Metaler er en type materialer, der er blevet brugt af mennesker siden oldtiden. Denne gruppe af stoffer er meget talrig, men de har alle fælles fysiske egenskaber, som almindeligvis kaldes metalliske egenskaber.
Hårdheden blandt dem er almindelig, men ikke afgørende. Mere specifikke er andre, som det blødeste metal besidder. Disse egenskaber er bestemt af de særlige forhold ved deres struktur på molekylært niveau.
Egenskaber af metaller
Jern og dets legeringer (stål, støbejern), kobber, aluminium… Brugen af disse materialer markerede gennembrud i videnskabelige og teknologiske fremskridt på forskellige stadier af civilisationens udvikling. Hvert af disse metaller har egenskaber, der giver det en unik praktisk værdi. Fælles træk for dem er høj termisk og elektrisk ledningsevne, plasticitet - evnen til at opretholde integritet under deformation, metallisk glans.
Damaskklingen, der skærer gennem jernpanser, og det blødeste metal, hvorpå der forbliver spor fra det mindste stød, har en lignende indre struktur. Den er baseret på et krystalgitter, i hvis knudepunkter er atomer medpositiv og neutral ladning, mellem hvilke der er en "elektrongas" - partikler, der har forladt de ydre skaller af atomer på grund af en svækkelse af bindingen til kernen. En speciel metallisk binding mellem positive ioner placeret ved krystalgitterets noder udføres på grund af de tiltrækningskræfter, der opstår i "elektrongassen". Metallets hårdhed, massefylde, smeltepunkt afhænger af koncentrationen af denne "gas".
Evalueringskriterier
Svaret på spørgsmålet om, hvilket metal der er det blødeste, vil altid være genstand for diskussion, medmindre evalueringskriterierne er aft alt og selve begrebet blødhed er defineret. Meningen om denne egenskab af materialet vil være forskellig for specialister i forskellige industrier. En metallurg kan måske forstå blødhed som øget formbarhed, en tendens til at acceptere deformation fra slibende materialer osv.
For materialeforskere er det vigtigt at være i stand til objektivt at sammenligne forskellige egenskaber ved stoffer. Blødhed bør også have generelt accepterede evalueringskriterier. Det blødeste metal i verden burde have generelt anerkendte indikatorer, der beviser dets "rekord" egenskaber. Der er flere metoder, der sigter mod at måle blødheden af forskellige materialer.
Målemetoder
De fleste af de certificerede metoder til måling af hårdhed er baseret på kontaktvirkningen på materialet under test, målt med præcisionsinstrumenter, fra en hårdere krop kaldet en indenter. Afhængigt af typen af indenter og af målemetoderne er der flere hovedmetoder:
- Brinell-metoden. Diameteren af aftrykket efterladt af en metalkugle, når den presses ind i overfladen af teststoffet, bestemmes.
- Rockwell-metoden. Dybden af fordybningen i overfladen af en kugle eller diamantkegle måles.
- Vickers metode. Arealet af aftrykket efterladt af en tetraedrisk diamantpyramide bestemmes.
- Shore hårdhed. Der er skalaer til meget hårde og meget bløde materialer - dybden af nedsænkning af en speciel nål eller højden af tilbageslag fra overfladen af en speciel angriber måles.
Mohs hårdhedsskala
Denne skala til at bestemme den relative hårdhed af mineraler og metaller blev foreslået i begyndelsen af det 19. århundrede af tyskeren Friedrich Moos. Den er baseret på skrabemetoden, hvor en hårdere prøve efterlader et mærke på en blødere, og er meget praktisk til at finde ud af, hvilket metal der er det blødeste. I forhold til 10 referencemineraler, som tildeles et betinget hårdhedsindeks, bestemmes en plads i skalaen og et digit alt indeks for det testede stof. Det blødeste referencemineral er talkum. Den har en Mohs hårdhed på 1, og den hårdeste, diamant, er 10.
Evaluering af hårdhed på Mohs-skalaen er baseret på princippet "blødere - hårdere". Det er muligt at bestemme præcist hvor mange gange aluminium, som har et indeks på Mohs skalaen på 2,75, er blødere end wolfram (6,0), kun med måleresultater baseret på andre metoder. Men for at bestemme det blødeste metal i det periodiske system er denne tabel nok.
De blødeste er alkalimetaller
Fra Mohs mineralogiske skala kan det ses, at de blødeste er stoffer relateret til alkalimetaller. Selv kviksølv, som mange kender fra væsken fra et termometer, har et hårdhedsindeks på 1,5. Blødere end det er flere stoffer med lignende fysiske, mekaniske og kemiske egenskaber: lithium (0,6 på Mohs-skalaen), natrium (0,5), kalium (0, 4), rubidium (0, 3). Det blødeste metal er cæsium, som har en Mohs hårdhedsskala på 0,2.
Alkalimetallers fysiske og kemiske egenskaber bestemmes af deres elektroniske konfiguration. Det adskiller sig kun lidt fra strukturen af inerte gasser. En elektron placeret på et eksternt energiniveau har mobilitet, som bestemmer høj kemisk aktivitet. De blødeste metaller er kendetegnet ved en særlig flygtighed, de er svære at udvinde og bevare uændret. De har voldsomme kemiske interaktioner med luft, vand, ilt.
Vare 55
Navnet "cesium" kommer fra det latinske caesius - "himmelblå": i spektret, der udsendes af et meget varmt stof, er to klare blå striber synlige i det infrarøde område. I sin rene form reflekterer den lyset godt, ligner lys guld og har en sølvgul farve. Cæsium er det blødeste metal i verden med et Brinell hårdhedsindeks på 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Smeltepunkt: +28,5°C, så under normale forhold, ved stuetemperatur, er cæsium i en semi-flydende tilstand.
Det er sjældentdyrt og ekstremt reaktivt metal. Inden for elektronik, radioteknik og højteknologisk kemisk industri bruges cæsium og legeringer baseret på det i stigende grad, og behovet for det vokser konstant. Dets kemiske aktivitet, evnen til at danne forbindelser med den højeste elektriske ledningsevne er efterspurgt. Cæsium er en vigtig komponent i produktionen af specielle optiske enheder, lamper med unikke egenskaber og andre højteknologiske produkter. Samtidig er blødhed ikke dens mest eftertragtede kvalitet.
