Ποιο είναι το ελαφρύτερο μέταλλο;

Μπορείτε να αναφέρετε το ελαφρύτερο μέταλλο; Τα περισσότερα μέταλλα είναι βαριά ή πυκνά, ωστόσο ορισμένα μέταλλα μπορούν να επιπλέουν στο νερό ενώ άλλα είναι σχεδόν τόσο ελαφριά όσο ο αέρας. Μάθετε για το ελαφρύτερο στοιχειώδες μέταλλο και το ελαφρύτερο κράμα.

Το ελαφρύτερο μέταλλο που είναι στοιχείο

Όταν μιλάμε για ένα υλικό που είναι ελαφρύ, αυτό που πραγματικά συζητάμε είναι η πυκνότητα. Η πυκνότητα είναι η ποσότητα της ύλης ανά μονάδα όγκου. Όσο λιγότερη ύλη υπάρχει σε ένα χώρο, τόσο πιο ελαφριά είναι η ουσία. Άρα, το ελαφρύτερο μεταλλικό στοιχείο είναι αυτό με τη μικρότερη πυκνότητα. Το ελαφρύτερο ή λιγότερο πυκνό στοιχείο που είναι μέταλλο είναι το λίθιο. Το λίθιο είναι ο ατομικός αριθμός 3 στον περιοδικό πίνακα, με πυκνότητα 0,534 g/cm. Αυτό είναι συγκρίσιμο με την πυκνότητα του ξύλου πεύκου. Η πυκνότητα του νερού είναι περίπου 1 g/cm, επομένως το λίθιο επιπλέει στο νερό. Όμως, όπως και άλλα αλκαλικά μέταλλα, το λίθιο είναι εξαιρετικά αντιδραστικό, επομένως αντιδρά γρήγορα για να απελευθερώσει θερμότητα και να σχηματίσει υδροξείδιο του λιθίου και αέριο υδρογόνο. Επίσης, καίγεται στον αέρα, επομένως το καθαρό μέταλλο αποθηκεύεται κάτω από λάδι (όπου επιπλέει επίσης) ή σε αδρανή ατμόσφαιρα.

Υπό κανονικές συνθήκες, μόνο δύο άλλα μεταλλικά στοιχεία είναι αρκετά ελαφριά για να επιπλέουν στο νερό:το κάλιο και το νάτριο. Η πυκνότητα του καλίου είναι 0,862 g/cm, ενώ η πυκνότητα του νατρίου είναι 0,971 g/cm. Το λίθιο, το κάλιο και το νάτριο είναι όλα αλκαλικά μέταλλα. Ο λόγος που είναι τόσο ελαφριά είναι επειδή αυτά τα στοιχεία είναι τα πρώτα άτομα στην περίοδό τους στον περιοδικό πίνακα που αποκτούν ένα επιπλέον κέλυφος ηλεκτρονίων. Το κέλυφος κάνει τα άτομα μεγάλα για τη μάζα τους.

Τι γίνεται με το υδρογόνο; Ανήκει στην ομάδα των αλκαλιμετάλλων και είναι ακόμη πιο ελαφρύ από το λίθιο. Κανονικά, το υδρογόνο συμπεριφέρεται ως μη μεταλλικό αέριο. Ωστόσο, υπό ορισμένες συνθήκες το υδρογόνο σχηματίζει ένα στερεό μέταλλο με πυκνότητα 0,0763 g/cm. Θα ήταν το ελαφρύτερο μέταλλο αν υπήρχε φυσικά στη Γη!

Ελαφρύτερο κράμα μετάλλων

Το ελαφρύτερο μέταλλο στη Γη είναι ένα κράμα και όχι ένα στοιχείο. Είναι ένα πλέγμα από σωλήνες φωσφόρου νικελίου (Microlattice) που εφευρέθηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Irvine. Η πυκνότητα του Microlattice είναι 0,0009 g/cm ή 9 mg/cm. Όταν αφαιρείται ο αέρας, η πραγματική πυκνότητα της μεταλλικής δομής είναι μόνο 2,1 mg/cm. Είναι εκατό φορές ελαφρύτερο από τον αφρό πολυστερίνης και περίπου 1,76 φορές βαρύτερο από τον αέρα στους 25 °C. Ένα κομμάτι του κράματος μπορεί να ακουμπήσει πάνω σε μια πικραλίδα χωρίς να την λυγίσει.

Ένα κομμάτι νικελίου φωσφόρου έχει πυκνότητα 9,0 g/cm. Ο λόγος που το πλέγμα είναι τόσο ελαφρύ είναι επειδή αποτελείται από κοίλους σωλήνες σε ένα πλέγμα που είναι 99,99% αέρας και μόνο 0,01% μέταλλο. Οι ερευνητές επικάλυψαν ένα πρότυπο με κράμα και στη συνέχεια χάραξαν το πρότυπο, αφήνοντας κοίλους σωλήνες πάχους μόνο περίπου 100 νανόμετρων (χίλιες φορές λεπτότεροι από μια ανθρώπινη τρίχα). Τα μικροδικτυώματα υπόσχονται τεράστια υποσχέσεις ως θερμομονωτές και ακουστικοί και αποσβεστήρες κραδασμών.

Αναφορές

• Brandes, E.A.; Brook, G.B. (επιμ.) (1998). Εγχειρίδιο ελαφρών μετάλλων . Μπάτεργουορθ Χάινεμαν. Οξφόρδη. ISBN 0-7506-3625-4.
• Lide, D. R., ed. (2005). Εγχειρίδιο CRC Χημείας και Φυσικής (86η έκδ.). Boca Raton (FL):CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
• Polmear, I. (2006). Ελαφρά κράματα:Από τα παραδοσιακά κράματα στους νανοκρυστάλλους (4η έκδ.). Μπάτεργουορθ Χάινεμαν. Οξφόρδη. ISBN 0-7506-6371-5.
• Schaedler, T. A.; Jacobsen, Α. J.; Torrents, Α.; Sorensen, Α. Ε.; Lian, J.; Greer, J. R.; Valdevit, L.; Carter, W. B. (12 Οκτωβρίου 2011). “Υπερελαφριά μεταλλικά μικροδικτυώματα”. Επιστήμη . 334 (6058):962–5. doi:10.1126/science.1211649