โลหะ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา

เหล็กแสดงเป็นชิ้นส่วนและลูกบาศก์1 ซม. 3เป็นตัวอย่างขององค์ประกอบทางเคมีที่เป็นโลหะ
โลหะที่มีลักษณะเป็นเรือเกรวี่ที่ทำจากสแตนเลสโลหะผสมส่วนใหญ่ประกอบด้วยเหล็ก คาร์บอน และโครเมียม

โลหะ (จากกรีก μέταλλον métallon "เหมืองแร่เหมืองหินโลหะ") เป็นวัสดุที่เมื่อปรุงสดใหม่ขัดหรือร้าวแสดงให้เห็นลักษณะเงาและดำเนินการผลิตไฟฟ้าและความร้อนค่อนข้างดี โลหะมักจะอ่อนได้ (สามารถทุบให้เป็นแผ่นบางได้) หรือเหนียว (สามารถดึงเป็นเส้นลวดได้) โลหะอาจเป็นองค์ประกอบทางเคมีเช่นเหล็ก ; โลหะผสมเช่นสแตนเลส ; หรือสารประกอบโมเลกุลเช่นไนไตรด์กำมะถันพอลิเมอ

ในฟิสิกส์, โลหะโดยทั่วไปถือว่าเป็นสารใด ๆ ที่มีความสามารถในการดำเนินการของการผลิตไฟฟ้าที่อุณหภูมิสัมบูรณ์ [1]ธาตุและสารประกอบหลายชนิดที่ปกติไม่จัดเป็นโลหะจะกลายเป็นโลหะภายใต้แรงกดดันสูง ตัวอย่างเช่นไอโอดีนที่ไม่ใช่โลหะค่อยๆ กลายเป็นโลหะที่ความดันระหว่าง 40 ถึง 170,000 เท่าของความดันบรรยากาศ . วัสดุบางชนิดที่ถือว่าเป็นโลหะก็อาจกลายเป็นอโลหะได้เช่นกันตัวอย่างเช่นโซเดียมกลายเป็นอโลหะที่ความดันต่ำกว่าสองล้านเท่าของความดันบรรยากาศ

ในวิชาเคมีสององค์ประกอบที่มิฉะนั้นจะมีคุณสมบัติ (ฟิสิกส์) เป็น metals- เปราะสารหนูและพลวงสรรพทั่วไปได้รับการยอมรับในฐานะแทนmetalloidsเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของพวกเขา (ส่วนใหญ่ที่ไม่ใช่โลหะสำหรับสารหนูและมีความสมดุลระหว่างโลหะและ nonmetallicity สำหรับพลวง) ประมาณ 95 ธาตุจาก 118 ธาตุในตารางธาตุเป็นโลหะ (หรือมีแนวโน้มว่าจะเป็นเช่นนั้น) ตัวเลขไม่แน่นอนเนื่องจากขอบเขตระหว่างโลหะอโลหะและเมทัลลอยด์ผันผวนเล็กน้อยเนื่องจากขาดคำจำกัดความที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากลของหมวดหมู่ที่เกี่ยวข้อง

ในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์คำว่า "โลหะ" นั้นใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่ออ้างถึงองค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดในดาวฤกษ์ที่หนักกว่าฮีเลียมและไม่ใช่แค่โลหะทั่วไปเท่านั้น ในความรู้สึกนี้เป็นครั้งแรกที่สี่ "โลหะ" การจัดเก็บภาษีในแกนตัวเอกผ่าน nucleosynthesis มีคาร์บอน , ไนโตรเจน , ออกซิเจนและนีออนซึ่งทั้งหมดเป็นอย่างเคร่งครัดอโลหะในวิชาเคมี ดาวฤกษ์หลอมอะตอมที่เบากว่า ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียม ให้เป็นอะตอมที่หนักกว่าตลอดอายุของมัน ในแง่นี้ความเป็นโลหะของวัตถุทางดาราศาสตร์คือสัดส่วนของสสารที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีที่หนักกว่า[2] [3]

โลหะในฐานะองค์ประกอบทางเคมีประกอบด้วยเปลือกโลก 25% และมีอยู่ในหลายแง่มุมของชีวิตสมัยใหม่ ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของโลหะบางชนิดทำให้เกิดการใช้งานบ่อยครั้ง เช่น ในอาคารสูงและการก่อสร้างสะพานตลอดจนยานพาหนะส่วนใหญ่เครื่องใช้ในบ้านเครื่องมือ ท่อ และรางรถไฟในอดีตโลหะมีค่าถูกใช้เป็นเหรียญกษาปณ์แต่ในยุคปัจจุบันโลหะที่เป็นเหรียญได้ขยายไปถึงองค์ประกอบทางเคมีอย่างน้อย 23 ชนิด[4]

ประวัติของโลหะกลั่นนั้นเริ่มต้นจากการใช้ทองแดงเมื่อประมาณ 11,000 ปีก่อน ทองคำ เงิน เหล็ก (เช่นเหล็กอุกกาบาต) ตะกั่วและทองเหลืองก็ถูกใช้เช่นเดียวกันก่อนการปรากฏครั้งแรกของทองสัมฤทธิ์ในสหัสวรรษที่ 5 ก่อนคริสตศักราช การพัฒนาที่ตามมารวมถึงการผลิตเหล็กรูปแบบแรกๆ การค้นพบโซเดียมโลหะเบาชนิดแรก—ใน พ.ศ. 2352; การเพิ่มขึ้นของเหล็กโลหะผสมสมัยใหม่; และตั้งแต่สิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 ก็มีการพัฒนาโลหะผสมที่มีความซับซ้อนมากขึ้น

คุณสมบัติ

รูปแบบและโครงสร้าง

คริสตัลแกลเลียม

โลหะมีความมันวาวและเป็นมันเงาอย่างน้อยก็เมื่อเตรียมใหม่ ขัดเงา หรือแตกหัก แผ่นโลหะที่หนากว่าไม่กี่ไมโครเมตรจะทึบแสง แต่แผ่นทองคำเปลวส่งแสงสีเขียว

สถานะของแข็งหรือของเหลวของโลหะส่วนใหญ่มาจากความจุของอะตอมของโลหะที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียอิเล็กตรอนของเปลือกนอกอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปแล้ว แรงที่ยึดอิเล็กตรอนของเปลือกนอกของอะตอมแต่ละตัวเข้าที่นั้นอ่อนกว่าแรงดึงดูดของอิเล็กตรอนตัวเดียวกันที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมในโลหะที่เป็นของแข็งหรือของเหลว อิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องจะกลายเป็น delocalised และโครงสร้างอะตอมของโลหะสามารถมองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นชุดของอะตอมที่ฝังอยู่ในเมฆของอิเล็กตรอนที่ค่อนข้างเคลื่อนที่ได้ ประเภทของการปฏิสัมพันธ์นี้เรียกว่าพันธะโลหะ [5]แรงยึดเหนี่ยวของโลหะสำหรับโลหะธาตุต่าง ๆ มีค่าสูงสุดรอบศูนย์กลางของโลหะทรานซิชันอนุกรม เนื่องจากองค์ประกอบเหล่านี้มีอิเล็กตรอนแบบแยกส่วนจำนวนมาก[n 1]

แม้ว่าโลหะธาตุที่สูงขึ้นส่วนใหญ่จะมีความหนาแน่นมากที่สุดกว่าอโลหะ , [5]มีความหลากหลายในความหนาแน่นของพวกเขาลิเธียมเป็นหนาแน่นน้อย (0.534 กรัม / ซม. 3 ) และออสเมียม (22.59 กรัม / ซม. 3 ) หนาแน่นมากที่สุด แมกนีเซียม อะลูมิเนียม และไททาเนียมเป็นโลหะเบาที่มีความสำคัญทางการค้าอย่างมาก ความหนาแน่นของตน 1.7, 2.7 และ 4.5 กรัม / ซม. 3สามารถนำมาเปรียบเทียบกับของโลหะโครงสร้างเก่าเช่นเหล็กที่ 7.9 และทองแดงที่ 8.9 กรัม / ซม. 3ลูกเหล็กจะมีน้ำหนักประมาณสามลูกอลูมิเนียมที่มีปริมาตรเท่ากัน

แท่งโลหะที่มีตาไก่แบบร้อนการทำงานร้อนใช้ประโยชน์จากความสามารถของโลหะที่จะเปลี่ยนรูปด้วยพลาสติก

โลหะมักจะอ่อนตัวและเหนียว เสียรูปภายใต้ความเค้นโดยไม่ต้องแยกออก[5]ลักษณะการยึดติดของโลหะที่ไม่มีทิศทางนั้นคิดว่ามีส่วนสำคัญต่อความเหนียวของของแข็งโลหะส่วนใหญ่ ในทางตรงกันข้าม ในสารประกอบไอออนิก เช่น เกลือแกง เมื่อระนาบของพันธะไอออนิกเลื่อนผ่านกันและกัน การเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งที่เป็นผลลัพธ์จะเปลี่ยนไอออนของประจุเดียวกันให้ใกล้เคียงกัน ส่งผลให้เกิดความแตกแยกของคริสตัล การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่ได้สังเกตพบในผลึกที่มีพันธะโควาเลนต์เช่น เพชร ซึ่งเกิดการแตกหักและแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย[6]สามารถอธิบายการเปลี่ยนรูปยางยืดแบบพลิกกลับได้ในโลหะโดยกฎของฮุคกองกำลังฟื้นฟูที่ความเครียดเป็นเส้นตรงสัดส่วนกับความเครียด

ความร้อนหรือกองกำลังขนาดใหญ่กว่าโลหะของวงเงินยืดหยุ่นอาจทำให้เกิดถาวร (กลับไม่ได้) ความผิดปกติหรือที่เรียกว่าเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกหรือพลาสติกแรงที่ใช้อาจจะเป็นแรงดึง (ดึง) แรงที่อัด (การผลักดัน) แรงหรือแรงเฉือน , การดัดหรือบิด (บิด) มีผลบังคับใช้ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอาจส่งผลกระทบต่อการเคลื่อนไหวหรือการกำจัดของข้อบกพร่องของโครงสร้างโลหะเช่นข้าวเขตแดน , ตำแหน่งงานว่างจุด , เส้นและผลกระทบกรู , ความผิดพลาดซ้อนและฝาแฝดทั้งในโลหะที่เป็นผลึกและไม่ใช่ผลึก ภายในลื่น , คืบและความเมื่อยล้าโลหะอาจตามมา

อะตอมของสารโลหะมักจะจัดเรียงอยู่ในโครงสร้างผลึกทั่วไปหนึ่งในสามแบบได้แก่ลูกบาศก์ที่เน้นร่างกาย (bcc) ลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางใบหน้า (fcc) และลูกบาศก์ที่ปิดสนิทหกเหลี่ยม (hcp) ใน bcc แต่ละอะตอมถูกจัดตำแหน่งไว้ที่ศูนย์กลางของลูกบาศก์ที่มีอะตอมอื่นๆ อีกแปดตัว ใน fcc และ hcp แต่ละอะตอมจะล้อมรอบด้วยอีกสิบสองอะตอม แต่การเรียงซ้อนของเลเยอร์ต่างกัน โลหะบางชนิดใช้โครงสร้างที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ [7]

หน่วยเซลล์สำหรับโครงสร้างผลึกแต่ละคนเป็นกลุ่มที่เล็กที่สุดของอะตอมซึ่งมีสัดส่วนโดยรวมของคริสตัลและจากการที่ตาข่ายผลึกทั้งสามารถสร้างขึ้นโดยการทำซ้ำในสามมิติ ในกรณีของโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ลำตัวดังแสดงไว้ด้านบน เซลล์ของหน่วยประกอบขึ้นจากอะตอมกลาง บวกด้วยหนึ่งถึงแปดของอะตอมแต่ละอันจากแปดมุมแต่ละอัน

ไฟฟ้าและความร้อน

พลังงานกล่าวสามารถใช้ได้กับอิเล็กตรอนในชนิดที่แตกต่างกันของของแข็งที่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์
 
ในที่นี้ ความสูงคือพลังงาน ในขณะที่ความกว้างคือความหนาแน่นของสถานะที่มีอยู่สำหรับพลังงานบางอย่างในวัสดุที่ระบุไว้ การแรเงาตามการกระจายของ Fermi–Dirac ( สีดำ = สถานะทั้งหมดถูกเติมสีขาว = ไม่มีการเติมสถานะ)
 
แฟร์ระดับ E Fคือระดับพลังงานที่อิเล็กตรอนอยู่ในตำแหน่งที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับระดับพลังงานที่เหนือกว่าพวกเขา ในโลหะและกึ่งโลหะแฟร์ระดับ E Fอยู่ภายในอย่างน้อยหนึ่งกลุ่มพลังงานสหรัฐฯ
 
ในฉนวนและเซมิคอนดักเตอร์แฟร์ระดับอยู่ภายในช่องว่างวง ; อย่างไรก็ตามในเซมิคอนดักเตอร์วงอยู่ใกล้พอที่จะแฟร์ระดับที่จะมีประชากรความร้อนที่มีอิเล็กตรอนหรือหลุม

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโลหะหมายความว่าพวกเขาจะค่อนข้างดีตัวนำไฟฟ้าอิเล็กตรอนในสสารสามารถแก้ไขได้มากกว่าระดับพลังงานที่แปรผันได้ และในโลหะ ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในเมฆอิเล็กตรอนนั้น อย่างน้อยก็ในระดับหนึ่ง ซึ่งสอดคล้องกับระดับพลังงานที่การนำไฟฟ้าเกิดขึ้นได้ ในเซมิคอนดักเตอร์เช่นซิลิกอนหรืออโลหะเช่นกำมะถัน มีช่องว่างพลังงานระหว่างอิเล็กตรอนในสารและระดับพลังงานที่การนำไฟฟ้าอาจเกิดขึ้นได้ ดังนั้น เซมิคอนดักเตอร์และอโลหะจึงเป็นตัวนำที่ค่อนข้างแย่

โลหะธาตุมีค่าการนำไฟฟ้าจาก 6.9 × 10 3 S / cm สำหรับแมงกานีส 6.3 × 10 5 S / ซม. สำหรับเงิน ในทางตรงกันข้ามสารกึ่งตัวนำเมทัลลอยด์ เช่นโบรอนมีค่าการนำไฟฟ้า 1.5 × 10 −6 S/ซม. ด้วยข้อยกเว้นประการหนึ่ง องค์ประกอบที่เป็นโลหะจะลดการนำไฟฟ้าของพวกมันเมื่อถูกความร้อน พลูโทเนียมจะเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าเมื่อถูกความร้อนในช่วงอุณหภูมิประมาณ −175 ถึง +125 °C

โลหะที่ค่อนข้างดีตัวนำความร้อน อิเล็กตรอนในเมฆอิเล็กตรอนของโลหะเคลื่อนที่ได้สูงและสามารถส่งผ่านพลังงานสั่นสะเทือนที่เกิดจากความร้อนได้อย่างง่ายดาย

ผลงานของอิเล็กตรอนของโลหะให้กำลังการผลิตความร้อนและการนำความร้อนและการนำไฟฟ้าของโลหะที่ตัวเองสามารถคำนวณจากรุ่นอิเล็กตรอนอิสระ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้คำนึงถึงโครงสร้างโดยละเอียดของโครงตาข่ายไอออนของโลหะ การพิจารณาถึงศักยภาพเชิงบวกที่เกิดจากการจัดเรียงของแกนไอออนช่วยให้สามารถพิจารณาโครงสร้างแถบอิเล็กทรอนิกส์และพลังงานยึดเหนี่ยวของโลหะได้ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ต่างๆที่มีผลบังคับใช้ที่ง่ายเป็นรุ่นอิเล็กตรอนเกือบฟรี

เคมี

โลหะมักจะมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นไพเพอร์ผ่านการสูญเสียอิเล็กตรอน[5]ส่วนใหญ่จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศเพื่อสร้างออกไซด์ในช่วงเวลาต่างๆ ( โพแทสเซียมเผาไหม้ในไม่กี่วินาทีในขณะที่เหล็กเกิดสนิมขึ้นหลายปี) คนอื่น ๆ บางอย่างเช่นแพลเลเดียม , ทองคำขาวและทองคำไม่ทำปฏิกิริยากับบรรยากาศที่ทุกคนออกไซด์ของโลหะโดยทั่วไปจะมีพื้นฐานเมื่อเทียบกับบรรดาของอโลหะซึ่งมีความเป็นกรดหรือเป็นกลาง ข้อยกเว้นส่วนใหญ่เป็นออกไซด์ที่มีสถานะออกซิเดชันสูงมากเช่น CrO 3 , Mn2 O 7และ OsO 4ซึ่งมีปฏิกิริยาเป็นกรดอย่างเคร่งครัด

จิตรกรรม , anodizingหรือชุบโลหะเป็นวิธีที่ดีในการป้องกันไม่ให้พวกเขากัดกร่อน อย่างไรก็ตามต้องเลือกโลหะที่มีปฏิกิริยามากกว่าในซีรีย์ไฟฟ้าเคมีสำหรับการเคลือบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคาดว่าจะเกิดการบิ่นของสารเคลือบ น้ำและโลหะทั้งสองก่อตัวเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีและหากสารเคลือบมีปฏิกิริยาน้อยกว่าโลหะที่อยู่ด้านล่าง สารเคลือบจะส่งเสริมการกัดกร่อนอย่างแท้จริง

การกระจายตารางธาตุ

ในวิชาเคมี ธาตุที่มักจะถือว่าเป็นโลหะภายใต้สภาวะปกติจะแสดงเป็นสีเหลืองในตารางธาตุด้านล่าง ธาตุที่เหลือ ได้แก่ ธาตุโลหะ (B, Si, Ge, As, Sb และ Te ที่เป็นที่รู้จักโดยทั่วไป) หรืออโลหะ แอสทาทีน (At) มักถูกจัดเป็นอโลหะหรือเมทัลลอยด์ แต่การคาดการณ์บางอย่างคาดว่าจะเป็นโลหะ เช่นนี้ มันถูกเว้นว่างไว้เนื่องจากสถานะความรู้เชิงทดลองที่สรุปไม่ได้ ธาตุอื่นๆ ที่แสดงว่ามีคุณสมบัติที่ไม่รู้จักมักจะเป็นโลหะ แต่มีข้อกังขาบางประการสำหรับโคเปอร์นิเซียม (Cn) และโอกาเนสสัน (Og)

โลหะผสม

ตัวอย่างของโลหะหน้าเลือด , โลหะผสมของดีบุก , พลวงและทองแดงที่ใช้ในแบริ่งเพื่อลดแรงเสียดทาน

โลหะผสมคือสารที่มีคุณสมบัติทางโลหะและประกอบด้วยธาตุตั้งแต่ 2 ธาตุขึ้นไป อย่างน้อยหนึ่งธาตุเป็นโลหะ โลหะผสมอาจมีตัวแปรหรือองค์ประกอบคงที่ ตัวอย่างเช่น ทองและเงินเป็นโลหะผสมซึ่งสามารถปรับสัดส่วนของทองหรือเงินได้อย่างอิสระ ไททาเนียมและซิลิกอนเป็นโลหะผสม Ti 2 Si ซึ่งอัตราส่วนของส่วนประกอบทั้งสองได้รับการแก้ไข (เรียกอีกอย่างว่าสารประกอบระหว่างโลหะ )

ประติมากรรมที่หล่อด้วยเงินนิกเกิล —โลหะผสมของทองแดง นิกเกิล และสังกะสีที่ดูเหมือนเงิน

โลหะบริสุทธิ์ส่วนใหญ่มีความอ่อน เปราะ หรือทำปฏิกิริยาทางเคมีมากเกินไปสำหรับการใช้งานจริง การรวมอัตราส่วนต่างๆ ของโลหะเข้าด้วยกันเป็นโลหะผสมจะปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะบริสุทธิ์เพื่อให้ได้คุณลักษณะที่ต้องการ จุดมุ่งหมายของการทำโลหะผสมโดยทั่วไปคือการทำให้เปราะน้อยลง แข็งขึ้น ทนต่อการกัดกร่อน หรือมีสีและความมันวาวที่ต้องการมากขึ้น ของทุกโลหะผสมที่ใช้ในปัจจุบัน, โลหะผสมของเหล็ก ( เหล็ก , สแตนเลส , เหล็ก , เหล็กเครื่องมือ , โลหะผสมเหล็ก) เป็นสัดส่วนที่ใหญ่ที่สุดทั้งตามปริมาณและมูลค่าทางการค้า เหล็กที่ผสมกับคาร์บอนในสัดส่วนต่างๆ จะทำให้ได้เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ กลาง และสูง โดยระดับคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นจะลดความเหนียวและความเหนียว นอกจากนี้ของซิลิกอนจะผลิตเหล็กหล่อในขณะที่การเพิ่มขึ้นของโครเมี่ยม , นิกเกิลและโมลิบดีนัมจะเหล็กกล้าคาร์บอน (มากกว่า 10%) ส่งผลให้เหล็กสแตนเล

อื่น ๆ โลหะผสมอย่างมีนัยสำคัญเป็นของอลูมิเนียม , ไทเทเนียม , ทองแดงและแมกนีเซียมโลหะผสมทองแดงเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ยุคก่อนประวัติศาสตร์บรอนซ์ทำให้ยุคสำริดเป็นชื่อ และมีการใช้งานมากมายในปัจจุบัน ที่สำคัญที่สุดคือในการเดินสายไฟฟ้า โลหะผสมของโลหะอีกสามชนิดได้รับการพัฒนาขึ้นเมื่อไม่นานนี้ เนื่องจากปฏิกิริยาเคมี จึงต้องอาศัยกระบวนการสกัดด้วยไฟฟ้าโลหะผสมของอลูมิเนียม ไททาเนียม และแมกนีเซียมมีค่าสำหรับอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง แมกนีเซียมยังสามารถให้การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า [ ต้องการการอ้างอิง ] วัสดุเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงมีความสำคัญมากกว่าต้นทุนวัสดุ เช่น ในอุตสาหกรรมอวกาศและยานยนต์บางประเภท

โลหะผสมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่นเครื่องยนต์ไอพ่นอาจมีส่วนประกอบมากกว่าสิบชิ้น

หมวดหมู่

โลหะสามารถจำแนกได้ตามคุณสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมี หมวดหมู่ที่อธิบายไว้ในส่วนย่อยดังต่อไปนี้ ได้แก่เหล็กและอโลหะโลหะ โลหะเปราะและโลหะทนไฟ ; โลหะสีขาวโลหะหนักและเบาและฐาน , ขุนนาง , และโลหะมีค่าเมทัลลิองค์ประกอบตารางในส่วนนี้ categorises โลหะธาตุบนพื้นฐานของคุณสมบัติทางเคมีของพวกเขาเป็นด่างและด่างแผ่นดินโลหะโลหะทรานซิชันและหลังการเปลี่ยนแปลงและแลนทาไนด์และแอกทิไนด์ หมวดหมู่อื่นๆเป็นไปได้ ขึ้นอยู่กับเกณฑ์สำหรับการรวม ตัวอย่างเช่นโลหะเฟอร์โรแมกเนติก —โลหะเหล่านั้นที่เป็นแม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง—คือเหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล

โลหะเหล็กและอโลหะ

คำว่า "เหล็ก" มาจากคำภาษาละตินหมายถึง "มีธาตุเหล็ก" ซึ่งอาจรวมถึงเหล็กบริสุทธิ์เช่นเหล็กดัดหรือโลหะผสมเช่นเหล็ก โลหะเหล็กมักจะเป็นแม่เหล็กแต่ไม่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก—โลหะผสม—ขาดธาตุเหล็กในปริมาณที่ประเมินค่าได้

โลหะเปราะ

แม้ว่าโลหะเกือบทั้งหมดจะอ่อนตัวหรืออ่อนตัวได้ แต่บางประเภท—เบริลเลียม โครเมียม แมงกานีส แกลเลียม และบิสมัท—จะเปราะ [8]สารหนู และพลวง ถ้ารับเป็นโลหะ จะเปราะ ค่าต่ำสุดของอัตราส่วนของกลุ่มโมดูลัสยืดหยุ่นให้กับโมดูลัสเฉือน ( เกณฑ์ของพัค ) ที่บ่งบอกถึงความเปราะแท้จริง

โลหะทนไฟ

ในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุ โลหะวิทยา และวิศวกรรมศาสตร์ โลหะทนไฟเป็นโลหะที่ทนทานต่อความร้อนและการสึกหรอเป็นพิเศษ โลหะใดที่อยู่ในหมวดหมู่นี้แตกต่างกันไป คำจำกัดความที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ ไนโอเบียม โมลิบดีนัม แทนทาลัม ทังสเตน และรีเนียม พวกมันทั้งหมดมีจุดหลอมเหลวสูงกว่า 2000 °C และมีความแข็งสูงที่อุณหภูมิห้อง

โลหะสีขาว

โลหะสีขาวใด ๆ ในช่วงของโลหะสีขาว (หรือโลหะผสมของพวกเขา) ที่มีจุดหลอมละลายที่ค่อนข้างต่ำ โลหะดังกล่าว ได้แก่ สังกะสี แคดเมียม ดีบุก พลวง (ในที่นี้นับเป็นโลหะ) ตะกั่ว และบิสมัท ซึ่งบางชนิดมีพิษค่อนข้างมาก ในสหราชอาณาจักร การค้างานวิจิตรศิลป์ใช้คำว่า "โลหะสีขาว" ในแคตตาล็อกการประมูลเพื่ออธิบายสินค้าเงินต่างประเทศซึ่งไม่มีเครื่องหมาย British Assay Office แต่กระนั้นก็เข้าใจว่าเป็นเงินและมีราคาตามนั้น

โลหะหนักและเบา

โลหะหนักคือโลหะที่มีความหนาแน่นค่อนข้างสูงหรือเมทัลลอยด์ [9]มีการเสนอคำจำกัดความที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น แต่ไม่มีใครได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง โลหะหนักบางชนิดมีการใช้งานเฉพาะกลุ่มหรือเป็นพิษอย่างเด่นชัด บางส่วนมีความสำคัญในปริมาณการติดตาม โลหะอื่นๆ ทั้งหมดเป็นโลหะเบา

ฐาน โลหะมีค่าและมีค่า

ในทางเคมีในระยะฐานโลหะถูกนำมาใช้อย่างไม่เป็นทางการในการอ้างถึงโลหะที่ได้อย่างง่ายดายออกซิไดซ์หรือสึกกร่อนเช่นปฏิกิริยาได้อย่างง่ายดายด้วยเจือจางกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ในรูปแบบคลอไรด์โลหะและไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่นเหล็กนิกเกิล , ตะกั่วและสังกะสี ทองแดงถือเป็นโลหะพื้นฐานเนื่องจากออกซิไดซ์ได้ค่อนข้างง่าย แม้ว่าจะไม่ทำปฏิกิริยากับ HCl

โรเดียมซึ่งเป็นโลหะชั้นสูงแสดงในรูปของผง 1 กรัม กระบอกอัด 1 กรัม และเม็ด 1 กรัม

คำโลหะมีเกียรติเป็นที่นิยมใช้ในการต่อสู้กับฐานโลหะโลหะโนเบิลมีความทนทานต่อการกัดกร่อนหรือการเกิดออกซิเดชัน , [10]แตกต่างมากที่สุดโลหะพื้นฐานพวกมันมักจะเป็นโลหะมีค่า ซึ่งมักเกิดจากความหายากที่รับรู้ได้ ตัวอย่าง ได้แก่ ทอง แพลทินัม เงินโรเดียมอิริเดียม และแพลเลเดียม

ในการเล่นแร่แปรธาตุและเหรียญกษาปณ์คำว่า เบส เมทัล ตรงกันข้ามกับโลหะมีค่านั่นคือ ค่าที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจสูง[11] เป้าหมายอันยาวนานของนักเล่นแร่แปรธาตุคือการเปลี่ยนโลหะพื้นฐานเป็นโลหะมีค่ารวมถึงโลหะเหรียญเช่นเงินและทอง เหรียญส่วนใหญ่ในปัจจุบันที่ทำจากโลหะพื้นฐานที่มีไม่มีคุณค่าในอดีตที่ผ่านมาบ่อยเหรียญที่ได้รับค่าของพวกเขาส่วนใหญ่มาจากพวกเขาโลหะมีค่าเนื้อหา

ในทางเคมี โลหะมีค่า (เช่น โลหะมีตระกูล) มีปฏิกิริยาน้อยกว่าองค์ประกอบส่วนใหญ่ มีความมันวาวสูงและมีค่าการนำไฟฟ้าสูง ในอดีต โลหะมีค่ามีความสำคัญในฐานะสกุลเงินแต่ปัจจุบันถูกมองว่าเป็นการลงทุนและสินค้าอุตสาหกรรมเป็นหลักทอง , เงิน , ทองคำขาวและแพลเลเดียมแต่ละมีISO 4217รหัสสกุลเงิน โลหะมีค่าที่รู้จักกันดีที่สุดคือทองคำและเงิน ในขณะที่ทั้งสองมีใช้ในอุตสาหกรรมที่พวกเขาจะรู้จักกันดีสำหรับการใช้งานของพวกเขาในงานศิลปะ , เครื่องประดับและเหรียญโลหะมีค่าอื่นๆ ได้แก่กลุ่มแพลทินัมโลหะ: รูทีเนียม , โรเดียมแพลเลเดียมออสเมียม , อิริเดียมและทองคำขาวทองคำซึ่งเป็นที่ซื้อขายกันอย่างแพร่หลาย

ความต้องการโลหะมีค่าไม่เพียงแต่ขับเคลื่อนโดยการใช้งานจริงเท่านั้น แต่ยังมาจากบทบาทในการลงทุนและการกักเก็บมูลค่าด้วย [12]แพลเลเดียมและแพลตตินั่ม ณ ฤดูใบไม้ร่วงปี 2018 มีมูลค่าประมาณสามในสี่ของราคาทองคำ เงินมีราคาถูกกว่าโลหะเหล่านี้อย่างมาก แต่มักถูกมองว่าเป็นโลหะมีค่าในแง่ของบทบาทในการผลิตเหรียญกษาปณ์และเครื่องประดับ

โลหะวาล์ว

ในทางไฟฟ้าเคมี โลหะวาล์วเป็นโลหะที่ไหลผ่านกระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น

วงจรชีวิต

รูปแบบ

ความอุดมสมบูรณ์และการเกิดหลักหรือแหล่งที่มาโดยน้ำหนัก[n 2]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 ชม เขา
2 หลี่ เป็น NS NS อู๋ NS เน่
3 นา มก อัล ซิ NS NS Cl อา
4 K Ca Sc Ti วี Cr มิน เฟ โค นิ Cu สังกะสี กา เก เนื่องจาก เซ Br กรุ
5 Rb ซีเนียร์ Y Zr Nb โม รุ Rh Pd Ag ซีดี ใน Sn Sb เต  ผม  เซ
6 Cs บา 1 ดอกจัน ลู่ Hf ตาล W อีกครั้ง Os ไอร์ ปตท Au Hg Tl พีบี บี
7 1 ดอกจัน
 
1 ดอกจัน ลา เซ ปรือ NS Sm สหภาพยุโรป Gd Tb Dy โฮ เอ้อ Tm Yb
1 ดอกจัน ไทย ยู
 
   อุดมสมบูรณ์ที่สุด (มากถึง 82 000 ppm)
   อุดมสมบูรณ์ (100999แผ่นต่อนาที)
   ผิดปกติ (1–99 ppm)
   หายาก (0.010.99 ppm)
   หายากมาก (0.00010.0099 ppm)
 
โลหะที่เหลือของเส้นแบ่งเกิดขึ้น (หรือมีแหล่งที่มา) ส่วนใหญ่เป็นlithophiles ; ทางด้านขวา เช่นchalcophilesยกเว้น gold (a siderophile ) และ tin (a lithophile)
ส่วนย่อยนี้เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโลหะธาตุตามตารางธาตุ เนื่องจากรูปแบบเหล่านี้เป็นพื้นฐานของวัสดุโลหะ ดังที่นิยามไว้ในบทความนี้

โลหะขึ้นไปบริเวณใกล้เคียงของเหล็ก (ในตารางธาตุ) จะทำส่วนใหญ่ผ่านทางดารา nucleosynthesis ในกระบวนการนี้ ธาตุที่เบากว่าตั้งแต่ไฮโดรเจนไปจนถึงซิลิกอนจะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันต่อเนื่องกันภายในดาวฤกษ์ ปล่อยแสงและความร้อนออกมา และก่อตัวเป็นองค์ประกอบที่หนักกว่าด้วยเลขอะตอมที่สูงขึ้น [13]

โลหะที่หนักกว่ามักจะไม่ก่อตัวในลักษณะนี้เนื่องจากปฏิกิริยาฟิวชันที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียสดังกล่าวจะกินพลังงานมากกว่าปล่อยพลังงาน[14]แต่พวกเขามีการสังเคราะห์ส่วนใหญ่ (จากองค์ประกอบที่มีจำนวนอะตอมล่าง) โดยนิวตรอนกับสองโหมดหลักของการจับภาพซ้ำ ๆ นี้เป็นของกระบวนการและกระบวนการ R ใน S-กระบวนการ ( "S" ย่อมาจาก "ช้า") จับเอกพจน์แยกจากกันโดยปีหรือทศวรรษที่ผ่านมาทำให้นิวเคลียสที่มีเสถียรภาพน้อยที่จะสลายตัวเบต้า , [15]ขณะที่อยู่ในกระบวนการ r ("รวดเร็ว") การดักจับจะเกิดขึ้นเร็วกว่านิวเคลียสจะสลายตัวได้ ดังนั้น กระบวนการ s จึงใช้เส้นทางที่ชัดเจนไม่มากก็น้อย ตัวอย่างเช่น นิวเคลียสแคดเมียม-110 ที่เสถียรถูกทิ้งระเบิดอย่างต่อเนื่องโดยนิวตรอนอิสระภายในดาวฤกษ์จนกระทั่งเกิดนิวเคลียสแคดเมียม-115 ซึ่งไม่เสถียรและสลายตัวเป็นอินเดียม-115 (ซึ่ง เกือบจะเสถียรด้วยครึ่งชีวิต30 000ครั้งอายุของจักรวาล) นิวเคลียสเหล่านี้จับนิวตรอนและก่อตัวเป็นอินเดียม-116 ซึ่งไม่เสถียรและสลายตัวเป็นดีบุก-116 เป็นต้น[13] [16] [n 3]ในทางตรงกันข้าม ไม่มีเส้นทางดังกล่าวในกระบวนการ r กระบวนการ s หยุดที่บิสมัทเนื่องจากครึ่งชีวิตสั้นของธาตุสองธาตุถัดไป ได้แก่ พอโลเนียมและแอสทาทีน ซึ่งจะสลายตัวเป็นบิสมัทหรือตะกั่ว กระบวนการ r นั้นเร็วมากจนสามารถข้ามโซนความไม่เสถียรนี้ไปและสร้างองค์ประกอบที่หนักกว่าได้ เช่นทอเรียมและยูเรเนียม[18]

โลหะควบแน่นในดาวเคราะห์อันเป็นผลมาจากวิวัฒนาการของดาวและกระบวนการทำลายล้าง ดาวสูญเสียมากของมวลของพวกเขาเมื่อมีการขับออกมาในช่วงปลายชีวิตของพวกเขาและบางครั้งหลังจากนั้นเป็นผลมาจากดาวนิวตรอนการควบรวมกิจการ[19] [n 4]จึงช่วยเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของธาตุที่หนักกว่าฮีเลียมในดวงดาวกลาง เมื่อแรงดึงดูดที่ทำให้เกิดเรื่องนี้ไปรวมกันและการล่มสลายดาวดวงใหม่และดาวเคราะห์จะเกิดขึ้น [21]

ความอุดมสมบูรณ์และการเกิดขึ้น

ตัวอย่างของdiaspore , อลูมิเนียมแร่ออกไซด์ไฮดรอกไซα-ALO (OH)

เปลือกโลกประกอบด้วยโลหะประมาณ 25% โดยน้ำหนัก โดย 80% เป็นโลหะเบา เช่น โซเดียม แมกนีเซียม และอะลูมิเนียม อโลหะ (~ 75%) ประกอบขึ้นเป็นส่วนที่เหลือของเปลือกโลก แม้ว่าโลหะหนักบางชนิดเช่นทองแดงจะขาดแคลนโดยรวม แต่ก็สามารถรวมตัวในปริมาณที่สกัดได้ในเชิงเศรษฐกิจอันเป็นผลมาจากการสร้างภูเขา การกัดเซาะ หรือกระบวนการทางธรณีวิทยาอื่นๆ

โลหะส่วนใหญ่จะพบเป็น lithophiles (ชอบหิน) หรือ chalcophiles (ชอบแร่) โลหะลิโธฟิลส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบ s-block ยิ่งองค์ประกอบ d-block มีปฏิกิริยามากขึ้น และองค์ประกอบ f-block พวกเขามีความสัมพันธ์ที่ดีกับออกซิเจนและส่วนใหญ่เป็นแร่ธาตุซิลิเกตที่มีความหนาแน่นค่อนข้างต่ำ โลหะคาลโคไฟล์ส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบ d-block ที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่า และโลหะ p-block ที่มีคาบ 4-6 มักพบในแร่ธาตุซัลไฟด์ (ที่ไม่ละลายน้ำ) เนื่องจากมีความหนาแน่นมากกว่า lithophiles ดังนั้นการจมลงไปในเปลือกโลกในช่วงเวลาของการแข็งตัวของมัน chalcophiles มักจะมีจำนวนน้อยกว่า lithophiles

ในทางกลับกัน ทองเป็นธาตุที่ชอบกินเนื้อคนหรือชอบธาตุเหล็ก ไม่เกิดสารประกอบที่มีออกซิเจนหรือกำมะถันทันที ในช่วงเวลาแห่งการก่อตัวของโลก และในฐานะที่เป็นโลหะที่มีความเฉื่อยที่สุด (เฉื่อย) ทองคำจึงจมลงไปในแกนกลางเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นโลหะผสมที่มีความหนาแน่นสูง จึงเป็นโลหะที่ค่อนข้างหายาก โลหะมีตระกูลอื่น ๆ (น้อยกว่า) เช่น โมลิบดีนัม รีเนียม โลหะกลุ่มแพลตตินัม (รูทีเนียม โรเดียม พัลลาเดียม ออสเมียม อิริเดียม และแพลตตินั่ม) เจอร์เมเนียม และดีบุก สามารถนับเป็นไซด์โรไฟล์ได้ แต่จะนับเป็นการเกิดขึ้นครั้งแรกใน โลก (แกนกลาง เสื้อคลุม และเปลือกโลก) แทนที่จะเป็นเปลือกโลก มิฉะนั้น โลหะเหล่านี้จะเกิดขึ้นในเปลือกโลกในปริมาณเล็กน้อย ส่วนใหญ่มีลักษณะเป็น chalcophiles (น้อยกว่าในรูปแบบดั้งเดิม) [น 5]

แกนนอกของของเหลวที่หมุนได้ภายในโลก ซึ่งประกอบด้วยเหล็กเป็นส่วนใหญ่ เชื่อกันว่าเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กป้องกันโลก [n 6]แกนอยู่เหนือแกนชั้นในที่เป็นของแข็งของโลกและอยู่ใต้ชั้นเนื้อโลก หากสามารถจัดเรียงใหม่เป็นเสาที่มีรอยเท้า5 ม. 2 (54 ตารางฟุต) ก็จะมีความสูงเกือบ 700 ปีแสง สนามแม่เหล็กป้องกันโลกจากอนุภาคที่มีประจุของลมสุริยะ และรังสีคอสมิกที่อาจดึงชั้นบรรยากาศชั้นบนออกไป (รวมถึงชั้นโอโซนที่จำกัดการแพร่ของรังสีอัลตราไวโอเลต)

การสกัด

โลหะมักจะถูกดึงออกมาจากโลกโดยวิธีการของแร่เหมืองแร่ที่เป็นแหล่งที่อุดมไปด้วยองค์ประกอบที่จำเป็นเช่นอะลูมิเนียมแร่ตั้งอยู่โดยใช้เทคนิคการหาแร่ตามด้วยการสำรวจและตรวจสอบแหล่งแร่ แหล่งแร่ทั่วไปจะแบ่งเป็นเหมืองพื้นผิวซึ่งมีการขุดค้นขุดโดยใช้เครื่องจักรกลหนักและเหมืองใต้ดินในบางกรณี ราคาขายของโลหะที่เกี่ยวข้องทำให้มีความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจในการขุดแหล่งที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า

เมื่อขุดแร่แล้ว จะต้องสกัดโลหะโดยปกติแล้วจะต้องใช้สารเคมีหรือการลดอิเล็กโทรไลต์Pyrometallurgyใช้อุณหภูมิสูงในการแปลงแร่เป็นโลหะดิบ ในขณะที่hydrometallurgyใช้เคมีที่เป็นน้ำเพื่อจุดประสงค์เดียวกัน วิธีการที่ใช้ขึ้นอยู่กับโลหะและสารปนเปื้อน

เมื่อ แร่ โลหะ เป็น สารประกอบ ไอออนิก ของ โลหะ นั้น และ อโลหะ ปกติ แร่ ต้องถลุง—ให้ ความร้อน ด้วย ตัว รีดิวซ์—เพื่อ สกัด โลหะ บริสุทธิ์. โลหะทั่วไปหลายชนิด เช่น เหล็ก หลอมโดยใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ โลหะบางชนิด เช่น อะลูมิเนียมและโซเดียมไม่มีสารรีดิวซ์ที่ใช้งานได้จริงในเชิงพาณิชย์ และถูกสกัดโดยใช้อิเล็กโทรไลซิสแทน [22] [23]

แร่ซัลไฟด์ไม่ได้ลดลงโดยตรงกับโลหะ แต่ถูกคั่วในอากาศเพื่อเปลี่ยนเป็นออกไซด์

การใช้งาน

นีโอดิเมียมแม่เหล็กโลหะผสมสารประกอบขององค์ประกอบ Nd 2 Fe 14 B บนนิกเกิลเหล็กยึดจากคอมพิวเตอร์ที่ใช้ฮาร์ดไดรฟ์

โลหะมีอยู่เกือบทุกแง่มุมของชีวิตสมัยใหม่ เหล็ก ซึ่งเป็นโลหะหนักอาจพบได้บ่อยที่สุดเนื่องจากคิดเป็น 90% ของโลหะกลั่นทั้งหมด อลูมิเนียม ซึ่งเป็นโลหะเบาเป็นโลหะที่ผ่านการกลั่นมากที่สุดรองลงมา เหล็กบริสุทธิ์อาจเป็นธาตุโลหะที่ถูกที่สุดโดยมีราคาประมาณ 0.07 เหรียญสหรัฐต่อกรัม แร่ของมันแพร่หลาย ง่ายต่อการปรับแต่ง ; และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องได้รับการพัฒนามาเป็นเวลาหลายร้อยปีเหล็กหล่อถูกกว่าด้วยที่ 0.01 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อกรัม เนื่องจากไม่จำเป็นต้องทำให้บริสุทธิ์ในภายหลัง แพลตตินั่ม ราคาประมาณ 27 ดอลลาร์ต่อกรัม อาจเป็นแพลตตินั่มที่แพร่หลายที่สุด เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูงมาก ทนทานต่อการกัดกร่อน การนำไฟฟ้า และความทนทาน กล่าวกันว่าพบในหรือใช้ในการผลิต 20% ของสินค้าอุปโภคบริโภคทั้งหมด พอโลเนียมน่าจะเป็นโลหะที่มีราคาแพงที่สุด โดยมีราคาประมาณ 100,000,000 เหรียญสหรัฐต่อกรัม[ ต้องการการอ้างอิง ]เนื่องจากความขาดแคลนและการผลิตในระดับจุลภาค

โลหะและโลหะผสมบางชนิดมีความแข็งแรงสูงต่อหน่วยมวล ทำให้เป็นวัสดุที่มีประโยชน์สำหรับการรับน้ำหนักมากหรือต้านทานความเสียหายจากการกระแทก โลหะผสมสามารถออกแบบให้มีความทนทานต่อแรงเฉือน แรงบิด และการเสียรูปสูง อย่างไรก็ตาม โลหะชนิดเดียวกันอาจเสี่ยงต่อความเสียหายจากความล้าจากการใช้งานซ้ำๆ หรือจากความเค้นล้มเหลวอย่างกะทันหันเมื่อเกินกำลังรับน้ำหนัก ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของโลหะนำไปสู่การใช้บ่อยครั้งในการก่อสร้างอาคารสูงและสะพาน เช่นเดียวกับยานพาหนะส่วนใหญ่ เครื่องใช้ เครื่องมือ ท่อ และรางรถไฟ

โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี ทำให้มีค่าในเครื่องใช้ไฟฟ้าและสำหรับการนำกระแสไฟฟ้าในระยะไกลโดยสูญเสียพลังงานเพียงเล็กน้อย กริดพลังงานไฟฟ้าใช้สายเคเบิลโลหะเพื่อจำหน่ายไฟฟ้า ระบบไฟฟ้าภายในบ้านส่วนใหญ่จะต่อสายด้วยลวดทองแดงเพื่อให้มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ดี

ค่าการนำความร้อนของโลหะมีประโยชน์สำหรับภาชนะบรรจุเพื่อให้ความร้อนกับวัสดุเหนือเปลวไฟ โลหะยังใช้สำหรับระบายความร้อนเพื่อป้องกันอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนจากความร้อนสูงเกินไป

โลหะบางชนิดมีค่าการสะท้อนแสงสูงทำให้สามารถนำไปใช้ในกระจกได้ ซึ่งรวมถึงเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่แม่นยำ และเพิ่มความสวยงามให้กับเครื่องประดับโลหะ

โลหะบางชนิดมีการใช้งานเฉพาะ ปรอทเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องและใช้ในสวิตช์เพื่อทำให้วงจรสมบูรณ์เมื่อไหลผ่านหน้าสัมผัสสวิตช์ โลหะกัมมันตรังสีเช่นยูเรเนียมและพลูโตเนียมที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในการผลิตพลังงานทางนิวเคลียร์ โลหะผสมจำรูปถูกนำมาใช้สำหรับการใช้งานเช่นท่อรัดและหลอดเลือดขดลวด

โลหะสามารถเจือด้วยโมเลกุลแปลกปลอม—อินทรีย์, อนินทรีย์, ชีวภาพและโพลีเมอร์ ยาสลบนี้ทำให้โลหะมีคุณสมบัติใหม่ที่เกิดจากโมเลกุลของแขก ได้มีการพัฒนาการประยุกต์ใช้งานในการเร่งปฏิกิริยา ยา เซลล์ไฟฟ้าเคมี การกัดกร่อน และอื่นๆ [24]

รีไซเคิล

กองเศษเหล็กอัดแน่นพร้อมสำหรับการรีไซเคิล

ความต้องการโลหะมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการเติบโตทางเศรษฐกิจ เนื่องจากมีการใช้งานในโครงสร้างพื้นฐาน การก่อสร้าง การผลิต และสินค้าอุปโภคบริโภค ในช่วงศตวรรษที่ 20 ความหลากหลายของโลหะที่ใช้ในสังคมเติบโตขึ้นอย่างรวดเร็ว ทุกวันนี้ การพัฒนาประเทศสำคัญๆ เช่น จีนและอินเดีย และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี กำลังกระตุ้นให้เกิดความต้องการมากขึ้น ผลที่ได้คือกิจกรรมการขุดกำลังขยายตัว และสต็อกโลหะของโลกจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ มีการใช้อยู่เหนือพื้นดิน มากกว่าที่จะอยู่ใต้พื้นดินเป็นเงินสำรองที่ไม่ได้ใช้ ตัวอย่างคือสต็อคทองแดงที่ใช้งานอยู่ ระหว่างปี 1932 และ 1999 ทองแดงที่ใช้ในสหรัฐฯ เพิ่มขึ้นจาก 73 กรัม เป็น 238 กรัมต่อคน [25]

โลหะสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ตามปกติ ดังนั้นโดยหลักการแล้ว สามารถนำมาใช้ซ้ำแล้วซ้ำอีก ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในเชิงลบเหล่านี้และประหยัดพลังงาน ตัวอย่างเช่น พลังงาน 95% ที่ใช้ทำอะลูมิเนียมจากแร่บอกไซต์ถูกประหยัดพลังงานโดยใช้วัสดุรีไซเคิล(26)

การรีไซเคิลโลหะทั่วโลกโดยทั่วไปมีน้อย ในปี 2010 คณะกรรมการทรัพยากรระหว่างประเทศซึ่งจัดโดยโครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติ ได้ตีพิมพ์รายงานเกี่ยวกับสต็อกโลหะที่มีอยู่ในสังคม[27]และอัตราการรีไซเคิล [25]ผู้เขียนรายงานตั้งข้อสังเกตว่าแร่โลหะในสังคมสามารถใช้เป็นเหมืองขนาดใหญ่เหนือพื้นดินได้ พวกเขาเตือนว่าอัตราการรีไซเคิลโลหะหายากบางชนิดที่ใช้ในการใช้งาน เช่น โทรศัพท์มือถือ ชุดแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฮบริด และเซลล์เชื้อเพลิงนั้นต่ำมาก เว้นแต่อัตราการรีไซเคิลที่หมดอายุการใช้งานในอนาคตจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก โลหะที่สำคัญเหล่านี้จะไม่สามารถใช้งานได้ ใช้ในเทคโนโลยีสมัยใหม่

ปฏิสัมพันธ์ทางชีวภาพ

บทบาทของธาตุโลหะในการวิวัฒนาการของชีวเคมีของเซลล์ได้รับการตรวจสอบแล้ว ซึ่งรวมถึงส่วนรายละเอียดเกี่ยวกับบทบาทของแคลเซียมในเอนไซม์รีดอกซ์ (28)

หนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งขององค์ประกอบเหล็ก , โคบอลต์ , นิกเกิล , ทองแดงและสังกะสีมีความสำคัญต่อทุกรูปแบบชีวิตที่สูงขึ้นโมลิบดีนัมเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของวิตามินบี 12สารประกอบขององค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ทั้งหมดและองค์ประกอบการโพสต์การเปลี่ยนแปลงเป็นพิษต่อมากขึ้นหรือในระดับน้อยมีข้อยกเว้นบางอย่างเช่นสารประกอบบางพลวงและดีบุกแหล่งที่มีศักยภาพของการเป็นพิษโลหะรวมถึงการทำเหมืองแร่ , แร่ , กากอุตสาหกรรม , การไหลบ่าทางการเกษตร , การสัมผัสสารเคมี ,สีและไม้ได้รับการรักษา

ประวัติศาสตร์

ยุคก่อนประวัติศาสตร์

ทองแดง ซึ่งเกิดขึ้นในรูปแบบดั้งเดิม อาจเป็นโลหะชนิดแรกที่ค้นพบเนื่องจากมีลักษณะเฉพาะ มีความหนัก และอ่อนตัวเมื่อเปรียบเทียบกับหินหรือกรวดอื่นๆ ทอง เงิน และเหล็ก (เหมือนเหล็กอุกกาบาต) และตะกั่วก็ถูกค้นพบในยุคก่อนประวัติศาสตร์เช่นเดียวกัน รูปแบบของทองเหลืองซึ่งเป็นโลหะผสมของทองแดงและสังกะสีที่ทำขึ้นจากการถลุงแร่ของโลหะเหล่านี้ไปพร้อม ๆ กัน มีต้นกำเนิดมาจากช่วงเวลานี้ (แม้ว่าสังกะสีบริสุทธิ์จะไม่ถูกแยกออกจนถึงศตวรรษที่ 13) ความเปราะบางของโลหะแข็งนำไปสู่ความพยายามครั้งแรกในการสร้างเครื่องประดับ เครื่องมือ และอาวุธที่เป็นโลหะ เหล็กอุกกาบาตที่มีนิกเกิลถูกค้นพบเป็นครั้งคราว และในบางแง่มุม เหล็กนี้เหนือกว่าเหล็กกล้าอุตสาหกรรมใดๆ ที่ผลิตขึ้นจนถึงช่วงทศวรรษ 1880 เมื่อเหล็กกล้าอัลลอยด์มีความโดดเด่น [ ต้องการการอ้างอิง ]

สมัยโบราณ

Artemision บรอนซ์n [7]แสดงทั้งโพไซดอนหรือซุ460 คริสตศักราชพิพิธภัณฑ์โบราณคดีแห่งชาติ , เอเธนส์ รูปนี้มีความสูงมากกว่า 2 เมตร

การค้นพบทองแดง (โลหะผสมของทองแดงที่มีสารหนูหรือดีบุก) ทำให้ผู้คนสามารถสร้างวัตถุที่เป็นโลหะซึ่งมีความแข็งและทนทานกว่าที่เคย เครื่องมือ อาวุธ ชุดเกราะ และวัสดุก่อสร้างเช่นกระเบื้องตกแต่งนั้นยากและทนทานกว่าหินและทองแดง (" Chalcolithic ") รุ่นก่อน ในขั้นต้น ทองแดงทำจากทองแดงและสารหนู (สร้างสารหนูบรอนซ์ ) โดยการถลุงแร่ทองแดงและสารหนูผสมตามธรรมชาติหรือเทียม[29]สิ่งประดิษฐ์ที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่รู้จักมาจากที่ราบสูงอิหร่านในช่วง 5 สหัสวรรษก่อนคริสตศักราช[30]หลังจากนั้นเท่านั้นดีบุกถูกใช้กลายเป็นส่วนผสมหลักของทองแดงที่ไม่ใช่ทองแดงในช่วงปลายสหัสวรรษที่ 3 ก่อนคริสตศักราช [31]ดีบุกบริสุทธิ์เองถูกแยกออกครั้งแรกในปี 1800 ก่อนคริสตศักราชโดยช่างโลหะของจีนและญี่ปุ่น

ดาวพุธเป็นที่รู้จักในหมู่ชาวจีนและชาวอินเดียโบราณก่อนปี 2000 ก่อนคริสตศักราช และพบในสุสานของอียิปต์ตั้งแต่ 1500 ปีก่อนคริสตศักราช

การผลิตเหล็กกล้าที่รู้จักกันเร็วที่สุดซึ่งเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอนนั้นพบเห็นได้ในชิ้นส่วนของภาชนะเหล็กที่ขุดจากแหล่งโบราณคดีในอนาโตเลีย ( Kaman-Kalehöyük ) และมีอายุเกือบ 4,000 ปีตั้งแต่ 1800 ปีก่อนคริสตศักราช [32] [33]

จากประมาณ 500 ปีก่อนคริสตศักราชผู้ผลิตดาบของโตเลโดสเปนกำลังสร้างโลหะผสมเหล็กรูปแบบแรกโดยการเพิ่มแร่ที่เรียกว่าwolframiteซึ่งมีทังสเตนและแมงกานีสลงในแร่เหล็ก (และคาร์บอน) ส่งผลให้เหล็ก Toledoมาถึงความสนใจของกรุงโรมเมื่อใช้โดยฮันนิบาลในสงครามพิวในไม่ช้ามันก็กลายเป็นพื้นฐานสำหรับอาวุธของพยุหเสนาโรมัน ดาบของพวกเขาได้รับการกล่าวขานว่า "กระตือรือร้นมากจนไม่มีหมวกนิรภัยใดที่พวกเขาไม่สามารถตัดผ่านได้" [ ต้องการการอ้างอิง ] [n 8]

ในอเมริกายุคพรีโคลัมเบียน วัตถุที่ทำจากทุมบากาซึ่งเป็นโลหะผสมของทองแดงและทองคำ เริ่มมีการผลิตในปานามาและคอสตาริการะหว่าง 300 ถึง 500 ซีอี ประติมากรรมโลหะขนาดเล็กเป็นเรื่องธรรมดาและเครื่องประดับตุมบากา (และทองคำ) ที่หลากหลายประกอบด้วยเครื่องราชกกุธภัณฑ์ของบุคคลที่มีสถานะสูง

ในเวลาเดียวกัน ชาวเอกวาดอร์พื้นเมืองได้รวมทองคำเข้ากับโลหะผสมแพลตตินั่มที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งมีแพลเลเดียม โรเดียม และอิริเดียมจำนวนเล็กน้อย เพื่อผลิตเพชรย่อและหน้ากากที่ประกอบด้วยโลหะผสมทองคำขาว-แพลตตินั่ม คนงานโลหะเกี่ยวข้องกับการอุ่นทองคำด้วยธัญพืชของโลหะผสมแพลตตินั่มจนกระทั่งทองละลาย ณ จุดที่โลหะกลุ่มแพลตตินั่มผูกติดอยู่กับทองคำ หลังจากเย็นตัวลง การรวมกลุ่มที่เป็นผลลัพธ์ถูกทุบและให้ความร้อนซ้ำๆ จนกระทั่งกลายเป็นเนื้อเดียวกันราวกับว่าโลหะทั้งหมดที่เกี่ยวข้องถูกหลอมเข้าด้วยกัน (การบรรลุจุดหลอมเหลวของโลหะกลุ่มแพลตตินัมที่เกี่ยวข้องนั้นอยู่นอกเหนือเทคโนโลยีในปัจจุบัน) [34] [น 9]

วัยกลางคน

ทองคำมีไว้สำหรับนายหญิง เงินสำหรับแม่บ้าน
ทองแดงสำหรับช่างฝีมือที่มีไหวพริบในการค้าขายของเขา
"ดี!" บารอนนั่งอยู่ในห้องโถงของเขาว่า
"แต่เหล็ก—เหล็กเย็น—เป็นเจ้านายของพวกมันทั้งหมด"

จากCold IronโดยRudyard Kipling [35]

นักเล่นแร่แปรธาตุชาวอาหรับและยุคกลางเชื่อว่าโลหะและสสารทั้งหมดประกอบด้วยหลักการของกำมะถัน บิดาของโลหะทั้งหมดและมีคุณสมบัติที่ติดไฟได้ และหลักการของปรอท มารดาของโลหะทั้งหมด[n 10]และพาหะของสภาพคล่อง ความสามารถในการหลอมเหลวและคุณสมบัติความผันผวน หลักการเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องเป็นสารทั่วไปที่มีกำมะถันและปรอทที่พบในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ ทฤษฎีนี้ตอกย้ำความเชื่อที่ว่าโลหะทั้งหมดถูกกำหนดให้เป็นทองคำในบาดาลของโลกผ่านความร้อน การย่อย เวลา และการกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่เหมาะสม ทั้งหมดนี้สามารถพัฒนาและเร่งด้วยความรู้และวิธีการเล่นแร่แปรธาตุ . [n 11]

สารหนู สังกะสี พลวง และบิสมัทกลายเป็นที่รู้จัก แม้ว่าในตอนแรกจะเรียกว่าเซมิเมทัลหรือโลหะนอกสมรสเนื่องจากไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ทั้งสี่อาจถูกใช้โดยบังเอิญในสมัยก่อนโดยไม่ทราบถึงธรรมชาติของพวกมันอัลแบร์แมกนัสเชื่อว่าจะได้รับแรกที่สารหนูแยกจากสารประกอบใน 1250, โดยสบู่ร้อนร่วมกับหรดาลสังกะสีเมทัลลิก ซึ่งเปราะถ้าไม่บริสุทธิ์ ถูกแยกออกได้ในอินเดียในปี ค.ศ. 1300 คำอธิบายแรกของขั้นตอนสำหรับการแยกพลวงอยู่ใน 1540 หนังสือเดอลา pirotechniaโดยวานนอกชิโอบิรินกุช ชิโ บิสมัทอธิบายโดย Agricola ในDe Natura Fossilium(ค. 1546); สมัยก่อนมันเคยสับสนกับดีบุกและตะกั่วเพราะมีความคล้ายคลึงกับธาตุเหล่านั้น

ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา

เดอ รี เมทัลลิก้า , 1555
คริสตัลแพลตตินั่ม
ดิสก์ของยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงที่นำกลับมาใช้ใหม่จากเศษเหล็กที่แปรรูปที่ศูนย์ความมั่นคงแห่งชาติ Y-12ในโอ๊คริดจ์ รัฐเทนเนสซี
ซีเรียมบริสุทธิ์พิเศษภายใต้อาร์กอน 1.5 กรัม

ข้อความที่เป็นระบบฉบับแรกเกี่ยวกับศิลปะการขุดและโลหกรรมคือDe la Pirotechnia (1540) โดยVannoccio Biringuccioซึ่งปฏิบัติต่อการตรวจสอบ หลอมรวม และการทำงานของโลหะ

สิบหกปีต่อมาGeorgius Agricolaตีพิมพ์De Re Metallicaในปี ค.ศ. 1556 ซึ่งเป็นเรื่องราวที่ชัดเจนและครบถ้วนเกี่ยวกับอาชีพการทำเหมือง โลหะวิทยา และศิลปะและวิทยาศาสตร์ที่เป็นอุปกรณ์เสริม ตลอดจนมีคุณสมบัติเป็นบทความที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรมเคมีตลอดศตวรรษที่สิบหก

เขาให้คำอธิบายต่อไปนี้ของโลหะในDe Natura Fossilium (1546):

โลหะเป็นแร่ในร่างกายโดยธรรมชาติแล้วจะเป็นของเหลวหรือค่อนข้างแข็ง อันหลังอาจละลายได้ด้วยความร้อนของไฟ แต่เมื่อเย็นตัวลงอีกครั้งและสูญเสียความร้อนทั้งหมด จะกลายเป็นแข็งอีกครั้งและกลับสู่รูปแบบที่เหมาะสม ในแง่นี้ หินนี้แตกต่างจากหินที่ละลายในไฟ แม้ว่าหินหลังจะแข็งขึ้นใหม่ แต่ก็สูญเสียรูปแบบและคุณสมบัติที่เก่าแก่ไป

ตามเนื้อผ้ามีโลหะอยู่ 6 ชนิด ได้แก่ ทอง เงิน ทองแดง เหล็ก ดีบุก และตะกั่ว มีอย่างอื่นอีกมากเพราะปรอทเป็นโลหะแม้ว่านักเล่นแร่แปรธาตุจะไม่เห็นด้วยกับเราในเรื่องนี้และบิสมัทก็เช่นกัน ดูเหมือนว่านักเขียนชาวกรีกโบราณจะไม่รู้จักบิสมัท ดังนั้นแอมโมเนียสจึงกล่าวอย่างถูกต้องว่ามีโลหะ สัตว์และพืชหลายชนิดที่เราไม่รู้จักเมื่อหลอมเหลวในเบ้าหลอมและกลั่นแล้วStibiumมีสิทธิ์มากพอที่จะถูกมองว่าเป็นโลหะที่เหมาะสมตามที่ผู้เขียนต้องการ ถ้าหลอมเพิ่มบางส่วนลงในดีบุก โลหะผสมของผู้ขายหนังสือจะผลิตขึ้นจากประเภทที่ใช้โดยผู้ที่พิมพ์หนังสือบนกระดาษ

โลหะแต่ละชนิดมีรูปแบบเป็นของตัวเอง ซึ่งจะเก็บรักษาไว้เมื่อแยกออกจากโลหะที่ผสมกับโลหะนั้น ดังนั้นทั้งอิเล็กทรัมและสแตนนัม [ไม่ได้หมายความว่าดีบุกของเรา] ไม่ได้เป็นโลหะจริง แต่เป็นโลหะผสมของโลหะสองชนิด อิเล็กทรัมเป็นโลหะผสมของทองคำและเงิน สแตนนัมของตะกั่วและเงิน แต่ถ้าแยกเงินออกจากอิเล็กตรัม ทองคำก็จะคงอยู่ไม่ใช่อิเล็กทรัม ถ้าเอาเงินออกจาก Stannum ตะกั่วก็จะยังคงอยู่ไม่ใช่ Stannum

อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าทองเหลืองจะพบเป็นโลหะพื้นเมืองหรือไม่ก็ตาม ไม่สามารถยืนยันได้อย่างแน่ชัด เราเพียง แต่รู้ของทองเหลืองเทียมซึ่งประกอบด้วยทองแดงระบายสีด้วยสีของแร่คาลาไมน์ และหากจะขุดขึ้นมา ก็คงเป็นโลหะที่เหมาะสม ทองแดงขาวดำดูเหมือนจะแตกต่างจากสีแดง

ดังนั้นโดยธรรมชาติแล้ว โลหะจึงเป็นของแข็ง อย่างที่ฉันได้กล่าวไปแล้ว หรือของไหล เช่นเดียวกับในกรณีพิเศษของปรอทเงิน

แต่พอตอนนี้เกี่ยวกับประเภทที่เรียบง่าย (36)

แพลตตินัม ซึ่งเป็นโลหะมีค่าลำดับที่สามรองจากทองคำและเงิน ถูกค้นพบในเอกวาดอร์ระหว่างช่วงปี 1736 ถึง 1744 โดยนักดาราศาสตร์ชาวสเปน อันโตนิโอ เด อุลโล และนักคณิตศาสตร์ Jorge Juan y Santacilia เพื่อนร่วมงานของเขา Ulloa เป็นคนแรกที่เขียนคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของโลหะในปี 1748

ในปี ค.ศ. 1789 นักเคมีชาวเยอรมัน Martin Heinrich Klaproth สามารถแยกออกไซด์ของยูเรเนียม ซึ่งเขาคิดว่าเป็นโลหะเอง Klaproth ได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ค้นพบยูเรเนียมในเวลาต่อมา จนกระทั่งถึงปี 1841 นักเคมีชาวฝรั่งเศสชื่อ Eugène-Melchior Péligot ก็สามารถเตรียมตัวอย่างโลหะยูเรเนียมชุดแรกได้ Henri Becquerel ได้ค้นพบกัมมันตภาพรังสีในปี พ.ศ. 2439 โดยใช้ยูเรเนียม

ในยุค 1790 โจเซฟ พรีสลีย์และนักเคมีชาวดัตช์ มาร์ตินัส ฟาน มารุม สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวโลหะในการดีไฮโดรจีเนชันของแอลกอฮอล์ ซึ่งเป็นพัฒนาการที่ต่อมาในปี พ.ศ. 2374 ไปสู่การสังเคราะห์กรดซัลฟิวริกในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม

ในปี ค.ศ. 1803 ซีเรียมเป็นโลหะแลนทาไนด์ชนิดแรกที่ถูกค้นพบใน Bastnäs ประเทศสวีเดน โดย Jöns Jakob Berzelius และ Wilhelm Hisinger และ Martin Heinrich Klaproth ในเยอรมนีโดยอิสระ โลหะแลนทาไนด์ส่วนใหญ่ถือเป็นสิ่งแปลกประหลาดจนกระทั่งทศวรรษ 1960 เมื่อวิธีการต่างๆ ได้รับการพัฒนาเพื่อแยกโลหะออกจากกันอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ต่อมาพบว่ามีการใช้ในโทรศัพท์มือถือ แม่เหล็ก เลเซอร์ ไฟ แบตเตอรี่ ตัวเร่งปฏิกิริยา และในแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ ที่ใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่

โลหะอื่นๆ ที่ค้นพบและเตรียมในช่วงเวลานี้ ได้แก่ โคบอลต์ นิกเกิล แมงกานีส โมลิบดีนัม ทังสเตน และโครเมียม และโลหะกลุ่มแพลตตินั่มบางชนิด แพลเลเดียม ออสเมียม อิริเดียม และโรเดียม

โลหะเบา

โลหะทั้งหมดที่ค้นพบจนถึงปี พ.ศ. 2352 มีความหนาแน่นค่อนข้างสูง ความหนักเบาของพวกเขาถือเป็นเกณฑ์ที่แตกต่างอย่างแปลกประหลาด ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2352 เป็นต้นไป แยกโลหะเบา เช่น โซเดียม โพแทสเซียม และสตรอนเทียม ความหนาแน่นต่ำของพวกเขาท้าทายภูมิปัญญาดั้งเดิมเกี่ยวกับธรรมชาติของโลหะ พวกเขาประพฤติตัวทางเคมีเหมือนโลหะอย่างไรก็ตามและต่อมาได้รับการยอมรับว่าเป็นเช่นนี้

อลูมิเนียมถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2367 แต่จนกระทั่ง พ.ศ. 2429 ได้มีการพัฒนาวิธีการผลิตขนาดใหญ่ทางอุตสาหกรรม ราคาของอะลูมิเนียมลดลงและอะลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องประดับ ของใช้ในชีวิตประจำวัน กรอบแว่นตา เครื่องมือเกี่ยวกับสายตา เครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร และฟอยล์ในช่วงทศวรรษที่ 1890 และต้นศตวรรษที่ 20 ความสามารถของอลูมิเนียมในการขึ้นรูปโลหะผสมที่แข็งแต่เบากับโลหะอื่น ๆ ได้ ทำให้โลหะนั้นใช้งานได้หลากหลายในขณะนั้น ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 รัฐบาลใหญ่ได้เรียกร้องให้มีการขนส่งอะลูมิเนียมจำนวนมากสำหรับโครงเครื่องบินที่มีน้ำหนักเบา โลหะที่พบมากที่สุดในการใช้งานสำหรับการส่งพลังงานไฟฟ้าในวันนี้คือเหล็กอลูมิเนียมเสริมตัวนำยังเห็นการใช้งานมากคือตัวนำอลูมิเนียมอัลลอยด์ทั้งหมด. อะลูมิเนียมถูกใช้เนื่องจากมีน้ำหนักเพียงครึ่งเดียวของสายทองแดงที่มีความต้านทานเทียบเท่า (แม้ว่าจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าที่จำเพาะต่ำกว่า) และยังมีราคาถูกกว่าอีกด้วย ทองแดงเป็นที่นิยมมากกว่าในอดีตและยังคงใช้งานอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่แรงดันไฟฟ้าต่ำและสำหรับการต่อสายดิน

ในขณะที่ไททาเนียมบริสุทธิ์ (99.9%) ถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2453 แต่ไม่ได้ใช้นอกห้องปฏิบัติการจนถึงปี พ.ศ. 2475 ในปี พ.ศ. 2493 และ พ.ศ. 2503 สหภาพโซเวียตเป็นผู้บุกเบิกการใช้ไททาเนียมในการใช้งานทางทหารและเรือดำน้ำซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่เกี่ยวข้องกับความหนาวเย็น สงคราม. เริ่มต้นในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ไทเทเนียมเข้ามาใช้อย่างกว้างขวางในการบินทหารโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องบินไอพ่นที่มีประสิทธิภาพสูงที่เริ่มต้นด้วยอากาศยานเช่นF-100 สำแดงพลังและล็อกฮีด A-12และSR-71

โลหะสแกนเดียมผลิตขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 2480 โลหะสแกนเดียมบริสุทธิ์ 99% ปอนด์แรกถูกผลิตขึ้นในปี 2503 การผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียม-แคนเดียมเริ่มขึ้นในปี 2514 ตามสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกา โลหะผสมอลูมิเนียม - แคนเดียมยังได้รับการพัฒนาในสหภาพโซเวียต

ยุคเหล็ก

เทสีขาวร้อนเหล็กเช่นน้ำจากเตาไฟฟ้า 35 ตันที่แอล Ludlum Steel Corporation ในBrackenridge , เพนซิล

ยุคที่ทันสมัยในการผลิตเหล็กเริ่มด้วยการแนะนำของเฮนรี่ Bessemer 's กระบวนการ Bessemerใน 1855 วัตถุดิบที่เป็นเหล็ก วิธีการของเขาทำให้เขาสามารถผลิตเหล็กในปริมาณมากได้ในราคาถูก ดังนั้นเหล็กอ่อนจึงถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่ซึ่งแต่ก่อนเคยใช้เหล็กดัด กระบวนการ Gilchrist-Thomas (หรือกระบวนการพื้นฐานของเบสเซเมอร์ ) เป็นการปรับปรุงกระบวนการของเบสเซเมอร์ โดยทำโดยการปูคอนเวอร์เตอร์ด้วยวัสดุพื้นฐานเพื่อขจัดฟอสฟอรัส

เนื่องจากสูงความต้านทานแรงดึงและต้นทุนต่ำเหล็กมาเป็นองค์ประกอบหลักที่ใช้ในอาคาร , โครงสร้างพื้นฐาน , เครื่องมือ , เรือ , รถยนต์ , เครื่อง , เครื่องใช้ไฟฟ้าและอาวุธ

ในปี พ.ศ. 2415 ชาวอังกฤษคลาร์กและวูดส์ได้จดสิทธิบัตรโลหะผสมซึ่งปัจจุบันถือว่าเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล็ก-โครเมียมได้รับการยอมรับในปี พ.ศ. 2364 โดยปิแอร์ แบร์เทียร์ นักโลหะวิทยาชาวฝรั่งเศส เขาสังเกตเห็นความต้านทานต่อการโจมตีด้วยกรดบางชนิดและแนะนำให้ใช้ในช้อนส้อม นักโลหะวิทยาแห่งศตวรรษที่ 19 ไม่สามารถผลิตส่วนผสมของคาร์บอนต่ำและโครเมียมสูงที่พบในเหล็กกล้าไร้สนิมสมัยใหม่ส่วนใหญ่ได้ และโลหะผสมโครเมียมสูงที่พวกเขาสามารถผลิตได้นั้นเปราะเกินกว่าจะนำไปใช้ได้จริง จนกระทั่งถึงปี พ.ศ. 2455 อุตสาหกรรมโลหะผสมสแตนเลสได้เกิดขึ้นในอังกฤษ เยอรมนี และสหรัฐอเมริกา

องค์ประกอบโลหะที่เสถียรล่าสุด

ภายในปี 1900 โลหะสามชนิดที่มีเลขอะตอมน้อยกว่าตะกั่ว (#82) ซึ่งเป็นโลหะหนักที่เสถียรที่สุดยังคงถูกค้นพบ: ธาตุ 71, 72, 75

Von Welsbach ในปี 1906 พิสูจน์ว่าอิตเทอร์เบียมเก่ายังมีองค์ประกอบใหม่ (#71) ซึ่งเขาตั้งชื่อว่าแคสซิโอเปียม . Urbain พิสูจน์สิ่งนี้พร้อม ๆ กัน แต่ตัวอย่างของเขาไม่บริสุทธิ์มากและมีเพียงปริมาณขององค์ประกอบใหม่เท่านั้น อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ลูทีเซียมชื่อที่เขาเลือกก็ถูกนำมาใช้

ในปี 1908, Ogawa พบองค์ประกอบ 75 ใน thorianite แต่ได้รับมอบหมายเป็นองค์ประกอบ 43 แทน 75 และตั้งชื่อมันnipponium ในปี 1925 วอลเตอร์น็อดแดคไอด้า Eva Tacke และอ็อตโต Berg ประกาศแยกจาก gadolinite และให้ชื่อปัจจุบันรีเนียม

Georges Urbain อ้างว่าได้พบธาตุ 72 ในแร่หายาก ขณะที่ Vladimir Vernadsky ค้นพบธาตุนั้นอย่างอิสระใน orthite การเรียกร้องทั้งได้รับการยืนยันเนื่องจากสงครามโลกครั้งที่หนึ่งและไม่สามารถได้รับการยืนยันในภายหลังว่าเป็นเคมีที่พวกเขารายงานไม่ตรงกับที่เป็นที่รู้จักกันในขณะนี้สำหรับแฮฟเนียม หลังสงคราม ในปี 1922 คอสเตอร์และเฮเวซีค้นพบสิ่งนี้โดยการวิเคราะห์ด้วยเอ็กซ์เรย์สเปกโตรสโกปีในเพทายของนอร์เวย์ ฮาฟเนียมจึงเป็นองค์ประกอบที่เสถียรสุดท้ายที่ถูกค้นพบ

เมื่อสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 นักวิทยาศาสตร์ได้สังเคราะห์ธาตุหลังยูเรเนียมสี่ธาตุ ซึ่งทั้งหมดเป็นโลหะกัมมันตภาพรังสี (ไม่เสถียร) ได้แก่ เนปทูเนียม (ในปี พ.ศ. 2483) พลูโทเนียม (1940–41) และคูเรียมและอเมริเซียม (พ.ศ. 2487) ซึ่งเป็นตัวแทนของธาตุ 93 ถึง 96 ในที่สุดสองสิ่งนี้ก็พบได้ในธรรมชาติเช่นกัน คูเรียมและอเมริเซียมเป็นผลพลอยได้จากโครงการแมนฮัตตัน ซึ่งผลิตระเบิดปรมาณูลูกแรกของโลกในปี 2488 ระเบิดนี้มีพื้นฐานมาจากการแตกตัวของนิวเคลียร์ของยูเรเนียม ซึ่งเป็นโลหะแรกที่ค้นพบเมื่อเกือบ 150 ปีก่อน

พัฒนาการหลังสงครามโลกครั้งที่ 2

ซูเปอร์อัลลอย

Superalloysประกอบด้วย Fe, Ni, Co และ Cr และ W, Mo, Ta, Nb, Ti และ Al ในปริมาณที่น้อยกว่า ได้รับการพัฒนาขึ้นไม่นานหลังสงครามโลกครั้งที่สองเพื่อใช้ในเครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูง ทำงานที่อุณหภูมิสูง (ด้านบน) 650 °C (1,200 °F)) โดยจะคงความแข็งแรงส่วนใหญ่ไว้ภายใต้สภาวะเหล่านี้เป็นเวลานาน และรวมความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเข้ากับความทนทานต่อการกัดกร่อนหรือการเกิดออกซิเดชัน ปัจจุบันพบซูเปอร์อัลลอยได้ในการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงกังหันบนบก ทางทะเล และอวกาศ และโรงงานเคมีและปิโตรเลียม

โลหะทรานส์คูเรียม

การพัฒนาที่ประสบความสำเร็จของระเบิดปรมาณูเมื่อสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 ได้จุดประกายให้เกิดความพยายามเพิ่มเติมในการสังเคราะห์องค์ประกอบใหม่ ซึ่งเกือบทั้งหมดเป็นหรือคาดว่าจะเป็นโลหะ และทั้งหมดนี้มีกัมมันตภาพรังสี จนกระทั่งปี 1949 ธาตุ 97 (เบอร์เคเลียม) ถัดจากธาตุ 96 (คูเรียม) ถูกสังเคราะห์โดยการยิงอนุภาคแอลฟาไปที่เป้าหมายอะเมริเซียม ในปี 1952 พบธาตุ 100 (เฟอร์เมียม) ในเศษซากของการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจนครั้งแรก ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นอโลหะ ถูกระบุว่าเป็นธาตุเมื่อเกือบ 200 ปีก่อน ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2495 ได้มีการสังเคราะห์ธาตุ 101 (เมนเดเลเวียม) ถึง 118 (โอกาเนสสัน)

แว่นตาโลหะจำนวนมาก

แก้วเมทัลลิก (หรือที่เรียกว่าโลหะอสัณฐานหรือโลหะคล้ายแก้ว) เป็นวัสดุโลหะที่เป็นของแข็ง ซึ่งมักจะเป็นโลหะผสม โดยมีโครงสร้างระดับอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบ โลหะบริสุทธิ์และโลหะผสมส่วนใหญ่ในสถานะของแข็งมีอะตอมที่จัดเรียงอยู่ในโครงสร้างผลึกที่มีลำดับสูง โลหะอสัณฐานมีโครงสร้างคล้ายแก้วที่ไม่ใช่ผลึก แต่ต่างจากกระจกทั่วไป เช่น กระจกหน้าต่าง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นฉนวนไฟฟ้า โลหะอสัณฐานมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี โลหะอสัณฐานผลิตได้หลายวิธี รวมถึงการเย็นตัวอย่างรวดเร็วมาก การสะสมไอทางกายภาพ ปฏิกิริยาสถานะของแข็ง การฉายรังสีไอออน และการผสมทางกล แก้วโลหะที่รายงานครั้งแรกเป็นโลหะผสม (Au 75 Si 25 ) ที่ผลิตที่Caltechในปีพ.ศ. 2503 เมื่อไม่นานมานี้ มีการผลิตเหล็กกล้าอสัณฐานที่มีความแข็งแรงมากกว่าโลหะผสมเหล็กทั่วไปถึงสามเท่า ในปัจจุบัน การใช้งานที่สำคัญที่สุดขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กพิเศษของแว่นตาโลหะแบบเฟอร์โรแมกเนติกบางชนิด การสูญเสียสนามแม่เหล็กต่ำใช้ในหม้อแปลงที่มีประสิทธิภาพสูง แท็ก ID ควบคุมการโจรกรรมและรูปแบบการเฝ้าระวังบทความอื่นๆ มักใช้แว่นตาโลหะเนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กเหล่านี้

โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง

โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง (SMA) เป็นโลหะผสมที่ "จดจำ" รูปร่างเดิมและเมื่อเปลี่ยนรูปจะกลับเป็นรูปร่างที่เสียรูปล่วงหน้าเมื่อถูกความร้อน แม้ว่าจะมีการสังเกตเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างครั้งแรกในปี 1932 ในโลหะผสม Au-Cd จนกระทั่งปี 1962 ด้วยการค้นพบโดยบังเอิญของเอฟเฟกต์ในโลหะผสม Ni-Ti ที่การวิจัยเริ่มต้นขึ้นอย่างจริงจัง และอีกสิบปีก่อนการค้าขาย แอพพลิเคชั่นปรากฏขึ้น SMA มีการใช้งานในอุตสาหกรรมหุ่นยนต์และยานยนต์ การบินและอวกาศ และชีวการแพทย์ มี SMA อีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่าโลหะผสมหน่วยความจำรูปทรงเฟอร์โรแมกเนติก (FSMA) ที่เปลี่ยนรูปร่างภายใต้สนามแม่เหล็กแรงสูง วัสดุเหล่านี้มีความน่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากการตอบสนองทางแม่เหล็กมีแนวโน้มที่จะเร็วกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าการตอบสนองที่เกิดจากอุณหภูมิ

โลหะผสมควอซิคริสตัลลีน

Ho-Mg-Zn icosahedral quasicrystal ก่อตัวเป็นdodecahedronห้าเหลี่ยมซึ่งเป็นคู่ของicosahedron

ในปี 1984 Dan Shechtman นักเคมีชาวอิสราเอลพบว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมงกานีสมีความสมมาตรห้าเท่า ซึ่งขัดกับหลักการทางผลึกศาสตร์ในขณะนั้น ซึ่งกล่าวว่าโครงสร้างผลึกสามารถมีความสมมาตรได้เพียงสอง สาม สี่หรือหกเท่าเท่านั้น เนื่องจากความกลัวต่อปฏิกิริยาของชุมชนวิทยาศาสตร์ เขาจึงต้องใช้เวลาสองปีในการเผยแพร่ผลงานซึ่งเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2011 นับตั้งแต่นั้นมา ควอซิคริสตัลนับร้อยได้รับรายงานและยืนยัน มีอยู่ในโลหะผสมหลายชนิด (และพอลิเมอร์บางชนิด) Quasicrystal มักพบในโลหะผสมอะลูมิเนียม (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V เป็นต้น) แต่ ยังรู้จักองค์ประกอบอื่นๆ อีกมากมาย (Cd-Yb, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc, In-Ag-Yb, Pd-U-Si เป็นต้น) Quasicrystals มีหน่วยเซลล์ขนาดใหญ่อย่างมีประสิทธิภาพIcosahedrite Al 63 Cu 24 Fe 13quasicrystal แรกที่พบในธรรมชาติถูกค้นพบในปี 2009 quasicrystal ส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเหมือนเซรามิกรวมถึงค่าการนำไฟฟ้าต่ำ (เข้าใกล้ค่าที่เห็นในฉนวน) และค่าการนำความร้อนต่ำ ความแข็งสูง ความเปราะบาง และทนต่อการกัดกร่อน และไม่ติด คุณสมบัติ. Quasicrystal ถูกนำมาใช้ในการพัฒนาฉนวนกันความร้อน ไฟ LED เครื่องยนต์ดีเซล และวัสดุใหม่ที่เปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้า การใช้งานใหม่อาจใช้ประโยชน์จากค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำและความแข็งของวัสดุควอซิคริสตัลไลน์บางชนิด เช่น การฝังอนุภาคในพลาสติกเพื่อสร้างเฟืองพลาสติกที่แข็งแรงทนทาน แรงเสียดทานต่ำ การใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ ได้แก่ ตัวดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์แบบเลือกสรรสำหรับการแปลงพลังงาน ตัวสะท้อนแสงความยาวคลื่นกว้าง และการซ่อมแซมกระดูกและการใช้งานเทียมที่ความเข้ากันได้ทางชีวภาพต้องใช้แรงเสียดทานและการกัดกร่อนต่ำ

โลหะผสมที่ซับซ้อน

โลหะผสมเชิงซ้อน (CMAs) เป็นสารประกอบระหว่างโลหะที่มีลักษณะเป็นหน่วยเซลล์ขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอะตอมบางสิบถึงหลายพันอะตอม การปรากฏตัวของกลุ่มอะตอมที่กำหนดไว้อย่างดี (มักมีความสมมาตรแบบ icosahedral); และความผิดปกติบางส่วนภายในโครงผลึกของพวกมัน ประกอบด้วยธาตุโลหะตั้งแต่สองธาตุขึ้นไป บางครั้งมีการเติมเมทัลลอยด์หรือคาลโคเจไนด์ซึ่งรวมถึงตัวอย่างเช่น NaCd2 ที่มีโซเดียมอะตอม 348 อะตอมและอะตอมแคดเมียม 768 อะตอมในเซลล์ยูนิตLinus Paulingพยายามอธิบายโครงสร้างของ NaCd 2ในปี พ.ศ. 2466 แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จจนกระทั่ง พ.ศ. 2498 ในตอนแรกเรียกว่า "ผลึกเซลล์หน่วยยักษ์" ความสนใจใน CMA ตามที่ถูกเรียกนั้นไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่ง พ.ศ. 2545 โดยมีการตีพิมพ์บทความเรื่อง "Structurally Complex Alloy Phases" " มอบให้ในการประชุมนานาชาติเรื่อง Quasicrystal ครั้งที่ 8การใช้งานที่เป็นไปได้ของ CMAs รวมถึงใช้เป็นฉนวนความร้อน ความร้อนจากแสงอาทิตย์ ตู้เย็นแม่เหล็ก การใช้ความร้อนเหลือทิ้งเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และสารเคลือบใบพัดเทอร์ไบน์ในเครื่องยนต์ทหาร

โลหะผสมเอนโทรปีสูง

โลหะผสมที่มีเอนโทรปีสูง (HEAs) เช่น AlLiMgScTi ประกอบด้วยโลหะห้าชนิดหรือมากกว่าในปริมาณที่เท่ากันหรือเกือบเท่ากัน เมื่อเทียบกับโลหะผสมทั่วไปที่มีโลหะพื้นฐานเพียงหนึ่งหรือสองชนิด HEAs มีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดีกว่ามาก ความต้านทานแรงดึงที่สูงขึ้น และความต้านทานต่อการแตกหัก การกัดกร่อน และการเกิดออกซิเดชันที่มากขึ้น แม้ว่า HEAs จะได้รับการอธิบายมาตั้งแต่ต้นปี 1981 แต่ความสนใจที่สำคัญไม่ได้พัฒนาจนกระทั่งถึงปี 2010; พวกเขายังคงเป็นจุดสนใจของการวิจัยในวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมเนื่องจากศักยภาพของคุณสมบัติที่พึงประสงค์

MAX เฟสโลหะผสม


ตัวอย่างโลหะผสม เฟส MAX
MAX NS NS NS
Hf 2 SnC Hf Sn
Ti 4 AlN 3 Ti อัล NS
Ti 3 SiC 2 Ti ซิ
Ti 2 AlC Ti อัล
Cr 2 AlC 2 Cr อัล
Ti 3 AlC 2 Ti อัล

ในอัลลอยด์เฟส MAX , Mเป็นโลหะทรานซิต้นเป็นองค์ประกอบกลุ่ม (ส่วนใหญ่เป็นกลุ่ม IIIA และ IVA หรือกลุ่ม 13 และ 14) และXเป็นทั้งคาร์บอนหรือไนโตรเจน ตัวอย่าง Hf 2 SNC และ Ti 4 ALN 3โลหะผสมดังกล่าวมีคุณสมบัติที่ดีที่สุดของโลหะและเซรามิก คุณสมบัติเหล่านี้รวมถึงการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง ความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อน ความทนทานต่อความเสียหาย ความสามารถในการแปรรูป ความแข็งที่ยืดหยุ่นสูง และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ[37] </ref> สามารถขัดให้เป็นเงาโลหะได้เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ในระหว่างการทดสอบทางกล พบว่า polycrystalline Ti3 SiC 2สูบสามารถบีบอัดซ้ำได้ที่อุณหภูมิห้อง สูงสุดความเค้น 1 GPa และกู้คืนได้เต็มที่เมื่อถอดโหลด MAX เฟสบางช่วงยังทนต่อการโจมตีทางเคมีสูง (เช่น Ti 3 SiC 2 ) และการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงในอากาศ (Ti 2 AlC, Cr 2 AlC 2และ Ti 3 AlC 2). การใช้งานที่เป็นไปได้สำหรับอัลลอยด์เฟส MAX ได้แก่: วัสดุทนไฟที่ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนที่ทนทาน องค์ประกอบความร้อนที่อุณหภูมิสูง สารเคลือบสำหรับหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า และชิ้นส่วนที่ทนต่อการฉายรังสีนิวตรอนสำหรับการใช้งานนิวเคลียร์ ในขณะที่โลหะผสมเฟส MAX ถูกค้นพบในปี 1960 บทความแรกในหัวข้อนี้ไม่ได้รับการตีพิมพ์จนถึงปี 1996

ดูสิ่งนี้ด้วย

หมายเหตุ

  1. ^ นี่เป็นคำอธิบายแบบง่าย ปัจจัยอื่น ๆ อาจรวมถึงรัศมีอะตอม ,ค่าใช้จ่ายนิวเคลียร์จำนวนพันธบัตร orbitalsทับซ้อนของพลังงานโคจรและรูปแบบคริสตัล [5]
  2. ^ องค์ประกอบการติดตามที่มีความอุดมสมบูรณ์เท่ากับหรือน้อยกว่าหนึ่งส่วนต่อล้านล้าน (คือ Tc , Pm , Po , At , Ra , Ac , Pa , Npและ Pu ) จะไม่แสดง
  3. ^ ในบางกรณีเช่นในการปรากฏตัวของรังสีแกมมาพลังงานสูงหรือในสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยไฮโดรเจนอุณหภูมิสูงมากนิวเคลียสเรื่องที่อาจพบการสูญเสียหรือได้รับนิวตรอนโปรตอนส่งผลในการผลิต (เปรียบเทียบหายาก) เดอะนิวตรอนขาดไอโซโทป [17]
  4. การดีดออกของสสารเมื่อดาวนิวตรอนสองดวงชนกันนั้นเกิดจากปฏิสัมพันธ์ของแรงไทดัลของพวกมัน การหยุดชะงักของเปลือกโลก และความร้อนจากแรงกระแทก (ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นถ้าคุณเหยียบคันเร่งในรถเมื่อเครื่องยนต์เย็น) (20)
  5. เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล และดีบุก ล้วนแล้วแต่เป็นไซด์โรไฟล์จากมุมมองทั้งหมดของโลก
  6. บทบาทที่ช่วยชีวิตของธาตุเหล็กอีกอย่างหนึ่งก็คือเป็นองค์ประกอบสำคัญของเฮโมโกลบินซึ่งช่วยให้สามารถขนส่งออกซิเจนจากปอดไปยังส่วนอื่นๆ ของร่างกายได้
  7. บรอนซ์เป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยทองแดงเป็นหลัก โดยทั่วไปแล้วจะมีดีบุกประมาณ 12% และมักมีการเติมโลหะอื่นๆ (เช่น อะลูมิเนียม แมงกานีส นิกเกิล หรือสังกะสี) และบางครั้งอาจไม่ใช่โลหะหรือเมทัลลอยด์ เช่น สารหนู ฟอสฟอรัส หรือซิลิกอน
  8. ^ ประชาชน Chalybean ของพอนทัสในเอเชียไมเนอร์ถูกเฉลิมฉลองพร้อมกันสำหรับการทำงานในเหล็กและเหล็กกล้า ธาตุเหล็กของพวกมันมีแมงกานีสในปริมาณสูงโดยที่พวกเขาไม่รู้ตัว ทำให้สามารถผลิตเหล็กที่มีรูปแบบที่เหนือกว่าได้
  9. ในดามัสกัส ประเทศซีเรีย ช่างตีดาบสามารถตีมีดและดาบที่มีลวดลายพื้นผิวที่โดดเด่นซึ่งประกอบด้วยรูปแบบการหมุนวนของบริเวณที่มีการสลักด้วยแสงบนพื้นหลังเกือบดำ ใบมีดเหล่านี้มีความสามารถในการตัดระดับตำนานเหล็กที่ช่างตีเหล็กใช้นั้นมาจากอินเดีย และมีองค์ประกอบที่ทำให้เกิดคาร์ไบด์อย่างน้อยหนึ่งอย่าง เช่น V, Mo, Cr, Mn และ Nb การวิเคราะห์สมัยใหม่ของอาวุธเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบเหล่านี้สนับสนุนการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาของท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งจะส่งเสริมการก่อตัวของซีเมนต์ (Fe 3ค) สายนาโน ความอ่อนตัวของท่อนาโนคาร์บอนช่วยชดเชยธรรมชาติที่เปราะบางของซีเมนต์ และส่งผลให้เหล็กที่ได้มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นผสมผสานกันอย่างลงตัว ความรู้เกี่ยวกับวิธีการทำที่เรียกว่าเหล็กดามัสกัสได้หายไปในศตวรรษที่สิบแปด อาจเป็นเพราะแหล่งแร่ที่สูญเสียไปด้วยส่วนผสมที่ลงตัวของสิ่งเจือปน เทคนิคที่เกี่ยวข้องยังไม่ถูกค้นพบอีกจนกระทั่งปี 2552
  10. ^ ในสมัยโบราณ ตะกั่วถือเป็นบิดาแห่งโลหะทั้งหมด
  11. ^ พาราเซลซัส , ต่อมาเยอรมันเรเนซองส์นักเขียนเพิ่มหลักการสามของเกลือถือลบเลือนและไม่ติดไฟคุณสมบัติในเขา Tria ชูโรงหลักคำสอน ทฤษฎีเหล่านี้ยังคงรักษาองค์ประกอบคลาสสิกทั้งสี่ไว้เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของกำมะถัน ปรอท และเกลือ

อ้างอิง

  1. ^ โยเนะซาวะ, เอฟ. (2017). ฟิสิกส์ของโลหะอโลหะเปลี่ยน อัมสเตอร์ดัม: IOS Press. NS. 257. ISBN 978-1-61499-786-3. เซอร์เนวิลล์ มอตต์ (1905-1996) เขียนจดหมายถึงศาสตราจารย์ปีเตอร์ พี. เอ็ดเวิร์ดส์เพื่อนนักฟิสิกส์ซึ่งเขาตั้งข้อสังเกตว่า...ฉันเคยคิดมากเกี่ยวกับ 'โลหะคืออะไร' และฉันคิดว่าเราสามารถตอบคำถามได้ที่T =0 (ศูนย์สัมบูรณ์ของอุณหภูมิ) มีโลหะนำไฟฟ้าและอโลหะไม่มี
  2. ^ Martin, John C. "สิ่งที่เราเรียนรู้จากเนื้อหาโลหะของดวงดาว" . จอห์นซีมาร์ตินโฮมเพจ สืบค้นเมื่อ25 มีนาคม 2021 .
  3. ^ มาร์ติน จอห์น ซี.; มอร์ริสัน, เฮเธอร์ แอล. (18 พ.ค. 2541) [1998] "การวิเคราะห์ใหม่ของ RR Lyrae Kinematics ในย่าน Solar Neighborhood" . วารสารดาราศาสตร์ . American Astronomical Society (เผยแพร่เมื่อ 1 ตุลาคม 1998) 116 (4): 1724–1735. ดอย : 10.1086/300568/fulltext/tal-content – ผ่าน IOPscience
  4. ^ โร เจ.; Roe, M. (1992). "เหรียญกษาปณ์ของโลกใช้องค์ประกอบทางเคมี 24 ชนิด" โลกเหรียญข่าว 19 (4, 5): 24–25, 18–19.
  5. อรรถa b c d e Mortimer, Charles E. (1975) เคมี: แนวทางแนวคิด (ฉบับที่ 3) นิวยอร์ก: บริษัท D. Van Nostrad
  6. ^ "ความเหนียว – ความแข็งแรง (กลศาสตร์) ของวัสดุ" .
  7. ^ Holleman เอเอฟ; Wiberg, E. (2001). เคมีอนินทรีย์ . ซานดิเอโก: สื่อวิชาการ. ISBN 0-12-352651-5.
  8. ^ รัสเซลล์ น.; ลี, กัวลาลัมเปอร์ (2005). โครงสร้าง–ความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติในโลหะนอกกลุ่มเหล็ก . ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติในโลหะนอกกลุ่มเหล็ก . โฮโบเกน นิวเจอร์ซี: John Wiley & Sons ป. พาสซิม. Bibcode : 2005srnm.book.....R . ISBN 978-0-471-64952-6.
  9. ^ การปนเปื้อนโลหะ รุ่น Quae. 2549. ISBN 978-2-7592-0011-5.
  10. ^ Tunay, Olcay; คับดัสลี, อีสิก; Arslan-Alaton, ไอดิล; โอลเมซ-ฮันซี, ทักบา (2010). การประยุกต์ใช้สารเคมีออกซิเดชันสำหรับน้ำเสียอุตสาหกรรม สำนักพิมพ์ไอวายเอ. ISBN 978-1-84339-307-8.
  11. ^ วอลเธอร์, จอห์น วี. (2013). ทรัพยากรธรรมชาติของโลก . สำนักพิมพ์โจนส์และบาร์ตเล็ต ISBN 978-1-4496-3234-2.
  12. อับดุล-เราะห์มาน, ยาเฮีย (2014). ศิลปะของ RF (Riba-Free) ธนาคารอิสลามและการเงิน: เครื่องมือและเทคนิคสำหรับชุมชนตามธนาคาร จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์. ISBN 978-1-118-77096-2.
  13. ^ a b Cox 1997 , pp. 73–89
  14. ^ ค็อกซ์ 1997 , หน้า 32, 63, 85
  15. ^ โพโดเสก 2011 , หน้า. 482
  16. ^ ปัทมนพันธุ์ 2544 , p. 234
  17. ^ Rehder 2010 , หน้า 32, 33
  18. ^ ฮอฟมันน์ 2002 , pp. 23–24
  19. ^ Hadhazy 2016
  20. ^ Choptuik, Lehner & Pretorias 2015 , พี. 383
  21. ^ ค็อกซ์ 1997 , pp. 83, 91, 102–103
  22. ^ "ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอส อาลามอส – โซเดียม" . สืบค้นเมื่อ2007-06-08 .
  23. ^ "ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอส อาลามอส – อะลูมิเนียม" . สืบค้นเมื่อ2007-06-08 .
  24. ^ Avnir เดวิด (2014) "โลหะเจือโมเลกุล". บัญชี เคมี. ความละเอียด 47 (2): 579–592. ดอย : 10.1021/ar4001982 . PMID 24283194 . 
  25. ^ a b The Recycling Rates of Metals: A Status Report Archived 2016-01-01 at the Wayback Machine 2010, International Resource Panel , โครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติ
  26. ^ Tread lightly: Aluminium attack Carolyn Fry, Guardian.co.uk, 22 กุมภาพันธ์ 2551
  27. ^ Metal Stocks in Society: Scientific Synthesis Archived 2016-01-01 ที่ Wayback Machine 2010, International Resource Panel ,โครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติ
  28. ^ โสสะอร์เรส, มาร์ธา; โครเนค, ปีเตอร์ เอ็มเอช; "Introduction: From Rocks to Living Cells" หน้า 1-32 ใน "Metals, Microbes and Minerals: The Biogeochemical Side of Life" (2021) pp xiv + 341. Walter de Gruyter, Berlin บรรณาธิการ Kroneck, Peter MH และ Sosa Torres, Martha ดอย 10.1515/9783110589771-001
  29. ^ Tylecote, RF (1992). ประวัติความเป็นมาของโลหะผสมพิมพ์ครั้งที่สอง ลอนดอน: Maney Publishing สำหรับสถาบันวัสดุ ISBN  978-1-902653-79-2. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2015-04-02
  30. ^ ธอร์นตัน, C.; แลมเบิร์ก-คาร์ลอฟสกี ซีซี; Liezers, ม.; หนุ่ม SMM (2002) "บนหมุดและเข็ม: ติดตามวิวัฒนาการของการผสมด้วยทองแดงที่ Tepe Yahya ประเทศอิหร่าน ผ่านการวิเคราะห์ ICP-MS ของรายการทั่วไป" วารสาร วิทยาศาสตร์ โบราณคดี . 29 (12): 1451–1460. ดอย : 10.1006/jasc.2002.0809 .
  31. ^ คอฟมัน, เบรตต์. "โลหะวิทยาและการเปลี่ยนแปลงทางโบราณคดีในสมัยโบราณตะวันออกใกล้". Backdirt: ทบทวนประจำปี 2554 : 86.
  32. ^ อะคานุมะ, เอช. (2005). "ความสำคัญขององค์ประกอบของเศษเหล็กที่ขุดขึ้นมาจากชั้นที่ 3 ที่บริเวณ Kaman-Kalehöyük ประเทศตุรกี" การศึกษาโบราณคดีอนาโตเลีย . โตเกียว: สถาบันโบราณคดีอนาโตเลียแห่งญี่ปุ่น. 14 : 147–158.
  33. ^ "ชิ้นส่วนเครื่องเหล็กที่ขุดจากตุรกีพบว่าเป็นเหล็กที่เก่าแก่ที่สุด" . ชาวฮินดู . เจนไน ประเทศอินเดีย 2009-03-26. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2009-03-29 . สืบค้นเมื่อ2009-03-27 .
  34. ^ คนอ ท, พี. (1976). Metalsmiths ฉบับ ลอนดอน: Time-Life International. น. 133, 137.
  35. ^ ตีพิมพ์ใน The Delineatorก.ย. 1909 พิมพ์ซ้ำเพื่อเป็นการแนะนำรางวัลและนางฟ้าในปี 1910
  36. ^ Georgius Agricola, De Re ตื้อ (1556) Tr เฮอร์เบิร์ต คลาร์ก ฮูเวอร์ & ลู เฮนรี ฮูเวอร์ (1912); เชิงอรรถอ้างอิง De Natura Fossilium (1546), p. 180
  37. ^ แม็กซ์เฟสคอมโพสิตวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมA

อ่านเพิ่มเติม

ลิงค์ภายนอก