Materials i les seves propietats # Las propiedades de los materiales

Industria. Coure. Plom. Alumini. Polímers. Zinc. Titani. Níquel. Ferro. Plàstics. Aplicacions. Obtenció. Tractaments

  • Enviado por: Marta Masnou
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 31 páginas
publicidad
publicidad

Propietats

Es pot dir que el coure és un material més dens que els metalls fèrrics, tou, dúctil i mal·leable i amb el qual es treballa fàcilment en fred. Aquest material es caracteritza pel seu color vermell, tot i que mirant-lo per una transparència en película prima, sembla que sigui de color verd.

Quan escalfem el coure, a mesura que va arriban al seu punt de fusió, es va tornan fràgil, fins a arribar al punt que es pot polvuritzar. Quan es torna a refradar, després d'haber-lo escalfat es torna trencadís i, si aquest procediment es fa molt de pressa es torna tou, dúctil i mal·leable i es pot anar estirant fins a aconseguir un fil de 0,03 mm de diàmetre com a màxim. Quan té aquesta forma és molt bon conductor de l'electricitat i de la calor.

L'aire sec no altera el metall, però quan apareix la humitat atmosfèrica i el diòxid de carboni, es recobreix molt fàcilment per una capa protectora de carbonat bàsic de color verd.

Com a més a més: el coure no desallotja l'hidrogen dels àcids clorhídric i sulfuríc. L'àcid nítric, en qualsevol estat, dissol molt ràpidament el metall, convertint-lo en nitrat cúpric, desprenent també, òxids de nitrogen.

Amb tot això podem afirmar que el coure és molt bon conductor de la calor, de l'electricitat i a més, és molt resitent a la corrosió.

Quan es barreja o es fon amb altres substàncies, canvia les seves propietats físiques i pot fer-se extremadament dur i resistent a la corrosió. El coure també és important a la vida animal i vegetal, i és un dels oligoelements, o sigui, aquells elments que en petitíssimes dosis són essencials en la dieta de l'home.

  • Estat previ al punt de fusió:

  • Punt de fusió: 1083 º C

  • Punt d'ebullició: 2570 º C

  • Densitat: 8,96 g/cm3

Element

Símbol

Nombre atòmic

Pes atòmic

Coure

Cu

29

63,546

Aplicacions

La principal aplicació del coure és la de conductor electric. Però com tots els materials en té algunes més. Del coure i les seves aleacions tene el nombre més gran d'aplicaicons. El coure és molt utilitzat en arquitectura, per la seva bellesa i la seva resistència a la corrosió. Es pot reduir a làmines molt primes, per la qual cosa és útil com a material de recobriment i sempre que es precisin capes flexibles. Alguns compostos del coure són uns importants pigments, colorants, germicides, etc.

Del coure se'n fan tubs i canonades per a la conducció d'aigua als habitatges, degut al seu poc risc de corrosió. També es fan tubs per a la indústria química. Del coure es fa servir també per produir un gran nombre d'aleacions.

Obtenció del coure

El coure és un material que no abunda gaire sobre l'escorça terrestre però, tot i això el podem trobar en compostos, com ara: cuprita ( Cu2O ), calcosina ( Scu2 ), calcopirita ( S2CuFe ), bornita ( S3FeCu ), malaquita ( CO3Cu · Cu (OH)2 ), i asurita ( 2CO3Cu · Cu(OH)2 ). El coure es troba en quantitats considerables a les plantes que creixen en terrenys cuprífers; a les plumes d'alguns ocells i a la sang de la sepia ( blava quan és arterial i incolora quan és verinosa), per tant això demostra que alguns animals assimilan aquest element al cos.

Els minerals de coure s'extreuen mitjancçant pous a cel obert, s'excava un pou molt profund, fins arribar el mineral o bé per extracció subterrània, obrint una galería o tunel que descendeix a grans profunditats fins arribar als filons. Una vegada extrets, els minerals són refinats; fosos en grans forns amb altres ingredients per separar les impureses, i moltes vegades purificats per electròlisis. Els minerals utilitzats per les aleacions, s'afageixen una vegada acabat el procés de purificació.

Tractaments del coure

Pel tractament del coure hi ha dues maneres:

  • Mètode de lixiviació

  • Consisteix en tractar la mena triturada amb l'àcid sulfúric diluit, que disolt el compost de coure. Aquest mètode se separa llavors en la disolució per electròlisi. Només es pot aplicar quan la mena conté òxid de carbonat de coure, solubles en l'àcid.

  • Mètode de fusió

  • L'extracció de coure d'una mena sulfurada implica diferents operacions laborioses perquè moltes calcopinites contene una gran proporció de sulfur de ferro, que deu separar-se, per la qual es transforma aquest en òxid i s'elimina per últim en forma d'escòria com silicar de ferro.

    Composició del plom

    És un metall de color blanc brillant quan està acabat de polir, que s'obté a partir del mineral anomenat galena, format bàsicament per sulfur de plom. En contacte amb l'aire s'oxida i aquest òxid, de color gris, el protegeix. La seva característiqca més notable és que té un pes específic molt elevat. La conduccció de l'aigua potable era la principal aplicació a què es destincava, però actualment l'està substituine el coure.

    El plom també té aquestes aplicacions: per a aliatges de soldadura tova amb l'estany, per a la impremta en aliatge amb l'antimoni, per cerussa o blanc de plom, i també per fabricar vidres i esmalts ceràmics.

    Característiques del plom

    • Punt de fusió: 327 º C

    • Punt d'ebullició: 1740 º C

    • Densitat: 11,35 g/cm3

    Element

    Símbol

    Nombre atòmic

    Pes atòmic

    Plom

    Pb

    82

    207,19

    Aplicacions

    El plom és un metall tou i pesat, molt poc resistent a la tracció. Acabat de tallar, el metall presenta una superfície brillant, que s'envafa de seguida per l'oxidació superficial. La capa d'òxid que es forma es converteix per l'acció de CO2 i la humitat de l'aire en una capa protectora de carbonat bàsic. El plom es fa servir per fabricar tubs de “tuveire” i revestir calbes elèctrics. També es fa en instalacións d'àcid sulfúric i en acumuladors de plom. Es fa servir per aleacions per soldar, compostos metàl·lics i és utilitzat per protegir al personal i als instruments de les perilloses radiacions d'alta energia que produeixen les substàncies radioactives, i s'utilitza per la protecció del personal encarregat del funcionament d'aparells de rajos X. En aleació amb l'antimoni i estany és utilitzat com a metall d'impremta.

    Característiques de l'alumini

    L'alumini és el metall més abundant a la superfície terrestre. És un metall gris clar i amb lluentor metàl·lica. És relativament tou i amb baixa resistència a la tracció. Per evitar aquestes baixes propietats, s'acostuma a utilitzar-se aliat amb altres metalls. Hi ha molts aliatges formats per una gran quantitat d'alumini.

    • Estat previ al punt de fusió: tou, dúctil i mal·leable

    • Punt de fusió: 660 º C

    • Punt d'ebullició: 2500 º C

    • Colors:blanc platejat

    • Densitat: 2,70 g/m3

    • Conductivitat: excel·lent conductor tèrmic i elèctric

    • Altres característiques: és menys resistent que el ferro. Es pot forjar (100 - 150 ºC ), laminar i premsar amb facilitat. Pesa la meitat que el ferro. S'ha de soldar en atmosfera inert, degut a la capa òxid o impedeix per resistència elèctrica.

    • Mineral principal: bauxita

    Element

    Símbol

    Nombre atòmic

    Pes atòmic

    Alumini

    Al

    13

    26,982

    L'alumini és molt resistent a la corrosió. L'oxigen de l'aire reaccionarà amb el metall amb molta facilitat però l'òxid que això fa que es recobreixi l'alumini i que quedi protegit d'osidacions posteriors, a més, com que és la cobertura i és d'un color transparent no fa que el metall perdi la sevalluentor. El color lluent és d'un blanc blavós. És un material tenaç, dúctil i mal·leable. Amb aquestes característiques es fa servir per construir avions, automòvils i vaixells, tot i que pels vehicles es fans servir aliatges d'alumini amb altres metalls, que formen materials de gran consum perquè són molt lleugers. Com que aquest material és mal·leable, tal com hem dit anteriorment, es pot estendre en fulls molt fins (papaer d'alumini) que, com que no s'oxida es fa servir per protegir els aliments.

    La seva superfície brillant recubreix els dispositius antiincendi de les vestimentes espacials, donçs expulsa la llum i el calor i manté fresc al que el porta posat. Té una extraordinària lleugeresa i amb un pes tres vegades inferior als de l'acer, que és molt apreciat. L'alumini és el més recent i utilitzat dels metalls que es fan servir actualment amb finalitats tècniques. Aquest material és el més abundant que componen l'escorça terrestre, constituint aproximadament el vuit per cent del seu pes. I després de l'oxigen i del silici, és l'element més abundant en sentit absolut, sobre la Terra. Tot i això l'únic mineral que té realment un interès pràctic per l'extracció de l'alumini és la bauxita. L'alumini posseeix una resistència baixa a la tracció i una duresa molt escassa. En canvi, unit en aleació amb altres elements, l'alumini adquireix unes característiques molt superiors.

    Obtenció de l'alumini

    A partir de la bauxita, el mineral s'esmicola per procediments mecànics per afavorir l'acció posterior dels productes químics. Després s'escalfa la bauxita per extreure'n la humitat que conté. Es ruixa el mineral i amb aquesta operació s'obté un producte en fase líquida que conté aluminat sòdic, que després d'uns processos químics dóna lloc a l'alumina. Per extreure-la es fa passar per un forn rotatiu a 1200 º C per treure'n l'humitat. Es continua i a partir d'aquest compost s'obté per electròlisi alumini metàl·lic. L'electròlisi és un procés electroquímic en el que es fa servir el pas de corrent elèctric a través de una solució que conté compostos disociats en ions per provocar una sèria de transformacions químiques. El corrent elèctric es proporciona a la solució sumergint en ella dos elèctretrodes, el càtode i l'ànodeconectats respectivament al pol negatiu i al pol positiu d'una font de corrent continua. Els ions positiurs van cap al càtode, on es descarreguen aceptant electrons: els ions negatius que van cap a l'ànode, en el que es descarreguen cedint electrons. Per la producció electrolítica de l'alumini s'opera sobre una solució particular, obtinguda dissolent alúmina en un compost de criolita fosa. La cela electrolítica que conté aquesta massa fosa té el fons i les parets revestides de carbó: aquest és el càtode, on es separa l'alumini, que es treu a través d'una obertura adequada. L'ànode també de carbó, està sumergit en la massa fosa: en ell es despren oxígen.

    Aplicacions

    Entre els materials utilitzats en la construcció dels avions moderns, l'alumini i les seves aleacions tenen una clara prevalència columètrica. En la construcció d'automòvils l'alumini i les seves aleacions es fan servir per les parts de davant del motor, pel bastidor, caixa de canvis, embragatge rodes i acabats exterior. Aquest metall lleuger ha contribuit d'una forma important a la'exploració espacial: així, formant làmines, perfils, estructures en forma de caselles d'abella, etc.., s'ha fet servir en la construcció de satèlits artificials i de mòduls d'aterissatge.

    Tractament de l'alumini

    Afincició a l'alumini per electròlisi

    La part del fons, serveix a l'ànode, l'alumini impur fos, que conté coure per augmentar la seva densitat. La part intermitja, barreja els florurs fosos de sodi, l'alumini i bari, saturada de l'òxid de l'alumini, serveix d'electròlit, i per al seva poca densitat flota sobre la capa de sota; i la superior, l'alumini pur fos, constitueix el càtode. Fent passar a través de la cuba una corrent elèctrica continua, es descarreguen els ions alumini de la capa mitjà de l'alumini pur, al mateix temps, s'òxida en l'a`node una quantitat equivalent de l'alumini, que passa en dissolució a la capa mitjana. En aquí només es dissolt l'alumini de l'alumini impur.

    Composició dels plàstics

    Plàstics propietats plàstiques

    Els plàstics estan constituits per molècules orgàniques d'un elevat pes molecular. Els plàstics naturals són matèries animals o vegetals utilitzades sense profundes modificacions i la seva elaboració consisteix en l'extracció i la posterior purificació. Tots els pl`stics tenen una estructura química semblant. Són compostos de cadena llarga, que contenen petits grups periòdics d'àtoms units entre sí. La major part de les substàncies trobades en estat natural sóm compostos de molècules curtes que contenen àtoms en número relativament limitat. Un plàstic està compost bàsicament per resines i agents d'adicció que confereixen al material determinades propietats. Les resines poden ser naturals, com les derivades de la llet, o sintètques i estan constituides per cadenes llargues de molècules o polímers. Per augmentar la resistència mecànica dels plàstics s'afageixen reforsants.

  • Termoplàstics en augmentar la temperatura augmenten la seva plasticitat. Tenen un punt de fusió i són fàcils de reciclar. Estan formats per cadenes de polímers de moltes mides diferents, cada una de les quals té el seu propi pes molecular i grau de polimerització.

  • Una altre manera de dir-ho seria: les cadenes són d'una o dues dimensions. Quan s'escalfen disminueix la seva viscositat. Les molècules poden llavors relliscar unes sobre les altres. D'aquesta manera se'ls pot doblegar o deformar. En refredar-se recuperen les propietats originals. Si són molt freda poden comportar-se com el vidre esdevemenint molt fràgils.

  • Termoestables menys plasticitat que els termoplàstics, i tenen una certa resistència. Abans de fondre, es degradesn i no són reciclables.

  • Les cadenes són tridimendionals. Un cop es dóna forma al plàstic deficitiu en la mateixa reacció, les variacions posteriors de temperatura, no modifiquen aquesta forma.

    3. Elastòmers són plàstics que poden està formats per molècules tridimensionals entrellaçades formant una xarxa oberts, això fa que siguin tant elàstics.

    Característiques

    La rigidesa de les resines termoplàstiques a temperatura ambient s'explica per presència d'algún grup polar de la unitat del monòmer dins de la cadena del polímer el qual s'originen forces dipolars relativament intenses entre les cadenes veïnes. A l'augmentar la temperatura l'energia cinètica dels grups atòmics de les cadenes arriba amolt d'hora a ser suficientment elevada per vencer, aquella força dipolar apareixent en conseqüència la flexibilitat natural de la substància. En canvi, en els elastoplàstics, que tenen elasticitat apreciable a temperatura ambient, no existeixen anllaços dipolars en les seves cadenes lineals , molt més dèbils, que unicament la rigidesa del polímer. Es compren que la diferenciació estructural entre dos termoplàstics i els elastoplàstics sigui en general arbitrària.

    La diferenciació entre plàstics i resines és també una cosa arbitrària, donç depen moltes vegades de la forma de la polimerització del producte; el pas de molècules lineals a tridimensionals dóna lloc a la disminució de la flexibilitat i elasticitat amb l'augment corresponent de l'insolublitat i infusibilitat. Les mateixes resines poden obtenir-se en forma de productes termoplàstics i solubles.

    Estructura dels plàstics

    Tots els plàstics tene una estructura química semblant. Són compostos de cadenes largues, que contenen petits grups periòdics d'àtoms unitsentre sí. La major part de les substàncies trobades en estat natural són compostos de molècules curtes que contenen àtoms en un número relativament limitat. Aquests grups atòmics que es repeteixen a la macromolècula del plàstic s'anomenen monòmers y la cadena sensera d'aquestes formacións és el polímer.

    Un plàstic està compost principalment de resines i agents d'adicció. Les resines poden ser naturals i les que estan constituides per cadenes llargues de molècules o polímers.

    Obtencions dels plàstics

    El próces que s'utilitza per obtenir un polímer i, per tant, també els plàstics:

    Polimertizació

    La polimerització és un procés de cadena amb tres etapes:

    Inici: per la polimerització en cadena de l'etilè utilitzarem un del molts tipus de catalitzadors a l'efecte. Aquí considararem l'us de peròxids orgànics.

    Propagació: el procés d'extensió de la cadena polimèrica per la successiva adicció d'unitats de monòmers s'anomena propagació.

    Acabament: una possibilitat pot ser que les petites quantitats d'impureses catalitzen en reacció de finalitzacuió de la cadena polimèrica

    Elastòmers propietats elàstiques. Són gomes i estan representats bàsicament pel cautxú. Les seves propietats elàstiques són importantíssimes.

    Les reaccions són:

    Reaccion de polimerització

    A partir de monòmers s'uneixen diferents molècules entre elles i formen les macromulècules que constitueixen el polímer.

    1. Polímers d'adicció

    Els processos que tenen lloc quan en el monòmer existeixen dobles enllaços, aquests, s'obren i s'uneixen entre ells formant les llargues cadenes del polímer.

    2. Polímers de condensació

    En els processos de polimerització de condensació s'eliminen petites molècules, generalment d'aigua, al creixer la cadena i formar-se el polímer. Per això, els polímers de condensació no tenen la mateixa formula empírica que el monòmer.

    Els polímers

    El concepte actual de polímer fou introduït entre el 1920 i el 1930 per Studinger. Una possible definició seria:

    POLÍMER compost de càries parts. Existirà una unitat elemental, monòmer, que polimeritzat, dóna lloc al polímer.

    Alguns tipus de polímers són:

    Homopolímers i copolímers

    Els homopolímers són materials que estan constituits per cadenes de polímers compostos d'unitats senzilles repetides.

    Els copolímers en canvi, consisteixen de polímers compostos de dues o més unitats químicament diferents reptides, les quals estan en sequències senzilles.

    • estadístics: els monòmers diferents estan ordenats aleatoriament dins de la cadena de polímers.

    • alternants: els monòmers diferents mostres una ordenació saltejada determinada.

    • en bloc: els monòmers diferents en la cadena estan ordenadres en blocs relativament llargs de cada monòmer.

    • d'injert: apèndics d'un tipus de monòmer estans injertats a la cadena llarga de l'altre.

    Propietats dels polímers

    Els polímers artificials han substituit en molts casos als polímers naturals per les seves propietats més bones per a l'paplicació desitjada i inclus per la seva major facilitat d'obtenicó i menor cost monetàri.

    En general tots els polímers són amorfs ja que les llargues cadenes de polímer estan situades a l'atzar unes respecte a les altres. No obstant això existeixen petits camps cristalins en els que la part de les cadenes tenen la mateixa orientació. Això es fa més patent en les fibres artificials on el procés de formació de fils provoca una major cristalinitat.

    Les propietats que es poden destacar en els polímers artificials, no són gaire concretes perquè depen de cada polímer, però en general i en grans trets podem dir:

    • elasticitat

    • tenacitat

    • resistència al desgast

    • baixa densitat

    • aïllaments elèctrics

    • passivitat davant d'agents químics

    • facilitat per incorporar colorants.

    Les propietats del polímers són molt variables: forts com l'hacer, tous com la plastilina, impermealbes a l'aigua, impermealbes als gasos i moltes coses més.

    Una de les propietats principals de molts polímers ( no de tots ) es l'elesticitat.

    Tots provenen del petroli (però hi ha alguns que provenen de la química inorgànica, en concret de les silicones).

    Els polímers tenen porpietats físiques i quuímiques molt diferents a les que poseeixen els cossos per la seva inèrica química, que els fa inestables pels àcids i bases i pels agents atmosfèrics, la seva elevada resistència mecànica que els fa resistenst a la ruptura i al desgast, el seu elevat poder dielèctric, la seva elasticitat, la seva fàcil capacitat per a aconseguir tenyir-se de tots els tons i colors possibles, la seva baixa densitat, que varia entre 0,9 i 1,5 i la seva fàcil obtenció a baixes temperatures, el què permet la seva fabricació a gran escala. Aquestes valuoses qualitats han donar lloc a la producció industrial d'un gran número d'alts polímers, coneguts tècnicament amb plàstics, resines, elastoplàstics i fibres sintètiques, els quals van invadint tots els camps d'aplicació dels productes naturals, tals com metalls, porcellana, fusta, goma, seda,etc...ja que en molts casos són més barats que aquests.

    Com es poden classificar

    Els polímers de cadena lineal són termoplàstics, és a dir que es poden deformar quan s'eleva la temperatura, conseguint l'objecte de forma desitjada sense pèrdua de les seves propietats. Els elastomers tenen propietats elàstiques característiques, i contenen:

    El cautxú és un hidrocarbur de gran importància, que s'obté del latex de certs arbres de la zona tropical. Quan s'escalfa el latex, o s'afageix àcid acètic, els hidrocarburs en suspensió, amb petites quantitats o altres substàncies, es coagulen i poden extreure's del líquid. El producte obtingut és el cautxú brut del comerç, viscós i enganxós, tou en calent i dur o trencadís en fred. A l'estirar-lo, no torna a adquirir la serva forma primitiva. Com a un altre punt s'ha de dir que el cautxú és el polímer natural tot i que en haberlo manipular està entre mig de les dues classificacions. Com que hem parlat del polímer que està entre mig dels polímers naturals i dels sintètics , parlarem primer dels naturals:

    Les proteïnes són polimers naturals, polisacàrids. Són hidrats de carboni complexes d'alte pes molecular, formats per moltes molècules de monosacàrids en pèrdua de les molècules d'aigua corresponent, segons el prinipi iniciat pels disacàrids. No tenen caràcter reductor i no posseixen sabor dolç. Tot i que són insolubles en aigua, molts dónen en ella, en condicions adequades, dispersions coloquials. Per hidròlisi formen pentoses, hexodes o mescles de monosacàrids amb altres substàncies.

    A partir de determinats polímers, mantinguts en estat de fució, poden estirar-se per obtenir fils que es solidifiquen quan tenen contacte amb l'aire i que constitueixen les fibres sintètiques tan utilitzades actualment a la indústria tèxtil.

    Aquells polímers que formen xarxes tridimensionals són termoestables o temoenduribles. Ha de tenir lloc la polimerització en el mateix motllo i a una temperatura elevada. Una vegada està format el polímer no pot fondre's ni deformar-se de nou.

    Què són els additius

    Els additius serveixen per podeer modificar els polímers que obtenim. Hi ha tot un seguit d'additius que poden ser:

  • Les càrreguer: substàncies minerals o vegetals que milloren la resistència mecànica i la tenacitat, a més d'abaratir el cost del producte final.

  • Els plastificants: substàncies orgàniques que redueixen la duresa i la fragilitat dels polímers, augmenten la ductivilitat i la tenacitat.

  • Els estabilitzants: compostos químics que augmenten la resistència dels polímers al deteriorament per l'acció de la radiació ultraviolada i de l'oxidació.

  • Els colorants: compostos que donen color al polímer. Poden ser tints i incorporar-se a l'estructura molecular del polímer, o pigments que se situen en els espais que deixen lliures les molècules.

  • Els ignífugs: dificulten la inflamació i posteiror propagació de la flama als polímers. Són molt útils en fibres tèxxtils,etc.

  • Els desemmotllans: substàncies orgàniques que faciliten el desem-motllament de les peces de plàstic.

  • Els lubricants: substàncies que milloren els problemes de lliscament sobre les superfícies de màquines, etc.

  • Reciclatge dels polímers

    Com que actualment s'estan utilitzant molts tipus de plàstics a tot arreu s'han de reciclar per poder-ne obtenir molta més quantitat:

  • La reealaboració d'objectes a partir dels residus seleccionats i nets. Els objectes realitzats amb plàstic recilcat poden tenir algunes limitacions , però sempre està especificat en cada envolcall.

  • La recuperació dels productes químics primaris que contenen per tornar a elaborar nous polímers. Per això, s'ha de sotmetre els residus a un rpocés de piròlisi.

  • La recuperació de part de l'energia utilitzada en el procés de fabricació mitjançant la incineració. Encara que aquest procés sigui bo per reciclar a vegades afecta al medi ambient pels problemes contaminants.

  • La seva classificació ve predeterminada per:

    Composició del Zinc

    El zinc és un metall blanc grisós cristalí, trencadís a temperatura ambient, però mal·leable entre 120 i 150 º C. Té aquest color a causa de l'oxidació superficial, que protegeix la resta del metall. S'obté a partir del mineral anomenat blenda, que és un sulfur de zinc.

    La forma granulada, que se sol fer servir als laboratoris, s'obté barrejant el zinc fos, a un raig prim d'aigua freda. Aquest metall, químicament és molt actiu i dispersa l'hidrogen dels àcids diluits, tot i que, quan és pur, actua molt lentament.

    Degut a tot això, el zinc s'utilitza per fer sostres, i cornises. El zinc també es fa servir a les piles elèctriques com a ànode i forma part d'aleacions molt diverses.

    Característiques del Zinc

    • Punt de fusió: 419 º C

    • Punt d'ebullició: 907 º C

    • Densitat: 7,13 g/cm3

    Element

    Símbol

    Nombre atòmic

    Pes atòmic

    Zinc

    Zn

    30

    65,37

    Aplicacions

    El zinc té moltes aplicacions, a raó la seva activitat química en el laboratori, com revestiment d'altres materials i en les bateries. El zinc substitueix als metalls menus actius en els compostos químics. És un instrument químic molt útil per alliberar alguns elements dels seus compostos. També s'utilitza per protegir de la corrossió conduccions, tubs, fulles, fils, claus i altres objectes metàl·lics. Tot i això el zinc protegeix amb molta eficàcia aquest metalls presisament per la seva activitat. Això passa per dues coses. Primera, quan estan expostos a l'aire, els àtoms se zonc reaccionen amb les molècules de l'aire formant una fina capa protectora que evita la corrosió. Segona, els àtoms del zinc reaccionen més fàcilment amb les substàncies tals com l'oxigen que podrien corrosionar el metall.

    El zinc constitueix una part essencial de les conegudes piles seques. El pol negatiu està connectat, en l'interior de la bateria, a una barra de zinc, mentre que el pol positiu està connectat a una barra de carboni. Tots dos estan rodejats per una part feta de diòxid de manganès i clorur d'amoni. La reacció entre el zinc i el clorur d'amoni forma un compost anomenat clorur de zonc: la pasta blanca que surt de les piles passades.

    Composició del titani

    El titani és més lleuger que els altres metalls amb propietats mecàniques i tèrmiques similars i és molt resistent al a corrosió. No l'ataquen els àcids ni bases diluides.

    Característiques del titani

    Pel seu us, el titani ha de ser previament refinat, operació en la que és necessari prevenir la seva reacció amb les substàncies gasoses , l'oxígen i l'hidrogen. Tot i que el nitrogen atmosfèric és normalemnt inert, succeeix que el titani és l'únic element que es crema en una atmosfera de nitrogen, per la qual cosa s'ha d'evitar a tota costa el contacte amb tots els elements.

    • Punt de fusió: 1661 º C

    • Punt d'ebullició: 3278 º C

    • Densitat: 4,54 g/cm3

    Element

    Símbol

    Nombre atòmic

    Pes atòmic

    Titani

    Ti

    22

    47,9

    Aplicacions

    Si l'ajuntes amb determinades quantitats d'altres substàncies, la seva duresa pot ser inclus millorada. Les aplicacions d'aqeust material i els seus aliatges es troben, a les indústries d'aeronàutica, aerospacial, naval, petroliera i química en general.

    Explicacions i definicions

    Aixì és com es coneix la polverimetal·lúrgia, consisteix en la conformació de peces a partir dels mateirals componenets en forma de fines pòlvores, i consta de tres fases: fabricació de les pòlvores, compressió i sinterització.

    Fabricacions i processos

    Fabricació de les pólvores

    Es poden obtenir de diferents formes perquè es fan sevir pòlvores de metalls purs, aliatges metàl·lics o altres compostos.

    Per l'obtenció de pólvores metàl·liques hi ha:

  • la polvorització

  • l'automització

  • Per l'obtensió de pólvores físiques i quimiques:

  • reducció d'òxids

  • electròlisis

  • descomposició tèrmica

  • condensació

  • Per poder-ho entendre millor s'explicaran dos d'aquests processos.

    2.1. Automització: consisteix a aplicar un corrent de gas a pressió damunt d'un raig de metall fos, això provoca la descomposició del raig de metall en partícules molt fines i que, al refredar-se molt ràpidament donen lloc a les pólovres del metall.

    3.1. Reducció d'òxids: consisteix en l'obtenció de partícules molt fines d'òxid del metall, que són més fràgils i fàcils desmicolar que el metall pur, i sotmetre-les a un corrent de gas reductor que, en convinar-se amb l'òxigen dels òxids redueix el metall.

    Compressió de les pólvores metal·liques

    Les pólvores obtingudes anteriorment són introduïdes en un motlle amb la forma que es vulgui obtenir i, amb premses hidràuliques, els és aplicada una pressió elevada. Aquesta compressió fa que entrin en contacte les superfícices de les partícules del mateiral i que es prodeixi unions entre els àtoms superficials, en un procés similar o una soldadura en fred.

    Sintetització

    Per augmentar la cohesió i altres coses, s'introdueixen en un forn i són sotmeses a temperatures elevades. Aquest procés afavoreix la unió dels àtoms. Les temperatures són elevades però no tantes com les de fusió.

    Aplicacions

    La polverimetal·luriga s'utilitza per a moltes coses diferents, però les que cal destacar són:

  • Fabricació d'objectes amb materials refrectaris.

  • Fabricació d'objectes amb materials molt purs i de composicions molt precises.

  • Fabricació de peces amb materials difícils d'emmotllar, de forjar o mecanitzar.

  • Fabricació d'eines de tall ràpid.

  • Fabricació de peces metàl·liques poroses.

    Composició del Níquel

    • Punt de fusió: 1453 º C

    • Punt d'ebullició: 2732 º C

    • Densitat: 8,9 g/cm3

    Element

    Símbol

    Nombre atòmic

    Pes atòmic

    Níquel

    Ni

    28

    58,71

    Característiques del Níquel

    El níquel es troba en esta de “Kupfer-níquel” o niquelina, un silicar complex. Els principals jaciments es troben a canadà.

    Té un color blanc que manté la brillantor metàl·lica perquè és molt resistent. Les aplicacions del níquel es basen principalment en aquestes propietats: en aliatges amb l'hacer es fa servir per obtenir acers inoxidables de gran resistència. Amb un recobriment d'electrocits se n'obtenen peces niquelades d'altres metalls oxidables que, després de ser polides, adquireixen una brillantor permanent.

    Aquest material és el component fonamental d'aliatges de gran interès tecnològic.

    Aplicacions

    Les seves propietats físiques són semblants a les del cobalt. Es fa servir per niquelar objectes en l'estampació de monedes, i fonamentalment per preparar aleacions especials. El níquel finalment com a catalitzador en l'hidorgeneració d'olis.

    L'estabilitat del níquel, la seva capacitat de resistència al a corrosió i les seves propietats magnètiques el fan útil per una gran varietat d'aplicaions. L'adicció d'una certa quantitat de níquel, augmenta la duresa del metall i la seva resistència a la corrosió. L'aplicació més comuna del níquel és en l'hacer inoxidable, sent la varietat més comuna.

    Característiques del ferro

    El ferro és un metall de transició que juntament amb el níquel i el cobalt forma el grup de les tríades perquè està format per tres elements en cada període.

    El ferro pur és un element químic que no té gaires aplicacions industrials ja que té una resistència baixa i una tendència molt elevada a corrosionar-se. Tot i això anomenem ferro a un elevat nombre de productes molt diferents. Tot i que no es fa servir industrialment té altres aplicacions i és molt abundant a la Terra i és molt probable que el nucli de la Terra estigui format des del seu centre fins a uns 3200 Km per ferro fos.

    Quan el ferro s'exposa a l'aire humit s'ennegreix ràpidament i es torna vermellós. Els òxids del ferro no són protectors, només fan que la superfície es corrosioni més fàcilment.

    Les seves característiques principals són:

    • Estat previ al punt de fusió: es torna molt tou i es pot forjar

    • Punt de fusió: 1535 º C

    • Punt d'ebullició: 2750 º C

    • Color: blanc tirant a grisós

    • Densitat: 7'87 g/cm3

    • Propietats mecàniques: dúctil i mal·leable

    • Lloc més comú: és molt abundant a les vies de tren

    • Conductivitat: molt bo en l'electricitat i també és molt bon conductor tèrmic

    • Magnetisme: es pot imantar i desimantar

    • En estat pur: no s'utilitza perquè és molt fràgil, trencadís i s'oxida molt ràpidament

    • Minerals d'on s'extreu: els més importants són oligist ( Fe2O3 ), hermatita vermella, limonita ( Fe2O3 ), magnetita ( Fe3O4 ).

    • Altres: es pot soldar

    Element

    Símbol

    Nombre atòmic

    Pes atòmic

    Ferro

    Fe

    26

    55,847

    Per aconseguir el ferro hem d'escalfar el mineral en forns alimentats amb carbó vegetal fins a arribar a uns 1200 º C, després se separa l'escòria del metall fos i finalment es deixa refredar en motlles amb la forma que vols que obtingui el ferro.

    La taula Ferro-Carboni

    Descripció de la taula

    A - Temperatura de solidificació del ferro pur, 1535ºC

    B - Punt eutètic a 1145ºC i un 4,3% de carboni. L'eutètic està format per cristalls mixtos d'austenita (una dissolució sòlida de cementita en ferro) i de cementita (un carbur de ferro, CFE3 . un ferro amb un 6,67% de carboni seria cementita pura). Rep el nom de recuita.

    C - Dissolució sòlida, austenita, de màxima concentració en carboni (1,7% de carboni) a la temperatura eutètica.

    D - Punt eutètic a 721ºC i un 0,85% de carboni. L'eutètic està format per ferrita (ferro  gairebé pur) i cementita secundàrida. Rep el nom de perlita.

    E - Temperatura de 906ºC a la que comença a separar-se la ferrita.

    Linia FH - Transformació del ferro (cub centrat en el cos) en el ferro i ( cub centrat a les cares) a 1487ºC; F, 0,10% de carboni; G, 0,18% de carboni; H, 0,50% de carboni.

    Linia IF - Transformació del ferro  en ferro  ( cub centrat en el cos, magnètic, estable a temperatures ordinàries a 758ºC.

    Regions:

    1 - Ferro fós líquid

    2 - Líquid + cementita primaria

    3 - Austenita, dissolució sòlida ce cementita de ferro 

    4 - Líquid + austenita

    5 - Dissolució sòlida (cementita en ferro)

    6 - Líquid + dissolució sòlida 

    7 - Dissolució sòlida delta + austenita

    8 - Cementita primària+ ledeburita

    9 - Austenita + ledeburita + cementita secundària

    10 - Austenita + cementita secundària

    11 - Ferrita ( ferro gairebé pur )

    12 - Austenita + ferrita ( ferro)

    13 - Austenita + ferrita ( ferro)

    14 - Cementita secundària + perlita + ledeburita

    15 - Perlita + cementita secundària

    16 - Ferrita + perlita.

    El diagrama inestable Ferro-Carboni permet classificar pràcticament els acers i fundicions.

    A l'esquerra del punt C, menys d'un 1,7% de carboni, es tenen els acers i a la dreta d'aquest punt, més d'un 1,7% de carboni, existeixen les fundicions. Si els acers tenen menys d'un 0,85% de carboni, a l'esquerra del punt eutètic D, es denominen acers hipoeutètics i si contenen un 0,85 - 1,7% de carboni, els situats entre els punts D i C del diagrama, es diuen acers de carboni, es diuen acers hipereutètics.

    Analogament, les fundicions amb 1,7 - 4,3% de carboni, que estan compreses entre els punts C i B, reben el nom de fundicions hipoeutètiques i si tenen més d0un 4,3% de carboni, a la dreta del punt B, es diuen fundicions hipereutètiques. Una fundició amb un 6,67% de carboni seria la cementita pura, però no es coneixen fundicions amb una proporsió tant elevada de carboni.

    Si el refredament té lloc lentament, la cementita, inestable, es descompon en ferrita i grafit. No obstant, el manganès i el níquel tendeixen a mantenir el carboni en dissolució. La fundició blanca, formada pel refredament ràpid de la massa fosa, conté cementita, mentre que la fundició grisa, formada per l'enfrontament lent, conté grafit en làmines petites interposades en ferro pur. Les fundicions blanca i grisa són trencadisses; la grisa perquè les làmines de grafit, toves, interposades entre la ferrita, disminueixen la tenacitat d'aquesta, i la blanca, a causa de la cementita que és fràgil. No obstant, existeix la fundició mal·leable, més tenaç i menys fràgil que les fundicions anterios, la qual s'obté per tractament tèrmic de la fundició gris de composició adequada. Sota aquest tractament, les làmines de grafit es reuenixen en partícules globulars que per la seva petita superfície, deviliten menys la ferrita.

    Els acers dolços contenen menys d'un 0,2% de carboni i són mal·leables i dúctils i no s'endureixen a l'escalfar-los lleugerament. Els acers mitjans contenen d'un 0,2 a un 0,6% de carboni, i es fan servir per fabricar rails i viguetes de construcció i poden ser soldats i forjats. Els acers d'alt contingut de carboni, d'un 0,75 a un 1,50% de carboni, es fan servir funamentalment per fabricar navalles d'afeitar, instruments quirúrgics i eines, i el mateix amb els acers mitjans, que poden ser escalfats i revinguts.

    Si l'hacer es refreda bruscament des d'una temperatura superior a 900ºC, la dissolució sòlida obtinguda, de cementita en ferro , es denomina martensita, molt dura i fràgil, que és una forma de transició de l'austenita. En la tornada, la martensita es transforma en fases més estables.

    Obtenció del ferro

    Obtenció del ferro colat: l'alt forn

    Està format per una estructura d'acer recoberta interiorment per material ceràmic refrectàri. Per la part superior s'introdueixen les matèries primeres i s'extreuen els gaoso. Per la part inferior s'introdueix aire calent a pressió que fa possible la combustió del carbó i es recullen el ferro colat i les escòries.

    La mena del ferro es calsina primerament per eliminar l'aigua, descomposar els carbonats i oxidar els sulfurs i la màteria orgànica que hi pot haber present. Com a reductor s'utilitza el coc, tot i que en alguns llocs en què abunda la fusta s'utilitza el carbó vegetal. Els minerals que contenen carbonat de manganès es barregen amb un àcid, tal com el fang, per formar una escòria fusible; inversament, els que contenen fang es barregen em calisa.

    La reducció de l'òxid de ferro s'efectua en un forn d'insuflació de l'aire. L'alt forn està constituit esencialment per dos troncs en forma de con, de diferent longitud, units per la seva base més ampla. La part superior de la cuba és la part més ampla del forn, en la unió dels dos troncs en forma de ocn. A sota de l'etallatge hi ha el crisol que està destinat a recollir els materials que fabrica l'alt forn; el ferro fos i l'escòria. En general el forn està recobert de totxos refrectàris. A la vora del fons hi ha diferents tubs, a través dels quals s'introdueix l'aire calent a pressió. La càrrega de mineral, coc i fundant que es barreja, el qual arribar un doble tancament per impedir que s'escapin els gasos del forn. A mesura que va baixant el material, l'òxid de ferro es redueix a òxid ferrós després a ferro metàl·lic esponjós en la regió superior del forn per l'acció de l'òxid de carboni. En aquesta mateixa regió el carbonat càlcic es desfà en diòxid de carboni i calç. S'ha de fer notar que el mineral de ferro està completament reduit abanç d'iniciar-se la formació d'escòria en la regió mitjana del forn; d'altra banda, es perderia una gran part de ferro per unió directa de la sorra com l'òxid de ferro per formar una escòria. Justament a sota de la regió mitjana del forn, a la seva part més ampla, la temperatura sobrepassa el punt de fusió del ferro fos i també el de l'escòria, amb què el ferro i aquesta es fonen conjuntament en la regió. La reducció de l'amplasa de les parets del forn a partir, d'aquest punt compensa la diminució del volúm de la càrrega per efecte de la fusió. El ferro líquid i l'escòria es reuneixen en dues capes en el fons del forn, quedant així protegit de l'oxidació. Al nivell de les toveres es produeix una combustió energètica; primer es forma diòxid de carboni degut a la presència d'un excés d'aire, però al pujar a través de les capes superiors de coc incandescent el qual actua com a reductor en la part alta del forn. L'escòria i el ferro s'extreuen del forn per les piqueres. Els gasos calents que surtenper la part superior del forn, pel què es cremen en forns escpecials per escalfar l'aire que penetra en l'alt forn a través de les toveres.

    El ferro dolç o forjat

    S'obté a partir de la fundició de primera fusió treient-li la major part de les impureses; aquesta operació es realitza en un forn de reverber. El lingot de fundició s'escalfa amb ferralla sobre una capa d'òxid de ferro mitjançant les flames que venen d'abaix, desviades pel sostre baix situat per sobre de la càrrega. El carboni, el silici i el fòsfor es convinen amb l'oxigen de l'òxid que recobreix la solera del forn. El monòxid de carboni que es forma, es despren i crema, mentre que els òxids de silici i fòsfor passen a l'escòria. El procés comprèn quatre etapes:

  • Etapa de fusió: el metall es converteix en una massa fluida i es posa en contacte amb l'òxid.

  • Etapa fluida: el monòxid de carboni crema en la superfície del metall fos.

  • Etapa d'ebullició: les bombolles del monòxid atravessen la massa i el ferro pur es fon a temperatura més elevada.

  • Etapa d'aglomeració: el ferro es torna tant espès per la seva gran puresa que pot reunir-se en boles als extrems.

  • El ferro dolç o forjat ha set canviat en part per l'acer dolç, un acer pobre de carboni. Tot i això l'acer no és tant tenaç com el ferro forjat, per mencar de l'estructura d'aqeust últim.

    La fabricació de l'acer

    L'acer és ferro amb una proporció de carboni intermitja entre les de la fundició i la del ferro forjat. Generalment conté manganès. Freqüentment s'afageixen altres elements, con silici, níquel, etc..., per obtenir acers especials. L'acer s'obté eliminant les impureses i afagint després les quantitats adequades de carboni, manganès i altres elements.

  • Procediment Bessemer

  • El ferro brut fos es barreja al convertidor, revestit de silici i muntat sobre

    coixinets que permeten variar el producte acabat. El material fos se li injecta una corrent d'aire a pressió. Una vegada cremades les impureses s'afageix la quantitat necessària de carboni en forma d'aleació.

  • Procediment Martin-Siemens

  • El ferro brut es barreja amb una mica de ferralla i mineral de ferro i es colocs en una solera d'un forn escalfat en gas i revestida d'una capa de gel gran. L'oxigen del mineral oxida poc a poc

    Tractaments tèrmics

    Les propietats mecàniques dels metalls, principalment la duresa, augmenten considerablament g`racies al tremp.

    Aquesta operació consisteix a escalfar la peça metàl·lica i refredar-la ràpidament submergint-la a un corrent d'aire. L'objectiu de l'escalfament és aconseguir que l'aliatge arribi a obtenir l'estructura cristal·lina pròpia de les altes temperatures, i la finalitat de refredament brusc és impedir que el constituent, obtingut en l'escalfament, es transformi normalment, de tal manera que el material conservi, a temperatura ordinària i en condicions de metaestabilitat, l'estructura característica de temperatures elevades. En el cas de l'acer , l'enduriment es produeix perquè, a una temperatura elevada, el carboni i el ferro presents a l'acer formen un carbur de ferro de gran duresa. Si la peça d'acer es refreda a poc a poc, aques carbur es descompon i l'acer queda tou; en canvi, si es refreda ràpidament, el carbur no es descompon, queda repartit per tota la massa i li comunica aquesta duresa.

    Els acers de tremps han de tenir el contingut precís de carboni que permeti la formació de carbur de ferro. Per aquesta raó els acers amb un contingut baix en carboni no es poden endurir al tremp. La duresa del tremp resulta fonamental en aquelles peces que experimenten un fregament continu i no s'han de desgastar, com ara les llimes, les broques,etc. l'operació contrària al tremp és el reveniment, i serveix per reblanir les peces dures. Es fa així perquè les peces a tot tremp són molt fràgils i amb el revemniment perden una mica de duresa, tot i que guanyen en tenacitat i resistència en general. El reveniment consisteix a escalfari refredar molt lentament la peça, per eliminar-ne només part de la duresa. Si la temperatura és molt alta el reblaniment és total i s'anomenra recuita.

    Els acers amb continguts baixos de carboni també es poden endurir, encara que només superficialment, amb la cementació. Consisteix a recobrir la peçca , a temperatura molt alta, amb pólvores de carbó o altres substàncies carburants perquè es carburi superficialment. Un cop aconseguit això, es procedeix a trempar-la. Aquest enduriment superficial és suficient per evitar el desgast d'alguns eixos, etc.

    Un altre tractament enduridor dels axers és la nitruració, que consisteix en l'acció del gas amoníac sobre les peces d'acer a temperatures molt elevades. En aquestes condicions el gas es descompon i el nitrogen forma nitrur de ferro, d'una gran duresa.

    Normalització de l'hacer

    Com que no a tot arreu es construeix de la mateixa manera, per poder-se exportar i importar materials que per a tothom estiguessin bé es van posar unes normes per tal de concretarho tot.

  • Designació numèrica dels acers

  • Està regulasa per la norma UNE -EN 10.027-2 i, consisteix en un número de cinc xifres que segueix el format:

  • 1.XXYY

    • el primer numero del grup de material, els dos números següents són del grup al qual pertany l'acer i, els dos últims són del número d'ordre que ocupa l'acer dins d'un mateix grup.

  • Designació simbòlica dels acers

  • Està regulada per la norma UNE - EN 10.027 - 1 i, utilitza lletres i xifres combinades. Hi ha dos grups:

    Per les aplicacions i les característiques mecàniques o físiques: consisteis en una o dues lletres seguides d'un número. Les lletres indiquen l'aplicació principal del tipus d'acer i el número pot indicar o el valor mínim del límit elàstic o el valor mínim de la resistència de trencament.

    Per la composició química: intervenen lletres, símbols d'elements químics i números. Algunes designacions comencen amb la lletra i altres amb un número, i no totes contenen símbols d'elements químics.