Propriedades e Classificação dos Materiais

A Matéria e suas Propriedades

A matéria é composta por partículas elementares (prótons, nêutrons e elétrons). Quanto à fonte de materiais:

• Os materiais naturais são obtidos diretamente da natureza (de origem viva ou inerte), que mais combinam comigo, diretamente da natureza. Ex: madeira, granito, couro, algodão, lã, etc.
• Materiais artificiais são obtidos a partir de matérias-primas (materiais extraídos diretamente da natureza) após um processo de transformação.
• Materiais reciclados são objetos obtidos a partir do mesmo material.

Propriedades do Material

A) Mecânicas

• Densidade: d = m / V.
• Dureza: um material é mais rígido que outro quando é capaz de riscar o segundo.
• Fragilidade: um material é frágil quando se quebra facilmente.
• Tenacidade: um material é tenaz quando ele se quebra com dificuldade.
• Maleabilidade: capacidade para esticar o material em folha.
• Ductilidade: a possibilidade de converter o material em fios.
• Elasticidade: um corpo é elástico quando, após a aplicação de uma força, ele recupera seu estado original.
• Plasticidade: um material é plástico quando, após uma força ser aplicada, ele se deforma e não recupera seu estado inicial.
• Resistência: resistência às forças de compressão, tensão, torção e flexão.

B) Técnicas

• Temperatura de fusão: temperatura na passagem do corpo do estado sólido para o líquido.
• Ponto de ebulição: temperatura em que um corpo passa do estado líquido para o gasoso.
• Calor específico: maior ou menor, mede a tendência dos corpos para se aquecer.
• Condutividade térmica: a capacidade de um corpo conduzir o calor (medida pelo coeficiente de condutividade).
• Expansão: mede a tendência dos corpos para alterar o volume com o calor.

C) Eletromagnéticas

• Condutividade elétrica: mede a facilidade com que a corrente elétrica pode circular.
• Comportamento magnético.

D) Químicas

• Resistência à corrosão.

E) Acústicas

• Condutividade do som: mede a tendência de um material para transmitir o som.

F) Ópticas

• Cor, brilho e transparência.
• Índice de refração: mede a capacidade de um material para desviar a luz que penetra no seu interior.
• Capacidade de polarização da luz: presente em cristais líquidos que, quando submetidos a uma corrente elétrica, interrompem a passagem da luz e permitem a formação de caracteres legíveis nas telas de calculadoras.

Metais e Minerais

Um mineral é um composto sólido que se encontra na crosta terrestre. Em sua composição deve sempre aparecer um metal e um não-metal. Minérios são minerais cujo teor do metal que se deseja é suficiente para que sua exploração seja rentável (ou seja, o custo de obtenção do metal deve ser menor do que o custo do metal no mercado). Ouro e platina são encontrados puros (sem formar compostos) na natureza. Os outros metais são obtidos a partir de seus minérios. As menas mais comuns são óxidos de metais e sulfetos (que se originam na terra pela reação do metal com o oxigênio atmosférico e enxofre a partir de atividade vulcânica). Para obter o metal a partir de seu minério, utiliza-se um processo químico chamado de redução (que pode ser de dois tipos: por calor ou por eletrólise).

1. Redução por calor: os minérios de enxofre são primeiro convertidos em óxidos e, em seguida, são aquecidos com carvão. O carbono reage com o oxigênio do óxido, liberando CO2 e uma grande quantidade de calor.
2. Redução por eletrólise: a eletrólise é a decomposição química de uma substância pela ação da corrente elétrica.

Coltan e Ligas Metálicas

Coltan: uma mistura constituída por dois minerais, columbita e tantalita, que são encontrados juntos como parte de certos tipos de granito. A partir desses minerais são obtidos dois metais: nióbio e tântalo.

• Nióbio: usado na fabricação de ímãs potentes, na indústria de fios eletrônicos (fabricação de alto-falantes, fones de ouvido e discos rígidos para computadores), na indústria aeroespacial ou para fabricação de implantes médicos.
• Tântalo: utilizado na fabricação de capacitores e está presente em baterias de aparelhos portáteis (telefones, computadores portáteis).

Ligas: uma liga é uma mistura sólida homogênea de várias substâncias. Algumas ligas de interesse são:

• Bronze: formado por cobre, estanho e zinco. Usado para cunhagem e fabricação de ferramentas de corte, turbinas, etc.
• Latão: formado por cobre e zinco. Utilizado em parafusos e fabricação de fios.
• Aço: formado por ferro e carbono (em uma proporção pequena). Se adicionar outros metais, podem melhorar suas propriedades.
• Alnico: formada por alumínio, níquel e cobalto; são fabricados ímãs.
• Alpaca: formada por cobre, níquel e zinco. Usada para fazer pratos, teclas de instrumentos musicais, etc.
• Constantan: formada por cobre e níquel. Usada em moedas de metal.
• Magal: formada por magnésio, alumínio, zinco e manganês. Utilizado na fabricação de carrocerias na aeronáutica e na fabricação de instrumentos cirúrgicos.
• Nicrom: formada por níquel, ferro e cromo. Pode dissipar muito calor e é utilizado em torradeiras.
• Pewter (Estanho): liga de zinco, estanho, chumbo e antimônio. Usado para a fabricação de adornos.

Um quilate de metal precioso representa 1/24 da massa total da liga que o compõe.

Compostos de Carbono e Plásticos

• Grafite: é carbono puro e tem uma estrutura em que os átomos de carbono formam redes hexagonais ligadas entre si.
• Diamante: é carbono puro e tem uma estrutura na qual cada átomo de carbono é cercado por outros quatro situados nos cantos de um tetraedro.

Plásticos: um monômero é uma molécula pequena. Um polímero é formado pela união de muitos monômeros. A polimerização é uma reação química em que os monômeros se ligam formando polímeros. Um plástico é uma substância formada por polímeros. A parkesina foi o primeiro polímero descoberto. Foi obtida por Parkes pela dissolução de algodão em ácido nítrico e usando cânfora como plastificante. Seu objetivo era encontrar um substituto para o marfim. Os polímeros podem ser naturais (como as proteínas formadas por aminoácidos ou o DNA formado por ácidos nucleicos) ou artificiais (como o PVC, cloreto de polivinila).

Produção de Papel

Obtido pelo seguinte método:

1. A madeira esmagada é introduzida em água a 200 ºC com soda cáustica, sulfato de sódio e carbonato de cálcio.
2. A pasta obtida é branqueada com produtos químicos (como Cl2 dissolvido em água).
3. Agentes consolidantes são adicionados (cola, caulim) para que o papel seja mais flexível e se mantenha melhor (resistindo ao ataque de fungos e bactérias).
4. Por procedimentos mecânicos, rolos de papel são obtidos.