Τα μέταλλα είναι ένα είδος υλικών που χρησιμοποιούνταν από τον άνθρωπο από την αρχαιότητα. Αυτή η ομάδα ουσιών είναι πολυάριθμη, αλλά όλες έχουν κοινά φυσικά χαρακτηριστικά, τα οποία συνήθως ονομάζονται μεταλλικές ιδιότητες.
Η σκληρότητα μεταξύ τους είναι κοινή, αλλά όχι καθοριστική. Πιο συγκεκριμένα είναι άλλα που διαθέτει το πιο μαλακό μέταλλο. Αυτές οι ιδιότητες καθορίζονται από τις ιδιαιτερότητες της δομής τους σε μοριακό επίπεδο.
Ιδιότητες μετάλλων
Σίδηρος και τα κράματά του (χάλυβας, χυτοσίδηρος), χαλκός, αλουμίνιο… Η χρήση αυτών των υλικών σηματοδότησε καινοτομίες στην επιστημονική και τεχνολογική πρόοδο σε διάφορα στάδια της ανάπτυξης του πολιτισμού. Κάθε ένα από αυτά τα μέταλλα έχει χαρακτηριστικά που του δίνουν μια μοναδική πρακτική αξία. Κοινά χαρακτηριστικά για αυτά είναι η υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, η πλαστικότητα - η ικανότητα διατήρησης της ακεραιότητας κατά την παραμόρφωση, η μεταλλική λάμψη.
Η δαμασκηνή λεπίδα που κόβει τη σιδερένια θωράκιση και το πιο μαλακό μέταλλο, πάνω στο οποίο παραμένουν ίχνη από την παραμικρή πρόσκρουση, έχουν παρόμοια εσωτερική δομή. Βασίζεται σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα, στους κόμβους του οποίου βρίσκονται άτομα μεθετικό και ουδέτερο φορτίο, μεταξύ των οποίων υπάρχει ένα «αέριο ηλεκτρονίων» - σωματίδια που έχουν φύγει από τα εξωτερικά κελύφη των ατόμων λόγω εξασθένησης του δεσμού με τον πυρήνα. Ένας ειδικός μεταλλικός δεσμός μεταξύ θετικών ιόντων που βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος πραγματοποιείται λόγω των ελκτικών δυνάμεων που προκύπτουν στο «αέριο ηλεκτρονίων». Η σκληρότητα, η πυκνότητα, το σημείο τήξης του μετάλλου εξαρτώνται από τη συγκέντρωση αυτού του "αερίου".
Κριτήρια αξιολόγησης
Η απάντηση στο ερώτημα ποιο μέταλλο είναι το πιο μαλακό θα είναι πάντα αντικείμενο συζήτησης, εκτός εάν συμφωνηθούν τα κριτήρια αξιολόγησης και οριστεί η ίδια η έννοια της απαλότητας. Η γνώμη σχετικά με αυτό το χαρακτηριστικό του υλικού θα είναι διαφορετική για τους ειδικούς σε διαφορετικούς κλάδους. Ένας μεταλλουργός μπορεί να κατανοήσει την απαλότητα ως αυξημένη ελατότητα, μια τάση αποδοχής παραμόρφωσης από λειαντικά υλικά κ.λπ.
Για τους επιστήμονες υλικών, είναι σημαντικό να μπορούν να συγκρίνουν αντικειμενικά τα διαφορετικά χαρακτηριστικά των ουσιών. Η απαλότητα θα πρέπει επίσης να έχει γενικά αποδεκτά κριτήρια αξιολόγησης. Το πιο μαλακό μέταλλο στον κόσμο θα έπρεπε να έχει γενικά αναγνωρισμένους δείκτες που να αποδεικνύουν τα «ρεκόρ» του χαρακτηριστικά. Υπάρχουν πολλές μέθοδοι που στοχεύουν στη μέτρηση της απαλότητας διαφορετικών υλικών.
Μέθοδοι μέτρησης
Οι περισσότερες από τις πιστοποιημένες μεθόδους μέτρησης της σκληρότητας βασίζονται στη δράση επαφής στο υπό δοκιμή υλικό, μετρημένη με όργανα ακριβείας, από ένα σκληρότερο σώμα που ονομάζεται εσοχή. Ανάλογα με τον τύπο της εσοχής και τις μεθόδους μέτρησης, υπάρχουν αρκετές κύριεςμέθοδοι:
- Μέθοδος Brinell. Προσδιορίζεται η διάμετρος του αποτυπώματος που αφήνει μια μεταλλική σφαίρα όταν πιέζεται στην επιφάνεια της υπό δοκιμή ουσίας.
- Μέθοδος Rockwell. Μετράται το βάθος της εσοχής στην επιφάνεια μιας μπάλας ή κώνου διαμαντιού.
- Μέθοδος Vickers. Καθορίζεται η περιοχή του αποτυπώματος που αφήνει μια διαμαντένια τετραεδρική πυραμίδα.
- Σκληρότητα ακτή. Υπάρχουν ζυγαριές για πολύ σκληρά και πολύ μαλακά υλικά - μετριέται το βάθος βύθισης μιας ειδικής βελόνας ή το ύψος της ανάκαμψης από την επιφάνεια ενός ειδικού επιθετικού.
Κλίμακα σκληρότητας Mohs
Αυτή η κλίμακα για τον προσδιορισμό της σχετικής σκληρότητας ορυκτών και μετάλλων προτάθηκε στις αρχές του 19ου αιώνα από τον Γερμανό Friedrich Moos. Βασίζεται στη μέθοδο γρατσουνίσματος, όπου ένα πιο σκληρό δείγμα αφήνει σημάδι σε ένα πιο μαλακό και είναι πολύ βολικό για να βρείτε ποιο μέταλλο είναι το πιο μαλακό. Σε σχέση με 10 ορυκτά αναφοράς, στα οποία εκχωρείται δείκτης σκληρότητας υπό όρους, προσδιορίζεται μια θέση στην κλίμακα και ένας ψηφιακός δείκτης για την υπό δοκιμή ουσία. Το πιο μαλακό ορυκτό αναφοράς είναι ο τάλκης. Έχει σκληρότητα Mohs 1, και το πιο σκληρό, το διαμάντι, είναι 10.
Η αξιολόγηση της σκληρότητας στην κλίμακα Mohs βασίζεται στην αρχή "μαλακότερο - πιο σκληρό". Είναι δυνατόν να προσδιοριστεί πόσες φορές, για παράδειγμα, το αλουμίνιο, το οποίο έχει δείκτη στην κλίμακα Mohs 2,75, είναι μαλακότερο από το βολφράμιο (6,0), μόνο με αποτελέσματα μετρήσεων που βασίζονται σε άλλες μεθόδους. Αλλά για να προσδιορίσετε το πιο μαλακό μέταλλο στον περιοδικό πίνακα, αυτός ο πίνακας είναι αρκετός.
Τα πιο μαλακά είναι τα αλκαλικά μέταλλα
Από την ορυκτολογική κλίμακα Mohs, μπορεί να φανεί ότι οι πιο μαλακές είναι ουσίες που σχετίζονται με αλκαλικά μέταλλα. Ακόμη και ο υδράργυρος, γνωστός σε πολλούς από το υγρό από ένα θερμόμετρο, έχει δείκτη σκληρότητας 1,5. Πιο μαλακές από αυτόν είναι αρκετές ουσίες με παρόμοιες φυσικές, μηχανικές και χημικές ιδιότητες: λίθιο (0,6 στην κλίμακα Mohs), νάτριο (0,5), κάλιο (0, 4), ρουβίδιο (0, 3). Το μαλακότερο μέταλλο είναι το καίσιο, το οποίο έχει κλίμακα σκληρότητας Mohs 0,2.
Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των μετάλλων αλκαλίων καθορίζονται από την ηλεκτρονική τους διαμόρφωση. Διαφέρει ελάχιστα από τη δομή των αδρανών αερίων. Ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε ένα εξωτερικό επίπεδο ενέργειας έχει κινητικότητα, η οποία καθορίζει την υψηλή χημική δραστηριότητα. Τα πιο μαλακά μέταλλα χαρακτηρίζονται από μια ιδιαίτερη μεταβλητότητα, είναι δύσκολο να εξορυχθούν και να διατηρηθούν αμετάβλητα. Έχουν βίαιες χημικές αλληλεπιδράσεις με τον αέρα, το νερό, το οξυγόνο.
Στοιχείο 55
Το όνομα "καισίου" προέρχεται από το λατινικό caesius - "γαλάζιο του ουρανού": στο φάσμα που εκπέμπεται από μια πολύ καυτή ουσία, δύο φωτεινές μπλε λωρίδες είναι ορατές στην υπέρυθρη περιοχή. Στην καθαρή του μορφή, αντανακλά καλά το φως, μοιάζει με ανοιχτό χρυσό και έχει ασημί-κίτρινο χρώμα. Το καίσιο είναι το μαλακότερο μέταλλο στον κόσμο, με δείκτη σκληρότητας Brinell 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Σημείο τήξεως: +28,5°C, επομένως υπό κανονικές συνθήκες, σε θερμοκρασία δωματίου, το καίσιο βρίσκεται σε ημί-υγρή κατάσταση.
Είναι σπάνιοακριβό και εξαιρετικά αντιδραστικό μέταλλο. Στην ηλεκτρονική, τη ραδιομηχανική και τη χημική βιομηχανία υψηλής τεχνολογίας, το καίσιο και τα κράματα που βασίζονται σε αυτό χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο και η ανάγκη για αυτό αυξάνεται συνεχώς. Ζητείται η χημική του δράση, η ικανότητα σχηματισμού ενώσεων με την υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το καίσιο είναι σημαντικό συστατικό στην παραγωγή ειδικών οπτικών συσκευών, λαμπτήρων με μοναδικές ιδιότητες και άλλων προϊόντων υψηλής τεχνολογίας. Ταυτόχρονα, η απαλότητα δεν είναι η πιο περιζήτητη ιδιότητά του.
