Métaux et alliages métalliques à bas point de fusion : Différence entre versions
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Version actuelle en date du 15 décembre 2015 à 18:01
Les métaux sont des matériaux vraiment étranges, tant ils peuvent présenter des propriétés physiques bien différentes les uns des autres : température de fusion, aspect, réactivité chimique, résistance mécanique, densité... On trouve de tout chez les métaux !
À température ambiante, par exemple, il existe un métal à l'état de liquide : le mercure 
. Et pourtant il a toujours ses bonnes propriétés de conductivité électrique et thermique. On l'utilisait même autrefois dans les interrupteurs à mouvement. On le rencontre encore dans les baromètres de Torricelli et les anciens thermomètres. Mais en raison de sa toxicité, soit par ses vapeurs, soit par ses sels, il tend à être remplacé par d'autres substances dans les nouvelles technologies.
À 30 °C environ, c'est le gallium 
qui devient liquide : on peut le faire fondre au creux de sa main ! Et le refaire devenir solide en le refroidissant avec de l'eau froide. Attention toutefois au caractère corrosif de ce métal ; porter des gants.
Le césium possède les mêmes propriétés, sauf qu'il est très réactif vis-à-vis de l'eau (dégagement de dihydrogène) et du dioxygène (oxydation), il reste donc dans des ampoules scellées.
D'autres métaux, au contraire, ont une température de fusion extrêmement élevée. Le record est détenu par le tungstène (W), 2407 °C, d'ailleurs utilisé pour réaliser les filaments des ampoules à incandescence.
Les alliages sont mélanges de métaux et peuvent aussi avoir des points de fusion bien plus bas que les métaux purs qui les constituent. Les alliages avec le mercure portent le nom d'amalgame.
Voici quelques températures de fusion pour des alliages métalliques sans mercure, formés à partir de gallium (Ga, Tfus=30 °C), indium (In, Tfus=157 °C), étain (Sn, Tfus=232 °C), bismuth (Bi, Tfus=272 °C), plomb 
(Pb, Tfus=327 °C), cadmium (Cd, Tfus=321 °C) :
| Tfus. (°C) | Composition en % massique | Nom de l'alliage |
|---|---|---|
| –19 | Ga 68,5 + In 21,5 + Sn 10,0 | Galinstan® |
| 10,7 | Ga 62,5 + In 21,5 + Sn 16,0 | |
| 10,8 | Ga 69,8 + In 17,6 + Sn 12,5 | |
| 30,0 | Ga 100 | (Gallium pur) |
| 46,5 | Bi 40,63 + Pb 22,1 + In 18,1 + Sn 10,65 + Cd 8,2 | |
| 60,5 | Bi 32,5 + In 51,0 + Sn 16,5 | Métal de Field |
| 70 | Bi 50,0 + Pb 26,7 + Sn 13,3 + Cd 10,0 | Métal de Wood |
| 97 | Bi 50,0 + Pb 31,2 + Sn 18,8 | Métal de Newton |
1 Précautions
Outre les précautions en chimie qui sont d'usage, cette expérience comporte les attentions suivantes :
- Ne pas respirer les fumées et vapeurs métalliques, hautement toxiques ! Travailler en extérieur avec un masque et dans le bon sens du vent, ou bien sous hotte aspirante de laboratoire.
- Attention aux projections de métal en fusion pouvant provoquer de graves brûlures, ou l'inflammation des matières combustibles !
- Attention aux alliages liquides à température ambiante : ne pas les laisser couler sur une moquette ou sur un parquet, sans quoi il sera très difficile de les récupérer. L'utilisateur de l'aspirateur est déconseillé car les alliages peuvent provoquer des court-circuits électriques dans l'aspirateur.
- Ne jamais utiliser d'aspirateur pour récupérer des billes de mercure (et d'alliages liquides). Cela les vaporise et contaminera chaque pièce dans laquelle l'aspirateur est utilisé, entre autres.
2 Réalisation des alliages
- Calculer les masses des métaux purs de manière à respecter les proportions indiquées ci-dessus, pour l'alliage choisi.
- Peser les masses avec une balance de précision.
- Placer les métaux dans un récipient en inox (ou un creuset) et chauffer au chalumeau jusqu'à fusion, et avec prudence.
- Une fois que le mélange est homogène, laisser refroidir jusqu'à température ambiante. Éventuellement, refroidir progressivement en trempant le récipient en inox dans de l'eau.
- Conserver les alliages dans un flacon correctement étiqueté.
- Se laver les mains après manipulation des alliages.
