02142214

جدول فلزات و آلیاژهای مهم و کاربردهای آنها

آیا تابه‌حال به این فکر کرده‌اید که فلزاتی که در زندگی روزمره از آن‌ها استفاده می‌کنیم، از کجا آمده‌اند؟ یا اینکه زمان پیدایش آن‌ها چه تاریخی بوده است؟ آهن آلات و فولادی که در پل‌ها و ساختمان‌ها به کار می‌روند، طلایی که در جواهرات می‌درخشد، یا حتی مس که جریان برق را در سیم‌ها هدایت می‌کند، همه این عناصر داستانی شگفت‌انگیز دارند که میلیاردها سال پیش، در اعماق کیهان آغاز شده است. در این مقاله شما را با داستان شگفت‌انگیز پیدایش عناصر آشنا خواهیم کرد و سپس با معرفی جدول انواع فلزات، مشخصات و کاربردهای هر یک را بررسی می‌کنیم.

 

تاریخچه پیدایش عناصر مختلف

برای یافتن مبدأ پیدایش عناصر، باید سفری در زمان انجام دهیم! آن‌هم درست به لحظه خلق جهان، بیگ بنگ! بیگ بنگ یا انفجار عظیم که مبدأ شروع زمان و خلقت هستی است (زمان از لحظه بیگ بنگ معنا پیدا می‌کند و بررسی اینکه قبل از آن چه چیزی بوده بی‌مفهوم است!) موجب پیدایش نخستین عنصر شد، یعنی هیدروژن. این عنصر سبک‌ترین عنصر جهان بوده و تنها از یک پروتون تشکیل شده است.

سپس در همان لحظات نخست آغاز هستی (زمانی بسیار کمتر از 1 ثانیه!)، به دلیل دمای بسیار بالا (تا چند میلیون درجه سانتی‌گراد)، اتم‌های هیدروژن به هم پیوسته و هلیوم را تشکیل دادند که دومین عنصر است. در این زمان مقادیر بسیار ناچیزی از لیتیوم و برلیوم نیز تشکیل شدند و سایر عناصر به دلیل گسترش سریع کیهان و کاهش دما، قابلیت شکل‌گیری نداشتند. این دو عنصر ستارگان را تشکیل داند و به همین دلیل به هلیوم، سوخت ستاره‌ها نیز گفته می‌شود.

ستارگان هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کردند و با ادامه این فرآیند همجوشی، عناصر سنگین‌تر همچون کربن، نیتروژن و اکسیژن تولید شدند. وقتی ستارگان به پایان عمر خود می‌رسند و سوخت آن‌ها تمام می‌شود، دچار انفجار شده و در اثر فرآیند ابرنواختر، عناصر سنگین‌تر را ایجاد می‌کنند. این عناصر شامل آهن، نیکل، مس، نقره، طلا، سرب و اورانیوم می‌شوند.

سپس عناصر ساخته‌شده در ستارگان و ابرنواخترها، در ابرهای گازی پراکنده شدند و نهایتاً منظومه شمسی و زمین را شکل دادند. عناصر سنگین‌تر مانند آهن و نیکل هسته زمین را تشکیل دادند، درحالی‌که عناصر سبک‌تر در سطح سیاره باقی ماندند. سایر عناصر و فلزات نیز در پوسته زمین و یا در آزمایشگاه توسط بشر ساخته‌شده‌اند.

 

جدول انواع فلزات

تمامی عناصر موجود در جهان در سه دسته طبقه‌بندی می‌شوند که عبارت‌اند از فلزات، نافلزات و شبه فلزات. دراین‌بین، فلزات عموماً درخشندگی دارند، متراکم هستند، چکش‌خوار و انعطاف‌پذیر بوده و رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته هستند. آن‌ها ممکن است از جهات دیگری متفاوت باشند، اما این ویژگی‌ها تقریباً در تمامی آن‌ها یافت می‌شود.

در ادامه جدول انواع فلزات آورده شده و در آن به مشخصه‌ها و کاربردهای هر یک پرداخته شده است.

جدول انواع فلزات  

طبقه بندی فلزات بر اساس مقدار آهن

فلزات به دو صورت طبقه‌بندی می‌شوند. یکی بر اساس ساختار اتمی که همان چیزی است که در جدول تناوبی عناصر می‌بینیم و دیگری بر اساس برخورداری یا عدم برخورداری از آهن. نوع دوم طبقه‌بندی یعنی اینکه فلز یا آلیاژ آهنی است یا غیر آهنی رایج‌تر است.

 

فلزات و آلیاژهای آهنی

تقریباً 90 درصد از آلیاژهای ساخته‌شده از فلزات، آهنی هستند، مثل فولاد. کلمه "آهنی" از کلمه لاتین "ferrum" به معنی "آهن" گرفته شده است. آلیاژهای آهنی شامل فولاد، چدن و همچنین آلیاژهای آهن با سایر فلزات نظیر کروم و نیکل یا همان انواع فولاد ضد زنگ می‌شوند. ویژگی‌های این آلیاژها عبارت‌اند از:

  • ماندگاری و دوام طولانی
  • استحکام کششی بالا
  • هدایت الکتریکی بسیار خوب
  • قابل بازیافت
  • دارای خاصیت مغناطیسی
  • معمولاً نقره‌ای‌رنگ
  • مقاومت در برابر خوردگی (در حالت آهن و فولاد کم و در حالت استیل زیاد)
 

فلزات آهنی مانند چدن و آهن فرفورژه یا فولاد کربنی به دلیل استحکام کششی و دوام خود معروف هستند. درنتیجه، آن‌ها به‌طور گسترده در صنعت ساخت‌وساز استفاده می‌شوند. مقاطعی نظیر میلگرد، تیرآهن، انواع ورق‌ها، پروفیل، نبشی، ناودانی و انواع لوله‌ها از فلزات آهنی از نوع فولاد کربنی ساخته می‌شوند. فلزات آهنی همچنین در حمل‌ونقل، لوله‌کشی، اتومبیل، راه‌آهن و طیف وسیعی از ابزارهای تجاری و خانگی یافت می‌شوند.

انواع فلزات آهنی و غیر آهنی

فلزات و آلیاژهای غیر آهنی

فلزات غیر آهنی آلیاژها یا فلزاتی هستند که در ترکیب شیمیایی آن‌ها یا آهن اصلاً وجود ندارد یا به مقدار خیلی کم یافت می‌شود. آن‌ها به دلیل وزن سبک‌تر، از فلزات آهنی گران‌تر هستند. سایر مشخصات آلیاژهای غیر آهنی عبارت‌اند از:

  • خواص غیر مغناطیسی
  • ساخت آسان (ازجمله ماشین‌کاری، ریخته‌گری و جوشکاری)
  • مقاومت بالا در برابر خوردگی
  • هدایت حرارتی و الکتریکی خوب
  • چگالی کم
  • غیر مغناطیسی
 

فلزات غیر آهنی معمولاً از مواد معدنی مانند کربنات‌ها، سیلیکات‌ها و سولفیدها قبل از تصفیه از طریق الکترولیز به دست می‌آیند. آن‌ها شامل آلومینیوم، مس، سرب، نیکل، قلع، تیتانیوم و روی و همچنین آلیاژهای مس مانند برنج و برنز هستند. سایر فلزات غیر آهنی کمیاب یا گران‌بها عبارت‌اند از طلا، نقره، پلاتین، کبالت، جیوه، تنگستن، لیتیوم و زیرکونیوم.

فلزات غیر آهنی برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای تجاری، صنعتی و مسکونی استفاده می‌شود. برخی مانند آلیاژهای آلومینیوم یا تیتانیوم می‌توانند جایگزین فولاد شوند. بااین‌حال، آن‌ها اغلب گران‌تر هستند و برای ویژگی‌های خاص خود بهتر به کار می‌روند. با تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی بیشتر آشنا شوید.

 

طبقه بندی انواع فلزات بر اساس جدول تناوبی

جدول تناوبی عناصر، سیستمی سازمان‌یافته برای نمایش تمام عناصر شیمیایی شناخته‌شده است که بر اساس عدد اتمی، آرایش الکترونی و خواص شیمیایی مرتب‌شده‌اند. این جدول توسط دیمیتری مندلیف در سال ۱۸۶۹ ارائه شد و امروزه یکی از مهم‌ترین ابزارهای علمی در شیمی، فیزیک و مهندسی مواد محسوب می‌شود.

عناصر در این جدول به دسته‌های فلزات، نافلزات و شبه‌فلزات تقسیم می‌شوند و در گروه‌ها (ستون‌ها) و دوره‌ها (ردیف‌ها) قرار دارند که ویژگی‌های مشابهی دارند. جدول تناوبی نه‌تنها به ما در شناخت خواص عناصر کمک می‌کند، بلکه ارتباط بین آن‌ها را نیز نشان می‌دهد و پایه‌ای برای کشف مواد جدید و طراحی آلیاژهای پیشرفته است. طبقه‌بندی انواع فلزات بر اساس جدول تناوبی به‌صورت زیر است.

انواع فلزات در جدول

انواع فلزات قلیایی

فلزات قلیایی در ستون اول از سمت چپ جدول تناوبی قرار دارند. آن‌ها فلزات نرمی هستند که واکنش‌پذیری بالایی داشته و دارای یک الکترون در بیرونی‌ترین لایه الکترونی خود هستند.

انواع فلزات قلیایی عبارت‌اند از:

  • لیتیوم
  • سدیم
  • پتاسیم
  • روبیدیم
  • سزیم
  • فرانسیم
 

انواع فلزات قلیایی خاکی

فلزات قلیایی خاکی در ستون دوم از سمت چپ جدول تناوبی جای گرفته‌اند. آن‌ها به‌طورکلی سخت‌تر و چگال تر از فلزات قلیایی هستند، دارای 2 الکترون در بیرونی‌ترین لایه الکترونی خود هستند و هرکدام یک رنگ مشخص در اثر اشتعال ایجاد می‌کنند.

انواع فلزات قلیایی خاکی عبارت‌اند از:

  • برلیوم
  • منیزیم
  • کلسیم
  • استرانسیوم
  • باریم
  • رادیوم
 

انواع فلزات واسطه

فلزات واسطه در مرکز جدول تناوبی یافت می‌شوند. آن‌ها گاهی اوقات فلزات سنگین نیز نامیده می‌شوند و چگال‌تر از فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی هستند.

38 فلز واسطه وجود دارد که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

  • کبالت
  • مس
  • طلا
  • آهن
  • جیوه
  • پلاتین
  • نقره‌ای
  • تیتانیوم
  • تنگستن
  • روی
 

فلزات کمیاب

فلزات خاکی کمیاب معمولاً به‌صورت جداگانه در زیر جدول تناوبی اصلی یافت می‌شوند. بااین‌حال، آن‌ها درواقع در وسط جدول تناوبی قرار می‌گیرند. دو نوع فلز خاکی کمیاب وجود دارد: لانتانیدها و اکتینیدها.

 

فلزات لانتانید

این عناصر به‌قدری شبیه هستند که تشخیص آن‌ها بسیار دشوار است. 15 لانتانید در جدول تناوبی وجود دارند که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

  • سریم
  • پرومتیم
  • گادولینیم
  • دیسپروزیم
  • لوتتیوم
 

فلزات اکتینید

 اغلب فلزات اکتینید در طبیعت وجود ندارند زیرا بسیار ناپایدار هستند و در راکتورهای هسته‌ای و شتاب‌دهنده‌های ذرات تولید می‌شوند. 15 اکتینید در جدول تناوبی وجود دارند که برخی از آن‌ها شامل موارد زیر می‌شوند:

  • توریم
  • اورانیوم
  • پلوتونیوم
  • کالیفرنیوم
  • مندلیوم
 

سایر انواع فلزات

سایر انواع فلزات در سمت راست بدنه اصلی جدول تناوبی یافت می‌شوند. گاهی به این فلزات نیمه فلزی و گاهی فلزات پس از گذار می‌گویند. آن‌ها معمولاً نرم‌تر از دیگر فلزات هستند و نقطه ذوب پایین‌تری دارند. با نقطه ذوب فلزات به‌طور کامل در این مقاله آشنا شوید.

این فلزات بسته به جدولی که به آن نگاه می‌کنید، ممکن است بین 8 تا 14 مورد باشند. برخی از این فلزات عبارت‌اند از:

  • آلومینیوم
  • بیسموت
  • ایندیوم
  • قلع
  • سرب
 

سخن پایانی

در این مقاله سعی کردیم روند پیدایش انواع فلزات تا کاربردهای گسترده آن‌ها در صنایع مختلف را شرح دهیم. حال که به این شناخت از فلزات رسیده‌ایم، آیا می‌توانید جهان را بدون فلزات و آلیاژها تصور کنید؟ به نظر شما کدام فلزات در سال‌های آینده می‌توانند جایگزین مناسبی برای آهن و فولاد در صنعت و ساختمان‌سازی باشند؟ در همین راستا، از شما می‌خواهیم که تجربه خود از کار با انواع فلزات را با ما در میان بگذارید.

اشتراک گذاری مقاله
دیدگاه شما چیست؟ برای ما بنویسید.