فلز: از قلب کوه‌ها تا زندگی روزمره
فلزات چه هستند و از کجا می‌آیند؟
فلزات موادی هستند که به طور طبیعی در پوسته زمین یافت می‌شوند. ما آن‌ها را به صورت سنگ‌معدن6 استخراج می‌کنیم. برای مثال، آهن از سنگ‌معدن هماتیت و آلومینیوم از سنگ‌معدن بوکسیت به دست می‌آید. تصور کنید که یک معدنچی، سنگ‌هایی را از زمین بیرون می‌آورد که حاوی ذرات ریز فلز هستند. سپس در کارخانه، این سنگ‌ها طی فرآیندی به نام ذوب، گرمای بسیار زیادی می‌بینند تا فلز خالص از ناخالصی‌هایش جدا شود، درست مثل ذوب کردن یخ برای به دست آوردن آب.
| نام فلز | نقطه ذوب (°C) | کاربرد نمونه |
|---|---|---|
| جیوه | -39 | ترمومتر (دماسنج) |
| قلع | 232 | لعاب‌کاری ظروف |
| آلومینیوم | 660 | قاب پنجره، فویل |
| مس | 1085 | سیم برق |
| آهن | 1538 | اسکلت ساختمان |
| تنگستن | 3422 | فیلامان لامپ |
ویژگی‌های منحصر به فرد فلزات
فلزات به دلیل ساختار اتمی خاص خود، خواص مشترک و جالبی دارند. اتم‌های فلزات به گونه‌ای آرایش یافته‌اند که الکترون‌های آزاد می‌توانند به راحتی بین آن‌ها حرکت کنند. این الکترون‌های آزاد، کلید درک بسیاری از خواص فلزات هستند.
رسانایی الکتریکی و گرمایی: همان الکترون‌های آزاد هستند که مسئول رسانایی بالای گرما و الکتریسیته در فلزات می‌باشند. وقتی یک سر سیم مسی را به باتری وصل می‌کنید، الکترون‌های آزاد، بار الکتریکی را به سرعت از یک سر به سر دیگر منتقل می‌کنند. به طور مشابه، وقتی یک قاشق فلزی را در یک فنجان چای داغ قرار می‌دهید، همین الکترون‌ها و ارتعاش اتم‌ها، گرما را به سرعت درون قاشم پخش می‌کنند و دسته آن نیز داغ می‌شود.
چکش‌خواری و مفتول‌پذیری: فلزات می‌توانند تحت فشار، تغییر شکل دهند بدون آن که بشکنند. به این خاصیت، چکش‌خواری (قابلیت تبدیل به ورق‌های نازک) و مفتول‌پذیری (قابلیت تبدیل به سیم‌های نازک) می‌گویند. یک آهنگر می‌تواند یک تکه آهن گداخته را با چکش به شکل تیغه شمشیر درآورد. طلاسازان نیز از این خاصیت استفاده کرده و طلا را به ورقه‌های بسیار نازک تبدیل می‌کنند.
جلا و درخشندگی: سطح تازه و صیقلی اکثر فلزات، نور را به خوبی بازمی‌تاباند و باعث درخشندگی آن‌ها می‌شود. به آینه‌های نقره‌ای یا جواهرات طلا فکر کنید.
فلزات در خدمت فناوری و زندگی مدرن
حالا که با ویژگی‌های فلزات آشنا شدیم، بهتر می‌توانیم کاربردهای گسترده آن‌ها را درک کنیم. هر وسیله‌ای که استفاده می‌کنیم، احتمالاً بخشی از آن از یک فلز ساخته شده است.
صنعت ساختمان‌سازی متکی به استحکام آهن و فولاد است. اسکلت آسمان‌خراش‌ها، پل‌ها و خانه‌ها از فولاد ساخته می‌شود. در صنعت برق و الکترونیک، از مس و آلومینیوم برای ساخت سیم‌ها و کابل‌ها استفاده می‌شود زیرا رسانای بسیار خوبی هستند. پردازنده‌ی داخل کامپیوتر شما روی یک بستر سیلیکونی (که یک شبه‌فلز است) ساخته شده و با لایه‌های نازکی از فلزات مانند طلا و آلومینیوم به هم متصل شده‌اند.
در حمل و نقل، بدنه خودروها، قطارها، هواپیماها و کشتی‌ها از فلزات مختلفی مانند فولاد، آلومینیوم و منیزیم ساخته می‌شوند. آلومینیوم به دلیل سبکی و استحکام نسبی، برای ساخت بدنه هواپیما ایده‌آل است. حتی در بسته‌بندی مواد غذایی نیز از فلزاتی مانند آلومینیوم (قوطی نوشابه و فویل) و فولاد (قوطی کنسرو) استفاده می‌شود.
پرسش‌های متداول و باورهای نادرست
خیر. این یک باور رایج اما نادرست است. در حالی که فلزاتی مانند سرب و طلا بسیار سنگین هستند، فلزاتی مانند لیتیوم، سدیم و پتاسیم حتی روی آب شناور می‌مانند! آلومینیوم نیز فلزی نسبتاً سبک است که در ساخت هواپیما استفاده می‌شود.
زنگ زدن یک واکنش شیمیایی است که عمدتاً برای آهن و فولاد رخ می‌دهد. وقتی آهن با اکسیژن و رطوبت هوا تماس پیدا می‌کند، اکسید آهن تشکیل می‌شود که همان زنگ قرمز رنگ است. این فرآیند با معادله شیمیایی ساده‌ای نشان داده می‌شود: $ 4Fe + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 $. فلزاتی مانند طلا و آلومینیوم در برابر این نوع خوردگی مقاوم‌تر هستند.
بله! جیوه تنها فلزی است که در دمای اتاق به حالت مایع وجود دارد. از این رو در ساخت دماسنج‌های قدیمی استفاده می‌شد. همچنین اگر فلزاتی مانند گالیم را در دست بگیرید، با گرمای بدن شما ذوب می‌شوند و به مایع تبدیل می‌شوند.
پاورقی
1 فلزات (Metals)
2 چکش‌خواری (Malleability)
3 رسانایی الکتریکی (Electrical Conductivity)
4 رسانایی گرمایی (Thermal Conductivity)
5 نقطه ذوب و جوش بالا (High Melting and Boiling Points)
6 سنگ معدن (Ore)