فلزات از جمله موادی هستند که به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان، نقشی اساسی در توسعه صنایع مختلف ایفا کرده‌اند. از زمان‌های باستان تا به امروز، فلزات در زندگی روزمره انسان‌ها حضور داشته‌اند، چه در ابزارهای ساده و چه در پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌ها. خواصی مانند درخشش، رسانایی بالا برای الکتریسیته و گرما، شکل‌پذیری و مقاومت مکانیکی بالا، این مواد را به انتخابی ایده‌آل برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی و مهندسی تبدیل کرده‌اند.
فلزات علاوه بر کاربردهای عملی، در علم مواد نیز به دلیل ساختار منحصربه‌فرد بلوری خود، بسیار مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. ساختار بلوری منظم و شبکه‌های تکراری اتمی در فلزات به آن‌ها خواصی همچون پایداری مکانیکی و توانایی رسانایی الکتریکی و حرارتی را می‌دهد که در هیچ ماده دیگری به این شکل دیده نمی‌شود.
فلزها گروهی از عناصر شیمیایی با ساختار بلوری منظم هستند. در این ساختارها، اتم‌ها در آرایش‌های شبکه‌ای خاصی مانند مکعبی مرکزپر (BCC)، مکعبی وجه‌مرکزپر (FCC) یا هگزاگونال فشرده (HCP) چیده می‌شوند. یکی از ویژگی‌های کلیدی فلزات، وجود الکترون‌های والانس آزاد است که به راحتی بین اتم‌ها حرکت می‌کنند و یک دریای الکترونی ایجاد می‌کنند. این دریای الکترونی موجب رسانایی بالای فلزات در زمینه‌های الکتریکی و حرارتی می‌شود. پیوندهای فلزی که از اشتراک‌گذاری الکترون‌ها بین اتم‌ها تشکیل می‌شوند، پایداری و استحکام ساختار فلزات را تضمین می‌کنند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود فلزات در برابر فشارهای مکانیکی و حرارتی نیز مقاوم باشند.
فلزات بر اساس ترکیب و خواصشان به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که این تقسیم‌بندی به مهندسان و محققان کمک می‌کند تا برای هر کاربرد خاص، فلز مناسب را انتخاب کنند. یکی از مهم‌ترین روش‌های دسته‌بندی فلزات، بر اساس حضور یا عدم حضور آهن در ترکیب آن‌هاست. به طور کلی، فلزات به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: فلزات آهنی مانند فولاد و چدن، که به دلیل استحکام بالا در صنایع سنگین استفاده می‌شوند، و فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم، مس و طلا، که به دلیل سبکی و مقاومت در برابر خوردگی مورد توجه قرار دارند. در ادامه، به بررسی دقیق‌تر هر یک از این دو دسته و کاربردهای آن‌ها خواهیم پرداخت.
فلزات آهنی به گروهی از فلزات و آلیاژها اطلاق می‌شود که پایه اصلی آن‌ها عنصر آهن (Fe) است و اغلب شامل مقادیر مختلفی از کربن و سایر عناصر آلیاژی هستند. این فلزات به دلیل استحکام مکانیکی، خاصیت مغناطیسی و قابلیت شکل‌دهی بالا، به‌ویژه در صنایع ساختمانی، خودروسازی، ماشین‌سازی و زیرساخت‌های صنعتی، کاربرد گسترده‌ای دارند. فولادها و چدن‌ها از شناخته‌شده‌ترین فلزات آهنی هستند که بسته به ترکیب و فرآیندهای تولید، خواص متنوعی را ارائه می‌دهند.
فلزات آهنی به دلیل فراوانی عنصر آهن و خواص مکانیکی متنوع، از زمان‌های قدیم تا به امروز به یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع مختلف تبدیل شده‌اند. این فلزات، از جمله فولاد و چدن، با دارا بودن ویژگی‌هایی چون استحکام بالا، قابلیت آلیاژسازی و خاصیت مغناطیسی، نقش کلیدی در توسعه فناوری‌های نوین و صنایع سنگین دارند. در ادامه به بررسی مزایای علمی و مهندسی این فلزات می‌پردازیم:
فلزات آهنی به دلیل ویژگی‌های منحصر به‌فرد خود در بسیاری از صنایع نقش حیاتی ایفا می‌کنند. از تولید خودروها و سیستمهای انتقال تا سازه‌های عظیم صنعتی، این فلزات به دلیل قابلیت‌های مکانیکی بالا و قیمت مقرون‌به‌صرفه، انتخاب نخست بسیاری از مهندسان و طراحان صنعتی هستند. در ادامه برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها عبارتند از:
فلزات غیر آهنی (Non-ferrous Metals) به گروهی از فلزات اطلاق می‌شود که فاقد آهن به‌عنوان عنصر اصلی هستند. این فلزات به دلیل خواص منحصر به‌فرد خود، مانند وزن سبک‌تر، مقاومت به خوردگی بالا و رسانایی الکتریکی و حرارتی بهتر، در بسیاری از صنایع نقش مهمی ایفا می‌کنند. فلزات غیر آهنی در مقایسه با فلزات آهنی در مواردی که نیاز به ویژگی‌های خاص، مانند سبک بودن یا مقاومت بالا به خوردگی دارند، استفاده می‌شوند. در ادامه به بررسی مزایا، کاربردها و خواص برخی از فلزات غیر آهنی می‌پردازیم.
فلزات آهنی و غیر آهنی از جهات مختلفی با یکدیگر تفاوت دارند که این تفاوت‌ها باعث می‌شود هر یک برای کاربردهای خاصی مناسب باشند. فلزات آهنی، نظیر فولاد و چدن، به دلیل استحکام مکانیکی بالا و قابلیت مغناطیسی، در ساخت سازه‌های سنگین و صنایع عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فلزات با وجود استحکام بالا، در برابر خوردگی آسیب‌پذیرتر هستند و وزن بیشتری نسبت به فلزات غیر آهنی دارند.
از سوی دیگر، فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم و مس به دلیل وزن سبک‌تر و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، به‌ویژه در صنایعی مانند هوافضا، الکترونیک و خودروسازی بسیار کاربرد دارند. این فلزات همچنین رسانایی الکتریکی و حرارتی بهتری دارند، که آن‌ها را برای استفاده در تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی ایده‌آل می‌کند. علاوه بر این، فلزات غیر آهنی فاقد خاصیت مغناطیسی هستند که در برخی کاربردهای حساس یک مزیت محسوب می‌شود.
فلزات آهنی، به‌ویژه فولاد، بیشترین کاربرد را در زندگی روزمره انسان دارند. فولاد، که ترکیبی از آهن و کربن است، به دلیل استحکام، قابلیت شکل‌پذیری و هزینه نسبتاً پایین، در بسیاری از صنایع کلیدی مانند ساخت‌وساز، خودروسازی، ماشین‌آلات، و زیرساخت‌های اساسی استفاده می‌شود. ساختمان‌های مدرن، پل‌ها، خودروها، و تجهیزات صنعتی اغلب از فولاد ساخته شده‌اند.
چدن نیز به‌عنوان یک فلز آهنی دیگر در کاربردهایی مانند لوله‌کشی، سیستمهای گرمایشی، و قطعات سنگین ماشین‌آلات صنعتی به‌کار می‌رود.
در کنار فلزات آهنی، فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم نیز به دلیل وزن سبک و مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع خودروسازی، هوافضا و تولید لوازم خانگی بسیار کاربرد دارند. اما به‌طور کلی، فلزات آهنی به دلیل گستردگی و تنوع کاربردها، بیشترین سهم را در زندگی روزمره دارند.
ارزشمندترین فلزات جهان معمولاً به دلیل کمیابی، خواص شیمیایی منحصربه‌فرد، کاربردهای صنعتی یا زینتی، و تقاضای بالا در بازارهای مختلف شناخته می‌شوند. برخی از ارزشمندترین فلزات عبارتند از:
کمیاب‌ترین فلز جهان معمولاً به فلزی اشاره دارد که هم از نظر تولید و هم از نظر فراوانی در طبیعت بسیار محدود باشد. یکی از کمیاب‌ترین فلزات جهان، **فرانسیم (Francium)** است که یک فلز قلیایی رادیواکتیو و بسیار نادر و ناپایدار در طبیعت است. این فلز به دلیل نیمه‌عمر بسیار کوتاه و خواص رادیواکتیویته به‌سختی قابل دسترسی بوده و در پوسته زمین به‌صورت طبیعی وجود دارد، اما به دلیل ناپایداری و زوال سریع به ایزوتوپ‌های دیگر، مقدار آن بسیار محدود است. به‌علت ناپایداری زیاد و نیمه‌عمر کوتاه، فرانسیم هیچ کاربرد عملی در صنایع ندارد و بیشتر در تحقیقات علمی و فیزیک هسته‌ای استفاده می‌شود. اگرچه فلزاتی مانند رودیوم و ایریدیوم نیز بسیار کمیاب و ارزشمند هستند، اما از نظر کمیابی در طبیعت، فرانسیم به‌عنوان یکی از نادرترین فلزات جهان شناخته می‌شود.
کروم (Chromium) به‌عنوان یکی از مقاوم‌ترین فلزات جهان شناخته می‌شود، به‌ویژه در برابر خوردگی. کروم به دلیل تشکیل یک لایه نازک اکسید بر روی سطح خود، مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون و زنگ‌زدگی دارد. این خاصیت باعث می‌شود که در آلیاژهایی مانند فولاد ضدزنگ، برای افزایش مقاومت به خوردگی استفاده شود. همچنین کروم به دلیل سختی و چقرمگی بالا در برابر سایش و دماهای بالا مقاوم است، که آن را برای استفاده در پوشش‌های محافظ و ابزارهای صنعتی مناسب می‌کند.
اگرچه از نظر سختی و نقطه ذوب، فلزاتی مانند تنگستن (Tungsten) و ایریدیوم (Iridium) نیز از فلزات بسیار مقاوم محسوب می‌شوند، اما کروم از لحاظ مقاومت به خوردگی و کاربرد در صنعت، به‌عنوان یکی از مقاوم‌ترین فلزات جهان شهرت دارد.
سبک‌ترین فلز جهان لیتیم (Lithium) است. لیتیم به‌عنوان یک فلز قلیایی، چگالی بسیار پایینی دارد و به همین دلیل از همه فلزات سبک‌تر است. این فلز با چگالی تقریباً نصف چگالی آب، سبک‌ترین فلز شناخته‌شده در جهان محسوب می‌شود. به دلیل این ویژگی، لیتیم در صنایع مختلف، به‌ویژه تولید باتری‌های قابل شارژ، تجهیزات الکترونیکی و همچنین آلیاژهای سبک برای هواپیماها و خودروهای برقی کاربرد گسترده‌ای دارد.
تنگستن (Tungsten) بالاترین نقطه جوش را در میان تمامی فلزات دارد. نقطه جوش تنگستن حدود 5,555 درجه سانتی‌گراد (10,031 درجه فارنهایت) است، که آن را برای کاربردهایی که به تحمل دماهای بسیار بالا نیاز دارند، مانند ساخت فیلامنت‌های لامپ، تجهیزات هوافضا، و الکترودهای جوشکاری، بسیار مناسب می‌سازد. تنگستن همچنین به دلیل سختی و چگالی بالا در تولید ابزارهای برش و سایش مورد استفاده قرار می‌گیرد.
جیوه (Mercury) تنها فلزی است که در دمای اتاق به‌صورت مایع وجود دارد. نقطه ذوب جیوه بسیار پایین است ( منفی 38.83 درجه سانتی‌گراد معادل منفی 37.89 درجه فارنهایت )، که باعث می‌شود در شرایط معمولی به‌صورت مایع باقی بماند. این خاصیت منحصر به‌فرد جیوه باعث شده تا در وسایلی مانند دماسنج‌ها، فشارسنج‌ها و برخی انواع سوئیچ‌های الکتریکی به‌کار رود.
برخی فلزات به‌شدت سمی هستند و در صورت تماس یا ورود به بدن انسان می‌توانند باعث بروز مشکلات جدی برای سلامت شوند. در زیر برخی از فلزات سمی و مضر برای بدن انسان عبارتند از:
امید عمران
امید عمران
امید عمران
امید عمران
امید عمران
