Metais Definição 3/4 dos elementos químicos são metais

Apresentação em tema: "Metais Definição 3/4 dos elementos químicos são metais"— Transcrição da apresentação:

1 Metais Definição 3/4 dos elementos químicos são metais
Uma estrutura cristalina formada por cátions fixos cercados por um “mar de elétrons”, provenientes da camada de valência. A baixa ionização dos metais permite que os elétrons de valência permaneçam livres, movimentando-se em todo o retículo cristalino. Isso funciona como uma “cola” ligando os metais no retículo cristalino. Este “mar de elétrons” ou “gás de elétrons”, dão propriedades específicas aos metais.

2 Porque ? CONDUTIVIDADE TÉRMICA E ELÉTRICA
Os elétrons livres permitem o fluxo rápido de calor e eletricidade através dos metais. A condutividade decresce com o aumento da temperatura. A resistência aumenta com o aumento da temperatura. Porque ? Condutividade de vários sólidos

3 BRILHO O brilho se deve aos elétrons livres que absorvem energia da luz e reemitem quando retornam do estado excitado para o estado fundamental. Como é absorvida luz em todos os l (cores), que é imediatamente reemitida, praticamente toda luz incidente é refletida. Todos metais apresentam aspecto brilhante e lustroso, além de apresentarem cor prateada, exceto o cobre e o ouro. Porque o Au e Cu têm cores diferentes dos outro metais ? Alguns metais que emitem elétrons quando expostos à luz do visível (efeito fotoelétrico). Alguns metais emitem elétrons quando quando irradiados por radiações de l pequeno. Outros metais emitem elétrons quando aquecidos (emissão termiônica).

4 MALEABILIDADE E DUCTIBILIDADE
São propriedades mecânicas dos metais. Maleabilidade: Propriedade de se deixar reduzir a chapas e lâminas bastante finas (processo de laminação). Ductibilidade: Propriedade de se deixar reduzir a fios (processo de trefilação). O “gás de elétrons” permite que os cátions dos metais rolem sobre os outros sob ação de forças mecânicas. Não existe muita resistência à deformação da estrutura e uma força de coesão mantém unida a mesma.

5 PONTO DE FUSÃO E PONTO DE EBULIÇÃO ALTOS
Os valores decrescem de cima para baixo no grupo da tabela periódica, mostrando que são inversamente proporcionais à distância nuclear.

6 A estrutura cristalina dos metais podem ser:
Empacotamento cúbica de corpo centrada; Empacotamento cúbica de face centrada (cúbico denso); Empacotamento hexagonal compacto (denso); A formação destes diferentes empacotamentos depende de quê ? FORMAM FACILMENTE LIGAS METÁLICAS Os metais normalmente reagem com outros metais para formar ligas metálicas. Estas se assemelham aos metais puros, pois possuem as propriedades de metais.

7 Formar um composto iônico;
Quando se aquece uma mistura de dois metais, ou quando um metal é misturado com um elemento não-metálico poderá: Formar um composto iônico; Formar um liga intersticial; Formar um liga subtitucional; Resultar em uma simples mistura. Tudo dependerá da natureza química dos elementos envolvidos e do tamanho relativo dos átomos metálicos e dos átomos adicionados. LIGAS METÁLICAS INTERSTICIAIS Se o elemento adicionado tiver átomos pequenos, eles poderão ser acomodados nos interstícios (vazios) da estrutura cristalinas dos metais. Os interstícios podem ser tetraédricos ou octaédricos. São chamadas de soluções sólidas intersticiais e são formadas por elementos como: H, N, B, C e outros elementos.

8 LIGAS METÁLICAS POR SUBSTITUIÇÃO
A invasão dos interstícios não altera, de modo significativo, a estrutura metálica, pois continua com as mesmas propriedades metálica. Porém existe um efeito considerável sobre as propriedades físicas, tais como: dureza, maleabilidade e ductibilidade O que acontece de fato? Boretos, carbetos e nitretos intersticiais são extremamente inertes quimicamente, apresentam PF extremamente elevados e são muito duros. Carbetos de ferro são de grande importância nas diversas formas de aço. LIGAS METÁLICAS POR SUBSTITUIÇÃO Se metais são completamente miscíveis, eles podem formar uma faixa contínua de soluções sólidas. Ex: Cu/Ni, Cu/Au, K/Rb, K/Cs, Rb/Cs e outras. Um átomo substitui aleatoriamente o outro no retículo cristalino. Só poucos metais formam este tipo de solução sólida contínua.

9 Regras que se aplicam à miscibilidade completa
Os dois metais devem ter tamanhos semelhantes. Seus raios metálicos não devem diferir mais que 14-15%; Os dois metais devem apresentar a mesma estrutura cristalina; As propriedades químicas dos metais devem ser semelhantes (principalmente o número de elétrons de valência deve ser o mesmo). TEORIA DE LIGAÇÃO DOS METAIS As ligações e estruturas existentes em metais e suas ligas ainda não estão completamente compreendidas como existem nos compostos iônicos e covalentes. Teoria dos elétrons livres; Teoria da ligação de valência (TLV); Teoria dos orbitais moleculares (TOM) ou teoria das bandas.

10 Ferro Maior componente da “siderita” (meteoritos);
Abundância cósmica relativa; 0,5 % do solo lunar é constituído por Fe metálico; É o 4º elemento mais abundante na crosta terrestre (após o O, Si e Al) e o 2º metal mais abundante; É o metal mais empregado pelo homem. É um metal cinza.

11 Minérios mais importantes:
Hematita (Fe2O3) - 70% em Fe; Magnetita (Fe3O4 óxido duplo) - 74% em Fe; Limonita ( 2Fe2O3.3H2O) % em Fe; Siderita (FeCO3) - 48% em Fe; Pirita (FeS2) - Não utilizado para extração de Fe; Ilmenita (FeTiO3) - Não utilizado para extração de Fe; Qual a importância do Fe no nosso dia-a-dia ? Curiosidade O Fe é a espécie central do grupo HEME, constituínte da hemoglobina, mioglobina e dos citocromos. Sua grande utilidade neste grupo é o transporte de oxigênio dos pulmões para outras partes do organismo onde há necessidade. Esta interação com o O2, é bastante reversível. A interação do Fe na HEME com CO (monóxido de carbono) ou com o CN- (cianeto) são irreversíveis, logo estes são bastante tóxicos. Com isso o O2 deixa de ser transportado no sangue.

12 Produção de Fe (Siderurgia)
A obtenção de Fe é feita através da redução dos seus óxidos (limonita ou hematita) com o carvão em alto-forno (siderurgia). Primeiro estágio: Preparação do minério para redução em alto-forno. O produto obtido é conhecido como ferro gusa (ferro fundido). Mistura no alto-forno: minério de ferro, carvão vegetal (ou coque) e calcário fundente. O coque reage com o oxigênio e produz o monóxido de carbono, que irá reduzir o óxido de ferro. O ferro-gusa formado tem 4-5% de C e quantidades variáveis de S, P e Si. No refino o ferro-gusa se transforma em ferro-doce. As impurezas irão reagir com o fundente (calcário) e formará a “escória” que será retirada pela parte inferior do alto-forno. Parte da escória é utilizado na construção de estradas, em blocos e pedras artificiais para construção civil.

13 Aço/Mn- Trilhos de trem; Aço/W- Filamentos para lâmpadas
A partir do Fe, obtém-se o aço, liga Fe/C. Outros elementos podem ser introduzidos para melhorar sua qualidade. Exemplos: Ni, Cr, Mn, V e outros elementos. Tipos de aço: Aço/Mn- Trilhos de trem; Aço/W- Filamentos para lâmpadas Aço/Cr/Ni- Aço inoxidável Aço/V- Para ferramenta de corte Aço/Rh- Extremamente rígidas Aço/Ir- Aço usado nas agulhas para injeção Aço/Ta- Aço de corte; Aço/Nb- Resistente ao calor e corrosão Aço/Co- refratário. Produção mundial (dados de 1995) Mt de Fe e 748 Mt de aço

14 Alumínio Possui baixa densidade e excelente resistência à corrosão;
Metal branco-azulado, brilhante não encontrado na forma livre; A maior parte do Al ocorre nos aluminosilicatos, argilas e feldspatos; O minério de Al é a bauxita (Al2O3 - óxido). O nome deste minério provém da Vila Medieval do Sul da França chamada Les Baux. O Al tem seu nome ligado a um de seus compostos, o ALÚMEN, do latim, significa “sabor adistringente”.

15 Histórico/Produção: O teor de Al na crosta terrestre é cerca de 2,5 vezes maior que a do Fe. Todavia o custo de Al é maior que a do Fe. No passado (início do século XIX), o metal Al era mais caro que o Au. Reis se destacaram por dar banquetes com baixelas de Al em lugar do Au. Contudo a partir de 1886, uma nova tecnologia de produção do metal Al por Charles Martin Hall e Herolt (trabalhando em países diferentes, reduziu-lhe o preço cerca de duas mil vezes, permitindo que um maior número de pessoas usassem utensílios deste metal, acabando com o privilégio dos reis. Originalmente o Al foi obtido no século XIX pela redução do Al2Cl3 com Na porém com um custo muito elevado. O processo eletrolítico de Hall-Herolt é utilizado até hoje. O Al2O3 é misturado com criolita (Na3AlF6) a 980º C e é eletrolizado. O Al é reduzido no cátodo de grafite (carbono). O oxigênio produzido é transformado no ânodo de grafite (carbono) em CO2.

16 As células operam com baixa voltagem (4,0 a 5,5 V), porém com elevada
corrente elétrica ( a A). Cada Kg de Al requer 13 a 16 KWh de energia. Utilização O Al é um metal extremamente versátil. Pode ser enrolado, prensado, moldado, curvado, extrudado, dando origem às mais variadas formas. A baixa densidade torna-o útil na construção de aeronaves e utilização em indústrias automobilísticas. A alta resistência mecânica e a inércia à corrosão, o Al é largamente utilizado na construção civil. O Al puro é muito mole para ser utilizado nas estruturas, porém as ligas utilizam, incorporam, pequenas quantidades de Cu, Si, Mn ou Mg, dando resistência e dureza que se aproximam de alguns aços. O Al puro é um excelente condutor elétrico e é aplicado em fios elétricos, substituíndo cada vez mais o Cu, que é escasso. Sua condutividade é 2,1 vezes maior que a do Cu, em uma base peso/peso (a densidade do Al é baixa)

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18 Agressão ao Meio-ambiente
Alumínio: Fabricar ou reciclar ? A versatilidade do Al é suficiente para o tornar mais competitivo em relação aos outros metais ? Porque ? Energia: Fator determinante na fabricação de Al A reciclagem (refusão do metal secundário) e o custo de Al Porque reciclar ? Economia de Energia Agressão ao Meio-ambiente Preço final Questão Social

19 Cobre Excelente condutor elétrico, inerte e é usado em ligas como latão (com Zn), bronze (com Sn), monel (com Ni) e ouro 18 quilates (com Au). Existem mais de 1000 tipos de ligas com o Cu. É conhecido desde anos a.C. e foi bastante utilizado como bronze anos a.C. na Índia, Mesopotânia e Grécia (era do broze).

20 Produção mundial de Cu (1993) - 8 Mt Chile 22% Rússia 9% Zâmbia 5%
Metal avermelhado e denso, é encontrado em estado metálico e na forma combinada em alguns minérios como: Calcosita (Cu2S). Malaquita (CuCO3.Cu(OH)3). Cuprita (CuO2). Calcopirita (CuFeS2). Cu3AsS4. O processo de obtenção de Cu a partir do Cu2S é chamado USTULAÇÃO (na presença de ar seco). Produção mundial de Cu (1993) - 8 Mt Chile 22% Rússia 9% Zâmbia 5% USA 20% Canadá e China 7,5% cada

21 Mercúrio Hydrargyrum do latim, prata líquida, Hg.
O único metal líquido a temperatura ambiente. Porque o Hg é líquido ?

22 Energia de Ionização elevadíssima, logo os seus elétrons não estão facilmente livres para deixar o “gás de elétrons” participar da ligação no retículo cristalino, característico nas ligações metálicas. As energias de ionização do Hg são elevadas devido ao subnível f completo, pois este possui fraca capacidade de blindagem.