فلز

در شیمی ، یک فلزی (یونانی: متالون) عنصری است که به راحتی یون های مثبت (کاتیونها) را تشکیل می دهد و پیوندهای فلزی دارد. فلزات گاهی اوقات به عنوان شبکه ای از یون های مثبت که توسط ابر الکترون های جدا شده احاطه شده اند ، توصیف می شوند. فلزات یکی از سه گروه از عناصر است که توسط خاصیت یونیزاسیون و پیوند آنها ، به همراه متالوئیدها و غیر فلزات متمایز می شود. در جدول تناوبی ، یک خط مورب کشیده شده از بور (B) به پولونیوم (PO) فلزات را از غیر متلها جدا می کند. عناصر موجود در این خط متالوئیدها هستند ، که گاهی اوقات نیمه متال ها نامیده می شوند. عناصر به سمت چپ پایین فلزات هستند. عناصر در سمت راست فوقانی هستند.

یک تعریف مدرن از فلزات این است که آنها در ساختار الکترونیکی خود دارای نوارهای هدایت همپوشانی و باند های Valence هستند. این تعریف دسته ای را برای پلیمرهای فلزی و سایر فلزات ارگانیک باز می کند ، که توسط محققان ساخته شده و در دستگاه های فناوری پیشرفته به کار گرفته شده است. این مواد مصنوعی غالباً بازتاب نقره ای خاکستری از فلزات ابتدایی دارند.

تعریف سنتی بر خصوصیات فله فلزات متمرکز است. آنها تمایل دارند که هادی های درخشان ، انعطاف پذیر ، قابل انعطاف و خوب از برق باشند ، در حالی که غیر متال ها به طور کلی شکننده هستند (برای غیر متال های جامد) ، فاقد درخشش و عایق هستند.

وقوع

عناصر غیر فلزی در زمین رایج تر از عناصر فلزی هستند ، اما فلزات در واقع بیشتر جدول تناوبی را تشکیل می دهند. برخی از فلزات محبوب عبارتند از: آلومینیوم ، مس ، طلا ، آهن ، سرب ، نقره ، تیتانیوم ، اورانیوم و روی.

خواص شیمیایی

بیشتر فلزات از نظر شیمیایی ناپایدار هستند و با اکسیژن موجود در هوا واکنش نشان می دهند تا اکسیدها را روی بازه های زمانی مختلف تشکیل دهند (به عنوان مثال زنگ های آهن در طی سالها و سوختگی پتاسیم در ثانیه). فلزات قلیایی به سرعت واکنش نشان می دهند و به دنبال فلزات زمین قلیایی ، که در دو گروه چپ از جدول تناوبی یافت می شود. فلزات انتقال بسیار طولانی تر به اکسیدان (مانند آهن ، مس ، روی ، نیکل) می روند. برخی دیگر مانند پالادیوم ، پلاتین و طلا به هیچ وجه با جو واکنش نشان نمی دهند. برخی از فلزات یک لایه سد اکسید را روی سطح خود تشکیل می دهند که نمی توانند توسط مولکول های اکسیژن بیشتر نفوذ کنند و در نتیجه ظاهر براق و هدایت خوب آنها را برای چندین دهه حفظ کنند (مانند آلومینیوم ، برخی از فولادها و تیتانیوم). اکسیدهای فلزات اساسی هستند (بر خلاف موارد غیر متالیلها ، که اسیدی هستند) ، اگرچه این ممکن است به جای یک وضعیت مطلق ، یک قانون شست در نظر گرفته شود.

رنگ آمیزی یا آنودایز کردن فلزات راه های خوبی برای جلوگیری از خوردگی آنهاست. با این حال، یک فلز واکنش پذیرتر در سری الکتروشیمیایی باید برای پوشش انتخاب شود، به خصوص زمانی که انتظار می رود براده شدن پوشش وجود داشته باشد. آب و دو فلز یک سلول الکتروشیمیایی را تشکیل می دهند و اگر پوشش کمتر از پوشش واکنش پذیر باشد، پوشش در واقع باعث خوردگی می شود.

مشخصات فیزیکی

به طور سنتی، فلزات دارای خواص فیزیکی مشخصی هستند: آنها معمولاً براق هستند (درخشندگی دارند)، چگالی بالایی دارند، انعطاف پذیر و چکش خوار هستند، معمولاً نقطه ذوب بالایی دارند، معمولاً سخت هستند و الکتریسیته و گرما را به خوبی هدایت می کنند. با این حال این عمدتا به این دلیل است که فلزات با چگالی کم، نرم و نقطه ذوب کم واکنش پذیر هستند و ما به ندرت با آنها در شکل عنصری و فلزی خود مواجه می شویم. فلزات صدا را به خوبی هدایت می کنند، یعنی صدایی دارند.

رسانایی الکتریکی و حرارتی فلزات از این واقعیت نشات می گیرد که در پیوند فلزی، الکترون های بیرونی اتم های فلز، گازی از الکترون های تقریبا آزاد را تشکیل می دهند که به صورت گاز الکترونی در پس زمینه بار مثبت تشکیل شده توسط هسته های یونی حرکت می کنند. پیش بینی های ریاضی خوب برای هدایت الکتریکی، و همچنین سهم الکترون ها در ظرفیت گرمایی و هدایت حرارتی فلزات را می توان از مدل الکترون آزاد محاسبه کرد، که ساختار دقیق شبکه یونی را در نظر نمی گیرد.

هنگام در نظر گرفتن ساختار نوار دقیق و انرژی اتصال یک فلز، لازم است پتانسیل مثبت ناشی از آرایش خاص هسته های یونی را در نظر گرفت - که در کریستال ها دوره ای است. مهمترین پیامد پتانسیل تناوبی، تشکیل یک شکاف نواری کوچک در مرز ناحیه بریلوین است. از نظر ریاضی، پتانسیل هسته های یونی در مدل الکترون تقریباً آزاد بررسی می شود.

آلیاژها

آلیاژ ترکیبی از دو یا چند عنصر در محلول جامد است که در آن مؤلفه اصلی یک فلز است. بیشتر فلزات خالص برای استفاده عملی بسیار نرم ، شکننده یا از نظر شیمیایی واکنش پذیر هستند. ترکیب نسبت های مختلف فلزات به عنوان آلیاژ ، خواص فلزات خالص را برای تولید خصوصیات مطلوب تغییر می دهد. هدف از ساخت آلیاژ این است که آنها را شکننده ، سخت تر ، مقاوم در برابر خوردگی یا داشتن رنگ و درخشش مطلوب تر کنیم. نمونه هایی از آلیاژها عبارتند از: فولاد (آهن و کربن) ، برنج (مس و روی) ، برنز (مس و قلع) و دورالومین (آلومینیوم و مس). آلیاژها که به ویژه برای برنامه های بسیار خواستار مانند موتورهای جت طراحی شده اند ، ممکن است بیش از ده عنصر داشته باشند.

فلز اصلی

در شیمی ، از اصطلاح فلز پایه به طور غیررسمی استفاده می شود تا به فلزی مراجعه کند که نسبتاً آسان اکسیده می شود و یا آن را خراب می کند ، و با اسید هیدروکلریک رقیق (HCL) به طور متغیر واکنش نشان می دهد تا هیدروژن تشکیل شود. نمونه ها شامل آهن ، نیکل ، سرب و روی است. مس یک فلز پایه در نظر گرفته می شود زیرا نسبتاً به راحتی اکسیده می شود ، اگرچه با HCL واکنش نشان نمی دهد. معمولاً در تقابل با فلز نجیب مورد استفاده قرار می گیرد.

در کیمیاگری ، یک فلز پایه یک فلز رایج و ارزان بود ، بر خلاف فلزات گرانبها ، عمدتا طلا و نقره. هدف دیرینه کیمیاگران انتقال فلزات پایه به فلزات گرانبها بود.

در numismatics ، سکه ها برای استخراج ارزش خود در درجه اول از محتوای فلز گرانبها استفاده می شوند. بیشتر ارزهای مدرن ارز فیات هستند که اجازه می دهد سکه ها از فلز پایه ساخته شوند.

فلز گرانبها

یک فلز گرانبها یک عنصر شیمیایی نادر فلزی با ارزش اقتصادی بالا است.

از نظر شیمیایی ، فلزات گرانبها نسبت به اکثر عناصر واکنش نشان می دهند ، دارای درخشش بالایی و هدایت الکتریکی بالایی هستند. از نظر تاریخی ، فلزات گرانبها به عنوان ارز مهم بودند ، اما اکنون عمدتاً به عنوان سرمایه گذاری و کالاهای صنعتی تلقی می شوند. طلا ، نقره ، پلاتین و پالادیوم هر کدام دارای کد ارز ISO 4217 هستند.

شناخته شده ترین فلزات گرانبها طلا و نقره است. در حالی که هر دو کاربرد صنعتی دارند ، اما به دلیل استفاده های خود در هنر ، جواهرات و سکه ها بهتر شناخته می شوند. سایر فلزات گرانبها شامل فلزات گروه پلاتین است: روتنیم ، رودیوم ، پالادیوم ، اسمیوم ، ایریدیم و پلاتین ، که پلاتین از آن بسیار معامله می شود. پلوتونیوم و اورانیوم نیز می توانند فلزات گرانبها در نظر گرفته شوند.

تقاضا برای فلزات گرانبها نه تنها به دلیل استفاده عملی آنها ، بلکه به دلیل نقش آنها به عنوان سرمایه گذاری و یک فروشگاه ارزش نیز هدایت می شود. پالادیوم ، از تابستان 2006 ، کمی زیر نیمی از قیمت طلا و پلاتین در حدود دو برابر طلا بود. نقره از نظر این فلزات بسیار ارزان تر است ، اما اغلب به طور سنتی به دلیل نقش خود در سکه و جواهرات ، یک فلز گرانبها در نظر گرفته می شود.

ستاره شناسی

در استفاده تخصصی از نجوم و اخترفیزیک ، از اصطلاح "فلز" استفاده می شود تا به هر عنصر دیگری غیر از هیدروژن یا هلیوم اشاره شود و شامل موادی به عنوان شیمیایی غیر فلزی مانند نئون ، فلوئور و اکسیژن است. از آنجا که دمای اجسام ستاره ای تقریباً هیچ ماده جامد یا مایع را امکان پذیر نمی کند و شیمی طبیعی کمی می تواند در دمایی وجود داشته باشد که تقریباً تمام پیوندهای شیمیایی را تجزیه می کند ، اصطلاح "فلز" به موادی اشاره دارد که ناشی از روند سه گلی است که بسیار کمیاب هستنداز هیدروژن و هلیوم در ستارگان در دنباله اصلی.