Metalai yra tam tikros rūšies medžiagos, kurias žmonės naudojo nuo seniausių laikų. Šios grupės medžiagų yra labai daug, tačiau jos visos turi bendrų fizinių savybių, kurios paprastai vadinamos metalinėmis savybėmis.
Jų kietumas yra įprastas, bet ne lemiamas. Tikslesni yra kiti, kuriuos turi minkštiausias metalas. Šias savybes lemia jų struktūros ypatumai molekuliniame lygmenyje.
Metalų savybės
Geležis ir jos lydiniai (plienas, ketus), varis, aliuminis… Šių medžiagų naudojimas žymėjo mokslo ir technologijų pažangos proveržį įvairiais civilizacijos vystymosi etapais. Kiekvienas iš šių metalų turi savybių, suteikiančių jam unikalią praktinę vertę. Bendros jų savybės yra didelis šilumos ir elektros laidumas, plastiškumas – gebėjimas išlaikyti vientisumą deformacijos metu, metalinis blizgesys.
Damasko ašmenys, perrėžiantys geležinius šarvus ir minkščiausią metalą, ant kurio lieka pėdsakų nuo menkiausio smūgio, turi panašią vidinę struktūrą. Jis pagrįstas kristaline gardele, kurios mazguose yra atomai suteigiamas ir neutralus krūvis, tarp kurių yra „elektronų dujos“– dalelės, kurios paliko išorinius atomų apvalkalus dėl ryšio su branduoliu susilpnėjimo. Specialus metalinis ryšys tarp teigiamų jonų, esančių kristalinės gardelės mazguose, yra atliekamas dėl patrauklių jėgų, atsirandančių "elektroninėse dujose". Metalo kietumas, tankis, lydymosi temperatūra priklauso nuo šių „dujų“koncentracijos.
Vertinimo kriterijai
Atsakymas į klausimą, kuris metalas yra minkštiausias, visada bus diskusijų objektas, nebent bus susitarta dėl vertinimo kriterijų ir apibrėžta pati minkštumo sąvoka. Įvairių pramonės šakų specialistų nuomonė apie šią medžiagos savybę skirsis. Metalurgas gali suprasti minkštumą kaip padidėjusį lankstumą, polinkį susitaikyti su abrazyvinėmis medžiagomis ir pan.
Medžiagų mokslininkams svarbu turėti galimybę objektyviai palyginti skirtingas medžiagų charakteristikas. Minkštumas taip pat turėtų turėti visuotinai priimtus vertinimo kriterijus. Minkštiausias metalas pasaulyje turėtų turėti visuotinai pripažintus rodiklius, įrodančius jo „rekordines“savybes. Yra keli metodai, kuriais siekiama išmatuoti skirtingų medžiagų minkštumą.
Matavimo metodai
Dauguma sertifikuotų kietumo matavimo metodų yra pagrįsti kontaktiniu poveikiu bandomai medžiagai, išmatuota tiksliaisiais prietaisais, iš kietesnio korpuso, vadinamo įduba. Priklausomai nuo įdubos tipo ir matavimo metodų, yra keletas pagrindiniųmetodai:
- Brinelio metodas. Nustatomas įspaudo, kurį palieka metalinis rutulys, kai jis įspaudžiamas į bandomosios medžiagos paviršių, skersmuo.
- Rokvelio metodas. Matuojamas rutulio arba deimantinio kūgio paviršiaus įdubimo gylis.
- Vickers metodas. Nustatomas deimantinės tetraedrinės piramidės palikto atspaudo plotas.
- Šoro kietumas. Yra svarstyklės labai kietoms ir labai minkštoms medžiagoms – matuojamas specialios adatos panardinimo gylis arba atšokimo nuo specialaus smogtuvo paviršiaus aukštis.
Moho kietumo skalė
Šią skalę, skirtą santykiniam mineralų ir metalų kietumui nustatyti, XIX amžiaus pradžioje pasiūlė vokietis Friedrichas Moosas. Jis pagrįstas braižymo metodu, kai kietesnis mėginys palieka pėdsaką ant minkštesnio, ir labai patogu išsiaiškinti, kuris metalas yra minkštiausias. Kalbant apie 10 etaloninių mineralų, kuriems priskiriamas sąlyginis kietumo indeksas, tiriamajai medžiagai nustatoma vieta skalėje ir skaitmeninis indeksas. Minkštiausias etaloninis mineralas yra talkas. Jo kietumas pagal Mosą yra 1, o kiečiausias, deimantas, yra 10.
Kietumo vertinimas pagal Moso skalę remiasi principu „minkštesnis – kietesnis“. Tiksliai nustatyti, kiek kartų, pavyzdžiui, aliuminis, kurio indeksas pagal Moso skalę yra 2,75, yra minkštesnis už volframą (6,0), galima tik turint matavimo rezultatus, pagrįstus kitais metodais. Tačiau norint nustatyti minkščiausią metalą periodinėje lentelėje, pakanka šios lentelės.
Minkštiausi yra šarminiai metalai
Iš Moso mineraloginės skalės matyti, kad švelniausios yra su šarminiais metalais susijusios medžiagos. Net gyvsidabrio, daugeliui pažįstamo iš termometro skysčio, kietumo indeksas yra 1,5. Minkštesnės už jį yra kelios panašias fizines, mechanines ir chemines savybes turinčios medžiagos: ličio (0,6 pagal Moso skalę), natrio (0,5), kalio. (0, 4), rubidis (0, 3). Minkštiausias metalas yra cezis, kurio Moso kietumo skalė yra 0,2.
Fizikines ir chemines šarminių metalų savybes lemia jų elektroninė konfigūracija. Jis tik nežymiai skiriasi nuo inertinių dujų struktūros. Išoriniame energijos lygmenyje esantis elektronas turi mobilumą, o tai lemia didelį cheminį aktyvumą. Minkštiausiems metalams būdingas ypatingas lakumas, juos sunku išgauti ir išsaugoti nepakitusius. Jie turi stiprią cheminę sąveiką su oru, vandeniu, deguonimi.
Prekė 55
Pavadinimas „cezis“kilęs iš lotyniško caesius – „dangaus mėlynumo“: labai karštos medžiagos skleidžiamame spektre infraraudonųjų spindulių diapazone matomos dvi ryškiai mėlynos juostelės. Gryna forma gerai atspindi šviesą, atrodo kaip šviesus auksas ir yra sidabriškai geltonos spalvos. Cezis yra minkštiausias metalas pasaulyje, jo Brinelio kietumo indeksas yra 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Lydymosi temperatūra: +28,5°C, todėl normaliomis sąlygomis kambario temperatūroje cezis yra pusiau skystos būsenos.
Tai retabrangus ir itin reaktyvus metalas. Elektronikoje, radijo inžinerijoje ir aukštųjų technologijų chemijos pramonėje vis dažniau naudojamas cezis ir jo pagrindu pagaminti lydiniai, o jo poreikis nuolat auga. Reikalingas jo cheminis aktyvumas, galimybė sudaryti didžiausio elektros laidumo junginius. Cezis yra svarbus komponentas gaminant specialius optinius įrenginius, unikalias savybes turinčias lempas ir kitus aukštųjų technologijų produktus. Tuo pačiu metu minkštumas nėra pati paklausiausia jo savybė.
