Trabalho - Ligas Metalicas

Trabalho para a disciplina de Química analítica, que visa apresentar alguns metais e ligas metálicas, bem como suas características e usos. Este que foi confeccionado com o auxilio de meus colegas Samuel Filho, Michelle Stephanie, Glaucia Queiroz, Moisés Vilela.
O grupo teve um espaço curto de tempo para a confecção deste, sendo assim peço desculpas previamente por qualquer erro cometido ou informação superficial. Qualquer sugestão ou critica por favor use o campo de comentários.

Introdução

Existem ligas metálicas de diferentes propriedades e qualidades. Isso se deve ao fato de elas serem compostas de diferentes elementos e porcentagens elementares em sua constituição. Neste trabalho serão abordados alguns conceitos químicos, analíticos e as operações unitárias que envolvem ligas metálicas de diferentes propriedades.

Produção

 As ligas metálicas são produzidas quando há uma mistura de dois metais ou quando acontece uma mistura de um metal com um elemento não metálico, sendo aquecidas elas se fundem e após o esfriamento se solidificam. Isso acontece porque alguns metais puros não apresentam as características precisas para a produção de produtos utilizados na sociedade.

Prata

 Um dos metais mais utilizados no ramo industrial e no cenário social, além de ser dúctil, maleável e ótimo condutor de eletricidade, a prata apresenta um alto potencial redutivo, ou seja, muito difícil de oxidar, uma das qualidades que mais chama a atenção atualmente, pois os fatores de difícil oxidação e resistência ao atrito são grandes formas de ter um bom desenvolvimento no ramo dos metais.

Além disso, a prata apresenta uma característica antimicrobiana, visto que, desde a Roma antiga eram utilizados reservatórios de prata para armazenar o vinho e evitar que o mesmo azedasse, no âmbito cirúrgico não é diferente, a medicina se apossou da prata na utilização de suas ferramentas, pois além de ser germicida, também é muito difícil de oxidar, facilitando o trabalho de médicos e pacientes (no corpo humano, algumas proteínas contendo prata, são ótimos agentes anti-irritantes das membranas dos olhos, nariz e garganta). Seu uso também foi muito utilizado na liga de amálgama para obturações, porém esta liga foi suspensa pela sua toxidade na liberação do mercúrio em forma de gás.

Suas aplicações são vastas, desde a área da saúde apresentado no parágrafo acima, até indústrias automobilísticas, fotografias, lentes monocromáticas, revestimento de explosivos e principalmente no comércio de joias como metal precioso.

A prata pode ser extraída a partir de minérios como a galena, entretanto, a maior parte deste minério é ocupado por chumbo e cobre. A maior concentração de prata encontra-se no continente americano, além disso, a prata também pode ser obtida através da solução de nitrato de prata com o fio de cobre, formando cristais de prata.

Na radiologia, as chapas radiográficas são reveladas a partir de reações com os micro cristais de haletos de prata, no qual, sua estrutura é modificada a partir da emissão dos raios x, transformado em uma imagem latente. Mas para não ter tanto desperdício de prata, é utilizado o método de reciclagem a partir da extração da prata nas chapas radiográficas.

Ferro

 Elemento químico de grande utilidade, pois ele está composto em vários objetos na sociedade, seja na sua forma pura ou na liga metálica aço. Este elemento é usado cerca de 4000 a 3500 a.C, sendo obtido por meio de meteoros e era considerado raro.

Mesmo sendo o quarto elemento mais abundante da terra, não é encontrado isolado na natureza, e sim em minérios como hematita (Fe₂O₃ – imagem abaixo), magnetita (Fe₃O₄), siderita (FeCO₃), limonita (Fe₂O₃.H₂O) e pirita (FeS₂). E a partir deles o metal ferro pode ser produzido. A siderúrgica é responsável pela obtenção deste elemento e do aço.

Propriedades físicas e químicas: 

●     Numero atômico: 26;

●     Massa molar: 55,845 g/mol;

●     Ponto de fusão: 1535ºC;

●     Ponto de ebulição: 2862 ºC.

Aço

 Liga metálica composta principalmente pelo minério ferro, que teve sua primeira fabricação na Anatólia. Cerca de 1000 a.C teve o avanço de fabricação de ferro espalhado pelo mundo. Este minério era encontrado com bastante facilidade na natureza.

Antigamente o aço era produzido em fornos em forma de torrões ou pedaços sólidos, sendo aquecidos em forma de barras de ferro e assim possuindo maleabilidade e pedaços de escória e carvão.
Por volta de 900 anos a.C os egípcios já fabricavam relativamente o aço para a produção de espadas e facas.

Hoje em dia o aço é uma liga de grande importância em muitas aplicações na sociedade, como em máquinas, construções e ferramentas.

Tipos de aço

 Aço Comum: Se trata de uma liga composta por 98,5% de ferro, 0,08 a 0,2% de carbono, silício, enxofre e oxigênio. Suas impurezas fazem com que ele seja oxidável e quebradiço quando entra em contado com o oxigênio e a umidade do ar.

Aplicações:

●     Produção de peças metálicas em altas trações;

●     Produção de outras ligas metálicas;

●     Ferrovias;

●     Meios de transporte em geral;

●     Construções: colunas, passarelas, pontes, etc;

●     Obras de arte;

●     Ferramentas hospitalares e etc.

Aço Inox

 O aço inox é uma liga metálica composta por 74% de aço, 18% de cromo e 8% de níquel. Sua característica principal é o fato de ser inoxidável, e isso acontece por causa da liga de cromo na sua composição, pois ele reage com o oxigênio do ar, formando o óxido de cromo (|||), originando uma película de proteção à umidade do ar, sem perder a qualidade e brilho.

Aplicações: 

●     Cestos de máquinas de lavar;

●     Armários de cozinha;

●     Fornos elétricos;

●     Talheres;

●     Peças de carro;

●     Brocas e etc.

Aço rápido

 Composto por 0,67 a 1,3% de carbono, 5 a 12% de cobalto, 3,75 a 4,5% de cromo, 0,3% de manganês, 4 a 9% de molibdênio, 2 a 20% de Tungstênio e 1 a 5% de vanádio. A principal característica que o faz diferente dos demais é o alto teor de carbono, aumenta sua dureza e resistência a altas temperaturas de 500-600°C.

Aplicações: 

●     Utilizado para cortar aços com menor teor de carbono;

●     Confecção de ferramentas para furação;

●     Brochamento e fresamento.

Propriedades físicas e químicas: 

●     Alta resistência ao revenimento;

●     Elevada dureza a quente ou dureza ao rubro;

●     Alta resistência à abrasão. 

Influência de Carbono nas Ligas de aço-carbono 

    ●        De 0,05% a 0,15% (Extra Macio)

    ●        De 0,15 a 0,30% (Macio)

    ●        De 0,30% a 0,40% (Meio-Macio)

    ●        De 0,40% a 0,60% (Meio-Duro)

    ●        De 0,60% a 1,50% (Duro e Extra Duro)

Ouro 

Características 

Amarelo brilhante, denso, maleável, dúctil, bom condutor elétrico e não oxida facilmente, a única substância que oxida o ouro é água regia composto por ácido nítrico com ácido clorídrico 1:3, conhecido popularmente como água de piranha.

Aplicações 

O ouro tem diversas aplicações, entre elas, em indústrias, automóveis e fabricação de joias. Utilizada em sua liga metálica, outros componentes, como a prata, níquel, cobre e entre outros, pois o ouro puro não é utilizado por causa da sua propriedade muito maleável, ou seja, deforma a peça com facilidade.

O Termo quilates serve para indicar a porcentagem de teor ouro puro em tal material. O chamado 24 quilates significa que existem 24gramas de ouro naquela peça, em uma escala de quilates. 24k é o equivalente de 100% de ouro, porém é dúctil demais para ser utilizado em joalherias. O ouro de 18 quilates significa que em cada 24 gramas do material, 18gramas são de ouro e o restante de prata ou cobre.

Outro termo utilizado é o ouro baixo onde em sua composição é utilizado menos ouro, tendo como exemplo o 12 quilates de ouro e seu restante de cobre, deixando o material mais avermelhado e com maior facilidade de oxidação. É usado também na medicina em fios de ouro, pela sua bio compatibilidade com o corpo humano, por permanecer inerte e não reagir com as substâncias do corpo.

Propriedades físicas e químicas 

●     Número atômico: 79

●     Peso atômico: 196,967

●     Ponto de fusão: 1.063º C

●     Ponto de ebulição: 2.966º C

●     Densidade: 19,3 (20º C)

Cobre 

O cobre é um metal importantíssimo para as tecnologias e para a sociedade moderna atual, este que tem como seu símbolo na tabela periódica sendo Cu (do latim cuprum) numero atômico 29 e massa 63, este metal que a temperatura ambiente é encontrado no estado sólido. Dentre as características que destacam esse metal na indústria, podemos citar: Alta condutividade elétrica, ductilidade e sua alta maleabilidade quando comparado a outros metais.

Aplicações industriais

Podemos destacar três principais aplicações do cobre na indústria:

Tubulações:

Devido à alta ductilidade e resistência do cobre, a aplicação deste metal na fabricação de tubulações é muito explorada pela indústria, sendo que o cobre se enquadra muito bem neste segmento, pois além das características mencionadas o cobre tem grande resistência mecânica, a corrosão, condutividade térmica e grande facilidade para soldagens o que contribui para sua manutenção.

Energia Solar:

Uma maneira diferente de células fotovoltaicas para obtenção de energia solar é o emprego de placas de cobres que transformam 40% a 60% do calor obtido em energia elétrica.

Indústria automotiva:

Uma das aplicações mais comuns do cobre é na indústria automobilística, pois este se encontra nos fios, conectores, freios, rolamentos, radiadores e até mesmo no próprio motor. Por exemplo, um carro chega a possuir 1,5 km de fios de cobre, podendo aumentar esse valor dependendo do tamanho do automóvel.

Latão 

O latão é uma liga metálica de cobre e zinco com porcentagens deste último entre 5% e 45%, dependendo do tipo de latão. É bastante maleável (mais que o cobre ou o zinco separadamente), dúctil, resistente a impactos e um bom condutor de energia térmica e energia elétrica. Possui um ponto de fusão relativamente baixo e pode ser fundido facilmente em pequenos fornos especializados.

O metal predominante no latão é o cobre, apresentando, geralmente, mais de 50% do total da liga. O zinco, por sua vez, compõe entre 5 e 45% do latão, quantidade que dita algumas características importantes dessa liga. O ponto de fusão, por exemplo, é inversamente proporcional ao teor de zinco, ou seja, quanto mais zinco tiver o latão, mais baixo é o seu ponto de fusão, o que facilita o processo de fundição. A cor do latão também varia conforme sua composição, podendo apresentar desde uma coloração fortemente acobreada até amarela clara, passando pela cor de ouro, avermelhado e amarelo brilhante.

As utilizações do latão são vastas e compreendem uma série de segmentos industriais. Essa liga metálica é aplicada, por exemplo, à fabricação de tubos de condensadores, armas, cartuchos de munição, torneiras, rebites, núcleos de radiadores, instrumentos musicais de sopro, aparelhos médicos e cirúrgicos, ornamentações, joias e bijuterias, terminais elétricos, tachos e bacias, moedas, parafusos, arames, vergalhões, válvulas, rodas para carro, entre outros.

Bronze 

O bronze é uma liga metálica homogênea composta pela mistura de cobre e estanho, podendo conter porções de outros elementos, com objetivos específicos pra cada uso. Apresenta-se na forma de um metal quase dourado, é maleável e dúctil, possuir características bastante peculiares, seu nome tem origem persa “biring” e significa cobre. Quando exposto ao ar atmosférico por períodos prolongados é recoberto por uma camada castanha escura de óxidos dos metais envolvidos em sua composição.

O bronze é uma liga metálica que possui inúmeros usos e os mais comuns são:

●     Industriais como a fabricação de parafusos, ferramentas, equipamentos para usinas, aparelhos elétricos, conexões hidráulicas, revestimento de motores, em engrenagens em função de sua resistência ao atrito e manter o engraxe, antigamente foi usado na fabricação de moedas.

●     Nas artes plásticas, como se tem visto no decorrer da história muitos artistas plásticos tem utilizado o bronze em suas criações, principalmente o povo do Egito antigo e os gregos, o bronze também utilizado na fabricação de sinos em virtude de sua ressonância, ou seja, emiti um som característico e agudo quando recebe toque ou pancada advindo de uma ferramenta;

●     Na fabricação de instrumentos musicais, objetos de decoração em lápides para túmulos e em estátuas.

Tabela 1: Ligas de bronze

Ligas de Bronze	Aplicações
Cu + Sn + Zn	Fabricação de parafusos, porcas e válvulas.
Cu + Sn + Pb	Utilizada na fabricação de peças industriais artesanais
Cu + Sn + Al	Canhões de irrigação agrícola, hélices, bombas d’água e equipamentos para aplicação de agrotóxicos.
Cu + Sn + Mn	Fabricação de tubulações para esgoto, indústrias químicas e equipamentos utilizados no tratamento de água.
Cu + Sn + P	Fabricação de eletrodos para soldagem e reparo de peças de bronze.

Estanho

O elemento Estanho pertence à classe dos metais, cujo símbolo é Sn e possui massa atômica = 118,7 u. O estanho é maleável, pouco dúctil, de coloração branco-prateada, possui baixo ponto de fusão e é altamente cristalino. Este metal não se oxida facilmente e é resistente a corrosão.

O estanho possui como principais minérios: Hematita e Cassiterita. Estas substâncias passam por uma purificação inicial e em seguida são reduzidas por fusão com carbono para formar o metal puro.

Solda Branda

Conhecida como solda branda, uma liga metálica constituída principalmente de estanho e chumbo que em geral apresentam ponto de fusão de 183°C. Tais ligas apresentam estes pontos de fusão quando possuem constituição de 20 a 98% de estanho.

Composição comum na solda branda: 63% de estanho e 37% de chumbo.

Conclusão 

Concluímos que as características de uma liga metálica são diretamente proporcionais com o metal que nela é encontrado. As abrangentes propriedades se manifestam também pelas porcentagens das substâncias contidas nessas ligas, portanto tornando-a mais ou menos dura, brilhante ou pouco brilhante e colorações distintas que podem apresentar.  

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