Metale Magnetice

Metale Magnetice

Oxidul Feric

Oxidul feric (Fe O ) este cel mai comun oxid al fierului si se gaseste in natura sub forma de minereu de fier numit hematina.El se formeaza si prin actioune lenta a agentilor atmosferici asupra fierului metalic.

Chimic pur se prepara prin calcinare precipitatului de hidroxid feric Fe(OH) ,iar industrial prin cacinarea sarurilor de fier cu usoara tendinta de

decosompunere. Oxidul feric este opac pentru radiatii ultraviolete si infrarosii, proprietate ce isi gaseste aplicatii la fabricarea geamurilor termoabsorbante.

Oxidul de fier se gaseste sub doua forme polimorfe:

-a-Fe O ,care este forma cristalina pentru temperaturi inalte; cristalizeaza romboedric.La temperaturi inalte (650 C) se descompune in oxid feroferic (magnetic) Fe O si oxigen, cu mare degajare de caldura:

La temperaturi inalte (1100-1200 C) reactioneaza cu CaO si Al O ,dind feriti si feritialuminati de calciu, cpmpusi intilniti in ciment si materiale refractare.

-g-Fe O ,care reprezinta modificatia cubica a oxidului feric,se obtine prin

dehidratarea lenta a Fe(OH) .Pastrat mai mult timp la temperatura ordinara,forma

g-Fe O trece in forma a-Fe O .Aceasta trecere se face mult mai usor la 500 C.De mentionat ca forma g prezinta propeietatea magnetice ca si Fe O

Fierul

Fierul este un metal de culoare cenusie, relativ greu (7860 kg/m3),moale (duritate 60..70 HB),cu rezistenta mecanica medie (Rm=200..250 N/mm2) plasticitate buna(As=50%) si rezilienta buna (KCU=200..250 J/cm2).Temperatura de topire a fierului este de 1539 C si cea de fierbere de 2880 C.

La tempertura ambianta, fierul are reteaua cristalina de tipul cub cu volum centrat si este feromagnetic. Prin incalzire la 910 C, fierul isi modifica reteaua cristalina din cub cu volum centrat in cub cu fete centrate, iar la 1400 C reteaua fierului devine iarasi cubica cu volum centrat. Acest fenomen de modificare a tipului de retea cristalina la acelasi metal poarta numele de polimorfism (mai multe forme cristaline), iar fiecare dintre starile cristaline prezentate se numeste modificatie polimorfica.

Fierul are trei modificatii polimorfice, existente in trei domenii de temperatura

diferite si care se trasnforma una in cealalta, atit la racire cit si la incalzire

Temperaturile de transformare dintr-o stare in alta sint notate cu litere si anume A =910 C si A =1400 C.

Fierul isi pierde feromagnetismul cind este incalzit la 770 C (punctul Curie),

devenind paramagnetic.

Fier -Carbon

Carbonul este un element nemetalic. Se gaseste in natura sub forma cristalina, ca diamant sau ca grafit. El se comporta fata de fier in mod diferit, in functie de temperatura. In fierul lichid, carbonul se dizolva usor, formind solutii lichide.

In aliajele fier-carbon solidificate, carbonul se gaseste fie dizolvat in fier (solutii solide), fie legat de aceasta in compusul definit Fe C numit cementina, care are

o retea cristalina complicata si corespunde aliajului cu 6,67% C, fie ca atare, sub foma de grafit.

Elaborarea aliajelor feroase

Aliajele feroase se obtin din minereuri de fier, care contin fierul sub forma de oxizi sau carbonati: hematitul si limonitul (Fe O ), magnetitul (Fe O ) si (FeCO ).Continutul de fier din aceste minereuri este de 30-60%, iar sterilul lor este silicios (SiO ) sau silicoaluminos (SiO ,Al O

Procesul de baza in obtinerea aliajelor il reprezinta reducerea oxizilor de fier din minereu cu ajutorul cocsului si al oxidului de carbon, la temperaturaturi foarte inalte, intr-un cuptor inalt de tip special numit furnal.

In furnal se introduc: minereu (care contine fier); cocs (care indeplineste mai multe roluri: este combustibillul necesar obtinerii temperaturilor inalte, contribuie la formarea oxidului de carbon care este agentul reducator de baza al oxizilor de fier, reduce direct la o parte din oxizi si carbureaza fierul topit transformandu-l in fonta topita); fondanti (materiale auxiliare necesare pentru a usura topirea sterilului si a-l indeparta sub forma de zgura; pentru sterilul silicios se foloseste calcarul, iar pentru cel silicoaluminos calcarul si dolomita): aer incalzit in instalatii speciale numite caupere (necesar arderi cocsului combustibil).

In urma reactilor care au loc in furnal intre materialele incarcate rezulta urmatoarele produse:

Fonta topita (numita si fonta bruta sau fonta de prima fuziune, care este produsul principal al furnalului);

Zgura topita;

Gaze de furnal (care se folosesc partial pentru preincalzirea aerului in caupere, partial in alte scopuri in cadrul combinatului siderurgic).

Caracteristici Generale

O incadrare precisa a turor elementelor existente in categoria de metal sau nemetal nu este posibila, doarece exista o serie de elemente la care structura invelisului electronic, despre care s-a aratat ca este sediul proprietatilor fizico-chimice ale elementelor respective, permite comportarea acestora in unele cazuri similar metalelor tipice, iar in altele- asemanator nemetalelor.

Aceste elemente, care se manifesta proprietati intermediare intre cele doua categorii poarta numele de semimetale si dupa cum este normal, se afla amplasate in sistemul periodic la granita dintre elementele metalice si cele nemetalice.

Metalele se gasesc atit in stare nativa, cit sub forma de compusi, functie de activitatea lor chimica.

In stare nativa se afla un numar mic de metale (aur, argint, mercur, etc.)

a caror activitate este mai mica decit a hidrogenului, marea majoritate a elementelor existand sub forma de compusi minerali: oxizi, silicati, sulfati, cloruri, carbonati, etc.

Compusi minerali, mineralele, a caror compozitie procentuala contine un procent ridicat de unul sau mai multe metale sint cunoscuti sub numele de minereuri si sint utilizati pentru extractia acestor elemente.In cazul minereurilor complexe, formate din metale si nemetale, se efectueaza o valoricare complexa a acestora.

In conditii normale, metalele sint solide, singura exceptie fiind mercurul care este lichid. Datorita fortei mici de atractie dintre electronii periferici ai atomilor metalelor si nucleelor acestora, este posibila desprinderea electonilor de stratul exterior sub forma de electroni mobili, care nu apartin unui anumit atom, ci intregului metal, ceea ce genereaza formarea benzilor de energie, la fiecare nivel al acestor benzi coexistind doi electronui spin antiparalel.

Caracterul metalic al unui element este cu atit mai pregnant, cu cit numarul electronilor mobili este mai mare, acesta manifestandu-se insa, numai atit tinp cit elementul respectiv se afla in stare solida sau lichida, dar disparind in stare gazoasa.

Proprietati Fizice

Metalele sint opace, chiar in strat subtire, opacitatea determinata de electronii mobili care nu transmit mai departe vibratile undelor luminoase.

In stare compacta metalele prezinta luciu metalic, aceasta

datorindu-se proprietatii de a reflecta razele de lumina ce cad pe suprafata lor. Cele mai multe metale reflecta aproape total radiatiile spectrului, indiferent de lungimea de unda, din care cauza sint colorate in alb-argintiu sau cenusiu in diferite nuante. Singurele exceptiei sint cuprul, care absoarbe lumina verde, ceea ce-I confera o culoare roscat-aramie, ceriul si aurul, care datorita capacitatii de a absorbi lumina albastra au culoare galbena.Metalele fin divizate isi pierd luciul si devin negre, ca urmare a faptului ca in aceasta stare absorb toate radiatiile luminoase.

Datorita structurii pe care o poseda, metalele au proprietatea de a conduce curentul electric, avind in general o conductibilitate electrica specifica mare, valoarea acesteia fiind functie atit de sarcina, masa si viteza electronului, cit si numarul electronilor existenti intr-un centrimetru cub de metal.

La temperatura de zero grade metalul nu mai opune rezistenta la trecerea curentului electric fenomenul numit supraconductibilitate,cele mai bune conductoare sint: argintul,aurul,cuprul si aluminiu.`

O alta proprietate a metalelor, dtermiata tot de existenta electronilor mobili este termoconductibilitatea acestora.Capacitatea de transmitere a caldurii se datoreaza transmiterii si amplificarii oscilatiilor ionilor din nodurile retelei aflati in partea incalzita a unui metal, de catre electronii mobili, procescare are loc pina in momentul in care temperatura unui metal se uniformizeaza.Intrucit la toate metalele se aplica legea lui Wiedemann-Frantz care arata ca raportul dintre electroconductibilitate si termoconductibilitate este constant.

Comportarea metalelor intr-un camp magnetic este determinata de structura invelisului electronic, in acest sens se deosebesc trei categorii de metale paramagnetice care se magnetizeaza in cimpul magnetic in acelasi sens cu cimpul si totodata concentreaza liniile de forta acestuiea (Aluminiu,titanul,vanadiul,cromul,etc.),

metalele feromagnetice avind o comportare similara celor paramagnetice, dar de circa un milion de ori mai puternic magnetismul metalului mentinindu-se si dupa departarea magnetului, motiv pentru care acestea se utilizeaza pentru fabricarea buselelor, a eletromagnetilor pentru electromotoare si dispozitive automate de comanda etc.

Duritatea metalelor este proprietatea acestora de a rezista la actiuni mecanice exterioare, care tind sa le distruga suprafata. Valoarea acestei caracteristici pentru metale variaza in scara Mohr de la 0,2 corespunzatoare cesiului pina la 9 pentru crom, metale dure fiimd utilizate pentru confectionarea aparatelor si sculelor utilizate in prelucrarea materialelor cu duritati inferioare.

Rezistenta opusa de metal fortelor exterioare ce actioneaza pentru a produce intinderea, comprimarea, indoirea, rasucirea si chiar ruperea metalului reprezinta valori caracteristice fiecarui metal.

Proprietati Chimice

Comportarea tipica a metalelor in reactiile chimice este determinatain primul rind de caracterul lor electropozitiv, deci de capacitatea de a ceda electronii de valenta, proprietate determinata de structura invelisurilor exterioare ale atomilor.

Metalele situate inaintea hidrogenului in seria tensiunulor electrochimice il pot subtitui pe acesta din compusii sai.Astfel metalele acaline descompun apa cu degajare de hidrogen, chiar la temperatura obisnuita, calciul da aceasta reactie doar in stare incadescenta.In mod analog de la inceputul seriei descompun acizii diluati, punind hidrogenului sint atacate doar de acizi foarte tari si concentrati : cuprul si argintul de acidul azotic si acidul sulfuric concentrat, iar platina si aurul- de apa regala.

Comportarea metalelor fata de celelalte nemetale este similara cu cea de fata a oxigen.Primele elemente ale seriei tensiunilor electromotoare se combina explosiv cu clorul, in timp ce clorura platinei si aurului este posibila numai cu apa regala.

Metalele se combina direct cu sulful, formind sulfuri, execeptie facind aurul si platina