فلزات نوعی مواد هستند که از زمان های قدیم مورد استفاده بشر بوده است. این گروه از مواد بسیار زیاد است، اما همه آنها دارای خصوصیات فیزیکی مشترکی هستند که معمولاً به آنها خواص فلزی می گویند.
سختی در بین آنها رایج است، اما تعیین کننده نیست. خاص تر موارد دیگری هستند که نرم ترین فلز دارند. این ویژگی ها با ویژگی های ساختار آنها در سطح مولکولی تعیین می شود.
خواص فلزات
آهن و آلیاژهای آن (فولاد، چدن)، مس، آلومینیوم… استفاده از این مواد پیشرفت‌هایی را در پیشرفت علمی و فناوری در مراحل مختلف توسعه تمدن رقم زد. هر یک از این فلزات دارای ویژگی هایی هستند که ارزش عملی منحصر به فردی به آن می بخشد. ویژگی های مشترک آنها رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا، انعطاف پذیری - توانایی حفظ یکپارچگی در هنگام تغییر شکل، درخشش فلزی است.
تیغه ای که زره آهنی را می شکافد و نرم ترین فلزی که آثاری از کوچکترین ضربه روی آن باقی می ماند، ساختار داخلی مشابهی دارند. این بر اساس یک شبکه کریستالی است که در گره های آن اتم هایی بابار مثبت و خنثی، که بین آنها "گاز الکترون" وجود دارد - ذراتی که به دلیل ضعیف شدن پیوند با هسته، پوسته بیرونی اتم ها را ترک کرده اند. یک پیوند فلزی ویژه بین یون های مثبت واقع در گره های شبکه کریستالی به دلیل نیروهای جذابی که در "گاز الکترون" ایجاد می شود انجام می شود. سختی، چگالی، نقطه ذوب فلز به غلظت این "گاز" بستگی دارد.
معیارهای ارزیابی
پاسخ به این سوال که نرم ترین فلز کدام است همیشه موضوع بحث خواهد بود، مگر اینکه معیارهای ارزیابی توافق شود و مفهوم نرمی تعریف شود. نظر در مورد این ویژگی از مواد برای متخصصان در صنایع مختلف متفاوت خواهد بود. یک متالورژیست ممکن است نرمی را به عنوان افزایش شکل پذیری، تمایل به پذیرش تغییر شکل از مواد ساینده و غیره درک کند.
برای دانشمندان مواد، مهم است که بتوانند به طور عینی ویژگی های مختلف مواد را با هم مقایسه کنند. نرمی باید معیارهای ارزیابی عمومی را نیز داشته باشد. نرم ترین فلز در جهان باید دارای شاخص های شناخته شده ای باشد که ویژگی های "رکورد" آن را ثابت می کند. روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری نرمی مواد مختلف وجود دارد.
روش های اندازه گیری
بیشتر روش‌های تایید شده برای اندازه‌گیری سختی بر اساس تماس با ماده مورد آزمایش، اندازه‌گیری شده با ابزارهای دقیق، از بدنه سخت‌تری به نام فرورفتگی است. بسته به نوع فرورفتگی و روش های اندازه گیری، چندین اصلی وجود داردروش ها:
- روش برینل. قطر اثر باقی مانده توسط یک توپ فلزی هنگام فشار دادن به سطح ماده آزمایش تعیین می شود.
- روش راکول. عمق فرورفتگی در سطح یک توپ یا مخروط الماس اندازه گیری می شود.
- روش ویکرز. مساحت اثر باقی مانده توسط یک هرم چهار وجهی الماس تعیین می شود.
- سختی ساحلی. ترازو برای مواد بسیار سخت و بسیار نرم وجود دارد - عمق غوطه ور شدن یک سوزن مخصوص یا ارتفاع برگشت از سطح یک ضربه گیر ویژه اندازه گیری می شود.
مقیاس سختی Mohs
این مقیاس برای تعیین سختی نسبی مواد معدنی و فلزات در آغاز قرن نوزدهم توسط فردریش موس آلمانی پیشنهاد شد. این بر اساس روش خراش دادن است، جایی که یک نمونه سخت‌تر روی نمونه نرمتر اثری می‌گذارد و برای فهمیدن اینکه کدام فلز نرمتر است، بسیار راحت است. در رابطه با 10 کانی مرجع که به آنها شاخص سختی مشروط اختصاص داده شده است، یک مکان در مقیاس و یک شاخص دیجیتال برای ماده آزمایش شده تعیین می شود. نرم ترین کانی مرجع تالک است. سختی آن 1 است و سخت ترین آن، الماس، 10 است.
ارزیابی سختی در مقیاس Mohs بر اساس اصل "نرم تر - سخت تر" است. تنها با نتایج اندازه گیری بر اساس روش های دیگر، می توان دقیقاً تعیین کرد که چند بار، مثلاً، آلومینیوم که دارای شاخصی در مقیاس Mohs 2.75 است، از تنگستن (6.0) نرم تر است. اما برای تعیین نرم ترین فلز در جدول تناوبی، این جدول کافی است.
نرم ترین فلزات قلیایی هستند
از مقیاس کانی شناسی Mohs می توان دریافت که نرم ترین مواد مربوط به فلزات قلیایی است. حتی جیوه که برای بسیاری از مایع دماسنج آشناست، دارای شاخص سختی 1.5 است. نرمتر از آن چندین ماده با خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی مشابه هستند: لیتیوم (0.6 در مقیاس Mohs)، سدیم (0.5)، پتاسیم. (0، 4)، روبیدیم (0، 3). نرم ترین فلز سزیم است که دارای مقیاس سختی Mohs 0.2 است.
خواص فیزیکی و شیمیایی فلزات قلیایی با پیکربندی الکترونیکی آنها تعیین می شود. فقط کمی با ساختار گازهای بی اثر متفاوت است. الکترونی که در سطح انرژی خارجی قرار دارد دارای تحرک است که فعالیت شیمیایی بالایی را تعیین می کند. نرم ترین فلزات با نوسانات خاصی مشخص می شوند، استخراج آنها دشوار است و بدون تغییر حفظ می شوند. آنها فعل و انفعالات شیمیایی شدیدی با هوا، آب، اکسیژن دارند.
مورد 55
نام "سزیم" از کلمه لاتین caesius - "آبی آسمان" گرفته شده است: در طیفی که از یک ماده بسیار داغ ساطع می شود، دو نوار آبی روشن در محدوده مادون قرمز قابل مشاهده است. در حالت خالص، نور را به خوبی منعکس می کند، شبیه طلای روشن است و رنگ زرد نقره ای دارد. سزیم نرم ترین فلز در جهان است، با شاخص سختی برینل 0.15 MN/m2 (0.015 kgf/cm2). نقطه ذوب: +28.5 درجه سانتی گراد، بنابراین در شرایط عادی، در دمای اتاق، سزیم در حالت نیمه مایع است.
نادر استفلز گران قیمت و بسیار واکنش پذیر در الکترونیک، مهندسی رادیو و صنایع شیمیایی پیشرفته، سزیم و آلیاژهای مبتنی بر آن به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند و نیاز به آن به طور مداوم در حال افزایش است. فعالیت شیمیایی آن، توانایی تشکیل ترکیباتی با بالاترین رسانایی الکتریکی مورد تقاضا است. سزیم جزء مهمی در تولید دستگاه های نوری خاص، لامپ هایی با خواص منحصر به فرد و سایر محصولات با تکنولوژی بالا است. در عین حال، نرمی محبوب ترین کیفیت آن نیست.
