Exercicis de metalls i plàstics — Tecnologia i Digitalització 2n ESO

(a) El zinc no conté ferro: és no fèrric. (b) L'acer inoxidable és un acer, i l'acer és un aliatge de ferro: és fèrric. (c) El bronze és una barreja de coure i estany, sense ferro: és no fèrric.

Perquè el ferro és un metall fèrric i s'oxida: en contacte amb l'aire i l'aigua de la pluja reacciona i es forma rovell. Si la tanca estigués pintada o galvanitzada (recoberta de zinc), la pintura o el zinc la protegirien i no es rovellaria tan de pressa.

(a) El polietilè és un termoplàstic. (b) La baquelita és un termoestable. (c) El PET és un termoplàstic. Els termoplàstics (a i c) es poden tornar a fondre; el termoestable (b) no.

Matèria primera: la mena de ferro (per exemple la hematites), que es fon a l'alt forn amb carbó de coc i calcària.
Producte: l'arrabio o ferro colat, un ferro amb molt carboni.
Ús posterior: es refina en un convertidor per reduir-ne el carboni i obtenir acer.

La densitat és massa dividida per volum, així que massa = densitat · volum.
m = 2,7 g/cm³ · 250 cm³ = 675 g.
Comprovació: 675 $\tfrac{g}{250}$ cm³ = 2,7 g/cm³.

El ferro colat (fosa) té més d'un 2 % de carboni, i l'acer en té menys.
Com que 3 % > 2 %, l'aliatge és un ferro colat.
Serà dur però fràgil, tal com correspon a un ferro amb molt carboni.

PET → ampolles d'aigua.
PVC → canonades.
Poliestirè expandit → embalatge de neveres (és molt lleuger i aïllant).
Niló → fibres per a teixits.

La majoria de plàstics s'obtenen del petroli, que es refina i se'n separen els compostos que formen els polímers.
Un bioplàstic és, per exemple, l'àcid polilàctic (PLA), fet de midó de blat de moro o de canya de sucre.

Tots dos objectes són envasos lleugers, així que van al contenidor groc.
Al contenidor groc es llencen els envasos de plàstic, les llaunes i els brics. Així es poden separar i reciclar per materials.

Té menys densitat l'alumini (2,7 g/cm³ contra 8,9 g/cm³), de manera que és més lleuger.
En un avió interessa que l'estructura pesi poc per gastar menys combustible, i l'alumini, a més de lleuger, és prou resistent i no s'oxida fàcilment.

Triaria el coure, perquè és el millor conductor de l'electricitat dels tres (només la plata és millor). El ferro colat és fràgil i mal conductor, i l'alumini condueix però pitjor que el coure. Per això els cables solen ser de coure.

Un aliatge és una barreja d'un metall amb altres elements per millorar-ne les propietats. Un exemple és l'acer, que és un aliatge de ferro amb una petita quantitat de carboni; el carboni el fa més dur i resistent que el ferro sol.

(a) La mal·leabilitat és estendre el metall en làmines: correspon al paper d'alumini. (b) La conductivitat elèctrica és deixar passar bé el corrent: correspon als cables de coure.

Ha de triar un termoplàstic, perquè s'estova i es fon amb la calor tantes vegades com calgui, de manera que els envasos usats es poden fondre i reaprofitar. Un termoestable no s'estovaria i cremaria abans de fondre's, així que seria molt difícil de reciclar.

Per exemple: són lleugers i econòmics, i a més són aïllants (no deixen passar bé el corrent ni la calor) i fàcils de donar forma. Aquestes propietats fan que serveixin per a envasos, aïllaments de cables, joguines i mil objectes més.

Volum: V = 20 · 2 · 1 = 40 cm³.
Massa: m = ρ · V = 8,9 · 40 = 356 g.
Resultat: la barra pesa 356 g, uns 0,36 kg.

Si el 80 % és coure, l'estany és el 100 - 80 = 20 %.
Massa d'estany = 0,20 · 800 kg = 160.0 kg.
Comprovació: coure = 0,80 · 800 = 640 kg, i 640 + 160.0 = 800 kg.

Energia per reciclar 1 kg: 5 % de 45 = 0,05 · 45 = 2,25 kWh.
Estalvi per quilo: 45 - 2,25 = 42,75 kWh.
Estalvi total: 12 · 42,75 = 513 kWh.

L'error és la causa. Un metall és fèrric quan conté ferro, no per la conductivitat.
El coure no conté ferro, així que és un metall no fèrric.
Frase correcta: «El coure és un metall no fèrric i condueix molt bé l'electricitat».

La cullera és de termoplàstic: en escalfar-se es reblaneix i es pot tornar a modelar.
El mànec és de termoestable (com la baquelita): un cop endurit, la calor no el reblaneix i només es degrada a temperatures molt altes.
Per això els mànecs de paella o els endolls són termoestables.

Un elastòmer és un material que es deforma molt quan se l'estira o s'apreta i recupera la forma inicial en deixar-lo anar.
Exemples: el cautxú i la silicona.
S'usen en juntes perquè s'adapten a l'espai i tanquen el pas de l'aigua, i després tornen a la seva forma.

Perquè el ferro colat és fràgil: davant d'un cop o una flexió es pot trencar de cop en comptes de deformar-se. Una bicicleta rep cops i vibracions, així que necessita un material més tenaç i resistent, com l'acer o l'alumini.

Perquè el ferro colat té més carboni que l'acer. Massa carboni fa el metall dur però fràgil, de manera que es trenca amb un cop. En treure part del carboni al ferro colat s'obté l'acer, que és més tenaç i es deforma abans de trencar-se.

(a) Alumini: lleuger, prou resistent i no rovella. El ferro colat és massa pesant i fràgil.
(b) Coure: és un molt bon conductor elèctric i és dúctil, així es pot fer fil.
(c) ABS: és lleuger, absorbeix cops i es pot modelar en formes complexes amb un cost baix.
Cada elecció respon a la propietat clau per a aquell ús.

Acer: m = 7,8 · 2000 = 15600 g.
Alumini: m = 2,7 · 2000 = 5400 g.
Diferència: 15600 - 5400 = 10200 g.
Estalvi: 10200 / 15600 · 100 = 65,4 %.
L'alumini pesa gairebé una tercera part que l'acer.

Volum: 100 m = 10000 cm i 2,5 mm² = 0,025 cm², així V = 10000 · 0,025 = 250 cm³.
Coure: m = 8,9 · 250 = 2225 g = 2,225 kg, i costa 2,225 · 8,5 = 18,91 €.
Alumini: m = 2,7 · 250 = 675 g = 0,675 kg, i costa 0,675 · 2,2 = 1,49 €.
L'alumini és molt més barat i lleuger, però condueix pitjor l'electricitat: per a línies aèries llargues convé l'alumini, i per a instal·lacions d'interior, el coure.

L'acer inoxidable és un aliatge de ferro amb carboni, crom (almenys un 10 %) i sovint níquel.
El crom es combina amb l'oxigen de l'aire i forma una capa molt fina i transparent d'òxid que protegeix el metall i l'aïlla de l'aigua i de l'aire.
Aplicacions: coberts i piques de cuina, instruments quirúrgics.

(a) Falsa. Només els termoplàstics es poden refondre; els termoestables, com la baquelita, no es fonen.
(b) Certa en general: els metalls es refonen i es reutilitzen moltes vegades amb poca pèrdua de qualitat, i s'estalvia molta energia.
(c) Falsa. El zinc no conté ferro; és un metall no fèrric.

Reduir: consumir menys plàstic d'un sol ús, per exemple usant una cantimplora en comptes d'ampolles.
Reutilitzar: tornar a omplir l'ampolla o donar-li un altre ús, com un setrill o un test.
Reciclar: llençar-la al contenidor groc perquè es converteixi en un material nou, com fibra tèxtil.
L'ordre és important: primer reduir, després reutilitzar i només al final reciclar.

Pintura: és barata i fàcil de fer, però s'esquerda i s'ha de repintar cada pocs anys.
Galvanitzat: el zinc cobreix l'acer i el protegeix molts anys, fins i tot si es ratlla; té un cost moderat.
Acer inoxidable: és el més durador però és molt més car.
Recomanació: galvanitzat, perquè dona una bona durada exterior sense el cost de l'acer inoxidable.