metalli e leghe metalliche

Unità 13 - Elementi di transizione
2. METALLI DI USO COMUNE
Tutti hanno sentito parlare di elementi come ferro, rame, zinco, nichel e cromo. Più di
recente anche il titanio è diventato piuttosto popolare. Sono collocati tra gli elementi
di transizione della tavola periodica e sono così noti perché il loro impiego avviene nei
settori più svariati, dai casalinghi all'arredamento, fino alle costruzioni.
Di alcuni di essi si parlerà nei prossimi paragrafi.
2.1 Titanio e sue leghe
Elemento
Simbolo
Ti
Tabella 13.1
n•
IConf. elettr.
atomico
esterna
22
3cP4s2
Peso
atomico
densità
g/cm3
Stato
fisico
47,867
4,507
solido
Punto di Elettroneg. Potenziale
Pauling di ioniz. (ev)
fusione ·e
1668
1,54
Il Titanio (Tabella 13.1 ) appartiene al gruppo IV B della tavola periodica. Presenta 2
elettroni nell'orbitale s del suo ultimo livello energetico e 2 negli orbitali d del penultimo. Come già accennato nella parte generale tale configurazione elettronica gli
consente di utilizzare sia gli elettroni del livello più esterno che quelli degli orbitali d
per fare legami e quindi di avere numeri di ossidazione + 3 e + 4.
Non si trova libero in natura, ma è il nono elemento per abbondanza della crosta terrestre di cui costituisce lo 0,6%. I principali minerali in cui si trova sono: l'anastasio e il
rutilio entrambi con formula Ti0 2 , la ilmenite FeTi0 3 e molti altri minerali ferrosi .
È un metallo di colore bianco metallico con un reticolo cristallino di tipo esagonale,
leggero, meno dell'alluminio, ma più di numerose leghe di ampio utilizzo, come ad
esempio l'acciaio di cui si parlerà nel prossimo paragrafo. È duro, particolarmente duttile allo stato puro, molto resistente alla corrosione: resiste all'attacco di acido solforico
diluito, di acido cloridrico, della maggior parte degli acidi organici, di cloruri e di soluzioni alcaline a caldo, ma viene corroso dall'acido fluoridrico.All 'aria si ricopre di una
patina di ossido protettiva.
Resiste bene allo stress, riferendosi con ciò alla proprietà meccanica per cui un materiale sottoposto a carichi variabili nel tempo, si danneggia fino a rottura.
Le sue leghe sono piuttosto difficili da lavorare alle macchine utensili, specialmente
quando si devono asportare trucioli.
Una caratteristica per la quale è in aumento il suo utilizzo è la biocompatibilità, cioè la
sua inerzia fisiologica a contatto con tessuti o organi di esseri viventi, uomo compreso.
Questo è dovuto alla sua struttura che presenta una porosità superficiale simile a quella
dei tessuti umani.
Il titanio fu così battezzato, in riferimento ai Titani della mitologia greca, dal chimico
tedesco H einrich Klaproth, che lo scoprì nel 1795 nel rutilio (• approfondimento,
Scoperta del titanio, www.auladigitale.rcs.it) .
Ciclo produttivo
Il titanio puro venne preparato per la prima volta nel 191 O riscaldando TiCl 4 in presenza di sodio a una temperatura di circa 750 °C, ma solo dopo 35 anni cominciò ad
essere usato al di fuori dei laboratori, in quanto fu messo a punto da William Justin
Kroll un processo ancora oggi in uso con il quale si ottiene titanio puro per riduzione
del tetracloruro di titanio in presenza di magnesio.
Il processo Kroll prende l'avvio dal minerale rutili o che viene sottoposto a clorurazione a una temperatura di circa 900°C. Si ottengono così in miscela gassosa il tetracloruro
di titanio TiCl4 e tutti i cloruri delle impurità presenti nel minerale. La miscela viene
fatta raffreddare ottenendo in tal modo una prima separazione per condensazione di
658,8
n.o.
+3; + 4
•
Approfondimenti
Ul 3 - Elementi di tran sizione,
Scoperta del titanio
~~~~~~~~·
-
Chimica Inorganica
una parte di impurità oltre ai materiali solidi che fin dall'inizio non avevano reagito.
Il vapore residuo di TiC14 viene fatto condensare e viene sottoposto a distillazione frazionata con la formazione di un prodotto liquido e incolore costituito di TiC1 4 puro al
99,9%. Il tetracloruro di titanio viene introdotto in un reattore (struttura nella quale si
svolgono le reazioni a carattere industriale) nel quale è stato fatto il vuoto, costituito da
piani di acciaio al carbonio e acciaio al nichel cromo e rivestito internamente di titanio.
Nel reattore vengono successivamente introdotti argon e magnesio puro. La reazione si
svolge a 800-900 °C : TiC14 + 2Mg
Ti + 2MgC12 .
Il titanio puro così ottenuto è poroso (spugna di titanio) e si deposita sulle pareti del reattore solidificando sopra il magnesio fuso. Quest'ultimo passa attraverso la porosità del
titanio e reagisce ancora con TiC14 residuo. Il reattore viene mantenuto in funzione per
alcuni giorni e quando il processo si interrompe, con la diminuzione di temperatura e
l'aumento della pressione, tutte le impurità presenti possono essere eliminate, mentre il
titanio, depositato come incrostazione sulle pareti del reattore, può essere rimosso col
martello. La spugna di titanio estratta viene tagliata, fusa con l'aggiunta di altri elementi
metallici o con altro titanio per produrre lingotti i quali vengono fusi altre due volte
per eliminare eventuali inclusioni .
Questo processo in vigore dal 1946 è stato giudicato sempre molto costoso, ma resta
ancora oggi non sostituito da altri auspicati processi elettrolitici, i quali risultano particolarmente difficoltosi per il titanio.
Il titanio puro viene utilizzato in implantologia dentaria e nella
produzione
di pace-maker grazie alla sua biocompatibilità. Per lo
.......
stesso motivo con il titanio si producono protesi ossee (anca, femore, ginocchio, ecc.) per le quali però si preferisce il titanio in lega
perché più resistente al carico richiesto. Il metallo è dotato di una caratteristica
curiosa: la così detta memoria di forma per cui è in grado di riprendere la forma
originaria dopo una deformazione. Grazie a questa proprietà e alla sua leggerezza
viene utilizzato per le montature di occhiali. La sua leggerezza lo rende idoneo
per attrezzature sportive: racchette da tennis, sci, telai di biciclette, mazze da golf e
macchine fotografiche ultraleggere. Essendo dotato di un basso coefficiente di dilatazione termica, viene utilizzato nel restauro di beni architettonici (il Partenone,
la Fontana di Trevi, la Fontana Maggiore a Perugia e numerosi altri monumenti
sono stati restaurati con l'impiego del titanio) (Figura 13.1 ).
Il 95% del titanio viene adoperato per produrre uno dei suoi composti più importanti: il diossido di titanio TiO? largamente usato come pigmento bianco in
vernici, plastiche e cementi da costruzioni (• pigmenti, unità 21 ). La polvere
di diossido di titanio è inerte, persistente alla luce solare, opaca e impartisce
colore brillante alle plastiche .
La presenza di Ti0 2 in zaffiri e rubini determina il fenomeno dell'asterismo
(• approfondimento, Zaffiro e Rubino, www.auladigitale.rcs.it).
Il rimanente 5% di titanio, oltre che puro viene utilizzato per produrre leghe
molto importanti caratterizzate da grande leggerezza, resistenza alla corrosione
e biocompatibilità.
~~~~~-+-
•
Approfondimenti
U 13 - Elementi di transizione
Zaffiro e Rubino
·---------
Lega Ti6Al4V
Questa è una delle leghe del titanio maggiormente utilizzate. Essa contiene il
6% di alluminio e il 4% di vanadio. Viene utilizzata in ambito aerospaziale e
aeronautico, nelle centrali elettrich e, nella costruzione di propulsori marini e
sommergibili (con previsioni di durata di 70 anni a contatto con acqua marina),
nell'industria petrolchimica, per produrre elettrodi, e in edilizia (Museo Guggenheim di Bilbao) . In questo settore la scelta è indicata in quanto il metallo e
le sue leghe non inquinano l'ambiente nemmeno in seguito a piogge che colano da elementi architettonici .
Unità 13 • Elementi di transizione
Come già ricordato, questa lega trova ampio utilizzo nella produzione di protesi
ossee perché non interferisce con i processi biologici dell'organismo umano e
per questa stessa ragione si usa per suture permanenti e anche per piercing.
Il titanio e le sue leghe vengono spesso so ttoposti a trattamenti di superficie che ne migliorano le caratteristiche. Per garantire risultati migliori in implantologia le superfici vengono rese più rugose mediante rivestimenti con
microsfere sinterizzate, con sabbiature grossolane oppure con trattamenti
elettrochimici . In quest'ultimo caso si effe ttuano parziali sch ermature a base
di resine polimeriche applicate con tecniche serigrafiche ottenendo così le macrorugosità necessarie.
Per altri campi di applicazione si effe ttu ano tecniche di anodizzazione utilizzando un alimentatore a corrente continua e collegando il titanio o la lega
al polo positivo dell'alimentatore, dove avviene l'ossidazione; al polo negativo
si collega un elettrodo attraverso il quale avviene la riduzione di una sp ecie
chimica presente nell'elettrolita. Quando lo strato di ossido formatosi
sul titanio raggiunge un determinato spessore, il circuito si interrompe. Il metallo però non ha una struttura omogenea, in quanto la parte
superficiale presenta piccole crepe e quella interna presenta zone fuse.
Ne consegue una elevata porosità dell 'ossido che si arricchisce anche
di elementi presenti nell'elettrolita. Tra le finiture meccaniche standard,
oltre a quelle già citate specifiche per l'implantologia, si ricordano
la lucidatura , la pallinatura e la vibro finitura . Questi trattamenti
hanno lo scopo di eliminare lo strato metallico superficiale lasciando allo scoperto quello più interno che è dotato di elevata durezza e
aspetto ceramico ed è molto più resistente all'abrasione .
Medicina
Impianti odontoiatrici
Protesi ossee
Pacemaker
Suture permane nti
Piercing
Montature di occhiali
.Attrezzature sportive
Racchette, sci, biciclette, mazze da golf,
macchi ne fotografiche ultraleggere
.. Arti applicate ...... ....... .... ... Edi lizia
Restauro
Pigmento bianco
••
" utensili e macchinari
··· Industria
·Trattamenti
di superficie
Elettrod i, propu lsori marini
....... Aeronautica
Aerospaziale
Navale
Petrolchimica
Centra Ii elettriche
Rivestimenti con microsfere sinterizzate
Sabbiatura
Pallinatura
Lucidatura
Vibro finitura
Trattamenti elettrochimici
Anodizzazione
Figura 13. 1
Svariati settori di utilizzo
del titanio : racchette da
tennis e montature di occhiali per la sua leggerezza, rivestimenti di edifici
per la sua resistenza alla
corrosione.
-
Chimi ca Inorganica
L-------------------------"\
2.2 Ferro e sue leghe
Elemento
Simbolo
Fe
Tabella 13.2
Figura 13.2
Pirite (a); ferro metallico
con evidente
ossidazione (b).
n•
atomico
26
Conf. elettr.
Peso
esterna ' atomico
3a64.s2
55,847
densità
g/cm3
Stato
fisico
7,86
solido
Punto di Elettroneg. Potenziale
fusiol3e ·e I Pauling di ioniL (ev)
1535
1,8
7,43
n.o.
+2; + 3
Il Ferro (Tabella 13.2) si trova nel gruppo VIII B della tavola periodica e presenta _
elettroni nell'orbitale s del suo ultimo livello energetico e 6 elettroni negli orbitali ·
del penultimo. Come già accennato nella parte generale, tale configurazione elettronica gli consente di avere numeri di ossidazione +2 e +3. Costituisce il 4,7% della
crosta terrestre.
Raramente si trova libero in natura (forma meteoritica), mentre molto abbondann
sono i suoi minerali: ematite Fe 2 0 3 ; limonite Fe 2 0 3 · 3H 2 0; magnetite Fe 3 0_:
siderite FeC0 3 ; pirite FeS 2 .
Nell'organismo è un elemento essenziale in quanto è un costituente dell'emoglobina, proteina dei globuli rossi del sangue che trasporta ossigeno. È un metallo di
colore grigio argenteo, con reticolo cristallino cubico a corpo centrato, molto duro.
poco malleabile a freddo, ma quando viene scaldato fino ad assumere colore rosso è
facilissimo da lavorare.
All'aria umida si ricopre di uno strato rosso-marrone di ossido Fe 2 0 3 • nH 2 0 discontinuo, sotto forma di scaglie noto come ruggine, che non ha funzione protettiva nei
confronti del metallo sottostante (Figura 13.2).
Per proteggere i manufatti in ferro pertanto si deve ricorrere a vernici antiruggine
(• unità 21) o a rivestimenti metallici (zinco, cromo, nichel) .
Il ferro puro viene prodotto in piccole quantità data la scarsità dei suoi usi, mentre
la maggior parte del ferro utilizzato è associato a carbonio in quantità variabili (ghisa
e acciaio) o ad altri elementi metallici per la costituzione di interessanti leghe. È talmente importante da questo punto di vista che un'intera branca della metallurgia, la
siderurgia , prende il suo nome: sider = ferro.
Ciclo produttivo
I principali minerali da cui si ricava il ferro sono gli ossidi: ematite, magnetite, limonite.
La produzione del ferro si ottiene nell' altoforno : struttura alta circa 40 m, costituita
da metallo rivestito internamente di materiale refrattario. Ha funzionamento continuo e consta dall'alto al basso di una bocca di carico, un tino, un ventre, una sacca, un
crogiolo dove si raccoglie il metallo fuso e una bocca di colata (Figura 13.3).
L'altoforno si carica dall'alto alternando strati minerali del ferro a carbon coke con
l'aggiunta di roccia calcarea CaC0 3 che abbassa il punto di fusione della massa minerale e, reagendo con le impurezze presenti, ne permette l'allontanamento sotto forma
di scorie. Dal basso viene insufflata aria preriscaldata a 800-900 °C, che combinandosi con il coke forma ossido di carbonio con liberazione di calore:
2C + O 2 -~ 2CO + calore
Il CO caldo riscalda i minerali di ferro e dà il via a una serie di reazioni di riduzione
con progressivo aumento della temperatura da 250 °C (in alto) a 2000 °C (in basso) .
3Fe 2 0 3 + CO---+ 2Fe 3 0 4 + C0 2
Fe3 0 4 +CO
3Fe0 + C0 2
FeO +CO
Fe + C0 2
•
196
riduzione
Unità 13 - Elementi di transizione
Alla fine di queste reazioni il materiale è giunto nella sacca dove a una temperatura di
1600 °C è pastoso e comincia a reagire con il carbon coke e con l'ossido di carbonio:
3Fe + C-------. Fe 3 C
3Fe + 2CO
Fe 3C + C0 2
carburazione
minerale
coke \
/ fondente
i
1. bocca di carico
1
2. tino
3. ventre
Figura 13.3
Schema di struttura
e di funzionamento
di un altoforno.
4. sacca
5. crogiolo
2 _ __,___
600 °C
1000 °C
-1
FeO +CO
-
Fe + C02
1300 °C
4
6
3Fe + 2CO - - +
Fe3C + C02 carburazione
5
aria preriscaldata
scorie
Il composto Fe3 C è detto cementite e si scioglie nel ferro liquido costituendo una lega:
la ghisa. Le leghe Fe-C sono soluzioni interstiziali in cui la solubilità tra i componenti
varia al variare della percentuale di carbonio (• approfondimento, Diagrammi di stato delle leghe, www.auladigitale.rcs.it).
Ghisa
La ghisa ottenuta dall'altoforno è una lega ferro-carbonio con contenuto di carbonio
variabile dal 2,06% al 4%. Fonde a una temperatura di 1150-1300 °C. A seconda dello
stato di combinazione dei due componenti si distinguono : ghise bianche costituite generalmente da cementite Fe3 C, dure, fragili e utilizzate per preparare ferro dolce e acciaio;
ghise grigie costituite da piccoli cristalli di ferro puro chiamati ferrite e da scaglie di
grafite, meno dure e più tenaci delle precedenti, fluide allo stato liquido, usate per getti.
Aggiungendo altri elementi in percentuale variabile si ottengono le ghise speciali in
cui il nichel e il cromo determinano l'aumento della resistenza all'abrasione e agli urti;
magnesio e cesio ne aumentano la duttilità.
Le ghise vengono usate per costruire partì di macchine elettriche, motori, pompe, radiatori, per arredi urbani, o come materia prima per
--rr-- - - - - - - i - ottenere l'acciaio .
Figura 13.4
Convertitore L-D.
1) lancia per l'immissione
di ossigeno sotto pressione;
2) processo di combustione;
3) scorie;
4) acciaio fuso;
5) rivestimento refrattario;
6) contenitore di acciaio.
•
Biografie
U 13 - Elementi d i transizione
H. Bessemer
Approfondimenti
Acciaio
L'acciaio si ottiene eliminando parte del carbonio e di altri elementi (silicio, manganese,
fosforo, zolfo) dalla ghisa. La struttura in cui avviene l'affinazione della ghisa è detta convertitore e ne esistono tipi diversi noti come convertitore Bessemer (• biografia, H. Bessemer, www.auladigitale.rcs.it), forni Martin Siemens, forni elettrici, e, ultimo in ordine
di tempo, il convertitore L-D basato sul processo Linz-Domewitz (Figura 13.4).
U 13 - Elementi di transizione,
Diagrammi di stato
delle leghe
---------·
-
Chimica Inorganica
Nella ghisa fusa e posta in un contenitore in acciaio rivestito di materiale refrattario.
viene inviato ossigeno ad alta pressione (60-100 atm.) che reagisce istantaneamente con
il carbonio trasformandolo in CO 2 ed effettuando una decarburazione della lega in circa
20 minuti. L'acciaio fuso viene raccolto sul fondo del contenitore mentre sulla sua superficie galleggiano le scorie.A seconda del contenuto in carbonio che è sempre inferiore al
2,06% si distinguono (Tabella 13.3) gli acciai comuni con contenuto in C inferiore allo
0,9% e costituiti di solo Fe e C e modeste percentuali di impurità, acciai bassolegati
contenenti vari elementi di lega in percentuali inferiori al 5%, acciai speciali con vari
elementi di lega in percentuale superiore al 5% (a questo gruppo appartengono gli acciai
inossidabili); ferro dolce con un tenore in carbonio inferiore allo O, 1%. L'acciaio si presenta splendente, capace di acquistare una brillante lucidatura, è più duttile e malleabile
del ferro, fonde a una temperatura compresa tra i 1350 e i 1450 °C.
È dotato di ottime caratteristiche meccaniche e tecnologiche.
Tabella 13.3
Tipi di acciaio
Componenti della lega
Atri caratteri
extra dolce O, 150/o C
dolce O, 150/o - 0,250/o C
semiduro 0,250/o - 0,500/o
duro 0,500/o - 0,750/o
extra duro 0,900/o
Fe - C
+
tracce di impurezze
e
e
e
Fe - C
+
P e V< 50/o
con gli agenti atmosferici assumono
colorazioni particolari
Fe - C
+
Ni, Si, Cr, Mo, V, Ti , Mn > 50/o
assumono caratteri diversi a seconda
dei metalli presenti
Acciaio inossidabile
Ni + Cr
Fe - C
con tenore
diC<0,10/o
contiene anche Si e Mn
Per migliorare le proprietà meccaniche degli acc1a1, si ricorre ai trattamenti terrruc1
(• unità 7) di tempra, rinvenimento e ricottura. Nel primo caso l'acciaio viene
portato a una temperatura di 900 °C e raffreddato bruscamente per immersione in
acqua o olio, provocando modificazioni tali della struttura micro-cristallina che determinano un aumento di durezza e di fragilità.
Sull'acciaio temprato si effettua il rinvenimento per attenuare durezza e fragilità e aumentare la tenacità della lega: si riscalda il pezzo a 250 °C e lo si lascia raffreddare lentamente.
Quando i processi di tempra e rinvenimento vengono associati si parla di bonifica.
La ricottura infine si effettua riscaldando l'acciaio a 200 °C e facendolo raffreddare naturalmente: ciò determina una lieve diminuzione della durezza e un naturale aumento
di elasticità e lavorabilità.
L'acciaio viene sottoposto alle seguenti lavorazioni:
Laminazione
. Trafilatura
Lavorazioni
dell'acciaio
······· Stampaggio
. .
. . Piegatura
·. Fucinatura
Unità 13 • Elementi di transizione
La laminazione è uno dei procedimenti più utilizzati e può essere ottenuto sia a
caldo che a freddo; la trafilatura si effettua generalmente a freddo; lo stampaggio
prevede l'uso di appositi stampi che conferiscono all'acciaio la forma desiderata mediante l'azione di presse; la piegatura è un metodo che utilizza punzoni di varia forma
che permettono di piegare ad angolo solitamente lamiere di acciaio; la fucinatura è
il processo più antico che utilizza come strumenti l'incudine per appoggiare il pezzo
riscaldato e martelli per modificarne la forma.
Per l'acciaio sono previsti trattamenti di superficie atti a migliorarne la resistenza agli
attacchi chimici e all'usura e per aumentarne la durezza:
Cementazione
.. ····· .. Nitrurazione
Trattamenti
di superficie
··· ... .
·· .. · Calorizzazione
·.. Berillatura
• Cementazione. Permette di aumentare la quantità di carbonio in superficie, con un conseguente aumento di durezza, attraverso il riscaldamento
dell'acciaio in un'atmosfera carboniosa (polvere di carbone, CH4, CO, ecc.).
Il pezzo si indurisce in s~perficie, ma all'interno resta plastico e tenero.
• Nitrurazione. L'acciaio viene scaldato in un'atmosfera di NH 3 a 500 °C. Sulla sua
superficie si forma unò strato di nitruri di ferro che gli conferiscono durezza ed
estrema resistenza alla corrosione e ali' attrito.
• Calorizzazione. Il pezzo ricoperto da polvere di alluminio e cloruro di ammonio
NH 4Cl viene scaldato a 900 °C: si forma così in superficie una lega Fe-Al che trattata termicamente fa migrare parte dell'alluminio verso l'interno. Ne consegue notevole miglioramento delle proprietà meccaniche e della resistenza a corrosione.
• Berillatura. L'acciaio viene ricoperto di polvere di berillio e riscaldato a 900 °C: il
berillio penetra nella superficie del pezzo conferendo durezza elevatissima.
Il campo di utilizzo dell'acciaio è vastissimo. L'uso in arredo dell'acciaio è recente (1920) e riguarda soprattutto la progettazione di
sed i e (Figura 13.5) e poltrone in cui la forma è subordinata alla
funzionalità e all'esigenza della produzione in serie.
Soprattutto in acciaio inossidabile vengono realizzati oggetti di uso casalingo
come posateria, vassoi, ecc.Va ricordato che il termine "inossidabile" non significa
che il materiale sia esente da ossidazione dovuta all'ossigeno dell'aria, ma semplicemente che i componenti della lega (Cr 18% e Ni 8%) in particolare il cromo,
possono autopassivarsi formando cioè ossidi protettivi e invisibili sulla superficie
del pezzo.
Gli acciai utilizzati in scultura sono quelli galvanizzati, cioè trattati mediante
processo elettrolitico in un bagno di zinco fuso. In questo modo si forma un deposito di zinco sulla superficie della lamiera di acciaio che aumenta la resistenza
del pezzo alla corrosione. I pezzi si possono saldare, assemblare meccanicamente
o tramite colatura (Figura 13.6).
Quando si parla di ferro b attuto si usa un termine inesatto, in quanto la materia
prima per questa tecnica non è il ferro, bensì una lega Fe-C con bassissimo tenore
in carbonio: il cosiddetto ferro dolce. La lavorazione si effettua a partire da sbarre
a sezione quadrangolare dette quadrelli o piatte dette verghelle . Q u este vengono martellate a caldo, ricavandone ricci o altri elementi decorativi.
Figura 13.5
Poltrona con tubolare in
acciaio. Poltrona Wassily
M. Breuer. Knoll Studio.
1111111,--~~~~~-r-
Figura 13.6
Scultura in acciaio,
Friburgo, Germania.
-
Chim ica Inorganica
Questa tecnica è molto antica e se ne hanno esempi in numerosi paesi
e in vari periodi storici.
I manufatti più comunemente ottenuti in questo modo sono cancelli,
grate, parapetti di balconi, lunotti di porte e lanterne, testate e pediere
per letti. Il materiale così lavorato viene a volte anch e brunito a fuoco,
protetto con cera o impreziosito con l'applicazione di foglie d 'oro
(Figura 13. 7).
.··Strutture in cemento armato
Strutture per ponti e edifici
...-
.. ... ...
Figura 13.7
Cancello in ferro battuto.
.
Edilizia
. .. Infissi
.. ·· . ·Lavori di rifinitura (battiscopa, ecc)
·.·:: ..
Impalcature
····· ···
··· ·.. .
······ Tettoie e coperture di capannoni, pensili ne
·· .. .... ·Tubi
"· ..:··.
·· Pareti divisorie
Utensili e
macchinari
Arredo
USI
DELL'ACCIAIO
· Balaustre
· Pannell i di rivestimento di pareti esterne
·········· ········ · Tubolari per sedie e poltrone, tavoli,
maniglie, vasche, lampade
Usi
casalinghi
· Posate, vassoi, pentole (acciaio inox)
.. .. ........ Scultu re
Arti
applicate
········ ···· Ferro battuto
2.3 Rame e sue leghe
Elemento
Simbolo
Cu
Tabella 13.4
11
n•
atomico
Conf. elettr.
esterna
atomico
densità
g/cm3
Stato
fisico
29
3d 10 4s'
63,546
8,96
solido
Peso
Punto di Elettroneg. Potenziale
Pauling di ioniz. (ev)
fusione •e
1083,4
9 _200
7,72
+1; + 2
Il Rame (Tabella 13.4) si trova nel gruppo I B della tavola periodica e presenta 1 solo elettrone nell'orbitale s del suo ultimo livello energetico 4s1 mentre gli orbitali 3d sono completi.
Esiste raramente allo stato libero, mentre lo si trova in natura piuttosto diffuso sotto
forma di ossidi (cuprite) , carbonati o composti solforati (Figura 13.8). Il minerale
dal quale solitamente si ricava è la calcopirite CuFeS 2 solfuro di rame e ferro.
b
Figura 13.8
Cuprite (a);
rame metallico (b) .
1,9
n.o.
Unità 13 - Elementi di transizione
È un metallo di colore rosso, con reticolo cristallino cubico a facce centrate molto
duttile e malleabile, buon conduttore di calore, migliore conduttore di elettricità, dopo
l'argento: è dotato di elevata resistenza chimica alla corrosione, infatti all'aria si ricopre
di uno strato di ossido che in presenza di umidità forma una patina verde di carbonato
basico di rame (verderame) con funzione protettiva sul metallo sottostante.
Il rame si scioglie nell'acido nitrico diluito a freddo con sviluppo di ossido di azoto,
secondo la seguente reazione che è alla base della tecnica di stampa artistica dell'acquaforte (mt unità 20, paragrafo 2.3):
Ciclo produttivo
Prevede tre fasi:
1. arricchimento per flottazione;
2. arrostimento;
3. raffinazione.
L' arricchimento è necessario poiché la quantità di rame presente nei suoi minerali è
sempre piuttosto bassa, perciò si procede a mescolare i minerali finemente macinati con
acqua, olio e detergenti. Le impurità unendosi all'acqua precipitano, mentre il solfuro
di rame rivestito di olio galleggia e viene raccolto nella schiuma che si forma insufflando aria. Si ottengono così minerali arricchiti contenenti il 40% di rame.
L'arrostimento si effettua in un forno con aria arricchita di ossigeno che permette di
eliminare gran parte dello zolfo e di ottenere alla fine ossido di rame e solfuro di rame
che interagendo producono rame metallico a una purezza del 98,5%-99,5%:
Per molti usi del rame la purezza deve però raggiungere il 99,99% e ciò è possibile
mediante la raffinazione che si effettua per via elettrolitica (Figura 13.9).
Si pongono lastre di rame grezzo alternate a lastre di rame puro in una soluzione acida
di CuSO 4 (solfato rameico) che funge da elettrolita.
Il rame grezzo viene collegato col polo positivo del generatore di corrente (fungendo
da anodo), mentre il rame puro viene collegato col polo negativo (fungendo da catodo). Al passaggio della corrente nella cella elettrolitica, i cationi Cu++ della soluzione si
riducono al catodo ingrossando così le lamine di rame puro, mentre dalle lastre di rame
grezzo si distaccheranno ioni rame che passeranno in soluzione (ossidazione):
riduzione
ossidazione
rame puro (catodi)
soluzione di CuS04
rame grezzo (anodo)
Figura 13.9
fanghi anodici
Raffinazione
elettrolitica del rame.
-
Chimica Inorganica
Il ram e grezzo contiene impurezze di argento e oro, ch e durante il processo p assan o
in soluzione e si d epositano sul fondo della cella, co stituendo i fanghi anodici, da
cui i m etalli preziosi ven gono poi recup erati .
Figura 13.1 O
Copertura in rame.
Il rame allo stato puro viene adoperato per oggetti ornamentali; in
lastre, nella tecnica dell'acquaforte e nello sbalzo; per utensili dome-.r-- - - - - - + stici, come pentole, che però devono essere internamente stagnate, in
quanto a contatto con i grassi dei cibi il rame forma sali tossici; per
tubi, cavi elettrici, e in edilizia, per lastre per coperture e grondaie di bell'aspetto che
non necessitano di trattamenti superficiali grazie alla resistenza del rame agli agenti
atmosferici; per elementi di arredo (Figure 13.1 O, 13.11 ) .
Grandi quantità di rame vengono utilizzate nella preparazione di numerose leghe di
cui le più importanti sono il bronz o e l'otto n e .
Bronzo
È una lega costituita da rame e stagno il cui tenore di Sn può variare dal 3 al 20%. I
Figura 13.11
Arredo in rame
(cam i netto).
•
Approfondimenti
U 13 · Elementi di transizione
Diagrammi di stato
delle leghe
Fusione a cera persa
·---------
due componenti sono solo parzialmente solubili allo stato solido. La solubilità aumenta
con p ercentuali di stagno sup eriori al 10% (• approfondimento, Diagrammi di
stato delle leghe, www.auladigitale.rcs.it). C on l' aggiunta in piccola quantità di
altri elem enti come zinco, piombo, ferro, fo sforo, alluminio, nichel, m an ganese, silicio.
si modifican o alcune proprietà della lega; ad esempio, il piombo abbassa la temperatura
di fu sio n e, lo zinco riduce la ritenzione d ei gas che si formano durante la fusione, il
fosforo h a funzione diso ssidante e in quantità comprese tra O, 1-0, 2% fa aumentare la
durezza della lega, l' alluminio n e aumenta la scorrevolezza allo stato fuso.
Il bronzo assume una colorazione rosso-dorata quando il tenore di Sn è del 5-10%
mentre, a m ano a m ano che esso aumenta, il colore varia dal giallo oro al bian co
argenteo.
Il punto di fusione del bronzo si aggira intorno ai 101 O 0 C.
La sup erficie d ella lega a contatto con l'aria e le so stanze in essa presenti si riveste di
p atine colorate , che n e modificano l'asp etto esterno, conferendole riflessi che vanno
dal n ero (s e il contatto è avvenuto con agenti sulfurei) al blu-verde (presenza di acido
carbonico) al bruno (contatto con l'ossigeno).
Il bronzo si usa in edilizia nella fabbricazione di valvolame, saracinesche, impianti idrosanitari e di riscaldamento.
i-~------+- È una delle leghe maggiormente usate nelle fusioni artistiche per ottenere sculture, può essere m odellato , c esellato , facilmente saldato
e brasato (per brasatura si intende il processo di saldatura in cui i due pezzi metallici
vengono uniti grazie a un metallo di apporto con punto di fusione inferiore a quello
dei metalli da saldare).
La scultura in bronzo si ottiene mediante l'antica tecnica della fusione a c era persa. Essa permette anche di realizzare sculture complicate di cui si desidera un unico esemplare o un numero limitato di copie e soprattutto pezzi cavi internamente
( approfondimento, Fusione a cera persa, www. auladigitale.rcs.it).
Lo sbalzo o martellatura è una lavorazione che si ottiene battendo la lamiera
dall'interno in uno stampo di cui il bronzo prenderà la forma, oppure lavorandolo
dall 'interno senza alcun sostegno rigido, o infine appoggiando il foglio su una forma
in rilievo e battendolo dall'esterno. Il cesello prevede l'uso di martelli e punte con
forme particolari con le quali si lavora dal dritto la lastra di bronzo, battendo le zone
adiacenti al disegno precedentemente tracciato sulla lastra.
Con questa tecnica vengono rifiniti a volte anche lavori ottenuti per fusione .
Unità 13 - Elementi di transizione
Edilizia
USI
DEL BRONZO
.... ········· Valvole
.. ......... ·Saracinesche
·· ·····
· · . . ····· Impianti idrosanitari
··· ... Impianti di riscaldamento
Scultura (statue, campane)
Cesello
.. .. ····
Arti applicate
······
... ···
· Sbalzo
······ .... Conio di monete
Ottone
È una lega costituita da rame e zinco con un tenore di zinco che può variare dal 5%
al 45%. I due componenti sono solo parzialmente solubili allo stato solido. La solubilità
aumenta quando la percentuale di Zn si avvicina al 45% (• approfondimento, Diagrammi di stato delle leghe, www.auladigitale.rcs.it).
Il suo colore è ramato quando la percentuale di zinco è inferiore al 10% mentre con
percentuali via via crescenti il colore varia dal bronzeo, al dorato, fino al grig io.
Con l'aggiunta di piccole quantità di altri elementi quali manganese, piombo, ferro,
alluminio, silicio, nichel, si ottengono gli ottoni speciali in cui le proprietà sono modificate e migliorate. Il manganese ad esempio ne aumenta la resistenza meccanica e
chimica, il silicio ne migliora la lavorabilità a caldo.
Il punto di fusione dell'ottone varia dagli 850 ai 1000 °C. È più duro del rame, si lucida
bene ed è molto resistente agli agenti atmosferici.
•
Approfondimenti
U 13 - Elementi di transizione,
Diagrammi di stato
delle leghe
---------·
Gli ottoni sono lavorati principalmente per fusione, ma possono essere
_ ,__ _........_....-4- anche cesellati, martellati, saldati e brasati. Quando sono martellati e
ces ellati a freddo incrudiscono facilmente, perciò devono essere ricotti.
Vengono impiegati per telai di vetrine, rubinetterie e maniglie, valvolame, decorazioni di porte e cancelli, parti di mobili (Figure 13.12, 13.13) .
Valvole per idrosanitari
Edilizia
···· Telai per serramenti
USI
DELL'OTTONE
Arredo
.. ..... ·· Parti di mobili
... ... Lampade
.... :·· ···· ···· Maniglie
···.·· · Battiscopa
....
Arti applicate
···.,
.. ·Oggetti ornamentali (fusione)
····· Cesello
·
Sbalzo
Figura 13.12
Tavolo con parti in ottone.
Figura 13.13
Maniglia in ottone.
-
Chimica Inorganica
Altre leghe del rame
Quando a rame e zinco molto puri si aggiungono stagno, piombo e nichel, si ottengono leghe dall'aspetto simile ali' oro (similori) con cui si costruiscono oggetti di bigiotteria a basso costo; con rame, nichel e zinco si ottengono le alpacche impiegate per
posateria, idonee ad essere ricoperte di un sottile strato di oro, argento o nichel cromo
per via elettrolitica e utilizzate per piatti, posate, ecc. (Silver plated, Christofie, ecc.).
Patine artificiali
A volte il rame e le sue leghe possono subire trattamenti di superficie che ne modificano artificialmente il colore.
Il pezzo prima del trattamento deve essere accuratamente pulito e sgrassato.
Successivamente, viene sottoposto all'azione di composti chimici corrosivi, che producono sulla superficie sottili strati di ossido, solfuri o nitrati dai colori caratteristici. Il
trattamento può essere effettuato per immersione in bagno chimico adeguato se il pezzo è piccolo; per spennellatura a freddo con apposita soluzione attiva; per esposizione
del pezzo a vapori corrosivi. Una volta raggiunta la colorazione desiderata il pezzo deve
essere sciacquato abbondantemente con acqua corrente. Si possono ottenere per rame
e bronzo patine verde chiaro, verde antico, brune, nere, argentate e dorate. L'ottone può
assumere colorazioni blu, verdi, brune, " antiche", argentate e dorate. Per scopi artistici
•
Chimica e Storia
I metalli preziosi nella storia
L'oro rappresenta il metallo nobile per eccellenza e con il
rame fu sicuramente il più antico usato dall'uomo. Ne fu
fatto ampio utilizzo presso gli Egizi, Assiri, Cinesi, Etruschi e civiltà precolombiane. Fu usato come mezzo di
scambio fin dalle prime stabili relazioni commerciali.
Il suo uso come moneta risale alla fine dell'VIII sec. a.C.
Divenuto scarso durante l'alto Medioevo, nel mondo
occidentale fu abbandonato a favore dell'argento, finché,
con la scoperta di nuovi giacimenti avvenuta tra la seconda metà dell'Ottocento e i primi del Novecento in
California, Australia, Sud Africa, Colorado e Alaska, in
quasi tutti i paesi si tornò ad usare l'oro per il conio delle
monete o come importante riserva monetaria.
Grazie alla versatilità delle sue caratteristiche e alle varie tecniche di lavorazione a cui si presta, fu largamente
adoperato nel settore artistico, nel quale oggi, soprattutto
in lega, trova uno tra i suoi più vasti impieghi. L'argento fu scoperto e utilizzato molto più tardi dell'oro: i più
antichi oggetti pervenutici risalgono al 3000 a.C., ma i
primi centri organizzati in cui si usava il metallo
cominciarono ad apparire tra i Fenici, che
esportarono a Creta, Micene e in Etruria le tecniche di lavorazione perfezionate poi dai Romani. Dal X all'XlI
sec. vennero aperti centri per la lavo• • Borchia d'argento di origine
celtica (lii sec. a.C.).
razione dell'argento in Germania e a Venezia, ma il metallo poté essere usato su larga scala solo dopo la scoperta
dell'America dove furono rinvenuti vasti giacimenti.
Il platino, metallo prezioso oggi di alto valore commerciale, per molto tempo non fu riconosciuto come elemento puro.
Esso, dopo la scoperta dell'America, veniva raccolto lungo le rive dei fiumi americani della colonia spagnola di
Nuova Granada (Columbia) sotto forma di pepite contenenti anche oro, rame e ferro.
Gli Spagnoli, non essendo in grado di separare l'oro dal
resto e temendo che il materiale venisse utilizzato per falsificare le monete d'argento, ne ordinarono la dispersione
e ne vietarono la raccolta. Solo nel Seicento si riuscì ad
estrarre il platino dalle pepite, scoprendo così l'esistenza di
un nuovo metallo.
Il palladio ha valore commerciale inferiore rispetto agli
altri metalli preziosi, a causa della sua abbondanza. Il suo
utilizzo nel campo dell'oreficeria è piuttosto recente,
infatti risale alla seconda metà del Novecento. A causa della scarsità di platino,
requisito durante la seconda guerra
mondiale per scopi militari, il palladio cominciò ad essere usato in sua
sostituzione.
• • Moneta d'oro di epoca
Romana con l'effigi e di Pompeo.
•
Unità 13 - Elementi di transizione
possono essere trattati superficialmente anche acciai speciali per far loro assumere una colorazione ruggine, senza perdere però la loro resistenza alla corrosione. Ne è un esempio l'acciaio corten che tra le sue componenti possiede
anche il rame e che può essere ossidato senza deteriorarsi (Figura 13.14).
3. METALLI PREZIOSI
I metalli preziosi come oro, argento, platino e palladio, collocati tra gli elementi di transizione della tavola periodica, possiedono la caratteristica di non
ossidarsi all'aria e di resistere all'attacco di numerose sostanze aggressive.
Per questo vengono anche detti metalli nobili. Hanno costi elevati a causa della difficoltà
di rep erimento e di estrazione.
3.1 Argento
Elemento
Simbolo
Ag
n•
:Conf. elettr.
atomico
esterna
47
4d' 0 5s'
Peso
atomico
107,870
densità ,
g/cm3
10,5
Stato
fisico
solido
Figura 13.14
Valerio Trubbiani, Mater
amabilis. Gruppo scultoreo in bronzo con patine
argentate e dorate su
pontile in acciaio corten.
Punto di Elcttroncg. Potenziale 1
fusione ·e
Pauling ' di ioniz. (cv) ·
961 ,63
1,9
L'Argento, (Tabella 13.5) come il rame, fa parte del gruppo I B e nel suo ultimo livello
energetico presenta 1 elettrone su un orbitale s e gli orbitali d del penultimo livello completi: Ss1 4d10 .
È un metallo bianco, lucente, con reticolo cristallino cubico a facce centrate; è il migliore conduttore di elettricità e calore, è duttile e malleabile. Non viene attaccato
dall'aria e dall'umidità, m a si scioglie in acido nitrico HN0 3 e in presenza di acido
solfidrico H 2S si trasforma in solfuro di argento Ag2 S (nero): è per questo che con il
passare del tempo la sua superficie si offusca e annerisce.
7,57
n.o.
+1
Tabella 13.5
Ciclo produttivo
In natura si trova allo stato libero sotto forma di cristalli filamentosi (Figura 13.1 5), sia come impurezza in minerali del piombo come
la galena PbS, che in questi casi viene detta galena argentifera,
sia nei fanghi anodici della raffinazione del rame.
La galena argentifera può venire "disargentata" mediante due processi:
• Processo di Parkes: la galena argentifera viene fus a e trattata
con zinco metallico al di sopra del suo punto di fusione. Si ottiene una lega piombo-argento-zinco che galleggia sul piombo
fuso e viene pertanto separata senza difficoltà. Lo zinco viene
eliminato dalla lega mediante distillazione eseguita ad alta temperatura. La lega argento-piombo che rimane viene sottoposta
alla così detta coppellazione. Tale procedimento si effettua in una
muffola di cenere d'ossa dove giunge una corrente d 'aria calda
e in cui avviene la fusione della lega. L'ossigeno dell'aria reagisce con il piombo formando ossido di piombo che viene assorbito dalla muffola fino a completa purificazione dell'argento.
• Processo Pattinson: la lega piombo-argento fusa viene raffreddata lentamente finché non si ottiene un liquido contenente il 2% di argento. Tale liquido viene sottoposto a coppellazione.
Gli usi dell'argento allo stato puro sono molto limitati, mentre nella maggior parte dei
casi viene legato con altri metalli .
Figura 13.15
Forma filamentosa di argento nativo proveniente
dalla Sardegna.
-
Chimica Inorganica
Leghe dell'argento
L'argento si lega soprattutto con rame e con oro.
Il titolo delle sue leghe, cioè la loro composizione, si esprime in millesimi: parti in pe o
del metallo per ogni 1000 parti di lega. Il titolo più frequente è 800 millesimi.
3.2 Oro
Bemento
Simbolo
n•
atomico
Conf. elettr.
esterna
Peso
atomico
densità
g/cm3
Stato
fisico
••
Au
79
5d ' 0 6s'
196,967
19,3
solido
Tabella 13.6
Figura 13.16
Pepite d'oro.
•
Approfondimenti
U 13 - Elementi di transizione
Saldatura dei metalli
preziosi
Diagrammi di stato
delle leghe
·~~~~~~~~
Punto di Elcttroneg. Potenziale
Pauling di ioniz. (ev)
fusione ·e
1064,43
4.4
9,22
n.o.
+1; +3
L'oro (Tabella 13.6) fa parte del gruppo I B (come rame e argento), pertanto la su.::
configurazione elettronica presenta 1 solo elettrone sull'orbitale s dell'ultimo livell
energetico e gli orbitali del penultimo livello Sd completi.
Si trova in natura allo stato nativo sotto forma di.cristalli isolati o aggrega
in masse filiformi, o scaglie e in masserelle arrotondate, che possono ra__ giungere anche notevoli dimensioni, le pepite (Figura 13.16). Più spesso e
presente non combinato all'interno di masse di materiale estraneo; si parh
allora di sabbie o rocce o minerali auriferi.
È un metallo di colore giallo con reticolo cristallino cubico a facce centrate; lucente, molto duttile e malleabile, che si può saldare anche a fredd
(• approfondimento, Saldatura dei metalli preziosi, www.auladigitale.rcs.it). Non si ossida all'aria e non viene attaccato dagli acidi, m a •
scioglie in acqua regia (miscela di acido cloridrico e nitrico) . Il metallo puro è troppe
tenero e quindi lo si usa quasi sempre in lega, tranne che per doratura di altri metalli o
di ceramiche, vetri, legno, ecc.
Ciclo produttivo
L'oro viene estratto dal minerale aurifero che lo contiene in scarsa quantità mediante
il processo di levigazione. Sul materiale viene fatta scorrere acqua che elimina
elementi più leggeri, mentre in conseguenza della sua alta densità l'oro si deposita su.
fondo del recipiente.
I processi di produzione più usati oggi sono l'amalgamazione e la cianurazione.
Nell'ambito del primo procedimento si tratta il minerale aurifero con il mercurio ottenendo un amalgama (lega) oro-mercurio, che viene separato dal materiale estraneo.
Successivamente, essendo il mercurio un metallo molto volatile, per distillazione 1
ottiene l'oro puro. Nell'ambito del secondo processo il minerale viene trattato con una
soluzione di cianuro di sodio continuamente areata. Si forma un cianuro doppio di oro
e sodio, da cui il metallo prezioso si estrae con zinco o per riduzione elettrolitica .
Leghe dell'oro
Le leghe si ottengono aggiungendo ali' oro percentuali variabili di altri metalli come
rame, argento, nichel, zinco, palladio che lo rendono più malleabile, più duro, più elastico e ne modificano il colore.
Le leghe Au-Ag costituiscono soluzioni solide omogenee (• approfondimento
Diagrammi di stato delle leghe, www.auladigitale.rcs.it).
Il titolo delle leghe si esprime in carati indicando con 24 carati l'oro puro. Perciò una
lega a 18 carati significa che 18/ 24 in peso sono rappresentati da oro puro e i rimanenti
6/24 sono costituiti da altri metalli. Attualmente si preferisce esprimere il titolo in oro
di una lega in millesimi: l'oro puro (24 carati) corrisponde a 1000 millesimi; l'oro a 18
carati per esempio corrisponde a 750/ 1000.
Unità 13 - El ementi di transizione
Qui di seguito per una lega d'oro a 750 millesimi si riportano le variazioni di colore
determinate dai diversi metalli aggiunti (Tabella 13.7).
L'oro giallo 750 rappresenta la lega che esalta al meglio durezza, stabilità all'aria, elasticità, malleabilità e duttilità.
Oro bianco
Au 750
Ni 190
Zn 60
Oro verde
Verde
attenuato
Oro giallo
Oro rosa
Oro rosso
Rosso max
Au 750
Ag 250
Au 750
Ag 125
Cu 125
Au 750
Ag 120-70
Cu 130-180
Au 750
Ag 65-50
Cu 185-200
Au 750
Ag 45
Cu 205
Au 750
Ag O
Cu 250
Au 750
Pd 250
Tabella 13.7
3.3 Palladio e platino
Il palladio e il platino (Tabella 13.8), come il ferro fanno parte del gruppo VIII B, ma trovandosi rispettivamente nella 2• e nella 3• triade, non presentano la stessa configurazione
elettronica nell'ultimo livello energetico (4d10 per il palladio e 51f6s 1 per il platino).
In natura si trovano come granuli o scagliette quasi sempre associati tra di loro e con
altri metalli come rutenio, rodio, osmio, iridio, ferro, rame.
Elemento
Simbolo
n•
atomico
Conf. elettr.
esterna
Peso
atomico
densità
g/cm 3
Stato
fisico
Pd
46
4(1'10
106,4
12,0
solido
Pt
78
5a'96s'
195,09
21,4
solido
Punto di Elettroneg. Potenziale
fusione ·e
Pauling di ioniz. (ev)
n.o.
1552
2,2
8,3
+2; +4
1762
2,2
8,96
+2;+4
Il palladio è grigio chiaro con reticolo cristallino cubico a facce centrate; lucente,
molto tenero, duttile e malleabile, buon conduttore di elettricità e calore, all'aria si
ossida leggermente ed è capace di assorbire notevoli quantità di idrogeno. È meno resistente del platino agli attacchi chimici.
Il platino è bianco argenteo leggermente grigiastro con reticolo cristallino cubico a
facce centrate; lucente, è molto duttile e malleabile, non si ossida all'aria, è molto resistente agli agenti chimici e viene attaccato dall'acqua regia solo a caldo.
......
Argento, oro, palladio e platino (Tabella 13.9 di pagina seguente) vengono usati solo raramente allo stato puro e in settori piuttosto circoscritti: per dorature o argentature di altri materiali (placcatura), per
rivestimenti elettrolitici di altri metalli (Figura 13.17); come catalizzatori in processi
generatore di
chimici, per costruire elettrodi per eletcorrente continua
trochimica (soprattutto platino e palladio);
per fabbricare specchi (argento).
~~~~~~;-
Figura 13.17
bagno di cianuro
di argento
argento
Rivest imento elettrolitico di un a fo rchetta
rea lizzato con argent o. L'oggetto immerso
in un bagno di cianu ro di argento viene coll egato al polo di un gene rat ore di
corre nte (fu nge da ca t odo). Una sbarra di
metallo fu nge da anodo. Al passagg io della
corrente elettrica gl i ion i Ag • della so luzione
si riducono ad argento met allico al ca t odo
ri coprendo l'og getto, ment re, dalla sbarra di
Ag , ion i Ag• passano in solu zi one.
Tabella 13. 8
-
Chimica Inorganica
Alcuni composti dell'argento, bromuri di argento, vengono utilizzati nell'industria fotografica per preparare le gelatine fotosensibili delle pellicole. Il bromuro
d'argento, infatti, grazie all'azione della luce, si trasforma in argento metallico
di colore nero ottenendo così il negativo, dove le parti in cui la pellicola è stata
colpita dalla luce appaiono scure e le altre chiare. Per la maggior parte delle lavorazioni però i metalli si usano in lega. I settori di utilizzo sono la gioielleria, il
conio di monete, la posateria, la microscultura e l'odontoiatria.
Usi dei metalli preziosi
mm
17 fTtT:TA"'Wel
-
~IJ:t
,.
....
llimliI!l
..
Puro
In lega
placcatura, rivestimenti elettrolitici
gioielleria, monete, microscultura
placcatura, rivestimenti elettrolitici,
cata Iizzatore, specchi
gioielleria, monete, posateria
microsculture
catalizzatore, elettrodi
gioielleria
catalizzatore, elettrodi, gioielli
gioielleria
Tabella 13.9
3 .4 Lavorazione dei metalli preziosi
Le lavorazioni a cui vengono sottoposte le leghe di metalli preziosi soprattutto per ottenere oggetti di gioielleria o piccoli manufatti artistici sono essenzialmente la fusione .
la laminazione, la trafilatura, il cesello e lo sbalzo .
.·· Fusione
.. ·······
Lavorazioni
dei metalli preziosi
Laminazione
· Trafilatura
·· ..
· Cesello
" Sbalzo
Figura 13.18
Chioccia e pulcini in
argento dorato.
Figura 13.19
Collana Triangles di Marina Bulgari (1981).
--- 208
Unità 13 - Elementi di transizione
Solitamente la lega viene fusa e poi
gettata in matrici di ferro o di terra refrattaria e gesso, o di sabbia di
opportuna forma, oppure dopo la
fusione il materiale viene colato in
lingottiere e, una volta solidificato,
passato ai laminatoi e alle filiere . Cesello e
sbalzo vengono effettuati sulle lamine uscite dai laminatoi. I pezzi vengono poi sottoposti all'im bianchimento , tecnica volta
ad eliminare gli ossidi presenti in superficie
mediante bagni caldi in acidi diluiti (H 2SO 4 o
HNO) . Dopo l'imbianchimento i pezzi devono essere lavati e asciugati perfettamente per eliminare ogni residuo di acido che altrimenti con il tempo potrebbe
provocare microfratture o screpolature. Successivamente i pezzi vengono sottoposti al puliment o e alla c oloritura che hanno il compito di eliminare i segni di
lavorazioni , di lucidare le superfici per mezzo di spazzole rotanti, e di restituire il
colore originario andato perduto a causa di precedenti trattamenti mediante doratura galvanica o bagni in vari composti chimici (Figure 13.18, 13.19, 13.20) .
Nella seguente tabella vengono riportate le caratteristiche di alcuni metalli (Tabella 13.10) .
Metallo
Peso specifico
g/cm 3
Punto di
fusione ·e
Conducibilità
termica'
Resistività
elettrica2
Durezza
(Brinell)
2,7
660,37
0,53
0,027-0,033
16
10,5
961,63
1,00
0,0164
30
7,8
1535
0,21
O, 10-0, 15
70
8,8
1453
0,145
0,07-0, 11
95
19,3
1064,43
0,023-0,024
25
11,3
327
0,08
0,21-0,22
4
21,4
1762
0,17
0,10
45
8,9
1083,4
0,93
0,0173-0,0179
50
7,3
232
0,145
0,11-0,12
5,5
1665
0,037
7,12
419,5
0,29
120
0,060
35
' Quantità di calore (espresso in cal) trasmesso in un secondo attraverso l'area di 1 cm ' tra due sezioni del materiale distanti fra
loro 1 cm, quando la loro differenza di temperatura è di 1
' Resistenza in ohm offerta al passaggio della corrente da un filo della lunghezza di 1 me della sezione di 1 mm' alla temperatura
di 20
La resistività aumenta notevolmente se il metallo contiene impurezze anche in tracce e dipende anche dalle lavorazioni
subite.
·c.
·c.
Figura 13.20
Lavorazione a sbalzo
dell'oro.
Una delle due tazze auree
(xvi sec. a.C.) ritrovate
in una tomba di Vaphiò,
Atene, Museo Nazionale.
Tabella 13.10
Caratteristiche
di alcuni metalli.