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Comment reconnaître les métaux

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Objectif

Les métaux constituent l'une des principales familles de matériaux. Ils sont présents aussi bien dans les objets simples (ustensiles de cuisine, pièces de monnaie) que dans des appareils de haute technologie (ordinateurs, satellites). L'or, le cuivre, l'argent, le fer , le zinc et l'aluminium sont les métaux dont l'usage est le plus fréquent.
Comment les reconnaître ? Quelles observations permettent de distinguer les métaux ?

1. Reconnaître les métaux grâce à leur couleur

Très peu de métaux possèdent une couleur caractéristique. Seuls l'or et le cuivre peuvent se distinguer nettement des autres: l'or grâce à sa couleur jaune, et le cuivre grâce à sa couleur rouge-orangé.

Les autres métaux, une fois décapés, possèdent tous une couleur grise plus ou moins prononcée et peuvent difficilement être identifiés à partir de leur couleur.


L'or	Le cuivre

2. Attraction des métaux par un aimant

Si on place un aimant à proximité de plaques d'or, de cuivre, de zinc, de fer, d'argent et d''aluminium, l'aimant n'attire que la plaque de fer. Les métaux autres que le fer ne sont pas sensibles à l'attraction magnétique de l'aimant.

Un aimant

Un test de reconnaissance du fer consiste donc utiliser un aimant.
Ce test est également positif pour les alliages contenant du fer, comme l'acier et la fonte (alliages de fer et de carbone).

Remarque : Ce test permet de distinguer le fer des cinq autres métaux étudiés, mais il n''est pas le seul métal à être attiré par un aimant: le nickel et le cobalt le sont aussi.

3. Reconnaître un métal grâce à sa densité

a. Définition de la densité

La densité d'un corps solide ou liquide correspond au rapport de sa masse par la masse d'un même volume d'eau.

Rappel : 1 L d'eau pure (soit 1 dm³) pèse 1 kg. La densité de l'eau est donc de 1.

Exemple:
Soit un corps de volume 10 dm³ a une masse m₁ de 50 kg ; alors que ce même volume d'eau (10 dm³) a une masse m₂ de 10 kg.
La densité de ce corps est donc :

La densité étant définie comme un rapport entre deux masses, elle ne possède pas d'unité.

Autre méthode : La densité d'un corps correspond également à la masse, en kilogramme, d'un décimètre cube de ce corps.

Exemple :
Soit un corps de volume 10 dm³ a une masse m₁ de 50 kg ; or 1 dm³ de ce corps une masse m₁ de 5 kg. La densité de ce corps est donc de 5.

Remarque : en suivant le même raisonnement, on peut également démontrer que la densité d'un corps correspond à la masse, en gramme, d'un centimètre cube de ce corps.

b. Densité des métaux les plus courants

Le tableau suivant indique la densité de métaux à l'état solide à température et à pression ambiantes.

Métal	Aluminium	Zinc	Fer	Cuivre	Argent	Or
Densité	2,7	7,1	7,9	8,9	10,5	19,3

c. Comparaison de la densité des différents métaux

Chaque corps possède une densité qui lui est propre ; la densité est donc une caractéristique qui peut être utilisée pour identifier un métal.

Le zinc, l'argent et l'aluminium ne pouvant être identifiés par les méthodes déjà citées, il est possible de comparer leur densité :
• l'aluminium est celui des trois dont la densité est la plus faible.
• l'argent est celui dont la densité est la plus élevée.
• le zinc est celui dont la densité est intermédiaire.

4. Effets de la corrosion sur les métaux en contact avec l'air

a. Qu'est ce que la corrosion ?

D'une manière générale, la corrosion est la dégradation d'un matériau.

Lorsqu'un métal est en contact avec l'air libre, cette dégradation est due aux transformations chimiques qui peuvent survenir au contact de ses constituants: le dioxygène, l'eau, le dioxyde de carbone.

Remarque : l'air est essentiellement constitué de diazote mais celui-ci est très peu réactif et n'intervient pas dans les phénomènes de corrosion.

La corrosion du fer

b. Corrosion de l'or

L'or est un métal qui, au contact de l'air, n'est pas altéré par la corrosion.

C'est une des caractéristiques qui, en plus de son aspect, en font un métal précieux.
Peu d'autres métaux possèdent cette caractéristique, à l'exception du titane, du platine et du nickel.

c. Corrosion du cuivre

Le cuivre n'est corrodé qu'en surface. Il se recouvre d'une couche verdâtre appelée vert-de-gris qui empêche la corrosion de se poursuivre en profondeur. La corrosion modifie donc l'aspect du métal mais ne présente pas de danger.

La corrosion du cuivre

d. La corrosion du fer

Au contact de l'air humide, le fer se transforme en rouille de couleur rougeâtre.
La couche de rouille recouvrant le fer est poreuse et laisse la corrosion se poursuivre en profondeur. Un objet en fer peut ainsi être complètement détruit par la corrosion. Le fer doit donc être en permanence protégé de l'attaque de l'air par une couche de peinture ou de vernis qui l'isole de l''air.
Le plus souvent, le fer est utilisé sous forme d'alliages (principalement d'acier ou de fonte), plus résistants à la corrosion.

e. La corrosion de l'argent

Au contact de l'air, l'argent noircit en se recouvrant d'une couche d'oxyde d'argent. Cette couche imperméable ne permet pas à la corrosion de se poursuivre.

f. La corrosion du zinc et de l'aluminium

Ces deux métaux se recouvrent d'une couche d'oxyde qui ne modifie que très peu leur apparence. Cette couche les rend légèrement plus terne. Comme pour l'argent et le cuivre, la couche qui se forme est imperméable et empêche la corrosion de se poursuivre en profondeur.

Corrosion de l'aluminium

5. Méthodes pour distinguer l'or, le cuivre, l'argent, le fer, l'aluminium et le zinc

a. Tests physiques

b. Tests chimiques

L'essentiel

Les métaux les plus courants sont le fer, le zinc, le cuivre, l'or et l'argent.

L'or peut être reconnu grâce à sa couleur jaune et le cuivre grâce à sa couleur rouge-orangé mais tous les autres métaux ont une couleur grise plus ou moins foncée.

Parmi le fer, le zinc, le cuivre, l'or et l'argent, seul le fer est attiré par un aimant.

La densité d'un corps solide ou liquide correspond au rapport de sa masse par la masse d'un même volume d'eau. La densité est une grandeur sans unité.
Chaque corps possède une densité qui lui est propre et qui le caractérise. L'argent possède une densité plus élevée que le zinc, qui possède lui même une densité plus élevée que l'aluminium.

La corrosion est la dégradation d'un matériau au contact de l'air.
Cette réaction est différente selon les matériaux :
- L'or ne subit aucune corrosion.
- Le cuivre se couvre d'une couche verdâtre appelée "vert-de-gris".
- L'argent se couvre d'une couche d'oxyde noire.
- Le zinc et l'aluminium se couvrent d'une couche grise dont la couleur est plus terne que celle du métal.
- Le fer se couvre de rouille de couleur rougeâtre et peut disparaître complètement.

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