I metalli sono elementi o composti con eccellente conduttività sia per l'elettricità che per il calore, rendendoli utili per un'ampia gamma di scopi pratici. La tavola periodica contiene attualmente 91 metalli e ognuno ha le sue proprietà specifiche. Le proprietà elettriche, magnetiche e strutturali dei metalli possono cambiare con la temperatura e quindi fornire proprietà utili per i dispositivi tecnologici. Comprendere gli impatti della temperatura sulle proprietà dei metalli offre un apprezzamento più profondo del perché sono così ampiamente utilizzati nel mondo moderno.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

TL; DR

La temperatura influisce sul metallo in molti modi. Una temperatura più elevata aumenta la resistenza elettrica di un metallo e una temperatura inferiore lo riduce. Il metallo riscaldato subisce l'espansione termica e aumenta il volume. L'aumento della temperatura di un metallo può causare una trasformazione di fase allotropica, che altera l'orientamento dei suoi atomi costituenti e ne modifica le proprietà. Infine, i metalli ferromagnetici diventano meno magnetici quando possono diventare più caldi e perdono il loro magnetismo sopra la temperatura di Curie.

Dissipazione e resistenza degli elettroni

Mentre gli elettroni fluiscono attraverso la massa di un metallo, si disperderanno l'un l'altro e anche fuori dai confini del materiale. Gli scienziati chiamano questo fenomeno "resistenza". Un aumento della temperatura dà agli elettroni più energia cinetica, aumentandone la velocità. Ciò comporta una maggiore quantità di scattering e una maggiore resistenza misurata. Una diminuzione della temperatura porta a una riduzione della velocità dell'elettrone, diminuendo la quantità di scattering e la resistenza misurata. I termometri moderni usano il cambiamento della resistenza elettrica di un filo per misurare i cambiamenti di temperatura.

Espansione termica

Un aumento della temperatura porta a un piccolo aumento della lunghezza, dell'area e del volume di un metallo, chiamato espansione termica. La grandezza dell'espansione dipende dal metallo specifico. L'espansione termica risulta dall'aumento delle vibrazioni atomiche con la temperatura e la considerazione dell'espansione termica è importante in una varietà di applicazioni. Ad esempio, quando si progettano le tubazioni nei bagni, i produttori devono tenere conto dei cambiamenti stagionali della temperatura per evitare lo scoppio di tubi.

Trasformazioni di fase allotropiche

Le tre fasi principali della materia sono definite solide, liquido e gas. Un solido è una serie densa di atomi con una particolare simmetria cristallina nota come allotropo. Il riscaldamento o il raffreddamento di un metallo può comportare un cambiamento nell'orientamento degli atomi rispetto agli altri. Questo è noto come trasformazione di fase allotropica. Un buon esempio di trasformazione di fase allotropica è visto nel ferro, che va dalla fase alfa a temperatura ambiente a ferro gamma-fase a 912 gradi Celsius (1674 gradi Fahrenheit). La fase gamma del ferro, che è in grado di sciogliere più carbonio rispetto alla fase alfa, facilita la fabbricazione dell'acciaio inossidabile.

Ridurre il magnetismo

I metalli magnetici spontanei sono chiamati materiali ferromagnetici. I tre metalli ferromagnetici a temperatura ambiente sono ferro, cobalto e nichel. Il riscaldamento di un metallo ferromagnetico riduce la sua magnetizzazione e alla fine perde completamente il suo magnetismo. La temperatura alla quale un metallo perde la sua magnetizzazione spontanea è nota come temperatura di Curie. Il nichel ha il punto più basso di Curie dei singoli elementi e cessa di diventare magnetico a 330 gradi Celsius (626 gradi Fahrenheit), mentre il cobalto rimane magnetico fino a 1.100 gradi Celsius (2.012 gradi Fahrenheit).