Comme moyen d'échange (monnaie): or, argent,...

Pour faire des bijoux : l'or brille et ne s'oxyde pas.

Pour faire des outils: le métal se coule dans un moule et prend sa forme.

Comme moyen de communication (fils électriques).

Comme source d’énergie: l'uranium (U) est un “combustible” nucléaire.

L'acier est un alliage de fer ( Fe ) et de carbone ( < 1.5% de C )

La fonte est un alliage de fer et de carbone ( >1.5% de C )

Le laiton est un alliage de cuivre ( Cu ) et de zinc ( Zn )

Le bronze est un alliage de cuivre ( Cu ) et d'étain ( Sn )

On peut assez facilement identifier les métaux grâce à leurs propriétés remarquables:

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Ils sont d'excellents conducteurs électriques (ils conduisent l'électricité).

Ils sont d'excellents conducteurs thermiques (ils conduisent la chaleur).

Ils ont un éclat métallique (ils brillent).

Ils sont malléables (on peut les torde sans les casser).

Ils sont ductiles (on peut les étirer en fils).

Ils sont fusibles: on peut les fondre (et mouler des objets).

Par leurs propriétés remarquables, les métaux ont été utilisés de multiples façons différentes:

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La découverte et l'utilisation des métaux correspondent à de grandes époques de l'histoire de l'Humanité. On leur a donné les noms d'Ages du cuivre, du bronze, du fer.

Certains métaux ne sont fait que d'une seule sorte d'atomes: on dit que ce sont des corps purs. On leur donne un symbole.

Exemples:

Le fer ( symbole: Fe ) n'est composé que d'atomes de fer. L'aluminium ( Al ) n'est constitué que d'atomes d'aluminium.

Le cuivre ( Cu ) n'est composé que d'atomes de cuivre.

D'autres sont obtenus en mélangeant divers métaux à l'état liquide puis refroidis: on parle d'alliage. Ils sont fait de plusieurs sortes d'atomes mélangés.

Exemples:

Propriétés des métaux

Utilisation des métaux

Histoire des métaux

Les alliages

Dilatation et contraction

Les corps solides se dilatent lorsqu'ils reçoivent de la chaleur. Les métaux par exemples, très bons conducteurs électriques et thermiques, se dilatent fortement lorsqu'ils emmagasinent de la chaleur. Certains métaux se dilatent plus que d'autres. L'aluminium s'allonge deux fois plus sous l'effet de la chaleur que l'acier par exemple.

L'allongement d'une tige dépend de l'élévation de température et de la nature du corps.

On appelle coefficient de dilatation linéaire d'un corps solide, l'allongement que subit l'unité de longueur (1m) de ce corps lorsque sa température s'élève de 1°C.

Le coefficient linéaire de l'acier est de 0,00001, ce qui signifie qu'une tige d'acier d'un mètre s'allonge de 0,00001m (ou 0,01 mm) pour une élévation de température de 1°C.

Exercices

Un rail (en acier) mesure 15 m de longueur à 0°C. Quelle serait sa longueur à 40°C?

Un pont métallique (acier) mesure 60 m de longueur à 0°C. En hiver, la température descend jusqu'à -20°C; en été elle peut atteindre +40°C. Entre quelles valeurs la longueur du pont peut-elle varier au cours de l'année?

Un fil de fer a une longueur de 3 km à la température de 40°C. Quelle est sa longueur à -30°C?

Un fil de cuivre a une longueur de 1 km à la température de 20°C. Quelle doit être sa température pour qu'il s'allonge de 10 cm?

Une tige de cuivre a une longueur de 1 m à la température de 20°C. On veut fixer bout-à-bout deux tiges , l'une de fer, l'autre de plomb, de manière que la tige composée ait à toute température la même longueur que la tige de cuivre. Quelles doivent être les longueurs des tiges de fer et de plomb?

Deux tiges métalliques, l'une de cuivre, l'autre de fer sont soudées à une extrémité et placées l'une à côté de l'autre. Quelles doivent être les longueurs de ces tiges à 0°C si l'on veut que la distance entre les extrémités libres soit indépendante de la température et vaille 20 cm?

Définition:

Exemple:

Ils sont, mis à part les métaux nobles comme l'or, oxydables (facilement attaqués par l'oxygène et d'autres substances). Il se forme alors en surface une couche d'oxyde ("rouille"): les  métaux perdent leur éclat et finissent par se faire ronger. On peut les protéger par une couche de peinture, d'huile ou de graisse.

On peut mélanger différents métaux pour faire des alliages qui ont des propriétés nouvelles: ils peuvent être plus résistants, moins malléables, moins lourds, inox (inoxydables), supraconducteurs (laissent passer le courant électrique sans résistance), etc...

Métaux et non-métaux

Métaux alcalins

Métaux alcalino-terreux

Métaux de transition

Lanthanides

Actinides

Métaux pauvres

Métalloïdes

Non-métaux

Halogènes

Gaz rares

Les métaux sont caractérisés par leur tendance à donner des électrons. Ce qui explique leur sensibilité à l’oyxdation, à la corrosion. Dans le tableau périodique des éléments, on range les métaux à gauche et les non-métaux à droite. Les éléments “métalloïdes” ont des propriétés intermédiaires.

Joint de dilatation sur l’autoroute A9, viaduc de Chillon

Bronze, pointe de lance, 5e siècle avant JC , Olympie

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