Simplificando, os metais ferrosos contêm ferro, enquanto os metais não ferrosos não. No entanto, essa pequena diferença confere a cada tipo de metal características distintas que o levam a diferentes aplicações. Os metais desempenham um papel essencial na vida cotidiana. De joias a construção de edifícios e pontes, os metais são considerados um dos materiais de construção mais versáteis disponíveis. No entanto, a maioria das pessoas não sabe que os metais vêm em duas classificações gerais: ferrosos e não ferrosos.
Esses dois tipos de materiais têm composições e propriedades diferentes que se prestam a diferentes aplicações.
Neste artigo, descreveremos as características que distinguem os metais ferrosos dos não ferrosos e descreveremos como eles são usados em várias aplicações.
Metal ferroso
A palavra ferroso deriva da palavra latina "ferrum", que significa ferro. Os metais ferrosos são, portanto, aqueles que são constituídos principalmente por ferro (Fe). Esses metais também podem conter um ou mais elementos de liga. O uso de metais ferrosos remonta a 1200 aC. C., quando o desenvolvimento da produção de ferro marcou o início da Idade do Ferro.
A presença de ferro confere a esses materiais propriedades únicas que são especialmente valiosas na indústria da construção. Uma das características mais marcantes dos metais ferrosos é sua resistência à tração e ductilidade superiores. (Saiba mais sobre essas características em Análise detalhada da resistência à tração.)
O aço carbono, por exemplo, é um dos metais ferrosos mais populares e é um produto básico na indústria da construção. As propriedades deste material o tornam ideal para a construção de diversas estruturas, como edifícios e pontes. Outros metais ferrosos são usados em aplicações exigentes onde resistência e durabilidade são primordiais, como contêineres, dutos industriais, ferrovias e automóveis.
Enquanto os metais ferrosos são famosos por sua resistência e ductilidade, a presença de ferro os torna vulneráveis à ferrugem quando expostos ao ar e à umidade. Por esta razão, alguns metais ferrosos são ligados a outros elementos para aumentar sua resistência à corrosão. O aço inoxidável, por exemplo, é uma liga ferrosa que apresenta resistência à corrosão devido à presença de cromo. (Saiba mais no artigo Por que o aço inoxidável é resistente à corrosão?)
Além de aço carbono e aço inoxidável, esta classificação de metal também inclui ferro forjado, ferro fundido e liga de aço.
Metais não ferrosos
Os metais não ferrosos, como o nome indica, são metais que não contêm ferro (ferrita). Esses tipos de materiais são usados desde a Era do Cobre (cerca de 5.000 aC), quando o cobre foi usado pela primeira vez para fazer cerâmica e joias.
Os usos modernos para metais não ferrosos variam de telhados e calhas a tubulações e componentes elétricos. Como esses metais não contêm ferro, eles geralmente exibem melhor resistência à corrosão do que suas contrapartes ferrosas.
A falta de ferro também lhes confere características que os tornam adequados para aplicações onde as propriedades magnéticas podem ser indesejáveis. Além disso, embora os metais não ferrosos não possuam a resistência à tração dos metais ferrosos, eles são famosos por sua capacidade de serem facilmente moldados em várias formas, uma propriedade conhecida como maleabilidade.
Os metais não ferrosos são geralmente mais caros devido à sua escassez. Como resultado, existe uma indústria em expansão para a reciclagem de componentes residuais para extrair metais não ferrosos. O cobre, por exemplo, é o terceiro metal mais reciclado do mundo.
Alguns metais não ferrosos comumente usados incluem alumínio, cobre, zinco, chumbo, níquel e titânio. Metais preciosos e raros, como ouro, prata, platina, mercúrio e tungstênio, também são considerados não ferrosos.
Principais diferenças entre metais ferrosos e não ferrosos
Embora algumas das diferenças críticas entre metais ferrosos e não ferrosos tenham sido mencionadas acima, aqui vamos nos aprofundar nas propriedades que distinguem esses dois metais.
1. Magnetismo
O ferro é um elemento naturalmente magnético, portanto, os materiais feitos de ferro herdarão suas características magnéticas. Consequentemente, os metais ferrosos são magnéticos, enquanto os metais não ferrosos não são. Essa propriedade permite que essas duas categorias de metais sejam facilmente identificadas e classificadas.
O magnetismo do ferro se deve principalmente à sua construção molecular polar. Os elétrons em seu anel atômico são arranjados não simetricamente. Portanto, quando o ferro está próximo a um campo magnético, os elétrons são facilmente atraídos para um lado do átomo.
Esta propriedade é a principal responsável pela atração entre metais ferrosos e ímãs. Os metais não ferrosos, por outro lado, só podem ser atraídos por um campo magnético se um campo elétrico passar por eles, fazendo com que seus elétrons fiquem polarizados.
Explicado de outra forma, os elétrons em um átomo tendem a agir como pequenos ímãs (pólos norte e sul). Nos metais não ferrosos, os elétrons se alinham em pares, cujos "pequenos ímãs" apontam em direções opostas, fazendo com que eles cancelem as propriedades magnéticas um do outro. Nos átomos de ferro, os pólos magnéticos dos elétrons apontam na mesma direção, dando-lhes um efeito magnético líquido.
Como o ferro possui propriedades magnéticas intrínsecas no nível molecular, seus elétrons podem se alinhar facilmente na direção do fluxo de um campo magnético. Isso, por sua vez, cria uma atração entre o ferro e o campo magnético.
A propriedade magnética dos metais ferrosos os torna ideais para aplicações elétricas e de motores.
2. Oxidação
A oxidação é o processo em que um átomo perde elétrons. Devido à polaridade do ferro, é provável que ele perca elétrons para outras moléculas polares, como a água. Isso ocorre no ânodo, onde o ferro reage com a água e o oxigênio para formar óxido de ferro (III) hidratado, comumente conhecido como ferrugem.
Figura 1. Superfície ferrosa que reage com o ar e a umidade causando oxidação e degradação.
Como os metais não ferrosos não contêm ferro, eles não enferrujam da mesma forma que os ferrosos. Metais não ferrosos como cobre, zinco e titânio reagem com água e oxigênio para formar camadas de óxido que aderem firmemente à superfície do metal e atuam como barreiras à prova d'água. (Saiba como esse processo funciona em Como os revestimentos metálicos protegem os metais da corrosão.)
Ao contrário do óxido de ferro (III) hidratado, que é fraco e escamoso, o óxido de zinco e o óxido de cobre são duráveis e protegem o substrato subjacente de outros processos corrosivos. A natureza resistente à corrosão dos metais não ferrosos os torna ideais para uso em ambientes altamente corrosivos. Tubos de cobre, por exemplo, são comumente usados para transportar produtos químicos corrosivos e águas residuais.
Figura 2. Superfície de zinco reagindo com ar e umidade para criar uma camada protetora de carbonato de zinco.
No entanto, é importante observar que nem todos os metais ferrosos oxidam para desenvolver ferrugem. O aço inoxidável, por exemplo, é ligado com cromo, o que permite gerar uma camada protetora e estável de óxido de cromo.
3. Resistência à tração
Outra característica que distingue os metais ferrosos dos não ferrosos é sua resistência à tração. Os metais ferrosos, devido à presença de ferro, muitas vezes têm capacidades que excedem em muito os metais não ferrosos. O aço, por exemplo, é considerado um dos materiais de construção mais resistentes. Além da alta resistência à tração, o aço possui alto índice de ductilidade, ou seja, é capaz de sofrer deflexões significativas sem sofrer deformações permanentes.
Embora existam também alguns metais não ferrosos de alta resistência, poucos desses materiais são capazes de suportar as mesmas forças que as ligas de ferro. Além disso, embora o titânio tenha propriedades de resistência semelhantes às do aço, também é significativamente mais caro.
Portanto, o titânio não é normalmente usado como material de construção. (Aprenda sobre os efeitos da corrosão neste metal não ferroso em 5 coisas para saber e entender sobre a corrosão do titânio.)
| Elemento | módulo de Young (GPa) |
Compensação ou limite elástico (MPa) |
força final (MPa) |
| Liderar | dezesseis | 12 | |
| Lata | 47 | 9-14 | 15-200 |
| Alumínio | 70 | 15-20 | 40-50 |
| Ouro | 79 | 100 | |
| Prata | 83 | 170 | |
| Zinco (forjado) | 105 | 110-200 | |
| Silício | 107 | 5000-9000 | |
| Titânio | 120 | 100-225 | 240-370 |
| Cobre | 130 | 117 | 210 |
| Níquel | 170 | 14-35 | 140-195 |
| tântalo | 186 | 180 | 200 |
| Ferro | 211 | 80-100 | 350 |
| Tungstênio | 411 | 550 | 550-620 |
Que nós aprendemos
Compreender as diferenças entre metais ferrosos e não ferrosos é essencial para garantir que o material mais adequado seja usado para a aplicação pretendida.
Enquanto a presença de ferro distingue esses dois tipos de metais, essa variação aparentemente menor confere aos metais ferrosos e não ferrosos propriedades e características muito distintas.