هر آنچه در رابطه با فلز و کاربردهای آن باید بدانید

یک آسمان خراش سر به فلک کشیده در زیر وزش باد شدید خم می‌شود، اما نمی‌شکند. این یکی از مزایای فلزات است. فلزات به دلیل چکش خوار بودن، می‌توانند بدون شکستگی به شکل ورق، چکش شوند. از آنجایی که فلزات انعطاف پذیر هستند، می‌توان آن‌ها را به راحتی کشید. فلزات همچنین می‌توانند الکتریسیته را هدایت کنند. اما همه فلزات به یک اندازه ارزش ندارند. اگرچه بیش از سه چهارم از 118 عنصر جدول تناوبی فلزات هستند، اما ما ابزارهایی را تنها از تعداد کمی از آن‌ها می‌سازیم. این به این دلیل است که فلزات آشنا، مانند آهن و نقره، خاص هستند. برای یک چیز، پیدا کردن آن‌ها راحت‌تر از فلزات دیگر است.

فلزات آشنا نسبت به سایر فلزات واکنش پذیری کمتری دارند. واکنش پذیری به چگونگی واکنش شیمیایی یک ماده با مواد دیگر اشاره دارد. فلزات کم واکنش نسبت به فلزات با واکنش‌پذیری بالا ایمن‌تر هستند. نقره خالص آنقدر ایمن است که از آن برای جواهرات و ظروف تخت استفاده می‌کنیم. اما سدیم خالص، که یک فلز است، آنقدر واکنش‌پذیر است که در تماس با آب منفجر می‌شود!

فلزات ترکیبات طبیعی پوسته زمین هستند که در آن‌ها عموماً به شکل سنگ معدن فلزی یافت می‌شوند که هم با یکدیگر و هم با بسیاری از عناصر دیگر مرتبط هستند. آن‌ها همچنین به طور طبیعی در سنگ‌های شسته شده توسط آب‌های سطحی و زیرزمینی و در گرد و غبار اتمسفر نیز وجود دارند.

فلز چیست؟

فلز ماده‌ای است با رسانایی الکتریکی، درخشندگی و چکش خواری بالا که به راحتی الکترون‌ها را از دست می‌دهد و یون‌های مثبت (کاتیون‌ها) تشکیل می‌دهد. فلزات بر اساس موقعیت آن‌ها در جدول تناوبی تعریف می‌شوند.

فلزات که در زبان یونانی Metallon نامیده می‌شوند، موادی هستند که به طور طبیعی در زیر سطح زمین تشکیل می‌شوند و معمولاً بیشتر فلزات براق هستند. فلزات غیرآلی هستند، به این معنی که از موادی ساخته شده‌اند که هرگز زنده نبوده‌اند. فلز بسیار محکم و بادوام است و به همین دلیل برای ساخت بسیاری از چیزها از آن استفاده می‌شود. از فلز برای ساخت اتومبیل، ماهواره، ظروف پخت و پز و غیره استفاده می‌شود. بیشتر فلزات سخت هستند اما برخی نیز سخت نیستند. سدیم و پتاسیم فلزاتی هستند که با چاقو قابل برش هستند در حالی که جیوه یک فلز مایع در دمای اتاق است. آهن ماهیتی جامد دارد.

یک تعریف مدرن از فلزات این است که آن‌ها دارای نوارهای رسانش و نوارهای ظرفیت در ساختار الکترونیکی خود هستند. این تعریف دسته‌بندی پلیمرهای فلزی و سایر فلزات آلی را که توسط محققان ساخته شده و در دستگاه‌های با فناوری پیشرفته به کار گرفته شده‌اند، باز می‌کند.

تعریف سنتی بر خواص توده‌ای فلزات تمرکز دارد. آن‌ها تمایل دارند براق، شکل پذیر، چکش خوار و رسانای خوب الکتریسیته باشند.

کاربرد فلزات

تنوع زیادی برای فلزات وجود دارد که آشنایی با تمام آن‌ها کاری بسیار زمان‌بر است. هر کدام از این فلزات در یک کاری، کاربرد دارند.

از فلزات در موارد زیر استفاده می شود:

1. حمل و نقل — اتومبیل، اتوبوس، کامیون، قطار، کشتی و هواپیما.
2. هوافضا — موشک‌های بدون سرنشین و سرنشین‌دار و شاتل فضایی.
3. کامپیوترها و سایر وسایل الکترونیکی که نیاز به هادی دارند (تلویزیون، رادیو، استریو، ماشین حساب، دستگاه‌های امنیتی و غیره)
4. ارتباطات از جمله ماهواره‌هایی که به یک پوسته فلزی سخت اما سبک وابسته هستند.
5. فرآوری و نگهداری مواد غذایی — مایکروویو و فرهای معمولی و یخچال و فریزر.
6. ساخت و ساز — میخ در سازه‌های چوبی معمولی و سازه‌های فولادی در ساختمان‌های دیگر.
7. کاربردهای زیست پزشکی — به عنوان جایگزین مصنوعی برای مفاصل و سایر پروتزها.
8. تولید و توزیع نیروی برق — بویلرها، توربین‌ها، ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط برق، راکتورهای هسته‌ای، چاه‌های نفت و خطوط لوله.
9. کشاورزی — تراکتور، کمباین، کاشت و غیره
10. وسایل خانگی – اجاق‌ها، ظرف‌شویی‌ها و لباس‌ها، جاروبرقی‌ها، مخلوط‌کن‌ها، پمپ‌ها، ماشین‌های چمن‌زنی و ماشین‌های اصلاح، لوله‌کشی، آبگرمکن، چیلر، فن کویل و غیره.

گاهی اوقات، یک پروژه خاص – مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب 10 میلیارد دلاری – ممکن است به فلز نسبتاً کمیابی نیاز داشته باشد. پس از 25 سال توسعه، این تلسکوپ در صبح کریسمس سال 2021 به فضا پرتاب شد. ناسا برای این چشم در آسمان، فلز کمیاب بریلیوم را انتخاب کرد. بریلیم فوق العاده سبک است. این امر پرتاب به فضا را آسان می‌کند. بریلیم در دماهای سرد نیز شکل خود را حفظ می‌کند. هنگامی که از هوای نسبتاً ولرم زمین به دمای برودتی (فوق سرد) فضا پرتاب می‌شود، فلزات منقبض و خم می‌شوند. از آنجایی که تلسکوپ‌ها با بازتاب نور کار می‌کنند، هر تغییر کوچکی در شکل آن‌ها می‌تواند تصاویر تلسکوپ را خراب کند. اما بریلیم در طول چنین تغییرات شدید دمایی نسبت به اکثر فلزات پایدارتر باقی می‌ماند.

خواص فیزیکی فلزات

1. تمام فلزات رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته هستند. ظروف پخت و پز و اتوها از فلزات ساخته شده‌اند زیرا رسانای خوبی برای گرما هستند.
2. شکل پذیری (Ductility): به توانایی یک ماده برای تغییر شکل و کشیده شدن، بدون از دست دادن استحکام یا شکستن، شکل پذیری می‌گویند.
3. چکش خواری خاصیت موادی است که به آن‌ها اجازه می‌دهد به ورقه‌های مسطح تبدیل شوند. از ورق‌های آلومینیومی به دلیل سبکی و استحکام در ساخت هواپیما استفاده می‌شود. از دیگر ورق‌های فلزی در صنایع خودروسازی، ساخت ظروف و غیره استفاده می‌شود، بنابراین فلزات چکش خوار هستند.
4. فلزات صدادار هستند زیرا هنگامی که با جسم سخت دیگری برخورد می‌کنند، صدایی عمیق مانند زنگ تولید می‌کنند.
5. معمولاً تمام فلزات ظاهری براق دارند اما می‌توان این فلزات را نیز جلا داد تا ظاهری براق‌تر داشته باشند.

خواص شیمیایی فلزات

1. واکنش با آب: فقط فلزات بسیار واکنش پذیر، با آب واکنش می‌دهند و نه همه فلزات. به عنوان مثال، سدیم به شدت با آب و اکسیژن واکنش می‌دهد و در این فرآیند مقدار زیادی گرما تولید می‌کند. به همین دلیل است که سدیم در نفت سفید ذخیره می‌شود تا با رطوبت یا اکسیژن تماس پیدا نکند.
2. واکنش با اسیدها: وقتی فلزات با اسیدها واکنش می‌دهند، گاز هیدروژن تولید می‌شود. به عنوان مثال، هنگامی که روی با اسید هیدروکلریک واکنش می‌دهد، کلرید روی و گاز هیدروژن تولید می‌کند.
3. واکنش با بازها: همه فلزات با بازها واکنش نشان نمی‌دهند و زمانی که واکنش نشان می‌دهند نمک‌های فلزی و گاز هیدروژن تولید می‌کنند. هنگامی که روی با هیدروکسید سدیم قوی واکنش می‌دهد، روی و گاز هیدروژن سدیم تولید می‌کند.
4. واکنش با اکسیژن: اکسیدهای فلزی زمانی تولید می‌شوند که فلزات در حضور اکسیژن بسوزند. این اکسیدهای فلزی در طبیعت پایه هستند. به عنوان مثال: هنگامی که یک نوار منیزیم در حضور اکسیژن سوزانده می‌شود، اکسید منیزیم را تشکیل می‌دهد و هنگامی که اکسید منیزیم در آب حل می‌شود، هیدروکسید منیزیم را تشکیل می‌دهد.

قیمت پروفیل

فلزات و نافلزات در جدول تناوبی: تفاوت چیست؟

اگر بتواند، یک اتم الکترون‌ها را از اتم همسایه می‌دزدد. همه آن‌ها را نمی‌دزدد، بلکه به اندازه‌ای برمی‌دارند که پایدار باشد. عناصر مختلف دارای تعداد متفاوتی از الکترون‌ها هستند که – حداقل در تئوری – می‌توانند توسط همسایه‌ها سرقت شوند. به آن‌ها الکترون‌های ظرفیت می‌گویند. آن‌ها الکترون‌های بیرونی و در حال چرخش هستند که می‌توانند بخشی از پیوندهای شیمیایی شوند.

تفاوت اتم‌های فلزی با اتم‌های غیرفلزی این است که چگونه الکترون‌های ظرفیت را از اتم‌های دیگر می‌دزدند. شاید بتوان گفت فلزات دزدهای بدی هستند. به جای گرفتن الکترون‌های همسایه، معمولاً الکترون‌های خود را رها می‌کنند. این تمایل به از دست دادن الکترون‌ها به عنوان “خصلت فلزی” آن‌ها توصیف می‌شود.

بنابراین عناصر غیرفلزی دارای ویژگی فلزی کمی هستند. از جمله این نافلزات می‌توان به کربن، اکسیژن و نیتروژن اشاره کرد. وقتی صحبت از سارقان الکترون به میان می‌آید، نافلزات بهترین هستند. پادشاه این نافلزات فلوئور است. وقتی صحبت از سرقت الکترون به میان می‌آید، فلوئور یک قلدر واقعی است. بنابراین بسیار واکنش‌پذیر است.

فلزات میل به الکترون دارند، اما فقط ضعیف. با این حال، از بسیاری جهات، این ضعف به عنوان نقطه قوت فلزات ظاهر می‌شود. چکش خواری (خم شدن)، شکل پذیری (کشش) و رسانایی آن‌ها ناشی از تمایل این عناصر به از دست دادن الکترون است.

فلزات گاهی اوقات به عنوان شبکه‌ای از یون‌های مثبت توصیف می‌شوند که توسط ابری از الکترون‌های غیرمحلی احاطه شده‌اند. فلزات یکی از سه گروه از عناصر هستند که با خواص یونیزه شدن و پیوند، همراه با فلزات و نافلزات متمایز می‌شوند. در جدول تناوبی، یک خط مورب که از بور (B) به پلونیوم (Po) کشیده شده است که فلزات را از نافلزات جدا می‌کند. عناصر موجود در این خط متالوئید هستند که گاهی اوقات شبه فلز نامیده می‌شوند. عناصر سمت چپ پایین، فلز هستند. عناصر سمت راست بالا نافلز هستند.

آلیاژ چیست؟

آلیاژ مخلوطی از دو یا چند عنصر در محلول جامد است که جزء اصلی آن فلز است. بیشتر فلزات خالص برای استفاده عملی یا خیلی نرم، شکننده یا از نظر شیمیایی واکنش پذیر هستند. ترکیب نسبت‌های مختلف فلزات به‌عنوان آلیاژ، خواص فلزات خالص را برای تولید ویژگی‌های مطلوب اصلاح می‌کند. هدف از ساخت آلیاژها این است که آن‌ها را کمتر شکننده، سخت‌تر، مقاوم در برابر خوردگی کنند یا رنگ و درخشندگی مطلوب‌تری داشته باشند. نمونه‌هایی از آلیاژها عبارتند از فولاد (آهن و کربن)، برنج (مس و روی)، برنز (مس و قلع)، و دورالومین (آلومینیوم و مس). آلیاژهایی که مخصوص کاربردهای بسیار سخت طراحی شده‌اند، مانند موتورهای جت، ممکن است حاوی بیش از ده عنصر باشند.

فلز پایه چیست؟

در شیمی، اصطلاح فلز پایه (Base Metal) به طور غیر رسمی برای اشاره به فلزی استفاده می‌شود که نسبتاً به راحتی اکسید یا خورده می‌شود و به طور متغیر با اسید هیدروکلریک رقیق (HCl) واکنش می‌دهد و هیدروژن ایجاد می‌کند. به عنوان مثال می‌توان به آهن، نیکل، سرب و روی اشاره کرد. مس به عنوان یک فلز پایه در نظر گرفته می‌شود زیرا نسبتاً به راحتی اکسید می‌شود، اگرچه با HCl واکنش نمی‌دهد. معمولاً در تقابل با فلز نجیب استفاده می‌شود. در کیمیاگری، فلز پایه یک فلز رایج و ارزان قیمت بود، در مقابل فلزات گرانبها، عمدتاً طلا و نقره. هدف دیرینه کیمیاگران تبدیل فلزات پایه به فلزات گرانبها بود.

فلز گرانبها

فلز گرانبها یک عنصر شیمیایی فلزی کمیاب است که ارزش اقتصادی بالایی دارد. از نظر شیمیایی، فلزات گرانبها نسبت به اکثر عناصر واکنش پذیری کمتری دارند، درخشندگی بالایی دارند و هدایت الکتریکی بالایی نیز دارند. از نظر تاریخی، فلزات گرانبها به عنوان ارز مهم بودند، اما اکنون عمدتاً به عنوان کالاهای سرمایه گذاری و صنعتی در نظر گرفته می‌شوند. طلا، نقره، پلاتین و پالادیوم هر کدام دارای کد ارز ISO 4217 هستند.

شناخته شده‌ترین فلزات گرانبها طلا و نقره هستند. در حالی که هر دو مصارف صنعتی دارند، اما بیشتر به دلیل استفاده در هنر، جواهرات و ضرب سکه شناخته می‌شوند. سایر فلزات گرانبها شامل فلزات گروه پلاتین است: روتنیم، رودیوم، پالادیوم، اسمیم، ایریدیوم و پلاتین که پلاتین بیشترین معامله را دارد. پلوتونیوم و اورانیوم نیز می‌توانند فلزات گرانبها در نظر گرفته شوند.

تقاضا برای فلزات گرانبها نه تنها به دلیل استفاده عملی از آن‌ها، بلکه به دلیل نقش آن‌ها به عنوان سرمایه گذاری و ذخیره، دارای ارزش است. نقره به میزان قابل توجهی از این فلزات ارزان‌تر است، اما اغلب به طور سنتی به دلیل نقشی که در ضرب سکه و جواهرات دارد به عنوان یک فلز گرانبها در نظر گرفته می‌شود.

اصطلاح فلز در ستاره شناسی

در کاربرد تخصصی نجوم و اخترفیزیک، اصطلاح “فلز” اغلب برای اشاره به هر عنصری غیر از هیدروژن یا هلیوم استفاده می‌شود و شامل موادی مانند نئون، فلوئور و اکسیژن غیرفلزی است. از آنجایی که دمای اجسام ستاره‌ای عملاً اجازه نمی‌دهد ماده جامد یا مایع وجود داشته باشد و شیمی معمولی کمی در دمایی وجود دارد که تقریباً همه پیوندهای شیمیایی را تجزیه می‌کند، اصطلاح “فلز” به موادی اطلاق می‌شود که از فرآیند هلیوم سه گانه حاصل می‌شوند که بسیار کمیاب‌تر هستند.

پرسش و پاسخ

فلز یا غیر فلز چیست؟

فلز جزء، مواد یا آلیاژی است که معمولاً جامد، شفاف، براق است و از نظر الکتریکی و حرارتی رسانایی خوبی دارد. فلزات معمولاً چکش‌خوار هستند و این امر تضمین می‌کند که می‌توان آن‌ها را به طور نامحدود چکش کرد یا فشار داد بدون شکستگی یا ترک خوردگی، و همچنین قابلیت گداخت یا شکل‌پذیری دارند.

سخت ترین فلز دنیا چیست؟

تنگستن سخت‌ترین فلز با بالاترین استحکام کششی است، اما شکننده است.

نرم ترین فلز چیست؟

سزیم نرم‌ترین فلز و سرب یکی از نرم‌ترین فلزات در نظر گرفته می‌شود. جیوه در دمای اتاق مایع (مذاب) است. گالیم در دمای بدن مایع است و در دمای اتاق جامد.

اگر فلز کلسیم را لمس کنید چه اتفاقی می افتد؟

کلسیم با آب یا رطوبت واکنش داده و باعث گرما می‌شود. اگر کلسیم با هر قسمت از بدن و چشم تماس پیدا کند باعث تحریک و خوردگی می‌شود.

فهرست کامل انواع فلزات

هنگامی که قرار است همه فلزات به عنوان یک گروه در نظر گرفته شوند، اگر نام آن‌ها به شکل جدول باشد، ممکن است مزیتی به دست آید، پس در جدول زیر می‌توانید کاملترین لیست فلزات را مشاهده نمایید:

مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 6 مهر 1402