فلز و ویژگی آن

<h2>مقدمه ای بر فلز</h2> <p>در تعریف فلز آمده است: ماده که از نظر فیزیکی دارای رسانایی الکتریکی و گرمایی بالاست و از چکش خواری (می توان آن ها را به صورت ورق های نازک چکش کاری کرد)، شکل پذیری(می توان آن ها را به صورت سیم در آورد) و قدرت بازتاب نور خوبی نیز برخوردار است.</p> <p>در فیزیک به هر ماده که در صفر مطلق جریان الکتریسیته را عبور دهد فلز گفته می شود. به دین ترتیب بسیاری از عناصر و ترکیباتی که در به طول معمول به عنوان فلز طبقه&zwnj;بندی نمی شوند نیز تحت فشارهای بالا فلز می شوند. به عنوان مثال ید غیر فلزی به تدریج و در فشاری بین ۴۰ تا ۱۷۰ هزار برابر فشار اتمسفر به فلز تبدیل می شود. به همین ترتیب برخی مواد به عنوان فلز دسته بندی می شوند نیز می توانند به غیر فلز تبدیل شوند. مثلا می توان سدیم را نام برد.</p> <p>در حدود ۹۵ عنصر از ۱۱۸ عنصر جدول تناوبی فلز است. البته این عدد دقیق نیست زیرا مرز بین فلزات و نافلزات به دلیل فقدات تعاریف پذیرفته شده ی جهانی از دسته ای تا دسته ی دیگر در نوسان است.</p> <p>تقریبا ۷۵ درصد از عناصری که در سطح زمین شناسایی شده اند فلز هستند. فراوانترین فلزات پوسته ی زمین عبارتند از آلومینیوم، آهن، کلسیم، سدیم، پتاسیم و منزیم. البته تمام فلزات را نمی توان به راحتی در پوسته ی زمین یافت. به عنوان مثال رادیوم یکی از فلزاتی ست که بسیار نادر و کمیاب است و برای به دست آوردن مقدار کمی از آن به صورت خالص باید از مقدار بسیار زیادی از سنگ و مواد معدنی استفاده کرد.</p> <p>تعداد کمی از فلزات مانند مس، طلا، نقره و پلاتین در طبیعت به صورت خالص و آزاد یافت می شوند زیرا به راحتی با عناصر دیگر واکنش نمی دهند اما اکثر فلزات دیگر را می توان به صورت ترکیب با سایر مواد یافت.</p> <p>برخی از فلزات مانند آهن به صورت خالص خواص چندان مطلوبی ندارند به همین دلیل آن ها را با سایر مواد فلزی یا غیر فلزی ترکیب می کنند و به این صورت آلیاژ ها را می سازند. یکی از معروف ترین آلیاژهای ساخته شده توسط بشر فولاد است که در واقع حاصل ترکیب آهن و کربن است. امروزه انواع مختلفی از فولاد ساخته شده است که نتیجه ی ترکیب آهن با سایر عناصر است و هر کدام نیز خصوصیات و کاربرد مخصوص به خود را دارد.</p> <p>فلزات ۲۵ درصد از پوسته ی زمین را تشکیل میدهند و در بسیاری از جنبه های زندگی مدرن نیز وجود دارند. از فلزات گرانبها در طول تاریخ برای ضرب سکه و ساخت اشیای زینتی استفاده می شده است. در دوران فلزات از ساختمان های بلند گرفته تا لوامز خانگی، ابزار، لوله ها و ... استفاده می شوند.&nbsp;</p> <p>فلزات ساختاری بلوری شکل دارند و در دمای محیط به حالت جامد یافت می شوند. البته یک استثنا وجود دارد و آن جیوه است که در دمای محیط نیز مایع است.</p> <p>از نظر سطح واکنش فلزات با یکدیگر متفاوت هستند. برخی فلزات مانند لیتیوم، پتاسیم و رادیوم تمایل بسیار زیادی به واکنش با سایر عناصر را دارند در حالی که فلزاتی مثل طلا، پالادیوم و پلاتین از کمترین میزان واکشن پذیری برخوردارند.</p> <p><strong>آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:</strong></p> <ul> <li><a title="تاریخچه ی فلزات" href="#history">تاریخچه ی فلزات</a></li> <li><a title="ساختار فلزات" href="#structure">ساختار فلزات</a></li> <li><a title="هدایت الکتریسته و گرما در فلزات&nbsp;" href="#conductivity">هدایت الکتریسته و گرما در فلزات&nbsp;</a></li> <li><a title="فلزات از نظر شیمیایی" href="#chemical">فلزات از نظر شیمیایی</a></li> <li><span id="history"></span><a href="#periodic_table">موقعیت فلزات در جدول تناوبی</a></li> <li><a title="آلیاژهای فلزی" href="#metal_alloys">آلیاژهای فلزی</a></li> </ul> <h2>تاریخچه ی فلزات</h2> <p>&nbsp;اینگونه تصور می شود که تاریخ فلزات به حدود ۱۱ هزار سال پیش و به استفاده از مس باز می گردد. طلا، نقره، آهن (به صورت آهن شهاب سنگ)، سرب و برنج نیز به همین ترتیب قبل از ظهور شناخته شده ی برنز در هزاره ی پنجم پیش از میلاد مورد استفاده قرار می گرفته اند. تحولات بعدی که در دنیای فلزات اتفاق افتاد مربوط به تولید اشکال مختلف فولاد بود. کشف سدیم (اولین فلز سبک) در سال ۱۸۰۹، ظهور آلیاژهای مدرن و از پایان جنگ جهانی دوم توسعه ی آلیاژهای پیچیده از اتفاقات مهمی بوده اند که در دنیای فلزات به وقوع پیوسته اند.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="Copper-Awl.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650275686103-Copper-Awl.jpg" alt="Copper-Awl" /></p> <p style="text-align: center;"><span id="structure"></span>تصویر شماره 1 - درفش مسی مربوط به ۷۰۰۰ سال پیش</p> <h2>ساختار فلزات</h2> <p>فلزات حداقل زمانی که تازه ساخته و یا شکسته شده باشند براق و درخشنده هستند.</p> <p>حالت جامد یا مایع فلز از ظرفیت های اتمی آن ناشی می شود که به آساین الکترون های پوسته ی بیرونی خود را از دست می دهد. در فلزات به طول کلی نیروهایی که الکترون های لایه بیرونی یک اتم را در جای خود نگه می دارد ضعیف تر از نیروهای جاذبه روی همان الکترون ها هستند که از برهم کنش بین اتم های فلز جامد یا مایع ناشی می شود. الکترون های درگیر تغییر مکان می دهند به این ترتیب ساختار یک فلز را می توان به صورت مجموعه ای اتم ها که در یک ابر از الکترون های نسبتا متحرک قرار گرفته اند تجسم کرد. به این نوع برهم کنش پیوند فلزی گفته می شود.</p> <p>دامنه ی چگالی فلزات بسیار وسیع است. به عنوان مثال لیتیوم به عنوان سبک&zwnj;ترین فلز چگالی ۰٫۵۳۴ گرم بر سانتیمتر مکعب دارد. چگالی اسمیم نیز ۲۲٫۵۹ گرم بر سانتیمتر مکعب است که سنگین ترین فلز به شمار می آید. منیزیم، آلومینیوم و تیتانیوم فلزات سبکی هستند که اهمیت تجاری بسیاری زیادی نیز دارند. چگالی آن ها به ترتیب ۱٫۷، ۲٫۴ و ۴٫۵ گرم بر سانتیمتر مکعب است. چگالی آهن ۷٫۹ و مس نیز ۸٫۹ گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد.</p> <p>فلزات معمولا چکش خوار و انعطاف&zwnj;پذیر هستند و تحت تنش هایی که به آن ها وارد می شود بدون اینکه دچار پارگی شوند تغییر شکل می دهند. به نظر میر سد که ماهیت غیر جهتی پیوند فلزی باعث قابلیت شکل پذیری بیشتر جامدات فلزی می شود.</p> <p>گرما یا نیروهای بزرگتر از حد الاستیک در فلز ممکن است باعث تغییر شکل دائمی آن شود که به عنوان تغییر شکل پلاستیک یا پلاستیسیته شناخته می شود. نیروی اعمال شده ممکن است نیروی کششی، نیروی فشاری یا نیروی برشی، خمشی یا پیچشی باشد.</p> <p>اتم های مواد فلزی معمولا در یکی از سه ساختار کریستالی زیر جای می گیرند.</p> <p><strong>مکعب مرکز پر (bcc)</strong></p> <p>هر اتم در مرکز یک مکعب قرار گرفته که توسط ۸ اتم دیگر احاطه شده است.</p> <p><strong>مکعب مرکز وجوه پر (fcc)</strong></p> <p>در این ساختار هر اتم در مرکز یک وجه مکعب قرار گرفته و توسط ۱۲ اتم دیگر احاطه شده است.</p> <p><strong>شبکه کریستالی هگزاگونال فشرده (hcp)</strong></p> <p>برخی از فلزات بسته به دما می توانند ساختارهای متفاوتی داشته باشند.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="Metallic-crystal.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650275838908-Metallic-crystal.jpg" alt="Metallic-crystal" /></p> <p style="text-align: center;"><span id="conductivity"></span>تصویر شماره 2 - ساختار فلزات</p> <h2>هدایت الکتریسته و گرما در فلزات&nbsp;</h2> <p>ساختار الکترونی فلزات به این معنی ست که رسانای بسیار خوبی برای جریان الکتریسته هستند. به جز یک استثنا فلزات وقتی گرم شوند رسانایی الکتریکی خود را از دست میدهند. پلوتونیوم هنگامی که گرم شود در محدوده ۱۷۵- تا ۱۲۵ درجه سانتیگراد هدایت الکتریکیش افزایش می یابد.</p> <p>فلزات از نظر گرمایی نیز رسانای خوبی هستند. الکترون های موجود در ابر الکترونی فلز بسیار متحرک است و به راحتی می تواند انرژی ناشی از ارتعاشات گرمایی را منتقل کند.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="copper-electric-wire.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650276077601-copper-electric-wire.jpg" alt="copper-electric-wire" /></p> <p style="text-align: center;"><span id="chemical"></span>تصویر شماره 3 - استفاده از مس به یک هادی خوب الکتریسته&nbsp;</p> <h2>فلزات از نظر شیمیایی</h2> <p>فلزات معمولا تمایل دارند که الکترون از دست بدهند و به کاتیون یا یون مثبت تبدیل شوند. بیشتر آن ها با اکسیژن موجود در هوا واکنش میدهند و در بازه های زمانی مختلف تشکیل اکسید می دهند. به عنون مثال پتاسیم در چند ثانیه با اکسیژن ترکیب می شود ولی آهن ممکن است زنگ زدن آن چندین سال <span id="periodic_table"></span>طول بکشد. البته برخی فلزات دیگر مانند طلا، پالادیوم و پلاتین با اکسیژن ترکیب نمی دهند.</p> <p>برای جلوگیری از خوردگی فلزات می توان از آن ها را رنگ آمیزی، آبکاری یا آنودایز کرد.</p> <h2>موقعیت فلزات در جدول تناوبی</h2> <p>در جدول زیر عناصر فلزی با رنگ آبی نمایش داده شده اند. عناصر باقیمانده یا شبه فلز هستند و یا نافلز.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="Periodic-Table-Metals.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650276348137-Periodic-Table-Metals.jpg" alt="Periodic-Table-Metals" /></p> <p style="text-align: center;"><span id="metal_alloys"></span>تصویر شماره 4 - جدول تناوبی عناصر&nbsp;</p> <h2>آلیاژهای فلزی</h2> <p>آلیاژ ماده ایست که خواص فلزی دارد و از دو یا چند عنصر تشکیل شده است که حداقل یکی از آن ها فلز است. نسبت عناصر در آلیاژ می تواند متغیر و یا ثابت باشد. به عنوان مثال طلا و نقره آلیاژی را تشکیل می دهند که در آن طلا و نقره به صورت آزادانه به هر نسبتی می توانند وجود داشته باشند.</p> <p>بیشتر فلزات به صورت خالص برای استفاده عملی بسیار نرم یا شکننده و از نظر شیمیایی واکنش پذیر هستند. به همین دلیل با ترکیب کردن آن ها با سایر عناصر اقدام به ساخت آلیاژهایی می کنند که ویژگی های مطلوبی داشته باشند. به طور کلی هدف از ساخت آلیاژها تولید فلزاتی ست که شکنندگی کمتر، سختر، مقاومتر در برابر خوردگی و یا رنگ و درخشندگی بهتر بهتری داشته باشند.</p> <p>امروزه ی انواع آلیاژهای آهن شامل فولاد، فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل، چدن،&zwnj; فولاد ابزار، فولاد آلیاژی و ... هم از نظر کمیت و هم از نظر ارزش تجاری بیشترین سهم را در بین انواع مختلف آلیاژها دارند.</p> <p>از آلیاژهای فلزی مهم دیگر می توان به آلیاژهای آلومینیوم، تیتانیوم، مس و منیزیم اشاره کرد. آلیاژهای مس از دوران ما قبل تاریخ شناخته شده بوده اند. برنز حتی نام یک دوران به نام عصر برنز را به خود اختصاص داده است.</p> <p>آلومینیوم، تیتانیوم و منیزیم به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا دارای اهمیت هستند. منیزیم همچنین می تواند محافظ الکترومغناطیسی ایجاد کند. این مواد برای مواردی که نیاز به نسبت استحکام به وزن بالا مهم است ایده آل هستند و به همین دلیل در هوافضا و صنایع خودروسازی استفاده می شود.</p> <p>برخی از آلیاژها که برای موارد خاص مانند موتورهای جت طراحی شده اند ممکن است از ترکیب بیش از ده عنصر مختلف تولید شوند.</p> <blockquote> <p><a href="https://www.modiranahan.com/article/82/%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9-%D8%A2%D9%84%DB%8C%D8%A7%DA%98%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D8%AA%DB%8C%D8%B1%D8%A2%D9%87%D9%86-%D8%A2%D9%84%DB%8C%D8%A7%DA%98%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D8%A2%D9%87%D9%86#:~:text=%D8%A2%D9%84%DB%8C%D8%A7%DA%98%20%D9%87%D8%A7%DB%8C%20%D9%85%D9%88%D8%B1%D8%AF%20%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D9%81%D8%A7%D8%AF%D9%87%20%D8%AF%D8%B1,%D9%88%20%D8%AA%DB%8C%D8%AA%D8%A7%D9%86%DB%8C%D9%88%D9%85%20%D9%86%DB%8C%D8%B2%20%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D9%81%D8%A7%D8%AF%D9%87%20%D9%85%DB%8C%D8%B4%D9%88%D8%AF." rel="nofollow">بیشتر بخوانید: معرفی انواع آلیاژ های به کار رفته در تیرآهن</a></p> </blockquote> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="metal alloys.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650276636468-metal%20alloys.jpg" alt="metal alloys" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره 5 - برخی از آلیاژهای رایج</p> <p>&nbsp;</p>