Materiali per il design degli interni

MATERIALI 1.2

IL LEGAME METALLICO

• DEFINIZIONE

Il legame metallico avviene tra atomi metallici, che si uniscono per formare strutture solide e

ordinate

Il legame metallico è caratterizzato da una disposizione ordinata degli atomi nello spazio. Gli atomi

tendono a occupare posizioni fisse e regolari, organizzandosi in un reticolo cristallino.

Un’altra caratteristica fondamentale del legame metallico è che gli elettroni più esterni degli atomi, quelli

appartenenti agli strati elettronici più lontani dal nucleo, non rimangono legati a un singolo atomo, ma

vengono condivisi da tutti.

Essi si muovono liberamente all’interno del reticolo, creando un “mare” di elettroni mobili che lega insieme

tutti gli atomi metallici.

Questa rete di elettroni delocalizzati costituisce un unico grande legame collettivo che dà origine alle

proprietà tipiche dei metalli.

Queste due caratteristiche – la disposizione ordinata degli atomi e la presenza di elettroni liberi – sono

alla base dei principali comportamenti meccanici, elettrici e termici dei materiali metallici.

In sintesi:

- Il legame metallico avviene tra atomi metallici, che si uniscono per formare strutture solide e

ordinate.

- Gli elettroni più esterni vengono ceduti e condivisi, creando il “mare elettronico”.

- Gli atomi, disposti in un reticolo, si trovano in posizioni fisse e regolari nello spazio.

Questa libertà di movimento degli elettroni spiega molte delle proprietà fisiche dei metalli:

Conducibilità elettrica: gli elettroni liberi possono muoversi facilmente, permettendo il passaggio della

corrente.

Conducibilità termica: le vibrazioni energetiche si trasmettono rapidamente attraverso il reticolo grazie agli

elettroni mobili. MALLEABILITÀ

Un’altra proprietà molto importante dei metalli è la malleabilità.

I metalli, infatti, possono cambiare forma se sottoposti a uno sforzo meccanico: possono essere piegati,

stirati, laminati o deformati senza rompersi, purché la deformazione avvenga entro certi limiti.

È grazie a questa caratteristica che possiamo:

- piegare una lamina d’acciaio;

- battere una lastra di rame fino a renderla sottile;

Durante questi processi, il materiale viene riscaldato e modellato, sfruttando proprio la sua duttilità e

malleabilità.

CURVA SFORZO DEFORMAZIONE

I metalli, a differenza di materiali ceramici o vetrosi, non si rompono in modo fragile: prima di arrivare alla

rottura, si deformano in modo visibile.

Questa loro capacità di deformarsi sotto sforzo è dovuta al particolare tipo di legame e alla struttura

cristallina che permette agli atomi di scorrere gli uni sugli altri.

Quando si applica una forza a un oggetto metallico, le sue particelle interne possono muoversi leggermente

l’una rispetto all’altra, permettendo così la deformazione del materiale senza frattura immediata.

Solo quando la forza supera un certo limite, il metallo si spezza, ma questo avviene dopo un processo di

deformazione evidente.

Questo comportamento è descritto attraverso una curva sforzo-deformazione (mostra come un materiale

reagisce quando viene sottoposto a una forza crescente)

La curva si divide in due regioni principali:

-Regione elastica: la deformazione è reversibile. Quando si rimuove la forza, il materiale torna alla sua

forma iniziale (come una molla).

-Regione plastica: la deformazione diventa permanente. Se lo sforzo supera il limite elastico, il materiale

non torna più alla forma originale.

Nel tratto elastico, la relazione tra sforzo e deformazione è lineare:

maggiore è la forza applicata, maggiore sarà la deformazione, in proporzione costante.

Questo comportamento lineare è descritto dalla Legge di Hooke, secondo cui:

σ=E⋅ε

dove:

(σ): è lo sforzo (forza per unità di area),

(ε): è la deformazione (allungamento relativo),

(E) è il modulo di Young, che misura la rigidità del materiale.

Più il modulo di Young è elevato, più il materiale è rigido e tende a deformarsi poco.

Ad esempio, l’acciaio ha un modulo molto alto, mentre materiali come l’alluminio o il rame hanno valori

inferiori, risultando più duttili.

Quando la forza continua ad aumentare oltre il limite elastico, il materiale entra nella zona plastica.

In questa fase, gli atomi del reticolo cristallino iniziano a scorrere l’uno sull’altro, provocando deformazioni

permanenti.

Il comportamento in questa regione è più complesso e non lineare, perché entrano in gioco meccanismi

interni legati alla struttura microscopica del materiale.

A livello atomico, la deformazione plastica è possibile grazie alla presenza di difetti nella struttura

cristallina, che permettono agli atomi di muoversi più facilmente.

In un reticolo perfetto, gli atomi sarebbero talmente ordinati da rendere la deformazione quasi

impossibile; ma nella realtà, ogni metallo contiene imperfezioni che facilitano lo scorrimento.

Immaginate un reticolo metallico come una griglia tridimensionale di sfere (gli atomi).

Se ogni sfera rappresenta un atomo, e questi sono disposti in modo ordinato, basta una piccola

dislocazione – cioè una linea di difetto – per permettere al materiale di deformarsi senza rompersi.

- le dislocazioni si muovono lungo i piani del reticolo, permettendo agli atomi di slittare gli uni sugli

altri.

In generale, le dislocazioni sono tra i difetti più importanti per comprendere il comportamento dei materiali

metallici.

Esistono vari tipi di difetti:

Difetti puntiformi: riguardano un singolo atomo (ad esempio un atom