فلز سبک چیست؟ سبک ترین فلز جهان

جدول تناوبی عناصر مختلفی دارد. از 118 عنصر، 95 عنصر، فلز در نظر گرفته می‌شوند. به غیر از شیمیدان‌ها، ممکن است اکثر ما برای نام بردن بیش از 10 مورد از آن‌ها، مشکل داشته باشیم! هر فلز مقادیر خاص خود را برای طیف وسیعی از خواص مختلف دارد. سوالات جذابی در رابطه با این فلزات همیشه وجود دارد. اینکه گرانترین فلز دنیا چیست؟ سبکترین و سنگین ترین فلز دنیا چیست؟ و بسیاری دیگر از سوالات که همیشه پرسش‌گران بسیار زیادی دارد. در این مقاله با ما همراه باشید تا به بررسی فلزات سبک پرداخته و به شما بگوییم که فلز سبک چیست و سبک‌ترین فلز جهان چیست؟

فلز سبک چیست؟

فلز سبک (light metal) به فلزی گفته می‌شود که چگالی آن کم باشد. به طور کلی، فلزاتی که چگالی آنها کمتر از 4.5 گرم بر سانتی‌متر مکعب باشد، جزء فلزات سبک به حساب می‌آیند.*معروف‌ترین فلزات سبک عبارتند از:

• آلومینیوم: آلومینیوم سومین عنصر فراوان در پوسته زمین است و به دلیل چگالی کم، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی، کاربردهای بسیار گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد.
• منیزیم: منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمین است و به دلیل چگالی بسیار کم (حدود 1.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب) سبک‌ترین فلز ساختاری رایج به حساب می‌آید. از منیزیم در ساخت قطعات خودرو، هواپیما و لوازم الکترونیکی استفاده می‌شود.
• تیتانیوم: تیتانیوم فلزی با استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی است که در ساخت هواپیما، تجهیزات پزشکی و ورزشی کاربرد دارد.
• بریلیم: بریلیم فلزی سبک و سمی است که به دلیل استحکام بالا و سختی زیاد در ساخت قطعاتی مانند فنر و ابزارهای غیر جرقه‌ای استفاده می‌شود.

سبک ترین فلز جهان چیست؟

لیتیوم سبک‌ترین فلز در جدول تناوبی است. چگالی لیتیوم 0.534 گرم بر سانتی‌متر مکعب است که حتی از آب (1 گرم بر سانتی‌متر مکعب) نیز کمتر است. به همین دلیل، لیتیوم روی آب و حتی روغن شناور می‌ماند. لیتیوم علاوه بر سبکی، خواص منحصر به فرد دیگری نیز دارد، از جمله رسانایی الکتریکی بالا، ظرفیت گرمایی بالا و واکنش‌پذیری بالا.

منابع لیتیوم عبارتند از کانسارهای لیتیوم و آب دریا. لیتیوم در کانی‌های مختلفی مانند اسپودومن، لپیدولیت و پتالیت یافت می‌شود. لیتیوم در آب دریا نیز به مقدار کم وجود دارد و می‌توان آن را از طریق استخراج از آب دریا به دست آورد.

سبک ترین فلز موجود در طبیعت یعنی لیتیم، در سال 1817 توسط یک شیمیدان سوئدی کشف شده است. همچنین امروزه معادن حاوی سنگ لیتیم معمولا در مناطقی از آفریقا و آمریکای جنوبی یافت می شود.

کاربردهای فلزات سبک

فلزات سبک به دلیل وزن کم، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای دارند. برخی از کاربردهای رایج فلزات سبک عبارتند از:

• صنعت حمل و نقل:
  • هواپیما: بدنه و قطعات هواپیماها به طور گسترده از آلومینیوم و تیتانیوم ساخته می‌شوند.
  • خودرو: در ساخت قطعات مختلف خودرو مانند موتور، شاسی و بدنه از آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم استفاده می‌شود.
  • کشتی: بدنه و سازه کشتی‌ها از آلومینیوم و فولاد آلیاژی ساخته می‌شوند.
  • قطار: بدنه و قطعات واگن‌های قطار از آلومینیوم و فولاد آلیاژی ساخته می‌شوند.
• صنعت ساخت و ساز:
  • درب و پنجره: درب و پنجره‌های آلومینیومی به دلیل سبکی، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی، بسیار پرکاربرد هستند.
  • سقف: سقف‌های آلومینیومی و کامپوزیت آلومینیومی به دلیل سبکی و مقاومت در برابر بارهای سنگین، در ساخت سوله‌ها و ساختمان‌های بزرگ استفاده می‌شوند.
  • اسکلت ساختمان: در ساخت اسکلت ساختمان‌های بلند از تیرچه‌های فولادی و بتنی با مقاطع بهینه‌سازی شده و همچنین از اتصالات فولادی سبک استفاده می‌شود.
• صنعت الکترونیک:
  • سیم و کابل: سیم‌های مسی روکش‌دار با آلومینیوم (ACSR) به دلیل رسانایی الکتریکی بالا و سبکی، در خطوط انتقال برق استفاده می‌شوند.
  • مدارهای الکتریکی: در ساخت مدارهای الکتریکی از فلزاتی مانند مس، طلا و نقره به دلیل رسانایی الکتریکی بالا استفاده می‌شود.
  • قطعات الکترونیکی: در ساخت قطعات الکترونیکی مانند خازن‌ها و مقاومت‌ها از فلزاتی مانند آلومینیوم و تیتانیوم استفاده می‌شود.
• صنایع ورزشی:
  • دوچرخه: بدنه و قطعات دوچرخه‌ها به طور گسترده از آلومینیوم و کربن ساخته می‌شوند.
  • راکت تنیس: بدنه راکت‌های تنیس از آلومینیوم و کربن ساخته می‌شود.
  • چوب گلف: چوب‌های گلف از آلومینیوم، تیتانیوم و کربن ساخته می‌شوند.

مزایای استفاده از فلزات سبک

فلزات سبک به دلیل وزن کم، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای دارند. برخی از مزایای استفاده از فلزات سبک عبارتند از:

• سبکی:
  • وزن کم فلزات سبک حمل و نقل آنها را آسان‌تر و مصرف انرژی را در جابجایی آنها به حداقل می‌رساند.
  • در صنعت حمل و نقل، استفاده از فلزات سبک به کاهش وزن نهایی محصول و بهینه‌سازی مصرف سوخت کمک می‌کند.
  • در صنعت ساخت و ساز، استفاده از فلزات سبک به کاهش وزن سازه و بهینه‌سازی اسکلت و پی ساختمان منجر می‌شود.
• استحکام:
  • بسیاری از فلزات سبک علی‌رغم وزن کم، از استحکام بالایی برخوردارند و می‌توان از آنها در ساخت سازه‌های مقاوم استفاده کرد.
  • به عنوان مثال، آلیاژهای تیتانیوم علی‌رغم وزن کم، از استحکام بالایی برخوردارند و در ساخت قطعات هواپیما و موتورهای جت به کار می‌روند.
• مقاومت در برابر خوردگی:
  • بسیاری از فلزات سبک مانند آلومینیوم و تیتانیوم در برابر خوردگی مقاوم هستند و می‌توان از آنها در محیط‌های خورنده استفاده کرد.
  • به عنوان مثال، ورق‌های آلومینیومی در ساخت سقف‌ها و نمای ساختمان‌ها به دلیل مقاومت در برابر باران و رطوبت کاربرد گسترده‌ای دارند.
• قابلیت بازیافت:
  • بسیاری از فلزات سبک مانند آلومینیوم و منیزیم قابلیت بازیافت دارند و می‌توان آنها را دوباره به چرخه تولید بازگرداند.
  • بازیافت فلزات سبک به حفظ منابع طبیعی و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی کمک می‌کند.
• سایر مزایا:
  • فلزات سبک رسانای الکتریکی و حرارتی خوبی هستند.
  • فلزات سبک قابلیت ماشین‌کاری و شکل‌دهی آسان دارند.
  • فلزات سبک در رنگ‌ها و طرح‌های مختلف موجود هستند.

فراوانی فلزات سبک

آلومینیوم فراوان‌ترین فلز و سومین عنصر فراوان موجود در پوسته زمین بعد از اکسیژن و سیلیکون است. دلایل فراوانی آلومینیوم عبارتند از: پایداری شیمیایی: آلومینیوم به طور طبیعی با اکسیژن ترکیب می‌شود و یک لایه اکسید آلومینیوم روی سطح خود ایجاد می‌کند که از آن در برابر خوردگی محافظت می‌کند. قابلیت بازیافت: آلومینیوم به راحتی قابل بازیافت است و می‌توان آن را بارها و بارها بدون افت کیفیت بازیافت کرد. فراوانی منابع: آلومینیوم در بیش از 270 نوع ماده معدنی یافت می‌شود و در خاک رس، بوکسیت و سنگ‌های آذرین موجود است.

منیزیم هشتمین و تیتانیوم نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین هستند. منیزیم فلزی سبک، سفید نقره‌ای و چگالی آن حدود 1.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. به دلیل سبکی، استحکام بالا و قابلیت بازیافت، در ساخت قطعات خودرو، هواپیما و لوازم الکترونیکی استفاده می‌شود. منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمین و سومین عنصر فراوان در آب دریا است. منیزیم در بیش از 60 نوع ماده معدنی یافت می‌شود و دولومیت و کارنالیت از مهم‌ترین منابع آن هستند.

تیتانیوم فلزی با استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و چگالی حدود 4.5 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. این فلز در ساخت هواپیما، تجهیزات پزشکی و ورزشی کاربرد دارد. تیتانیوم نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین و ششمین عنصر فراوان در فلزات است و در بیش از 70 نوع ماده معدنی یافت می‌شود و ایلمنیت و روتیل از مهم‌ترین منابع آن هستند.

برلیم نسبت به بسیاری از فلزات دیگر، کمیاب‌تر است و از لحاظ فراوانی در پوسته زمین، در رده 48 بین تمامی عناصر قرار می‌گیرد. دلایل کمیابی برلیم عبارتند از: ناپایداری هسته‌ای: ایزوتوپ‌های برلیم به جز 9Be ناپایدار هستند و به سرعت واپاشی می‌شوند. حلالیت کم: برلیم در آب و اسیدها حل نمی‌شود و استخراج آن دشوار است.

جمع‌بندی

آلیاژهای بر پایه تیتانیوم، منیزیم و آلومینیوم نسبت به دیگر فولادها خواص استحکام به وزن و سفتی به وزن بهتری دارند. و خاصیت سبکی مستقیما باعث افزایش استفاده از این آلیاژها برای کاربردهای گوناگون شده است. آلیاژهای سبک به طور کلی در سه دسته تجهیزات قابل حمل، صنعت حمل و نقل، تجهیزات ورزشی و تفریحی و لوازم الکترونیک کاربرد دارند. امروزه استفاده از فلزات سبک در سازه‌ها رشد قابل توجهی داشته که باعث کاهش وزن زیادی در محصولات شده است.

پرسش و پاسخ

فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 21 بهمن 1402