Metallid on teatud tüüpi materjalid, mida inimesed on kasutanud iidsetest aegadest peale. Seda ainete rühma on väga palju, kuid neil kõigil on ühised füüsikalised omadused, mida tavaliselt nimetatakse metallilisteks omadusteks.
Nende kõvadus on tavaline, kuid mitte määrav. Täpsemad on teised, mis kõige pehmemal metallil on. Need omadused on määratud nende struktuuri iseärasustega molekulaarsel tasandil.
Metallide omadused
Raud ja selle sulamid (teras, malm), vask, alumiinium… Nende materjalide kasutamine tähistas läbimurdeid teaduse ja tehnika arengus tsivilisatsiooni arengu eri etappidel. Kõigil neil metallidel on omadused, mis annavad sellele ainulaadse praktilise väärtuse. Nende ühised omadused on kõrge soojus- ja elektrijuhtivus, plastilisus – võime säilitada terviklikkust deformatsiooni ajal, metalliline läige.
Damaski tera, mis lõikab läbi rauast soomuse ja kõige pehmema metalli, millele jäävad jäljed väikseimast löögist, on sarnase sisestruktuuriga. See põhineb kristallvõrel, mille sõlmedes on aatomidpositiivne ja neutraalne laeng, mille vahel on "elektrongaas" - osakesed, mis on tuumaga sideme nõrgenemise tõttu lahkunud aatomite väliskestelt. Kristallvõre sõlmedes asuvate positiivsete ioonide vahel tekib spetsiaalne metalliline side tänu "elektrongaasis" tekkivatele külgetõmbejõududele. Metalli kõvadus, tihedus ja sulamistemperatuur sõltuvad selle "gaasi" kontsentratsioonist.
Hindamiskriteeriumid
Vastus küsimusele, milline metall on kõige pehmem, jääb alati arutluse alla, välja arvatud juhul, kui lepitakse kokku hindamiskriteeriumides ja määratletakse pehmuse mõiste. Erinevate tööstusharude spetsialistide arvamus materjali selle omaduse kohta on erinev. Metallurg võib pehmust mõista kui suurenenud tempermalmist, kalduvust aktsepteerida abrasiivmaterjalide deformatsioone jne.
Materjaliteadlaste jaoks on oluline osata objektiivselt võrrelda ainete erinevaid omadusi. Pehmusel peaksid olema ka üldtunnustatud hindamiskriteeriumid. Maailma pehmeimal metallil peaksid olema üldtunnustatud näitajad, mis tõestavad selle "rekordilisi" omadusi. Erinevate materjalide pehmuse mõõtmiseks on mitu meetodit.
Mõõtmismeetodid
Enamik sertifitseeritud kõvaduse mõõtmise meetodeid põhinevad katsetatava materjali kokkupuutel täppisinstrumentidega mõõdetuna kõvemast kehast, mida nimetatakse taandriks. Sõltuv alt taandri tüübist ja mõõtmismeetoditest on mitu peamistmeetodid:
- Brinelli meetod. Määratakse uuritava aine pinnale surumisel metallkuuli poolt jäetud jälje läbimõõt.
- Rockwelli meetod. Mõõdetakse kuuli või teemantkoonuse pinnale süvendamise sügavust.
- Vickersi meetod. Määratakse teemanttetraeedrilisest püramiidist jäetud jälje pindala.
- Shore'i kõvadus. Väga kõvade ja väga pehmete materjalide jaoks on olemas kaalud – mõõdetakse spetsiaalse nõela sukeldumissügavust või tagasilöögi kõrgust spetsiaalse löögi pinn alt.
Mohsi kõvaduse skaala
Selle mineraalide ja metallide suhtelise kõvaduse määramise skaala pakkus 19. sajandi alguses välja sakslane Friedrich Moos. See põhineb kriimustusmeetodil, kus kõvem proov jätab pehmemale jälje ja on väga mugav välja selgitada, milline metall on kõige pehmem. Seoses 10 etalonmineraaliga, millele on määratud tingimuslik kõvadusindeks, määratakse uuritavale ainele koht skaalal ja digitaalne indeks. Kõige pehmem etalonmineraal on talk. Selle Mohsi kõvadus on 1 ja kõige kõvem, teemant, on 10.
Kõvaduse hindamine Mohsi skaalal põhineb põhimõttel "pehmem – kõvem". Kui palju kordi on näiteks alumiinium, mille indeks Mohsi skaalal on 2,75, volframist (6,0) pehmem, saab täpselt kindlaks teha ainult muudel meetoditel põhinevate mõõtmistulemustega. Kuid perioodilisuse tabeli pehmeima metalli määramiseks piisab sellest tabelist.
Kõige pehmemad on leelismetallid
Mohsi mineraloogilise skaala järgi on näha, et kõige pehmemad on leelismetallidega seotud ained. Isegi elavhõbeda, mis on paljudele tuttav termomeetri vedelikust, kõvadusindeks on 1,5. Sellest pehmemad on mitmed sarnaste füüsikaliste, mehaaniliste ja keemiliste omadustega ained: liitium (0,6 Mohsi skaala järgi), naatrium (0,5), kaalium (0, 4), rubiidium (0, 3). Kõige pehmem metall on tseesium, mille Mohsi kõvadusskaala on 0,2.
Leelismetallide füüsikalised ja keemilised omadused määratakse nende elektroonilise konfiguratsiooni järgi. See erineb inertgaaside struktuurist vaid veidi. Välisel energiatasandil paikneval elektronil on liikuvus, mis määrab kõrge keemilise aktiivsuse. Kõige pehmemaid metalle iseloomustab eriline volatiilsus, neid on raske kaevandada ja säilitada muutumatul kujul. Neil on vägivaldne keemiline koostoime õhu, vee ja hapnikuga.
Kauba 55
Nimi "tseesium" pärineb ladinakeelsest sõnast caesius – "taevasinine": väga kuuma aine kiirgavas spektris on infrapunapiirkonnas näha kaks helesinist triipu. Puhtal kujul peegeldab see hästi valgust, näeb välja nagu helekuld ja on hõbekollase värvusega. Tseesium on maailma pehmeim metall, mille Brinelli kõvadusindeks on 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Sulamistemperatuur: +28,5°C, seega tavatingimustes toatemperatuuril on tseesium poolvedelas olekus.
See on haruldanekallis ja väga reaktiivne metall. Elektroonikas, raadiotehnikas ja kõrgtehnoloogilises keemiatööstuses kasutatakse tseesiumi ja sellel põhinevaid sulameid üha enam ning vajadus selle järele kasvab pidev alt. Nõutud on selle keemiline aktiivsus, võime moodustada kõrgeima elektrijuhtivusega ühendeid. Tseesium on oluline komponent spetsiaalsete optiliste seadmete, ainulaadsete omadustega lampide ja muude kõrgtehnoloogiliste toodete valmistamisel. Samal ajal pole pehmus selle kõige nõutum kvaliteet.
