METALE 3.1. PROPRIETĂŢI FIZICO-CHIMICE MECANICE TEHNOLOGICE ► Din punctul de vedere al caracteristicilor, metalele şI aliajele au anumite proprietăţi care pot fi clasificate în: mecanice, fizico-chimice şi tehnologice. ► Proprietăţile materialelor metalice sunt determinate de structura cristalină. ► Proprietăţile oricărui marterial metalic pot fi modificate prin modificarea structurii cristaline care se poate realiza prin deformare plastică sau prin tratament termic. METALE 3.1. PROPRIETĂŢI FIZICO-CHIMICE 1. Proprietăţi optice 2. Densitate 3. Fuzibilitate 4. Dilatare termică 5. Conductibilitate electrică 6. Conductibilitate termică 7. Proprietăţi magnetice 8. Refractaritate 9. Rezistenţă chimică MECANICE TEHNOLOGICE 1. Rezistenţă mecanică 2. Elasticitate 3. Plasticitate 4. Duritate 5. Rezilienţă -tenacitate -fragilitate 6. Rezistenţă la oboseală 1. Capacitate de turnare 2. Forjabilitate 3. Uzinabilitate 4. Sudabilitate 5. Ductilitate 6. Maleabilitate 7. Călibilitate III.3.2.

PROPRIETĂŢI  UTILIZĂRI Metalele au conductibilitate electrică (proprietate fizică), deci pot fi utilizate sub formă de conductori electrici. Pentru aceasta, metalul respectiv trebuie să posede plasticitate (proprietate mecanică) ca să permită să fie tras în fire (proprietate tehnologică). Proprietăţile metalelor determină domeniul de utilizare. Avem nevoie de foaie subţire metalică. Pentru aceasta, utilizăm un metal care poate fi tras în foi. Capacitatea tehnologică a metalului de a se trage în foi se numeşte maleabilitate. Deci alegem un metal maleabil. Ca metalul să fie maleabil, el trebuie să fie plastic. Plasticitatea este capacitatea unui metal de a se deforma sub acţiunea unei forţe şi de nu a mai reveni la forma iniţială după înlăturarea forţei. Metalele se aleg în funcţie de proprietăţile acestora. III.3.3. 3.3.

PROPRIETĂŢI FIZICO- CHIMICE  Proprietăţile fizico – chimice sunt însuşirile care determină relaţiile metalelor cu mediul înconjurător.  Proprietăţile fizice includ comportarea electrică, magnetică, optică, termică şi elastică.  Proprietăţile fizico-chimice depind atât de structură cât şi de modul de procesare al materialului. III.3.4.

1. Proprietăţi optice CULOARE. Marea majoritate a OPACITATEA este determinată de faptul că undele luminoase lovind electronii mobili din metal sunt amortizate şi nu sunt transmise mai mai departe. Printr-un corp opac nu poate trece lumina. LUCIUL METALIC se observă pe suprafeţele proaspăt tăiate ale metalelor şi aliajelor lor, ca urmare a opacităţii lor şi a reflectării razelor luminoase. Luciul metalic se accentuează prin lustruire mecanică, dar dispare cu timpul ca urmare a reacţiilor cu atmosfera înconjurătoare; fac excepţie metalele nobile: platină, aur şi argint. Lipsit de transparenţă CULOARE. Marea majoritate a metalelor în stare compactă reflectă aproape în întregime toate radiaţiile din domeniul vizibil şi din această cauză sunt albe-argintii. Datorită proprietăţii de absorbţie selectivă, câteva metale sunt însă colorate: - cuprul este roşu-arămiu, - aurul este galben 3.4. III.3.5.

Click aici pentru răspuns. 2. Densitatea Greutatea specifică (sau densitatea) a unui corp este masa unităţii sale de volum. Ea se măsoară în [g/cm³] sau [Kg/m³]. Pentru a înţelege ce este greutatea specifică, putem cântări cuburi cu latura de 1 cm din diverse metale şi vom observa că vor cântări diferit, cu toate că avem acelaşi volum de 1 cm³ pentru fiecare material ales. Al Cu  După densitate, metalele se împart în metale grele şi metale uşoare.  Litiul este cel mai uşor metal.  Osmiul este cel mai greu metal. Indicaţi relaţia dintre următoarele unităţi de măsură pentru densitate: g/cm ; kg/dm ; kg/m 3  1 g/cm = 1kg/dm =1000 kg/m 3 Comparaţi densităţile aluminiului şi cuprului conform cântăririi din imagine. Click aici pentru răspuns. III.3.6.

Completează portofoliul cu graficul întocmit de tine. EXERCIŢII Ordonaţi crescător metalele din diagramă după densitatea acestora. Alegeţi din diagramă metalele grele. Alegeţi din diagramă metalele uşoare. 3 Completează portofoliul cu graficul întocmit de tine. III.3.7.

 foarte greu fuzibile (ex.:niobiul se topeşte la 2502° C) 3. FUZIBILITATEA Fuzibilitatea este proprietatea metalelor de a se topi. Fiecare metal se topeşte la o temperatură fixă, iar aliajele se topesc într-un interval de temperatură datorită temperaturilor de topire diferite ale elementelor de aliere. În funcţie de temperatura de topire, metalele sunt:  uşor fuzibile (ex.:sodiul se topeşte la 980°C)  greu fuzibile (ex.:cuprul se topeşte la 1083°C)  foarte greu fuzibile (ex.:niobiul se topeşte la 2502° C) III.3.8.

EXERCIŢII Ordonţi crescător metalele din diagramă după temperatura de topire a acestora. Alegeţi din diagramă metalele foarte greu fuzibile. Alegeţi din diagramă metalele uşor fuzibile. o Completează portofoliul cu graficul întocmit de tine. Prezintă-l pe format A4 cu indicator. III.3.9.

Aparat pentru determinare 4. DILATAREA TERMICĂ  Dilatarea termică este proprietatea pe care o au metalele de a-şi mări dimensiunile atunci când se încălzesc.  Mărirea dimensiunilor liniare depinde de coeficientul de dilatare liniară () care se exprimă în [grd ]. Coeficientul de dilatare  indică cu cât creşte în lungime o bară de 1 m , atunci când se încălzeşte cu 1°C.  Mărirea dimensiunilor de volum este proporţională cu coeficientul de dilatare volumică = , care este de 3 ori mai mare decât  ( = 3). -1 Aparat pentru determinare dilatare termică Tija metalică este plasată deasupra unui rezervor ce se umple cu spirt şi i se dă foc pentru a încălzi bara. Expansiunea liniară este măsurată în capătul tijei şi indicată pe panou.  Comentaţi imaginile. III. 3.10.

5. CONDUCTIBILITATE ELECTRICĂ  Conductibilitatea electrică este proprietatea metalelor de a conduce curentul electric, fiind caracterizată de mărimea numită conductivitate electrică. Conductivitatea electrică este mărimea fizică prin care se caracterizează capacitatea unui material de a permite transportul sarcinilor electrice atunci cînd este plasat într-un cîmp electric. Mărimea inversă conductivităţii este rezistivitatea electrică, cu simbolul ρ şi unitatea de măsură ohm · metru (Ω·m). Rezistenţa electrică a unui conductor este direct proporţională cu lungimea sa, cu rezistivitatea electrică ρ şi invers proporţională cu aria secţiunii sale. Cuprul este un metal cu rezistivitate electrică mică din care se confecţionează rezistori cu rezistenţa electrică mică. Crom-nichelul e un aliaj cu rezistivitate electrică mare din care se confecţionează rezistori cu rezistenţa electrică mare.  Comentaţi imaginile. III.3.11.

CONDUCTIVITATE şi REZISTIVITATE ELECTRICĂ Metalele prezintă o conductibilitate de natură electrică, rezistivitatea lor creşte odată cu creşterea temperaturii, iar sub acţiunea curentului electric ele nu suferă modificări de structură. Metalele şi aliajele sunt folosite în electrotehnică şi se împart în două categorii: -metale şi aliaje de înaltă conductivitate electrică: Ag, Cu, Al, Au, Pt, alamă, bronz, duraluminiu care se folosesc pentru linii electrice, conductoare de bobinaj etc. -metale şi aliaje de înaltă rezistivitate, care se utilizează pentru rezistoare, elemente de încălzire electrică, rezistenţe de precizie. Cele mai utilizate sunt aliaje: manganină, constantan, nichelină, alpaca, nicrom, kanthal.  Identificaţi imaginile. III.3.12.

6. CONDUCTIBILITATE TERMICĂ  este proprietatea metalelor de a mijloci propagarea căldurii din aproape în aproape, de la o regiune cu o anumită temparatură spre o zonă cu o temperatură mai coborâtă.  se caracterizează prin conductivitate termică =  [W/(m·K)].  Conductivitatea termică reprezintă conductibilitatea termică a unui corp omogen şi izotrop în care o variaţie de temperatură termodinamică de 1K produce un flux termic de 1 W între două plane paralele care au , fiecare, aria de 1 m² şi sunt situate la distanţa de 1 m unul de celălalt.  Dispozitiv pentru determinarea conductivităţii termice Comentaţi imaginile. Aparatul constă din 4 lamele metalice din metale diferite montate pe un suport. Fiecare lamelă metalică este prevazută cu un indicator pentru a arăta variaţiile de temperatură de-a lungul fiecărei tije cand aceasta este încălzită.  Cea mai mică conductivitate termică: bismut, mangan  Cea mai bună conductivitate termică: argint, cupru, aurul, aluminiu III.3.13.

Compararea conductibilităţii termice şi conductibilităţii electrice a metalelor Un conductor electric bun are rezistivitatea electrică mică (adică el nu se opune trecerii curentului electric). Un material cu conductibilitate termică bună, are conductivitatea termică mare. III.3.14.

PORTOFOLIU  Întocmiţi o listă cu metalele neferoase din diagrame, ordonându-le descrescător după conductibilitatea electrică.  Ordonaţi crescător metalele menţionate după conductibilitatea termică.  Completaţi lista cu alte metale cunoscute.  Întocmiţi o listă cu metalele întâlnite la voi în casă.  Grupaţi metalele din diagrame în metale uşor fuzibile şi greu fuzibile.  Grupaţi metalele din diagrame în metale uşoare şi metale grele. III.3.15.

7. PROPRIETĂŢI MAGNETICE  Pentru determinarea stării de magnetizare a corpurilor, acestea se introduc într-un câmp magnetic de intensitate H[A/m] şi inducţie magnetică B[T]. B=  H  Materialele sunt caracterizate de constanta de material numită permeabilitate magnetică relativă r. unde:  este permeabilitatea absolută o este permeabilitatea absolută a vidului. r =  / o În funcţie de valoarea permeabilităţii magnetice relative, materialele se clasifică astfel: DIAMAGNETICE slab respinse de câmpul magnetic (r<1) PARAMAGNETICE slab atrase de câmpul magnetic (r >1) FEROMAGNETICE puternic atrase de câmpul magnetic (r>>1) EXEMPLE EXEMPLE EXEMPLE Bi Cu Al K Mg Pt Co Gd Cr Mn Fe Ni Zn Au Ag Completaţi cu alte exemple fiecare categorie. III.3.16.

8. REFRACTARITATEA acţiunea temperaturilor înalte, fără să-şi schimbe  Proprietatea materialelor solide de a rezista sub acţiunea temperaturilor înalte, fără să-şi schimbe compoziţia, fără a se sfărâma, fără să se înmoaie sau să se topească.  Se exprimă prin temperatura la care începe înmuierea materialului prin comparaţie cu anumite materiale etalon. Refractalloy =aliaj refractar 30%Co, 20%Cr, 10%Mo, 5% W. Se utilizează sub formă de piese de turbine la motoare cu reacţie, rachete. Wolfram Reniu Tantal Molibden III.3.17.

9. REZISTENŢA CHIMICĂ Coroziunea este un proces nedorit Rezistenţa la coroziune este proprietatea materialelor metalice de a rezista la acţiunea unor agenţi chimici din mediul înconjurător (aer, apă, gaze industriale etc.). Coroziunea este procesul de degradare lentă şi progresivă a metalelor şi aliajelor de la suprafaţă spre interior, sub acţiunea mediului înconjurător.  După mecanismul procesului de corodare există: - coroziune chimică determinată de contactul metalului cu gazele uscate - coroziune electrochimică determinată de contactul matalului cu electroliţi (ex.:umezeală) . Coroziunea este un proces nedorit prin care multe metale cu potenţiale de oxidare pozitive sau slab negative sunt transformate în compuşi ai lor. Bine cunoscută şi deosebit de păgubitoare pentru economie este ruginirea ferului . III.3.18.

Click pe fiecare hexagon pentru verificarea răspunsului. EXERCIŢII PLATINĂ Care este metalul cel mai greu fuzibil (temperatura de topire mare)? STANIU PLATINĂ Care este metalul cel mai greu (densitatea cea mai mare)? 4. Care este metalul cel mai uşor fuzibil (temperatura de topire mică)? 1. 7. MAGNEZIU Care este metalul cel mai uşor (densitatea cea mai mică)? 5. ARGINT Care este cel mai bun conductor electric? Care este următorul conductor electric după argint? CUPRU 2. 8. ARGINT Care este cel mai bun conductor termic? 6. TITAN TITAN Care metal are conductibilitatea termică mică? Care metal are conductibilitatea electrică mică? 9. 3. Click pe fiecare hexagon pentru verificarea răspunsului. III.3.19.

EXERCIŢII P O P T I C E C O R Z I U N E R C O N D U T I B L A E O P O Completaţi aritmograful conform definiţiilor 1. Culoarea, luciu şi opacitatea sunt proprietăţi… P O P T I C E 2. Ruginirea fierului este o formă de……. C O R Z I U N E R 3. Argintul are …. electrică şi termică cea mai bună. C O N D U T I B L A E O 4. Prin metale nu trece lumina, având proprietatea de… P O P A C I T E R E F A C T I R 5. Wolframul are cea mai bună… 6. Proprietatea de a se topi se numeşte…. F U Z I B L T A E I 7. Masa unităţii de volum se numeşte… E D E N S I T A 8. Capacitatea metalelor de a-şi mări dimesiunile la încălzire se numeşte T D I L A T R E 9. Metalele au….. de la gri deschis la cenuşiu închis. C U L O A R E A 10. Proprietatea metalelor de a atrage pilitura de fier este numită… T M A G N E T I S 11. Metalele în spartură prezintă…… metalic. L U C I I F I Z C O - H M E Pentru răspuns faceţi click pe definiţie . III.3.20.

F. Proprietatea unui metal de a transmite căldură. EXERCIŢII Faceţi corespondenţa dintre cele două coloane. PROPOZIŢII CARACTERISTICE Proprietăţi fizice A. Proprietatea unui metal de a se topi. B. Masa unităţii de volum [g/cm³]. Luciu Culoare Densitate Fuzibilitate Conductibilitate termică 6. Conductibilitate electrică Magnetism Dilatare termică C. Proprietatea unui metal de a rezista la temperaturi ridicate. D. Proprietatea metalului de a conduce curentul electric. E. Proprietatea unui metal de a-şi mări dimensiunile odată cu creşterea temperaturii. F. Proprietatea unui metal de a transmite căldură. G. Proprietatea unui metal de a străluci în spărtură. Click pe fiecare propoziţie caracteristică pentru verificarea răspunsului. H. De la alb la cenuşiu, excepţie făcând cuprul (roşcat) şi aurul (galben). I. Proprietatea unor metale de a atrage pilitura de fier. III.3.21.