2.4. Proprietăţile fizico-chimice ale metalelor

2.4.1. Proprietăţi fizice

Metalele sunt substanţe solide la temperatură obişnuită, cu excepţia mercurului care este lichid la această temperatură.

Majoritatea metalelor cristalizează în forme de simetrie înaltă, cu structurile cele mai compacte prezentate schematic în Fig. 2.2:

-         reţele cubice centrate intern (cci): bariu, zirconiu, vanadiu, niobiu, tantal, crom, molibden, wolfram, d-fier, ş.a.

-         reţele cubice cu feţe centrate (cfc): cupru, argint, aur, calciu, stronţiu, aluminiu, telur, scandiu, plumb, nichel, rhodiu, paladiu, indiu, platină, g-fier, ş.a.

-         reţele hexagonale compacte (hc): beriliu, magneziu, zinc, cadmiu, ytriu, titan, reniu, cobalt, rutil, osmiu ş.a.

Unele metale cristalizează în mai multe sisteme de cristalizare având puncte fixe de trecere dintr-o formă în alta. Aceste metale prezintă fenomenul de alotropie iar transformările, reversibile, se numesc enantiotrope :

 cci                      cfc                    cci

g  Sn     

    cfc                    tetragonal      rombic

Reţele de simetrie mai redusă, mai rar întâlnite, prezintă indiu (pătratic), staniu (romboedric), germaniu, staniu, plumb (tetragonal).

Fig. 2.2 Tipuri de reţele des întâlnite în cristalele metalice

Reţelele reale prezintă imperfecţiuni de reţea: locuri libere numite vacanţe şi atomi inseraţi în afara geometriei cristaline, în interstiţii, formând aşa numitele defecte intrinseci. Prezenţa acestor defecte este accentuată de creşterea temperaturii. Metalele uzuale au integrate în reţelele lor impurităţi (metale, oxizi, săruri) care formează defectele extrinseci. În stare solidă metalele sunt alcătuite din agregate policristaline alcătuite din cristale neregulate întreţesute numite cristalite. Textura metalului şi prezenţa defectelor de reţea sunt responsabile de modificarea majorităţii proprietăţilor fizico-mecanice ale metalelor.

Punctele de topire şi de fierbere ale metalelor se înscriu într-o plajă largă, între valorile caracteristice mercurului, respectiv cele ale wolframului: Mercurul are punctul de topire de –38,84^oC şi punctul de fierbere de 357^oC iar wolframul are punctul de topire de 3410^oC şi punctul de fierbere de 5930^oC. În mod obişnuit metalele care au temperaturi de topire sub 1000^oC se numesc metale uşor fuzibile (metalele alcaline, alcalino-pământoase, metalele pământoase, germaniu, staniu, plumb, bismut, zinc, cadmiu, argint) iar cele ale căror temperaturi de topire sunt peste 1000^oC se numesc metale greu fuzibile sau refractare.

Prin răcirea ultrarapidă a topiturilor de metale se obţin metalele în stare amorfă denumite sticle metalice.

Densitatea metalelor, exprimată în g/cm³, este cuprinsă între 0,53 pentru litiu şi 22,65 pentru iridiu. Metalele cu densitatea mai mică decât 5 g/cm³ se numesc metale uşoare (metalele alcaline, metalele alcalino-pământoase, aluminiu, scandiu, ytriu, titan) iar cele cu densitate mai mare de 5 g/cm³ se numesc metale grele.

Majoritatea metalelor, în stare compactă, sunt albe-cenuşii, adică absorb proporţional toate componentele luminii albe. Puţine metale, în stare compactă, sunt colorate: aurul – galben auriu, cupru – roşu arămiu, plumbul – alb cu reflexe albăstrui, bismutul – alb cu reflexe roz, sodiu – alb cu reflexe gălbui ş.a. În stare de pulbere, metalele au culoarea cenuşiu închis până la negru cu excepţia aurului care este galben, a cuprului care este roşiatic spre negru, a aluminiului şi a magneziului care sunt argintii. În stare compactă - şi unele numai în tăietură proaspătă – metalele prezintă luciu metalic şi sunt opace, datorită structurii lor cu electroni liberi care reflectă radiaţia luminoasă şi o transformă în căldură.

Tabelul 2.2  Proprietăţi fizico-mecanice ale unor metale

*) Modul de elasticitate