Metais não ferrosos: estrutura, tipos, características - Ciência - 2023

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o Metais não ferrosos são todos aqueles que carecem ou têm quantidades insignificantes de ferro. Estes, em diferentes proporções de massa, são usados para criar ligas que exibem melhores propriedades físicas do que metais individuais.

Assim, suas estruturas cristalinas e interações metálicas são a pedra angular das aplicações de ligas não ferrosas. No entanto, esses metais puros encontram menos utilizações porque são muito sensíveis e reativos. Por esta razão, funcionam melhor como base e aditivo para ligas.

O bronze é uma liga não ferrosa; Consiste principalmente em uma mistura dourada de cobre e estanho (estátua na imagem acima). O cobre na liga se oxida e forma CuO, um composto que escurece sua superfície dourada. Em ambientes úmidos, o CuO hidrata e absorve dióxido de carbono e sais para formar compostos verde-azulados.

Por exemplo, a Estátua da Liberdade é coberta por camadas de carbonatos de cobre (CuCO₃) conhecido como pátina. Em geral, todos os metais enferrujam. Dependendo da estabilidade de seus óxidos, eles protegem as ligas em maior ou menor grau contra a corrosão e fatores externos.

Estrutura

O ferro é apenas um de todos os metais da natureza, portanto, as estruturas e ligas dos metais não ferrosos são mais diversas.

No entanto, em condições normais, a maioria dos metais tem três estruturas cristalinas estabelecidas por suas ligações metálicas: hexagonal compacto (hcp), cúbico compacto (ccp) e cúbico centrado no corpo (bcc).

Hex compacto (hcp)

Nesta estrutura, os átomos metálicos são acondicionados em forma de prisma hexagonal, aproveitando assim todos os espaços.

De todas as estruturas esta é a mais densa, então pode-se esperar que os metais que a possuem sejam da mesma forma. Neste, todos os átomos são rodeados por doze vizinhos.

Exemplos

- Titânio (Ti).

- Zinco (Zn).

- Magnésio (Mg).

- Cádmio (Cd).

- Cobalto (Co).

- Rutênio (Ru).

- Ósmio (Os).

- Metais alcalino-terrosos (com exceção do bário e do frâncio).

Cúbico compacto (ccp)

Essa estrutura cristalina é menos densa que hcp e, nela, cada átomo é cercado por doze vizinhos.

Aqui, os interstícios (espaços vazios) são maiores do que no caso do hcp, portanto, esses metais podem conter nessas moléculas e pequenos átomos (como o hidrogênio molecular, H₂).

Exemplos

- Alumínio (Al).

- Níquel (Ni).

- Prata (Ag).

- Cobre (Cu).

- Ouro (Au).

- Ródio (Rh).

- Iridium (Go).

Cúbico centrado no corpo (bcc)

Das três estruturas, esta é a menos densa e compacta, sendo ao mesmo tempo a que apresenta os interstícios de maior volume.

Portanto, ele acomoda mais facilmente pequenas moléculas e átomos. Da mesma forma, neste cubo cada átomo está rodeado por oito vizinhos.

Exemplos

- Vanádio (V).

- Nióbio (Nb).

- Cromo (Cr).

- Metais alcalinos.

- Tungstênio (W).

Além disso, existem outras estruturas, como a cúbica simples e as mais complexas, que consistem em arranjos menos densos ou distorcidos das três primeiras. No entanto, as estruturas cristalinas acima se aplicam apenas a metais puros.

Em condições de impureza, alta pressão e temperatura, esses arranjos são distorcidos e, quando são componentes de uma liga, interagem com outros metais para gerar novas estruturas metálicas.

Na verdade, o conhecimento e a manipulação exatos desses arranjos permitem o projeto e a fabricação de ligas com as propriedades físicas desejadas para um determinado propósito.

Tipos

Em termos muito gerais, os metais não ferrosos podem ser classificados em três tipos: pesados (chumbo), leves (cobre e alumínio) e ultraleves (magnésio). Por sua vez, estes são divididos em duas subclasses: aqueles com pontos de fusão médios e aqueles com pontos de fusão altos.

Outros tipos de metais não ferrosos correspondem a metais nobres (ou preciosos). Exemplos desses são metais com estruturas ccp (exceto alumínio, níquel e outros).

Da mesma forma, os metais de terras raras são considerados não ferrosos (cério, samário, escândio, ítrio, túlio, gadolínio, etc.). Por último, os metais radioativos também contam como não ferrosos (polônio, plutônio, rádio, frâncio, astato, radônio, etc.).

Características e propriedades

Embora as características e propriedades dos metais variem em seus estados puros e nas ligas, eles apresentam generalidades que os diferenciam dos metais ferrosos:

- São maleáveis e excelentes condutores elétricos e térmicos.

- Eles são menos afetados por tratamentos térmicos.

- Possuem maior resistência à oxidação e corrosão.

- Não apresentam tanto paramagnetismo, o que permite que sejam materiais utilizados para aplicações eletrônicas.

- Seus processos de fabricação são mais fáceis, incluindo fundição, soldagem, forjamento e laminação.

- Possuem colorações mais atraentes, pelo que encontram utilizações como elementos decorativos; além disso, são menos densos.

Algumas de suas desvantagens em relação aos metais ferrosos são: baixa resistência, altos custos, menores demandas e menor abundância mineralógica.

Exemplos

Na indústria metalúrgica existem muitas opções na fabricação de metais não ferrosos e ligas; os mais comuns são: cobre, alumínio, zinco, magnésio, titânio e as superligas à base de níquel.

Cobre

O cobre tem sido utilizado em uma ampla variedade de aplicações devido às suas propriedades vantajosas, como sua alta condutividade térmica e elétrica.

É forte, maleável e dúctil, por isso muitos designs práticos podem ser obtidos a partir dele: de cachimbos a potes e moedas. Também tem sido usado para reforçar a quilha de navios e tem muita utilidade na indústria elétrica.

Embora em estado puro seja muito macio, suas ligas (entre estes latão e bronze) são mais resistentes e são protegidas por camadas de Cu₂O (ferrugem avermelhada).

Alumínio

É um metal considerado leve devido à sua baixa densidade; tem alta condutividade térmica e elétrica, e é resistente à corrosão graças à camada de Al₂OU₃ que protege sua superfície.

Pelas suas propriedades, é um metal ideal principalmente na aeronáutica, na indústria automotiva e de construção, entre outras.

Zinco e magnésio

Ligas de zinco (como KAYEM, com 4% de alumínio e 3% de cobre em massa) são usadas para a fabricação de peças fundidas complexas. Destina-se a obras de construção e engenharia.

No caso do magnésio, suas ligas têm aplicações em arquitetura, bem como em caixas de bicicletas, em parapeitos de pontes e em estruturas soldadas.

Também encontra uso na indústria aeroespacial, em máquinas de alta velocidade e em equipamentos de transporte.

Titânio

O titânio forma ligas ligeiramente leves. São superresistentes e protegidos da corrosão por uma camada de TiO₂. Sua extração é cara e apresenta estrutura cristalina bcc acima de 882 ºC.

Além disso, é biocompatível, podendo ser utilizado como material para próteses e implantes médicos. Além disso, o titânio e suas ligas estão presentes em máquinas, na marinha, em componentes de jato e em reatores químicos.

Superligas

As superligas são fases sólidas muito resistentes compostas por níquel (como metal base) ou cobalto.

Eles são usados como palhetas em turbinas e motores de aeronaves, em materiais de reatores que resistem a reações químicas agressivas e em equipamentos de troca de calor.

Referências

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