Não existe uma definição única e simples para o que é um metal. Em geral, porém, qualquer elemento químico que apresente “propriedades metálicas” é classificado como metal. As propriedades típicas dos metais incluem brilho, boa condutividade térmica e elétrica e a capacidade de ser moldado ou deformado permanentemente à temperatura ambiente. A grande variedade dessas propriedades dos metais é justamente o que os torna adequados para tantas aplicações diferentes na vida cotidiana.
Os elementos químicos que não apresentam essas propriedades típicas dos metais são classificados como não-metais. Um pequeno número de elementos, conhecidos como metaloides, às vezes se comportam como um metal e, em outras ocasiões, como um não-metal. Entre os exemplos desse grupo intermediário estão o carbono, o fósforo, o silício e o enxofre.
As diferentes propriedades dos metais podem ser combinadas ao misturar dois ou mais deles, produzindo uma substância chamada liga. Como os metais elementares puros costumam ser macios demais para terem utilidade prática, grande parte da metalurgia se concentra na formulação de ligas úteis. Ao criar uma liga com uma composição específica, é possível obter uma determinada propriedade metálica — ou um conjunto de propriedades — para uma aplicação pré-determinada.
O aço, por exemplo, é uma mistura de ferro com pequenas quantidades de carbono e outros elementos. Outras ligas, como o latão (cobre e zinco) e o bronze (cobre e estanho), são fáceis de moldar e têm aparência atraente. O bronze também é frequentemente utilizado na construção naval, pois resiste à corrosão causada pela água do mar.
As propriedades de cada metal e liga determinam onde cada um é utilizado. O titânio é muito mais leve e menos denso que o aço, mas igualmente resistente. Em comparação com o alumínio, ele é mais pesado, mas tem o dobro da resistência. O titânio também é altamente resistente à corrosão e, juntas, essas propriedades metálicas fazem dele um excelente material. As ligas de titânio são utilizadas em aeronaves, navios e naves espaciais, bem como em tintas, bicicletas e até mesmo em laptops.
O cobre é um bom condutor de eletricidade e é dúctil, razão pela qual é amplamente utilizado em cabos elétricos. O ouro e a prata são muito maleáveis, dúctis e praticamente não reativos, o que os torna ideais para joias com detalhes complexos. O ouro é especialmente adequado para essa finalidade porque não escurece e também pode ser usado em conexões elétricas livres de oxidação.
O ferro e o aço são duros e resistentes, por isso são usados na construção de pontes e edifícios. Uma desvantagem do ferro é que ele tende a enferrujar e, embora a maioria dos aços também enferruje, eles podem ser produzidos de forma a não enferrujar. O alumínio é um bom condutor de calor e é maleável, o que o torna útil para panelas e papel-alumínio, bem como para fuselagens de aeronaves, graças ao seu peso muito leve.
A escolha do material torna-se especialmente importante em ambientes exigentes. O aço inoxidável e o aço galvanizado são utilizados onde a resistência à corrosão é essencial, enquanto as ligas de alumínio e de magnésio são escolhidas para aplicações que exigem tanto resistência quanto leveza.
Para condições particularmente agressivas, ligas de cobre-níquel, como o Monel, são utilizadas em ambientes altamente corrosivos e para aplicações não magnéticas. Superligas à base de níquel, como o Inconel, são utilizadas em aplicações de alta temperatura, incluindo turbocompressores, vasos de pressão e trocadores de calor. Em casos de temperaturas extremamente altas, utilizam-se ligas monocristalinas para minimizar a fluência.
Figura 1: Relação entre as propriedades dos metais, os benefícios em termos de desempenho e as aplicações de engenharia
As propriedades indicam como um metal se comporta, mas só fazem sentido quando se entende de onde elas vêm e como são utilizadas. Os outros guias da nossa série sobre Metais completam o quadro. “Composição de Metais” explica como a composição química de um material determina suas propriedades, e “Classes de Metais” mostra como esses materiais são classificados nas famílias que você realmente especifica e adquire. Para entender como os requisitos de um material são definidos e formalmente acordados, leia “Especificações e Normas de Metais”, que abordam os documentos de referência e os sistemas por trás deles. Por fim, “Equivalentes de Metais e Referências Cruzadas” explica como uma classe em um sistema é correspondida ao seu equivalente em outro, algo que depende diretamente das propriedades descritas aqui.
As propriedades típicas dos metais incluem brilho, boa condutividade térmica e elétrica e a capacidade de serem moldados ou deformados permanentemente à temperatura ambiente. A variação entre essas propriedades é o que torna os diferentes metais adequados para diferentes aplicações.
Os metais apresentam propriedades metálicas típicas, enquanto os não-metais não as possuem. Os metalóides são elementos que, às vezes, se comportam como um metal e, outras vezes, como um não-metal, ocupando uma posição intermediária entre os dois.
Os metais elementares puros costumam ser macios demais para uso prático. A combinação de dois ou mais metais cria uma liga cuja composição pode ser adaptada para proporcionar uma propriedade específica — ou uma combinação de propriedades — para uma determinada aplicação. O aço, o latão e o bronze são exemplos comuns.
O aço inoxidável e o aço galvanizado são amplamente utilizados em aplicações nas quais a resistência à corrosão é importante. O bronze resiste à corrosão pela água do mar e é muito utilizado na construção naval, enquanto ligas de cobre-níquel, como o Monel, apresentam bom desempenho em ambientes altamente corrosivos.
Superligas à base de níquel, como o Inconel, são utilizadas em aplicações de alta temperatura, como turbocompressores, vasos de pressão e trocadores de calor. Para temperaturas extremamente altas, utilizam-se ligas monocristalinas para minimizar a fluência.
O titânio combina baixa densidade com alta resistência e excelente resistência à corrosão. É mais leve que o aço, mas tem resistência comparável à dele, e é cerca de duas vezes mais resistente que o alumínio; é por isso que é utilizado em aeronaves, navios, naves espaciais, bicicletas e muitos outros produtos.