Metallo: differenze tra le versioni
Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
Nessun oggetto della modifica |
Riordino, amplio, correggo, preciso, aggiungo immagini e video. |
||
Riga 23:
== Caratteristiche ==
=== Caratteristiche cristallografiche ===
{|class="wikitable" align="right" style="margin: 0em 0em 1em 1em; font-size: 90%;"
!width="100px"|Cella elementare
!width="100px"|Numero di atomi per cella unitaria
!width="100px"|[[Numero di coordinazione (cristallografia)|Numero di coordinazione]]
!width="100px"|[[Fattore di impacchettamento atomico]]
|-align="center"
!CCC
|9
|8
|0,68
|-align="center"
!CFC
|14
|12
|0,72
|-align="center"
!EC
|17
|12
|0,72
|}
[[File:Gallium1 640x480.jpg|thumb|Cristalli di gallio.]]▼
La disposizione spaziale degli atomi dei metalli sono quelle tipiche dei [[cristallo|solidi cristallini]], ovvero gli atomi sono disposti secondo una disposizione geometrica regolare che si ripete indefinitamente nelle tre dimensioni spaziali (reticolo cristallino). Per ogni [[reticolo cristallino]] è possibile individuare una ''[[cella elementare]]'', cioè la più piccola parte del cristallo che, ripetuta nello spazio attraverso traslazioni, forma l'intero cristallo. Le più comuni celle elementari nel caso dei metalli sono:
I metalli tendono a cedere con facilità i propri [[elettrone|elettroni]] di valenza e a non tenersi quelli in eccesso per raggiungere la configurazione elettronica dei [[gas nobili]]: hanno cioè una bassa [[energia di ionizzazione]] e una scarsa [[affinità elettronica]].<ref name=Rol>{{Cita|Rolla|pp. 43-44}}</ref> Il contrario accade per i [[semimetallo|semimetalli]] ed a maggior ragione per i [[non metallo|non metalli]]. Quando più [[Atomo|atomi]] metallici si aggregano a formare una struttura cristallina quindi, gli elettroni di legame vengono condivisi tra tutti i partecipanti dando luogo ad [[orbitale molecolare|orbitali molecolari]] delocalizzati in tutto il solido. La delocalizzazione elettronica e l'elevato numero di oggetti presenti contribuisce a tenere insieme gli ioni costituenti, anche se l'[[energia di legame]] per atomo non è molto elevata; nel contempo, essa dà luogo alla sovrapposizione delle bande di energia, permettendo di conseguenza alle cariche di muoversi liberamente all'interno del metallo. Si parla per questo di ''gas di elettroni''. La disponibilità di tante cariche libere spiega bene l'ottima conducibilità elettrica e termica, insieme alla proprietà di assorbire e/o riflettere la [[luce]] valida anche per strati sottilissimi, di poche decine di atomi.▼
* la [[reticolo cubico a corpo centrato|cella cubica a corpo centrato]] (CCC): [[ferro]], [[tungsteno]] e [[molibdeno]];
* la [[reticolo cubico a facce centrate|cella cubica a facce centrate]] (CFC): [[rame]] e alcune sue leghe, [[acciaio]] austenitico, leghe di [[alluminio]] o di [[nichel]], [[piombo]], [[oro]] e [[argento]]
* la [[reticolo esagonale compatto|cella esagonale compatta]] (EC): [[magnesio]], [[cadmio]] e [[zinco]].<ref>{{Cita|Arduino|p. 316}}</ref>
<gallery>
File:Bismuth Crystals.JPG|Cristalli di bismuto
File:Gold-278451.jpg|Cristallo di oro
File:Silver crystal stereomicroscope 40X.jpg|Cristalli di argento al microscopio
File:Copper crystal - SEM MUSE.tif|Cristallo di rame al microscopio elettronico
</gallery>
==== Difetti del cristallo ====▼
{{vedi anche|Difetti dei cristalli}}▼
La ripetitività della [[struttura cristallina]] di un metallo è interrotta localmente da difetti che possono essere di vario genere.▼
* ''Difetti di punto'': sono le occasionali [[difetto di vacanza|vacanze]] (la cui concentrazione dipende dalla temperatura secondo un legame esponenziale), gli atomi sostituzionali o interstiziali (specie quando nelle [[soluzione (chimica)|soluzioni]] solide è notevole la differenza nelle dimensioni degli elementi componenti), gli atomi autointerstiziali (nel caso di atomi uguali a quelli del reticolo), i difetti di [[Frenkel]] (uno [[ione]] positivo lascia la sua posizione reticolare, creando così una [[vacanza]] [[catione|cationica]], per andare a formare uno ione interstiziale) e di [[Schottky]] (coppia di una vacanza anionica e cationica in un solido ionico).▼
* ''Difetti di linea'': separano parti che hanno subito lo slittamento da altre che non lo hanno subito. Accumulano tensione e per effetto dell'applicazione di sforzi tendono a moltiplicarsi. Sono detti [[dislocazione|dislocazioni]].▼
* ''Difetti di superficie'': ovvero i [[bordo di grano|bordi di grano]] presso i quali cambia interamente l'orientamento dei piani di reticolo da un grano all'altro.▼
* ''Difetti di volume'': le irregolarità nella sequenza ordinata dei piani cristallini nel metallo.▼
Poiché questi difetti influenzano enormemente il comportamento metallico sono estremamente importanti per la [[metallurgia]].▼
=== Proprietà meccaniche ===
[[File:Tensile test - steel sample.ogv|miniatura|300 px|destra|[[Prova di trazione]], la deformazione è dapprima plastica, poi elastica, infine si ha snervamento e rottura del provino. La rottura del provino in questo caso è di tipo duttile.]]
Sottoposto ad uno sforzo crescente, il metallo in un primo tempo si deformerà linearmente secondo la [[legge di Hooke]], dunque in maniera elastica: cessando lo sforzo applicatogli, il metallo tornerà alla forma originale.▼
L'aumentare dello sforzo oltre un certo limite imporrà in seguito una irreversibile deformazione plastica accompagnata dall'[[incrudimento]], cioè da un aumento progressivo del limite elastico del materiale e del valore della tensione di rottura. Se il valore teorico di energia necessario per deformare plasticamente un campione è notevolmente maggiore rispetto a quello in effetti necessario, ciò è dovuto alla presenza, nella realtà, di ''[[dislocazione|dislocazioni]]'', ossia di discontinuità di linea nella struttura cristallina che a seconda della forma sono dette a vite, a spigolo o miste.▼
A seconda della natura del metallo, esso potrà subire [[frattura (metallurgia)|fratture]] ''duttili'' o ''fragili''. Nel primo caso il metallo si deforma sensibilmente nel campo plastico, si verifica uno strizzamento a causa dei microvuoti venutisi a creare, e la superficie di frattura avrà una forma caratteristica a coppa cono. Nel secondo caso la frattura è improvvisa non appena oltrepassato il limite elastico, e la superficie di frattura è perpendicolare alla direzione dello sforzo, di aspetto brillante e cristallino.▼
=== Proprietà elettriche e termiche ===
▲I metalli tendono a cedere con facilità i propri [[elettrone|elettroni]] di valenza e a non tenersi quelli in eccesso per raggiungere la configurazione elettronica dei [[gas nobili]]: hanno cioè una bassa [[energia di ionizzazione]] e una scarsa [[affinità elettronica]].<ref name=Rol>{{Cita|Rolla|pp. 43-44}}</ref>
=== Proprietà chimiche ===
La maggior parte dei metalli tende a ossidarsi spontaneamente all'aria atmosferica, seppure il processo possa richiedere molto tempo per alcuni metalli e gli ossidi che si formano sono generalmente basici. Vi sono però alcuni metalli (in particolare [[cromo]], [[manganese]], [[molibdeno]] e [[vanadio]]) che quando assumono [[Stato di ossidazione|numeri di ossidazione]] molto elevati, formano ossidi a comportamento prettamente acido e possono conseguentemente formare [[Sale|sali]] ternari. Alcuni esempi sono:
* [[cromato|cromati]] (n.o.=+6), come il [[cromato di potassio]] (K<sub>2</sub>CrO<sub>4 </sub>);
* manganati (n.o.=+6), come il [[manganato di potassio]] (K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub>);
* [[permanganato|permanganati]] (n.o.=+7), come il [[permanganato di potassio]] (KMnO<sub>4</sub>);
* [[molibdato|molibdati]] (n.o.=+6), come il [[molibdato di sodio]] (Na<sub>2</sub>MoO<sub>4</sub>);
* vanadati (n.o.=+5), come il [[vanadato d'ammonio]] (NH<sub>4</sub>VO<sub>3</sub>).
Generalmente gli [[elemento chimico|elementi chimici]] metallici sono quasi tutti nella zona di transizione centrale della [[tavola periodica degli elementi|tavola periodica]], fra gli [[metalli alcalini|alcalino-terrosi]] e i [[Elementi del gruppo 16|calcogeni]]; sono quasi tutti di [[peso atomico]] medio o medio-alto; gli elementi metallici più leggeri possono essere portati allo stato metallico solo con difficoltà.
Line 87 ⟶ 128:
Metalli indicati come "pesanti" messi tipicamente in correlazione alla loro tossicità e bioaccumulazione nella catena alimentare sono: [[Mercurio (elemento chimico)|mercurio]], [[cromo]], [[cadmio]], [[arsenico]], [[piombo]]<ref name=meaningless /> e recentemente [[uranio]]<ref>[http://www.ieer.org/sdafiles/vol_5/5-2/deararj.html What is DUF6? Is it dangerous and what should we do with it?]</ref>.
▲== Difetti del cristallo ==
▲{{vedi anche|Difetti dei cristalli}}
▲La ripetitività della [[struttura cristallina]] di un metallo è interrotta localmente da difetti che possono essere di vario genere.
▲* ''Difetti di punto'': sono le occasionali [[difetto di vacanza|vacanze]] (la cui concentrazione dipende dalla temperatura secondo un legame esponenziale), gli atomi sostituzionali o interstiziali (specie quando nelle [[soluzione (chimica)|soluzioni]] solide è notevole la differenza nelle dimensioni degli elementi componenti), gli atomi autointerstiziali (nel caso di atomi uguali a quelli del reticolo), i difetti di [[Frenkel]] (uno [[ione]] positivo lascia la sua posizione reticolare, creando così una [[vacanza]] [[catione|cationica]], per andare a formare uno ione interstiziale) e di [[Schottky]] (coppia di una vacanza anionica e cationica in un solido ionico).
▲* ''Difetti di linea'': separano parti che hanno subito lo slittamento da altre che non lo hanno subito. Accumulano tensione e per effetto dell'applicazione di sforzi tendono a moltiplicarsi. Sono detti [[dislocazione|dislocazioni]].
▲* ''Difetti di superficie'': ovvero i [[bordo di grano|bordi di grano]] presso i quali cambia interamente l'orientamento dei piani di reticolo da un grano all'altro.
▲* ''Difetti di volume'': le irregolarità nella sequenza ordinata dei piani cristallini nel metallo.
▲Poiché questi difetti influenzano enormemente il comportamento metallico sono estremamente importanti per la [[metallurgia]].
▲Sottoposto ad uno sforzo crescente, il metallo in un primo tempo si deformerà linearmente secondo la [[legge di Hooke]], dunque in maniera elastica: cessando lo sforzo applicatogli, il metallo tornerà alla forma originale.
▲L'aumentare dello sforzo oltre un certo limite imporrà in seguito una irreversibile deformazione plastica accompagnata dall'[[incrudimento]], cioè da un aumento progressivo del limite elastico del materiale e del valore della tensione di rottura. Se il valore teorico di energia necessario per deformare plasticamente un campione è notevolmente maggiore rispetto a quello in effetti necessario, ciò è dovuto alla presenza, nella realtà, di ''[[dislocazione|dislocazioni]]'', ossia di discontinuità di linea nella struttura cristallina che a seconda della forma sono dette a vite, a spigolo o miste.
▲A seconda della natura del metallo, esso potrà subire [[frattura (metallurgia)|fratture]] ''duttili'' o ''fragili''. Nel primo caso il metallo si deforma sensibilmente nel campo plastico, si verifica uno strizzamento a causa dei microvuoti venutisi a creare, e la superficie di frattura avrà una forma caratteristica a coppa cono. Nel secondo caso la frattura è improvvisa non appena oltrepassato il limite elastico, e la superficie di frattura è perpendicolare alla direzione dello sforzo, di aspetto brillante e cristallino.
== Fenomeni degenerativi ==
| |||