انواع فلزات چه ویژگیهایی دارند؟
فلز مادهای است که به راحتی گرما و جریان الکتریسیته را انتقال می‌دهد. به جز جیوه، انواع مختلف فلزات قابلیت صیقل دادن دارند و براق می‌شوند. علاوه بر این، افراد متخصص می‌توانند فلزها را به شکلها و طرحهای مختلف در بیاورند و حتی مفتولهای فلزی باریک را میسازند.
فلزها انواع مختلفی دارند که در ویژگیهایی مثل رنگ، سختی و مقاومت با هم تفاوت دارند، به طوریکه می‌توان گفت برخی از انواع فلزات به قدری نرم هستند که می‌توان آن‌ها خم کرد. هر زمان که از فلز صحبت میکنیم برج‌های بلند، آسمانخراشها، هواپیماها و موشکهای قاره‌پیما به ذهن ما خطور میکنند؛ بنابراین می‌توان گفت فلز نقش بسیار پر رنگی در تمام جنبه های زندگی ما انسآن‌ها دارد. در ادامه این مقاله قصد داریم به انواع فلزات و ویژگی‌های آن‌ها بپردازیم.
بررسی انواع فلزات و ویژگی‌های آن
از زمآن‌های قدیم فلز بسیار مورد توجه انسآن‌ها بود و از آن فلز برای ساخت وسایل جنگی و ظروف مختلف استفاده میکردند. طلا و نقره با عیار بالا از جمله فلزاتی بودند که از زمان عصر حجر بین انسآن‌ها رایج بود. علاوه بر این در هزاره چهارم بعد از میلاد، انسآن‌ها به استخراج سرب و نقره از معادن مختلف پرداختند. فلز به دلیل اینکه گرما و جریان الکتریسیته را به‌خوبی انتقال می‌دهند، در ساخت ظروف آشپزخانه و سیمهای برق کاربرد زیادی دارند. با وجود اینکه فلز استحکام بالایی دارد، اما به راحتی می‌توان آن را تغییر شکل داد.
این ویژگی فلز باعث شده است از آن در ساخت سازههای معماری و عمران مانند پل سازی و ساخت ساختمان‌های بلند استفاده شود. بین انواع فلزات تفاوتهایی وجود دارد که باعث می‌شود از یکدیگر متمایز شوند. در واقع همین تفاوتها کاربردهای مختلف آن‌ها را مشخص میکند. معمولاً از فلزات به طور خالص استفاده نمیشود و با ترکیب دو یا چند فلز و یا ترکیب فلز با مواد غیر فلزی، فلز آلیاژی ساخته می‌شود.
در ادامه این مقاله قصد داریم به ویژگی‌های مختلف انواع فلزات بپردازیم.
مقاومت فیزیکی فلز
منظور از مقاومت فیزیکی فلز، میزان وزنی است که یک فلز تحمل میکند تا شکسته نشود. در اغلب موارد تحت گرمای زیاد، مقاومت فیزیکی فلز کاهش مییابد و شکل آن نسبت به زمانی که سرد است، راحت‌تر تغییر میکند. علاوه بر این بسیاری از انواع فلزات در اثر فشارهای متناوب و متغیر بسیار شکننده هستند؛ اما در برابر فشاری ناشی از وزن یک جسم مقاوم هستند.
تغییر شکل فلز
اکثر فلزات وقتی در معرض حرارت قرار میگیرند، پیوند بین یونهای تغییر میکند و این تغییر موجب تغییر در ویژگی‌های آن‌ها می‌شود. در این حالت تا حدودی شکننده و قابل انعطاف می‌شود و تغییر شکل آن راحت‌تر انجام می‌شود؛ اما همین فلزات اگر سرد باشند به راحتی تغییر شکل نمیدهند و کار با آن‌ها دشوار است. معمولاً با کوبیدن فلزات جامد در حالت سرد، مفتول و ورقه‌های فلزی ساخته می‌شود؛ اما اگر فلز جامد گرم شود، ساخت مفتول و ورقه فلزی آسانتر است.
درخشش و انتقال انرژی فلز
اگرچه درخشش و جلای یک فلز ممکن است ناشی از صیقل دادن آن باشد، اما اغلب فلزات به این دلیل براق و درخشنده هستند که یونهای آن‌ها به شکل خاصی کنار هم قرار دارند. یونها با حرکت آزادانه خود می‌توانند انواع انرژی را به خود جذب کنند. این انرژیها معمولاً نور آفتاب و جریان الکتریسیته هستند. فلزهای درخشان، براق و سفید تمام این انرژی دریافتی را از خود عبور می‌دهند و انتقال انرژی با این نوع فلزات بسیار سریع و آسان خواهد بود.
حالت واقعی فلزات
شکل و حالت اصلی هر نوع فلز به پیوند بین یونها و تعداد و انرژی الکترون‌ها و یونها بستگی دارد. اگر فلزها را گرم کنیم، انرژی موجود در فلزات بیشتر می‌شود و حرکت یونها تغییر میکند.
در این حالت به دلیل انعطاف پذیری بالای فلز، می‌توان آن را به اشکال و طرحهای موردنظر درآورد. علاوه بر این هر فلز در دمای مختلف تغییر پذیری آن نیز تغییر میکند؛ اما نکتهای که مهم هست، پیوند بین یونها در فلزات هنگام حرارت دادن تغییر نمیکند. در نتیجه فلز پس از سرد شدن به حالت اولیه خود بازمیگردد.
ترکیبات انواع فلزات ، زنگ زدگی فلزات و رفع زنگ زدگی آن‌ها
موادی که گرما و جریان الکتریسیته را انتقال می‌دهند در گروه فلزات طبقه بندی می‌شوند؛ اما سایر مواد که این خواص را ندارند عنوان مواد غیر فلزی شناخته می‌شوند. البته به تعدادی از مواد که گاهی خواص فلز و گاهی خواص غیر فلز را دارند شبه فلز گفته می‌شوند مانند کربن، فسفر، سیلیس و گوگرد.
وقتی یک فلز وقتی با سایر فلزات ترکیب شود، خواص و ویژگی‌های آن افزایش مییابد. به ترکیب فلزها با یکدیگر آلیاژ گفته می‌شود. فلزات را نمیتوان به طور خالص در صنایع مختلف استفاده کرد، زیرا بسیار نرم هستند؛ بنابراین متخصصان حوزه صنعت فلزات، به دنبال ساخت آلیاژهایی هستند، خواص استحکام، دوام و زیبایی را همزمان داشته باشند.
فولاد از آلیاژهایی است که از ترکیب آهن، کربن و چند عنصر دیگر ساخته می‌شود. آلیاژ برنج ترکیبی از مس و روی است و آلیاژ برنز که ترکیب مس و قلع است. این آلیاژهای زیبا را می‌توان به راحتی تغییر شکل داد و به طرحهای مختلف درآورد. علاوه بر این آلیاژ برنز در مقابل زنگ زدگی ناشی از رطوبت مقاوم است؛ بنابراین در صنعت کشتیسازی کاربرد زیادی دارد.
یکدیگر از انواع آلیاژها تیتانیوم است. تیتانیوم نسبت به فولاد وزن و چگالی کمتری دارد، اما استحکام آن بالا است. علاوه بر این نسبت به آلومینیوم وزن و چگالی بیشتری دارد و استحکام آن به اندازه آلومینیوم است. فلز تیتانیوم دارای ویژگی‌های مختلفی است؛ اما بارزترین ویژگی آن مقاومت بالای آن نسبت به زنگ زدگی و خوردگی است؛ بنابراین در صنعت هوا فضا، کشتی سازی، ساخت دوچرخه و لپ تاپ کاربرد زیادی دارد.
مس در بین انواع فلزات قابلیت بالایی در انتقال جریان الکتریسیته دارد. علاوه بر این، این فلز انعطاف پذیری زیادی دارد؛ بنابراین از مس در ساخت کابلهای برق استفاده می‌شود.
اما فلزاتی مثل طلا و نقره علیرغم انعطاف پذیری و چکش خواری، خواص شیمیایی فلزاتی چون مس را ندارند. این فلزات به دلیل قابلیت شکل پذیری بالا در صنعت جواهرسازی کاربرد زیادی دارند. در نتیجه جواهرسازان می‌توانند، انواع مختلفی از طرحهای زیورآلات را روی طلا و نقره اجرا کنند. در ساخت جواهرات کاربرد گسترده‌ای دارند. ویژگی فلز طلا این است که در طول زمان دچار رنگ پریدگی و لکه نمیشود. علاوه بر این بدون فرآیند اکسیداسیون، جریان الکتریسیته را انتقال می‌دهد.
آلیاژهایی مثل چدن و فولاد هم استحکام و سختی زیادی دارند و هم قابل شکل پذیری بالا دارند؛ بنابراین در صنعت معماری و پل سازی کاربرد زیادی دارند؛ اما از معایب اصلی چدن و فولاد، آسیب پذیری در برابر زنگ زدگی است. متخصصان برای برطرف کردن این مشکل، ترکیبات شیمیایی آن را تغییر می‌دهند. به فولاد ضد زنگ، فولاد گالوانیزه گفته می‌شود که در برابر زنگ زدگی مقاوم است.
از دیگر فلزاتی که گرما را به خوبی انتقال می‌دهد، آلومینیوم است. علاوه بر این، این فلز بسیار سبک است، استحکام بالایی دارد و به راحتی می‌توان آن را به اشکال مختلف درآورد. به همین دلیل در زمینههای مختلف کاربرد دارد. از وسایل آشپزخانه و فویل گرفته تا در صنعت هواپیما سازی از آلومینیوم استفاده می‌شود. در صنایعی که نیاز همزمان به دو ویژگی وزن کم و استحکام بالا است از آلیاژ آلومینیوم و منیزیوم استفاده می‌شود.
از دیگر آلیاژهای فلزات، ترکیب آلیاژ مس و نیکل است. این آلیاژ در صنایعی که عدم زنگ زدگی و خوردگی فلز اهمیت دارد و نیاز به فلزاتی است که هادی جریان الکتریسیته نباشد، مورد استفاده قرار میگیرد. فوق آلیاژهایی با پایه نیکل مثل اینکونل، در صنایعی که مقاومت در برابر گرما مهم است مثل ساخت، توربو شارژر کاربرد دارند.
اگر اتصالاتی مثل پیچ، مهره و پرچ از فلز خالص نباشد، به دلیل جذب الکترونهای آهن، موجب زنگ زدگی آهن سریعتر دچار زنگ زدگی می‌شود. این فرآیند به این صورت است که هنگامی که قطعات آهنی با پیچ و مهره یا پرچ‌های ناخالص به هم متصل می‌شوند، اختلاف بین الکترون‌ها، موجب عبور هوا به سطح بین آهن و نقطه اتصال می‌شود.
وقتی ورقه‌های آهنی با میخ یا پرچ‌های آهنی به هم متصل شوند، در اینجا در قابلیت الکترون‌ها اختلافاتی وجود دارد. این اختلاف در میزان الکترون‌ها موجب افزایش سرعت خوردگی یا زنگ زدن آهن می‌شود. در نتیجه آهن سریعتر زنگ میزند. نوک پیچ یا پرچ به میزان کمتر اما با سرعت بیشتر نسبت به قطعه آهنی زنگ میزند.
بهتر است از فلزاتی استفاده کنید که در مقابل زنگ زدگی مقاوم هستند. متخصصان همواره در تلاش هستند که آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی و زنگ زدگی ابداع کنند. از طرف دیگر یک شیوه برای جلوگیری از زنگ زدگی این است که فلز در معرض هوا نباشد.
برای این کار میتوانید به سطح انواع فلزات روغن بزنید، یا رنگ کنید، یا از پوشش پلاستیکی استفاده کنید و یا آن در فضایی که به جای اکسیژن گاز دیگری مثل نیتروژن نگهداری کنید؛ اما همه این راهها در کوتاه مدت کارایی دارند. یک راه مؤثر این است که فلز با فلز دیگری که در مقابل آب، رطوبت و هوا مقاوم است، پوشانده است.
اگر وسایل فلزی شما زنگ زد، نحوه از بین بردن آن بستگی به نوع فلز بستگی دارد. اگر نوع فلز وسایل شما آهنی است و دچار زنگ زدگی شد، حتماً ابتدا بخش زنگ زده را پاک کنید و صاف کنید و با رنگ سطح آهن را بپوشانید.
اگر نوع فلز وسایل شما برنزی است که در طول صدها سال به دلیل اکسید شدن، بخش زیادی از فلز از بین رفته است، باید جسم برنزی را به پیل الکتریکی پر قدرت وصل کنید. با این کار الکترون‌ها به داخل فلز وارد می‌شوند. ورود الکترون‌ها موجب باز گردانی یونها به برنز می‌شود، در نتیجه یونهای اکسید شده از بین میروند.
آیا میدانید تفاوت بین انواع فلزات با مواد جامد و مایع چیست؟
فلزات به دلیل الکترونهای آزاد خود یک هادی جریان برق هستند. تمام فلزات جامد و مایع این الکترونهای آزاد را دارند؛ بنابراین می‌توان گفت تمام انواع فلزات هادی جریان برق یا الکتریسیته هستند. این ویژگی فلز موجب شده است از سایر مواد جامد و مایع متمایز باشد. به طور کلی می‌توان از تفاوتهای اصلی بین فلزات و سایر مواد جامد و مایع، توانایی انواع فلزات در انتقال گرما و جریان الکتریسیته است. این ویژگی فلزات به خاصیت الکترون‌ها و یونهای آن برمیگردد.
علاوه بر این الکترون‌ها از طریق مجموعهای از یونها به حالت غبار مانند احاطه شده‌اند، توانایی انتقال این انرژیها را ممکن میسازد. در نتیجه حرکت آزادانه این ذرات موجب انتقال گرما و جریان برق به سایر سطوح می‌شود.
آنچه تا کنون در این مقاله ارائه شد در مورد انواع فلزات، ویژگی‌های آن و تفاوت آن با سایر مواد جامع و مایع بوده است. خاصیت انعطاف پذیری پس از گرم شدن، خاصیت انتقال انرژی گرما و الکتریسیته و درخشش و براق بودن از جمله ویژگی‌های منحصر به فرد فلزات هستند. در ادامه این مقاله قصد داریم به برخی استثناها در بین انواع فلزات بپردازیم.
فلزات مایع
یونها در فلز آزادانه حرکت میکنند و در یک حالت خاص نیستند. یونها بر هر سمتی حرکت میکنند و اما این حرکت آزادانه پیوند بین آن‌ها قطع نمیکند. متوسط سرعت حرکت یونها به میزان دمای انتقال یافته به فلز بستگی دارد. اگر فلزی مایع باشد و گرم شود، انرژی ناشی از گرما موجب می‌شود حرکت یونها افزایش یابد و سریعتر حرکت کنند. در این حالت یونها به فضای بیشتری برای حرکت نیاز دارند و در نتیجه فلز مایع منبسط می‌شود.
اما این سؤال مطرح می‌شود که یک فلز مایع در حالت سرد چگونه است؟ در حالت حرارت موجود در یونها به محیط منتقل می‌شود. در نتیجه انرژی کمتری برای حرکت یونها وجود دارد. یونها حرکت آرامتری دارند و معمولاً در یک جا با سرعت کم حرکت میکنند. علاوه بر این، در این حالت توسط یونها مشابه خود احاطه می‌شوند. در این وضعیت، حالت سیال فلز کاهش مییابد و بیشتر به حالت جامد نزدیک می‌شود.
جیوه
جیوه از جمله فلزاتی است که حتی در سرمای قطب شمال هم مایع است. این فلز یک ماده استثنایی است. این حالت همواره سیال جیوه موجب می‌شود که تغییر شکل آن دشوار باشد، زیرا نمیتوان آن را با ابزارهای فلز جامد، حالت داد. با وجود اینکه جیوه مانند سایر انواع فلزات رنگ شفاف و درخشانی ندارد، اما به راحتی گرما و جریان الکتریسیته را انتقال می‌دهد.
فلز مایعی مانند جیوه مانند سایر فلزات، در اثر گرما منبسط می‌شود. به همین دلیل از جیوه در دماسنج پزشکی استفاده می‌شود. وقتی جیوه موجود در دماسنج در معرض حرارت بدن قرار میگیرد و منبسط می‌شود و با حرکت در درون دماسنج میزان دمای بدن ما را نشان می‌دهد.
بدون دیدگاه