Metalli

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COSA SONO E DA DOVE PROVENGONO

Ogni giorno veniamo a contatto con oggetti composti da metallo che svolgono possono svolgere diverse funzioni. Un’automobile o una bicicletta sono mezzi di trasporto costruiti in gran parte con metalli, per mangiare usiamo posate di metallo e grazie a fili metallici possiamo sfruttare la corrente elettrica.

I metalli sono numerosi e diversi fra loro per le caratteristiche e le proprietà che possiedono.

QUAL E’ LA LORO STORIA

La scoperta dei metalli ha segnato lo sviluppo di diverse civiltà… I primi metalli utilizzati dall’uomo sono stati l’oro e il rame, molto facili da lavorare. È con il rame che inizia l’età dei metalli risalente al 6000 a. C.

Con il rame si producevano gioielli ma anche lame, asce e vasi. Gli oggetti in rame però non erano molto resistenti per questo l’uomo provò a mescolare il rame allo stagno formando una lega molto più resistente che si chiama bronzo utilizzato per costruire armi molto più resistenti e durevoli nel tempo.

Dopo alcuni millenni l’uomo imparò ad estrarre il ferro, un metallo che fonde (diventa liquido) ad altissime temperature. Con il ferro si costruivano armi indistruttibili. Fu così che, poiché i metalli pian piano andarono a sostituire la pietra nella costruzione degli oggetti, gli archeologi chiamarono l’ultimo periodo della Preistoria Età dei metalli che a sua volta è stata divisa in Età del rame, Età del bronzo ed Età del ferro.

DA DOVE PROVENGONO I METALLI

I metalli hanno origine naturale e sono ricavati dalla lavorazione dei minerali estratti dalle rocce. A seguito del prelievo in miniera dei minerali si procede all’arricchimento del minerale, cioè alla separazione del metallo dalla roccia o da altri elementi. Il complesso di tecniche utilizzate per l’estrazione, la produzione e la lavorazione del metallo prende il nome di metallurgia.

I METALLI E LE LORO PROPRIETA’

I metalli possiedono una serie di proprietà che li caratterizzano e li distinguono rendendoli adatti ad essere impiegati per usi particolari.

Le proprietà dei materiali vengono suddivise in tre categorie:

• proprietà fisico-naturali: proprietà che i materiali hanno per la loro costituzione, alcune di queste proprietà sono percepite dagli organi di senso
• proprietà meccaniche: capacità di resistere più o meno alle sollecitazioni meccaniche (urti, peso, scalfittura, allungamento).
• proprietà tecnologiche: l’attitudine ad essere lavorati

I METALLI E LE PROPRIETA’ FISICO-NATURALI

dilatazione termica è l’aumento di volume di un metallo quando si riscalda

temperatura di fusione è il passaggio dallo stato solido a quello liquido. Ogni metallo ha un suo caratteristico punto di fusione

conduttività elettrica è la proprietà dei metalli di trasmettere l’elettricità

conduttività elettrica è la proprietà dei metalli di trasmettere calore

resistenza alla corrosione è la capacità di resistere al deterioramento causato da sostanze chimiche

I METALLI E LE PROPRIETA’ MECCANICHE

durezza è la resistenza che un materiale oppone ad essere attraversato da una punta.

resistenza alla fatica cioè la capacità di resistere a degli sforzi variabili e ripetuti (ad esempio: accorciamento ed allungamento di una molla ripetuto per migliaia di volte)

resilienza cioè la capacità di un materiale di resistere agli urti senza rompersi

I METALLI E LE PROPRIETA’ TECNOLOGICHE

malleabilità è l’attitudine di un materiale a ridursi in lamine sottili

duttilità cioè l’attitudine di un materiale a ridursi in fili sottili

saldabilità cioè la proprietà che ha un materiale di unirsi in un solo pezzo con un altro, uguale o diverso

temprabilità cioè l’attitudine ad aumentare la propria durezza attraverso particolari trattamenti termici (rapido passaggio dal caldo al freddo)

I METALLI: COSA SONO E DA DOVE PROVENGONO

I metalli costituiscono il 75% degli elementi presenti in natura. Oltre ai metalli “naturali”, esistono metalli ottenuti anche ”legando” tra loro elementi diversi, di cui almeno uno è un metallo.

Queste fusioni vengono chiamate “leghe”. Per lega si definisce un materiale composto da due o più elementi diversi di cui quello presente in maggiore quantità è un metallo.

L’ottone ad esempio è un materiale composto da rame e zinco ed è molto usato per realizzare strumenti musicali.

Tra gli oltre 70 metalli presenti in natura, i più diffusi ed utilizzati dall’uomo sono il ferro, il rame e l’alluminio.

Il mondo dei metalli interessa diversi settori della vita dell’uomo. Infatti, oltre ad essere impiegati nell’edilizia e nell’industria, i metalli sono presenti anche in molti oggetti utilizzati da ciascuno di noi ogni giorno come per esempio posate, automobili, apparecchi elettronici come telefoni, computer, televisori, elettrodomestici ecc.

Scopriamo le caratteristiche principali di due dei materiali più utilizzati per gli imballaggi: l’alluminio e l’acciaio (una lega di ferro).

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CHE COS’È L’ALLUMINIO

UN PO’ DI STORIA

La storia dell’alluminio, è molto lunga e ancora oggi, il sistema utilizzato per la produzione di alluminio ed è stato migliorato dalle successive scoperte.

Scienziati e studiosi di tutto il mondo studiano per trovare nuove applicazioni di questo metallo che è:

• Un materiale leggero
• Un buon conduttore elettrico e termico
• Robusto e resistente, che non arrugginisce e non è attaccabile dai gas o dall’umidità
• Facilmente modellabile

PERCHE’ E’ IMPORTANTE L’ALLUMINIO

Nella classifica dei metalli più usati al mondo, al secondo posto troviamo l’alluminio.

L’alluminio oltre ad essere particolarmente leggero è anche resistente all’acqua e ad alcune sostanze chimiche.

Sono moltissimi i campi in cui è utilizzato:

• I trasporti (in quasi ogni tipo di mezzo di trasporto)
• Imballaggi come lattine, pellicole, vaschette ecc.
• Finestre, porte, pannelli, serramenti, infissi ecc.
• Elettrodomestici, attrezzi da cucina, ecc.
• Linee per trasmettere l’elettricità

L’alluminio inoltre è facilmente lavorabile sia ad alte che a basse temperature e per questo motivo si presta ad essere utilizzato per la produzione di contenitori ed imballaggi.

IL RICICLO DELL’ALLUMINIO

L’ alluminio solitamente è raccolto insieme all’acciaio e per questo spesso tra i due metalli si fa confusione.

Per capire come distinguerli prova ad attrarre gli oggetti con un magnete. Se il magnete e l’oggetto si attraggono, non sarà in alluminio, ma molto probabilmente sarà acciaio

CURIOSITA’

Lo sapevi che l’alluminio si può riciclare infinite volte? Il 75% di tutto l’alluminio prodotto da sempre nel mondo è ancora in uso. Una differenza enorme rispetto ad altri materiali che non sono completamente riciclabili e per essere realizzati richiedono l’estrazione di materie prime sempre nuove.

ESERCITIAMOCI

Secondo te perché è importante per l’ambiente riciclare l’alluminio?

Scrivi la tua risposta e discutine con i tuoi insegnanti e i tuoi compagni.

Nel mondo del riciclo è sempre importante ascoltare le idee degli altri per migliorare i risultati!

Ora vediamo insieme perché è importante recuperare questo materiale.

I VANTAGGI DEL RICICLO

Per riciclare infatti l’alluminio occorre soltanto il 5% dell’energia necessaria a produrlo partendo dalla materia prima.

Quindi riciclare l’alluminio vuol dire:

• recuperare materiale prezioso
• risparmiare energia rispetto alla produzione primaria
• ridurre le emissioni di gas nocivi
• ridurre i rifiuti che vanno in discarica

QUALI SONO GLI IMBALLAGGI IN ALLUMINIO?

Nella nostra vita di tutti i giorni l’ alluminio più usato e conosciuto è senz’ altro la lattina per bevande. Oltre alle note lattine, è importante conferire nella raccolta differenziata anche tutti gli altri imballaggi in imballaggi.

Ma quali e quanti sono gli imballaggi in alluminio?

Vediamolo insieme!

• Lattine e bottiglie per bevande
• Scatolette per pesce carne e legumi
• Vaschette e vassoi per la conservazione e la cottura dei cibi
• Foglio sottile come il rotolo da cucina,
• Involucro per dolci e cioccolato
• Tubetti per creme conserve prodotti per l’igiene o la cosmesi
• Bombolette aerosol/spray
• Capsule per la chiusura delle bottiglie

L’alluminio viene riutilizzato per produrre nuovi oggetti o viene riutilizzato in alcune parti di automobili (i cerchioni sono costituiti al 90% da alluminio riciclato, i pistoni al 30%) mezzi pubblici, motocicli, biciclette, monopattini, barche, vagoni…

L’alluminio viene re-impiegato anche negli apparecchi radio e TV, telefoni cellulari, cavi telefonici, telecomandi e negli attrezzi da cucina: se le pentole sono realizzate con il 90% di alluminio riciclato, per fare una caffettiera bastano, invece, 37 lattine.

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Lo sapevate che…

L’alluminio è presente in natura sotto forma di minerali e gemme.

Il più importante e diffuso minerale per la produzione di alluminio metallico è la bauxite.

La principale caratteristica che distingue le bauxiti è la forma in cui contengono l’idrato di alluminio: questo può essere presente come tri-idrato Al2O33H2O (gibbsite), o nella forma mono- idrata Al2O3H2O (boemite), o in un’altra forma mono- idrata (diasporo). Altre caratteristiche importanti delle bauxiti sono il contenuto in silice e carbonio.

Le bauxiti più note sono la Bokè (Guinea) e la Trombetas (Guyana, Suriname, Brasile); alcune bauxiti hanno un contenuto misto di gibbsite e boemite, come la Weipa (Australia), la Bintan (Indonesia) e la bauxite giamaicana. Giacimenti di bauxiti si trovano in varie parti d’Europa, in particolare Grecia, Jugoslavia, Francia, Ungheria, e in Sardegna nella Nurra.

In natura l’alluminio è presente inoltre in qualità di ossido come Corindone;

Il Corindone può essere rosso (var. Rubino), blu (var. Zaffiro), arancio (var. Padparadshah), bianco, giallo, bruno, grigio; sono possibili sfumature di viola, verde e rosa.

Di seguito una carrellata di meravigliose gemme, la cui esistenza è possibile grazie all’alluminio.

Rubino, varietà preziosa di corindone.

Il nome deriva dal latino medievale rubinus che a sua volta deriva dal latino classico rubeus=rosso.

In campo gemmologico è una delle quattro pietre principali.

E’ facile trovare stupendi esemplari di questa gemma in gioielli di ogni epoca.

Zaffiro. Il nome deriva dal latino sapphirus; è senz’altro una delle pietre più famose della storia ed ancora attualmente il suo nome indica una tonalità di blu.

Padparadsha. Il suo nome significa ‘fiore di loto’, ed è d’origine orientale, in quanto questa varietà fu rinvenuta inizialmente solo nel continente asiatico; è una pietra rara.

Ulteriore presenza dell’alluminio è nei Feldspati, quale l’Ortoclasio e l’Albite tra i più diffusi e nei cosiddetti alluminosilicati quali, l’Argilla, il bianchissimo Caolino, e la Mica.

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Storia dell’alluminio

L’alluminio è di gran lunga il più giovane tra i metalli di uso industriale, essendo stato prodotto per la prima volta su larga scala industriale poco più di 100 anni fa. Come altri metalli (piombo, stagno e ferro) l’alluminio esiste in natura solo sottoforma di composto.  L’alluminio deriva il suo nome da Alum, più tardi allume, un solfato di alluminio conosciuto ed utilizzato sin dall’antichità per la preparazione di tinture e medicinali. La ‘scoperta’ dell’Alluminio risale al 1807 quando il chimico inglese Sir Humphrey Davy (1778 –1829) ipotizzò che l’”alum” fosse il sale di un metallo ancora sconosciuto a cui diede il nome di “alumium”, successivamente modificato in “aluminium”. Il tentativo di Davy di ottenere l’alluminio attraverso un processo di elettrolisi di una soluzione di ossido di alluminio e potassa non diede, però, esiti positivi. Solo nel 1825 il fisico danese Hans Cristian Oersted riuscì a produrre alcune gocce di alluminio, tramite l’applicazione di una fonte di calore ad un amalgama di potassio e alluminio.  Le ricerche furono proseguite in Germania da un suo discepolo, Freidirich Wohler, che dimostrò molte delle proprietà del metallo, non ultima la sua leggerezza. Fu proprio questa scoperta ad animare il mondo scientifico e ad attrarre maggiori fondi per la ricerca.    Nel 1854, il francese Henri Sainte-Claire Deville sviluppò un complesso processo termo-chimico che permetteva una limitata produzione industriale. Tuttavia il processo, diffuso in tutta Europa, era estremamente costoso e rendeva il metallo addirittura più caro dell’oro.  Nonostante i miglioramenti conseguiti nel tempo, il metodo usato fino ad allora non consentiva la produzione a carattere industriale. Occorre arrivare al 1886 perché l’americano Charles Martin Hall e il giovane scienziato francese Paul Heroult, scoprissero contemporaneamente, seppur in modo indipendente, il primo processo di fusione elettrolitica per la produzione di alluminio metallico dall’allumina. Le casualità non finiscono qui: i due scienziati erano nati lo stesso anno, brevettarono insieme le loro scoperte e morirono lo stesso anno!!  Il loro metodo consentì la produzione di elevati quantitativi di alluminio a basso costo dati anche gli enormi progressi avvenuti nella produzione di energia elettrica dovuti alle moderne dinamo. Il metodo di Hall – Heroult, è ancora oggi il sistema utilizzato per la produzione di alluminio ed è stato migliorato dalle successive scoperte, quale quella dell’austriaco Karl Bayer, che nel 1888 brevettò la tecnica per l’estrazione dell’ossido di alluminio dalla bauxite. La storia dell’alluminio, tuttavia, non finisce qui poiché ancora oggi continuano la ricerca e la scoperta di nuove applicazioni di questo metallo.