Alliages

Définition d'un alliage

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.

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)

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.

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.

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 :

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.