מתכות הן סוג של חומרים ששימשו את האדם מאז ימי קדם. קבוצה זו של חומרים היא מרובת מאוד, אך לכולם יש מאפיינים פיזיקליים משותפים, הנקראים בדרך כלל תכונות מתכתיות.
הקשיחות ביניהם שכיחה, אבל לא מכרעת. ספציפיים יותר הם אחרים שיש למתכת הרכה ביותר. תכונות אלו נקבעות על פי המוזרויות של המבנה שלהן ברמה המולקולרית.
מאפיינים של מתכות
ברזל וסגסוגותיו (פלדה, ברזל יצוק), נחושת, אלומיניום… השימוש בחומרים אלו סימן פריצות דרך בהתקדמות המדעית והטכנולוגית בשלבים שונים של התפתחות הציוויליזציה. לכל אחת מהמתכות הללו מאפיינים המקנים לה ערך מעשי ייחודי. מאפיינים נפוצים עבורם הם מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה, פלסטיות - יכולת לשמור על שלמות במהלך דפורמציה, ברק מתכתי.
ללהב הדמשקאי החותך דרך שריון ברזל והמתכת הרכה ביותר, שעליה נשארים עקבות מהפגיעה הקלה ביותר, יש מבנה פנימי דומה. הוא מבוסס על סריג קריסטל, שבצמתים שלו נמצאים אטומים עםמטען חיובי ונייטרלי, שביניהם יש "גז אלקטרוני" - חלקיקים שיצאו מהקליפות החיצוניות של האטומים עקב היחלשות הקשר עם הגרעין. קשר מתכתי מיוחד בין יונים חיוביים הממוקמים בצמתים של סריג הגביש מתבצע עקב כוחות המשיכה הנוצרים ב"גז האלקטרונים". הקשיות, הצפיפות, נקודת ההיתוך של המתכת תלויים בריכוז ה"גז" הזה.
קריטריוני הערכה
התשובה לשאלה איזו מתכת היא הרכה ביותר תמיד תהיה נושא לדיון, אלא אם כן יוסכם על קריטריוני ההערכה ועצם מושג הרכות יוגדר. הדעה לגבי מאפיין זה של החומר תהיה שונה עבור מומחים בתעשיות שונות. רופא מתכות עשוי להבין את הרכות כעלייה בגמישות, נטייה לקבל דפורמציה מחומרים שוחקים וכו'.
למדעני חומרים, חשוב להיות מסוגלים להשוות באופן אובייקטיבי מאפיינים שונים של חומרים. רכות צריכה להיות גם קריטריוני הערכה מקובלים. המתכת הרכה ביותר בעולם צריכה להיות אינדיקטורים מוכרים באופן כללי המוכיחים את מאפייני ה"שיא" שלה. ישנן מספר שיטות שמטרתן למדוד את הרכות של חומרים שונים.
שיטות מדידה
רוב השיטות המאושרות למדידת קשיות מבוססות על פעולת המגע על החומר הנבדק, הנמדדת במכשירים מדויקים, מגוף קשיח יותר הנקרא איננטר. בהתאם לסוג המפתח ולשיטות המדידה, ישנן מספר עיקריותשיטות:
- שיטת ברינל. קוטר הטביעה שהותיר כדור מתכת בלחיצה לתוך פני השטח של החומר הנבדק נקבע.
- שיטת רוקוול. נמדד עומק החדירה לתוך פני השטח של כדור או חרוט יהלום.
- שיטת ויקרס. נקבע שטח הטביעה שהותירה פירמידת יהלום טטרהדרלית.
- קשיות החוף. יש סולמות לחומרים קשים מאוד ורכים מאוד - נמדד עומק הטבילה של מחט מיוחדת או גובה הריבאונד מהמשטח של חלוץ מיוחד.
סולם קשיות Mohs
סולם זה לקביעת הקשיות היחסית של מינרלים ומתכות הוצע בתחילת המאה ה-19 על ידי פרידריך מוס הגרמני. היא מבוססת על שיטת הגירוד, שבה דגימה קשה יותר משאירה חותם על אחת רכה יותר, ונוח מאוד לגלות איזו מתכת היא הרכה ביותר. ביחס ל-10 מינרלים ייחוס, אשר נקבעים להם מדד קשיות מותנה, נקבעים מקום בסולם ואינדקס דיגיטלי לחומר הנבדק. מינרל הייחוס הרך ביותר הוא טלק. יש לו קשיות Mohs של 1, והקשה ביותר, יהלום, הוא 10.
הערכת קשיות בסולם Mohs מבוססת על העיקרון "רך יותר - קשה יותר". אפשר לקבוע בדיוק כמה פעמים, למשל, האלומיניום, בעל אינדקס בסולם Mohs של 2.75, הוא רך יותר מטונגסטן (6.0), רק עם תוצאות מדידה המבוססות על שיטות אחרות. אבל כדי לקבוע את המתכת הרכה ביותר בטבלה המחזורית, מספיקה טבלה זו.
הרכות ביותר הן מתכות אלקליות
מסולם המינרלוגי של Mohs, ניתן לראות שהרכים ביותר הם חומרים הקשורים למתכות אלקליות. אפילו כספית, המוכרת לרבים מהנוזל ממדחום, היא בעלת מדד קשיות של 1.5. רכים ממנה ישנם מספר חומרים בעלי תכונות פיזיקליות, מכניות וכימיות דומות: ליתיום (0.6 בסולם מוהס), נתרן (0.5), אשלגן. (0, 4), רובידיום (0, 3). המתכת הרכה ביותר היא צזיום, בעלת סולם קשיות Mohs של 0.2.
התכונות הפיזיקליות והכימיות של מתכות אלקליות נקבעות על פי התצורה האלקטרונית שלהן. זה שונה רק במעט מהמבנה של גזים אינרטיים. לאלקטרון הממוקם ברמת אנרגיה חיצונית יש ניידות, שקובעת פעילות כימית גבוהה. המתכות הרכות ביותר מאופיינות בתנודתיות מיוחדת, הן קשות לכרייה ולשמר אותן ללא שינוי. יש להם אינטראקציות כימיות אלימות עם אוויר, מים, חמצן.
פריט 55
השם "צזיום" מגיע מהלטינית caesius - "כחול שמיים": בספקטרום הנפלט מחומר חם מאוד, שני פסים כחולים עזים נראים בטווח האינפרא אדום. בצורתו הטהורה הוא מחזיר אור היטב, נראה כמו זהב בהיר ובעל צבע כסוף-צהוב. צזיום היא המתכת הרכה ביותר בעולם, עם מדד קשיות Brinell של 0.15 MN/m2 (0.015 kgf/cm2). נקודת התכה: +28.5 מעלות צלזיוס, כך שבתנאים רגילים, בטמפרטורת החדר, הצזיום נמצא במצב חצי נוזלי.
זה נדירמתכת יקרה ותגובתית במיוחד. בתחום האלקטרוניקה, הנדסת הרדיו והתעשייה הכימית ההיי-טקית נעשה שימוש הולך וגובר בצסיום ובסגסוגות המבוססות עליו והצורך בו הולך וגדל כל הזמן. הפעילות הכימית שלו, היכולת ליצור תרכובות עם המוליכות החשמלית הגבוהה ביותר מבוקשים. צזיום הוא מרכיב חשוב בייצור מכשירים אופטיים מיוחדים, מנורות בעלות תכונות ייחודיות ומוצרי היי-טק נוספים. יחד עם זאת, רכות היא לא האיכות הכי מבוקשת שלה.
