دانلود مقاله فلزات و خواص آن ها

مقدمه پیشرفت زندگی بشر به طور عمده ،ناشی از استفاده وسیع از فلزات گوناگون بوده است .

امروزه میزان کاربرد سالانه فلزات در هر کشور ،نشان دهنده توسعه و رشد اقتصادی آن جامعه است این رشد پیشرفت تکنولوژی در نتیجه هزاران سال زندگی انسان و کسب تجربه های گوناگون در چگونگی استفاده ازفلزات حاصل شده است سر آغاز راه چنین رشد عظیمی ،ساخت مصنوعات فلزی بسیار ابتدایی بوده است .

شواهد نشان می دهند که انسان دست کم از پنج هزار سال پیش فلز را شناخته و آن را دستمایه زندگی خود کرده است اهمیت کشف فلز و استفاده از آن در ساخت ابزار به قدری مهم است که دوره هایی از زندگی انسان را به اسم فلزات نام گذاری کرده اند مثل عصر مس ، عصر مفرغ و عصر آهن .

تعریف فلز ،خواص آن و ساختمان فلزی فلزات گروه مهمی از عناصر را تشکیل می دهند که معمولا الکترونهای مدار آخر خود را به راحتی از دست می دهند .

در کریستال بندی فلزات الکترونها به راحتی می‌توانند حرکت کنند در نتیجه فلزات هادی خوب الکتریسته هستند و ترکیبات آنها معمولا الکتروسیتهای خوبی تشکیل می دهند فلزات در مدار آخر خود کمتر از چهار الکترون دارند .

بنابراین آنها در ترکیباتی که به عنوان فلز وارد می شوند ظرفیتشان چهار ویا کمتر از چهار است مانند کلرید سدیم (NaCl) کلرید کلسیم ((Cacl2 اکسید آهن ( Fe2o3) III و کلرید قلع IV که در آنها سدیم ، کلسیم ، آهن و قلع به ترتیب با ظرفیتهای یک دو سه و چهار خود وارد شده اند .

فلزات گاهی در ترکیبات به صورت نافلز وارد می شوند مانند دی کرومات پتاسیم ( SnCl4) که در آن کروم به صورت نافلز وبا ظرفیت شش وارد شده است ودر اینجا دیده می شود که ظرفیت آن بیش از چهار است جالب است که فلز مشهور آلومینیوم با وجودی که در ترکیبات فقط به صورت سه ظرفیتی آن بیش از چهار است جالب است که فلز مشهور آلومینیوم با وجودی که در ترکیبات فقط به صورت سه ظرفیتی شرکت می کند ، ولی با همین ظرفیت سه به صورت نافلز دیده می شود ، مانند آلومینات سدیم .

( NaAlO2) تمام عناصر فلزی به جز جیوه در دمای معمولی جامد هستند جیوه دارای نقطه ذوب پایین 39 درجه سانتیگراد می باشد تنگستن بالاترین نقطه ذوب را بین فلزات دار است .

( 3400 0c) تعداد زیادی از عناصر جدول تناوبی فلز هستند فلزات دارای جلالی مخصوص به خود هستند که بسیار زود قابل تشخیص می باشند .

همچنین فلزات هادی های خوب الکتریسته و گرما می باشند.

از خوّاص دیگر فلزات می توان از خاصیت چکش خواری آنها نام برد که البته کروم حالتی شکننده دارد فلزات را می توان به صورت ورقه های نازک و طویل در آورد و عملا تولید ورقهای آهنی و فولادی برای ساختن اتومبیلها و قسمت های مختلف ساختمانها ، استفاده از این خاصیت فلزات است بعضی ازفلزات مانند آهن و کروم سخت هستند .

در صورتی که فلزاتی از قبیل مس و سرب نرم تری باشند فلزات قلیای بسیار نرم می باشند به طوری که می توان آنها را با چاقو برید .

از اختلاط بعضی از فلزها آلیاژ ها به دست می آیند که اکثر آنها خواصی بهتر از فلزات اولیه خود دارند ،مانند مفرغ که از اختلاط مس و قلع به دست می آید و آلیاژی زنگ نزن است ویا آلیاژهای آهن که انواع فولاد سخت را تشکیل می دهند .

خواص شیمیایی فلزات کاملا متغیر است بعضی از فلزات مانند طلا و پلاتین از نظر شیمیایی غیر فعال هستند این ویژگی طلا و پلاتین همراه با کمیاب بودن آنها باعث شده است که این دو فلز بسیار گران بوده وبرای ساختن زینت آلات به کار روند از طرف دیگر تعدادی از فلزات از قبیل فلزات قلیایی به قدری فعال هستند که در طبیعت به حالت آزاد یافت نمی شوند .

به طور کلی فلزات با غیر فلزات ترکیب شده و ترکیباتی به نام نمک تولید می کنند این ترکیبات یونی عموما سخت ودیر ذوب هستند .

چگالی فلزات تغییرات وسیعی دارد از همه عناصر جامد ، سیستم پایین ترین را سهیم بالاترین چگالی را دارند با این همه اکثر فلزات در مقایسه با نافلزات جامد چگالی نسبتا بالایی دارند فلزات گروه IA وIIA که فلزات سبک نامیده می شوند از این قاعده مستثنی هستند به طور کلی بیشتر فلزات نقاط ذوب و جوش نسبتا بالایی دارند با اینکه بعضی از آنها مانند جیوه نقطه ذوب پایینی دارند ود ردمای معمولی مایعند .

عناصر اصلی در جدول مند لیف عناصر به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند عناصر اصلی و عناصر واسطه عناصر اصلی در گروههایی تحت عنوان گروههای A مرتب شده اند گروههای IIA,IA در طرف چپ جدول و گروههای IIIA تا VIIIA در طرف راست جدول قرار دارند .

عناصر واسطه درگروههایی تحت عنوان گروههای B مرتب شده اند این گروهها بین گروه IIA و IIIAدر میانه جدول قرار دارند .

در این قسمت فلزات گروههای اصلی و گروههای A معرفی می شود .

فلزات گروه IA فلزات این گروه عبارتند از سدیم ، پتاسیم ، روبیدیم ، سنریم و فرانسیم .

ترکیبات این فلزات به طور کلی در آب بسیار انحلال پذیرند ئیدرو اکسیدهای این فلزات خاصیت بازی شدید از خود نشان می دهند والکترولیتهای قوی هستند به همین علت این فلزات را فلزات قلیایی نیز می نامند نمکهای اسیدهای ضعیف آنها خاصیت بازی دارند مانند کربنات سدیم ( Na2Co3) این فلزات واکنش پذیر ترین گروه فلزات راتشکیل می دهند به طوری که هیچ یک از آنها به حالت آزاد در طبیعت یافت نمی شود این فلزات به صورت ترکیبات یونی در طبیعت وجود دارند وهمه آنها به وسیله بر قکافت نمکهای خشک و مذاب تهیه می شوند فلزات قلیایی به دلیل نرمی و واکنش پذیری شیمیایی هرگز کاربرد ساختاری ندارند .

عناصر گروه IA فلزاتی نقره ای رنگ هستند و سزیم کمی به رنگ زرد طلایی است این عناصر نسبتا نرم بوده (می توان آنها را با چاقو برید ) ونقاط ذوب و جوش پایینی دارند نقطه ذوب ، نقطه جوش و سختی این فلزات با افزایش عدد اتمی کاهش می یابد .

این فلزات رساناهای خوبی برای گرما و الکتریسته هستند و چگالی آنها بسیار پایین است .

سدیم و پتاسیم فراوانترین اعضای این گروه هستند ترکیبات عنصر سبکتر این گروه ،یعنی سیتیم ودو عنصر سنگینتر این گروه ، یعنی روبیدیم و سزیم نسبتا کمیابند .

عنصر فرانسیم در بعضی فرایندهای پرتو زای طبیعی تشکیل می گردد همه ایزوتوپهای انها پرتوزا بوده ونیم عمر کوتاه دارند واین عنصر فوق العاده کمیاب است .

واکنش پذیرترین عنصر گروه IA در اکثر موارد سزیم است ولیتیم معمولا کمترین واکنش پذیری را دارد .

فلزات قلیایی هرگاه درمعرض تابش قرار می گیرند ، الکترون گسیل می کنند ( اثر فوتو الکتریک ) سزیم که به آسانی الکترون بیرون می دهد در ساخت فوتوسل مصرف می شود فوتوسل علائم نوری را به علائم الکتریکی تبدیل می کند ودر نورسنجی و چشم الکتریکی به کار می رود .

فلزات گروه IIA فلزات این گروه عبارتند از بریلیم ، منیزیم ،کلسیم ، باریم ، ورادیم .

ئیدرو اکسیدهای این فلزات مانند ئیدرواکسیدهای فلزات قلیایی خاصیت بازی دارند وهمچنین جزء مهمی از پوسته زمین را تشکیل می دهند به همین علت این فلزات قلیایی خاکی نیز می نامند .

البته ئیدرواکسیدهای آنها ازنظر بازی از ئیدروکسیدهای فلزات قلیایی ضعیف ترند .

این فلزات دومین گروه فلزات را از نظر واکنش پذیری تشکیل می دهند و به همین علت در طبیعت به حالت آزد یافت نمی شوند معمولا آنها را به وسیله برقکافت کلرید مذاب تهیه می کنند تعدادی از ترکیبات این فلزات به میزان قابل توجه در آب حل نمی شوند .

فراوانترین عناصر این گروه منیزیم و کلسیم هستند منیزیم از نظر فراوانی دومین عنصر فلزی است که در آب دریا یافت می شود این فلز به علت سرعت سوختن ونور و حرارت زیادش برای آتشبازی وبمب آتشزا به کار می رود کلسیم فلزی است سفید نقره فام که به آسانی با چاقو بریده نمی شود کربنات کلسیم (CaCO3) فراوانترین ترکیب و قلیایی خاکی در پوسته زمین است استرانسیم و باریم در طبیعت به صورت سولفات و کربنات وجود دارند .

از سولفات باریم به عنوان رنگ سفید استفاده می شود استرانسیم فلزی است سفید و سخت که شبیه کلسیم می باشد ودر آتشبازی به کار می رود رادیم آخرین عنصر گروه IIA عنصری نایاب است و کلیه ایزوتوپهای آن پرتو زاهستند .

فلزات گروه IIA نسبت به فلزات گروهIAنقاط ذوب و جوش بالاتر و چگالی بیشتری دارند واز آنها سخت ترند بریلیم آن قدر سخت است که می تواند شیشه را خط بیندازد و تمایلی به شکنندگی دارد درجه سختی این فلزات با افزایش عدد اتمی تنزّل می کند علی رغم تمایل این فلزات به شکنندگی هر یک از آنها را می توان بدون شکستگی تا حدودی چکش کاری و نورد کرد تمام فلزات قلیایی خاکی سفید و جلای نقره ای دارند وهمچنین رسانای خوب برقند .

فلزات گروه IIIA فلزات این گروه عبارتند از آلومینیم ، گاسیم ، ایندیم ،تالیم این فلزات فلزاتی سفید ونرم هستند ونقطه ذوب نسبتا پایینی دارند نقطه جوش آنها با افزایش عدد اتمی تنزل می کند این عناصر در ترکیبات معمولا به صورت فلز وارد می شوند ولی ترکیبات نا فلزی هم دارند مانند آلومینات پتاسیم ( KAlO2) آلومینیم که معروفترین عنصر این گروه می باشد ، فراوانترین فلز قشر زمین است که به صورت اکسید حدود 5/7 درصد از قشر جامد زمین را تشکیل می دهد این فلز سبک و زود گداز است واستحکام آن زیاد نیست آلومینیم جریان برق را به خوبی هدایت می کند ( به جای سیمهای مس از آن استفاده می شود ) ودر صنعت از ساختمان پیستون اتومبیلها گرفته تا بدنه ماشینها وهواپیماها مورد استفاده قرار می گیرد.

گالیم ، ایندیم و تالیم به ندرت یافت می شوند نقطه ذوب گالیم به طور غیر عادی پایین است ( 300c ونقطه جوش آن بالاست) ( 20700c به همین علت این فلز یک دامنه میعان استثنایی دارد گالیم گاهی به عنوان سیال دماسنج به کار برده می شود ایندیم فلز نادری است که به دلیل نرمی و کمیاب بودن آن کاربرد ساختاری مهمی ندارد .

این فلز به دلیل جلای فلزی زیاد ، گاهی در ساختن آینه های مخصوص به کار برده می شود تالیم فلزی نرم به رنگ سفید مایل به آبی است این فلز شبیه سرب است ولی به اندازه آن چکش خوار نیست رسانایی الکتریکی تالیم کم است .

فلزات گروه IV A فلزات این گروه عبارتند از ژرمانیم ، قلع و سرب ژرمانیم فلزی سخت ،سفید و شکننده است که به تازگی به مقدار زیاد در ساخت پیلهای فوتو ولتایی ( باطریهای خورشیدی ) به کار برده می شود ودر بین فلزات این گروه بالاترین نقطه ذوب را دارد ژرمانیم جامد دارای ساختار شبکه الماس است ورسانندگی الکتریکی آن مانند نیم فلزات می باشد .

قلع فلزی بسیار زود گداز و چکش خوار به رنگ سفید به مایل به نقره ای است که نقطه ذوب آن نسبتا پایین است قابلیت ورق شدن قلع زیاد است اگرصفحات قلع را تا کنند صدایی شنیده می شود که به آن فریاد قلع می گویند .

علت این صدا برخورد بلورهای قلع به یکدیگر می باشد .

سرب فلزی نرم سنگین ،چکش خوار و برگ شدنی است که مقطع تازه آن نقره ای رنگ وبراق است این فلز به علت نداشتن استحکام کششی ، قابل مفتول شدن نیست و جریان الکتریسته را هم در مقایسه با بقیه فلزات به خوبی هدایت نمی کند به همین علت و همچنین به علت زود گداز بودن آن از سیمهای سربی در فیوزها استفاده می شود .

فلزات گروه IV A در طبیعت فراوان نیستند .

این فلزات به هر دو صورت فلز و نافلز وارد ترکیبات می شوند از ترکیبات نا فلزی این گروه می توان استاناتها (ترکیبات قلع ) ، پلمباتها ( ترکیبات سرب ) و ژرماناتها ( ترکیبات ژرمانیم ) رانام برد .

فلزات گروه VA فلزات این گروه عبارتند از آنتیموان و بسیموت آنتیموان فلزی به رنگ سفید مایل به آبی است این فلز چکش خوار ونرم نیست ورسانای ضعیفی برای جریان برق است .

آنتیموان گاهی غیر فلز معرفی می شود ولی در کانی شناسی شبه فلز نامیده می شود کاربرد عمده آنتیموان در آلیاژهاست .

بسیموت فلزی به رنگ سفید مایل به خاکستری با زمینه قرمز است که گاه به شکل طبیعی درمقادیر کم یافت می شود این فلز یکی از معدود فلزاتی است که حجم آن هنگام انجماد افزایش می یابد هنگام تغییر از حالت