Metalle sind eine Art von Materialien, die seit der Antike vom Menschen verwendet werden. Diese Gruppe von Stoffen ist sehr zahlreich, aber alle haben gemeinsame physikalische Eigenschaften, die allgemein als metallische Eigenschaften bezeichnet werden.
Die Härte unter ihnen ist üblich, aber nicht entscheidend. Spezifischer sind andere, die das weichste Metall besitzt. Diese Eigenschaften werden durch die Besonderheiten ihrer Struktur auf molekularer Ebene bestimmt.
Eigenschaften von Metallen
Eisen und seine Legierungen (Stahl, Gusseisen), Kupfer, Aluminium… Die Verwendung dieser Materialien markierte Durchbrüche im wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt in verschiedenen Stadien der Entwicklung der Zivilisation. Jedes dieser Metalle hat Eigenschaften, die ihm einen einzigartigen praktischen Wert verleihen. Gemeinsame Merkmale für sie sind eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, Plastizität - die Fähigkeit, die Integrität während der Verformung aufrechtzuerh alten, metallischer Glanz.
Die Damastklinge, die eiserne Rüstungen und das weichste Metall durchschneidet, auf denen Spuren vom geringsten Aufprall zurückbleiben, hat eine ähnliche innere Struktur. Es basiert auf einem Kristallgitter, an dessen Knotenpunkten sich Atome befindenpositive und neutrale Ladung, zwischen denen sich ein "Elektronengas" befindet - Teilchen, die die äußeren Hüllen von Atomen aufgrund einer Schwächung der Bindung zum Kern verlassen haben. Durch die im "Elektronengas" entstehenden Anziehungskräfte kommt es zu einer speziellen metallischen Bindung zwischen positiven Ionen, die sich an den Knoten des Kristallgitters befinden. Härte, Dichte, Schmelzpunkt des Metalls hängen von der Konzentration dieses "Gases" ab.
Bewertungskriterien
Die Antwort auf die Frage, welches Metall das weichste ist, wird immer Gegenstand von Diskussionen sein, es sei denn, die Bewertungskriterien werden vereinbart und der Begriff der Weichheit selbst definiert. Die Meinung über diese Eigenschaft des Materials wird für Spezialisten in verschiedenen Branchen unterschiedlich sein. Ein Metallurge kann unter Weichheit eine erhöhte Verformbarkeit verstehen, eine Tendenz, Verformungen durch abrasive Materialien zu akzeptieren usw.
Für Materialwissenschaftler ist es wichtig, unterschiedliche Eigenschaften von Stoffen objektiv vergleichen zu können. Weichheit sollte auch allgemein akzeptierte Bewertungskriterien haben. Das weichste Metall der Welt sollte allgemein anerkannte Indikatoren haben, die seine „Rekord“-Eigenschaften belegen. Es gibt mehrere Methoden, die darauf abzielen, die Weichheit verschiedener Materialien zu messen.
Messverfahren
Die meisten zertifizierten Methoden zur Härtemessung basieren auf der Kontaktwirkung auf das zu prüfende Material, gemessen mit Präzisionsinstrumenten, von einem härteren Körper, der als Eindringkörper bezeichnet wird. Je nach Art des Eindringkörpers und der Messmethoden gibt es mehrere HauptmerkmaleMethoden:
- Brinell-Methode. Der Durchmesser des Abdrucks, den eine Metallkugel hinterlässt, wenn sie in die Oberfläche der Testsubstanz gedrückt wird, wird bestimmt.
- Rockwell-Methode. Gemessen wird die Eindringtiefe in die Oberfläche einer Kugel oder eines Diamantkegels.
- Vickers-Methode. Der Bereich des Abdrucks, der von einer tetraedrischen Diamantpyramide hinterlassen wird, wird bestimmt.
- Shore-Härte. Es gibt Skalen für sehr harte und sehr weiche Materialien - es wird die Eintauchtiefe einer Spezialnadel oder die Rückprallhöhe von der Oberfläche eines Spezialschlägers gemessen.
Mohssche Härteskala
Diese Skala zur Bestimmung der relativen Härte von Mineralien und Metallen wurde Anfang des 19. Jahrhunderts von dem Deutschen Friedrich Moos vorgeschlagen. Es basiert auf der Kratzmethode, bei der eine härtere Probe Spuren auf einer weicheren hinterlässt, und ist sehr praktisch, um herauszufinden, welches Metall am weichsten ist. Bezogen auf 10 Referenzmineralien, denen ein bedingter Härteindex zugeordnet ist, wird für die geprüfte Substanz ein Platz in der Skala und ein digitaler Index ermittelt. Das weichste Bezugsmineral ist Talk. Es hat eine Mohs-Härte von 1, und der härteste, Diamant, hat eine Härte von 10.
Die Bewertung der Härte nach Mohs basiert auf dem Prinzip "weicher - härter". Wie oft beispielsweise Aluminium mit einem Index auf der Mohs-Skala von 2,75 weicher als Wolfram (6,0) ist, lässt sich nur mit Messergebnissen nach anderen Methoden genau bestimmen. Aber um das weichste Metall im Periodensystem zu bestimmen, reicht diese Tabelle.
Am weichsten sind Alkalimetalle
Aus der mineralogischen Mohs-Skala ist ersichtlich, dass die weichsten Substanzen sind, die mit Alkalimetallen verwandt sind. Selbst Quecksilber, das vielen von der Flüssigkeit aus einem Thermometer bekannt ist, hat einen Härteindex von 1,5, weicher als mehrere Stoffe mit ähnlichen physikalischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften: Lithium (0,6 auf der Mohs-Skala), Natrium (0,5), Kalium (0, 4), Rubidium (0, 3). Das weichste Metall ist Cäsium mit einer Mohs-Härteskala von 0,2.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Alkalimetallen werden durch ihre elektronische Konfiguration bestimmt. Sie unterscheidet sich nur geringfügig von der Struktur inerter Gase. Ein Elektron, das sich auf einem externen Energieniveau befindet, hat eine Mobilität, die eine hohe chemische Aktivität bestimmt. Die weichsten Metalle zeichnen sich durch eine besondere Flüchtigkeit aus, sie sind schwer abzubauen und unverändert zu konservieren. Sie haben heftige chemische Wechselwirkungen mit Luft, Wasser und Sauerstoff.
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Der Name „Cäsium“kommt vom lateinischen caesius – „himmelblau“: Im Spektrum, das eine sehr heiße Substanz abstrahlt, sind im Infrarotbereich zwei hellblaue Streifen sichtbar. In seiner reinen Form reflektiert es Licht gut, sieht aus wie helles Gold und hat eine silbrig-gelbe Farbe. Cäsium ist das weichste Metall der Welt mit einem Brinell-Härteindex von 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2). Schmelzpunkt: +28,5 °C, daher befindet sich Cäsium unter normalen Bedingungen bei Raumtemperatur in einem halbflüssigen Zustand.
Es ist seltenteures und extrem reaktives Metall. In der Elektronik, der Funktechnik und der Hightech-Chemieindustrie werden Cäsium und darauf basierende Legierungen zunehmend verwendet und der Bedarf dafür wächst ständig. Seine chemische Aktivität, die Fähigkeit, Verbindungen mit höchster elektrischer Leitfähigkeit zu bilden, sind gefragt. Cäsium ist ein wichtiger Bestandteil bei der Herstellung von optischen Spezialgeräten, Lampen mit einzigartigen Eigenschaften und anderen Hightech-Produkten. Gleichzeitig ist Weichheit nicht die begehrteste Eigenschaft.
