Materiali

I METALLI

di

TRIOLO LUCA

1^ C A.S. 2015/2016

INDICE

La storia dei metalli

Le proprietà dei metalli

Metalli comuni e metalli nobili

Il ferro e le sue leghe

Il rame e le sue leghe

La lavorazione dei metalli

Usi dei materiali metallici

Lo smaltimento e il riciclaggio

Le miniere

L'acciaieria

Ilva di Taranto

                                                                                 

LA STORIA DEI METALLI

Durante tutto il Paleolitico e buona parte del Neolitico, il materiale più usato fu la pietra.

Gli oggetti in pietra erano però di difficile lavorazione: bisognava essere abili artigiani per fabbricare punte di freccia, mazze, scalpelli o altri oggetti. Inoltre, se rotti, i manufatti non potevano più essere riparati e la tipologia di oggetti che era possibile costruire era limitata.

Verso il 4000 a.c. alcuni artigiani scoprirono che alcune "pietre", se riscaldate al punto giusto, si liquefacevano: fu così che l'uomo venne a contatto con i metalli.

Il primo metallo ad essere usato fu il rame che, in quell'epoca, era nativo cioè puro. Verso il 3000 a.c. però il rame nativo si esaurì e fu necessario utilizzare rocce che contenevano, oltre al rame, altri minerali.

LE PROPRIETÀ DEI METALLI

·       Proprietà fisico-chimiche (aspetto e struttura interna)

1.    Colore e lucentezza

2.    Densità e peso specifico

3.    Conducibilità termica ed elettrica

4.    Inalterabilità

5.    Punto di fusione

6.    Dilatazione termica

·       Proprietà meccaniche (resistenza)

1.    Resistenza alla trazione

Resistenza alla sollecitazione che tende ad allungare un corpo metallico.

2.    Resistenza alla compressione

Resistenza alla sollecitazione che tende a schiacciare il corpo metallico.

3.    Resistenza alla flessione

Resistenza alla sollecitazione che tende a flettere il corpo.

4.    Resistenza alla torsione

Resistenza alla sollecitazione che tende a torcere il corpo metallico.

5.    Resistenza al taglio

Resistenza alla sollecitazione che tende a separare due parti vicine di materiale, facendole scorrere in direzioni opposte.

6.    Elasticità

Attitudine ad assumere nuovamente la forma iniziale, dopo essere stato deformato da una forza esterna.

7.    Durezza

Capacità di un materiale di opporsi alla penetrazione di corpi esterni.

8.    Tenacità

Esprime la possibilità di resistere agli urti senza subire rotture.

·       Proprietà tecnologiche (lavorabilità)

1.    Fusibilità

Indica la possibilità di ottenere fusioni del materiale metallico a temperature non eccessivamente elevate.

2.    Malleabilità

Indica l’idoneità di un materiale metallico a subire deformazioni plastiche permanenti sia a caldo sia a freddo.

3.    Duttilità

È l’attitudine di un materiale metallico ad essere tirato in fili sottili.

4.    Saldabilità

È l’attitudine dei materiali metallici ad essere facilmente saldati con pezzi di altri materiali

METALLI COMUNI E METALLI NOBILI

I metalli comuni sono i metalli più usati come lo Zinco, il Piombo, lo Stagno e il Cromo.

I metalli nobili sono i metalli più preziosi e rarefatti come l’Oro, l’Argento, il Platino e il Titanio.

IL FERRO E LE SUE LEGHE

Il ferro ha solamente due leghe ovvero la Ghisa che è composta da ferro e carbonio. La Ghisa fonde a 1110°C. L’Acciaio è composto da ferro e carbonio e ha una grande resistenza.

 

IL RAME E LE SUE LEGHE

Il Rame è un ottimo conduttore. Le sue leghe sono le seguenti:

LA LAVORAZIONE E LA PRODUZIONE DEI METALLI

I metalli si possono lavorare per la lavorazione per fusione, per la lavorazione per deformazione plastica e per la lavorazione con asportazione di truciolo.

I momenti essenziali della lavorazione dei metalli sono i seguenti:

·       L’arricchimento consiste in una serie di trattamenti meccanici.

·       L’estrazione che si tratta di un procedimento che avviene nei forni.

In fine la raffinazione che è un trattamento supplementare che serve a eliminare le impurità residue.

USI DEI MATERIALI METALLICI

Attualmente i materiali metallici vengono usati per costruire gli infissi, degli arredamenti, alcuni soprammobili, certi armadietti, delle viti ecc.

Invece nel medioevo, il metallo veniva usato per costruire delle spade, degli scudi,molte altre armi ecc.

LO SMALTIMENTO E IL RICICLAGGIO DEI METALLI

I metalli sono riciclabili al 100% e nella raccolta differenziata vanno gettati nel sacco giallo insieme alla plastica. Il riciclaggio dei metalli consiste nella rifusione d’oggetti metallici già utilizzati per ottenere altro metallo.

Questo processo si può ripetere all'infinito ed ogni volta si ottiene un materiale detto metallo secondario.

La prima fase è la rifusione che consiste nel mettere gli oggetti da riciclare in un forno per farli fondere. Il metallo liquido viene colato nelle lingottiere dove solidifica in lingotti.

La seconda fase è quella della laminazione che consiste nel lavorare il lingotto in laminatoio.

I METALLI E LE MINIERE

Le miniere comportano dei gas nocivi che e possono causare terribili esplosioni. Tra i principali gas pericolosi per le miniere c’è il grisù e  l'ossido di carbonio, questi, sono dei gas composti per gran parte di metano, che miscelato con l'aria, può provocare esplosioni come l'ossido di carbonio.

L’ACCIAIERIA

L’acciaieria è un impianto siderurgico dove avvengono tutti i passaggi che dal minerale di ferro portano all’acciaio.

Il principale problema dell’acciaieria è l’inquinamento con l’emissione nell’aria di grandi quantità di sostanze considerate cancerogene, dannose all’organismo e all’ambiente.

L’ILVA DI TARANTO

L’Ilva di Taranto è la più grande acciaieria d’Europa ed è stata fondata nel 1961.

L’Ilva ha portato alla società più danni che benefici: ha avvelenato l’aria, il mare e la terra di Taranto e ha causato migliaia di malattie e di morti.

La zona, inoltre, è stata contaminata ed ha messo in seria difficoltà molti altri settori, ad esempio quelli dell’agricoltura, dell’ittica e del turismo. Tutto ciò allo scopo di produrre l’acciaio.

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Le proprietà dei materiali

Gli esperimenti

PRIMO ESPERIMENTO

Il peso specifico

Nella prima osservazione abbiamo preso diversi materiali tutti aventi una forma di parallelepipedo.

Questi parallelepipedi avevano tutti lo stesso volume.

Noi ci proponevamo di osservare se oltre ad avere lo stesso volume avessero anche lo stesso peso.

Per prima cosa li abbiamo messi in ordine dal più leggero al più pesante usando come bilancia le nostre mani, nel seguente ordine :

-          polistirolo

-          legno “ chiaro ”

-          legno “ scuro ”

-          plastica

-          argilla

-          ceramica

-          alluminio

-          ferro

Dopo, usando una bilancia per vedere se li avevamo messi in ordine in modo corretto, abbiamo costatato:

-          polistirolo = < 1 g

-          legno “ chiaro ” = 15 g

-          legno “ scuro ” = 33 g

-          plastica = 57 g

-          argilla = 85 g

-          ceramica = 87 g

-          alluminio = 111 g

-          ferro = 313 g

A questo punto, conoscendo il peso e il volume potevamo calcolare un’altra grandezza :

la densità = peso/volume

facendo un esempio = calcoliamo la densità del ferro : misurando la lunghezza, la larghezza e l’altezza cioè, volume = 10 x 4 x 1 = 40cm3

313g/40cm3 = 7,8

SECONDO ESPERIMENTO

La conducibilità elettrica

Nella seconda osservazione ci proponevamo di dimostrare, usando gli stessi materiali, se erano buon conduttori o cattivi conduttori di elettricità.

Per prima cosa ci sono stati dati : due cavi con alle estremità due morsetti a coccodrillo per ogni cavo, una pila di forma cilindrica e una lampadina. Dopo aver costruito il nostro circuito elettrico ci abbiamo inserito all’interno prima il parallelepipedo di ferro e poi quello di alluminio e abbiamo notato che sono buoni conduttori perché la lampadina si è accesa ; mentre quando abbiamo provato con il polistirolo, il legno “ chiaro ”, il legno “ scuro ”, la ceramica, la plastica e l’argilla, la lampadina non si è accesa e ci ha fatto capire che sono cattivi conduttori.

TERZO ESPERIMENTO

La conducibilità termica

Nella terza osservazione ci proponevamo di  verificare se gli stessi materiali erano buoni o cattivi conduttori di calore

Toccando con le mani i vari materiali, abbiamo constatato che  il polistirolo  ci sembrava il più caldo e il ferro  il più freddo. Con  un termometro abbiamo misurato la temperatura dei due materiali scoprendo che per entrambi era la stessa :

- ferro = 23,5 °C

- polistirolo = 23,5 °C

Allora ci siamo chiesti come mai ci sembravano uno più caldo e l’altro più freddo e siamo arrivati a questa conclusione:

 il ferro sembrava più freddo perchè assorbiva dalle nostre mani il calore e ci dava la sensazione che era freddo; mentre nel polistirolo sembrava caldo perché non assorbiva il calore dalle nostre mani .

Successivamente abbiamo appoggiato dei pezzetti di ghiaccio sui due materiali

 Notando che il ghiaccio posto sul ferro si  scioglieva molto prima di quello posto sul polistirolo.

Conclusione: Il ferro , essendo un buon conduttore,  trasmette più facilmente il calore assorbito dal tavolo e dall’ambiente all’oggetto con il quale viene a contatto  a differenza del polistirolo che, pur avendo la stessa temperatura del ferro, ma essendo un isolante , non trasmette il suo calore.

Ilaria Valsecchi

Rona Mae Dela Cueva

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