Alumínio - Introdução

O alumínio, apesar de ser o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, é o metal mais jovem usado em escala industrial. Mesmo utilizado milênios antes de Cristo, o alumínio começou a ser produzido comercialmente há cerca de 150 anos. Sua produção atual supera a soma de todos os outros metais não ferrosos. Esses dados já mostram a importância do alumínio para a nossa sociedade. Antes de ser descoberto como metal isolado, o alumínio acompanhou a evolução das civilizações. Sua cronologia mostra que, mesmo nas civilizações mais antigas, o metal dava um tom de modernidade e sofisticação aos mais diferentes artefatos. O minério de alumínio predominante é a bauxita, a qual é constituída essencialmente de um óxido hidratado – Al2 O3 H2O – contando ainda óxido de ferro, sílica, óxido de titânio e pequenas quantidades de outros compostos. Nos minérios utilizados na produção de alumínio, o teor de Al2 O3 varia de 40 a 60% (CHIAVERINI, 1986). Descoberto em 1825, o alumínio é produzido em quantidades maiores que qualquer outro metal não ferroso utilizado na indústria. Embora seja abundante na crosta terrestre, não é fácil extraí-lo, pois ocorre na forma de compostos (substância formada por dois ou mais elementos químicos). Prateado, o alumínio é resistente e leve, pouco suscetível à corrosão e amplamente reciclável. Dos seus compostos, o óxido (coridon) é o mais duro dos metais depois do diamante (MOHS), o sulfato é utilizado nas indústrias de papel e o cloreto é importante catalisador em química orgânica e na fabricação de óleos lubrificantes. A têmpera, na hora da fabricação, é um fator primordial da qualidade das peças. É de difícil soldagem, quando se consegue soldar, perde 50% de suas propriedades mecânicas, pois destempera. Para superar esse inconveniente surgiram no mercado colas sintéticas especiais, mas que perdem a resistência a temperaturas elevadas e que não têm boa coesão na tração (BAUER, 2005). O alumínio e suas ligas são caracterizados por uma densidade relativamente baixa (2,7 g/cm³, em comparação com uma densidade de 7,9 g/cm³ para o aço), condutividade elétrica e térmica elevadas e uma resistência à corrosão em alguns ambientes comuns, incluindo a atmosfera ambiente. Muitas dessas ligas são conformadas com facilidade em virtude das suas elevadas ductilidades; isso fica evidente em virtude das finas folhas de papel alumínio nas quais o material relativamente puro pode ser laminado. Uma vez que o alumínio possui estrutura cristalina cúbica de face centrada - CFC, sua ductilidade é mantida até mesmo em temperaturas reduzidas. A principal limitação do alumínio está na sua baixa temperatura de fusão (600 ºC), o que restringe a temperatura máxima em que o alumínio pode ser utilizado  (CALLISTER, 2002). Hoje, os Estados Unidos e o Canadá são os maiores produtores mundiais de alumínio. Entretanto, nenhum deles possui jazidas de bauxita em seu território, dependendo exclusivamente da importação. O Brasil tem a terceira maior reserva do minério no mundo, localizada na região amazônica, perdendo apenas para Austrália e Guiné. Além da Amazônia, o alumínio pode ser encontrado no sudeste do Brasil, na região de Poços de Caldas (MG) e Cataguases (MG). A bauxita é o minério mais importante para a produção de alumínio, contendo de 35% a 55% de óxido de alumínio (CHIAVERINI, 1986).

 

Termodinâmica Aplicada

• Termodinâmica: Parte da física que estuda a transformações da energia em trabalho através da variação da temperatura do sistema.
• Entalpia: Conteúdo total de energia de um sistema.
• Entropia: Energia incapaz de realizar trabalho.

• Leis

1ª Lei da Termodinâmica

A energia não pode ser criada ou destruída apenas transformada.

2ª Lei da Termodinâmica

Espontaneamente, a energia é transferida do corpo com maior conteúdo energético para o corpo com menor conteúdo energético.

Termodinâmica Aplicada

Para que haja troca de calor é necessário que haja variação da energia nos corpos que compõem o sistema.

Toda troca de calor envolve transferência de energia.

O calor sensível ocorre quando a transferência de energia implica em variação da temperatura dos corpos.

Corpos que estejam em temperatura diferentes trocam calor, os de maior temperatura cedem calor para os de menor temperatura.

O calor latente ocorre quando a transferência de energia implica em variação no estado de agregação das moléculas do corpo, sem ocorrer alteração na temperatura do sistema.

Revista Nature - Notícias sobre a Produção de Grafeno

• A revista Nature, em sua edição de hoje (25/11/2010) anuncia uma promissora notícia sobre produção comercial de extensas folhas de grafeno - a estrutura de uma única camada atômica de carbono em arranjos hexagonais, que valeu o Prêmio Nobel de Física de 2010 a André Geim e Konstantin Novoselov. 
• A novidade vem de experimentos realizados pelo grupo de pesquisas liderado por J.M Tour da Rice University – Texas/EUA, em que uma extensa área de grafeno de alta qualidade pode ser produzida com espessura controlável a partir de diferentes fontes de carbono sólido. 
• Os pesquisadores depositaram as camadas em um substrato catalisador metálico mantido em temperaturas abaixo de 800 °C. Foram produzidas camadas tanto de grafeno puro quanto o grafeno combinado com outros elementos. 
• O Grafeno é um material promissor pois apresenta propriedades condutoras, mecânicas e estruturais excepcionais. Trata-se de um material bidimensional que é mais resistente que o diamante, e agora é considerado o material mais resistente do mundo. 
• O Grafeno é uma forma de carbono e altamente condutor, que em breve será usado em computadores e eletrônicos em geral. O material foi descoberto através do uso de uma fita adesiva e um pedaço de grafite, onde conseguiram obter um floco de carbono com a espessura de um único átomo. 
• Esse material é tão bom quanto o cobre, como condutor de calor, superando qualquer material conhecido. Ele é transparente, mas ao mesmo tempo extremamente denso, onde nem mesmo o hélio, que é o menor dos átomos gasosos, consegue atravessá-lo. A descoberta desse material irá contribuir muito para o desenvolvimento de transistores e telas sensíveis a toque. 
• Assista ao vídeo que mostra mais informações sobre o grafeno:

O que é Tribologia?

• Para se ter uma completa compreensão do fenômeno do desgaste, é preciso que sejam considerados outros dois aspectos, isto é, a fricção e a lubrificação. Assim, define-se a palavra tribologia, do grego tribo (fricção, atrito), que é a ciência e tecnologia da interação de superfícies em movimento relativo, sendo que esta incorpora o estudo da fricção, lubrificação e desgaste.
• Em muitos casos, baixa fricção é desejável. A operação satisfatória de articulações, como a do quadril humano, por exemplo, demanda uma baixa força de fricção. Contudo, baixa fricção não é necessariamente benéfica em todos os casos. Em sistemas mecânicos, como os freios e embreagens, fricção é essencial.
• Uma alta força de fricção também é desejável entre o pneu de um veículo e a superfície do pavimento, assim como é importante entre o calçado e o piso durante a marcha. O mundo em que vivemos seria completamente diferente se não houvesse a fricção entre os corpos ou se esta fosse menos intensa.
• Sempre que duas superfícies se movimentarem, uma em relação à outra, ocorrerá o desgaste, sendo que este pode ser definido como um prejuízo mecânico a uma ou as duas superfícies, geralmente envolvendo perda progressiva de material. Em muitos casos, o desgaste é prejudicial, levando a um aumento contínuo da folga entre as partes que se movimentam ou a uma indesejável liberdade de movimento e perda de precisão.
• A perda por desgaste de pequenas quantidades relativas de material pode ser suficiente para causar a completa falha de máquinas grandes e complexas. Entretanto, assim como na fricção, altas taxas de desgaste são algumas vezes desejáveis, como em operações de lixamento e polimento.

• Um método de reduzir a fricção e, frequentemente, o desgaste, é a lubrificação das superfícies. Ainda assim, mesmo que um lubrificante artificial não seja adicionado ao sistema, componentes da atmosfera (especialmente oxigênio e vapor d’água) têm um importante efeito e precisam ser considerados em qualquer estudo da interação de superfícies.

Sistemas de Unidades de Medidas

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

Sistema MKS Giorgi
Comprimento M			Massa K			Tempo s s (segundo)
	m (metro)			Kg (quilograma)

Na Mecânica aplicam-se dois outros sistemas conforme mostram as tabelas a seguir:     

Sistema CGS
Comprimento C	Massa G	Tempo s
cm (centímetro)	g (grama)	s (segundo)

Sistema MK*S ou MKS Técnico
Comprimento M	Força K*	Tempo S s (segundo)
m (metro)	kgf (quilograma-força)

Outras Unidades

Nome	Símbolo	Fator de Multiplicação
Exa	E	1018 = 1 000 000 000 000 000 000
Peta	P	1015 = 1 000 000 000 000 000
Tera	T	1012 = 1 000 000 000 000
Giga	G	109 = 1 000 000 000
Mega	M	106 = 1 000 000
Quilo	k	103 = 1000
Hecto	h	102 = 100
Deca	da	10
Deci	d	10-1 = 0,1
Centi	c	10-2 = 0,01
Mili	m	10-3 = 0,001
Micro	p.	10-6 = 0,000 001
nano	n	10-9 = 0,000 000 001
pico	p	10-12 = 0,000 000 000 001
femto	f	10-15 = 0,000 000 000 000 001
atto	a	10-18 = 0,000 000 000 000 000 001

Nome da Unidade	Símbolo	Valor do SI
angstrom	A	10-10 m
atmosfera	atm.	101325 Pa
bar	bar	105 Pa
barn	b	10-28 m2
*caloria	cal	4,1868 J
*cavalo-vapor	cv	735,5 W
curie	ci	3,7 x 1010 Bq
gal	Gal	0,01 m/s2
* gauss	Gs	10-4 T
hectare	ha	104 m2
* quilograma-força	kgf	9,80665 N
* milímetro de Hg	mmHg	133.322 Pa (aproxima- do)
milha marítima		1852 m
nó		1852/3600 m/s milha marítima por hora
* quilate rad		2 x 10-4 kg não confun- dir com ligas de ouro 0,01 Gy

 

Vídeo Aulas: Número de Coordenação na Célula Unitária

Todo sólido cristalino tem um arranjo ordenado de empacotamento de seus átomos nos três eixos cartesianos. Esta estrutura tridimensional é chamada retículo cristalino. Na natureza existem 14 possíveis retículos cristalinos (redes de bravais), os quais podem ser agrupados em 7 sistemas. Aqui será tratado apenas o sistema cúbico, que possui três possíveis retículos (veja figura), nos quais se empacotam os átomos dos metais cristalinos.                                                   

Os três tipos de células unitárias cúbicas

Na fila de cima aparecem os pontos de rede de cada célula. Na fileira de baixo os pontos são ocupados por esferas que representam os átomos ou íons da rede. Todas as esferas representam átomos ou íons idênticos, centrados nos pontos de rede. Observe que as esferas nos vértices dos cubos de corpo centrado ou de face centrada não se tangenciam. Na célula de corpo centrado, o átomo de cada vértice é tangente ao átomo central, e na célula de face centrada é tangente as três esferas centradas nas faces adjacentes.