Metais e ligas metálicas

Externato Cooperativo da Benedita Ano Lectivo 2014/2015
Química – Isabel Lucas
Daniela Silva nº13 e Iva Monteiro nº21 – 12ºB
Metais e Ligas Metalicas

Índice
0. Introdução............................................................................................................................. 3
1. Cobre..................................................................................................................................... 5
1.1. História.......................................................................................................................... 5
1.2. Extração e Obtenção ..................................................................................................... 5
1.3. Principais Características............................................................................................... 6
1.4. Aplicações...................................................................................................................... 7
2. Estanho.................................................................................................................................. 8
2.1. História.......................................................................................................................... 8
2.2. Extração e Obtenção ..................................................................................................... 8
2.3. Principais Características............................................................................................... 9
2.4. Aplicações..................................................................................................................... 9
3. Bronze ................................................................................................................................. 11
3.1. História........................................................................................................................ 11
3.2. Obtenção e Produção.................................................................................................. 11
3.3. Principais Características............................................................................................. 12
3.4. Aplicações.................................................................................................................... 12
4. Ferro.................................................................................................................................... 13
4.1. História........................................................................................................................ 13
4.2. Extração e Obtenção ................................................................................................... 13
4.4. Aplicações.................................................................................................................... 15
5. Aço....................................................................................................................................... 16
5.1. História........................................................................................................................ 16
5.2. Obtenção e Produção.................................................................................................. 16
5.4. Aplicações.................................................................................................................... 18
6. Exploração mineira e o ambiente ....................................................................................... 20
7. Necessidade de Reciclar...................................................................................................... 22
8. Conclusão ............................................................................................................................ 23
9. Bibliografia .......................................................................................................................... 24

0. Introdução
A palavra «metal» deriva de métallon (que significa mina, em grego) e assume, nos
nossos dias, vários significados conforme o contexto em que é utilizada.
A história da Humanidade está intimamente relacionada com o aparecimento de novos
materiais e novas técnicas. Os metais desempenham um papel fundamental nesta
evolução histórica. Este facto não constitui admiração já que os metais constituem
cerca de 80% dos elementos químicos conhecidos. No entanto, o seu uso é
relativamente recente, porque, na sua maior parte, os metais não se encontram livres
na natureza mas combinados com outros elementos, normalmente oxigénio ou
enxofre, formando compostos de onde têm de ser extraídos. A estes compostos
chamamos minérios. Em primeiro lugar é necessário definir o que são minérios e o que
são minerais. Minerais são todas as substâncias naturais presentes na crosta terrestre.
Por outro lado, os minérios são os minerais dos quais pode ser obtido lucro devido à
sua extração. Aqui os metais podem estar na sua forma pura ou combinada, sendo a
forma combinada a mais usual. São exemplos de metais puros o ouro e a platina.
A tecnologia disponível para a descoberta, produção e utilização de bens minerais
envolve as etapas de prospeção, pesquisa, mineração, concentração, metalurgia e
transformação. Na fase de transformação são utilizados muitos processos químicos
para purificar os metais pretendidos. Podem por exemplo, ser usadas a eletrólise, no
caso do cobre, o refino por zona, ou ainda a destilação quando nos referimos a metais
com baixo ponto de ebulição como é o caso do zinco e do magnésio. No que toca à
produção de metais, utilizamos processos de pirometalurgia, ou seja, processos
metalúrgicos realizados a elevadas temperaturas. Aqui efectuam-se reações de
redução, sendo que esta pode ser química, para obter Titânio, por exemplo, ou
eletrolítica que pode ser utilizada para obter sódio ou alumínio.
A história dos metais remonta a tempos antigos, também apelidados por Idade dos
Metais. A estes tempos antecedeu a Idade da Pedra. Esta por sua vez subdividia-se em
três fases, a Idade da Pedra Antiga, a Idade da Pedra Intermediária e a Idade da Pedra
Polida. Isto não quer dizer que não fossem conhecidos alguns metais na Idade da
Pedra. Aliás, já havia conhecimento da existência de prata e ouro, apenas não eram
relevantes para o ser humano pois eram elementos demasiado macios, ou seja, não
podiam ser utilizados como ferramentas. Na Idade dos Metais existiram também várias
subfases. Em primeiro lugar, em 7000 anos a.C. surgiu a Idade do Cobre. Foi precedida
pela Idade do Bronze, cerca de 5000 anos depois. Em seguida, rondando os 1500 a.C.
apareceu a Idade do Ferro, havendo a Idade do Ferro I, até 1000 a.C. e a Idade do
Ferro II que terminou em 550 a.C.. Por volta do século XIV surgiu a Idade do Aço, e
agora vivemos na Idade dos Novos Materiais. Por Novos Materiais designamos a

produção de superligas metálicas, materiais leves e resistentes para a indústria. Nesta
categoria incluem-se também polímeros e biopolímeros.
Apesar de tudo, poucos metais são utilizados no estado puro, dado que as respectivas
propriedades não se adequam os fins em vista, recorrendo-se, por isso, às ligas
metálicas. Os metais são insolúveis nos solventes líquidos comuns, mas podem
dissolver-se uns nos outros. Em geral, são fundidos e depois arrefecidos, constituindo
uma mistura sólida. O metal que entra em maior percentagem é considerado o
solvente e os outros são solutos.
Existem dois tipos de ligas metálicas, a substitucional e a intersticial. Na primeira liga,
os átomos de um metal são substituídos por átomos de um metal diferente, porém
isto só acontece se os raios atómicos não diferirem em mais de 15%. Temos como
exemplo o latão, onde átomos de cobre são substituídos por zinco tornando o metal
mais forte e duro. Por outro lado, nas ligas intersticiais os átomos de soluto de
pequenas dimensões ajustam-se nos espaços vazios do solvente. Para que este
fenómeno ocorra é necessário que o raio atómico do soluto tenha dimensões
inferiores a pelo menos 60% do raio atómico do elemento principal. É o caso do aço,
onde o carbono preenche os espaços intersticiais deixados pelo ferro.
Uma das vantagens das ligas metálicas é a de se poder controlar as percentagens dos
respectivos constituintes, de acordo com as propriedades desejadas. A maioria dos
componentes das ligas metálicas pertence ao bloco d da tabela periódica, como, por
exemplo, o ferro, o cobre, o cobalto, a prata e o mercúrio. As propriedades de uma liga
metálica são diferentes das do metal puro, como por exemplo, o cobre puro é um
metal muito macio, pelo que é preciso juntar-lhe outros elementos para lhe aumentar
a dureza; a adição de carbono ao ferro aumenta a sua resistência mecânica; a adição
do chumbo ao estanho faz diminuir o seu ponto de fusão; o crómio adicionado ao aço
torna-o mais resistente à corrosão. A facilidade com que os metais formam ligas
metálicas, misturando-se entre si ou com outros elementos não metálicos, deve-se à
sua estrutura. As ligas mais comuns que se utilizam na indústria são as de ferro, cobre,
magnésio, alumínio e chumbo.
Existem ainda ligas com memória de forma que são materiais metálicos que têm a
capacidade de recuperar a sua forma mesmo depois de terem sido muito deformados.
Têm usos no campo da medicina, robótica e aeronáutica.
Visto que os metais e as ligas fazem parte do nosso dia-a-dia, é inevitável dizer que no
futuro continuaremos a necessitar deles, eventualmente melhorando-os e criando
novas ligas para novas utilizações.

1. Cobre
1.1. História
O cobre foi o primeiro metal a ser utilizado pelo homem.
Estima-se que tenha sido descoberto por volta de 9000
a.C. no Médio Oriente, mais propriamente na Suméria,
actual sul do Iraque e Kuwait. Na ilha de Chipre, próxima
desta zona, foi encontrada a maior fonte de cobre do
mundo que remonta à cerca de 7000 anos atrás. A
origem do nome deste metal vem da palavra romana
cuprum, que por sua vez tinha origem da palavra
cyprium, palavra romana para designar esta mesma ilha.
Foram encontrados objectos deste material na Anatólia
datados de 6000 a.C..
Estas civilizações conseguiram utilizar este metal pois
encontravam-no na superfície terrestre junto a correntes de
água, e este destacava-se pela sua tonalidade azul-
esverdeada. Em 5000 a.C. já era fundido e refinado cobre
originário de outros minérios, ou seja, que não se encontrava
no seu estado nativo.
Neste mundo antigo o cobre fazia parte da base das moedas
que estavam em circulação juntamente com as moedas de
ouro e de prata, sendo estas muito mais valiosas que as de
cobre.
Os antigos egípcios, por volta de 2400 a.C. utilizavam o
cobre com fins medicinais. Inicialmente para esterilizar feridas e mais tarde para dores
de cabeça e queimaduras. Os Aztecas também o utilizavam com esta função mas para
curar dores de garganta, gargarejando com misturas de cobre. Na China já utilizavam o
cobre à pelo menos 2000 a.C. Os Fenícios importaram cobre da Grécia o que deu
origem à grande exploração mineira por parte dos gregos.
1.2. Extração e Obtenção
Quando se quer fazer uma prospeção no que toca ao cobre
uma observação geral deve ser feita sobre o local das jazidas
deste minério. Há predominância de minérios oxidados na
superfície enquanto os minérios sulfurados se encontram em
profundidade. O cobre quando não está no seu estado nativo
pode ser encontrado na calcopirite, CuFeS2, na cuprite, Cu2O
e na malaquite, Cu2(OH)2CO3 por exemplo.
Fig. 1 – Zona onde foram encontrados
os primeiros vestígios de cobre
Fig. 2 – Água com cobre
Fig. 3 – Mina de cobre

Para o cobre ser extraído é necessário percorrer os seguintes passos:
a) Calcinação do minério - Os minérios sofrem uma calcinação que elimina os
elementos voláteis e prepara a eliminação do enxofre e do oxigénio. Obtém-se uma
massa de cobre entre os 40 e os 50%.
b) Fusão – A massa de cobre obtida no primeiro processo possui ainda uma elevada
quantidade de impurezas. Ao colocar esta massa num forno próprio que ronda os
1200ºC, as impurezas eliminam-se por vazamento quando o forno é inclinado. No final
deste processo a massa de cobre atinge uma pureza que ronda os 98%.
c) Refinação no conversor– Aqui efetua-se uma refinação
térmica de modo a que outros metais que sejam mais
difíceis de separar se separem efetivamente.
d) Refinação do cobre bruto – Do processo anterior resulta
um cobre bruto com pureza acima dos 98%. Nesta fase
final é efetuada uma eletrólise de modo a que o cátodo
seja formado por uma fina folha de cobre puro. No final
deste processo o cobre atinge uma pureza de
aproximadamente 99.98%.
1.3. Principais Características
O cobre, 29 Cu, tem como distribuição
eletrónica 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s1
o que o localiza no 11º grupo,
4º período, bloco d, sendo assim designado como um metal de
transição. Tem uma massa atómica de 63.55 e dureza de que varia
entre os 2.5 e os 3 na escala de Mohs. A 25ºC está no estado sólido,
tendo um ponto de fusão a rondar os 1084ºC e um ponto de ebulição
de 2562ºC. Apresenta uma coloração avermelhada, brilho metálico, é
maleável, ou seja, é divisível em lâminas, dúctil, ou seja, é divisível em
fios, e é ainda um bom condutor elétrico e térmico, sendo apenas
superado pela prata. Possui ainda uma elevada resistência à tensão
física e à corrosão.
Quando se juntam outros elementos ao cobre estes formam as ligas metálicas. Cada
liga destas tem diferentes propriedades conforme o seu uso. Atualmente existem mais
de mil tipos de ligas contendo cobre.
O cobre tem números de oxidação +1, +2, +3 e +4, sendo o
+2 o mais comum. Ao reagir com o ar, perde a sua cor
avermelhada e passa a ficar ligeiramente violeta aquando
da formação do óxido de cobre (I), Cu2O. Em seguida,
forma óxido de cobre (II), CuO, de cor negra. Caso esteja
Fig. 5 – Cobre no estado
nativo
Fig. 6 – Estátua da Liberdade pré e pós-oxidação.
Fig. 4 – Eletrólise do cobre.

exposto a ar húmido durante longos períodos de tempo forma carbonato de cobre (II),
CuCO3, com um tom esverdeado. Esta reacção pode ser observada em diversos
monumentos como é o caso da Estátua da Liberdade.
1.4. Aplicações
A aplicação maioritária do cobre baseia-se na sua
transformação em fios e cabos para material de
condução a nível industrial. Esta actividade consome
aproximadamente 45% de todo o cobre utilizado
mundialmente. Devido às suas principais
características aliadas à sua grande resistência, fácil
manuseio e soldagem é muito usado em tubagens
que podem ser utilizadas em aparelhos de ar
condicionado, instalações hidráulicas, redes de
combate a incêndio entre outros.
É também utilizado na indústria automobilística nos fios condutores, travões,
radiadores e no motor. Um automóvel médio pode ter 1,5 km de fios de cobre,
podendo este aumentar dependendo do tamanho do veículo. O cobre é também
utilizado nos painéis solares. Existem pequenas estruturas deste metal no seu interior
que ajudam a transmitir o calor pelos tubos. Para aumentar o rendimento destes
painéis a estrutura assenta numa lâmina de cobre
escurecida de modo a que absorva ainda mais energia.
Como referido nos factos históricos deste metal, o cobre é
ainda utilizado para fabricar moedas, numa liga de 75%
cobre e 25% de níquel.
De menor importância, o cobre está também presente em
diversos objetos decorativos.
Devido ao seu elevado ponto de fusão era utilizado em panelas
até se saber que este poderia contaminar os alimentos. Existe também algum perigo
no que toca às tubagens hidráulicas anteriormente referidas. Estas tubagens estão
presentes maioritariamente em casas antigas, sendo que a água com uma quantidade
de cobre superior a 1 mg/l pode contaminar roupa e objetos lavados com a mesma.
Acima dos 5 mg/l a água torna-se colorida e de sabor desagradável.
Fig. 7 – Tubos de cobre.
Fig. 8 - Moedas de cobre.

2. Estanho
2.1. História
O estanho é um metal conhecido desde os
primórdios das civilizações. Estima-se que os
primeiros utensílios fabricados a partir de estanho
remontam a 3500 a.C. Acredita-se que a exploração
mineira do estanho se tenha iniciado na Cornualha e
em Devon em épocas clássicas, desenvolvendo um
próspero comércio deste metal com as civilizações
do mediterrâneo. Os países de onde são conhecidas
fontes clássicas de estanho são a Cornualha,
Portugal, sul de Espanha, Nigéria, Uganda, Bohemia
e Sibéria.
No século XIV, o estanho começou a ser tirado de
jazidas na Europa e passou a ser convertido em
diversos produtos, geralmente utilitários. Até a
metade do século XVII, a fabricação de estanho só cresceu por ser um metal fácil de
ser trabalhado, maleável e que se funde a uma baixa temperatura. Ainda nesse
período, era utilizado por artesãos-viajantes que passavam de cidade em cidade para
consertar e fazer peças.
O estanho é um mineral relativamente raro e
a maior parte das reservas é de baixo teor, o
que dificulta ou inviabiliza sua exploração
económica. Contudo, a extração deste metal,
quando em teores mais elevados é bastante
simples. O principal minério do estanho é a
cassiterite ou óxido de estanho, geralmente
associado a granitos, no entanto, a maior parte do
estanho explorável economicamente é obtido de jazidas secundárias.
O método de extração dos minerais de estanho é relativamente simples, devido à
simplicidade do minério, o estanho negro. Primeiramente, o minério é concentrado e
separado das impurezas terrosas através de uma lavagem. Esse processo é facilmente
realizado, pois o estanho tem elevado peso específico (6,8 a 7,0). O seguinte processo
funciona bem para o estanho em grão, lava-se o minério triturado e por calcinação
oxidante elimina-se o arsénio (Ar) e o enxofre (S).
Fig. 9 – Localização da Cornualha.
Fig. 10- Mina de cassiterite.

Usando um separador eletromagnético separa-se o tungsténio e o resíduo resultante
da calcinação das pirites. A extração do estanho a partir dos concentrados de minérios
é feita pela redução do minério num forno de cuba ou de revérbero. Ao aquecer-se o
estanho com carvão em pedra no forno o óxido é reduzido:
SnO2+2C=2CO+Sn.
Retira-se o estanho metálico concentrado no fundo do forno e este é moldado em
lingotes ou blocos com cerca de 9,5% do metal. A escória é retratada e o refinamento
do estanho é feito a partir do aquecimento a uma temperatura ligeiramente acima da
necessária para a fusão do metal, na fornalha. O estanho, por sua vez, escoa até o
fundo da fornalha deixando, o que seria a escória de refino, ou impurezas metálicas
oxidadas. Depois deste processo o estanho ainda pode ser purificado agitando-se o
metal com um pedaço de madeira. O metal é agitado pelo borbulhamento dos gases
ascendentes e isto expõe o estanho subsequentemente à ação oxidante do ar. As
impurezas são retiradas na forma de espuma, porém como a escória do refino contém
grande quantidade de estanho, ela é refundida com o minério. A recuperação do
estanho através de chapa e aparas de outros objetos é um importante processo.
O estanho, 50Sn, tem como distribuição eletrónica 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3 4s2
3d10
4p6
5s1
4d4
o que o localiza no 14º
grupo, 5º período, bloco p, sendo assim designado como um
metal de pós transição. Encontra-se no estado sólido, é
bastante resistente à corrosão e apresenta uma cor branca-
prateada com um brilho característico.
É um metal que atinge o seu ponto de fusão aos 505 K, ou
seja, aos 231,85ºC e o seu ponto de ebulição ronda os 2875
K, sendo aos 2601,85ºC. É um metal maleável, ou seja, é
divisível em lâminas; porém é pouco dúctil, é difícil ser
disposto em forma de tubos maciços. É um bom condutor
eléctrico e térmico.
Este metal resiste à corrosão quando exposto à água do mar e água potável, porém
pode ser atacado por ácidos fortes, bases e sais ácidos. O estanho age como um
catalisador quando o oxigénio se encontra dissolvido, acelerando o ataque químico. Os
seus números de oxidação mais comuns são o +2 e +4. É considerado como um metal
semi-raro.
2.4. Aplicações
Como metal puro, o estanho é usado na construção de tubos e
válvulas, no fabrico de recipientes para água destilada, cerveja
e bebidas carbonatadas. Pode ainda ser usado em tanques de
Fig. 11 – Cubo metálico de estanho.
Fig.12 – Tubos de estanho.

armazenamento de soluções químicas farmacêuticas, em eléctrodos de
condensadores, fusíveis, munições, papel metalizado para envolver alimentos, doces
ou tabaco. O pó de estanho é usado no fabrico
destes papéis e de tintas e sprays.
A galvanoplastia é uma importante aplicação do
estanho podendo ser feita a electrodeposição em
torno de peças de aço, cobre, alumínio, etc. As peças
feitas de estanho têm inúmeras aplicações tais como
em utensílios de cozinha, recipientes de sprays e
creme para a barba, latas de tinta, componentes
electrónicas, circuitos impressos, clips, pins e muitas
outras coisas.
Os compostos de estanho mais importantes são a
cassiterite (SnO2), usada em resistências eléctricas e
o óxido estanoso que se usa no fabrico de sais estanosos para galvanoplastia e como
reagentes químicos.
Alguns compostos orgânicos de estanho aplicam-se como fungicidas e insecticidas para
a agricultura e utilizam-se para o fabrico de têxteis e papel.
Apenas uma pequena percentagem de estanho
passa para os alimentos nos recipientes feitos com
este elemento. O máximo permitido nos alimentos é
cerca de 300 mg/kg, apesar de concentrações mais
elevadas não serem, em geral, prejudiciais. O
estanho pode ser considerado como um elemento
não tóxico.
Fig. 13 – Medalhão de estanho.
Fig. 14 – Antigo tacho de estanho.

3. Bronze
3.1. História
Acredita-se que a origem do bronze provém do Médio
Oriente em torno de 3300 a.C. A “Idade do Bronze” é um
período particular da história, quando o homem descobriu
o bronze, uma liga formada pela junção de cobre com
estanho. Não se sabe ao certo como é que os ferreiros
aprenderam a produzir bronze com cobre e estanho mas
terá sido provavelmente por acidente: pela contaminação
de estanho em minérios de cobre. Com este novo material
começaram a ser criados novos e diversos objectos. Como o
bronze é mais resistente que o cobre puderam ser
fabricadas novas espadas, capacetes, martelos, lanças,
facas, machados e outros objectos semelhantes que
anteriormente eram feitos de pedra. Esta foi uma época de
uso intenso de metais e de redes de desenvolvimento do
comércio.
A Idade do Bronze destaca-se ainda do ponto de vista económico pela criação de
modelos comerciais que abrangem áreas geográficas maiores, tendo o estanho como
principal matéria-prima e de extrema importância para o fabrico de objetos metálicos.
Esta circunstância, para além de levar à abertura de novas rotas comerciais, obriga ao
aperfeiçoamento dos meios de transporte. As civilizações antigas utilizaram
amplamente o bronze, podendo-se destacar entre elas o Egito, a Grécia e a Babilónia.
O bronze teve o seu auge de utilização até 1300-700 a.C., onde a partir daí foi
caracterizado pela sua presença na cremação de cadáveres.
3.2. Obtenção e Produção
O bronze é uma liga de cobre com estanho sendo
que a adição de estanho ao cobre aumentou
consideravelmente a sua dureza. O processo de
fabricação do bronze consiste em misturar um
mineral de cobre, normalmente calcopirite ou
malaquite com um mineral de estanho, a
cassiterite num forno alimentado com carbono.
Visto que o estanho é um metal semi-raro e até a
cassiterite contém apenas 5% deste, e o cobre não
é comum é surpreendente com aprenderam a
produzir bronze. É ainda de destacar que as
Fig. 15 – Espadas de bronze.
Fig. 16 – Cassiterite.

civilizações que usaram o bronze intensamente na antiguidade esgotaram o
suprimento local tendo que importar grandes quantidades de outros países. O cobre já
não é um componente comum da crosta terrestre, mas o estanho o é ainda menos.
Com isto, podemos concluir que o bronze é uma liga metálica rara pois os seus
componentes maioritários também o são, logo não é uma liga rentável para ser
utilizada no dia-a-dia.
O bronze é uma liga metálica homogénea composta pela
mistura de cobre e estanho, podendo conter também porções
de outros elementos, tais como o zinco, o alumínio, o
antimónio, o níquel, o fósforo e o chumbo. Quando o bronze é
utilizado para fundição é constituído por 10% de estanho e
90% de cobre. Apresenta-se na forma de um metal quase
dourado, é maleável e dúctil. Quando é exposto ao ar
atmosférico por períodos prolongados é recoberto por uma
camada castanha escura de óxidos dos metais envolvidos na
sua composição. O ponto de fusão do bronze varia entre os
900ºC e os 1000 ºC.
3.4. Aplicações
O bronze possui inúmeros usos, sendo os mais comuns na
industrialização como a fabricação de parafusos, ferramentas,
equipamentos para fábricas, aparelhos eléctricos, conexões
hidráulicas, revestimento de motores e na fabricação de
moedas.
Nas artes plásticas, como se tem visto no decorrer da história
muitos artistas plásticos têm utilizado o bronze nas suas
criações, principalmente o povo do
Egipto antigo e os gregos. É também
usado na fabricação de instrumentos
musicais e objectos de decoração em
lápides para túmulos, em estátuas e em
sinos de igreja.
Fig. 17– Barras de bronze.
Fig. 18– Medalha
de bronze.
Fig. 19– Estátua de bronze.

4. Ferro
4.1. História
Há cerca de 4500 anos o ferro utilizado pelo
homem era encontrado em meteoritos recolhidos
por tribos nómadas na Ásia. Como este tinha
origem espacial estes povos viam o ferro como uma
dádiva divina. Devido à sua beleza, maleabilidade e
por ser de difícil obtenção era visto como um metal
precioso e usa utilizado para adorno. Entre 3000 e
2000 a.C. foram encontradas peças de ferro na
Mesopotâmia, actual Iraque, com provas de que não
tinham origem em meteoritos devido à ausência de
níquel. Estima-se então que a origem do ferro naquela
altura possa ter vindo da obtenção do cobre através do qual o ferro fosse algum tipo
de subproduto.
Ao longos dos milénios, quando se descobriu como extraí-lo do seu minério este metal
passou a ser utilizado com maior frequência. A regularização da exploração do ferro
começou por volta de 1500 a.C. no Médio Oriente onde os fenícios o importaram e por
sua vez difundiram-no por todo o Mediterrâneo. Nesta altura o ferro era muito mais
valioso que o ouro.
O primeiro povo a introduzir o ferro na Europa,
fora do Mediterrâneo, foram os celtas. Com o
ferro faziam armas para sua defesa, e
consequentemente passaram a fazer outros
equipamentos. A arte de trabalhar o ferro foi
um marco no desenvolvimento tecnológico.
Eram necessários fornos para suportarem a
elevada temperatura de fusão do ferro e aí foi
criada a forja catalã, que como o próprio nome
indica teve origem na Catalunha, Espanha. A
forja foi mais tarde substituída pelos atuais altos-fornos, mas
durou até aos finais do século XIX em alguns países por toda a
Europa.
O ferro não se encontra no seu estado elementar daí ser encontrado em numerosos
minerais, tais como a hematite, Fe2O3, a magnetite, Fe3O4, e a pirite, FeS2.
Fig. 20 – Localização da Mesopotâmia.
Fig.21 – Forja catalã.

Os dois primeiros são os mais adequados para a extracção de ferro. Tal como a
hematite e a magnetite muitos dos minerais de ferro são óxidos.
A redução destes óxidos, com maior ou menor teor de impurezas, é efetuada num
alto-forno.
Neste mesmo forno são adicionados o
minério de ferro, juntamente com
coque (carvão mineral aquecido
hermeticamente a elevadas
temperaturas) e calcário,
fundamentalmente, carbonato de
cálcio, CaCO3 através da sua parte
superior. Enquanto isso, na parte
inferior é introduzido ar quente.
Inicialmente, os óxidos de ferro são
reduzidos na parte superior do alto-
forno, parcial ou totalmente, com o
monóxido de carbono, produzindo ferro
fundido.
Em seguida o carbonato de cálcio
decompõe-se termicamente, originando
dióxido de carbono, CO2, e óxido de
cálcio, CaO. É esta substância que vai combinar-se com as impurezas presentes no
forno e irá formar a escória. A temperatura de fusão do ferro impuro é inferior à que
se faz sentir no fundo do forno. Assim sendo, todo o ferro fundido descende, enquanto
que a escória fica numa camada superior, sendo possível retirar ambos, como é
possível verificar pela figura.
Ainda assim, o ferro retirado do alto-forno pode conter ainda muitas impurezas. É
possível ter até 5% de carbono bem como menores percentagens de outras
substâncias como o enxofre e o silício o que o torna quebradiço e granuloso. Devido a
estas características é chamado de ferro gusa. É possível retirar o carbono presente em
excesso através de um forno de injecção de ar. Durante esse o oxigénio ocupa o lugar
das moléculas de carbono dando novas propriedades e usos ao ferro.
O ferro, 26 Fe, tem como distribuição eletrónica 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d6
4s1
o que o localiza no 8º grupo, 4º
período, bloco d, sendo assim designado como um
metal de transição. Tem uma massa atómica de 55.58.
Fig.22 – Representação do um alto-forno.
Fig.23 – Cristais de ferro purificados.

A 25ºC está no estado sólido, tendo um ponto de fusão a rondar os 810ºC e um ponto
de ebulição de 2860ºC. Apresenta uma coloração acinzentada e brilho metálico. É
maleável, ou seja, é divisível em fios. Possui ainda propriedades magnéticas, daí este
ser um metal ferromagnético. É ainda o quarto elemento mais abundante da crosta
terrestre.
O ferro oxida com facilidade e apresenta normalmente +2 e +3 como números de
oxidação. Os óxidos de ferro mais conhecidos são o óxido de ferro II, FeO, e o óxido de
ferro III, Fe2O3. São ainda conhecidos compostos com números de oxidação superiores,
+4, +5 e +6, porém são raros, sendo o ferrato de potássio, K2FeO4 um exemplo de um
composto com número de oxidação do ferro +6.
4.4. Aplicações
O ferro é o mais útil de todos os metais, quer em forma de ferro
puro bem como os seus compostos e ligas. O sulfato de ferro II,
FeSO4, é utilizado em tinturarias, e como fungicida. Tem ainda usos
como suplemento nutricional, visto que é um precursor para
outros compostos de ferro. O oxalato de ferro II, FeC2O4, era
utilizado para revelar fotografias, enquanto a limonite e a
hematite têm usos como pigmentos, adsorventes (superfícies
sólidas insolúveis capazes de efetuar a adesão de moléculas na sua
superfície) e abrasivos. A magnetite é utilizada no fabrico de
elétrodos a nível industrial. Por fim, o hexacianoferrato II de ferro
III pode ser utilizado em pinturas e corantes, sendo conhecido por
azul da Prússia. É de realçar ainda a frequente aplicação de
derivados de ferro como catalisadores de muitas reações, incluindo
na produção do amoníaco.
Fig. 24 – Azul da Prússia.

5. Aço
5.1. História
Tendo em conta que o aço é uma liga metálica composta por ferro e carbono este
apenas teve origem muitos séculos mais tarde comparativamente com o metal que lhe
dá origem.
Pensa-se que tenha sido na Índia que se iniciou a produção de
aço, designado por aço Wootz. O método de fabrico baseava-
se no método de carbonização utilizado pelos antigos Egípcios.
O aço era obtido a partir da esponja de ferro. Esta era
produzida num antecessor do alto-forno. Visto que este alto-
forno não era tão eficaz como os atuais, a temperatura no seu
interior não permitia a fusão do ferro, assim sendo esta esponja
tinha de ser martelada para que se expelissem os resíduos.
5.2. Obtenção e Produção
A fabricação do aço é uma das mais importantes da indústria
metalúrgica. Enquanto a produção de ferro é um processo de redução,
no qual se transformam óxidos de ferro em ferro metálico, a passagem
de ferro a aço é um processo de oxidação. Aqui as impurezas
indesejadas são removidas do ferro por reação com o oxigénio gasoso.
A este fenómeno dá-se o nome de processo de oxigénio básico. Este é
o método mais utilizado pois em apenas 20 minutos é possível
converter centenas de toneladas de ferro em aço.
O processo do oxigénio básico funciona da seguinte forma. Em
primeiro lugar o ferro fundido vindo do alto-forno é despejado para
um reservatório de forma cilíndrica na sua posição vertical. Através de
um tubo central insere-se oxigénio com elevada pressão sobre o metal
fundido. Nestas condições as impurezas reagem com o oxigénio
formando óxidos que por sua vez originarão a escória. Para existir esta
passagem de óxido a escória são necessários fundentes apropriados,
como é o caso do óxido de cálcio, CaO.
Ocasionalmente retiram-se amostras do aço
fundido. Caso este tenha a composição desejada
o reservatório é rodado para uma posição
horizontal para que possa ser retirado.
Existe um processo designado por têmpera que
consiste no aquecimento do aço durante um
Fig.25 – Esponja de Ferro
Fig.26 – Reservatório na
posição vertical
Fig. 27 – Reservatório na posição horizontal

curto espaço de tempo e em seguida arrefece-lo rapidamente. Este procedimento tem
limites amplos entre os quais pode variar, dependendo da proporção de carbono e de
outras substâncias presentes na liga.
O aço é uma liga de ferro que contém entre 0.03 a
1.4% de carbono, além de outros elementos tais como
o crómio e o tungsténio. Distingue-se do ferro fundido
pois este apresenta uma maior percentagem de
carbono, que pode mesmo chegar ao 6.7%. Para além
disso o ferro fundido é mais difícil de ser trabalhado
comparativamente ao aço. De realçar ainda que o aço
pode ser reciclado.
Na tabela seguinte estão presentes alguns tipos de
aços e a sua composição:
Segundo a sua composição química e teor de carbono as propriedades dos aços
diferem, porém, em geral, todos apresentam um comportamento dúctil com uma
deformação plástica, ou seja o objecto fica permanentemente deformado, e elástica,
quando o objecto retorna à sua forma inicial. As deformações a que os aços estão
sujeitos são a forja, a laminação e a extrusão. A plasticidade anteriormente referida
permite a obtenção de peças de formas geométricas complexas com relativa
facilidade. O aço apresenta também uma dureza relativamente elevada, ou seja tem
capacidade de riscar outros materiais.
Existem diversos tipos de aço tais como:
 Carbono – Estes são os “aços comuns”. É lhes dada esta designação pois
possuem por norma um maior teor de carbono comparativamente aos outros
aços.
 Inoxidável – Também conhecido apenas por inox, é um aço que contém crómio
podendo conter também níquel e molibdénio. Apresenta propriedades
superiores às dos aços comuns sendo a alta resistência à oxidação a sua
Fig. 28 – Barras de aço.

principal vantagem. O crómio confere ainda uma
excelente resistência à corrosão.
 Damasco – Dá-se este nome a um aço que tenha origem
em dois ou mais aços, de diferentes características, unidos
pelo processo de caldeamento. Este tipo de aço apresenta
diversas camadas e uma elevada flexibilidade. É de difícil
obtenção o que o torna muito caro.
 Rápido – Possui este nome pois é quando utilizado em
ferramentas atinge elevadas velocidades de corte. É
extremamente duro e resistente. Tem na sua constituição
7% de tungsténio, molibdénio e vanádio.
 Temperado – Aço submetido ao processo de têmpera de
modo a que tenha uma maior dureza e resistência
mecânica. Pode ser produzido através de têmpera por
chama, superficial ou total.
 Corten – De grande uso na construção civil devido às suas
propriedades anticorrosivas. Em média, é três vezes mais
resistente à corrosão que um aço comum.
 Arcelor – Aço plano utilizado para a indústria automóvel.
 Invar – Liga à base de ferro e níquel que apresenta um
baixo coeficiente de dilatação térmica.
 Maraging – Este tipo de aço possui uma elevada dureza
sem perder a sua maleabilidade. O principal elemento
desta liga é o níquel, ocupando entre 15 a 25% da
composição da mesma. Este aço não envolve reações com
o carbono mas sim com outros compostos metálicos tais
como o titânio e o cobalto.
5.4. Aplicações
O aço é actualmente a mais importante liga metálica sendo empregue de forma
intensiva em diversas áreas. A grande variedade de propriedades mecânicas
associadas ao aço depende da sua composição química e dos tratamentos térmicos
aos quais foi submetido. Assim sendo diferentes tipos de aços vão dar origem a
diferentes produtos.
No caso do aço inoxidável, este é muito utilizado em utensílios de
cozinha, cutelaria e decoração, incluindo por exemplo, corrimões e
outras superfícies que necessitem de estar esterilizadas o que torna
fundamental alguma resistência e fácil limpeza. O aço damasco era
utilizado nas espadas dos antigos samurais.
Fig. 29 – Crómio.
Fig. 30 – Níquel.
Fig. 31 – Molibdénio.
Fig. 32 – Talheres de aço inoxidável.

O aço rápido é muito utilizado em ferramentas de corte,
como por exemplo brocas. Devido aos processos que o
originam o aço temperado tem a função de suportar a tensão
de cargas pesadas. Assim sendo é bastante utilizado na
indústria automóvel. É bastante semelhante ao aço arcelor.
O aço corten é muito utilizado
em estátuas e outras estruturas
que fiquem ao ar livre devido à
sua resistência à corrosão. Muitas
das vezes dispensa pintura, sendo
característico o seu tom acastanhado originado pelo
óxido de ferro.
O aço invar é utilizado em inúmeras aplicações onde seja
necessário que a dilatação térmica seja praticamente
nula. Assim sendo está presente em aparelhos de
topografia, relógios de precisão, tubos de televisão e
lâminas bimetálicas para termostatos eletromecânicos.
Por fim, os aços maraging têm diferentes funcionalidades. Estão presentes em
sistemas de rotação de helicópteros, sistemas de transmissão de submarinos, válvulas
de motores de combustão interna entre outros.
Fig. 33 – Brocas de aço rápido.
Fig. 34 – Estátua de aço corten.

6. Exploração mineira e o ambiente
A extração mineral é uma de muitas actividades humanas que têm contribuído nos
últimos cem anos para a degradação ambiental, quer do local onde se encontram
instaladas, quer por vezes, da região envolvente.
Na actividade mineira, em particular, na
subterrânea, são muitos os riscos presentes
e estes, estão associados às características
do material rochoso perfurado, uso de
explosivos, eventual presença de gases
tóxicos, presença de águas subterrâneas, o
uso cada vez maior de máquinas e
equipamentos, possibilidade de ocorrência
de incêndios.
Existe uma diferença significativa na forma como a
exploração mineira era encarada antigamente e como é encarada atualmente.
Começar por destacar que antes a saúde dos mineiros não era um fator a ponderar
apesar de estes estarem sujeitos a poeiras tóxicas e a derrocadas todos os dias. Aliado
a este facto, não existia legislação sobre a proteção do ambiente, água e solos nem
gestão de resíduos. Toda a água utilizada neste processo era lançada diretamente nos
rios da região. Ou seja, não havia consciência sobre os efeitos da exploração mineira
nas pessoas nem na natureza. Agora, existe legislação que assegura que são tomados
cuidados ambientais antes, durante e depois da
exploração mineira e são programados destinos para os
resíduos. Assim sendo, as empresas que exploram uma
região são obrigadas por lei a recuperar as áreas
exploradas após a extracção. Existem ainda limites para
as descargas que podem ser efectuadas nos rios e
esgotos. Foram também criadas novas ferramentas que
dão mais segurança ao mineiros tais como sistemas de
ventilação e a criação de lanternas de lítio, pois as
antigas lanternas utilizadas pelos mineiros libertavam gás que
para além de dificultar ainda mais a respiração aos
trabalhadores, em certas proporções podia ser explosivo.
As modificações na morfologia, a perda de solo, a inevitável perda de vegetação e as
modificações na rede de drenagem causadas pela exploração e aliadas às escombreiras
podem induzir, nas zonas envolventes, um aumento do risco de deslizamentos dos
taludes, assim como abatimento de terrenos e aumenta da carga sólida do cursos de
água.
Fig. 35 – Interior de uma mina.
Fig. 36 – Foto antiga que mostra
mineiros a trabalhar sem
segurança.

Um dos riscos ambientais mais preocupantes tem
a ver com as escombreiras e, resultam ou
resultaram duma intensa actividade mineira que
contribuiu para a contaminação dos sistemas
ambientais que envolvem a respectiva
escombreira ou por metais pesados ou por
substâncias utilizadas nos minérios.
O grau de toxicidade de um metal depende de três factores.
Em primeiro lugar qual é o tipo de metal em questão.
Depois é necessário apurar qual o seu papel no funcionamento biológico. Por fim, é
preciso aferir qual o tipo de organismos com os quais o metal irá interferir. Existem
mais de cinquenta metais que podem ser considerados tóxicos, mas desses apenas 17
são comuns. Os metais mais poluentes e mais encontrados durante e após as
explorações mineiras são o mercúrio, o chumbo, o arsénio, o cádmio, o selénio, o
cobre, o zinco, o níquel e o cobre. A partir do momento em que estes metais entram
em contacto com a água é muito difícil, se não impossível, retirá-los da mesma. Estas
águas caso consumidas podem originar doenças. Existem certas espécies aquáticas que
podem ser erradicadas pois não conseguem sobreviver quando o seu habitat é
alterado. Isto porque para além das mudanças visíveis, estas substâncias diluídas
podem alterar drasticamente o pH das águas.
A contaminação por metais é particularmente
importante nos casos em que ocorrem drenagens
ácidas a partir de sulfuretos depositados na
escombreira. A drenagem destas águas ácidas para
as linhas de água, provoca a dispersão dos metais e
a contaminação e acidificação das águas superficiais
e dos solos.
Fig. 37 – Escombreira.
Fig. 37 – Lago contaminado pelas
minas de S. Domingos.

7. Necessidade de Reciclar
Os processos utilizados para a extração dos metais são muitos dispendiosos a nível
monetário, energético e ambiental. Para evitar estes elevados custos a reciclagem é a
melhor opção. Para além disso, os materiais são matérias-primas não renováveis visto
que estes tiveram formação há muitos milhões de anos quando a Terra se formou.
Para olharmos para a reciclagem como um processo rentável e eficaz é necessário
compreender o tempo de decomposição dos materiais que constituem os
desperdícios.
Tendo em conta o longo tempo de
decomposição aliado ao longo
tempo de formação dos metais, a
reciclagem é sem dúvida um
processo fundamental.
Os metais recicláveis são classificados em três grupos distintos:
 Ferrosos – contêm ferro, são baratos e reciclados em larga escala.
 Não Ferrosos – nesta categoria incluem-se os metais de transição incluindo o
cobre e as suas ligas. O alumínio também se considera um metal não ferroso e
é ainda muito vantajoso de trabalhar com ele pois é muito fácil de se
trabalhado e é pouco dispendioso. Neste metal por exemplo, apenas gasta-se
95% menos energia a recicla-lo do que se gastaria através de processos de
exploração mineira. Atualmente é o material reciclado mais valioso.
 Preciosos – o caso da prata e do ouro.
Pensa-se que o aço tenha sido o primeiro material a ser reciclado na história. Os
soldados romanos recolhiam os seus escudos, facas e espadas inutilizáveis para fazer
novas armas.
As ligas metálicas por outro lado são pouco susceptíveis a ser recicladas visto que com
a sua reutilização a sua qualidade diminui.
A reciclagem dos metais apresenta várias vantagens tais como: a) a diminuição da
extração de minérios; b) uma poupança significativa de energia que por sua vez reduz
o consumo de combustíveis fósseis; c) diminui a poluição e a degradação das zonas de
onde o minério é explorado; d) poupa água entre outros recursos; e) dinamiza
populações e cria empregos.
Material
Tempo de
Decomposição
Madeira pintada 13 anos
Nylon > 30 anos
Plástico >100 anos
Metal > 100 anos
Borracha Tempo indeterminado
Vidro >1 milhão de anos

8. Conclusão
Ao longo dos tempos houve uma grande evolução na história dos metais. Futuramente
continuaremos dependentes destes materiais.
O avanço tecnológico conduz-nos a necessidades cada vez mais complexas, tanto no
que toca à indústria como à sociedade, obriga a uma constante evolução dos
processos industriais o que por sua vez trás consigo produtos com maior qualidade,
funcionalidade e durabilidade. As ligas leves de alumínio serão ainda mais utilizadas
nos automóveis e novas superligas serão criadas com as mais diferentes utilizações.
Uma delas, por exemplo, será a criação de uma liga resistente à radiação o que
permitirá que as centrais nucleares funcionem durante mais tempo e em segurança.
Apesar de tudo, durante muitos anos o aço continuará a ser a liga com maior
expressão e utilização, isto porque para além do seu baixo custo de produção,
apresenta uma enorme facilidade em adaptar as suas características ao objetivo
pretendido. Como vimos anteriormente, basta adicionar diferentes compostos à liga
de ferro para que esta tenha propriedades distintas das iniciais.
Nesta fase em que vivemos onde os recursos naturais estão em risco, a
sustentabilidade ambiental é um fator a ter em conta nos materiais utilizados nas mais
diferentes áreas no dia-a-dia. É essencial examinar os todos os produtos de modo a
que possam ser encontradas maneiras de minimizar o seu impacto ambiental. Assim
sendo, a era dos novos materiais pretende dar resposta às necessidades humanas
atuais de forma sustentável.
A sustentabilidade conduz-nos à necessidade de reciclar. Como é visível observar, os
metais podem de facto ser reciclados apresentando benefícios tanto para o homem
como para a natureza. Existe uma poupança significativa de energia e de minério.
Assim sendo, poderemos continuar a usufruir dos recursos naturais, mas com
moderação para que possam ser aproveitados pelas gerações futuras. É ainda
necessário realçar que é preciso cuidar dos trabalhadores da exploração mineira pois
durante muitos anos estiveram sujeitos a derrocadas entre outros perigos e foram
longamente ignorados.
As leis e normas existentes têm de ser cumpridas de modo a que tudo o que foi dito
anteriormente possa ser alcançado. É necessário haver um limite entre os lucros das
empresas que efetuam as explorações e as suas consequências nos locais onde atuam.
Para que possamos ter um progresso sustentável é fundamental reunirmos as
condições certas de modo a não comprometer o nosso destino, assim sendo a
reciclagem e a renovação das áreas exploradas são fatores essenciais a manter no
futuro.

9. Bibliografia
Apontamentos de aula
http://nautilus.fis.uc.pt/personal/jcpaiva/pp2/files/curriculum/didqui1/pagina/6/1/1F/metais
_e_ligas-metalicas.pdf
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sum%C3%A9ria
http://www.historiazine.com/2012/04/os-sumerios.html
https://www.coppermasters.com/pt/curiosities.php?iOption=1
http://henrikboden.blogspot.pt/2013_09_01_archive.html
http://www.serralheriasp.com.br/Cobre.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_cobre_(I)
http://www.alunosonline.com.br/quimica/cobre.html
http://www.eletrica.ufpr.br/piazza/materiais/CarlosRojas.pdf
http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/elem/e02630.html
http://www.brasilescola.com/quimica/aco.htm4
http://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o_inoxid%C3%A1vel
http://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o
http://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o_r%C3%A1pido
http://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o_damasco
http://www.mecanicaindustrial.com.br/conteudo/531-o-que-e-aco-temperado
http://pt.wikipedia.org/wiki/T%C3%AAmpera_(metalurgia)
http://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o_corten
http://pt.wikipedia.org/wiki/Arcelor
http://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o_maraging
http://pt.wikipedia.org/wiki/Invar
http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/A%C3%A7o-Maraging/37393.html

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