فلزات گروهی از عناصر هستند که خواص منحصر به فردی مانند رسانایی الکتریکی، انتقال حرارت بالا، ضریب مقاومت مثبت، درخشندگی مشخصه و شکل پذیری نسبی دارند. این نوع ماده از نظر ترکیبات شیمیایی ساده است.
طبقه بندی بر اساس گروه
فلزات از رایج ترین موادی هستند که بشر در طول تاریخ خود از آن استفاده کرده است. بیشتر آنها در لایه‌های میانی پوسته زمین قرار دارند، اما مواردی نیز وجود دارند که در اعماق نهشته‌های کوهستانی پنهان شده‌اند. از گروه های رسمی شناخته شده، شایان ذکر است گروه های زیر:
1. قلیایی (لیتیوم، پتاسیم، سدیم، فرانسیم، سزیم، روبیدیم). در تماس با آب، هیدروکسید تشکیل می دهند.
2. خاک قلیایی (کلسیم، باریم، استرانسیوم، رادیوم). از نظر چگالی و سختی متفاوت است.
3. نور (آلومینیوم، سرب، روی، گالیم، کادمیوم، قلع، جیوه). اغلب در آلیاژها به دلیل چگالی کم استفاده می شود.
4. انتقالی (اورانیوم،طلا، تیتانیوم، مس، نقره، نیکل، آهن، کبالت، پلاتین، پالادیوم و غیره). آنها حالت اکسیداسیون متغیری دارند.
5. نیمه فلزات (ژرمانیوم، سیلیکون، آنتیموان، بور، پلونیوم و غیره). آنها یک شبکه کووالانسی کریستالی در ساختار خود دارند.
6. اکتینیدها (آمریسیم، توریم، اکتینیم، برکلیم، کوریم، فرمیم، و غیره).
7. لانتانیدها (گادولینیم، ساماریم، سریم، نئودیمیم، لوتسیم، لانتانیم، اربیوم و غیره). اینها شامل منیزیم و بریلیم است.
ترکیبات بومی
در طبیعت، یک کلاس جداگانه از رمزگذاری کریستالی-شیمیایی وجود دارد. این عناصر شامل فلزات بومی است. اینها مواد معدنی هستند که ارتباطی با یکدیگر ندارند. اغلب فلزات بومی در طبیعت در نتیجه فرآیندهای زمین شناسی تشکیل می شوند.
مواد 45 در حالت کریستالی در پوسته زمین شناخته شده اند. بیشتر آنها در طبیعت بسیار کمیاب هستند، از این رو هزینه بالایی دارند. سهم چنین عناصری تنها 0.1٪ است. لازم به ذکر است که یافتن این فلزات نیز فرآیندی پر زحمت و پرهزینه است. این بر اساس استفاده از اتم های با پوسته و الکترون های پایدار است.
فلزات بومی نیز نجیب نامیده می شوند. آنها با اینرسی شیمیایی و پایداری ترکیبات مشخص می شوند. اینها عبارتند از طلا، پالادیوم، پلاتین، ایریدیوم، نقره، روتنیم و غیره. مس بیشتر در طبیعت یافت می شود. آهن در حالت بومی خود عمدتاً در نهشته های کوهستانی به صورت شهاب سنگ وجود دارد. توسط بیشترعناصر کمیاب این گروه عبارتند از: سرب، کروم، روی، ایندیم و کادمیوم.
ویژگی های اساسی
تقریباً تمام فلزات در شرایط عادی سخت و مقاوم هستند. استثنا فرانسیم و جیوه، فلزات قلیایی است. دمای ذوب برای همه عناصر گروه متفاوت است. محدوده آن از -39 تا +3410 درجه سانتیگراد است. تنگستن در برابر ذوب مقاوم ترین در نظر گرفته می شود. ترکیبات آن فقط در دمای بالای 3400+ مقاومت خود را از دست می دهند. سرب و قلع را باید از فلزات به راحتی مذاب تشخیص داد.
همچنین عناصر بر اساس چگالی (سبک و سنگین) و شکل پذیری (سخت و نرم) تقسیم می شوند. تمام ترکیبات فلزی جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می کنند. این خاصیت به دلیل وجود شبکه های کریستالی با الکترون های فعال است. مس، نقره و آلومینیوم دارای حداکثر رسانایی هستند، سدیم رسانایی کمی کمتر دارد. شایان ذکر است که خواص حرارتی بالای فلزات. نقره بهترین رسانای گرما و جیوه بدترین رسانا است.
فلزات در محیط زیست
اغلب این عناصر را می توان به شکل ترکیبات و سنگ معدن یافت. فلزات در طبیعت تشکیل سولفیت، اکسید، کربنات می دهند. برای خالص سازی ترکیبات ابتدا لازم است آنها را از ترکیب سنگ معدن جدا کنیم. مرحله بعدی آلیاژسازی و فرآوری نهایی خواهد بود. اولی بر اساس ترکیبات آهن ساخته شده است، دومی بر روی فلزات دیگر. پلاتین، طلا و نقره از فلزات گرانبها محسوب می شوند. بیشتر آنها در پوسته زمین قرار دارند. با این حالبه میزان کمتر، آب دریا نیز سهم کمی دارد.
عناصر نجیب حتی در موجودات زنده نیز وجود دارد. یک فرد دارای حدود 3 درصد ترکیبات فلزی است. در بیشتر موارد، بدن حاوی سدیم و کلسیم است که به عنوان یک الکترولیت بین سلولی عمل می کنند. منیزیم برای عملکرد طبیعی سیستم عصبی مرکزی و توده عضلانی ضروری است، آهن برای خون مفید است، مس برای کبد مفید است.
پیدا کردن ترکیبات فلزی
بیشتر عناصر در زیر لایه بالایی خاک در همه جا قرار دارند. متداول ترین فلز در پوسته زمین آلومینیوم است. درصد آن در 8.2٪ متغیر است. یافتن رایج ترین فلز در پوسته زمین کار دشواری نیست، زیرا به شکل سنگ معدن وجود دارد.
آهن و کلسیم در طبیعت کمی کمتر رایج هستند. درصد آنها 4.1 درصد است. پس از آن منیزیم و سدیم - هر کدام 2.3٪، پتاسیم - 2.1٪ قرار دارند. فلزات باقی مانده در طبیعت بیش از 0.6٪ را اشغال نمی کنند. قابل توجه است که منیزیم و سدیم را می توان هم در زمین و هم در آب دریا به طور مساوی استخراج کرد.
عناصر فلزی در طبیعت به صورت سنگ معدنی یا در حالت بومی مانند مس یا طلا یافت می شوند. موادی وجود دارند که باید از اکسیدها و سولفیدها به دست آیند، به عنوان مثال، هماتیت، کائولن، مگنتیت، گالن و غیره.
تولید فلز
روش استخراج عناصر به استخراج مواد معدنی خلاصه می شود. یافتن فلزات در طبیعت به صورت سنگ معدنی ساده ترین و رایج ترین فرآیند در صنایع عمومی است. برای جستجونهشته های کریستالی، تجهیزات زمین شناسی ویژه ای برای تجزیه و تحلیل ترکیب مواد در یک قطعه زمین خاص استفاده می شود. به ندرت، حضور فلزات در طبیعت به روش پیش پا افتاده زیرزمینی روباز کاهش می یابد. خیس کردن، جریان الکتریکی، واکنش های شیمیایی، عملیات حرارتی برای تشخیص عناصر استفاده می شود. بیشتر اوقات، آزاد شدن سنگ معدن فلز در نتیجه ذوب، یعنی گرم شدن با بازیابی اتفاق می افتد.
استخراج آلومینیوم
متالورژی غیرآهنی در این فرآیند مشغول است. از نظر مصرف و تولید در بین سایر شاخه های صنایع سنگین پیشرو است. رایج ترین فلز در پوسته زمین در دنیای مدرن تقاضای زیادی دارد. از نظر تولید، آلومینیوم پس از فولاد در رتبه دوم قرار دارد.
بیشتر از همه، این عنصر در صنایع هوایی، خودروسازی و برق استفاده می شود. قابل ذکر است که متداول ترین فلز در پوسته زمین را نیز می توان به وسیله «مصنوعی» به دست آورد. برای چنین واکنش شیمیایی، بوکسیت مورد نیاز است. آنها آلومینا را تشکیل می دهند. با ترکیب این ماده با الکترودهای کربن و نمک فلوراید تحت تأثیر جریان الکتریکی می توان خالص ترین سنگ معدن آلومینیوم را به دست آورد.
چین پیشرو در بین تولیدکنندگان این قطعه است. سالانه بالغ بر 18.5 میلیون تن فلز در آنجا ذوب می شود. انجمن روسیه و سوئیس UC RUSAL در رتبه بندی مشابه استخراج آلومینیوم پیشرو است.
استفاده از فلزات
همه عناصر گروه بادوام، نفوذناپذیر و نسبتاً مقاوم در برابر دما هستند. به همین دلیل است که فلزات در زندگی روزمره بسیار رایج هستند. امروزه از آنها برای ساخت سیم های برق، مقاومت ها، لوازم خانگی و اقلام خانگی استفاده می شود.
فلزات مصالح ساختمانی و ابزار ایده آلی هستند. در ساختمان سازی از آلیاژهای خالص و ترکیبی استفاده می شود. در مهندسی و هوانوردی، اتصالات اصلی فولاد و پیوندهای سخت تر است.
