خصائص المعادن الفلزية: التوصيل والطرق والسحب والكثافة

التوصيل: كيف تنتقل الكهرباء والحرارة؟

تحتوي المادة الفلزية على إلكترونات غير محصورة في رابطة بين ذرتين فقط. يساعد هذا الوصف على فهم التوصيل الكهربائي: يمكن للإلكترونات أن تستجيب للمجال الكهربائي وتشارك في انتقال الشحنة داخل المادة. تسمي الكتب هذا الترابط بين مكونات الصلب ترابطًا فلزيًا. ^[2]

تعد الفلزات، في العموم، موصلات جيدة للحرارة والكهرباء، إلا أن مقدار التوصيل يختلف من مادة إلى أخرى. لذلك لا تعني عبارة «فلز موصل» أن سلكين من فلزين مختلفين يعطيان المقاومة نفسها عند تساوي طولهما ومساحة مقطعهما. ^[1][2][6]

عندما نصف خاصية ما، من المفيد تحديد نوع المقارنة: هل نقارن مادتين أم قطعتين مختلفتين في الأبعاد؟ قد يجتمع أثر المادة وأثر الشكل في الاستعمال نفسه، فلا ننسب كل اختلاف إلى كون الجسم معدنيًا.

الطرق والسحب: صفيحة أم سلك؟

قابلية الطرق تعني إمكان تشوه المادة تحت الضغط أو الطرق دون أن تتفتت على نحو هش، ويمكن أن نربطها بتشكيل صفائح. أما قابلية السحب فتعني إمكان تشكيل أسلاك. بين الخاصيتين صلة، لكن الاسمين يصفان صورتين مختلفتين من التشكيل. ^[1][2]

في الرسم الرئيسي تمثل الصفيحة مثالًا للشكل العريض الرقيق، وتمثل لفافة السلك مثالًا للشكل الطويل ذي المقطع الصغير. الرسم لا يقيس قوة مطرقة أو مقدار استطالة، ولا يقول إن كل قطعة يمكن ثنيها بلا نهاية.

وصف المادة بأنها قابلة للتشكيل لا يساوي وصفها بأنها لينة جدًا، كما أن كونها صلبة لا يحدد وحده مدى تحملها أو إمكان سحبها. نقرأ اسم الخاصية المطلوبة بدل جمع كل الصفات تحت كلمة «قوي».

الكثافة: المقارنة عند حجم متساوٍ

الكثافة كتلة وحدة الحجم. تورد الجمعية الملكية للكيمياء كثافة الألومنيوم 2.70 g/cm³ وكثافة النحاس 8.96 g/cm³. نستعمل هاتين القيمتين في مثال تعليمي لقطعتين متجانستين، حجم كل واحدة 100 سم³، عند الشروط المناسبة للقيم المرجعية. ^[3][4]

من العلاقة m=ρV نحصل على كتلة الألومنيوم: 2.70×100=270 g، وعلى كتلة النحاس: 8.96×100=896 g. الحجمان متساويان، لكن كتلة النحاس أكبر 626 غرامًا.

وتساوي نسبة الكتلتين 896/270≈3.32. في هذا المثال كتلة النحاس نحو 3.32 أمثال كتلة الألومنيوم. هذه مقارنة للكتلة بالغرام، لا قياس للوزن بالنيوتن ولا حكم بأن النحاس أصلح لكل استعمال.

إذا تساوت الكتلتان بدل الحجمين، فلن يبقى الحجم متساويًا. مثلًا، 270 غرامًا من النحاس تشغل حجمًا يقارب 270/8.96≈30.1 cm³، بينما 270 غرامًا من الألومنيوم تشغل 100 سم³ بالقيم نفسها.

البريق والحالة والانصهار: أين تنتهي القاعدة العامة؟

البريق الفلزي وصف شائع للسطح، لكنه لا يعني لونًا واحدًا. تصف بيانات النحاس مظهره بلون مائل إلى الأحمر والذهب، بينما تختلف ألوان فلزات أخرى. كما أن وصف العنصر لا يضمن أن سطح قطعة قديمة سيبدو كصورة سطح حديث. ^[1][4]

أغلب الفلزات التي نصادفها صلبة في الظروف المعتادة، لكن الزئبق سائل عند 20 درجة مئوية. وتختلف درجات الانصهار بين الفلزات اختلافًا واسعًا، فلا يصح اتخاذ الصلابة أو الانصهار العالي شرطًا مطلقًا لكل فلز. ^[2][5]

ولا تدل الكثافة وحدها على الصلابة: الأولى تربط الكتلة بالحجم، بينما تصف الثانية مقاومة تغيرات ميكانيكية معينة. مقارنة الألومنيوم والنحاس السابقة تثبت فرق الكتلة للحجم نفسه فقط.

طريقة منظمة لقراءة وصف مادة فلزية

ابدأ بتحديد ما تريد معرفته، ثم اختر خاصية قابلة للمقارنة وأبعادًا وشروطًا واضحة. بهذه الطريقة تصبح كلمة «معدن» بداية لوصف المادة، وتبقى الأرقام والتفاصيل ضرورية للتمييز بين فلز وآخر.