Metalen zijn een soort materialen die al sinds de oudheid door de mens worden gebruikt. Deze groep stoffen is zeer talrijk, maar ze hebben allemaal gemeenschappelijke fysieke kenmerken, die gewoonlijk metallische eigenschappen worden genoemd.
De hardheid onder hen is gebruikelijk, maar niet beslissend. Meer specifiek zijn andere die het zachtste metaal bezit. Deze eigenschappen worden bepaald door de eigenaardigheden van hun structuur op moleculair niveau.
Eigenschappen van metalen
IJzer en zijn legeringen (staal, gietijzer), koper, aluminium… Het gebruik van deze materialen betekende doorbraken in de wetenschappelijke en technologische vooruitgang in verschillende stadia van de ontwikkeling van de beschaving. Elk van deze metalen heeft eigenschappen die het een unieke praktische waarde geven. Gemeenschappelijke kenmerken voor hen zijn een hoge thermische en elektrische geleidbaarheid, plasticiteit - het vermogen om integriteit te behouden tijdens vervorming, metaalglans.
Het damastmes dat door ijzeren harnassen snijdt en het zachtste metaal, waarop sporen achterblijven van de minste impact, hebben een vergelijkbare interne structuur. Het is gebaseerd op een kristalrooster, met op de knooppunten atomen metpositieve en neutrale lading, waartussen zich een "elektrongas" bevindt - deeltjes die de buitenste schillen van atomen hebben verlaten vanwege een verzwakking van de binding met de kern. Een speciale metaalbinding tussen positieve ionen die zich op de knooppunten van het kristalrooster bevinden, wordt uitgevoerd vanwege de aantrekkende krachten die optreden in het "elektronengas". De hardheid, dichtheid, smeltpunt van het metaal hangen af van de concentratie van dit "gas".
Evaluatiecriteria
Het antwoord op de vraag welk metaal het zachtst is, zal altijd onderwerp van discussie zijn, tenzij de evaluatiecriteria zijn overeengekomen en het concept van zachtheid zelf is gedefinieerd. De mening over dit kenmerk van het materiaal zal voor specialisten in verschillende industrieën anders zijn. Een metallurg kan zachtheid begrijpen als een verhoogde kneedbaarheid, een neiging om vervorming door schurende materialen te accepteren, enz.
Voor materiaalwetenschappers is het belangrijk om verschillende eigenschappen van stoffen objectief te kunnen vergelijken. Zachtheid zou ook algemeen aanvaarde beoordelingscriteria moeten hebben. Het zachtste metaal ter wereld zou algemeen erkende indicatoren moeten hebben die zijn "record"-kenmerken bewijzen. Er zijn verschillende methoden om de zachtheid van verschillende materialen te meten.
Meetmethoden
De meeste gecertificeerde methoden voor het meten van hardheid zijn gebaseerd op de contactwerking op het te testen materiaal, gemeten met precisie-instrumenten, van een harder lichaam dat een indringer wordt genoemd. Afhankelijk van het type indenter en de meetmethoden zijn er verschillende hoofdmethoden:
- Brinell-methode. De diameter van de afdruk die een metalen bal achterlaat wanneer deze in het oppervlak van de teststof wordt gedrukt, wordt bepaald.
- Rockwell-methode. De diepte van de inkeping in het oppervlak van een bal of diamantkegel wordt gemeten.
- Vickers-methode. Het gebied van de afdruk achtergelaten door een diamanten tetraëdrische piramide wordt bepaald.
- Shore-hardheid. Er zijn schalen voor zeer harde en zeer zachte materialen - de diepte van onderdompeling van een speciale naald of de hoogte van terugkaatsing vanaf het oppervlak van een speciale spits wordt gemeten.
Mohs hardheidsschaal
Deze schaal voor het bepalen van de relatieve hardheid van mineralen en metalen werd aan het begin van de 19e eeuw voorgesteld door de Duitser Friedrich Moos. Het is gebaseerd op de krasmethode, waarbij een harder monster een merkteken achterlaat op een zachter exemplaar, en is erg handig om uit te zoeken welk metaal het zachtst is. In relatie tot 10 referentiemineralen, waaraan een voorwaardelijke hardheidsindex is toegekend, wordt voor de geteste stof een plaats in de schaal en een digitale index bepaald. Het zachtste referentiemineraal is talk. Het heeft een Mohs-hardheid van 1, en de hardste, diamant, is 10.
Evaluatie van de hardheid op de schaal van Mohs is gebaseerd op het principe "zachter - harder". Hoe vaak bijvoorbeeld aluminium, met een index op de Mohs-schaal van 2,75, precies zachter is dan wolfraam (6,0), is alleen met meetresultaten op basis van andere methoden exact te bepalen. Maar om het zachtste metaal in het periodiek systeem te bepalen, is deze tabel voldoende.
De zachtste zijn alkalimetalen
Van de mineralogische schaal van Mohs is te zien dat de zachtste stoffen zijn die verwant zijn aan alkalimetalen. Zelfs kwik, dat velen kennen van de vloeistof van een thermometer, heeft een hardheidsindex van 1,5. Zachter dan het zijn verschillende stoffen met vergelijkbare fysische, mechanische en chemische eigenschappen: lithium (0,6 op de schaal van Mohs), natrium (0,5), kalium (0, 4), rubidium (0, 3). Het zachtste metaal is cesium, dat een Mohs-hardheidsschaal van 0,2 heeft.
De fysische en chemische eigenschappen van alkalimetalen worden bepaald door hun elektronische configuratie. Het verschilt slechts in geringe mate van de structuur van inerte gassen. Een elektron dat zich op een extern energieniveau bevindt, heeft mobiliteit, wat een hoge chemische activiteit bepa alt. De zachtste metalen worden gekenmerkt door een bijzondere vluchtigheid, ze zijn moeilijk te ontginnen en onveranderd te bewaren. Ze hebben heftige chemische interacties met lucht, water, zuurstof.
Artikel 55
De naam "cesium" komt van het Latijnse caesius - "hemelsblauw": in het spectrum dat wordt uitgezonden door een zeer hete stof, zijn twee helderblauwe strepen zichtbaar in het infraroodbereik. In zijn pure vorm reflecteert het het licht goed, ziet het eruit als licht goud en heeft het een zilvergele kleur. Cesium is het zachtste metaal ter wereld, met een Brinell-hardheidsindex van 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Smeltpunt: +28,5°C, dus onder normale omstandigheden, bij kamertemperatuur, bevindt cesium zich in een halfvloeibare toestand.
Het is zeldzaamduur en extreem reactief metaal. In de elektronica, radiotechniek en de hightech chemische industrie worden cesium en legeringen die daarop zijn gebaseerd steeds meer gebruikt en de behoefte eraan groeit voortdurend. Er is veel vraag naar zijn chemische activiteit, het vermogen om verbindingen met de hoogste elektrische geleidbaarheid te vormen. Cesium is een belangrijk onderdeel bij de productie van speciale optische apparaten, lampen met unieke eigenschappen en andere hightech producten. Tegelijkertijd is zachtheid niet de meest gewilde kwaliteit.
