قوی‌ترین فلز زمین چیست؟
0

قوی‌ ترین فلز زمین چیست؟

برای اینکه بفهمیم قوی‌ ترین فلز زمین کدام است، باید چند نکته را در نظر بگیریم. اول اینکه، روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری استحکام یک فلز خاص وجود دارد.در ادامه این مقاله از مجله علمی دانستی نمیدونستم همراه ما باشید.

مقاومت کششی، که بر حسب پوند بر اینچ مربع (psi) اندازه‌گیری می‌شود، حداکثر باری را نشان می‌دهد که یک ماده می‌تواند بدون شکستن تحمل کند. استحکام تسلیم، میزان تنشی را اندازه‌گیری می‌کند که برای ایجاد تغییر شکل دائمی مورد نیاز است.

از نظر مقاومت تسلیم و کششی، تنگستن بالاترین رتبه را در بین فلزات خالص دارد و این موضوع آن را به طور بالقوه، قوی‌ ترین فلز جهان می‌کند. با این حال، تنگستن سخت‌ترین عنصر فلزی یا حتی قوی‌ ترین فلز از نظر وزن نیست.

حالا که صحبت از فلز خالص شد، برای تعیین قوی‌ ترین فلز باید به این سوال هم پاسخ بدهیم: آیا قوی‌ ترین فلز باید یک فلز طبیعی (فلز بدون آلیاژ) باشد یا می‌تواند آلیاژی از چند فلز مختلف باشد؟ فولاد، قوی‌ ترین آلیاژ روی زمین در نظر گرفته می‌شود.

بیایید نگاهی به برخی از قوی‌ ترین فلزات روی زمین و کاربردهای شگفت‌انگیز آن‌ها بیندازیم.

تنگستن

تنگستن بالاترین نقطه ذوب (۳۶۹۵ درجه کلوین) و بیشترین استحکام نهایی کششی (۱۴۲۰۰۰ پوند بر اینچ مربع) را در میان تمام فلزات طبیعی داراست. از تنگستن و آلیاژهای آن برای ساخت رشته‌های لامپ‌های رشته‌ای و لامپ‌های تلویزیون استفاده می‌شود.

این فلز کمیاب به تنهایی در مقیاس سختی موس (که الماس در آن درجه ۱۰ را دارد) نمره ۷.۵ می‌گیرد، اما ترکیب کاربید تنگستن بسیار سخت‌تر (۹.۵) بوده و برای ساخت ابزار به کار می‌رود.

فولاد

فولاد آلیاژی از دو عنصر است: آهن (فلز) و کربن (غیرفلزی). آلیاژهای فولاد از لحاظ نسبت آهن به فولاد و همچنین هر فلز اضافی موجود در آن‌‌ها متفاوت هستند.

برای مثال، برای ساخت فولاد ضد زنگ، فولاد را با کروم ترکیب می‌کنید. فولاد کربنی درصد بالاتری از کربن دارد و همین باعث می‌شود از سایر آلیاژهای فولاد محکم‌تر باشد.

تیتانیوم

اسمیم

اسمیم یکی از متراکم‌ترین فلزات طبیعی موجود در جهان است. با این حال، اسمیم بسیار ترد است، بنابراین به طور معمول به مقدار کم در آلیاژها استفاده می‌شود. اسمیم را می‌توانید در اجزای مدارهای الکتریکی پیدا کنید.

کروم

اگر استحکام را به عنوان سختی در نظر بگیرید، ممکن است کروم را قوی‌ ترین فلز جهان بدانید. کروم با درجه سختی ۸.۵ در مقیاس موس، سخت‌ترین فلز روی زمین است. همچنین در برابر خوردگی مقاوم است، از همین رو آبکاری کروم محبوبیت دارد.

تیتانیوم قوی‌ ترین فلز زمین

تیتانیوم که نام آن از تایتان‌های غول پیکر افسانه‌های یونانی گرفته شده، بالاترین نسبت استحکام کششی به چگالی را در بین تمام فلزات زمین دارد.

آلیاژهای تیتانیوم (ترکیبی از تیتانیوم و سایر فلزات) از بالاترین نسبت استحکام به وزن در بین تمام فلزات برخوردارند. تیتانیوم خالص به اندازه فولاد استحکام دارد، اما ۴۵ درصد سبک‌تر است.

نسبت استحکام به وزن چشمگیر تیتانیوم، آلیاژهای تیتانیوم را به ماده‌ای ایده‌آل برای موتورها و بدنه هواپیما، موشک‌ها و هر کاربردی تبدیل کرده است که در آن اجزای فلزی باید تا حد امکان محکم و سبک باشند.

اگرچه تیتانیوم فلز کمیابی به حساب نمی‌آید، اما به دلیل هزینه استخراج و تولید، فلز گرانی است.

ایرباس A380، بزرگترین هواپیمای مسافربری جهان، شامل 77 تن (70 تن متریک) تیتانیوم است که بیشتر آن در موتورهای عظیم آن به کار رفته است.

به لطف نوآوری متالورژی در دهه 1930 به نام “فرآیند کنوکس”، آهنگری تجاری تیتانیوم در دهه‌های 1940 و 1950 به طور کامل رونق گرفت. اولین کاربرد آن در هواپیماهای نظامی و زیردریایی‌های آمریکایی و روسی و سپس در هواپیماهای تجاری در دهه 1960 بود.

کشف تیتانیوم

ویلیام گرگور، یک معدن‌شناس آماتور و کشیش کلیسا اهل بریتانیا، در سال 1791 در نزدیکی شهر کورنوال، مقداری شن سیاه عجیب در یک نهر جمع کرد.

بخشی از شن مغناطیسی بود که گرگور آن را اکسید آهن تشخیص داد، اما ماده دیگر مرموز بود. قطعا اکسید دیگری بود، اما در فهرست‌های انجمن سلطنتی زمین‌شناسی وجود نداشت.

مارتین هاینریش کلاپروت، شیمی‌دان آلمانی، این اکسید عجیب را در سال 1795 دوباره کشف کرد و نامی اساطیری، تیتانیوم اکسید، به آن داد. تیتان‌ها خدایانی بودند که در اساطیر یونانی پیش از المپ نشینان حکومت می‌کردند.

تیتانیوم

با وجود اینکه تیتانیوم در اواخر قرن 18 کشف شد، تیتانیوم خالص تا سال 1910 از اکسید آن جدا نشد.

در آن سال، متیو هانتر، شیمی‌دان آمریکایی که برای جنرال الکتریک کار می‌کرد، روشی برای جدا کردن این فلز نقره‌ای از اکسید آن تحت حرارت و فشار بالا در یک “بمب” درزگرفته ابداع کرد.

تیتانیوم زنگ نمی‌زند

خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که به مرور زمان به آرامی اکثر فلزات را از بین می برد.

هنگامی که فلزات در معرض اکسیژن، چه در هوا و چه زیر آب قرار می گیرند، اکسیژن الکترون ها را جذب کرده و باعث ایجاد “اکسید” فلز می شود. یکی از رایج ترین اکسیدهای خورنده، اکسید آهن یا همان زنگ است.

اما همه اکسیدها فلز زیرین را در معرض خوردگی قرار نمی دهند.

هنگامی که تیتانیوم با اکسیژن تماس پیدا می کند، لایه نازکی از دی اکسید تیتانیوم (TiO2) روی سطح خود تشکیل می دهد.

این لایه اکسیدی در واقع از تیتانیوم زیرین در برابر خوردگی ناشی از اکثر اسیدها، قلیاها، آلودگی و آب شور محافظت می کند.

ویژگی های ضد خوردگی طبیعی تیتانیوم آن را نه تنها به ماده ای ایده آل برای هواپیما بلکه برای قطعات زیر دریایی که در معرض آب شور بسیار خورنده قرار دارند تبدیل می کند.

پروانه کشتی ها تقریباً همیشه از تیتانیوم ساخته می شوند و همچنین لنگر داخلی و سیستم های لوله کشی کشتی و سخت افزار داخلی در معرض آب دریا نیز از همین جنس ساخته می شوند.

تیتانیوم در اعضای بدن

همان لایه نازک دی اکسید تیتانیوم که از تیتانیوم در برابر خوردگی محافظت می کند، آن را به امن ترین ماده برای کاشت در بدن انسان تبدیل می کند.

تیتانیوم کاملا “سازگار با بدن” است، به این معنی که غیر سمی، ضد حساسیت است و حتی می تواند با بافت و استخوان انسان جوش بخورد.

تیتانیوم ماده جراحی انتخابی برای کاشت استخوان و مفصل، صفحات جمجمه، ریشه ایمپلنت های دندانی، میخ های چشم و گوش مصنوعی، دریچه های قلب، فیوژن ستون فقرات و حتی استنت های مجرای ادرار است.

مطالعات نشان داده اند که ایمپلنت های تیتانیوم سیستم ایمنی بدن را تحریک می کنند تا مستقیماً روی سطح تیتانیوم استخوان بسازد، فرآیندی به نام osseointegration (جذب استخوانی).

کاربرد تیتانیوم در ساخت هواپیما

از دیگر دلایل استفاده از تیتانیوم برای جایگزینی لگن و پین برای شکستگی استخوان، نسبت استحکام به وزن بالای تیتانیوم است که باعث می شود ایمپلنت ها سبک باشند، به علاوه خاصیت ارتجاعی مشابه استخوان انسان را نشان می دهد.

تیتانیوم در چوب‌های گلف و سایر تجهیزات

با کاهش قیمت تیتانیوم خالص در اواخر قرن بیستم، تولیدکنندگان به دنبال کاربردهای تجاری بیشتری برای این فلز شگفت‌انگیز گشتند. استحکام سبک تیتانیوم آن را برای کالاهای ورزشی بسیار مناسب کرد.

اولین چوب‌های گلف تیتانیومی در اواسط دهه 1990 وارد فروشگاه‌ها شدند، از جمله یک چوب غول پیکر از کمپانی Callaway که با نام Great Big Bertha شناخته می‌شد.

این چوب‌ها نسبت به چوب‌های استیل یا چوبی گران‌تر بودند، اما موفقیت آن‌ها باعث شد دیگر تولیدکنندگان لوازم ورزشی نیز به تیتانیوم روی بیاورند.

اکنون می‌توانید تیتانیوم را در هر قطعه از تجهیزات ورزشی که در آن وزن، استحکام و دوام حرف اول را می‌زنند، پیدا کنید: راکت‌های تنیس، چوب‌های لاکراس، اسکی، فریم دوچرخه، چوب بیسبال، تجهیزات کوهنوردی و کمپینگ، و حتی نعل اسب برای اسب‌های مسابقه حرفه‌ای وحتی در جدید ترین نسخه گوشی شرکت اپل میتوان مشاهده کرد.

تیتانیوم در صنعت

تنها 5 درصد از 6.3 میلیون تن تیتانیومی که هر ساله تولید می‌شود به فلز تبدیل می‌شود.

بخش اعظم آن به دی اکسید تیتانیوم تبدیل می‌شود، همان ماده‌ای که به طور طبیعی از تیتانیوم در برابر خوردگی محافظت می‌کند.

اکسید تیتانیوم در سراسر جهان به عنوان یک رنگدانه سفید کننده غیر سمی برای رنگ، لوازم آرایشی، دارو و غذا، از جمله خامه سفید کیک استفاده می‌شود.

رنگ سفید را با رنگدانه حاوی سرب رنگ می‌کردند، اما پس از آنکه اثرات مخرب سرب بر سلامتی شناخته شد، دی اکسید تیتانیوم جایگزین آن شد. رنگدانه‌های تیتانیوم‌دار خواص جالبی دارند.

نقاشان ساختمان رنگ‌های سفید تیتانیوم‌دار را انتخاب می‌کنند زیرا ضد خوردگی هستند و ماندگاری بیشتری دارند.

اکسید تیتانیوم به شدت نور را می‌شکند و درخشندگی طبیعی بیشتری نسبت به الماس ایجاد می‌کند و سایه‌ای به خصوص روشن از رنگ سفید را به وجود می‌آورد.

اکسید تیتانیوم همچنین نور مادون قرمز را منعکس می‌کند، به همین دلیل است که همیشه از رنگ‌های تیتانیوم‌دار در نمای بیرونی رصدخانه‌های خورشیدی برای پراکنده کردن نور مادون قرمزی که تصاویر را تار می‌کند، استفاده می‌شود.

میانگین امتیازات ۵ از ۵
از مجموع ۴ رای

اشتراک گذاری

نظرات کاربران

  •  چنانچه دیدگاهی توهین آمیز باشد و متوجه نویسندگان و سایر کاربران باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه دیدگاه شما جنبه ی تبلیغاتی داشته باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه از لینک سایر وبسایت ها و یا وبسایت خود در دیدگاه استفاده کرده باشید تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه در دیدگاه خود از شماره تماس، ایمیل و آیدی تلگرام استفاده کرده باشید تایید نخواهد شد.
  • چنانچه دیدگاهی بی ارتباط با موضوع مطرح شود تایید نخواهد شد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پیشنهادات ویژه

  • دانستنی ها
  • آموزش آرایش
  • اخبار تکنولوژی
  • طلا و جواهرات
بزرگترین آبشار جهان: غولی که در زیر امواج پنهان شده است

بزرگترین آبشار جهان: غولی که در زیر امواج پنهان شده است

15 ساعت پیش
10دانستنی جالب در مورد ماریو که نمیدانستید!

10دانستنی جالب در مورد ماریو که نمیدانستید!

1 هفته پیش
10 دانستنی جالب در مورد اکسیژن که نمی دانستید!

10 دانستنی جالب در مورد اکسیژن که نمی دانستید!

2 هفته پیش
10 دانستنی جالب در مورد که مو نمی دانستید!

10 دانستنی جالب در مورد مو که نمی دانستید!

2 هفته پیش
نقش حنا پروانه روی دست

زیباترین و جدیدترین مدل های نقش حنا پروانه روی دست 1403

1 هفته پیش
مدل های آرایش ساده دخترانه

جدیدترین و شیک ترین مدل های آرایش ساده دخترانه بهار 1403

1 هفته پیش
سنجاق‌های سر بافتی فانتزی

جدیدترین سنجاق سر بافتنی فانتزی دخترانه 2024

1 هفته پیش
طرح ناخن ساده و شیک

جدید ترین و بهترین طرح ناخن ساده و شیک 2024

4 هفته پیش
بهترین جارو برقی های رباتی 2023

بهترین جارو برقی های رباتی 2024

10 ساعت پیش
بهترین کارت گرافیک های 2023

بهترین کارت گرافیک های 2024

10 ساعت پیش
7تا از بهترین آمپلی فایر هدفون در سال 2024

بهترین آمپلی فایر های هدفون در سال 2024

7 روز پیش
مشخصات آیفون SE 4 لو رفت؛ از نمایشگر ۶۰ هرتز تا هوش مصنوعی

مشخصات آیفون SE 4 لو رفت؛ از نمایشگر ۶۰ هرتز تا هوش مصنوعی

2 هفته پیش
گردنبند قاب عکس

جدیدترین مدل های گردنبند قاب عکس 2024

1 هفته پیش
گوشواره طرح خورشید

جدیدترین مدل های گوشواره طرح خورشید 2024

2 هفته پیش
انگشتر طلای طرح گل

بهترین و جدیدترین مدل های انگشتر طلای طرح گل 2024

2 هفته پیش
گردنبند دخترانه طلا طرح

جدیدترین مدل های گردنبند دخترانه طلا طرح فیل 2024

2 هفته پیش