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La réponse est non. L'or que nous utilisons dans les ornements n'est pas un métal pur mais un mélange de plusieurs autres métaux.
Mais pourquoi ne pas utiliser de l'or pur à la place ? L'or pur est extrêmement mou, ce qui est un avantage pour réaliser de merveilleux motifs car il se moule dans n'importe quelle forme, mais c'est aussi un inconvénient car il peut se déformer facilement. Pour apporter stabilité, fermeté et solidité à l'or, on le mélange avec du cuivre, du nickel et du zinc, ce qui produit un "alliage" de métaux. Les alliages sont donc plus résistants que les métaux individuels.
Dans un ornement en or 22 carats, l'or représente environ 91,6 %, tandis que les 8,4 % restants (environ) sont généralement constitués de cuivre, de zinc et de nickel. Chacun de ces métaux a une fonction spécifique qui s'ajoute aux propriétés uniques d'un alliage.
Le bronze, un alliage de cuivre et d'étain, est le premier alliage à avoir été développé. Cela a conduit à l'évolution de l'humanité de l'âge de pierre à l'âge de bronze, où de nombreuses armes et outils ont été fabriqués en bronze. De nombreuses inventions fascinantes ont vu le jour à l'âge du bronze grâce à cette invention remarquable.
Fig. 1 : Lingots d'or | Domaine public | Wikimedia Commons
Voyons maintenant ce que sont les alliages, comment ils sont fabriqués, quels en sont les types et quels en sont les exemples.
- Nous allons d'abord t'expliquer ce qu'est un alliage et comment ils sont préparés.
- Nous passerons ensuite en revue les types d'alliages classés en fonction de la disposition des atomes.
- Nous examinerons ensuite quelques exemples d'alliages
- Nous terminerons en décrivant les propriétés des alliages.
Définition d'un alliage
Un alliage est un mélange de deux ou plusieurs substances dont le composant principal est un métal.
Tout comme les métaux, la plupart des alliages ont une liaison métallique.
Les alliages sont préparés en faisant fondre les métaux, puis en les mélangeant et en les laissant refroidir et se solidifier.
Un alliage ne contient pas nécessairement que des métaux. Il peut également être formé en combinaison avec des non-métaux comme le carbone, mais la règle générale est qu'au moins une des substances combinées doit être un métal.
Les alliages sont plus résistants et plus durs que les métaux purs. Les métaux purs ont une structure cristalline tout comme les solides ioniques, mais les particules des métaux purs ne sont pas bloquées dans leur position, contrairement aux solides ioniques. Les cations des métaux sont disposés en couches parmi une mer d'électrons. Ces couches glissent les unes sur les autres. Par conséquent, lorsqu'une pression externe est appliquée aux métaux purs, ils ne peuvent pas résister à la pression et se déforment à cause du mouvement des particules. Cette propriété est appelée malléabilité des métaux.
Fig. 2 : Structure d'un métal avec des cations (en rouge) dans une mer d'électrons | Créé à partir d'images de Wikimedia Commons
Pour offrir une résistance et une dureté supplémentaires aux métaux, on les allie à d'autres substances. La structure cristalline du métal est alors déformée, ce qui a pour effet de bloquer les particules en place. Les particules resteront à leur place lorsqu'une pression extérieure sera exercée, ce qui en fera un solide rigide. Les propriétés des alliages sont donc supérieures à celles des métaux purs.
Si deux ou plusieurs métaux sont combinés chimiquement dans des proportions définies, on appelle cette substance un composé intermétallique. Les alliages contiennent des métaux et d'autres éléments mélangés dans des proportions aléatoires.[1] Il ne faut donc pas confondre les alliages avec les composés intermétalliques.
Types d'alliages
Selon la façon dont les atomes sont disposés dans un alliage, on les classe en deux types :
- Alliage substitutif.
- Alliage interstitiel.
Alliage de substitution
Imagine une boîte de pommes rouges. Choisis quelques pommes au hasard et remplace-les par des pommes vertes. Le résultat devrait ressembler à ceci, qui est similaire à l'arrangement atomique que tu pourrais trouver dans un alliage de substitution.
Fig. 3 : Métal pur et alliage de substitution | Créé à l'aide des images de wikimedia commons (partagées dans le domaine public)
Les alliagesde substitution se forment lorsque les éléments mélangés dans l'alliage ont des rayons atomiques similaires. Les atomes d'un élément peuvent se substituer à la structure du réseau cristallin de l'autre élément[2].
Un alliage de substitution se forme lorsque la taille des atomes du métal qui sont remplacés est à peu près similaire à celle des atomes de l'élément qui les remplace.
Le bronze, un alliage composé de 88 % de cuivre et de 12 % d'étain, est un exemple d'alliage de substitution. Le cuivre et l'étain contiennent tous deux des atomes de taille similaire. Le métal primaire est le cuivre dont les atomes sont remplacés par des atomes d'étain.
Alliage interstitiel
Imagine à nouveau une boîte de pommes rouges. Même si elles sont bien serrées, il restera de petits espaces entre elles. Si tu y déposes une poignée de myrtilles, elles occupent les espaces entre les pommes.
Peux-tu observer la différence entre les alliages substitutifs et interstitiels ? L'élément ayant un rayon atomique plus petit n'aura pas à remplacer les atomes du métal primaire. Au lieu de cela, ils occupent simplement les espaces entre les atomes des métaux primaires - les espaces interstitiels.
Lesalliages interstitiels se forment lorsque les éléments mélangés dans l'alliage ont des rayons atomiques différents, et que les atomes plus petits remplissent les espaces interstitiels (trous) dans la structure du réseau des atomes plus grands[2].
Fig. 4 : |Alliage interstitiel Créé à partir d'images de Wikimedia Commons partagées dans le domaine public.
L'acier est un exemple d'alliage interstitiel. L'acier contient du fer et une certaine quantité de carbone. Les atomes de carbone sont plus petits que les atomes de fer et se glissent donc dans les interstices de la matrice de fer.
Maintenant que nous avons compris les types d'alliages, passons à quelques exemples d'alliages.
Exemples d'alliages
Tu trouveras ci-dessous une liste d'alliages courants et leurs applications.
Alliages | Composants | Applications |
Alnico | Fer + aluminium, nickel, cobalt, ainsi que d'autres métaux tels que le cuivre et le titane. | Aimants des haut-parleurs et des micros des guitares électriques. |
Amalgame | Mercure + argent, étain, cuivre et zinc | Obturations dentaires |
Laiton | Cuivre + zinc | Serrures et verrous de porte, instruments de musique en laiton, tuyaux de chauffage central |
Bronze | Cuivre + étain + manganèse, phosphore, aluminium ou silicium | Statues décoratives, instruments de musique. |
Fonte | Fer + carbone + silicium | Structures métalliques telles que les ponts et les ustensiles de cuisine résistants. |
Cupro nickel | Proportions variables de cuivre et de nickel. | Pièces de monnaie |
Duralumin | Aluminium + cuivre + magnésium + manganèse | Pièces de carrosserie d'automobiles et d'avions, équipement militaire. |
Métal pour armes à feu | Cuivre, étain, zinc et phosphore | Armes à feu, articles de décoration |
Invar | Fer + nickel | Horloges à pendule et instruments scientifiques qui doivent résister à la dilatation thermique. |
Nichrome | Nickel + chrome | Feux d'artifice + dispositifs d'allumage. Éléments chauffants des appareils électriques. |
Acier | Fer + chrome + petite quantité de carbone, nickel, manganèse, molybdène et autres métaux. | Bijoux, outils médicaux et ustensiles de cuisine. |
Or blanc | Or palladium, argent, cuivre. | Bijoux |
Un alliage de mercure est appelé amalgame.
Propriétés des alliages
Comme nous l'avons vu dans les sections précédentes, les alliages sont de qualité supérieure à celle des métaux individuels. Examinons brièvement les propriétés des alliages :
Meilleure résistance : l'acier allié, composé de fer et de carbone, est plus résistant que l'élément de base, le fer. Les alliages sont plus résistants et plus durs que les métaux de base en raison de la perturbation de la structure cristalline du métal, comme nous l'avons vu dans les sections précédentes.
Résistance à la corrosion : Une autre raison d'employer des alliages est leur meilleure performance contre la corrosion, qui est un processus naturel et indésirable de décomposition des éléments. Si tu prends l'exemple de l'alliage de bronze, qui est un mélange de cuivre et d'étain, il est moins susceptible de se corroder que l'élément parent, le cuivre, lui-même. Ainsi, les alliages sont résistants à la corrosion, donc plus durables.
Faible malléabilité : Bien que la malléabilité soit une propriété utile d'un métal, elle peut parfois présenter des inconvénients. Prenons l'exemple de l'or, un métal extrêmement malléable, à tel point que si tu fais une bague à partir de sa forme pure, elle se déforme facilement. Une malléabilité extrême ne permet pas de conserver les formes des matériaux que nous concevons. C'est pourquoi l'alliage réduit la malléabilité dans une certaine mesure afin que le matériau conserve sa forme.
Points de fusion bas: Les alliages ont des points de fusion plus bas que les métaux purs correspondants. Il est donc plus facile de mouler un métal que de mouler un métal pur, ce qui rend la fabrication de produits plus facile et plus économique.
Nous concluons ainsi le sujet des alliages. Maintenant, jette un coup d'œil chez toi et à l'école et note les alliages que tu trouves. Interroge ton professeur d'histoire sur l'âge du bronze et sur la façon dont le bronze a été inventé.
Alliages - Points clés
- Un alliage est un mélange de deux ou plusieurs substances dont le composant principal est un métal.
- Les alliages sont de deux types : les alliages substitutifs et les alliages interstitiels.
- Le bronze, le laiton et la fonte sont des exemples d'alliages.
- Le métal pur est trop mou pour être utile. Il est très malléable, ne conserve pas sa forme et se déforme facilement. Cela est dû au fait que les atomes sont disposés en couches, dans le métal pur, qui glissent les unes sur les autres.
- Les alliages, en revanche, sont moins malléables que le métal pur. Les alliages sont donc solides, résistants à la corrosion et moins malléables. Cette propriété est due au fait que les espaces sont comblés et que les particules sont bloquées en place. Ainsi, les couches ne glissent pas l'une sur l'autre, ce qui confère stabilité et rigidité aux alliages.
Références
- (2017). Alliage vs composés intermétalliques : Effet de la mise en ordre sur l'activité électrocatalytique de réduction de l'oxygène et la stabilité des catalyseurs de piles à combustible à basse température. Applied Catalysis B : Environmental, 217, 201-213. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.05.081
- https://www.studysmarter.co.uk/explanations/chemistry/ionic-and-molecular-compounds/interstitial-and-substitutional-alloys/
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Questions fréquemment posées en Alliages
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