I metalli
I metalli si classificano in alcalini (litio, sodio, potassio, rubidio, cesio); in alcalino - terrosi (berillio, magnesio, calcio, stronzio, bario, radio); terrosi (boro, alluminio, gallio, indio, tallio) e in metalli pesanti, con più alto peso atomico, cui appartiene il rame, l'argento, l'oro, (primo gruppo); lo zinco, il cadmio, il mercurio (secondo gruppo); il germanio, lo stagno, il piombo (terzo gruppo) e di seguito quello del vanadio, quello del cromo, quello del manganese, quello cui appartiene il ferro, cobalto e nichel e quello del platino.
Metalli pesanti
I metalli pesanti, con aspetto lucente, talvolta affioranti dalla crosta terrestre, sono estratti a profondità variabili dalle miniere, per lo più in unione con sostanze diverse, dette ganghe, sotto forma di composti: ossidi, solfuri, carbonati, silicati, idrossidi … E’ raro trovarli allo stato puro. I metalli si contraddistinguono per alcune proprietà: conducibilità elettrica e termica, effetto fotoelettrico e termoionico. Infatti, applicando una piccola differenza di potenziale alle estremità di un conduttore, per esempio, di rame, si ha un passaggio di corrente. Allo stesso modo si può sperimentalmente verificare che i metalli sono i migliori conduttori di calore, che trasmettono in ogni parte della loro superficie. Irraggiando un metallo con luce di appropriata lunghezza d’onda o riscaldando un filo metallico si ha un’emissione di elettroni, con estrema facilità, soprattutto nel cesio, anche se è colpito da luce visibile. La metallurgia si occupa delle operazioni necessarie per l’estrazione di un metallo. L’arricchimento del minerale può eseguirsi in miniera con la cernita: separazione dei minerali più ricchi, rispetto ai più poveri; con la setacciatura, che si basa sulla differenza delle loro dimensioni e con la levigazione, che si basa sulla differenza della loro densità. L’estrazione del metallo può avvenire per via secca, umida ed elettrolitica. Ai procedimenti per ottenere i metalli si fanno precedere alcuni trattamenti: arricchimento e concentrazione e riscaldamento in contatto con l’aria (torrefazione e arrostimento) per ossidare i minerali, eliminare l’eccessiva umidità e gli elementi volatili nocivi, come zolfo e arsenico.
Estrazione dei metalli
Estrazione per via secca
Il metallo si ottiene dagli ossidi metallici, ridotti con carbone coke:
Sn O2 +2C=2 CO +Sn
Il metallo si separa dai solfuri metallici per arrostimento o torrefazione e poi per riduzione:
2ZnS + 3O2= 2ZnO +2SO2
ZnO + C=CO+Zn
Il metallo si ottiene eliminando lo zolfo, come anidride solforosa durante l’arrostimento. Si ottiene un ossido che poi si riduce con carbone.
Dagli ossidi metallici, ridotti con carbone coke, si ottiene il metallo:
Sn O2 +2C=2 CO +Sn
La calcinazione elimina l’anidride carbonica o l’acqua ai minerali sotto forma di ossidi idrati e carbonati, che trasformati in ossidi sono poi ridotti con carbone.
Estrazione per via umida
Con particolari reattivi il minerale è trasformato in sale solubile, da cui si separa Il metallo chimicamente o per elettrolisi.
Proprietà dei metalli
Dalle proprietà dei metalli ne dipendono le lavorazioni. Se ne elencano quelle da cui principalmente dipendono:
Proprietà fisiche
Densità.- E’ variabile, secondo il metallo. Il più leggero è il litio (0,7) e il più pesante è l’osmio (22.)
conducibilità termica ed elettrica. - I metalli sono buoni conduttori di calore ed elettricità. Con l'aumento della temperatura, al contrario dei semi metalli, diminuiscono la conducibilità elettrica di poco. I vari elementi metallici, secondo la struttura atomica, inoltre, possono avere comportamenti di metalli o no. Per esempio, lo stagno grigio è un semiconduttore ed è simile per struttura al germanio e al silicio, mentre quello bianco a temperature inferiori a +130 ha una struttura metallica, con le stesse proprietà dei metalli.
Proprietà meccaniche
Durezza.- Misura la resistenza dei metalli alla scalfittura. Alcuni sono durissimi, come per es. il cromo, al contrario del piombo che è molto tenero, lasciandosi scalfire dall’unghia. Oltre che con scala Mohs, la durezza si misura con il grado Brinell, che esprime il rapporto P/s, dato dalla pressione espressa in Kg, cui è sottoposta la sferetta e la superficie dell’impronta in mm.2. Il ferro è il metallo più tenace, al contrario del piombo che è il meno tenace .
Tenacità.- Si misura con i dinamometri ed esprime la resistenza, che oppone un filo, una sbarra, una lamiera ecc. alla rottura, sottoponendoli a trazione. Sul dinamometro si leggono i kg occorsi per la rottura, che si esprime in kg per mm.2.
Resistenza alla torsione, alla flessione, al taglio.- Sulla sbarretta in esame, si esercitano forze torcenti, flettenti e di taglio.
Elasticità.- E’ la proprietà di riprendere la forma primitiva, cessata la sollecitazione meccanica di deformazione. I metalli preziosi e il piombo sono poco elastici, al contrario di alcuni acciai.
Proprietà tecnologiche
Duttilità.- E’ la proprietà dei metalli di lasciarsi ridurre in fili. L’argento e il platino sono i metalli più duttili, tanto che si possono ridurre in fili sottilissimi senza rompersi, passati nelle filiere.
Malleabilità.- E’ la proprietà dei metalli di potersi ridurre in lamine. L’oro è il più malleabile tra tutti i metalli. Fogli sottilissimi di alluminio sono per es. utilizzati per avvolgere prodotti alimentari e quelli di altri metalli, come argento, stagno ecc. per rivestire altri metalli.
Fusibilità.-A temperature elevate, tutti i metalli fondono. Sono solidi, tranne il mercurio che è liquido a temperatura ordinaria. Lo stagno fonde alla temperatura più bassa e il platino fonde difficilmente.
La saldabilità.- E’ l'attitudine dei metalli di unirsi tra loro.