi fără ca ele să fie distruse Aceasta explică formarea aliajelor

2 Proprietăţile fizice ale metalelor

Metalele au o serie de proprietăţi fizice prin care se deosebesc de nemetale Starea de agregare La temperatură obişnuită metalele sunt solide (cu excepţia

mercurului care este lichid) spre deosebire de nemetale care se prezintă icircn toate stările de agregare

Luciul metalic Metalele se caracterizează prin luciu metalic datorită proprietăţii de a reflecta puternic razele de lumină care cad pe suprafaţa lor

Opacitatea Icircn timp ce marea majoritate a nemetalelor sunt substanţe transparente faţă de razele luminoase metalele datorită electronilor liberi sunt opace Această proprietate decurge din faptul că undele luminoase icircntacirclnind icircn drumul lor electronii liberi se amortizează nemaiputacircndu-se propaga mai departe

Culoarea Majoritatea metalelor au culoarea albă-argintie de exemplu argintul mercurul cositorul aluminiul etc sau albă-cenuşiezinculfierul etc Un număr mic de matale sunt colorate aurul este galben cuprul este roşu-arămiu Luciul metalelor este alb sau cenuşiu datorită faptului că majoritatea reflectă aproape icircn icircntregime toate lungimile de undă metalele care apar colorate absorb mai puternic anumite lungimi de undă Icircn tehnică se obişnuieşte ca metalele să se clasifice icircn 3 categorii metale negre (fierul şi aliajele lui) metale colorate (aurul şi cuprul) şi metale albe (restul metalelor)

Temperatura de topire Metalele au temperaturi de topire foarte diferite Unele se topesc la temperaturi sub 100˚ C ( sodiul şi potasiul )altele la temperaturi relativ joase 200˚-400˚C (staniul şi plumbul) iar marea majoritate la temperaturi icircnalte (cuprulfierul etc) Temperatura cea mai icircnaltă de topire o are wolframul la + 3 370˚ din această cauză este folosit la fabricarea filamentelor pentru becurile electrice

Greutatea specifică După greutatea specifică metalele sunt icircmpărţite icircna) Metale uşoare cu greutate specifică sub 5 g cm sup3־

gf cmsup3 (magneziul aluminiul etc)b) Metale grele cu greutate specifică peste 5 g middot cm sup3־

gf cmsup3 ( fierul cuprul zincul plumbul etc)

6

Conductibilitatea termică şi electrică Toate metalele sunt bune conducătore de căldură şi electricitate Cea mai mare conductibilitate electrică o au argintul şi cuprul Mobilitatea electronilor liberi din reţeaua cristalină determină conductibilitatea termică şi electrică Conductibilitatea electrică a metalelor scade o dată cu creşterea temperaturii

Magnetismul Magnetismul este o proprietate pe care o au unele metale şi aliaje de a se magnetiza Unele păstrează magnetismul un timp mai icircndelungat altele se demagnetizează imediat ce icircncetează acţiunea magnetizantă Posibilitatea de a se magnetiza variază deci de la un metal la altul Din punct de vedere al comportării lor icircn cacircmpul magnetic metalele se clasifică icircn diamagnetice şi feromagnetice

rarr Metalele diamagnetice sunt respinse de un cacircmp un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn sens contrar acestuia Dintre metalele diamagnetice fac parte Cu Ag Au Sn Pb Bi

rarr Metalele paramagnetice sunt atrase de un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn acelaşi sens cu el Metalele din această categorie sunt Al V Cr Mn

rarr Metalele feromagnetice au un paramagnetism foarte mare de circa un milion mai mare decacirct metalele paramagnetice deosebindu-se de acestea şi prin faptul că rămacircn magnetizate şi după ce icircncetează acţiunea cacircmpului magnetic exterior (inductor) Din această categorie fac parte Fe Co Ni Metalele feromagnetice icircn special fierul şi oţelul sunt icircntrebuinţate pentru confecţionarea busolelor electromagneţilor icircn general pentru construirea de aparatură electrică

Duritatea După duritate metalele se icircmpart icircn Metale moi care se pot tăia cu cuţitul sau zgacircria cu unghia (sodiul potasiul

plumbul etc) Metale dure (cromul nichelul wolframul) Cromul se apropie de duritatea

diamantului Maleabilitatea Maleabilitatea este proprietate pe care o au unele metale de a

putea fi icircntinse icircn foi subţiri Cele mai maleabile metale sunt aurul argintul aluminiul şi cuprul Pentru a putea fi transformate icircn foi subţiri ele se laminează cu ajutorul unei maşini numite laminor Laminorul este format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Ductilitatea Prin ductilitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a putea fi trase icircn fire subţiri Aparatul folosit pentru tragerea metalelor icircn firi se numeşte filieră El este format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit Cele mai ductile metale sunt aurul argintul wolframul şi cuprul

Tenacitatea Tenacitatea este proprietatea metalelor de a opune rezistenţă la rupere Dintre metalele utilizate icircn tehnică cu o bună tenacitate sunt fierul şi nichelul

Elasticitatea Este proprietatea metalelor de a se deforma sub acţiunea forţelor din exterior şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea

Plasticitatea Prin plasticitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a-şi schimba forma fără a se distruge şi de a păstra această formă şi după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea (exterioare) Prelucrarea metalelor la cald(laminare forjare trefilare) se bazează pe proprietatea de plasticitate a metalelor care creşte o dată cu creşterea temperaturii

Metalele se deosebesc unele de altele prin proprietăţile lor plastice şi elastice De exemplu Cu Ag Au Al Sn Pb au o plasticitate mai mare decacirct metalele feroase care pot suferi deformări plastice numai sub acţiunea unor forţe exterioare relativ mari

7

Forjabilitatea Prin forjabilitate se icircnţelege proprietatea unor metale care la o anumită temperatură şi sub acţiunea unor forţe exterioare iau o formă nouă prin presare sau prin lovire pe care o păstrează şi după ce icircncetează acţiunea forţelor exterioare

Sudabilitatea Este proprietatea metalelor de a se icircmbina prin icircncălzire locală pacircnă la starea plastică sau pacircnă la topire Piesele ce se sudează pot avea aceeaşi compoziţie sau compoziţii apropiate iar icircmbinarea pieselor se face fie prin contact direct fie cu ajutorul unui metal intermediar numit metal de adaos

3 Proprietăţile chimice ale metalelor

Proprietatea chimică predominantă a metalelor este electropozitivitatea adică tendinţa metalelor de a pierde electronii din stratul electronic exterior transformacircndu-se icircn ioni electropozitivi

Ex Na ndash 1e־ rarr Na+ Ca 2e־ rarr Casup2+ Al 3e־ rarr Alsup3+Seria de activitate a metalelor Prin verificări experimentale s-a constatat că

unele metale pot lua locul altor metale din soluţiile apoase ale sărurilor lor Ex

Din cercetarea proprietăţilor chimice ale diferitelor metale s-a constatat că acestea nu manifestă aceeaşi activitate chimică unele sunt foarte active ( K Na Ca ) iar altele foarte puţin active ( Ag Pt Au ) Pe baza comportării diferite a metalelor Beketov şi Volta au icircntocmit un tabel icircn care metalele sunt aşezate după activitatea lor chimică descrescătoare K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Această aranjare este cunoscută sub numele de seria de activitate a metalelor (seria tensiunilor electrochimice)

Activitatea chimică a unui metal este stracircns legată de structura atomului şi anume de capacitatea pe care o are de a ceda mai uşor sau mai greu electronii de valenţă (electronii de pe stratul exterior)S-a dovedit experimental că metalul cedează cu atacirct mai uşor electronii de valenţă cu cacirct este situat mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor electrochimice

Reacţia cu oxigenul Prin combinarea metalelor cu oxigenul iau naştere oxizii bazici

Oxidarea metalelor este cu atacirct mai energică cu cacirct sunt aşezate mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor

Sodiulpotasiul şi calciul se oxidează la temperatură obişnuită din această cauză sodiul şi potasiul se păstrează icircn vase cu petrol iar calciul icircn glicerină celelalte metale ( Mg Al Zn Fe Pb de exemplu) se oxidează icircn aer numai la cald

Metalele situate icircn dreapta hidrogenului icircn seria de activitate (Cu Hg) se oxidează icircn aer numai la temperatură icircnaltă iar ultimele metale din dreapta hidrogenului (Ag Pt Au) nu se oxidează icircn aer nici la temperatură icircnaltă Din această cauză de exemplu argintul (Ag) platina (Pt) şi aurul se numesc metale inoxidabile icircn timp ce toate celelalte metale sunt obişnuite

8

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Conductibilitatea termică şi electrică Toate metalele sunt bune conducătore de căldură şi electricitate Cea mai mare conductibilitate electrică o au argintul şi cuprul Mobilitatea electronilor liberi din reţeaua cristalină determină conductibilitatea termică şi electrică Conductibilitatea electrică a metalelor scade o dată cu creşterea temperaturii

Magnetismul Magnetismul este o proprietate pe care o au unele metale şi aliaje de a se magnetiza Unele păstrează magnetismul un timp mai icircndelungat altele se demagnetizează imediat ce icircncetează acţiunea magnetizantă Posibilitatea de a se magnetiza variază deci de la un metal la altul Din punct de vedere al comportării lor icircn cacircmpul magnetic metalele se clasifică icircn diamagnetice şi feromagnetice

rarr Metalele diamagnetice sunt respinse de un cacircmp un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn sens contrar acestuia Dintre metalele diamagnetice fac parte Cu Ag Au Sn Pb Bi

rarr Metalele paramagnetice sunt atrase de un cacircmp magnetic magnetizacircndu-se icircn acelaşi sens cu el Metalele din această categorie sunt Al V Cr Mn

rarr Metalele feromagnetice au un paramagnetism foarte mare de circa un milion mai mare decacirct metalele paramagnetice deosebindu-se de acestea şi prin faptul că rămacircn magnetizate şi după ce icircncetează acţiunea cacircmpului magnetic exterior (inductor) Din această categorie fac parte Fe Co Ni Metalele feromagnetice icircn special fierul şi oţelul sunt icircntrebuinţate pentru confecţionarea busolelor electromagneţilor icircn general pentru construirea de aparatură electrică

Duritatea După duritate metalele se icircmpart icircn Metale moi care se pot tăia cu cuţitul sau zgacircria cu unghia (sodiul potasiul

plumbul etc) Metale dure (cromul nichelul wolframul) Cromul se apropie de duritatea

diamantului Maleabilitatea Maleabilitatea este proprietate pe care o au unele metale de a

putea fi icircntinse icircn foi subţiri Cele mai maleabile metale sunt aurul argintul aluminiul şi cuprul Pentru a putea fi transformate icircn foi subţiri ele se laminează cu ajutorul unei maşini numite laminor Laminorul este format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Ductilitatea Prin ductilitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a putea fi trase icircn fire subţiri Aparatul folosit pentru tragerea metalelor icircn firi se numeşte filieră El este format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit Cele mai ductile metale sunt aurul argintul wolframul şi cuprul

Tenacitatea Tenacitatea este proprietatea metalelor de a opune rezistenţă la rupere Dintre metalele utilizate icircn tehnică cu o bună tenacitate sunt fierul şi nichelul

Elasticitatea Este proprietatea metalelor de a se deforma sub acţiunea forţelor din exterior şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea

Plasticitatea Prin plasticitate se icircnţelege proprietatea metalelor de a-şi schimba forma fără a se distruge şi de a păstra această formă şi după icircncetarea acţiunii forţelor ce au produs deformarea (exterioare) Prelucrarea metalelor la cald(laminare forjare trefilare) se bazează pe proprietatea de plasticitate a metalelor care creşte o dată cu creşterea temperaturii

Metalele se deosebesc unele de altele prin proprietăţile lor plastice şi elastice De exemplu Cu Ag Au Al Sn Pb au o plasticitate mai mare decacirct metalele feroase care pot suferi deformări plastice numai sub acţiunea unor forţe exterioare relativ mari

7

Forjabilitatea Prin forjabilitate se icircnţelege proprietatea unor metale care la o anumită temperatură şi sub acţiunea unor forţe exterioare iau o formă nouă prin presare sau prin lovire pe care o păstrează şi după ce icircncetează acţiunea forţelor exterioare

Sudabilitatea Este proprietatea metalelor de a se icircmbina prin icircncălzire locală pacircnă la starea plastică sau pacircnă la topire Piesele ce se sudează pot avea aceeaşi compoziţie sau compoziţii apropiate iar icircmbinarea pieselor se face fie prin contact direct fie cu ajutorul unui metal intermediar numit metal de adaos

3 Proprietăţile chimice ale metalelor

Proprietatea chimică predominantă a metalelor este electropozitivitatea adică tendinţa metalelor de a pierde electronii din stratul electronic exterior transformacircndu-se icircn ioni electropozitivi

Ex Na ndash 1e־ rarr Na+ Ca 2e־ rarr Casup2+ Al 3e־ rarr Alsup3+Seria de activitate a metalelor Prin verificări experimentale s-a constatat că

unele metale pot lua locul altor metale din soluţiile apoase ale sărurilor lor Ex

Din cercetarea proprietăţilor chimice ale diferitelor metale s-a constatat că acestea nu manifestă aceeaşi activitate chimică unele sunt foarte active ( K Na Ca ) iar altele foarte puţin active ( Ag Pt Au ) Pe baza comportării diferite a metalelor Beketov şi Volta au icircntocmit un tabel icircn care metalele sunt aşezate după activitatea lor chimică descrescătoare K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Această aranjare este cunoscută sub numele de seria de activitate a metalelor (seria tensiunilor electrochimice)

Activitatea chimică a unui metal este stracircns legată de structura atomului şi anume de capacitatea pe care o are de a ceda mai uşor sau mai greu electronii de valenţă (electronii de pe stratul exterior)S-a dovedit experimental că metalul cedează cu atacirct mai uşor electronii de valenţă cu cacirct este situat mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor electrochimice

Reacţia cu oxigenul Prin combinarea metalelor cu oxigenul iau naştere oxizii bazici

Oxidarea metalelor este cu atacirct mai energică cu cacirct sunt aşezate mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor

Sodiulpotasiul şi calciul se oxidează la temperatură obişnuită din această cauză sodiul şi potasiul se păstrează icircn vase cu petrol iar calciul icircn glicerină celelalte metale ( Mg Al Zn Fe Pb de exemplu) se oxidează icircn aer numai la cald

Metalele situate icircn dreapta hidrogenului icircn seria de activitate (Cu Hg) se oxidează icircn aer numai la temperatură icircnaltă iar ultimele metale din dreapta hidrogenului (Ag Pt Au) nu se oxidează icircn aer nici la temperatură icircnaltă Din această cauză de exemplu argintul (Ag) platina (Pt) şi aurul se numesc metale inoxidabile icircn timp ce toate celelalte metale sunt obişnuite

8

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Forjabilitatea Prin forjabilitate se icircnţelege proprietatea unor metale care la o anumită temperatură şi sub acţiunea unor forţe exterioare iau o formă nouă prin presare sau prin lovire pe care o păstrează şi după ce icircncetează acţiunea forţelor exterioare

Sudabilitatea Este proprietatea metalelor de a se icircmbina prin icircncălzire locală pacircnă la starea plastică sau pacircnă la topire Piesele ce se sudează pot avea aceeaşi compoziţie sau compoziţii apropiate iar icircmbinarea pieselor se face fie prin contact direct fie cu ajutorul unui metal intermediar numit metal de adaos

3 Proprietăţile chimice ale metalelor

Proprietatea chimică predominantă a metalelor este electropozitivitatea adică tendinţa metalelor de a pierde electronii din stratul electronic exterior transformacircndu-se icircn ioni electropozitivi

Ex Na ndash 1e־ rarr Na+ Ca 2e־ rarr Casup2+ Al 3e־ rarr Alsup3+Seria de activitate a metalelor Prin verificări experimentale s-a constatat că

unele metale pot lua locul altor metale din soluţiile apoase ale sărurilor lor Ex

Din cercetarea proprietăţilor chimice ale diferitelor metale s-a constatat că acestea nu manifestă aceeaşi activitate chimică unele sunt foarte active ( K Na Ca ) iar altele foarte puţin active ( Ag Pt Au ) Pe baza comportării diferite a metalelor Beketov şi Volta au icircntocmit un tabel icircn care metalele sunt aşezate după activitatea lor chimică descrescătoare K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Această aranjare este cunoscută sub numele de seria de activitate a metalelor (seria tensiunilor electrochimice)

Activitatea chimică a unui metal este stracircns legată de structura atomului şi anume de capacitatea pe care o are de a ceda mai uşor sau mai greu electronii de valenţă (electronii de pe stratul exterior)S-a dovedit experimental că metalul cedează cu atacirct mai uşor electronii de valenţă cu cacirct este situat mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor electrochimice

Reacţia cu oxigenul Prin combinarea metalelor cu oxigenul iau naştere oxizii bazici

Oxidarea metalelor este cu atacirct mai energică cu cacirct sunt aşezate mai la stacircnga hidrogenului icircn seria tensiunilor

Sodiulpotasiul şi calciul se oxidează la temperatură obişnuită din această cauză sodiul şi potasiul se păstrează icircn vase cu petrol iar calciul icircn glicerină celelalte metale ( Mg Al Zn Fe Pb de exemplu) se oxidează icircn aer numai la cald

Metalele situate icircn dreapta hidrogenului icircn seria de activitate (Cu Hg) se oxidează icircn aer numai la temperatură icircnaltă iar ultimele metale din dreapta hidrogenului (Ag Pt Au) nu se oxidează icircn aer nici la temperatură icircnaltă Din această cauză de exemplu argintul (Ag) platina (Pt) şi aurul se numesc metale inoxidabile icircn timp ce toate celelalte metale sunt obişnuite

8

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Stabilitatea oxizilor este cu atacirct mai mare cu cacirct căldura degajată icircn reacţia respectivă este mai mare

Comportarea chimică a metalelor depinde de aşezarea lor icircn seria tensiunilor faţă de hidrogen Astfel metalele aşezate icircnaintea hidrogenului icircl pot icircnlocui din compuşi deoarece atomii acestor elemente cedează electronii mai uşor decacirct atomii de hidrogen Cu cacirct metalul este aşezat mai departe de hidrogen adică mai la icircnceputul seriei de activitate cu cacirct icircnlocuieşte hidrogenul mai energic De exemplu potasiul sodiul şi calciul deplasează hidrogenul din apă la temperatura obişnuită magneziul din apa icircncălzită la fierbere (100˚) iar fierul descompune apa icircn stare de vapori la incandescenţă

Metalele situate după hidrogen icircn seria de activitate se diferenţiază de cele situate icircnaintea hidrogenului icircn sensul că nu icircl icircnlocuiesc icircntrucacirct atomii lor pierd mai greu electronii decacirct atomii de hidrogen De exemplu cuprul argintul aurul nu reacţionează cu apa icircn nici o condiţie Icircn acelaşi fel se comportă metalele şi faţă de acizi

Reacţia dintre metale şi acizi Metalele aşezate icircn stacircnga hidrogenului icircn seria de activitate icircl pot icircnlocui pe acesta din acizi adică reacţionează cu acizii diluaţi punacircnd hidrogenul icircn libertate

Ex

Metalele din dreapta hidrogenului sunt atacate numai de acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) Aceştia oxidează mai icircntacirci metalul iar oxidul rezultat reacţionează cu o nouă cantitate de acid icircn acest caz icircn locul hidrogenului ca produs secundar se formează apa

Alte metale care sunt aşezate icircn seria de activitate mult după hidrogen nu sunt atacate de nici un acid ci doar de bdquoapa regalărdquo (care este un amestec de 3 părţi HCL şi o parte HNO3)

Cu halogenii (F Cl Br I) metalele se combină direct cu formare de halogenuri energia de combinare este foarte mare la metalele alcaline (Li Na K Rb Cs) chiar cu explozie icircn timp ce ultimele metale din serie după hidrogen platina şi aurul nu sunt clorurate decacirct cu apa regală

Reacţia dintre oxizi şi baze (hidroxizi) Icircn mod asemănător se comportă şi unele metale faţă de hidroxizi Astfel aluminiul staniul plumbul zincul reacţionează cu hidroxizii alcalini cu formare de săruri şi degajare intensă de hidrogen

Reacţia dintre metale şi săruri Icircn aceste reacţii se ţine seamă tot de seria de activitate a metalelor cunoscacircnd că fiecare metal icircnlocuieşte metalele care urmează după el icircn această serie din sărurile respective

De exemplu

9

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

4 Exemple de metale

Fierul Fierul este metalul cel mai răspacircndit de pe Pămacircnt şi icircn afară de aluminiu este şi metalul cel mai abundent icircn scoarţa terestră Se găseşte sub formă de combinaţii constituind aproximativ 47 din scoarţa pămacircntului mai ales sub formă de oxizi sulfuri şi carbonaţi Se găseşte icircn cantităţi mici icircn stare nativă ca fier teluric(pămacircntesc)care se găseşte icircn rocile de la suprafaţa pămacircntului fier meteoric sau cosmic care se găseşte icircn pietrele meteorice amestecat cu nichel cobalt carbon etc

Cele mai răspacircndite şi importante minerale de fier sunt magnetitulFe3O4 care este oxidul cel mai bogat icircn fier hematitul Fe2O3 limonitul 2Fe2O3 3H2O siderita FeCO3 şi pirita cubică FeS2 Oxizii de fier amestecaţi cu argilă poartă numele de ocru

De asemenea fierul se mai găseşte icircn unele ape feruginoase sub formă de carbonat acid de fier Fe (HCO3)2 icircn cantitate mică icircn regnul animal legat sub formă complexă cu porfirina alcătuind hemina materie colorantă a sacircngelui

Fierul este un metal alb-cenuşiu lucios cu densitatea 786 gcmsup3 care se topeşte la 1535˚-1539˚ şi are punctul de fierbere la 3000˚ El icircşi pierde luciul (rugineşte rapid) icircn aer umed sau icircn apă care conţine oxigen dizolvat El este moale maleabil şi ductil şi de asemenea prezintă puternice proprietăţi magnetice (este bdquoferomagneticrdquo)

Fierul prezintă icircn funcţie de temperatură patru stări alotropice α β γ δ Fierul obişnuit (fier α) are un aranjament cubic centrat intern ndash fiecare atom este icircn centrul unui cub format din opt atomi icircnconjurători La 912˚C fierul α suferă o tranziţie la o altă formă alotropică fierul γ care aranjamentul cu feţe centrate La 1400˚C apare o altă tranziţie la fier δ care are aceeaşi structură cubică centrată intern ca şi fierul α

Fierul are proprietăţi magnetice atacirct timp cacirct acţionează asupra lui un cacircmp magnetic Pe această proprietate se bazează icircntrebuinţarea fierului la confecţionarea electromagneţilor necesari pentru generatoarele de curent bazate pe fenomenul de inducţie motoare electrice transformatoare electrice etc

Prin icircncălzire la incandescenţă icircn aer fierul dă naştere la oxidul fero-feric Fe3O4

De asemenea la incandescenţă reacţionează cu vapori de apă trecacircnd icircn Fe3O4

cu degajare de hidrogen

Fierul se combină uşor la cald cu clorul cu bromul sau cu iodulformacircnd

halogenura ferică respectivă

Tot la cald fierul formează cu fosforul carbonul şi siliciul combinaţii cu caracter de

aliaje dintre care cea mai importantă este cementita Fe3CFierul se dizolvă uşor icircn acizii diluaţi ca clorhidric sulfuric azotic cu formarea

sărurilor respective şi cu degajare de hidrogen

10

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Cu acizii oxidanţi concentraţi (HNO3 H2SO4 ) fierul prezintă fenomenul de

pasivitate datorită unui strat protector de oxizi care se formează la suprafaţa saRuginirea fierului şi măsuri pentru preicircntacircmpinarea ei Fierul este stabil icircn aer

uscat dar icircn aer umed sau icircn apa care conţine dioxid de carbon rugineşte adică se acoperă cu un oxid hidratat Stratul de rugină format la suprafaţa metalului este poros şi se desprinde uşor de aceea oxidarea fierului continuă icircn adacircncime pacircnă la transformarea integrală a fierului icircn rugină Acest fapt antrenează o mare pierdere de fier fapt pentru care se caută să se protejeze fierul prin diferite metode

Aluminiul Aluminiul este al treilea element ca răspacircndire după oxigen şi silicat dar o mare parte din el nu poate fi extrasă economic A fost descoperit de FWoumlhler (1827) El formează 75 din scoarţa Pămacircntului şi se găseşte sub formă de compuşi Majoritatea aluminiului este combinată cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţă Argila conţine aproximativ 25 aluminiu icircn greutate metalul fiind combinat cu siliciu şi oxigen icircn compuşi ce se numesc silicaţi de aluminiu

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita care este bogată icircn alumină hidratată ndash oxid de aluminiu combinat cu apă Aluminiul se obţine din bauxită prin electroliză Procesul are loc la o temperatură de 1000˚C Metalul care se formează icircn stare topită este turnat icircn matriţe

Aluminiul se corodează extrem e repede la aer acoperindu-se cu un strat subţire dar tare de oxid Acesta protejează metalul argintiu de continuarea coroziunii De aceea este folosit la multe articole de la folii pentru gătit pacircnă la tocuri de fereastră şi panele de protecţie pentru clădiri

Datorită densităţii sale mici (doar o treime din cea a oţelului) aluminiul şi alte aliaje din aluminiu sunt folosite pentru fabricarea unor piese uşoare pentru aeronave

Cuprul Icircn stare naturală cuprul se găseşte icircn regiunea Lacului Superior din SUA dar şi icircn Rusia China Minereurile principale de cupru sunt calcopirita calcozina (sulfură cuproasă) cupritul (oxid cupros) azuritul (bicarbonat bazic de cupru) şi malachitul care este un carbonat bazic de cupru de culoare verde

Metoda folosită pentru extracţia cuprului depinde de natura minereului Dacă cuprul se găseşte icircn stare liberă el poate fi separat prin sfăracircmarea minereului icircn bucăţi mici şi amestecarea sa cu apă Cuprul fiind relativ greu se depune pe fund

Cuprul metalic are culoare roşie caracteristică densitatea 893 gcmsup3 temperatura de topire 1083˚ şi cea de fierbere 2310˚ Cuprul are conductibilitate electrică şi termică mari urmacircnd după argint şi o rezistenţă mecanică mai mare decacirct alte metale neferoase Din punct de vedere chimic este un metal puţin activ deşi se combină direct cu oxigenul sulful halogenii şi alte elemente

Icircncălzit icircn aer sau icircn oxigen la 300˚ cuprul se oxidează şi dă oxid cupric CuO iar la temperatură mai icircnaltă dă oxid cupros Cu2O Se combină cu halogenii chiar la temperatură normală

Icircn aerul umed şi icircn prezenţa dioxidului de carbon cuprul se acoperă cu un strat verde cunoscut sub numele de cocleală şi care este foarte toxic Pentru acest motiv vasele confecţionate din cupru se cositoresc

11

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Din cauza conductibilităţii termice şi electrice bune a maleabilităţii şi a rezistenţei mari la rupere cuprul este mult icircntrebuinţat icircn industrie ocupacircnd al doilea loc după fier Din cupru mai mult sau mai puţin pur se construiesc diferite aparate industriale cazane cuve pentru evaporare cazane pentru distilare etc

Argintul Argintul se găseşte icircn stare nativă dar cantitatea cea mai mare se extrage din compuşii săi Minereuri mai importante de argint sunt argentitul kerargentitul De asemenea argintul se mai găseşte ca icircnsoţitor icircn minereurile de plumb Se obţine din galene argentifere prin mai multe procedee

Argintul este un metal alb-strălucitor bdquoargintiurdquo se topeşte la 9608˚C şi fierbe la 1950˚C Are densitatea 105 gcmsup3 Dintre toate metalele argintul este cel mai bun conducător de căldură şi electricitate Este foarte maleabil şi ductil urmacircnd după aur Argintul este foarte moale de aceea nu se icircntrebuinţează pur ci se aliază cu cuprul

Argintul este un metal puţin activaceasta reiese din aşezarea lui icircn seria tensiunii metalelor El nu se oxidează icircn aer nici la cald Icircnnegrirea obiectelor de argint care se observă adeseori se datorează acţiunii hidrogenului sulfurat din aer cu care dă sulfura de argint

Aliajele de argint servesc la fabricarea instrumentelor medicale a bijuteriilor şi a monedelor Cantităţi mari de argint se icircntrebuinţează la fabricarea oglinzilor icircn fotografie la argintarea diferitelor obiecte la confecţionarea siguranţelor icircn electrotehnică etc

5 Privire generală asupra coroziunii metalelor

Coroziunea metalelor este un proces de distrugere lentă a obiectelor metalice icircn urma reacţiilor chimice care au loc la suprafaţa metalelor aliajelor sub acţiunea mediului icircnconjurător Procesul de coroziune este influenţat de o serie de factori interni şi externi

Factorii interni sunt cei legaţi de metal ca de exemplustructura metalului starea suprafeţei prezenţa la suprafaţă a peliculelor de protecţie modul lui de prelucrare etc De obicei metalele icircn stare pură nu se corodează icircn schimb metalele care conţin diferite impurităţi cum sunt metalele care au utilizare icircn tehnică tocmai prin prezenţa acestor impurităţi favorizează coroziunea Factorii externi sunt cei legaţi de electrolit ca de exemplu natura chimică a dizolvantului felul ionilor şi concentraţia lor din soluţia de electrolit etc

Coroziunea metalelor poate fi chimică şi electrochimicăCoroziunea chimică rezultă din reacţia directă dintre metale şi soluţii de

neelectroliţi sau gaze agresive (O2 Cl2 H2S etc) icircn lipsa umidităţii şi la temperaturi icircnalte Coroziunea este cauzată de formarea la suprafaţa metalelor a compuşilor respectivi ca oxizi cloruri sulfuri carbonaţi etc

Coroziunea electrochimică rezultă din reacţia dintre metale şi o soluţie de electrolit cu stabilirea unei diferenţe de potenţial dacă metalele respective sunt legate la un circuit exterior cu un galvanometru se observă trecerea unui curent Cauza principală a coroziunii electrochimice constă icircn formarea unor pile galvanice locale

Protecţia icircmpotriva coroziunii Coroziunea metalelor aduce mari pagube materiale economiei naţionale şi mondiale Aproximativ un sfert din icircntreaga producţie mondială anuală de oţel se distruge prin coroziune iar cheltuielile ce se fac pentru a evita procesul de coroziune se ridică la sume imense Apare deci icircndreptăţită importanţa deosebită pe care o prezintă studiu proceselor de coroziune şi găsirea mijloacelor pentru combaterea ei

12

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Icircn tehnica modernă se cunosc diferite metode de protecţie icircmpotriva coroziunii Dintre acestea cele mai importante şi mai uzuale sunt

Alegerea materialelor corespunzătoare pentru construcţia diferitelor piese metalice şi aparaturi (icircn special pentru cele din industria chimică unde se icircntacirclnesc mediile cele mai corosive)

Se ştie că metalele şi aliajele sunt materialele cele mai folosite icircn construcţia aparatelor şi instalaţiilor din industria chimică De aceea alegerea şi folosirea unor metale şi aliaje noi care să reziste diferitelor medii corosive se impune ca metodă generală şi deseori deosebit de eficace

Coroziunea poate fi icircmpiedicată cu ajutorul unor substanţe speciale numite inhibitori Icircn construcţiile metalice metoda de protecţie cea mai utilizată icircmpotriva coroziunii este aceea de izolare a suprafeţei materialului faţă de mediul icircnconjurător printr-un strat protector care poate fi metalic sau organic

rarrStratul protector metalic poate fi realizat prin metalizare şi galvanizare Metalizarea este procedeul prin care se poate acoperi un metal cu un aliaj al său Astfel dacă se acoperă o piesă de oţel cu aluminiu şi se icircncălzeşte la o temperatură mai mică decacirct temperaturile de topire ale celor două metale se va forma la suprafaţa obiectului de oţel un aliaj de fier ţi aluminiu care rezistă foarte bine la coroziune

Tot astfel se poate acoperi fierul cu un aliaj fier-zinc dacă obiectul de fier este ţinut icircn vapori de zinc

rarrStratul protector organic se poate realiza acoperind suprafaţa metalului sau aliajului respectiv cu lacuri vopsele cauciuc materiale plastice etc

Aliajele

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje amestecuri icircn care cel puţin o substanţă este un metal Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietăţile ideale pentru o anumită sarcină dar pot fi icircmbunătăţite prin adăugarea altor metale

1 Caracterizarea generală a aliajelor

Aliajele sunt materiale cu proprietăţi asemănătoare metalelor obţinute prin difuziune de cele mai multe ori icircn stare topită din două elemente chimice (aliaj binar) sau mai multe (aliaj ternar cuaternar etc) dintre carte cel puţin elementul predominant este un metal Fazele din care sunt formate aliajele pot fi alcătuite din componenţi puri din soluţii solide sau din combinaţii chimice (combinaţii intermetalice)

Icircn procesul de obţinere a unui aliaj poate avea loc o simplă dizolvare a unui metal icircn altul sau o reacţie chimică icircntre componenţi formacircndu-se la solidificare compuşi chimici

13

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Metalele care se află icircn sistemul periodic mai distanţate unele de altele formează (cacircnd sunt aliate) compuşi intermetalici spre deosebire de metalele care sunt mai apropiate icircntre ele şi formează soluţii solide Aliajele de Mg-Sn Ag-Sr Au-Cu Na-Sn etc conţin icircn structura lor cristale de Mg2SnAg4Sr AuCu NaSn dacă metalele sunt luate icircn proporţiile corespunzătoare acestor formule Uneori se adaugă aliajelor ţi nemetale (carbon siliciu) aşa cum se procedează icircn cazul oţelurilor

Aliajele se deosebesc de metale prin următoarele proprietăţi temperatură de topire mai scăzută duritate mai mare rezistenţă mai mare faţă de acţiunea agenţilor chimici etc Adăugarea diferitelor elemente la metalele principale modifică proprietăţile acestora le icircmbunătăţeşte capacitatea de prelucrare le măresc rezistenţa şi duritatea le icircmbunătăţesc capacitatea de a rezista la temperaturi icircnalte la acţiunea acizilor etc

2 Obţinerea aliajelor

Pentru obţinerea aliajelor se aplică mai multe procedee după proprietăţile metalelor componente

Obţinerea aliajelor prin topire Prin acest procedeu metalele sunt topite separat şi apoi amestecate sau se topeşte mai icircntacirci un metal şi se dizolvă icircn el celelalte metale componente

Oţelurile aliate conţin o serie de metale cu puncte de topire foarte ridicate Aliajele acestor metale cu fierul numite feroaliaje au proprietatea de a se dizolva la temperaturi relativ joase icircn oţelul topit De aceea alierea oţelului cu metalele se efectuează cu ajutorul feroaliajelor care se mai numesc şi aliaje ajutătoare

Obţinerea aliajelor din minereuri Sunt cazuri cacircnd un minereu complex adică un minereu care conţine mai multe metale este prelucrat direct icircntr-un aliaj al acestor metale

De exemplu din minereurile sulfuroase de nichel care conţin şi cupru se poate obţine un aliaj de nichel şi cupru numit metal monel

Obţinerea aliajelor prin reducere concomitentă Prin acest procedeu aliajele se obţin supunacircnd la reducere un amestec de oxizi metalici care se transformă icircn metalele respective şi se aliază apoi chiar icircn cuptorul de reducere (alierea este concomitentă) Astfel se poate obţine plumb tare care este un aliaj de plumb şi stibiu prin reducerea concomitentă a oxizilor de plumb şi stibiu

3 Exemple de aliaje

Aliaje pentru monede Unele monede sunt realizate din aliaje rezistente la uzură Moneda de 1 liră britanică este făcută dintr-un aliaj de nichel şi alamă constacircnd din cupru zinc şi nichel Alte monede sunt făcute din cupru monovalent cu nichel Ultimele modele ale monedelor de 2p (pence) şi 1p sunt din oţel placat cu cupru

Bronzul Este un aliaj de cupru şi staniu Se icircntrebuinţează la confecţionarea statuilor angrenajelorsupapelor etc Icircn prezent denumirea de bronz se referă la o gamă variată de aliaje pe bază de cupru Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase făcute prin adăugarea de fosfor la un bronz de cupru şi staniu ce conţine cupru Un astfel de aliaj este folosit este folosit la fabricarea armăturilor de contact pentru relee

14

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Armăturile din aliaj sunt unite uşor pentru a face contact Ele nu se magnetizează astfel se desprind la icircntreruperea curentului electric

Atunci cacircnd conţinutul de fosfor este mai ridicat aliajul devine mult mai dur deoarece icircn el se formează un compus numit fosfură de cupru

Bronzuri de plumb Pentru fabricarea lagărelor care trebuie să reziste la presiuni şi viteze mari este potrivit bronzul de plumb

Plumbul este folosit şi pentru obţinerea bronzurilor de plumb cu staniu Tipurile cu conţinut redus de plumb sunt folosite la fabricarea garniturilor pentru conducte de aburi şi de apă şi pentru lucrări ornamentale

Bronzul roşu Bronzul roşu este o formă de bronz care conţine zinc Bronzurile roşii cu nichel conţin pacircnă la 5 nichel Unele forme de bronz roşu conţin pacircnă la 5 plumb Iniţial folosit la fabricarea ţevilor de puşti bronzul roşu este utilizat la componente pentru construcţii de maşini inclusiv rulmenţi

Bronzul de aluminiu Este un aliaj de cupru şi aluminiu adesea cu cantităţi mici de metale precum nichel fier sau mangan Deşi se numeşte bronz adesea nu conţine de loc staniu Este la fel de rezistent ca şi oţelul moale şi are o bună rezistenţă la coroziune inclusiv la acţiunea acizilor diluaţi Acest bronz este folosit la fabricarea elicelor navelor a unor piese pentru utilaje hidraulice grele şi a utilajelor de tehnologie chimică precum rezervoare şi piese rezistente la acizi

Alama Alama este un aliaj de cupru şi zinc ea este adesea aliată cu alte metale inclusiv staniu plumb şi aluminiu

Alama de cartuşe conţine 70 cupru şi 30 zinc Este foarte ductilă dar are rezistenţă mică la icircntindere Acest aliaj a fost iniţial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuşe şi este folosit şi icircn prezent icircn acelaşi scop Alte articole fabricate sunt valvele şi garniturile pentru ţevărie precum şi soclurile becurilor electrice

Metalele şi aliajele sunt indispensabile omului el folosindu-se aproape icircn orice activitate de ele insă datorită exploatării excesive din ultima perioadă a acestora omul riscă să rămacircnă fără aceste resurse care sunt atacirct de folosite şi exploatate icircn viaţa cotidiană

15

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Glosar

Laminor ndash Aparat format din doi cilindri paraleli care se rotesc icircn sens contrar şi prind icircntre ei metalul icircncălzit pe care icircl presează

Filiera ndash aparat format dintr-o placă metalică cu orificii de diferite dimensiuni prin care este trecut metalul icircncălzit

Coroziune ndash degradare chimică a metalelor sub acţiunea substanţelor de natură acidă sau bazică

Releu ndash icircntrerupător acţionat de electromagneţi

16

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17

Bibliografie

1 Sommer K Wuumlnsch K Zettler M bdquoCompendiu de chimierdquo Editura ALL EDUCATIONAL 2000 paginile 13-261-275-276

2 Pauling L bdquoChimie generalărdquo Editura Ştiinţifică 1972 paginile 547-560-584-626-630-635

3 Rişavi I Ionescu I bdquoChimie şi probleme de chimierdquo Editura Tehnică 1974 paginile 300306-308310

4 Neniţescu C bdquoChimie anorganicărdquo Editura Didactică şi Pedagogică 1972 paginile 8182234237278292

17