A fémek olyan anyagok, amelyeket az ember ősidők óta használt. Ez az anyagcsoport nagyon sok, de mindegyiknek közös fizikai jellemzői vannak, amelyeket általában fémes tulajdonságoknak neveznek.
A keménységük gyakori, de nem meghatározó. Konkrétabbak azok, amelyek a legpuhább fémekkel rendelkeznek. Ezeket a tulajdonságokat molekuláris szintű szerkezetük sajátosságai határozzák meg.
Fémek tulajdonságai
A vas és ötvözetei (acél, öntöttvas), réz, alumínium… Ezen anyagok felhasználása áttörést jelentett a tudományos és technológiai haladásban a civilizáció fejlődésének különböző szakaszaiban. Ezen fémek mindegyike olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek egyedi gyakorlati értéket adnak. Közös jellemzőjük a nagy hő- és elektromos vezetőképesség, a plaszticitás – az integritás megőrzése a deformáció során, a fémes csillogás.
A vaspáncélon átmetsző damasztpenge és a legpuhább fém, amelyen a legkisebb ütés nyomai is maradnak, hasonló belső szerkezetű. Ez egy kristályrácson alapul, amelynek csomópontjaiban atomok vannakpozitív és semleges töltés, amelyek között "elektrongáz" van - olyan részecskék, amelyek az atommaggal való kötés gyengülése miatt elhagyták az atomok külső héját. A kristályrács csomópontjain található pozitív ionok között speciális fémes kötés jön létre az "elektrongázban" fellépő vonzó erők miatt. A fém keménysége, sűrűsége és olvadáspontja ennek a "gáznak" a koncentrációjától függ.
Értékelési szempontok
A kérdésre adott válasz, hogy melyik fém a legpuhább, mindig vita tárgya lesz, hacsak nem állapodnak meg az értékelési kritériumokban, és nem határozzák meg magát a lágyság fogalmát. Az anyag ezen jellemzőiről a különböző iparágak szakemberei eltérőek lesznek. A kohász felfoghatja a lágyságot úgy, mint megnövekedett alakíthatóságot, hajlamot arra, hogy elfogadja a koptató anyagokból származó deformációt stb.
Az anyagkutatók számára fontos, hogy objektíven össze tudják hasonlítani az anyagok különböző jellemzőit. A lágyságnak általánosan elfogadott értékelési kritériumokkal kell rendelkeznie. A világ legpuhább fémének általánosan elismert mutatókkal kell rendelkeznie, amelyek bizonyítják "rekord" tulajdonságait. Számos módszer létezik a különböző anyagok lágyságának mérésére.
Mérési módszerek
A legtöbb tanúsított keménységmérési módszer a vizsgált anyag érintkezési hatásán alapul, precíziós műszerekkel mérve egy keményebb testről, az úgynevezett behúzóról. A behúzás típusától és a mérési módszerektől függően több fő létezikmódszerek:
- Brinell-módszer. Meg kell határozni annak a lenyomatnak az átmérőjét, amelyet egy fémgolyó a vizsgált anyag felületébe nyomva hagy.
- Rockwell-módszer. A golyó vagy a gyémánt kúp felületébe való bemélyedés mélységét mérik.
- Vickers-módszer. Meghatározzuk a gyémánt tetraéderes piramis által hagyott lenyomat területét.
- Shore-keménység. Léteznek skálák a nagyon kemény és nagyon puha anyagokhoz – egy speciális tű bemerülési mélységét vagy egy speciális ütőfelületről való visszapattanás magasságát mérik.
Mohs-keménységi skála
Az ásványok és fémek relatív keménységének meghatározására szolgáló skálát a 19. század elején a német Friedrich Moos javasolta. A karcolásos módszeren alapul, ahol a keményebb minta nyomot hagy a puhábbon, és nagyon kényelmes a legpuhább fém megállapításához. 10 referencia ásványhoz, amelyekhez feltételes keménységi indexet rendelnek, a vizsgált anyag skálán elfogl alt helyét és digitális indexét határozzák meg. A legpuhább referencia ásvány a talkum. Mohs-keménysége 1, a legkeményebbé, a gyémánté pedig 10.
A keménység Mohs-skálán történő értékelése a „puhább – keményebb” elven alapul. Azt, hogy például a Mohs-skálán 2,75-ös indexű alumínium például hányszor lágyabb a wolframnál (6,0), pontosan csak más módszereken alapuló mérési eredményekkel lehet megállapítani. De a periódusos rendszer legpuhább fémének meghatározásához ez a táblázat elegendő.
A legpuhábbak az alkálifémek
A Mohs-féle ásványtani skála alapján látható, hogy a legpuhábbak az alkálifémekkel rokon anyagok. Még a higanynak is, amelyet sokan a hőmérő folyadékából ismernek, keménységi indexe 1,5. Lágyabb nála több hasonló fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonságú anyag: lítium (0,6 a Mohs-skálán), nátrium (0,5), kálium (0, 4), rubídium (0, 3). A legpuhább fém a cézium, amelynek Mohs-keménységi skálája 0,2.
Az alkálifémek fizikai és kémiai tulajdonságait elektronikus konfigurációjuk határozza meg. Csak kis mértékben tér el az inert gázok szerkezetétől. A külső energiaszinten elhelyezkedő elektronnak van mobilitása, ami nagy kémiai aktivitást határoz meg. A legpuhább fémeket különleges illékonyság jellemzi, nehéz bányászni és változatlan formában megőrizni. Heves kémiai kölcsönhatásba lépnek levegővel, vízzel, oxigénnel.
55. tétel
A "cézium" név a latin caesius - "égkék" szóból származik: a nagyon forró anyag által kibocsátott spektrumban az infravörös tartományban két élénkkék csík látható. Tiszta formájában jól visszaveri a fényt, világos aranynak tűnik és ezüstössárga színű. A cézium a világ legpuhább féme, Brinell keménységi indexe 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Olvadáspont: +28,5°C, tehát normál körülmények között, szobahőmérsékleten a cézium félig folyékony állapotban van.
Ritkadrága és rendkívül reakcióképes fém. Az elektronikában, a rádiótechnikában és a csúcstechnológiás vegyiparban a cézium és az arra épülő ötvözetek egyre gyakrabban használatosak, és az igény is folyamatosan nő. Kémiai aktivitása, a legmagasabb elektromos vezetőképességű vegyületek képzési képessége igényes. A cézium fontos összetevője a speciális optikai eszközök, egyedi tulajdonságokkal rendelkező lámpák és egyéb high-tech termékek gyártásának. Ugyanakkor nem a puhaság a legkeresettebb tulajdonsága.
