Metāli ir materiālu veids, ko cilvēki izmantojuši kopš seniem laikiem. Šīs vielu grupas ir ļoti daudz, taču tām visām ir kopīgas fizikālās īpašības, kuras parasti sauc par metāliskām īpašībām.
Cietība starp tām ir izplatīta, bet ne izšķiroša. Konkrētāki ir citi, kas pieder mīkstākajam metālam. Šīs īpašības nosaka to struktūras īpatnības molekulārā līmenī.
Metālu īpašības
Dzelzs un tās sakausējumi (tērauds, čuguns), varš, alumīnijs… Šo materiālu izmantošana iezīmēja sasniegumus zinātnes un tehnikas progresā dažādos civilizācijas attīstības posmos. Katram no šiem metāliem ir īpašības, kas piešķir tam unikālu praktisko vērtību. Kopīgas iezīmes tiem ir augsta siltumvadītspēja un elektrovadītspēja, plastiskums - spēja saglabāt integritāti deformācijas laikā, metālisks spīdums.
Damaskas asmenim, kas griežas cauri dzelzs bruņām un mīkstākajam metālam, uz kura paliek pēdas no mazākā trieciena, ir līdzīga iekšējā struktūra. Tā pamatā ir kristāla režģis, kura mezglos atrodas atomi arpozitīvs un neitrāls lādiņš, starp kuriem atrodas "elektronu gāze" - daļiņas, kas ir pametušas atomu ārējos apvalkus, vājinot saiti ar kodolu. Īpaša metāla saite starp pozitīvajiem joniem, kas atrodas kristāla režģa mezglos, tiek veikta, pateicoties pievilcības spēkiem, kas rodas "elektronu gāzē". Metāla cietība, blīvums, kušanas temperatūra ir atkarīga no šīs "gāzes" koncentrācijas.
Vērtēšanas kritēriji
Atbilde uz jautājumu, kurš metāls ir mīkstākais, vienmēr būs diskusiju objekts, ja vien netiks saskaņoti vērtēšanas kritēriji un definēts pats maiguma jēdziens. Dažādu nozaru speciālistiem viedoklis par šo materiāla īpašību būs atšķirīgs. Metalurgs maigumu var saprast kā palielinātu kaļamību, tendenci pieņemt deformāciju no abrazīviem materiāliem utt.
Materiālzinātniekiem ir svarīgi spēt objektīvi salīdzināt dažādas vielu īpašības. Maigumam vajadzētu būt arī vispārpieņemtiem vērtēšanas kritērijiem. Mīkstākajam metālam pasaulē vajadzētu būt ar vispāratzītiem rādītājiem, kas apliecina tā "rekorda" īpašības. Ir vairākas metodes, kuru mērķis ir izmērīt dažādu materiālu mīkstumu.
Mērīšanas metodes
Lielākā daļa sertificēto cietības mērīšanas metožu ir balstīta uz saskares iedarbību uz testējamo materiālu, ko mēra ar precīziem instrumentiem no cietāka korpusa, ko sauc par ievilkumu. Atkarībā no ievilkšanas veida un mērīšanas metodēm ir vairākas galvenāsmetodes:
- Brinela metode. Tiek noteikts nospieduma diametrs, ko atstāj metāla lodīte, kad to iespiež testējamās vielas virsmā.
- Rokvela metode. Tiek mērīts lodītes vai dimanta konusa virsmas ievilkuma dziļums.
- Vikersa metode. Tiek noteikts dimanta tetraedriskas piramīdas atstātā nospieduma laukums.
- Šora cietība. Ir svari ļoti cietiem un ļoti mīkstiem materiāliem - tiek mērīts speciālas adatas iegremdēšanas dziļums vai atsitiena augstums no speciāla uzbrucēja virsmas.
Mosa cietības skala
Šo skalu minerālu un metālu relatīvās cietības noteikšanai 19. gadsimta sākumā ierosināja vācietis Frīdrihs Mūss. Tas ir balstīts uz skrāpēšanas metodi, kur cietāks paraugs atstāj pēdas uz mīkstāka, un ir ļoti ērts, lai noskaidrotu, kurš metāls ir mīkstākais. Attiecībā uz 10 etalonminerāliem, kuriem tiek piešķirts nosacīts cietības indekss, pārbaudāmajai vielai tiek noteikta vieta skalā un digitālais indekss. Mīkstākais atsauces minerāls ir talks. Tā Mosa cietība ir 1, un cietākā cietība, dimants, ir 10.
Cietības novērtējums pēc Mosa skalas ir balstīts uz principu "mīkstāks - cietāks". Precīzi noteikt, cik reižu, piemēram, alumīnijs, kura indekss pēc Mosa skalas ir 2,75, ir mīkstāks par volframu (6,0), iespējams tikai ar mērījumu rezultātiem, kas balstīti uz citām metodēm. Bet, lai noteiktu mīkstāko metālu periodiskajā tabulā, pietiek ar šo tabulu.
Mīkstākie ir sārmu metāli
Pēc Mosa mineraloģiskās skalas redzams, ka vismīkstākās ir ar sārmu metāliem saistītas vielas. Pat dzīvsudraba, kas daudziem pazīstams no termometra šķidruma, cietības indekss ir 1,5. Par to mīkstākas ir vairākas vielas ar līdzīgām fizikālajām, mehāniskajām un ķīmiskajām īpašībām: litijs (0,6 pēc Mosa skalas), nātrijs (0,5), kālijs. (0, 4), rubīdijs (0, 3). Mīkstākais metāls ir cēzijs, kura Mosa cietības skala ir 0,2.
Sārmu metālu fizikālās un ķīmiskās īpašības nosaka to elektroniskā konfigurācija. Tas tikai nedaudz atšķiras no inerto gāzu struktūras. Elektronam, kas atrodas ārējā enerģijas līmenī, ir mobilitāte, kas nosaka augstu ķīmisko aktivitāti. Mīkstākajiem metāliem ir raksturīga īpaša nepastāvība, tos ir grūti iegūt un saglabāt nemainīgus. Tiem ir spēcīga ķīmiska mijiedarbība ar gaisu, ūdeni, skābekli.
Prece 55
Nosaukums "cēzijs" cēlies no latīņu vārda caesius - "debeszils": ļoti karstas vielas izstarotajā spektrā infrasarkanajā diapazonā ir redzamas divas spilgti zilas svītras. Tīrā veidā tas labi atstaro gaismu, izskatās kā gaišs zelts un ir sudrabaini dzeltenā krāsā. Cēzijs ir mīkstākais metāls pasaulē, ar Brinela cietības indeksu 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Kušanas temperatūra: +28,5°C, tātad normālos apstākļos istabas temperatūrā cēzijs atrodas pusšķidrā stāvoklī.
Tas ir retidārgs un īpaši reaģējošs metāls. Elektronikā, radiotehnikā un augsto tehnoloģiju ķīmiskajā rūpniecībā cēziju un uz tā bāzes izgatavotus sakausējumus izmanto arvien vairāk, un nepieciešamība pēc tā pastāvīgi pieaug. Tā ķīmiskā aktivitāte, spēja veidot savienojumus ar visaugstāko elektrovadītspēju ir pieprasīta. Cēzijs ir svarīga sastāvdaļa īpašu optisko ierīču, lampu ar unikālām īpašībām un citu augsto tehnoloģiju produktu ražošanā. Tajā pašā laikā maigums nav tā pieprasītākā kvalitāte.
