Métaux

Bien que la majeure partie des éléments dans la classification périodique sont des métaux, seulement 7 étaient connus dans l'antiquité : or, argent, fer, mercure, étain, cuivre et plomb. Ces métaux étaient associés avec les dieux de l'Olympe, les corps célestes et aussi avec magie et richesse.

Dans la nature, les métaux sont généralement en forme d'oxydes ou sulfures. Il a fallu beaucoup d'ingéniosité, travail acharné et chaleur intense pour les anciens mineurs d’extraire quelque chose utile à partir de ces minéraux. Le métal le plus utile mais aussi le plus dure et le plus énergivore à produire, était le fer. Les archéologues affirment que le premier fer produit est apparu en Asie Mineure vers 1400 avant A.C.

La première méthode d’extraction était le simple arrangement avec une fosse dans le sol rempli d’un mélange de minerai de fer et charbon de bois. Pour atteindre la température élevée nécessaire pour réduire l'oxyde il fallait souffler des grandes quantités d'air. Les utiles pourraient ensuite être crées en martelant le boule de fer formé.

Des petites quantités de fer ont pendant des milliers d'années été produit dans cette manière en Afrique. Cette production traditionnelle si coûteuse a cessé lorsque les colons sont venus et répandaient des objets de fer partout où ils allaient. Mais, leur version de fer n’était pas si bon que le traditionnelle, qui à cause de son contenu de silicate rouillait moins.

Le fer était plus fort de tous métaux connus et il donnait des avantages militaires. Dans les contes folkloriques de nombreux pays figure une épée invincible fabriqué par les forgerons mythiques, par exemple Héphaïstos chez les grecque et Volund chez les vikings.

Il existe en principe deux façons de former les métaux. Par forgeage où la pièce métallique est martelée à la forme désirée et par le moulage, où le métal fondu est versé dans un moule de sable ou boue.

Des cristaux ou des grains se forment lorsqu’un métal en fusion se solidifie. C’est la structure granulaire qui détermine la résistance et d'autres propriétés. Métaux avec grandes grains sont généralement doux, contrairement aux métaux de grains fins. Par chauffage, martelage et refroidissement de diverse rapidité on peut modifier la structure cristalline et avoir les propriétés désiré.

À faire des alliages est une autre méthode pour changer la qualité. Les métaux ajoutés peuvent en partie être résolu dans la structure cristalline, ce qui signifie que leurs atomes sont dans le même endroit que le métal de base, ou ils peuvent être interstices entre les graines.

Dans les deux cas, la structure cristalline est modifié, ce qui influe la dureté et l'extensibilité de l'alliage. Un alliage entre l’argent et un peu de cuivre crée un matériel à la fois plus dur et avec une température de fusion plus bas que les métaux séparément.

Si on mélange un métal de point de fusion élevé avec un de point de fusion basse, comme par exemple un alliage entre cuivre et étain, le bronze, il y aura un problème dans la masse fondue. Quand elle se refroidit l’alliage forme des structures cristallines qui font qu’elle se rétracte et le matériau devient poreux dans la dernière partie refroidit.

Pour l’éviter on peut laisser la porte, le cône où le métal fondu est versé dans le moule, avoir une taille telle qu'il conserve la chaleur et se solidifie au dernier. Ce mesure fait que la porosité s’accumule dans le cône et ne pas dans l'article moulé.

Le métal se solidifie d’abord sur l’extérieure, puis au centre. Ce phénomène fait que les métaux constitutifs ne sont pas répartis de la façon uniforme. Dans un bronze moulé le teneur d’étain est plus élevé sur la surface.

La production de fer exigé pendant longs temps de grandes quantités de charbon de bois. Le charbon des mines ne convenait pas parce qu’il contient du soufre, qui fragilise le fer. Comme il y avait une pénurie de charbon de bois le fer était cher.

La grande percée technologique est apparue en 1709. Le propriétaire d’une fonderie anglais Abraham Darby c’est rendu compte qu'il pouvait transformer le charbon à coke qui n’avait pas le même désavantage. Et, en Angleterre il y avait du charbon en abondance.

Tout d’un coup le fer est devenu peu cher. La méthode de Darby marque le début de la révolution industrielle. Le fer pourrait maintenant être utilisé pour des machines, des ponts, des navires et cetera d’où les constructeurs autrefois étaient contrainte à utiliser d’autres matériaux tels que bois et pierres. Et, le fait que le charbon du bois n’était plus nécessaire a sauvé les forêts d’Europe d’une dévastation totale.