Métal (Français)

Préhistoire

Le cuivre, qui se présente sous forme native, pourrait avoir été le premier métal découvert compte tenu de son aspect distinctif, de sa lourdeur et de sa malléabilité par rapport à d’autres pierres ou cailloux. Or, argent, et le fer (comme le fer météorique), et le plomb ont également été découverts dans la préhistoire. Les formes de laiton, un alliage de cuivre et de zinc fabriqué par fusion simultanée des minerais de ces métaux, proviennent de cette période (Bien que le zinc pur n’ait été isolé qu’au 13ème siècle)., La malléabilité des métaux solides a conduit aux premières tentatives de fabriquer des ornements métalliques, des outils et des armes. Le fer météorique contenant du nickel a été découvert de temps en temps et, à certains égards, il était supérieur à tout acier industriel fabriqué jusqu’aux années 1880, lorsque les aciers alliés deviennent importants.,>

Antiquity

la découverte du bronze (un alliage de cuivre avec de l’arsenic ou de l’étain) a permis aux gens de créer des objets métalliques plus durs et plus durables qu’auparavant. Les outils en Bronze, les armes, les armures et les matériaux de construction tels que les carreaux décoratifs étaient plus durs et plus durables que leurs prédécesseurs en pierre et en cuivre (« chalcolithiques »). Initialement, le bronze était fait de cuivre et d’arsenic (formant du bronze à l’arsenic) par fusion de minerais de cuivre et d’arsenic naturellement ou artificiellement mélangés., Les premiers artefacts connus à ce jour proviennent du plateau iranien au 5ème millénaire avant notre ère. Ce n’est que plus tard que l’étain a été utilisé, devenant le principal ingrédient non-cuivre du bronze à la fin du 3ème millénaire avant notre ère. L’étain pur lui-même a été isolé pour la première fois en 1800 avant notre ère par des métallurgistes chinois et japonais.

Le Mercure était connu des anciens Chinois et Indiens avant 2000 avant notre ère, et trouvé dans des tombes égyptiennes datant de 1500 avant notre ère.,

la première production connue d’acier, un alliage fer-carbone, est visible dans des pièces de ferronnerie excavées dans un site archéologique en Anatolie (Kaman-Kalehöyük) et sont presque 4,000 ans, datant de 1800 AEC.

à partir d’environ 500 avant notre ère, les fabricants d’épées de Tolède, en Espagne, fabriquaient les premières formes d’acier allié en ajoutant un minéral appelé wolframite, qui contenait du tungstène et du manganèse, au minerai de fer (et au carbone). L’acier de Tolède résultant est venu à L’attention de Rome lorsqu’il a été utilisé par Hannibal dans les guerres puniques., Il est rapidement devenu la base de l « armement des légions romaines; leurs épées auraient été » si vif qu « il n » y a pas de casque qui ne peut être coupé par eux. »

dans L’Amérique précolombienne, des objets en tumbaga, un alliage de cuivre et d’Or, ont commencé à être produits au Panama et au Costa Rica entre 300 et 500 de notre ère. Les petites sculptures en métal étaient courantes et une vaste gamme d’ornements tumbaga (et or) comprenait les insignes habituels des personnes de haut statut.,

à peu près à la même époque, les Équatoriens indigènes combinaient l’or avec un alliage de platine naturel contenant de petites quantités de palladium, de rhodium et d’iridium, pour produire des miniatures et des masques composés d’un alliage or-platine blanc. Les métallurgistes impliqués or chauffé avec des grains de l’alliage de platine jusqu’à ce que l’or fondu à quel point les métaux du groupe du platine sont devenus liés dans l’or., Après refroidissement, le conglomérat résultant a été martelé et réchauffé à plusieurs reprises jusqu’à ce qu’il devienne aussi homogène que si tous les métaux concernés avaient été fondus ensemble (atteindre les points de fusion des métaux du groupe du platine concernés était au-delà de la technologie de l’époque).,

• Une goutte de solidifié l’étain fondu

• Mercure
  coulé dans des boîtes de petri
• Électrum, un alliage naturel d’or et d’argent, a été souvent utilisé pour la fabrication de pièces de monnaie. Représenté est le dieu romain Apollon, et sur l’Avers, un trépied de Delphes (vers 310-305 AEC).,

• Une assiette d’étain, alliage de 85 à 99% d’étain et (généralement) de cuivre. L’étain a été utilisé pour la première fois au début de l’âge du Bronze au Proche-Orient.

• Un pectoraux (ornement pectoral) fait de tumbaga, un alliage de cuivre et d’or

Moyen Âge

les alchimistes arabes et médiévaux croyaient que tous les métaux et la matière étaient composés du principe du soufre, le père de tous les métaux et portant la propriété combustible, et du principe du mercure, la mère de tous les métaux et porteur des propriétés de liquidité, de fusibilité et de volatilité. Ces principes ne sont pas nécessairement les substances communes soufre et Mercure trouvés dans la plupart des laboratoires., Cette théorie a renforcé la croyance que tous les métaux étaient destinés à devenir de l’or dans les entrailles de la terre grâce aux combinaisons appropriées de chaleur, de digestion, de temps et d’élimination des contaminants, qui pourraient tous être développés et accélérés grâce aux connaissances et aux méthodes de l’alchimie.

L’Arsenic, le zinc, l’antimoine et le bismuth sont devenus connus, bien que ceux-ci aient d’abord été appelés semi-métaux ou métaux bâtards en raison de leur immalléabilité. Les quatre ont peut-être été utilisés incidemment dans des temps antérieurs sans en reconnaître la nature., Albertus Magnus aurait été le premier à isoler l’arsenic d’un composé en 1250, en chauffant du savon avec du trisulfure d’arsenic. Le zinc métallique, fragile s’il est impur, a été isolé en Inde en 1300 après JC. La première description d’une procédure d’isolement de l’antimoine se trouve dans le livre De la pirotechnia de Vannoccio Biringuccio de 1540. Le Bismuth a été décrit par Agricola dans de Natura Fossilium (vers 1546); il avait été confondu dans les premiers temps avec l’étain et le plomb en raison de sa ressemblance avec ces éléments.,uth in crystalline form, with a very thin oxidation layer, and a 1 cm3 bismuth cube

The Renaissance

le premier texte systématique sur les arts des mines et de la métallurgie était de la Pirotechnia (1540) de Vannoccio Biringuccio, qui traite de l’examen, de la fusion et du travail des métaux.

seize ans plus tard, Georgius Agricola a publié de Re Metallica en 1556, un compte rendu clair et complet de la profession des mines, de la métallurgie et des arts et sciences accessoires, ainsi que la qualification comme le plus grand traité sur l’industrie chimique à travers le XVIe siècle.,

Il a donné la description suivante d’un métal dans son de Natura Fossilium (1546):

Le métal est un corps minéral, par nature liquide ou un peu dur. Ce dernier peut être fondu par la chaleur du feu, mais quand il s’est refroidi à nouveau et a perdu toute chaleur, il redevient dur et reprend sa forme appropriée. À cet égard, il diffère de la pierre qui fond dans le feu, car bien que cette dernière retrouve sa dureté, elle perd cependant sa forme et ses propriétés Vierges.,

traditionnellement, il existe six types de métaux différents, à savoir l’or, l’argent, le cuivre, le fer, l’étain et le plomb. Il y en a vraiment d’autres, car quicksilver est un métal, bien que les Alchimistes ne soient pas d’accord avec nous à ce sujet, et le bismuth l’est aussi. Les anciens écrivains grecs semblent avoir été ignorants du bismuth, C’est pourquoi Ammonius déclare à juste titre qu’il existe de nombreuses espèces de métaux, d’animaux et de plantes qui nous sont inconnues. Le Stibium, lorsqu’il est fondu dans le creuset et raffiné, a autant le droit d’être considéré comme un métal approprié que celui accordé au plomb par les écrivains., Si lors de la fusion, une certaine partie être ajouté à l’étain, un alliage de libraire est produit à partir de laquelle le type est fait qui est utilisé par ceux qui impriment des livres sur papier.

chaque métal a sa propre forme qu’il conserve lorsqu’il est séparé des métaux qui lui ont été mélangés. Par conséquent, ni electrum ni Stannum ne sont en soi un véritable métal, mais plutôt un alliage de deux métaux. Electrum est un alliage d’or et d’argent, Stannum de plomb et d’argent. Et pourtant, si l’argent est séparé de l’electrum, alors l’or reste et non electrum; si l’argent est enlevé de Stannum, alors le plomb reste et non Stannum.,

cependant, il est impossible de déterminer avec certitude si le laiton est un métal natif ou non. Nous ne connaissons que le laiton artificiel, composé de cuivre teinté de la couleur de la calamine minérale. Et pourtant, s’il devait être déterré, ce serait un métal approprié. Le cuivre noir et blanc semble être différent du type rouge.

Le métal est donc par nature soit solide, comme je l’ai dit, soit fluide, comme dans le cas unique de quicksilver.

mais assez maintenant concernant les types simples.,

Le platine, troisième métal précieux après l’or et l’argent, a été découvert en Équateur entre 1736 et 1744, par L’astronome espagnol Antonio de Ulloa et son collègue le mathématicien Jorge Juan y Santacilia. Ulloa a été la première personne à écrire une description scientifique du métal, en 1748.

en 1789, le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth a pu isoler un oxyde d’uranium, qu’il pensait être le métal lui-même. Klaproth a ensuite été crédité comme le découvreur de l’uranium., Ce n’est qu’en 1841, que le chimiste français Eugène-Melchior Péligot, a pu préparer le premier échantillon d’uranium métal. Henri Becquerel découvre ensuite la radioactivité en 1896 en utilisant de l’uranium.

dans les années 1790, Joseph Priestley et le chimiste Néerlandais Martinus van Marum ont observé l’action transformatrice des surfaces métalliques sur la déshydrogénation de l’alcool, développement qui a ensuite conduit, en 1831, à la synthèse à l’échelle industrielle de l’acide sulfurique à l’aide d’un catalyseur au platine.,

en 1803, le cérium fut le premier des lanthanides à être découvert, à Bastnäs, en Suède, par Jöns Jakob Berzelius et Wilhelm Hisinger, et indépendamment par Martin Heinrich Klaproth en Allemagne. Les métaux lanthanides ont été largement considérés comme des bizarreries jusqu’aux années 1960, lorsque des méthodes ont été développées pour les séparer plus efficacement les uns des autres. Ils ont par la suite trouvé des utilisations dans les téléphones cellulaires, les aimants, les lasers, l’éclairage, les batteries, les convertisseurs catalytiques et dans d’autres applications permettant les technologies modernes.,

D’autres métaux découverts et préparés pendant cette période étaient le cobalt, le nickel, le manganèse, le molybdène, le tungstène et le chrome; et certains métaux du groupe du platine, le palladium, l’osmium, l’iridium et le rhodium.

métaux légers

tous les métaux découverts jusqu’en 1809 avaient des densités relativement élevées; leur lourdeur était considérée comme un critère distinctif. À partir de 1809, des métaux légers tels que le sodium, le potassium et le strontium ont été isolés. Leurs faibles densités ont remis en question la sagesse conventionnelle quant à la nature des métaux., Cependant, ils se comportaient chimiquement comme des métaux et ont ensuite été reconnus comme tels.

l’aluminium a été découvert en 1824, mais ce n’est qu’en 1886 qu’une méthode de production industrielle à grande échelle a été développée. Les prix de l’aluminium ont chuté et l’aluminium est devenu largement utilisé dans les bijoux, les articles de tous les jours, les montures de lunettes, les instruments optiques, la vaisselle et les feuilles dans les années 1890 et au début du 20e siècle. La capacité de l’aluminium à former des alliages durs mais légers avec d’autres métaux a fourni au métal de nombreuses utilisations à l’époque., Pendant la Première Guerre mondiale, les principaux gouvernements ont exigé de grandes expéditions d’aluminium pour les cellules légères et puissantes. Le métal le plus couramment utilisé pour le transport d’énergie électrique aujourd’hui est l’aluminium-conducteur renforcé d’acier. Voyant également beaucoup d’utilisation est conducteur tout en alliage d’aluminium. L’aluminium est utilisé car il a environ la moitié du poids d’un câble en cuivre à résistance comparable (bien que de plus grand diamètre en raison d’une conductivité spécifique inférieure), tout en étant moins cher. Le cuivre était plus populaire dans le passé et est toujours utilisé, en particulier à des tensions plus basses et pour la mise à la terre.

tandis que le titane métallique pur (99.,9%) a été préparé pour la première fois en 1910, il n’a été utilisé en dehors du laboratoire qu’en 1932. Dans les années 1950 et 1960, l’Union Soviétique a été le pionnier de l’utilisation du titane dans des applications militaires et sous-marines dans le cadre de programmes liés à la guerre froide. À partir du début des années 1950, le titane est largement utilisé dans l’aviation militaire, en particulier dans les jets de haute performance, à commencer par des avions tels que le F-100 Super Sabre et les Lockheed A-12 et SR-71.

le scandium métallique a été produit pour la première fois en 1937. La première Livre de métal scandium pur à 99% a été produite en 1960., Production of aluminum-scandium alloys began in 1971 following a U.S. patent. Aluminum-scandium alloys were also developed in the USSR.

• Sodium

• Potassium pearls under paraffin oil. Size of the largest pearl is 0.5 cm.

• Strontium crystals

• Aluminum chunk,
  2.,6 grams, 1 x 2 cm

• A bar of titanium crystals

• Scandium, including a 1 cm3 cube

The age of steel

l’ère moderne de la sidérurgie a commencé avec L’introduction du procédé Bessemer D’Henry Bessemer en 1855, dont la matière première était la fonte. Sa méthode lui a permis de produire de l’acier en grandes quantités à moindre coût, ainsi l’acier doux est venu à être utilisé pour la plupart des fins pour lesquelles le fer forgé était autrefois utilisé. Le procédé Gilchrist-Thomas (ou procédé Bessemer de base) était une amélioration du procédé Bessemer, réalisée en tapissant le convertisseur avec un matériau de base pour éliminer le phosphore.,

en raison de sa haute résistance à la traction et de son faible coût, l’acier est devenu un composant majeur utilisé dans les bâtiments, les infrastructures, les outils, les navires, les automobiles, les machines, les appareils et les armes.

En 1872, les Anglais Clark et Bois breveté un alliage qui serait aujourd’hui considéré comme un acier inoxydable. La résistance à la corrosion des alliages fer-chrome avait été reconnue en 1821 par le métallurgiste français Pierre Berthier. Il a noté leur résistance à l’attaque par certains acides et a suggéré leur utilisation dans la coutellerie., Les métallurgistes du 19ème siècle étaient incapables de produire la combinaison de faible teneur en carbone et de haute teneur en chrome trouvée dans la plupart des aciers inoxydables modernes, et les alliages à haute teneur en chrome qu’ils pouvaient produire étaient trop fragiles pour être pratiques. Ce n’est qu’en 1912 que l’industrialisation des alliages d’acier inoxydable se produit en Angleterre, en Allemagne et aux États-Unis.

les derniers éléments métalliques stables

en 1900, trois métaux de numéro atomique inférieur au plomb (#82), le métal stable le plus lourd, restaient à découvrir: les éléments 71, 72, 75.,

Von Welsbach, en 1906, a prouvé que l’ancien ytterbium contenait également un nouvel élément (#71), qu’il a nommé cassiopeium. Urbain l’a prouvé simultanément, mais ses échantillons étaient très impurs et ne contenaient que des traces du nouvel élément. Malgré cela, son nom choisi lutetium a été adopté.

en 1908, Ogawa a trouvé l’élément 75 dans la thorianite mais l’a attribué comme élément 43 au lieu de 75 et l’a nommé nipponium. En 1925, Walter Noddack, Ida Eva Tacke et Otto Berg annoncent sa séparation de la gadolinite et lui donnent le nom actuel de rhénium.,

Georges Urbain a affirmé avoir trouvé l’élément 72 dans des résidus de terres rares, tandis que Vladimir Vernadsky l’a trouvé indépendamment dans l’orthite. Aucune des revendications n’a été confirmée en raison de la Première Guerre mondiale, et aucune n’a pu être confirmée plus tard, car la chimie qu’ils ont rapportée ne correspond pas à celle maintenant connue pour le hafnium. Après la guerre, en 1922, Coster et Hevesy l’ont trouvé par analyse spectroscopique de rayons X dans le zircon Norvégien. L’Hafnium était donc le dernier élément stable à être découvert.,

• lutétium, y compris un cube de 1 cm3

• rhénium, y compris un cube de 1 cm3

• hafnium, sous la forme d’une barre de 1,7 kg

à la fin de la Seconde Guerre mondiale, les scientifiques avaient synthétisé quatre éléments post-uranium, tous métaux radioactifs (instables): neptunium (en 1940), plutonium (1940-41) et curium et américium (1944), représentant les éléments 93 à 96., Les deux premiers ont finalement été trouvés dans la nature. Curium et americium étaient des sous-produits du Projet Manhattan, qui a produit la première bombe atomique du monde en 1945. La bombe était basée sur la fission nucléaire de l’uranium, un métal qui aurait été découvert près de 150 ans plus tôt.,

développements après la Seconde Guerre mondiale

superalliages

les superalliages composés de combinaisons de Fe, Ni, Co Et Cr, et de quantités moindres de W, Mo, Ta, Nb, Ti et Al ont été développés peu après la Seconde Guerre mondiale pour être utilisés dans des moteurs à haute performance, fonctionnant à des températures élevées Ils conservent la majeure partie de leur résistance dans ces conditions, pendant de longues périodes, et combinent une bonne ductilité à basse température avec une résistance à la corrosion ou à l’oxydation., Les superalliages peuvent maintenant être trouvés dans un large éventail d’applications, y compris les turbines terrestres, maritimes et aérospatiales, ainsi que les usines chimiques et pétrolières.

métaux de Transcurium

Le développement réussi de la bombe atomique à la fin de la Seconde Guerre mondiale a déclenché de nouveaux efforts pour synthétiser de nouveaux éléments, qui sont presque tous, ou devraient être, des métaux, et qui sont tous radioactifs. Ce n’est qu’en 1949 que l’élément 97 (berkelium), suivant l’élément 96 (curium), a été synthétisé en tirant des particules alpha sur une cible d’américium., En 1952, l’élément 100 (fermium) a été trouvé dans les débris de la première explosion de bombe à hydrogène; l’hydrogène, un non-métal, avait été identifié comme un élément près de 200 ans plus tôt. Depuis 1952, les éléments 101 (mendelevium) à 118 (oganesson) ont été synthétisés.

verres métalliques en vrac

un verre métallique (également connu sous le nom de métal amorphe ou vitreux) est un matériau métallique solide, généralement un alliage, avec une structure désordonnée à l’échelle atomique. La plupart des métaux purs et alliés, à l’état solide, ont des atomes disposés dans une structure cristalline hautement ordonnée., Les métaux amorphes ont une structure de type verre non cristallin. Mais contrairement aux verres courants, tels que les vitres, qui sont généralement des isolants électriques, les métaux amorphes ont une bonne conductivité électrique. Les métaux amorphes sont produits de plusieurs manières, y compris le refroidissement extrêmement rapide, le dépôt physique en phase vapeur, la réaction à l’état solide, l’irradiation ionique et l’alliage mécanique. Le premier verre métallique signalé était un alliage (Au75Si25) produit à Caltech en 1960. Plus récemment, des lots d’acier amorphe avec trois fois la résistance des alliages d’acier conventionnels ont été produits., Actuellement, les applications les plus importantes reposent sur les propriétés magnétiques spéciales de certains verres métalliques ferromagnétiques. La faible perte d’aimantation est utilisée dans les transformateurs à haut rendement. Les étiquettes d’identification de contrôle de vol et d’autres systèmes de surveillance d’article utilisent souvent des lunettes métalliques en raison de ces propriétés magnétiques.

alliages à mémoire de forme

Un alliage à mémoire de forme (SMA) est un alliage qui « se souvient » de sa forme d’origine et lorsqu’il est déformé revient à sa forme pré-déformée lorsqu’il est chauffé., Alors que l’effet de mémoire de forme avait été observé pour la première fois en 1932, dans un alliage Au-Cd, ce n’est qu’en 1962, avec la découverte accidentelle de l’effet dans un alliage Ni-Ti, que la recherche a commencé sérieusement et dix ans avant que des applications commerciales n’émergent. Les SMA ont des applications dans la robotique et l’industrie automobile, Aérospatiale et biomédicale. Il existe un autre type de SMA, appelé alliage ferromagnétique à mémoire de forme (FSMA), qui change de forme sous de forts champs magnétiques., Ces matériaux présentent un intérêt particulier car la réponse magnétique a tendance à être plus rapide et plus efficace que les réponses induites par la température.,

Quasicyrstalline alloys