Metalli: cosa sono, caratteristiche, come vengono classificati e i loro utilizzi

Dalle automobili agli edifici, passando per utensili, dispositivi elettronici e tantissimi altri prodotti: i metalli sono ovunque attorno a noi. Ma cosa sono esattamente? Per dare una definizione "tecnica", possiamo dire che i metalli sono dei materiali caratterizzati da un buona conducibilità elettrica e termica, dal colore opaco e riflettenti. Molti di loro mostrano anche una buona duttilità e malleabilità, anche se questo non si applica per ogni metallo (es. mercurio, che è liquido a pressione e temperatura ambiente). Da un punto di vista chimico sono gli elementi più abbondanti della tavola periodica e, per questo motivo, in natura si ritrovano all’interno di numerosi minerali!

Ma perché sono così ampiamente utilizzati? E quali sono i principali tipi di metalli che usiamo ogni giorno?

Caratteristiche dei metalli

Se questi materiali sono così tanto utilizzati è proprio grazie alle loro proprietà tecniche. Da un punto di vista meccanico, ad esempio, la maggior parte dei metalli mostra un elevato grado di malleabilità (cioè possono essere ridotti in lamine) e di duttilità (cioè possono essere ridotti in sottili fili). Interessante anche l'elevata resistenza a trazione, cioè quella proprietà che indica quanta forza è necessaria per riuscire a "strappare" un metallo tirandolo da due parti opposte.

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Di Stefano Gandelli

I metalli sono anche ottimi conduttori di calore ed elettricità e, nella maggior parte dei casi, sono solidi a temperatura ambiente (fanno eccezione per alcuni metalli come mercurio e gallio, dove quest’ultimo diventa liquido sopra i 29.5° C). Inoltre, rimanendo nel campo delle proprietà legate al calore, i metalli subiscono un processo di dilatazione termica, cioè un’espansione volumetrica conseguente ad un aumento della temperatura. Proprio per queste proprietà mercurio e gallio sono utilizzati nei termometri: quando abbiamo la febbre e la nostra temperatura corporea è più alta del solito, loro si dilatano per via del calore e alzano il livello della colonnina!

Leghe metalliche

Spesso i metalli hanno un’alta reattività o, in altri termini, tendono a legarsi con altri elementi. Se questi sono a loro volta metalli, si formando le cosiddette leghe metalliche. Queste sono estremamente comuni e, tra le leghe più importanti, possiamo parlare di acciaio (ferro + carbonio), ottone (rame + zinco) e bronzo (rame + stagno). Anche l’oro che compriamo è una lega! I “carati” infatti non sono nient’altro che una percentuale dell’oro “puro” rispetto ad una lega di oro, rame e argento.

Come vengono classificati i metalli

Abbiamo capito che di metalli ne esistono moltissimi, e se consideriamo le leghe questo numero si alza ancora di più. Come si può fare per classificarli allora? Esistono diverse classificazioni dei metalli ma le principali sono due: quella chimica (per metalli non in lega) e quella basata sul contenuto di ferro (per le leghe metalliche).

Classificazione chimica

A seconda delle loro proprietà chimiche, i metalli possono essere suddivisi in cinque categorie:

• alcalini → sono molto reattivi, hanno bassi punti di fusione e sono piuttosto teneri (es. potassio, sodio);
• alcalino-terrosi → come i metalli alcalini ma meno reattivi e con punti di fusione più alti (es. magnesio, calcio);
• di transizione → elevata durezza e lucentezza, alta malleabilità e duttilità (es. ferro, cromo, nichel);
• lantanidi →  elementi compresi tra lantanio e lutezio, molto utilizzati nelle leghe per aumentarne la durezza (es. lantanio, cerio);
• attinidi → elementi compresi tra attinio e laurenzio, utilizzati spesso per le loro proprietà radioattive (es. uranio, plutonio)

Classificazione metallurgica

Questa classificazione si basa principalmente sulla resistenza che un metallo oppone all'ossidazione e alla corrosione. Si basa principalmente su tre categorie:

• vili→ bassa resistenza a ossidazione e corrosione (es. rame, alluminio).
• nobili → alta resistenza a ossidazione e corrosione (es. oro, platino, argento);
• preziosi → quasi tutti i metalli nobili rientrano in questa categoria, la differenza è legata principalmente al valore economico di quel metallo.

Classificazione basato sul contenuto di ferro

La classificazione più comune delle leghe è quella che si basa sul contenuto di ferro al loro interno e, in particolare, ci sono due grandi categorie: metalli ferrosi e non ferrosi.
I primi acquisiscono in maniera più o meno importante le proprietà del ferro come, ad esempio, il magnetismo e la facilità nella corrosione, e rientrano in questa categoria ad esempio gli acciai e le ghise; i secondi invece sono privi di ferro e dunque non sono né magnetici né facili da alterare. Rientrano in quest’ultimo gruppo diverse leghe come ottone e bronzo.

Quali sono i metalli più comuni?

Come abbiamo visto, siamo circondati da questo materiale… Ma quali sono i metalli più utilizzati?

Ferro

Il ferro è uno dei metalli più usati in ambito industriale, nonché uno dei più abbondanti in natura. Solitamente il ferro non viene trovato allo stato nativo, quindi come ferro “puro”, ma all’interno di minerali come magnetite, ematite e limonite. Il ferro non viene quasi mai utilizzato tal quale ma si trova spesso associato alle leghe, in particolare quelle con il carbonio – come acciaio e ghisa.

Alluminio

L’alluminio è il terzo elemento più abbondante della crosta terrestre, e il principale minerale dal quale viene estratto è la bauxite. Viene ampiamente utilizzato per via della sua leggerezza, delle sue buone proprietà di conduzione elettrica e possiede anche buoni valori di duttilità e malleabilità. Per chi fosse interessato abbiamo realizzato un video sul riciclo dell'alluminio.

Zinco

Lo zinco, quando è a contatto con l’aria, si ricopre di una patina protettiva che lo rende ideale per proteggere gli oggetti dalla ruggine (zincatura). Da un punto di vista tecnico ha una bassa resistenza meccanica e una durezza inferiore a quella del rame. Viene spesso utilizzato all’interno di leghe, come ad esempio nell' ottone (rame + zinco).

Piombo

Il piombo è uno dei metalli più comuni ed è caratterizzato da una scarsa resistenza meccanica e da bassi valori di conduzione elettrica e termica. Ha una buona malleabilità ma è poco duttile e, tra i numerosi impieghi, ricordiamo le batterie, i proiettili e alcune tipologie di vetro (i cristalli).

Oro

L’oro è uno dei metalli preziosi più conosciuti e si trova solitamente all'interno di filoni e vene, oppure in depositi alluvionali detti "placer". L’impiego dell’oro in gioielleria, oltre che per il suo caratteristico colore, è dovuto alla sua estrema duttilità e malleabilità, unite al fatto che non si ossida al contatto con l’aria. L’oro trova impiego anche nel campo industriale grazie alla sua ottima conducibilità elettrica (es. nell’elettronica).

Lavorazione e utilizzo dei metalli

La lavorazione dei metalli viene solitamente suddivisa in due grandi categorie: a caldo o a freddo. Questo non vuol dire che in un caso ci sia effettivamente caldo e nell’altro ci sia effettivamente freddo, ma sono semplicemente delle diciture che rapportano la temperatura di lavorazione con quella di fusione del metallo.

Tra le lavorazioni a caldo possiamo citare la forgiatura e la fusione, mentre per quelle a freddo un tipico esempio è l’imbutitura, ovvero la trasformazione di una lastra di metallo in una forma concava, come può essere quella di un recipiente in metallo. Per quanto riguarda invece gli utilizzi dei metalli, questi sono innumerevoli: si passa da applicazioni nell’elettronica al settore dei trasporti, da quello energetico a quello tecnologico, passando anche per l’edilizia e l’aerospaziale. Basta guardarci attorno per capire quanti possono essere gli impieghi di questi materiali!