Os metais são elementos ou compostos com excelente condutividade tanto para eletricidade quanto para calor, tornando-os úteis para uma ampla gama de propósitos práticos. A tabela periódica contém atualmente 91 metais e cada um tem suas próprias propriedades específicas. As propriedades elétricas, magnéticas e estruturais dos metais podem mudar com a temperatura e, assim, fornecer propriedades úteis para dispositivos tecnológicos. Compreender os impactos da temperatura nas propriedades dos metais dá-lhe uma apreciação mais profunda do porquê de serem tão amplamente utilizados no mundo moderno.

TL; DR (demasiado longo; não lidos)

TL; DR

A temperatura afeta o metal de várias maneiras. Uma temperatura mais alta aumenta a resistência elétrica de um metal e uma temperatura mais baixa reduz. O metal aquecido sofre expansão térmica e aumenta de volume. Aumentar a temperatura de um metal pode fazer com que ele sofra transformação de fase alotrópica, o que altera a orientação de seus átomos e altera suas propriedades. Finalmente, os metais ferromagnéticos tornam-se menos magnéticos quando podem ficar mais quentes e perdem seu magnetismo acima da temperatura de Curie.

Espalhamento de elétrons e resistência

À medida que os elétrons fluem pela maior parte de um metal, eles se dispersam uns aos outros e também fora dos limites do material. Os cientistas chamam esse fenômeno de "resistência". Um aumento na temperatura dá aos elétrons mais energia cinética, aumentando sua velocidade. Isto leva a uma maior quantidade de dispersão e uma maior resistência medida. Uma diminuição na temperatura leva a uma redução na velocidade do elétron, diminuindo a quantidade de espalhamento e a resistência medida. Os termômetros modernos usam a mudança na resistência elétrica de um fio para medir as mudanças de temperatura.

Expansão térmica

Um aumento na temperatura leva a um pequeno aumento no comprimento, área e volume de um metal, chamado expansão térmica. A magnitude da expansão depende do metal específico. A expansão térmica resulta do aumento das vibrações atômicas com a temperatura, e a consideração da expansão térmica é importante em uma variedade de aplicações. Por exemplo, ao projetar tubulações em banheiros, os fabricantes precisam levar em conta mudanças sazonais na temperatura para evitar o rompimento de tubos.

Transformações de Fases Alotrópicas

As três principais fases da matéria são chamadas de sólidas, líquido e gás. Um sólido é uma matriz densamente compactada de átomos com uma simetria de cristal particular conhecida como um alótropo. Aquecer ou resfriar um metal pode levar a uma mudança na orientação dos átomos, em relação aos demais. Isso é conhecido como uma transformação de fase alotrópica. Um bom exemplo de uma transformação de fase alotrópica é visto no ferro, que vai da fase alfa à temperatura ambiente até a fase gama de ferro a 912 graus Celsius (1.674 graus Fahrenheit). A fase gama do ferro, que é capaz de dissolver mais carbono que a fase alfa, facilita a fabricação de aço inoxidável.

Reduzindo o magnetismo

Os metais espontaneamente magnéticos são chamados materiais ferromagnéticos. Os três metais ferromagnéticos à temperatura ambiente são ferro, cobalto e níquel. O aquecimento de um metal ferromagnético reduz sua magnetização e, eventualmente, perde completamente seu magnetismo. A temperatura na qual um metal perde sua magnetização espontânea é conhecida como a temperatura de Curie. O níquel tem o ponto Curie mais baixo dos elementos únicos e deixa de se tornar magnético a 330 graus Celsius, enquanto o cobalto permanece magnético até 1.100 graus Celsius (2.012 graus Fahrenheit).