No texto desta semana falaremos sobre os metais. Você já parou para pensar em qual momento da história nós começamos a usar os materiais metálicos? Qual foi a necessidade na busca por novos materiais? Essa necessidade é a mesma dos dias atuais?
Os metais são provenientes dos minérios incrustados em rochas e solos. Alguns desses metais já são encontrados na natureza praticamente prontos para uso, como é o caso do cobre. Outros metais só podem ser obtidos após diversas combinações de processos químicos, antes de serem usados. É o que acontece com o aço (ferro + carvão), os aços inoxidáveis (ferro + cromo) e até mesmo para o bronze (cobre + estanho).
Nossos ancestrais, os hominídeos, começaram a sentir a necessidade do uso de outros materiais para produzir suas ferramentas, que eram todos feitos de pedras até aquele momento. Com a expansão do domínio do fogo, eles passam a usá-lo com mais frequência, até que em algum momento ocorre a queima de rochas, surgindo de uma maneira rudimentar o cobre metálico, dando origem aos artefatos construídos de cobre, sendo então o primeiro metal usado por eles, por volta de 6000 a.c no Oriente Médio. Por sua importância histórica, hoje conhecemos esse período como a idade do cobre. Com isso os metais passaram a ser utilizados na produção de ferramentas agrícolas e em armas de caça e guerra. Os avanços relacionados com o domínio do cobre permitiram que muitos outros metais pudessem ser sendo descobertos, como o bronze (cobre + estanho) e até mesmo o ferro, marcando a evolução da humanidade e, como consequência, dos materiais utilizados.
Mas como o metal é formado?
A maior parte dos elementos químicos da tabela periódica se referem a materiais metálicos. Mas os materiais metálicos também poder ser formados pela combinação de diferentes elementos químicos, sejam eles apenas metálicos ou até mesmo a união entre elementos metálicos e outros não metálicos.
A “união” entre os átomos de um metal acontece através das ligações químicas entre esses elementos, tendo como principal ligação a ligação metálica. Nas ligações metálicas, ocorre a liberação de elétrons formando cátions, ou seja, íons de cargas positivas. Esses elétrons ficam livres e distantes dos núcleos, podendo se movimentar livremente em camadas mais externas denominadas camadas de valência, formando uma espécie de nuvem eletrônica ou mar de elétrons. Os elétrons de valência não estão ligados a nenhum átomo em particular e assim eles estão livres para se movimentar.
Com esse tipo de ligação podemos explicar algumas propriedades dos metais. A alta condutividade elétrica dos metais é uma característica direta desse tipo de ligação, o mesmo ocorre para os metais puros, que são dependentes diretos da mobilidade eletrônica para conduzir o calor. Para se ter maleabilidade e ductilidade o material não pode apresentar ligações químicas muito rígidas, mais uma propriedade envolvida com a ligação metálica. Outras características como brilho e opacidade dos metais também se relacionam com esse tipo de ligação.
Outra caraterística que pode afetar o comportamento dos materiais metálicos é o modo com que os átomos se organizam no espaço. Essa disposição forma o que chamamos estrutura cristalina, que pode ser pensada como a repetição de unidades básicas ou células unitárias. A partir dos estudos de Auguste Bravais, foi demonstrado que geometricamente seria possível ter apenas 14 configurações básicas de estruturas cristalinas. As células unitárias que representam cada uma dessas redes cristalinas receberam o nome de redes de Bravais. Esses sistemas estão dispostos em sete grupos, conforme mostra a figura abaixo:
Figura 1 – Redes de Bravais Primitivas
Iremos explorar esses sistemas em textos futuros, porém o importante é compreendermos que praticamente todos os metais estão inseridos em alguma dessas estruturas. As mais encontradas são a cúbica, a tetragonal e a hexagonal.
Metais como o cromo, tungstênio, molibdênio são materiais com uma estrutura cristalina cúbico de corpo centrado, já o alumínio, o cobre, o ouro e o níquel são materiais com estruturas cúbica de face centrada e o zinco e o titânio possuem uma estrutura hexagonal compacta.
E para finalizar podemos ter dois grupos de materiais metálicos, os metais ferrosos, ou seja, possuem uma grande quantidade do elemento ferro na sua composição, como por exemplo o aço, o ferro fundido e até mesmo os aços inoxidáveis, e os metais não ferrosos, nos quais não encontramos o elemento ferro, como por exemplo o alumínio, o titânio, o níquel entre outros.
Com isso finalizamos mais um texto semanal, espero que gostem. Se gostaram por favor comentem, compartilhem, nos ajude a levar conhecimento científico gratuito e de qualidade para todos