فلز

فلز ماده‌ای است که موادی را که قابلیت جلا،رسانای برق و گرما و چکش خواری را داشته باشد نیز فلز می نامند. فلزات دسته ای خاص از مواد هستند که جلا داشته و محکم هستند. هر فلز دارای علامت شیمیایی خاص است که در واکنش های شیمیایی فلز مورد نظر را با آن علامت شیمیایی نشان می دهند. فلزات مختلف با هم متفاوت هستند و هر کدام خواص شیمیایی و فیزیکی جداگانه ای دارند. فلزات دارای هدایت حرارتی و الکتریکی خوبی هستند. ویژگی مهم فلزات حضور دریای الکترون آزاد است که باعث چکش خواری (شکل پذیری) و رسانا بودن آن می شود. هدایت الکتریکی خوب فلزات باعث شده است که در ساختن سیم های برق از آنها استفاده کنند. می‌توان آن را صیقل داده و براق کرد (بجز جیوه که در دمای اتاق بشکل مایع است) یا به طرح‌های گوناگون درآورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی و نرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده یا خیلی محکم و مقاوم باشند.

تاریخچه فلزات

فلزات برای قرن‌ها توجه بشر را به خود جلب کرده‌است چرا که مردم با استفاده از فلزات قادر به ساخت ابزارهایی با قابلیت‌های بالا شدند که هم در جنگ و هم در تدارکات از آن استفاده می‌کردند. طلا و نقره با عیار بالا از عصر سنگی برای بشر شناخته شده بوده‌است. استخراج سرب و نقره از سنگ معدن‌هایشان از هزاره چهارم قبل از میلاد انجام می‌شده‌است.

Metal and alloy graph in Persian language
فلزات و آلیاژهای آنها
آلومینیوم

آلومینیوم یا آلومینیم عنصری شیمیای با عدد اتمی ۱۳ و نماد Al است. این عنصر یک فلز نرم، نقره‌ای و چکش‌پذیر با چگالی ۲٫۷ است که در گروه بور قرار دارد. این عنصر پس از اکسیژن و سیلیکون فراوان‌ترین عنصر و هم‌چنین فراوان‌ترین فلز در پوسته کره زمین است. آلومینیوم خالص به دلیل واکنش‌پذیری بسیار بالای خود بسیار به ندرت یافت می‌شود به همین دلیل به صورت ناخالص در سنگ‌های معدنی مختلفی وجود دارد. بیشتر آلومینیوم دنیا از سنگ بوکسیت به دست می‌آید.

ایریدیم

ایریدیم عنصری با عدد اتمی ۷۷، وزن اتمی ۱۹۲٫۲۲ دمای ذوب ۲۴۱۰ سلسیوس، دمای جوش ۴۱۳۰ سلسیوس، چگالی ۲۲٫۶۵استو از فلزهای گروه پلاتین و خواص مشابه Rh است. در اسمریدیم به صورت آلیاژ طبیعی Pt وجود دارد. ساختار این فلز مکعب تنگ چیده‌است. از این ماده برای تهیه نوک خودنویس و در کاتالیزورها به کار می‌رود. این فلز پس از اوسمیوم بیشترین چگالی را در بین عناصر دارد. ایریدیوم در برابر خوردگی و فرسایش حتی تا دمای ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد مقاومت بسیار زیادی دارد و فقط نمک های خاص و هالوژن باعث خوردگی آن می‌شوند. همچنین پودر و گرد آن بسیار قابل اشتعال و واکنش‌پذیر است. این فلز کمیاب، چگال و بسیار مقاوم است. فراوانی این فلز در پوسته زمین کم است ولی در شهاب سنگ‌ها فراوانی بیشتری دارد. تولید جهانی سالیانه این فلز تنها ۳ تن است.

تیتانیم

تیتانیم یک عنصر شیمیایی با نماد Ti و عدد اتمی ۲۲ است. تیتانیم یک فلز واسطه ی براق نقره‌ای رنگ است، چگالی کم و مقاومت بالایی دارد. این فلز به شدت در برابر خوردگی در آب دریا، تیزآب سلطانی و کلر مقاوم است.

تیتانیم نخستین بار در کورنوال بریتانیا از سوی ویلیام گرگور در سال ۱۷۰۱ شناسایی شد؛ نام این عنصر از سوی مارتین هاینریش کلاپروت از روی تیتان از اساطیر یونان انتخاب شد. این عنصر در بسیاری کانی‌ها به ویژه روتیل و ایلمنیت وجود دارد. این کانی‌ها در پوستهٔ زمین و سنگ کره پراکنده‌اند؛ علاوه بر این تیتانیم تقریباً در همهٔ موجودات زنده، سنگ‌ها، آب بدن و خاک‌ها حضور دارد. با کمک هر دو فرایند کرال و فرایند هانتر می‌توان تیتانیم را از سنگ معدنش بدست آورد. فراوان‌ترین ترکیب تیتانیم، دی اکسید تیتانیم است که یک فوتوکاتالیست معروف است و از آن در تولید رنگدانه‌های سفید استفاده می‌شود. از دیگر ترکیبات تیانیم می‌توان به تتراکلرید تیتانیم یا (‎TiCl۴ ‎) اشاره کرد که از آن در تولید مواد دودزا و فروکافت بهره برده می‌شود. همچنین کلرید تیتانیم (III) یا (‎TiCl۳‎) هم به عنوان فروکافت در تولید پلی‌پروپیلن مورد استفاده قرار می‌گیرد.می‌توان تیتانیم را با آهن، آلومینیم، وانادیم و مولیبدن، آلیاژ کرد تا ماده‌ای سخت‌تر و سبک‌تر بدست آورد که در ساخت سامانه‌های هوایی مانند موتور جت، موشک و فضاپیما، کاربردهای نظامی و فرایندهای صنعتی (شیمیایی و شیمیایی-نفتی، کارخانه‌های نمک‌زدایی، کاغذ و …) خودروسازی، کشاورزی و ساخت اندام‌های مصنوعی، درون‌کاشت‌های استخوانی، ابزارهای دندان پزشکی و ریشه درمانی، برسازی درون‌کاشت دندانی، کالاهای ورزشی، گوهرسازی، گوشی همراه و … بکار برده شود.مهم‌ترین ویژگی‌های این فلز عبارتند از: مقاومت در برابر خوردگی و داشتن بالاترین نسبت مقاومت به چگالی در برابر دیگر عناصر فلزی. تیتانیم در هنگامی که هنوز با فلز دیگری آلیاژ نشده، مقاومتی برابر با فولاد و چگالی کمتر از آن دارد. دو دگرشکلی و پنج ایزوتوپ طبیعی از ۴۶Ti تا ۵۰Ti برای این عنصر وجود دارد که ۴۸Ti با فراوانی طبیعی ۷۳٫۸٪ از سایرین فراوان‌تر است. با اینکه تیتانیم و زیرکونیم تعداد الکترون‌های ظرفیت برابر دارند و در یک گروه جدول تناوبی قرار دارند با این حال در بسیاری ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی متفاوت‌اند.

تیتانیوم

عمده‌ترین مصرف تیتانیوم در صنایع به دو صورت فلزی و دی‌اکسید تیتانیوم می‌باشد. مصرف فلز آن به دلیل مشکلات تهیه و خالص‌سازی آن مصرف چندانی ندارد، اما در عوض مصرف اکسید آن به صورت TiO2 در صنعت کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد؛ به‌طوری‌که ۹۰ درصد از صنایع اولیه، مصرف‌کننده اکسید تیتانیوم می‌باشد. امروزه فلز تیتانیوم به عنوان یک فلز استراتژیک در موتور و ساختمان داخلی هواپیما، تجهیزات حمل و نقل صنایع شیمیایی، واحدهای مولد برق، صنایع آلیاژی، ساخت زیر دریایی‌ها، کارخانه‌های ساخت مواد شیمیایی، دستگاه‌های خنک‌کننده نیروگاه‌های اتمی و حرارتی و ده‌ها مورد دیگر کاربرد دارد. مصرف عمده دی‌اکسید تیتانیوم در صنایع رنگ‌سازی به عنوان رنگدانه می‌باشد و همچنین این ماده در صنایع سرامیک، پلاستیک، کاغذ و الکترونیک کاربرد دارد. مصرف این ماده در کشورهای پیشرفته تقریباً ۱۰ برابر کشورهای در حال توسعه می‌باشد.

مصارف فلز تیتانیوم

فلز تیتانیوم در محیط‌های فرسایشی بسیار مقاوم می‌باشد. تیتانیوم خالص یا آلیاژهای آن با ناخالصی کم در کارخانه‌های سولفور زدایی مشتقات نفتی، در تجهیزات مربوط به چاه‌های نفت و در اتصالات مورد نیاز و همچنین در موارد پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از طرف ورق‌های فولادی با پوشش تیتانیوم هم‌اکنون در جهان تولید شده که بعلت خاصیت ضد فرسایشی کاربرد وسیعی در صنعت نفت و در مراحل سولفور زدایی مشتقات نفتی در پالایشگاه‌ها پیدا کرده‌اند. دیگر مصرف عمده این فلز در صنعت هواپیماسازی است.

سایر مصارف عمده تیتانیوم را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود:

ساخت کاربید تیتانیم، سرامیک، فرایند شیمیایی و الکتروشیمیایی، ساخت ورقه‌های فلزی و بازیافت آنها، صنعت نفت، سولفور زدایی گاز مایع، نمک زدایی آب (تصفیه آب)، ساخت پمپ‌های مخصوص مکش آب از دریا، ساختمان سازی، پزشکی (قطعات تعویضی در بدن، دندانها)، صنایع اتومبیل سازی، ساخت انباره‌های مخصوص، جهت نگهداری از موادی نظیر ضایعات اتمی و غیره، الیاف تقویت‌کننده جهت استفاده در ترکیبات فلزی، رباط‌های صنعتی، جواهر سازی، ساخت انواع آلیاژها، ذخیره‌سازی انرژی، بالا بردن قابلیت هدایت حرارتی آلیاژها، پرکننده، سنگ‌های جواهرات مصنوعی و نرم‌افزار.

ایلمنیت و اکسیدهای تیتان برای تهیه تیتانیم در آلیاژهای مهم و راهبردی استفاده می‌گردد. آلیاژهای تیتانیم در بدنه هواپیماهای جنگی، سفینه‌های فضایی، موشک‌ها، موتور هواپیماها، ادوات رزمی، توربین‌های گازی، دوچرخه و کامپیوترهای Laptop مورد استفاده قرار می‌گیرند. تیتانیوم اغلب با آلومینیوم، آهن، منگنز، مولیبدن و فلزات دیگر تشکیل آلیاژ می‌دهد.

ایلمنیت همچنین در تهیه اکسید تیتانیم که در صنایع رنگ سازی، کاغذسازی و پلاستیک به عنوان ماده رنگی، براق کردن سطح فلزات، لعاب، لاستیک سازی، شیشه، فایبرگلاس، سرامیک، الکتروسرامیک و . . . مصرف می‌شود، کاربرد دارد.

تنها در حدود ۵٪ تولید سالانه جهانی تیتانیوم صرف تولید فلز تیتانیوم شده و ۹۵٪ باقی‌مانده در تولید ماده رنگ دی‌اکسید تیتانیوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده دارای دو شکل آلوتروپی روتیل و آناتاز است که به واسطه رنگ سفید، ضریب شکست بالا (۴۹/۲–۹۰/۲)، درخشندگی عالی، بی‌اثر (خنثی بودن) و مقاومت سایشی و حرارتی بالای آن، درجه دیرگدازی بالا و توان زیاد در توزیع و انتشار یکنواخت در ترکیبات دیگر به عنوان عمده‌ترین ماده اولیه رنگ سفید در صنایع رنگ سازی، کاغذسازی، پلاستیک، لاستیک و … شناخته می‌شود.

مصارف دارویی:

پودر دی‌اکسید تیتان (روتیل) که از آن پراکسید تیتان، سالسیلات تیتان و تانات تیتان تهیه می‌کنند، عملی همانند اکسید روی بر روی پوست بدن ایجاد می‌کند.

دی اکسید تیتان برای التیام سوزش‌های پوستی مورد استفاده قرار می‌گیرد و منعکس‌کننده اشعه ماوراء بنفش خورشید است و بدین جهت در ساختن کرم‌ها و لوسیون‌های ضد آفتاب (ضد سوختگی) استفاده می‌شود.

از پودر دی‌اکسید تیتان در ساخت قاب کپسول‌های دارویی و پوشش قرص‌ها نیز استفاده می‌شود.

مصارف آرایشی:

دی اکسید تیتان در ساخت وسایل آرایشی به کار می‌رود.

مصرف سالیانه عنصر تیتانیوم و ترکیبات آن، ۱۰۵ تا ۱۰۶ تن می‌باشد. تقریباً ۹۵٪ تیتان به فرم اکسید تیتان TiO4 مصرف می‌شود و یک رنگدانه دایمی و به شدت سفید رنگ با قدرت پوششی خوب در رنگ‌ها، کاغذ و پلاستیک است.

رنگ‌ها با وجود اکسید تیتانیوم یک بازتابنده بسیار عالی اشعه مادون قرمز را می‌سازد و بنابراین به‌طور گسترده‌ای توسط اختر شناسان مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجایی که این فلز مقاومت بالا، وزن سبک، مقاومت غیرعادی در برابر خوردگی و توانایی ایستادگی در برابر دماهای بسیار بالا می‌باشد.

بخاطر مقاومت بالا در آب دریا، این فلز برای ساخت شفت‌ها (محور) ملخ هواپیما و پروانه کشتی استفاده می‌شود.

دی اکسید تیتان

دی اکسید تیتان در تهیه الیاف مصنوعی نیز استفاده می‌شود. پودر دی‌اکسید تیتان خالص به عنوان رنگدانه در فراورده‌های غذایی کاربرد دارد.

دی اکسید تیتانیوم در کرم‌های (لوسیون‌ها) ضد آفتاب استفاده می‌شود که ناشی از توانایی آن در حفاظت پوست می‌باشد.

دی‌اکسید تیتانیوم یک رنگدانه برتر سفید رنگ با ضریب شکست ۵۵/۲–۸/۲ است، مقاومت، درخشندگی، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر اشعهٔ ماورای بنفش، غیرسمی بودن و پایداری در یک محدوده‌ای دمایی وسیع و قیمت مناسب آن سبب شده تا از آن در کاغذ، رنگ، پلاستیک، لاستیک، سرامیک، پارچه و مواد آرایشی استفاده شود. دو نوع رنگدانه روتیل وجود دارد روتیل و آناتاز. روتیل از شبکهٔ بلوری متراکم‌تری نسبت به آناتاز تشکیل شده و چگال‌تر است و ضریب شکست بالاتری دارد.

رنگدانه می‌بایست قابل استفاده در مسیر سولفاته باشد (روتیل یا روتیل مصنوعی قابل استفاده نیستند) و دارای نسبت FeO/Fe2O3 بالاتری بوده (در اسید سولفوریک واکنش‌پذیر) و آهن، کروم، وانادیوم، نیوبیوم، کلسیم، فسفات، اورانیوم، توریم و رنیم کم داشته باشد. خواص فیزیکی تقریباً مهم نیستند.

تتراکلرین تیتانیوم

تتراکلرین تیتانیوم (TiCl4) یک مایع بی‌رنگ است که برای ساخت شیشه استفاده می‌شود و از آن جایی که آن در هوای مرطوب به شدت بخار می‌کند، به منظور پوشش در برابر بخار استفاده می‌شود.

ایلمنیت، روتیل، آناتاز، روتیل مصنوعی و سربارهٔ تیتانیوم به عنوان پیش‌ماده تولید رنگدانه دی‌اکسید تیتانیوم از دو مسیر سولفاته و کلریدی امکان‌پذیر بوده که هریک نیاز به پیش‌ماده مخصوص به خود دارند.

انواعی که در مسیر کلریدی به عنوان پیش‌ماده استفاده می‌شوند باید آلکالی کم، کمتر از 2%CaO و کمتر از 1% MgO، داشته باشد. به علاوه آهن کم، کمتر از 5/0% Cr2O3، V2O3، قلع و آرسنیک، کمتر از ۲٪ سیلیس و حداقل اورانیوم، توریم و رادیم و … داشته باشد (هر یک از موارد فوق به دلایلی از قبیل سمی بودن، رنگ‌زایی، خواص مزاحم در حین فرآوری و … می‌بایست در رنگدانه وجود نداشته باشند). شرایط مورد نیاز دیگر شامل چگالی، مقاومت ذرات و … است.

با توجه به شرایط فوق، روتیل طبیعی با ۹۵٪ TiO¬۲، لازم است که به دلیل کمبود چنین ذخایری ایجاد طرح‌های پرعیار کردن پیش‌ماده صورت می‌گیرد.

کنسانتره ایلمنیت برای فرآوری سرباره می‌بایست حداقل 35% TiO2، داشته باشد، انواع سنگ سخت‌های ایلمنیت به سرباره‌های سولفاته محدود می‌شوند، فرایندهای شستشوی زیرزمینی CaO, MgO و دیگر ناخالصی‌ها را کاهش داده و سرباره‌هایی با قابلیت قرارگیری در مسیر کلریدی ایجاد کند که معمولاً از پلاسرهای ایلمنیت به دست می‌آیند (TiO2 57-63%)...تیتانات باریم:

مادهٔ فروالکتریک با ثابت دی‌الکتریک نسبتاً بالا در نیمه‌هادی‌ها و پیزوالکتریک‌ها به کار برده می‌شود.

نیترید تیتانیوم:

دمای ذوب ۲۹۵۰ درجه سانتیگراد دارد و از آن به عنوان بوته ذوب آلیاژهای لانتانیوم، رنگ زرد طلایی در جواهرات و … به کار می‌رود.

آلکالی‌های تیتانیوم:

پلیمریزاسیون، کاتالیزور

تیتانات استرانسیم:

جواهر مصنوعی، ابزار نوری

فلز تیتانیوم:

از کاهش TiCl4 توسط منیزیم مذاب در فرایند کرول حاصل می‌شود. تیتانیوم، فلزی با نسبت مقاومت به وزن بالا، نقطه ذوب بالا، ظرفیت انتقال حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی، ضریب انبساط کم و مقاومت الکتریکی بالاست که از آن در ساخت قطعات در صنعت هوافضا، قسمت‌های حساس ماشین‌آلات، طرح‌های صنعتی و شیمیایی، تجهیزات دریایی، ابزار جراحی و دندانپزشکی استفاده می‌شود.

آلیاژهای تیتانیوم ضریب انبساط حرارتی کمتری از آلیاژهای آهن دارند و خاصیت مغناطیسی نیز ندارند. از کاربردهای آلیاژهای تیتانیوم می‌توان به ابزار پزشکی، الکترونیکی، ماشین‌های توربین بخار، دریچه و شیرآلات فشار قوی، سکوهای ساحلی، سیستم‌های لوله‌گذاری دریای عمیق و غیره اشاره کرد. به عنوان مثال از آلیاژهای تیتانیوم، فروتیتانیوم به عنوان کاهنده و پایدارکننده در ساخت فولاد خالص، آلیاژهای ابررسانا (تیتانیوم- نیوبیوم)، سوپرکامپیوتر، کرایوالکترونیک و … استفاده می‌شود.

جایگزین‌ها:

فلز و آلیاژها:

آلومینیم، منیزیم، فولاد خالص و سوپر آلیاژهای مختلف

مادهٔ سنگین‌کننده:

باریت، سلستیت، هماتیت، منیتیت، کانی آهن

ساینده‌های بادی:

بوکسیت و آلومینا، کرندوم، الماس، دیاتومیت، فلدسپار، گارنت، هماتیت، منیتیت، نفلیت سینیت، الیوین، پرلیت، پرلیت، پومیس، ماسه سیلیسی، استارولیت، تریپلی، کربید کلسیم

فیلتر:

کربن فعال شده، آنتراسیت، آزبست، سلولز، دیاتومیت، گارنت، اکسید آهن، الیوین، پرلیت، پومیس، ماسه سیلیسی

پرکننده:

تری هیدرات آلومینیم، باریت، کربنات کلسیم، دیاتومیت، فلدسپار، کائولن، اکسید سرب، میکا، نفلین سینیت، پرلیت، تالک، سیلیس میکروکریستالن، پودر سیلیس و سیلیس مصنوعی، ولاستونیت.

رنگدانه:

لیتوفون، اکسید روی

بازیافت:

هرچند که بازیافت کاغذ و پلاستیک مصرف مواد خام را کاهش داده‌است، مواد بازیافتی از می‌بایست با افزایش تیتانیوم از نظر درخشندگی بهبود داد. رنگ به ندرت بازیافت می‌شود. فلز تیتانیوم و آلیاژهای آن بازیافت می‌شوند، هرچند دورة زندگی طولانی و آلودگی‌های غیرقابل قبول از نظر بازار مسئله ساز است. ذخایر شامل قراضه‌های حاصل از ذوب، ریخته‌گری و ساخت قطعات به ویژه شمش هستند. قراضه‌های قدیمی از هواپیماهای قدیمی و مبدلهای حرارتی بدست می‌آید. بیشتر تیتانیوم بازیافتی در صنعت فولاد به ویژه در تهیهٔ فروتیتانیوم بکار می‌رود.

میزان مصرف ظاهری تیتانیوم در جهان در طی این دوره (۱۹۹۷ – ۲۰۰۱) از ۰۶/۱۰ میلیون تن در سال ۱۹۹۷ به ۷۸/۹ میلیون تن در سال ۱۹۹۹ و ۵۸/۱۰میلیون تن در سال ۲۰۰۱ افزایش یافته‌است (جدول ۶).

روند مصرف جهانی تیتانیوم طی سال‌های ذکر شده به صورت نوسانی بوده و از یک روند ثابت تبعیت نکرده و مصرف جهانی کانی‌های تیتانیوم در سال ۱۹۹۹ به کمترین میزان در طی سال‌های ۲۰۰۱–۱۹۹۷ رسیده‌است. بیشترین آمار مصرف کانی‌های تیتانیوم در جهان مربوط به سال ۲۰۰۰ می‌باشد که حجم مصرفی بالغ بر ۵/۱۰ میلیون تن داشته‌است.

رآکتور سریع خنک‌شده فلز مایع

راکتور سریع خنک شده فلز مایع (به انگلیسی: Liquid metal cooled reactor) یا رآکتورهای LMFR، یکی از انواع رآکتور هسته‌ای از نوع راکتورهای بریدری است که به منظور استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای کاربرد دارد که از انرژی هسته‌ای استفاده می‌کند.

نخستین راکتور از این نوع در سال ۱۹۴۶ در آزمایشگاه ملی لاس آلاموس در نیومکزیکو راه‌اندازی شد.این رآکتورها از چرخهٔ سوخت اورانیوم-پلوتونیومی استفاده می‌کنند، و از خنک‌کنندهٔ سدیمی بهره می‌برند.

از رآکتورهای مشهور این نوع می‌توان رآکتور مونجو در ژاپن، و رآکتور سوپر فینیکس فرانسه را نام برد.

رنیوم

رنیوم(Rhenium) از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن Re و عدد اتمی آن ۷۵ است. رنیم فلزی سفید-نقره‌ای و سنگین از گروه فلزات واسطه است. رنیم از نظر ظاهری به منگنز Mو تکنسیم Tcشباهت دارد و از طریق استخراج و پالایش سنگ‌های معدنی مس و مولیبدن تولید می‌شود. نام این عنصر که در سال ۱۹۲۵ کشف شد از رود راین در اروپای غربی برگرفته شده‌است.

این عنصر از کمیاب‌ترین عناصر روی زمین است و فراوانی آن در پوسته زمین یک در میلیارد برآورده شده‌است؛ تا حدی که حتی در هر تن از غنی‌ترین سنگ معدنهای رنیوم در قزاقستان، کمتر از ۱۰ گرم رنیوم وجود دارد. این عنصر بالاترین نقطه جوش در بین تمامی عناصر و پس از تنگستن و کربن، سومین نقطه ذوب بالا را دارد.

تحمل حرارتی بالای این فلز باعث شده تا از ابرآلیاژهای نیکل و رنیوم در ساخت موتورهای جت استفاده شود. نسل دوم ابرآلیاژهای رنیوم که در موتورهای توربوفن جنگنده‌هایی چون اف-۱۴، اف-۱۵ و اف-۱۶ استفاده شده‌اند دارای ۳ درصد رنیوم و نسل سوم این آلیاژها که در موتورهای اف-۲۲ و اف-۳۵ استفاده شده‌اند حاوی ۶ درصد رنیوم هستند.

حدود ۷۰ درصد رنیوم تولیدی دنیا برای ساخت موتورهای جت استفاده می‌شود. دومین کاربرد مهم این فلز در ساخت کاتالیزورهای پلاتین-رنیوم است که برای ساخت بنزین بدون سرب و اکتان بالا استفاده می‌شوند. تولید سالانه این فلز ۴۰ تا ۵۰ تن است و پرو، شیلی، آمریکا و لهستان مهم‌ترین تولیدکنندگان آن هستند.

رنیوم با توجه به کمیابی از گران‌ترین فلزات است که تنها طلا و فلزات گروه پلاتین از آن گرانتر هستند. قیمت این فلز بین سال‌های ۲۰۰۳ تا ۲۰۰۶ بین هزار تا دو هزار برای هر کیلوگرم بود که در فوریه ۲۰۰۸ تا بیش از ۱۰ هزار دلار افزایش پیدا کرد. در ماه اوت سال ۲۰۱۱ میانگین قیمت این فلز ۴۵۷۵ دلار برای هر کیلوگرم (۱۴۲ دلار برای هر اونس تروا) بوده‌است. کاربرد این فلز در ساخت جت‌های نظامی و موتورهای موشک‌ها باعث شده تا اهمیت استراتژیکی نیز داشته باشد.

رودیم

رودیم (Rhodium) از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن Rh و عدد اتمی آن ۴۵ است. رودیم فلزی کمیاب، به رنگ نقره‌ای-سفید و سخت است. مقاومت بسیار در مقابل فرسایش و درخشندگی و جلای قابل توجه از ویژگی‌های این فلز است. ویلیام هاید ولاستون در سال ۱۸۰۳ این فلز را کشف کرده و نامگذاری کرد.

روی

روی یا زینک عنصری است شیمیایی با علامت اختصاری Zn که دارای عدد اتمی ۳۰ است. روی فلزی است به رنگ سفید متمایل به آبی که بر اثر رطوبت هوا تیره رنگ می‌شود و در حین احتراق رنگ سبز براقی تولید می‌کند. روی بعد از آهن، آلومینیوم و مس چهارمین فلز مورد استفاده در دنیا می‌باشد. از موارد استفاده روی می‌توان آلیاژهای مختلف از جمله برنج و فولاد گالوانیزه را نام برد.

روی یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Zn و عدد اتمی آن ۳۰ می‌باشد.

فلز واسطه

عناصر واسطه، همگی خصلت فلزی دارند. از نظر موقعیت در جدول تناوبی از دوره چهارم به بعد دو عنصر اصلی اول و شش عنصر اصلی آخر دوره در ده خانه، قرار دارند. از نظر آرایش الکترونی بر عکس فلزات قلیایی و قلیایی خاکی همدوره خود، سطح انرژی تراز n-1)d) لایه ظرفیت آن‌ها از سطح تراز ns این لایه پایین‌تر است. از اینرو آخرین الکترون اتم آن‌ها در n-1)d) وارد می‌شود و تراز p لایه ظرفیت و اتم آن‌ها از الکترون خالیست.

فلزهای قلیایی

فلزات قلیایی به عناصر گروه اول جدول تناوبی گفته می‌شود که شامل فلزهای لیتیم، سدیم، پتاسیم، روبیدیم، سزیم و فرانسیم می‌باشد. هیدروژن گرچه در گروه اول قرار می‌گیرد ولی دارای خصوصیات متفاوتی نسبت به دیگر اعضای این گروه می‌باشد، لذا آن را در دسته فلزات قلیایی قرار نمی‌دهند. درگذشته انسان به این نکته پی برده که اگر خاکستر باقی‌مانده از سوختن چوب را با آب مخلوط کند، محلولی به دست می‌آید که می‌تواند چربی‌ها را در خود حل کند. آن‌ها این محلول را قلیا نامیدند. امروزه می‌دانیم که در خاکستر چوب برخی از ترکیب‌های عنصرهای گروه اول جدول تناوبی وجود دارد از این رو عنصرهای این گروه را فلزهای قلیایی نامیدند.

فلزهای قلیایی خاکی

فلزهای بازی (قلیایی)-خاکی به عناصر گروه دوم جدول تناوبی شامل شش عنصر ؛ بریلیوم ، منیزیم ، کلسیم ، استرانسیوم ، باریم و رادیوم که آرایش الکترونی آن‌ها به ns۲ ختم می‌شود، می‌گویند. آخرین عنصر این گروه یعنی رادیوم، رادیواکتیو است. این فلزات سطحی درخشان و رنگ نقره‌ای سفید دارند. دارای واکنش‌پذیری بالایی هستند. اما واکنش‌پذیری این گروه به اندازه فلزات قلیایی (گروه I) نیست.

استخراج

فلزات قلیایی خاکی در پوسته زمین یافت می‌شوند. اما نه به صورت فلز آزاد بلکه به علت فعالیت بالا به صورت ترکیب در کانی‌ها و سنگ‌های مختلف. کلسیم، پنجمین عنصر فراوان در پوسته زمین و منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمین است. کانی‌های مهم منیزیم عبارتند از: کارنیت، منیزیت و دولومیت. منیزیم از آب دریا هم استخراج می‌شود. با افزودن هیدروکسید کلسیم به آب دریا هیدروکسید منیزیم کم محلول به صورت رسوب ته‌نشین می‌شود. این رسوب بعد از تبدیل به کلرید منیزیم در سلول الکتروشیمیایی داونز الکترولیز می‌شود تا منیزیم فلزی بدست آید. منابع عمده کلسیم، کالک، سنگ آهک، ژیپس (سنگ گچ) بی‌آب است البته به این دلیل به عناصر این گروه قلیایی خاکی می‌گویند چون عناصر این گروه بیشتر در سطح خاک یافت می‌شوند

فولاد

فولاد یا پولاد (به انگلیسی: Steel) آلیاژی از آهن است که بین ۰٫۰۰۲ تا ۲٫۱ درصد وزن آن کربن است. خواص فولاد به کمک تغییر در درصد کربن، عناصر آلیاژی و عملیات حرارتی قابل کنترل است.

برای ساخت فولاد، دو روش عمده وجود دارد. روش اول استفاده از آهن اسفنجی و کوره‌های قوس الکتریکی برای ذوب آهن اسفنجی و سپس آلیاژسازی است. روش دوم استفاده از آهن خام (آهن تولید شده در فرایند احیای غیرمستقیم) و سوزاندن کربن اضافی آن است. طی این فرایند میزان کربن آهن خام از بازهٔ ۵٫۳ تا ۶ به ۲٫۰ تا ۱٫۵ درصد وزنی کاهش می‌یابد، سپس عناصر دیگر در آن افزوده می‌شوند تا ترکیب مورد نظر بدست آید.

استحکام فولاد با «میزان کربن محلول» به شدت افزایش می‌یابد اما از طرفی این افزایش استحکام باعث کاهش قابلیت جوشکاری و افزایش احتمال شکست ترد می‌شود. استحکام فولادهای فریتی (فرومغناطیس) رابطه معکوسی با شکل‌پذیری دارد. تلفیق استحکام و شکل‌پذیری با پایدارسازی فاز آستنیت (پارامغناطیس) در فولادهای مدرن چندفازی قابل بهبود است.

مدال طلا

مدال طلا یا نشان طلا نشانی است که معمولاً به بالاترین دستاورد ممکن در زمینهٔ فعالیت‌های غیرنظامی داد می‌شود. نام آن برگرفته از فلز طلا است که در ساخت نشان استفاده می‌شود. این مقدار طلا یا به‌صورت آلیاژ مخلوط با فلز اصلی یا به‌صورت یک روکش بر بدنهٔ اصلی مدال، استفاده می‌شود.

مدال نقره

مدال نقره یا نشان نقره همان‌گونه که از نام آن پیداست، نشانی است ساخته‌شده از آلیاژ فلز اصلیِ نشان همراه با مقداری نقره یا فقط روکشی از نقره بر روی نشان.

مدال نقره معمولاً به نفر دوم رقابت تعلق می‌گیرد. این رقابت می‌تواند ورزشی یا غیرورزشی باشد؛ مانند رقابت‌های المپیک یا بازی‌های کشورهای مشترک‌المنافع. نفر اول نشان طلا و نفر سوم نشان برنز می‌گیرد.

مس

مس نام یک عنصر جدول تناوبی با نماد شیمیایی Cu (برگرفته از واژهٔ لاتین cuprum) است عدد اتمی آن ۲۹ و عنصری فلزی با ویژگی‌های شکل‌پذیری و رسانایی گرمایی و الکتریکی بالا است. مس خالص، نرم و چکش خوار است بخشی از آن که در برابر هوای آزاد قرار دارد به رنگ قرمز مایل به نارنجی است.

هزاران سال است که از مس و آلیاژهایش استفاده می‌شود. در دوران روم باستان، از معدن‌های مس در قبرس بهره‌برداری می‌شد ریشهٔ نام لاتین مس از واژهٔ сyprium به معنی فلز قبرس (metal of Cyprus) گرفته شده‌است که بعدها کوتاه شده و به شکل cuprum درآمده‌است. ترکیب‌های مس معمولاً به شکل نمک‌های مس (II) دیده می‌شوند، رنگ آبی یا سبز کانی‌هایی مانند آزوریت و فیروزه که از گذشته به عنوان گوهر دانسته می‌شدند ناشی از همین فلز است. از مس در معماری ساختمانی و هنرهای تزئینی هم بهره برده می‌شود.

مس یک مادهٔ معدنی ضروری برای اندام‌های زنده است چون سهمی کلیدی در ساخت آنزیم تنفسی سیتوکروم اکسیداز سی دارد. خون نرم‌تنان و سخت‌پوستان از ماده‌ای به نام هموسیانین ساخته شده‌است. مادهٔ اصلی هموسیانین، مس است درحالی که خون ماهی‌ها و مهره‌داران دارای هموگلوبین است و مادهٔ اصلی سازندهٔ آن، آهن می‌باشد. اندام‌های اصلی بدن انسان که در آن مس یافت می‌شود عبارتند از: کبد، ماهیچه و استخوان‌ها.

نافلزها

نافلزها گروهی از عناصر شیمیایی هستند. در جدول تناوبی عناصر فلز، نافلز یا شبه‌ فلز هستند.

نافلزات عبارتند از:

هیدروژن (H)

در گروه ۱۴: کربن (C)

در گروه ۱۵: نیتروژن (N)، فسفر (P)

در گروه ۱۶: اکسیژن (O)، گوگرد (S)، سلنیوم (Se)

در گروه ۱۷: هالوژن‌ها

در گروه ۱۸ : گازهای نجیب

نقره

نقره یا سیم یک عنصر شیمیایی با علامت Ag است. نقره فلزی نرم، سفیدرنگ، براق و جذاب است که در بین تمام عناصر، بالاترین میزان رسانایی الکتریکی و در بین تمام فلزات بیشترین میزان رسانایی گرمایی را دارد. نقره در طبیعت هم به صورت خالص و هم به صورت آلیاژ طبیعی همراه با طلا و دیگر فلزات و هم در برخی سنگ‌های معدنی یافت می‌شود. بیشترین تولید نقره جهان به عنوان جانبی از استخراج مس، نیکل، سرب و روی به دست می‌آید.

نقره یکی از فلزات گران‌بها به‌شمار می‌رود و بیشتر کاربردهای آن نیز ناشی از قابلیت‌های آن به عنوان یک فلز گران‌بها و همچنین قابلیت رسانایی بالای آن است. در سال‌های اخیر بیشترین مصرف نقره به ترتیب در بخش صنعت (به ویژه صنایع الکترونیک) ، ساخت جواهرات و لوازم تزئینی، تولید سکه و مدال، عکاسی و ساخت ظروف و لوازم غذاخوری بوده‌است. از دیگر کاربردهای نقره می‌توان به ساخت آینه و دوربین، به عنوان کاتالیزور فرایندهای شیمیایی، ملغمه پرکردن دندان و ساخت برخی سازهای موسیقی اشاره کرد. ضمن اینکه سکه‌ها و شمش‌های نقره برای سرمایه‌گذاری و به عنوان پناه امن سرمایه به‌کار می‌روند.

تولید جهانی نقره در سال ۲۰۱۰ بیش از ۲۲ هزار تن بوده که بیشتر از ۵ برابر تولید طلاست. بهای این فلز هم در ماه مارس ۲۰۱۷ بیش از ۱۸ دلار برای هر اونس تروا معادل بیش از ۲ میلیون تومان برای هر کیلوگرم بوده‌است که تقریباً یک هفتادم بهای طلاست. در طول یکصد سال اخیر قیمت نقره از یک پانزدهم تا یک صدم قیمت طلا متغیر بوده‌است.

مکزیک با ۴۵۰۰ تن بزرگترین تولیدکننده نقره جهان است و پرو و چین با اختلاف کمی پس از آن قرار می‌گیرند. در سال ۲۰۱۰ استرالیا، شیلی، بولیوی، آمریکا، لهستان، روسیه و آرژانتین به ترتیب در رتبه‌های چهارم تا دهم تولید نقره قرار دارند.

هنر مسگری

مسگری یکی از صنایع دستی کهن ایران است. اشیا و ظروف مسی دست ساز از زمان‌های دور در موزه‌ها قابل مشاهده هستند.

پیشینه مسگری در ایران حداقل به پنج هزار سال پیش می‌رسد و به ظن غالب اولین فلز مکشوفه بدست انسان همین فلز مس بوده و اولین فلزکاران نیز ایرانیان بوده‌اند.

از جمله مراکز عمده این هنر شهرهای کاشان، اصفهان، کرمان، زنجان و شیراز است.

پالادیم

پالادیوم یا پالادیم از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن Pd و عدد اتمی آن ۴۶ است، و یکی از فلزات کمیاب است و به رنگ نقره‌ای و سفید می‌باشد. پالادیوم از فلزات گروه پلاتین است و در مقایسه با سایر فلزات این گروه کمترین چگالی و پائینترین نقطه ذوب را دارد. این فلز کمیاب بیشتر از معادن مس و نیکل بدست می‌آید.

تولید جهانی پالادیم از معادن در سال ۲۰۰۶ حدود ۲۲۲ تن بوده و بیشتر آن برای تهیه مبدل‌های کاتالیست در صنعت خودروسازی استفاده شده‌است که گازهای سمی خروجی از اگزوز را به ترکیبات بی‌خطر یا کم‌خطر تبدیل می‌کنند. از این فلز در صنایع الکترونیک، پزشکی (مثل نوارهای تست قند خون)، دندانپزشکی، تلخیص هیدروژن، صنایع شیمیایی، هواپیماسازی و جواهرسازی (مثل تولید طلای سفید) نیز استفاده می‌شود. این فلز همچنین نقش مهمی در تولید نوعی از پیلهای سوختی دارد که هیدروژن و اکسیژن را ترکیب کرده تا الکتریسیته، گرما و آب تولید کنند.

پالادیم یکی از گرانترین فلزات دنیاست و قیمت هر اونس آن در سال ۲۰۱۴ بیش از ۸۰۰ دلار (نزدیک به ۳۰ هزار دلار برای هر کیلوگرم) بوده‌است. بیشتر پالادیم دنیا در دو کشور روسیه و آفریقای جنوبی تولید می‌شود ضمن اینکه بازیافت محصولات حاوی پالادیم نیز به ویژه مبدل‌های کاتالیست یکی از منابع عمده تولید این فلز است.

پلاتین

پلاتین یکی از عنصرهای شیمیایی و از فلزات است. عدد اتمی این عنصر ۷۸ و نشانه اختصاری آن Pt است. پلاتین از گروه فلزات واسطه به رنگ سفید-خاکستری، متراکم، رسانا و شکل‌پذیر است و از باارزش‌ترین فلزات گران‌بها محسوب می‌شود. نام این فلز برگرفته از واژه اسپانیایی پلاتینا به معنی «نقره کوچک» است.

پلاتین کمترین واکنش‌پذیری در بین تمامی فلزات را دارد و همچنین مقاومت بسیار بالایی نسبت به خوردگی دارد و حتی در محیط‌های بسیار داغ نیز این ویژگی را حفظ می‌کند. بیشتر کاربردهای پلاتین به دلیل این ویژگی‌ها و خاصیت کاتالیزوری بالای آن است. بیشترین استفاده پلاتین در ساخت مبدل‌های کاتالیست و جواهرات است. ابزارهای مخصوص آزمایشگاهی، اتصال‌های الکتریکی و الکترودها، تجهیزات پزشکی و دندان‌پزشکی، دستگاه‌های مقاوم در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، تجهیزات حرارت‌سنج برای کوره‌های الکتریکی، پوشش موشکها، و سوخت موتور جت از دیگر موارد استفاده این فلز است.

پلاتین از نادرترین عناصر در پوسته زمین است و غلظت آن فقط ۵ در میلیارد است. پلاتین به صورت آزاد در طبیعت وجود دارد و معمولاً همراه دیگر فلزهای خانواده پلاتین یعنی پالادیم، روتنیم، رودیم، ایریدیم و اسمیم دیده می‌شود. همگی این ۶ عنصر ویژگی‌هایی شبیه به هم دارند و عناصری بسیار نادر هستند.

به زبان‌های دیگر

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.