کتاب بهرام

فلزات گروهی از مواد هستند که به طور کلی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاصی دارند و در زندگی روزمره و صنایع مختلف کاربردهای فراوانی دارند. این مواد معمولاً به حالت جامد در دماهای معمولی وجود دارند (به جز جیوه که در دمای اتاق مایع است) و ویژگی‌های خاصی مانند درخشندگی، هدایت الکتریکی و حرارتی خوب، شکل‌پذیری و استحکام دارند. در اینجا به طور مفصل‌تر به ویژگی‌ها، انواع، کاربردها و خواص فلزات پرداخته می‌شود.

1. ویژگی‌های فلزات

فلزات به دلایل مختلف ویژگی‌هایی دارند که آن‌ها را از دیگر مواد متمایز می‌کند:

• هدایت الکتریکی و حرارتی: فلزات معمولاً هدایت خوبی در انتقال الکتریسیته و گرما دارند. به همین دلیل از آن‌ها در ساخت سیم‌های برق و انتقال حرارت در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی استفاده می‌شود.

• درخشندگی: فلزات به طور طبیعی دارای درخشندگی هستند و به علت ویژگی‌های نوری‌شان، براق و انعکاسی به نظر می‌رسند.

• شکل‌پذیری و چکش‌خواری: فلزات معمولاً قابل شکل‌دهی و تغییر فرم هستند. این ویژگی به آن‌ها این امکان را می‌دهد که به اشکال مختلفی مانند ورقه، سیم، یا قالب‌های پیچیده درآیند.

• استحکام و سختی: فلزات معمولاً استحکام و مقاومت بالایی دارند که آن‌ها را برای ساخت سازه‌های محکم و مقاوم مناسب می‌کند.

• چگالی بالا: بیشتر فلزات دارای چگالی بالا هستند که آن‌ها را سنگین‌تر از مواد غیر فلزی می‌کند.

2. طبقه‌بندی فلزات

فلزات را می‌توان از جنبه‌های مختلفی تقسیم‌بندی کرد، اما به طور کلی، فلزات به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• فلزات آهنی: فلزاتی که عنصر اصلی آن‌ها آهن است. این فلزات معمولاً در ترکیب با کربن به فولاد تبدیل می‌شوند و ویژگی‌هایی چون استحکام بالا و قابلیت جوشکاری دارند. آهن، فولاد، چدن و آلیاژهای آهنی جزء این دسته هستند.

• فلزات غیرآهنی: فلزاتی که آهن جزو ترکیب اصلی آن‌ها نیست. این فلزات معمولاً مقاومت بالاتری در برابر خوردگی دارند و در صنایع مختلف به کار می‌روند. مس، آلومینیوم، طلا، نقره، روی، و تیتانیوم از جمله این فلزات هستند.

3. کاربردهای فلزات

فلزات در بسیاری از صنایع و فعالیت‌های روزمره کاربرد دارند. برخی از مهم‌ترین کاربردهای فلزات عبارتند از:

• صنعت ساختمان: در ساخت سازه‌ها، پل‌ها، اتومبیل‌ها و تجهیزات ساختمانی از فلزاتی مانند فولاد و آلومینیوم استفاده می‌شود.

• صنعت الکترونیک: مس، طلا، نقره و دیگر فلزات برای تولید سیم‌های الکتریکی، مدارهای الکترونیکی و قطعات الکترونیکی به کار می‌روند.

• صنعت حمل و نقل: فلزات در ساخت وسایل نقلیه مانند اتومبیل‌ها، هواپیماها، کشتی‌ها و قطارها مورد استفاده قرار می‌گیرند. آلومینیوم به علت سبک بودن و استحکام خوب، به طور گسترده در صنعت هواپیماسازی استفاده می‌شود.

• صنعت شیمیایی: بسیاری از فلزات مانند تیتانیوم و نیکل در صنایع شیمیایی و نفت و گاز به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و واکنش‌های شیمیایی به کار می‌روند.

• صنعت زیورآلات: طلا، نقره، پلاتین و دیگر فلزات گرانبها در ساخت زیورآلات و سکه‌ها استفاده می‌شوند.

4. آلیاژها

فلزات به طور معمول با فلزات یا عناصر دیگر ترکیب می‌شوند تا آلیاژهایی ایجاد کنند که خواص بهتر و ویژه‌تری نسبت به فلزات خالص دارند. آلیاژها می‌توانند ویژگی‌هایی مانند سختی، چکش‌خواری، استحکام و مقاومت به خوردگی را بهبود بخشند. به عنوان مثال:

• فولاد: آلیاژی از آهن و کربن که برای ساخت سازه‌های فلزی، ماشین‌آلات و وسایل نقلیه استفاده می‌شود.

• برنج: آلیاژی از مس و روی که در ساخت قطعات دکوراتیو، لوله‌ها و ابزارها کاربرد دارد.

• آلومینیوم آلیاژی: ترکیب آلومینیوم با منیزیم یا سیلیکون برای ایجاد آلیاژهایی با ویژگی‌های خاص مانند استحکام بیشتر و مقاومت بهتر در برابر خوردگی.

5. خواص شیمیایی فلزات

فلزات معمولاً در واکنش‌های شیمیایی با دیگر عناصر شرکت می‌کنند. ویژگی‌های شیمیایی فلزات عبارتند از:

• واکنش با اکسیژن: بیشتر فلزات با اکسیژن ترکیب می‌شوند و اکسیدهایی تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال، آهن در معرض هوا اکسید می‌شود و زنگ می‌زند.

• واکنش با اسیدها: فلزات اغلب با اسیدها واکنش می‌دهند و گاز هیدروژن آزاد می‌کنند. برای مثال، واکنش روی با اسید هیدروکلریک باعث تولید گاز هیدروژن می‌شود.

• کاتالیزوری: برخی از فلزات مانند پالادیوم و پلاتین در واکنش‌های شیمیایی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شوند، به این معنی که بدون اینکه خود تغییر کنند، سرعت واکنش را افزایش می‌دهند.

6. فرآیند استخراج فلزات

فلزات از منابع معدنی در طبیعت استخراج می‌شوند. فرآیند استخراج به نوع فلز و منبع آن بستگی دارد. برخی از مراحل عمومی استخراج عبارتند از:

• استخراج از سنگ معدن: فلزات معمولاً از سنگ معدن‌های خاص خود استخراج می‌شوند. به عنوان مثال، مس از معدن‌های مس استخراج می‌شود.

• کوره‌ها و فرایندهای شیمیایی: بسیاری از فلزات به روش‌های حرارتی و شیمیایی از سنگ معدن‌ها استخراج می‌شوند. برای مثال، آلومینیوم از سنگ معدن بوکسیت با استفاده از فرایند هال-هرولت استخراج می‌شود.

• الکترولیز: در بعضی موارد، برای استخراج فلزات مانند آلومینیوم و مس از فرآیند الکترولیز استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

فلزات جزو مواد پایه‌ای و اساسی در زندگی انسان هستند و نقش بسیار مهمی در پیشرفت‌های تکنولوژیک و صنعتی ایفا می‌کنند. از آنجا که فلزات خواص منحصر به فردی دارند، در صنایع مختلف از جمله ساختمان، الکترونیک، حمل و نقل، شیمیایی و غیره به کار می‌روند.