Metallit ovat eräänlaisia materiaaleja, joita ihmiset ovat käyttäneet muinaisista ajoista lähtien. Tämä aineryhmä on hyvin monipuolinen, mutta niillä kaikilla on yhteiset fysikaaliset ominaisuudet, joita kutsutaan yleisesti metallisiksi ominaisuuksiksi.
Niiden kovuus on yleinen, mutta ei ratkaiseva. Tarkempia ovat muut, mitä pehmeimmällä metallilla on. Nämä ominaisuudet määräytyvät niiden rakenteen erityispiirteistä molekyylitasolla.
Metallien ominaisuudet
Rauta ja sen seokset (teräs, valurauta), kupari, alumiini… Näiden materiaalien käyttö merkitsi läpimurtoja tieteen ja teknologian kehityksessä sivilisaation eri kehitysvaiheissa. Jokaisella näistä metalleista on ominaisuuksia, jotka antavat sille ainutlaatuisen käytännön arvon. Niiden yhteisiä ominaisuuksia ovat korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, plastisuus - kyky säilyttää eheys muodonmuutoksen aikana, metallinen kiilto.
Rautapanssarin ja pehmeimmän metallin läpi leikkaavalla damaskin terällä, johon jää jäljet pienimmästäkin iskusta, on samanlainen sisäinen rakenne. Se perustuu kidehilaan, jonka solmuissa on atomejapositiivinen ja neutraali varaus, joiden välillä on "elektronikaasu" - hiukkaset, jotka ovat lähteneet atomien ulkokuorista sidoksen heikkenemisen vuoksi ytimeen. Erityinen metallisidos positiivisten ionien välillä, jotka sijaitsevat kidehilan solmuissa, suoritetaan "elektronikaasussa" syntyvien houkuttelevien voimien vuoksi. Metallin kovuus, tiheys ja sulamispiste riippuvat tämän "kaasun" pitoisuudesta.
Arviointikriteerit
Vastaus kysymykseen, mikä metalli on pehmein, on aina keskustelun aiheena, ellei arviointikriteereistä sovita ja itse pehmeyden käsitettä ei määritellä. Eri teollisuudenalojen asiantuntijoiden mielipide tästä materiaalin ominaisuudesta on erilainen. Metallurgi voi ymmärtää pehmeyden lisääntyneeksi muokattavuudeksi, taipumukseksi hyväksyä muodonmuutoksia hankaavista materiaaleista jne.
Materiaalitutkijoille on tärkeää pystyä vertailemaan objektiivisesti aineiden eri ominaisuuksia. Pehmeydellä tulisi olla myös yleisesti hyväksytyt arviointikriteerit. Maailman pehmeimmällä metallilla pitäisi olla yleisesti tunnustetut indikaattorit, jotka osoittavat sen "ennätysominaisuudet". On olemassa useita menetelmiä, joilla pyritään mittaamaan eri materiaalien pehmeyttä.
Mittausmenetelmät
Useimmat sertifioidut kovuuden mittausmenetelmät perustuvat testattavan materiaalin kosketukseen, joka mitataan tarkkuusinstrumenteilla kovemmasta kappaleesta, jota kutsutaan sisennykseksi. Riippuen sisennyksen tyypistä ja mittausmenetelmistä on useita pääasiallisiamenetelmät:
- Brinell-menetelmä. Määritetään metallipallon jättämän jäljen halkaisija, kun se painetaan testiaineen pintaan.
- Rockwell-menetelmä. Pallon tai timanttikartion pintaan painumisen syvyys mitataan.
- Vickersin menetelmä. Timanttitetraedrisen pyramidin jättämän jäljen pinta-ala määritetään.
- Shore-kovuus. On olemassa vaakoja erittäin koville ja erittäin pehmeille materiaaleille - mitataan erikoisneulan upotussyvyys tai pomppimiskorkeus erityisen iskun pinnasta.
Mohsin kovuusasteikko
Tämän asteikon mineraalien ja metallien suhteellisen kovuuden määrittämiseksi ehdotti 1800-luvun alussa saksalainen Friedrich Moos. Se perustuu raaputusmenetelmään, jossa kovempi näyte jättää jäljen pehmeämpään ja on erittäin kätevä selvittää, mikä metalli on pehmein. 10 vertailumineraalien os alta, joille on määritetty ehdollinen kovuusindeksi, testattavalle aineelle määritetään paikka asteikolla ja digitaalinen indeksi. Pehmein vertailumineraali on talkki. Sen Mohs-kovuus on 1, ja vaikein, timantti, on 10.
Kovuuden arviointi Mohsin asteikolla perustuu periaatteeseen "pehmeämpi - kovempi". Vain muihin menetelmiin perustuvilla mittaustuloksilla voidaan määrittää tarkasti, kuinka monta kertaa esimerkiksi alumiini, jonka indeksi Mohsin asteikolla on 2,75, on pehmeämpää kuin volframi (6,0). Mutta tämä taulukko riittää jaksollisen taulukon pehmeimmän metallin määrittämiseen.
Pehmeimpiä ovat alkalimetallit
Mohsin mineralogisen asteikon perusteella voidaan nähdä, että pehmeimmät ovat alkalimetalleihin liittyvät aineet. Jopa monille lämpömittarin nesteestä tutun elohopean kovuusindeksi on 1,5. Sitä pehmeämpiä ovat useat aineet, joilla on samanlaiset fysikaaliset, mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet: litium (0,6 Mohsin asteikolla), natrium (0,5), kalium (0, 4), rubidium (0, 3). Pehmein metalli on cesium, jonka Mohsin kovuusasteikko on 0,2.
Alkalimetallien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet määräytyvät niiden elektronisen konfiguraation mukaan. Se eroaa vain vähän inerttien kaasujen rakenteesta. Ulkoisella energiatasolla sijaitsevalla elektronilla on liikkuvuutta, mikä määrää korkean kemiallisen aktiivisuuden. Pehmeimmille metalleille on ominaista erityinen haihtuvuus, niitä on vaikea louhia ja säilyttää muuttumattomina. Niillä on voimakasta kemiallista vuorovaikutusta ilman, veden ja hapen kanssa.
Tuote 55
Nimi "cesium" tulee latinan sanasta caesius - "taivaansininen": erittäin kuuman aineen lähettämässä spektrissä infrapuna-alueella näkyy kaksi kirkkaan sinistä raitaa. Puhtaassa muodossaan se heijastaa valoa hyvin, näyttää vaale alta kull alta ja väriltään hopeankeltainen. Cesium on maailman pehmein metalli, jonka Brinell-kovuusindeksi on 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Sulamispiste: +28,5°C, joten normaaliolosuhteissa huoneenlämmössä cesium on puolinestemäisessä tilassa.
Se on harvinaistakallis ja erittäin reaktiivinen metalli. Elektroniikassa, radiotekniikassa ja korkean teknologian kemianteollisuudessa cesiumia ja siihen perustuvia seoksia käytetään yhä enemmän ja sen tarve kasvaa jatkuvasti. Sen kemiallinen aktiivisuus, kyky muodostaa yhdisteitä, joilla on korkein sähkönjohtavuus, ovat kysyttyjä. Cesium on tärkeä komponentti erikoisoptisten laitteiden, ainutlaatuisten ominaisuuksien lamppujen ja muiden korkean teknologian tuotteiden tuotannossa. Samaan aikaan pehmeys ei ole sen halutuin ominaisuus.
