โลหะ

รูปแบบและโครงสร้าง

ผลึก แกลเลียม

โลหะมีความแวววาวและแวววาวอย่างน้อยก็เมื่อเตรียมใหม่ขัดเงาหรือแตกร้าว แผ่นโลหะที่หนากว่าไม่กี่ไมโครเมตรมีลักษณะทึบแสง แต่ทองคำเปลวส่งแสงสีเขียว

สถานะของแข็งหรือของเหลวของโลหะส่วนใหญ่เกิดจากความสามารถของอะตอมของโลหะที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียอิเล็กตรอนที่เปลือกนอกได้อย่างง่ายดาย โดยทั่วไปแล้วกองกำลังที่ถืออิเล็กตรอนภายนอกของอะตอมแต่ละตัวจะอ่อนกว่าแรงดึงดูดของอิเล็กตรอนเดียวกันที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมในโลหะที่เป็นของแข็งหรือของเหลว อิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องจะกลายเป็นแบบ delocalised และโครงสร้างอะตอมของโลหะสามารถมองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพว่าเป็นกลุ่มของอะตอมที่ฝังอยู่ในก้อนเมฆของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้ค่อนข้างมาก ประเภทของการปฏิสัมพันธ์นี้เรียกว่าพันธะโลหะ ^[5]ความแข็งแรงของพันธะโลหะสำหรับโลหะธาตุที่แตกต่างกันจะถึงจุดสูงสุดรอบ ๆ กึ่งกลางของอนุกรมโลหะทรานซิชันเนื่องจากองค์ประกอบเหล่านี้มีอิเล็กตรอนแบบแยกส่วนจำนวนมาก ^{[n 1]}

แม้ว่าโลหะธาตุส่วนใหญ่จะมีความหนาแน่นสูงกว่าอโลหะส่วนใหญ่แต่^[5]ความหนาแน่นของมันก็มีความหลากหลายแตกต่างกันไปลิเธียมมีความหนาแน่นน้อยที่สุด (0.534 กรัม / ซม. ³ ) และออสเมียม (22.59 กรัม / ซม. ³ ) มีความหนาแน่นมากที่สุด แมกนีเซียมอลูมิเนียมและไทเทเนียมเป็นโลหะเบาที่มีความสำคัญทางการค้าอย่างมาก ความหนาแน่นของตน 1.7, 2.7 และ 4.5 กรัม / ซม. ³สามารถนำมาเปรียบเทียบกับของโลหะโครงสร้างเก่าเช่นเหล็กที่ 7.9 และทองแดงที่ 8.9 กรัม / ซม. 3 ดังนั้นลูกเหล็กจะมีน้ำหนักมากถึงสามลูกอลูมิเนียม

แท่งโลหะที่มีตาไก่สำหรับงานร้อน การทำงานที่ร้อนใช้ประโยชน์จากความสามารถของโลหะในการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก

โดยทั่วไปโลหะจะมีความอ่อนตัวและเหนียวทำให้เสียรูปได้ภายใต้ความเค้นโดยไม่ต้องแยกออก ^[5]ธรรมชาติของพันธะโลหะที่เป็นแบบไม่มีทิศทางคิดว่าจะมีส่วนสำคัญต่อความเหนียวของของแข็งโลหะส่วนใหญ่ ในทางตรงกันข้ามในสารประกอบไอออนิกเช่นเกลือแกงเมื่อระนาบของพันธะไอออนิกเลื่อนผ่านกันและกันการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่เป็นผลจะทำให้ไอออนของประจุเดียวกันเข้าใกล้กันส่งผลให้เกิดความแตกแยกของคริสตัล ไม่พบการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในคริสตัลที่มีพันธะโควาเลนต์เช่นเพชรซึ่งเกิดการแตกหักและการกระจายตัวของผลึก ^[6]พลิกกลับเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นในโลหะสามารถอธิบายได้ด้วยกฎของฮุคกองกำลังฟื้นฟูที่ความเครียดเป็นเส้นตรงสัดส่วนกับความเครียด

ความร้อนหรือกองกำลังขนาดใหญ่กว่าโลหะของวงเงินยืดหยุ่นอาจทำให้เกิดถาวร (กลับไม่ได้) ความผิดปกติหรือที่เรียกว่าเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกหรือพลาสติก แรงที่ใช้อาจจะเป็นแรงดึง (ดึง) แรงที่อัด (การผลักดัน) แรงหรือแรงเฉือน , การดัดหรือบิด (บิด) มีผลบังคับใช้ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอาจส่งผลกระทบต่อการเคลื่อนไหวหรือการกำจัดของข้อบกพร่องของโครงสร้างโลหะเช่นข้าวเขตแดน , ตำแหน่งงานว่างจุด , เส้นและผลกระทบกรู , ซ้อนความผิดพลาดและฝาแฝดทั้งในผลึกและไม่เป็นผลึกโลหะ ภายในลื่น , คืบและความเมื่อยล้าโลหะอาจตามมา

โดยทั่วไปแล้วอะตอมของสารโลหะจะถูกจัดเรียงในโครงสร้างผลึกทั่วไปหนึ่งในสามโครงสร้างได้แก่ลูกบาศก์ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลาง (bcc) ลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง (fcc) และรูปหกเหลี่ยมปิดสนิท (hcp) ในสำเนาลับแต่ละอะตอมจะอยู่ที่ศูนย์กลางของลูกบาศก์แปดอื่น ๆ ใน fcc และ hcp แต่ละอะตอมจะถูกล้อมรอบด้วยอีกสิบสองตัว แต่การเรียงซ้อนของชั้นต่างกัน โลหะบางชนิดใช้โครงสร้างที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ^[7]

• 

  โครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลางโดยมีเซลล์หน่วย 2 อะตอมเช่นโครเมียมเหล็กและทังสเตน
• 

  โครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลางโดยมีเซลล์หน่วย 4 อะตอมดังที่พบในอลูมิเนียมทองแดงและทองคำ
• 

  โครงสร้างผลึกปิดผนึกหกเหลี่ยมที่มีเซลล์หน่วย 6 อะตอมเช่นไทเทเนียมโคบอลต์และสังกะสี

หน่วยเซลล์สำหรับโครงสร้างผลึกแต่ละคนเป็นกลุ่มที่เล็กที่สุดของอะตอมซึ่งมีสัดส่วนโดยรวมของคริสตัลและจากการที่ตาข่ายผลึกทั้งสามารถสร้างขึ้นโดยการทำซ้ำในสามมิติ ในกรณีของโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลางที่แสดงไว้ด้านบนเซลล์หน่วยประกอบด้วยอะตอมกลางบวกหนึ่งในแปดของอะตอมมุมทั้งแปด

ไฟฟ้าและความร้อน

พลังงานกล่าวสามารถใช้ได้กับอิเล็กตรอนในชนิดที่แตกต่างกันของของแข็งที่ สมดุลทางอุณหพลศาสตร์

 

ที่นี่ความสูงคือพลังงานในขณะที่ความกว้างคือ ความหนาแน่นของสถานะที่มีอยู่สำหรับพลังงานบางอย่างในวัสดุที่ระบุไว้ การแรเงาเป็นไปตามการ แจกแจงแบบ Fermi – Dirac ( black = all state filled, white = no state filled)

 

แฟร์ระดับE _Fคือระดับพลังงานที่อิเล็กตรอนอยู่ในตำแหน่งที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับระดับพลังงานที่เหนือกว่าพวกเขา ในโลหะและ กึ่งโลหะแฟร์ระดับE _Fอยู่ภายในอย่างน้อยหนึ่งกลุ่มพลังงานสหรัฐฯ

 

ใน ฉนวนและ เซมิคอนดักเตอร์แฟร์ระดับอยู่ภายใน ช่องว่างวง ; อย่างไรก็ตามในเซมิคอนดักเตอร์วงอยู่ใกล้พอที่จะแฟร์ระดับที่จะ มีประชากรความร้อนที่มีอิเล็กตรอนหรือ หลุม

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโลหะหมายความว่าพวกเขาจะค่อนข้างดีตัวนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนในสสารสามารถคงที่แทนที่จะเป็นระดับพลังงานผันแปรและในโลหะระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในเมฆอิเล็กตรอนอย่างน้อยก็ในระดับหนึ่งจะสอดคล้องกับระดับพลังงานที่สามารถเกิดการนำไฟฟ้าได้ ในสารกึ่งตัวนำเช่นซิลิกอนหรืออโลหะเช่นกำมะถันมีช่องว่างของพลังงานระหว่างอิเล็กตรอนในสารและระดับพลังงานที่สามารถเกิดการนำไฟฟ้าได้ ดังนั้นเซมิคอนดักเตอร์และอโลหะจึงเป็นตัวนำที่ค่อนข้างแย่

โลหะธาตุมีค่าการนำไฟฟ้าจาก 6.9 × 10 ³ S / cm สำหรับแมงกานีส 6.3 × 10 ⁵ S / ซม. สำหรับเงิน ในทางตรงกันข้ามmetalloid เซมิคอนดักเตอร์เช่นโบรอนมีการนำไฟฟ้า 1.5 × 10 ⁻⁶ S / cm. ด้วยข้อยกเว้นประการหนึ่งองค์ประกอบที่เป็นโลหะจะลดการนำไฟฟ้าเมื่อได้รับความร้อน พลูโตเนียมจะเพิ่มการนำไฟฟ้าเมื่อได้รับความร้อนในช่วงอุณหภูมิประมาณ −175 ถึง +125 ° C

โลหะที่ค่อนข้างดีตัวนำความร้อน อิเล็กตรอนในเมฆอิเล็กตรอนของโลหะนั้นเคลื่อนที่ได้สูงและสามารถส่งผ่านพลังงานการสั่นสะเทือนที่เกิดจากความร้อนได้อย่างง่ายดาย

ผลงานของอิเล็กตรอนของโลหะให้กำลังการผลิตความร้อนและการนำความร้อนและการนำไฟฟ้าของโลหะที่ตัวเองสามารถคำนวณจากรุ่นอิเล็กตรอนอิสระ อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้คำนึงถึงโครงสร้างโดยละเอียดของโครงตาข่ายไอออนของโลหะ เมื่อคำนึงถึงศักยภาพเชิงบวกที่เกิดจากการจัดเรียงของแกนไอออนทำให้สามารถพิจารณาโครงสร้างวงอิเล็กทรอนิกส์และพลังงานยึดเหนี่ยวของโลหะได้ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ต่างๆที่มีผลบังคับใช้ที่ง่ายเป็นรุ่นอิเล็กตรอนเกือบฟรี

สารเคมี

โลหะมักจะมีแนวโน้มที่จะสร้างไอออนบวกจากการสูญเสียอิเล็กตรอน ^[5]ส่วนใหญ่จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศเพื่อสร้างออกไซด์ในช่วงเวลาต่างๆ ( โพแทสเซียมจะไหม้ในไม่กี่วินาทีในขณะที่เหล็กเกิดสนิมในช่วงหลายปี) คนอื่น ๆ บางอย่างเช่นแพลเลเดียม , ทองคำขาวและทองคำไม่ทำปฏิกิริยากับบรรยากาศที่ทุกคน ออกไซด์ของโลหะโดยทั่วไปจะมีพื้นฐานเมื่อเทียบกับบรรดาของอโลหะซึ่งมีความเป็นกรดหรือเป็นกลาง ข้อยกเว้นคือออกไซด์ส่วนใหญ่ที่มีสถานะออกซิเดชั่นสูงมากเช่น CrO ₃ , Mn ₂ O ₇และ OsO ₄ซึ่งมีปฏิกิริยาเป็นกรดอย่างเคร่งครัด

จิตรกรรม , anodizingหรือชุบโลหะเป็นวิธีที่ดีในการป้องกันไม่ให้พวกเขากัดกร่อน อย่างไรก็ตามต้องเลือกโลหะที่มีปฏิกิริยามากกว่าในซีรีส์เคมีไฟฟ้าเพื่อการเคลือบโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคาดว่าจะมีการบิ่นของสารเคลือบ น้ำและโลหะทั้งสองก่อตัวเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีและหากสารเคลือบมีปฏิกิริยาน้อยกว่าโลหะที่อยู่ภายใต้การเคลือบผิวจะช่วยให้เกิดการกัดกร่อนได้

ในทางเคมีองค์ประกอบที่มักถูกพิจารณาว่าเป็นโลหะภายใต้สภาวะปกติจะแสดงเป็นสีเหลืองในตารางธาตุด้านล่าง องค์ประกอบที่เหลือ ได้แก่ metalloids (B, Si, Ge, As, Sb และ Te ซึ่งเป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นเช่นนั้น) หรืออโลหะ แอสทาทีน (At) มักจัดอยู่ในประเภทอโลหะหรือโลหะ แต่การคาดการณ์บางอย่างคาดว่าเป็นโลหะ ด้วยเหตุนี้จึงถูกปล่อยว่างไว้เนื่องจากสถานะที่สรุปไม่ได้ของความรู้จากการทดลอง องค์ประกอบอื่น ๆ ที่แสดงว่ามีคุณสมบัติที่ไม่ทราบสาเหตุน่าจะเป็นโลหะ แต่มีข้อสงสัยเกี่ยวกับโคเปอร์นิเซียม (Cn) และโอกาเนสสัน (Og)

ตัวอย่างของ โลหะหน้าเลือด , โลหะผสมของ ดีบุก , พลวงและ ทองแดงที่ใช้ในแบริ่งเพื่อลดแรงเสียดทาน

โลหะผสมเป็นสารที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะและประกอบด้วยองค์ประกอบตั้งแต่สององค์ประกอบขึ้นไปอย่างน้อยหนึ่งในนั้นเป็นโลหะ โลหะผสมอาจมีตัวแปรหรือองค์ประกอบคงที่ ตัวอย่างเช่นทองและเงินเป็นโลหะผสมซึ่งสามารถปรับสัดส่วนของทองหรือเงินได้อย่างอิสระ ไทเทเนียมและซิลิกอนเป็นโลหะผสม Ti ₂ Si ซึ่งอัตราส่วนของส่วนประกอบทั้งสองได้รับการแก้ไข (หรือที่เรียกว่าสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก )

ประติมากรรมที่หล่อด้วย เงินนิกเกิลซึ่งเป็นโลหะผสมของทองแดงนิกเกิลและสังกะสีที่ดูเหมือนเงิน

โลหะบริสุทธิ์ส่วนใหญ่มีทั้งที่อ่อนเกินไปเปราะหรือมีปฏิกิริยาทางเคมีสำหรับการใช้งานจริง การรวมอัตราส่วนต่างๆของโลหะเข้าด้วยกันเนื่องจากโลหะผสมจะปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะบริสุทธิ์เพื่อให้ได้ลักษณะที่พึงประสงค์ จุดมุ่งหมายของการทำโลหะผสมโดยทั่วไปคือเพื่อให้มีความเปราะน้อยกว่าแข็งขึ้นทนต่อการกัดกร่อนหรือมีสีและความมันวาวที่ต้องการมากขึ้น ของทุกโลหะผสมที่ใช้ในปัจจุบัน, โลหะผสมของเหล็ก ( เหล็ก , สแตนเลส , เหล็ก , เหล็กเครื่องมือ , โลหะผสมเหล็ก ) สร้างขึ้นสัดส่วนที่ใหญ่ที่สุดทั้งปริมาณและมูลค่าการค้า เหล็กที่ผสมด้วยคาร์บอนในสัดส่วนต่างๆจะให้เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำกลางและสูงโดยระดับคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นจะช่วยลดความเหนียวและความเหนียว นอกจากนี้ของซิลิกอนจะผลิตเหล็กหล่อในขณะที่การเพิ่มขึ้นของโครเมี่ยม , นิกเกิลและโมลิบดีนัมจะเหล็กกล้าคาร์บอน (มากกว่า 10%) ส่งผลให้เหล็กสแตนเล

อื่น ๆ โลหะผสมอย่างมีนัยสำคัญเป็นของอลูมิเนียม , ไทเทเนียม , ทองแดงและแมกนีเซียม โลหะผสมทองแดงเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยดึกดำบรรพ์ - บรอนซ์ทำให้ยุคสำริดเป็นที่รู้จักและมีการใช้งานมากมายในปัจจุบันซึ่งสำคัญที่สุดคือในการเดินสายไฟฟ้า โลหะผสมของโลหะอีกสามชนิดได้รับการพัฒนาเมื่อไม่นานมานี้ เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีจึงต้องใช้กระบวนการสกัดด้วยไฟฟ้า โลหะผสมของอลูมิเนียมไทเทเนียมและแมกนีเซียมมีมูลค่าสูงสำหรับอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูง แมกนีเซียมยังสามารถป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าได้อีกด้วย ^{[ ต้องการอ้างอิง ]}วัสดุเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงมีความสำคัญมากกว่าต้นทุนวัสดุเช่นในการบินและอวกาศและการใช้งานยานยนต์บางประเภท

โลหะผสมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูงเช่นเครื่องยนต์เจ็ทอาจมีองค์ประกอบมากกว่าสิบชิ้น

โลหะสามารถแบ่งประเภทได้ตามคุณสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมี หมวดหมู่ในหัวข้อย่อยอธิบายดังต่อไปนี้ ได้แก่เหล็กและอโลหะโลหะ โลหะเปราะและโลหะทนไฟ ; โลหะสีขาว โลหะหนักและเบา และฐาน , เกียรติและมีค่าโลหะ เมทัลลิองค์ประกอบตารางในส่วนนี้ categorises โลหะธาตุบนพื้นฐานของคุณสมบัติทางเคมีของพวกเขาเป็นด่างและด่างแผ่นดินโลหะ โลหะการเปลี่ยนแปลงและหลังการเปลี่ยนแปลง และlanthanidesและแอกทิไนด์ หมวดหมู่อื่น ๆเป็นไปได้ขึ้นอยู่กับเกณฑ์สำหรับการรวม ตัวอย่างเช่นโลหะเฟอร์แม่เหล็กซึ่งเป็นโลหะที่เป็นแม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง ได้แก่ เหล็กโคบอลต์และนิกเกิล

โลหะเหล็กและอโลหะ

คำว่า "เหล็ก" มาจากคำภาษาละตินที่แปลว่า "มีเหล็ก" ซึ่งอาจรวมถึงเหล็กบริสุทธิ์เช่นเหล็กดัดหรือโลหะผสมเช่นเหล็ก โลหะเหล็กมักเป็นแม่เหล็กแต่ไม่ใช่เฉพาะ โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก - โลหะผสม - ขาดธาตุเหล็กในปริมาณที่สามารถประเมินค่าได้

โลหะเปราะ

ในขณะที่โลหะเกือบทั้งหมดเป็นโลหะที่อ่อนตัวได้หรือเหนียว แต่เบริลเลียมโครเมียมแมงกานีสแกลเลียมและบิสมัทบางส่วนมีความเปราะ ^[8]สารหนูและพลวงถ้ายอมรับว่าเป็นโลหะจะเปราะ ค่าต่ำสุดของอัตราส่วนของกลุ่มโมดูลัสยืดหยุ่นให้กับโมดูลัสเฉือน ( เกณฑ์ของพัค ) ที่บ่งบอกถึงความเปราะแท้จริง

โลหะทนไฟ

ในด้านวัสดุศาสตร์โลหะวิทยาและวิศวกรรมโลหะทนไฟเป็นโลหะที่ทนต่อความร้อนและการสึกหรอได้ดีเป็นพิเศษ โลหะชนิดใดที่อยู่ในประเภทนี้จะแตกต่างกันไป คำจำกัดความที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ ไนโอเบียมโมลิบดีนัมแทนทาลัมทังสเตนและรีเนียม พวกเขาทั้งหมดมีจุดหลอมเหลวสูงกว่า 2,000 ° C และมีความแข็งสูงที่อุณหภูมิห้อง

• 

  ผลึกไนโอเบียมและ 1 ซม. ³ เนียมก้อนไนโอเบียมสำหรับการเปรียบเทียบ
• 

  ผลึกโมลิบดีนัมและก้อนโมลิบดีนัมขนาด 1 ซม. ³สำหรับการเปรียบเทียบ
• 

  แทนทาลัมผลึกเดี่ยวเศษผลึกบางส่วนและแทนทาลัมลูกบาศก์ขนาด 1 ซม. ³สำหรับการเปรียบเทียบ
• 

  แท่งทังสเตนที่มีผลึกระเหยออกซิไดซ์บางส่วนด้วยสารเคลือบเงาที่มีสีสันและแท่งทังสเตนขนาด 1 ซม. ³สำหรับการเปรียบเทียบ
• 

  ผลึกเดี่ยวรีเนียมแท่งที่หลอมใหม่และลูกบาศก์รีเนียม1 ซม. ³สำหรับการเปรียบเทียบ

โลหะสีขาว

โลหะสีขาวใด ๆ ในช่วงของโลหะสีขาว (หรือโลหะผสมของพวกเขา) ที่มีจุดหลอมละลายที่ค่อนข้างต่ำ โลหะดังกล่าว ได้แก่ สังกะสีแคดเมียมดีบุกพลวง (ในที่นี้นับเป็นโลหะ) ตะกั่วและบิสมัทซึ่งบางชนิดมีพิษมาก ในสหราชอาณาจักรการค้าวิจิตรศิลป์ใช้คำว่า "โลหะสีขาว" ในแคตตาล็อกการประมูลเพื่ออธิบายรายการเงินจากต่างประเทศที่ไม่มีเครื่องหมายสำนักงาน Assay ของอังกฤษ แต่อย่างไรก็ตามเข้าใจว่าเป็นเงินและมีราคาตามนั้น

โลหะหนักและเบา

โลหะหนักใด ๆ โลหะค่อนข้างหนาแน่นหรือกึ่งโลหะ ^[9]มีการเสนอคำจำกัดความที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น แต่ไม่มีใครได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง โลหะหนักบางชนิดมีประโยชน์เฉพาะหรือเป็นพิษ บางอย่างมีความสำคัญในปริมาณการติดตาม โลหะอื่น ๆ ทั้งหมดเป็นโลหะเบา

ฐานโลหะมีตระกูลและโลหะมีค่า

ในทางเคมีในระยะฐานโลหะถูกนำมาใช้อย่างไม่เป็นทางการในการอ้างถึงโลหะที่ได้อย่างง่ายดายออกซิไดซ์หรือสึกกร่อนเช่นปฏิกิริยาได้อย่างง่ายดายด้วยเจือจางกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ในรูปแบบคลอไรด์โลหะและไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่นเหล็กนิกเกิล , ตะกั่วและสังกะสี ทองแดงถือเป็นโลหะพื้นฐานเนื่องจากถูกออกซิไดซ์ค่อนข้างง่ายแม้ว่าจะไม่ทำปฏิกิริยากับ HCl

โรเดียมเป็น โลหะมีตระกูลซึ่งแสดงเป็นผง 1 กรัมกระบอกอัด 1 กรัมและเม็ด 1 กรัม

คำโลหะมีเกียรติเป็นที่นิยมใช้ในการต่อสู้กับฐานโลหะ โลหะโนเบิลมีความทนทานต่อการกัดกร่อนหรือการเกิดออกซิเดชัน , ^[10]แตกต่างมากที่สุดโลหะพื้นฐาน พวกมันมักจะเป็นโลหะมีค่าซึ่งมักเกิดจากความหายาก ตัวอย่าง ได้แก่ ทองทองคำขาวเงินโรเดียมอิริเดียมและแพลเลเดียม

ในความขลังและคีร์กีซ , โลหะฐานระยะเทียบกับโลหะมีค่าที่เป็นผู้ที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจสูง ^[11]เป้าหมายอันยาวนานของนักเล่นแร่แปรธาตุคือการเปลี่ยนโลหะพื้นฐานเป็นโลหะมีค่ารวมถึงโลหะที่เป็นเหรียญเช่นเงินและทอง เหรียญส่วนใหญ่ในปัจจุบันที่ทำจากโลหะพื้นฐานที่มีไม่มีคุณค่าในอดีตที่ผ่านมาบ่อยเหรียญที่ได้รับค่าของพวกเขาส่วนใหญ่มาจากพวกเขาโลหะมีค่าเนื้อหา

ในทางเคมีโลหะมีค่า (เช่นโลหะมีตระกูล) มีปฏิกิริยาน้อยกว่าองค์ประกอบส่วนใหญ่มีความมันวาวสูงและการนำไฟฟ้าสูง ในอดีตโลหะมีค่ามีความสำคัญในฐานะเงินตราแต่ปัจจุบันถือเป็นการลงทุนและสินค้าอุตสาหกรรมเป็นหลัก ทอง , เงิน , ทองคำขาวและแพลเลเดียมแต่ละมีISO 4217รหัสสกุลเงิน โลหะมีค่าที่รู้จักกันดี ได้แก่ ทองคำและเงิน ในขณะที่ทั้งสองมีใช้ในอุตสาหกรรมที่พวกเขาจะรู้จักกันดีสำหรับการใช้งานของพวกเขาในงานศิลปะ , เครื่องประดับและเหรียญ โลหะมีค่าอื่น ๆ รวมถึงกลุ่มแพลทินัมโลหะ: รูทีเนียม , โรเดียมแพลเลเดียมออสเมียม , อิริเดียมและทองคำขาวทองคำซึ่งเป็นที่ซื้อขายกันอย่างแพร่หลาย

ความต้องการโลหะมีค่าไม่เพียงขับเคลื่อนด้วยการใช้งานจริงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงบทบาทของพวกมันในฐานะการลงทุนและการเก็บรักษามูลค่าด้วย ^[12]แพลเลเดียมและแพลทินัม ณ ฤดูใบไม้ร่วงปี 2018 มีมูลค่าประมาณสามในสี่ของราคาทองคำ เงินมีราคาถูกกว่าโลหะเหล่านี้มาก แต่โดยทั่วไปแล้วมักถูกมองว่าเป็นโลหะมีค่าในแง่ของบทบาทในการทำเหรียญและเครื่องประดับ

วาล์วโลหะ

ในทางเคมีไฟฟ้าโลหะวาล์วเป็นโลหะที่ส่งกระแสไปในทิศทางเดียวเท่านั้น

รูปแบบ

โลหะในเปลือกโลก: v t จ
ความอุดมสมบูรณ์และเหตุการณ์หลักหรือแหล่งที่มาโดยน้ำหนัก[n 2]
	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	ซ																		เขา
2	หลี่	เป็น												ข	ค	น	โอ	ฉ	เน
3	นา	มก												อัล	ศรี	ป	ส	Cl	อา
4	เค	Ca		Sc	Ti	วี	Cr	Mn	เฟ	บจก	นิ	Cu	Zn	Ga	เก	เช่น	เซ	บ	กฤ
5	Rb	Sr		ย	Zr	Nb	โม		Ru	Rh	พด	Ag	ซีดี	ใน	Sn	Sb	เต	ผม	Xe
6	Cs	บา		ลู	Hf	ตะ	ว	เรื่อง	ระบบปฏิบัติการ	Ir	พ	Au	Hg	Tl	Pb	ไบ
7
				ลา	ซี	ปร	Nd		Sm	สหภาพยุโรป	Gd	ต	Dy	โฮ	เอ้อ	ตม	Yb
					ธ		ยู
อุดมสมบูรณ์มากที่สุด (มากถึง 82 000 ppm)
อุดมสมบูรณ์ ( 100 - 999แผ่นต่อนาที)
ผิดปกติ (1–99 ppm)
หายาก ( 0.01 - 0.99หน้าต่อนาที)
หายากมาก ( 0.0001 - 0.0099หน้าต่อนาที)
โลหะด้านซ้ายของเส้นแบ่งเกิดขึ้น (หรือมีที่มา) ส่วนใหญ่เป็นlithophiles ; ผู้ที่อยู่ทางขวาเช่นChalcophilesยกเว้นทองคำ ( siderophile ) และดีบุก (lithophile)

ส่วนย่อยนี้เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโลหะธาตุในตารางธาตุเนื่องจากสิ่งเหล่านี้เป็นพื้นฐานของวัสดุโลหะตามที่กำหนดไว้ในบทความนี้

โลหะขึ้นไปบริเวณใกล้เคียงของเหล็ก (ในตารางธาตุ) จะทำส่วนใหญ่ผ่านทางดารา nucleosynthesis ในกระบวนการนี้ธาตุที่มีน้ำหนักเบากว่าจากไฮโดรเจนถึงซิลิกอนจะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันอย่างต่อเนื่องภายในดาวฤกษ์ปล่อยแสงและความร้อนและก่อตัวเป็นธาตุที่หนักกว่าโดยมีเลขอะตอมสูงกว่า ^[13]

โลหะที่หนักกว่ามักจะไม่เกิดขึ้นในลักษณะนี้เนื่องจากปฏิกิริยาฟิวชันที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียสดังกล่าวจะใช้พลังงานมากกว่าการปลดปล่อยพลังงาน ^[14]แต่พวกเขามีการสังเคราะห์ส่วนใหญ่ (จากองค์ประกอบที่มีจำนวนอะตอมล่าง) โดยนิวตรอนกับสองโหมดหลักของการจับภาพซ้ำ ๆ นี้เป็นของกระบวนการและกระบวนการ R ใน S-กระบวนการ ( "s" ย่อมาจาก "ช้า") จับเอกพจน์แยกจากกันโดยปีหรือทศวรรษที่ผ่านมาทำให้นิวเคลียสที่มีเสถียรภาพน้อยที่จะสลายตัวเบต้า , ^[15]ในขณะที่ R-กระบวนการ ( "อย่างรวดเร็ว") จับ เกิดขึ้นเร็วเกินกว่าที่นิวเคลียสจะสลายตัวได้ ดังนั้นกระบวนการ s จึงใช้เส้นทางที่ชัดเจนมากขึ้นหรือน้อยลงตัวอย่างเช่นนิวเคลียสของแคดเมียม -110 ที่เสถียรจะถูกทิ้งระเบิดโดยนิวตรอนอิสระภายในดาวอย่างต่อเนื่องจนกลายเป็นนิวเคลียสของแคดเมียม -115 ซึ่งไม่เสถียรและสลายตัวเป็นอินเดียม -115 (ซึ่ง เกือบจะคงที่โดยมีครึ่งชีวิต30 000ครั้งอายุของจักรวาล) นิวเคลียสเหล่านี้จับนิวตรอนและก่อตัวเป็นอินเดียม -116 ซึ่งไม่เสถียรและสลายตัวจนกลายเป็นดีบุก -116 เป็นต้น ^{[13] [16] [n 3]}ตรงกันข้ามไม่มีเส้นทางดังกล่าวในกระบวนการ r กระบวนการ s หยุดที่บิสมัทเนื่องจากครึ่งชีวิตสั้นของสององค์ประกอบถัดไปโพโลเนียมและแอสทาทีนซึ่งสลายตัวเป็นบิสมัทหรือตะกั่ว กระบวนการ r นั้นเร็วมากจนสามารถข้ามโซนแห่งความไม่เสถียรนี้และไปสร้างองค์ประกอบที่หนักกว่าเช่นทอเรียมและยูเรเนียมได้ ^[18]

โลหะรวมตัวกันในดาวเคราะห์อันเป็นผลมาจากวิวัฒนาการและกระบวนการทำลายล้างของดาวฤกษ์ ดาวสูญเสียมากของมวลของพวกเขาเมื่อมีการขับออกมาในช่วงปลายชีวิตของพวกเขาและบางครั้งหลังจากนั้นเป็นผลมาจากดาวนิวตรอนการควบรวมกิจการ^{[19] [n 4]}จึงช่วยเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของธาตุที่หนักกว่าฮีเลียมในดวงดาวกลาง เมื่อแรงดึงดูดที่ทำให้เกิดเรื่องนี้ไปรวมกันและการล่มสลายดาวดวงใหม่และดาวเคราะห์จะเกิดขึ้น ^[21]

ความอุดมสมบูรณ์และการเกิดขึ้น

ตัวอย่างของ diaspore , อลูมิเนียมแร่ออกไซด์ไฮดรอกไซα-ALO (OH)

เปลือกโลกทำจากโลหะประมาณ 25% โดยน้ำหนักซึ่ง 80% เป็นโลหะเบาเช่นโซเดียมแมกนีเซียมและอลูมิเนียม อโลหะ (~ 75%) เป็นส่วนที่เหลือของเปลือกโลก แม้จะมีโลหะหนักกว่าบางชนิดเช่นทองแดงหายาก แต่ก็สามารถกระจุกตัวในปริมาณที่สกัดได้ทางเศรษฐกิจอันเป็นผลมาจากการสร้างภูเขาการสึกกร่อนหรือกระบวนการทางธรณีวิทยาอื่น ๆ

โลหะส่วนใหญ่พบว่าเป็นหิน lithophiles (หินรัก) หรือ chalcophiles (รักแร่) โลหะ Lithophile ส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบ s-block ยิ่งมีปฏิกิริยามากขึ้นขององค์ประกอบ d-block และองค์ประกอบ f-block พวกมันมีความสัมพันธ์ที่ดีกับออกซิเจนและส่วนใหญ่มีอยู่เป็นแร่ธาตุซิลิเกตที่มีความหนาแน่นค่อนข้างต่ำ โลหะ Chalcophile ส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบ d-block ที่มีปฏิกิริยาน้อยและโลหะช่วง 4-6 p-block มักพบในแร่ธาตุซัลไฟด์ (ไม่ละลายน้ำ) มีความหนาแน่นมากกว่าปูนขาวดังนั้นจึงจมลงไปในเปลือกโลกในช่วงเวลาของการแข็งตัวชอล์โคฟิลจึงมีแนวโน้มที่จะมีความอุดมสมบูรณ์น้อยกว่าลิโธฟิล

ในทางกลับกันทองคำเป็นธาตุที่มีลักษณะคล้ายธาตุเหล็กหรือเป็นธาตุเหล็ก มันไม่ได้ก่อตัวเป็นสารประกอบด้วยออกซิเจนหรือกำมะถัน ในช่วงเวลาของการก่อตัวของโลกและในฐานะโลหะที่สูงส่งที่สุด (เฉื่อย) ทองคำจึงจมลงในแกนกลางเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นโลหะผสมที่มีความหนาแน่นสูง ดังนั้นจึงเป็นโลหะที่ค่อนข้างหายาก โลหะมีตระกูลอื่น ๆ (น้อยกว่า) บางชนิดเช่นโมลิบดีนัมรีเนียมโลหะกลุ่มแพลทินัม (รูทีเนียมโรเดียมแพลเลเดียมออสเมียมอิริเดียมและแพลทินัม) เจอร์เมเนียมและดีบุกสามารถนับเป็นไซเดอร์ฟิลได้ แต่เฉพาะในแง่ของการเกิดครั้งแรกใน โลก (แกนกลางเสื้อคลุมและเปลือกโลก) แทนที่จะเป็นเปลือกโลก มิฉะนั้นโลหะเหล่านี้จะเกิดขึ้นในเปลือกโลกในปริมาณเล็กน้อยโดยส่วนใหญ่เป็นหินคลัช (น้อยกว่าในรูปแบบดั้งเดิม) ^{[n 5]}

แกนกลางของไหลด้านนอกที่หมุนได้ของการตกแต่งภายในของโลกซึ่งประกอบด้วยเหล็กเป็นส่วนใหญ่ถูกคิดว่าเป็นแหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กป้องกันของโลก ^{[n 6]}แกนกลางอยู่เหนือแกนกลางด้านในที่เป็นของแข็งของโลกและอยู่ใต้เสื้อคลุม หากสามารถจัดเรียงใหม่เป็นคอลัมน์ที่มีขนาด 5 ม. ² (54 ตร. ฟุต) ก็จะมีความสูงเกือบ 700 ปีแสง สนามแม่เหล็กจะปกป้องโลกจากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าของลมสุริยะและรังสีคอสมิกที่จะดึงชั้นบรรยากาศชั้นบนออกไป (รวมถึงชั้นโอโซนที่ จำกัด การส่งผ่านของรังสีอัลตราไวโอเลต)

การสกัด

โลหะมักจะถูกดึงออกมาจากโลกโดยวิธีการของแร่เหมืองแร่ที่เป็นแหล่งที่อุดมไปด้วยองค์ประกอบที่จำเป็นเช่นอะลูมิเนียม แร่ตั้งอยู่โดยเทคนิคการหาแร่ตามด้วยการสำรวจและตรวจสอบเงินฝาก แหล่งแร่ทั่วไปจะแบ่งเป็นเหมืองพื้นผิวซึ่งมีการขุดค้นขุดโดยใช้เครื่องจักรกลหนักและเหมืองใต้ดิน ในบางกรณีราคาขายของโลหะที่เกี่ยวข้องทำให้เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจที่จะขุดแหล่งที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า

เมื่อขุดแร่แล้วจะต้องสกัดโลหะออกโดยปกติโดยการลดสารเคมีหรืออิเล็กโทรไลต์ Pyrometallurgyใช้อุณหภูมิสูงในการเปลี่ยนแร่เป็นโลหะดิบในขณะที่Hydrometallurgyใช้เคมีในน้ำเพื่อวัตถุประสงค์เดียวกัน วิธีการที่ใช้ขึ้นอยู่กับโลหะและสารปนเปื้อน

เมื่อแร่โลหะเป็นสารประกอบไอออนิกของโลหะนั้นและอโลหะโดยปกติแร่จะต้องถูกหลอมด้วยความร้อนด้วยตัวรีดิวซ์เพื่อดึงโลหะบริสุทธิ์ออกมา โลหะทั่วไปหลายชนิดเช่นเหล็กถูกหลอมโดยใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ โลหะบางชนิดเช่นอลูมิเนียมและโซเดียมไม่มีสารรีดิวซ์ที่ใช้ได้จริงในเชิงพาณิชย์และสกัดโดยใช้อิเล็กโทรลิซิสแทน ^{[22] [23]}

แร่ซัลไฟด์จะไม่ลดลงโดยตรงกับโลหะ แต่ถูกคั่วในอากาศเพื่อเปลี่ยนเป็นออกไซด์

ใช้

นีโอดิเมียมแม่เหล็กโลหะผสมสารประกอบขององค์ประกอบ Nd ₂ Fe ₁₄ B บน นิกเกิลเหล็กยึดจากคอมพิวเตอร์ที่ใช้ ฮาร์ดไดรฟ์

โลหะมีอยู่ในเกือบทุกด้านของชีวิตสมัยใหม่ เหล็กซึ่งเป็นโลหะหนักอาจพบได้บ่อยที่สุดเนื่องจากมีสัดส่วนถึง 90% ของโลหะกลั่นทั้งหมด อลูมิเนียมเป็นโลหะเบาเป็นโลหะที่ผ่านการกลั่นมากที่สุดอันดับต่อไป เหล็กบริสุทธิ์อาจเป็นองค์ประกอบโลหะที่ถูกที่สุดในราคาประมาณ 0.07 เหรียญสหรัฐต่อกรัม แร่ของมันแพร่หลาย มันเป็นเรื่องง่ายที่จะปรับแต่ง ; และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องได้รับการพัฒนามากว่าหลายร้อยปี เหล็กหล่อมีราคาถูกกว่าเพียง 0.01 เหรียญสหรัฐต่อกรัมเนื่องจากไม่จำเป็นต้องทำให้บริสุทธิ์ในภายหลัง แพลตตินั่มราคาประมาณ 27 เหรียญต่อกรัมอาจแพร่หลายมากที่สุดเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูงมากความต้านทานต่อการกัดกร่อนการนำไฟฟ้าและความทนทาน มีการกล่าวกันว่าพบในหรือใช้ในการผลิต 20% ของสินค้าอุปโภคบริโภคทั้งหมด โพโลเนียมน่าจะเป็นโลหะที่มีราคาแพงที่สุดโดยมีราคาประมาณ 100,000,000 ดอลลาร์ต่อกรัม^{[ ต้องการอ้างอิง ]}เนื่องจากความขาดแคลนและการผลิตในระดับจุลภาค

โลหะและโลหะผสมบางชนิดมีความแข็งแรงของโครงสร้างต่อหน่วยมวลสูงทำให้เป็นวัสดุที่มีประโยชน์ในการรับน้ำหนักมากหรือต้านทานความเสียหายจากแรงกระแทก โลหะผสมสามารถออกแบบมาเพื่อให้มีความต้านทานต่อแรงเฉือนแรงบิดและการเสียรูปสูง อย่างไรก็ตามโลหะชนิดเดียวกันอาจเสี่ยงต่อความเสียหายจากการล้าจากการใช้งานซ้ำ ๆ หรือจากความล้มเหลวของความเครียดอย่างกะทันหันเมื่อเกินกำลังรับน้ำหนัก ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของโลหะนำไปสู่การใช้งานบ่อยครั้งในอาคารสูงและการก่อสร้างสะพานรวมถึงยานพาหนะส่วนใหญ่เครื่องใช้เครื่องมือท่อและรางรถไฟ

โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีทำให้มีค่าในเครื่องใช้ไฟฟ้าและรับกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกลโดยสูญเสียพลังงานเพียงเล็กน้อย กริดพลังงานไฟฟ้าอาศัยสายโลหะในการจ่ายกระแสไฟฟ้า ระบบไฟฟ้าภายในบ้านส่วนใหญ่จะเดินสายด้วยลวดทองแดงเพื่อคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าที่ดี

การนำความร้อนของโลหะมีประโยชน์สำหรับภาชนะบรรจุเพื่อให้วัสดุร้อนผ่านเปลวไฟ โลหะยังใช้สำหรับฮีตซิงก์เพื่อป้องกันอุปกรณ์ที่บอบบางจากความร้อนสูงเกินไป

การสะท้อนแสงที่สูงของโลหะบางชนิดทำให้สามารถใช้ในกระจกได้รวมถึงเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่มีความแม่นยำและเพิ่มความสวยงามให้กับเครื่องประดับโลหะ

โลหะบางชนิดมีประโยชน์เฉพาะ ปรอทเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องและใช้ในสวิตช์เพื่อทำให้วงจรสมบูรณ์เมื่อไหลผ่านหน้าสัมผัสสวิตช์ โลหะกัมมันตรังสีเช่นยูเรเนียมและพลูโตเนียมที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในการผลิตพลังงานทางนิวเคลียร์ โลหะผสมจำรูปถูกนำมาใช้สำหรับการใช้งานเช่นท่อรัดและหลอดเลือดขดลวด

โลหะสามารถเจือด้วยโมเลกุลแปลกปลอม - อินทรีย์อนินทรีย์ชีวภาพและพอลิเมอร์ สิ่งนี้ทำให้โลหะมีคุณสมบัติใหม่ที่ถูกเหนี่ยวนำโดยโมเลกุลของแขก การประยุกต์ใช้ในการเร่งปฏิกิริยาการแพทย์เซลล์ไฟฟ้าเคมีการกัดกร่อนและอื่น ๆ ได้รับการพัฒนาขึ้น ^[24]

รีไซเคิล

กองเศษเหล็กบดอัดพร้อมสำหรับการรีไซเคิล

ความต้องการโลหะมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการเติบโตทางเศรษฐกิจเนื่องจากใช้ในโครงสร้างพื้นฐานการก่อสร้างการผลิตและสินค้าอุปโภคบริโภค ในช่วงศตวรรษที่ 20 ความหลากหลายของโลหะที่ใช้ในสังคมได้เติบโตขึ้นอย่างรวดเร็ว ปัจจุบันการพัฒนาของประเทศสำคัญ ๆ เช่นจีนและอินเดียและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีกำลังกระตุ้นให้เกิดความต้องการมากขึ้น ผลที่ตามมาคือกิจกรรมการขุดกำลังขยายตัวและสต็อกโลหะของโลกจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ อยู่เหนือการใช้งานแทนที่จะอยู่ต่ำกว่าพื้นดินเป็นปริมาณสำรองที่ไม่ได้ใช้ ตัวอย่างคือสต็อกทองแดงที่ใช้งานอยู่ ระหว่างปีพ. ศ. 2475 ถึง 2542 ทองแดงที่ใช้ในสหรัฐอเมริกาเพิ่มขึ้นจาก 73 กรัมเป็น 238 กรัมต่อคน ^[25]

โลหะสามารถรีไซเคิลได้โดยเนื้อแท้ดังนั้นโดยหลักการแล้วสามารถนำมาใช้ซ้ำได้โดยลดผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อมเหล่านี้และประหยัดพลังงาน ตัวอย่างเช่น 95% ของพลังงานที่ใช้ในการทำอะลูมิเนียมจากแร่บอกไซต์จะประหยัดได้โดยใช้วัสดุรีไซเคิล ^[26]

การรีไซเคิลโลหะโดยทั่วไปอยู่ในระดับต่ำ ในปี 2010 International Resource Panelซึ่งจัดทำโดยโครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติได้ตีพิมพ์รายงานเกี่ยวกับสต็อกโลหะที่มีอยู่ในสังคม^[27]และอัตราการรีไซเคิล ^[25]ผู้เขียนรายงานสังเกตว่าหุ้นโลหะในสังคมสามารถใช้เป็นเหมืองแร่ขนาดใหญ่เหนือพื้นดินได้ พวกเขาเตือนว่าอัตราการรีไซเคิลโลหะหายากบางชนิดที่ใช้ในแอพพลิเคชั่นเช่นโทรศัพท์มือถือชุดแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฮบริดและเซลล์เชื้อเพลิงนั้นต่ำมากจนหากอัตราการรีไซเคิลที่สิ้นอายุการใช้งานในอนาคตเพิ่มสูงขึ้นอย่างมากโลหะวิกฤตเหล่านี้จะไม่สามารถใช้งานได้ ใช้ในเทคโนโลยีสมัยใหม่

มีการทบทวนบทบาทของธาตุโลหะในวิวัฒนาการของชีวเคมีของเซลล์รวมถึงส่วนรายละเอียดเกี่ยวกับบทบาทของแคลเซียมในเอนไซม์รีดอกซ์ ^[28]

หนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งขององค์ประกอบเหล็ก , โคบอลต์ , นิกเกิล , ทองแดงและสังกะสีมีความสำคัญต่อทุกรูปแบบชีวิตที่สูงขึ้น โมลิบดีนัมเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของวิตามินบี 12 สารประกอบขององค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ทั้งหมดและองค์ประกอบการโพสต์การเปลี่ยนแปลงเป็นพิษต่อมากขึ้นหรือในระดับน้อยมีข้อยกเว้นบางอย่างเช่นสารประกอบบางพลวงและดีบุก แหล่งที่มีศักยภาพของการเป็นพิษโลหะรวมถึงการทำเหมืองแร่ , แร่ , กากอุตสาหกรรม , การไหลบ่าทางการเกษตร , การสัมผัสสารเคมี , สีและไม้ได้รับการรักษา

ก่อนประวัติศาสตร์

ทองแดงซึ่งเกิดขึ้นในรูปแบบดั้งเดิมอาจเป็นโลหะชนิดแรกที่ค้นพบเนื่องจากมีลักษณะที่โดดเด่นความหนักและความอ่อนตัวเมื่อเทียบกับหินหรือก้อนกรวดอื่น ๆ ทองคำเงินและเหล็ก (เป็นเหล็กอุกกาบาต) และตะกั่วถูกค้นพบในยุคดึกดำบรรพ์เช่นเดียวกัน รูปแบบของทองเหลืองโลหะผสมของทองแดงและสังกะสีที่ทำจากการถลุงแร่ของโลหะเหล่านี้ไปพร้อม ๆ กันมีต้นกำเนิดมาจากช่วงเวลานี้ (แม้ว่าสังกะสีบริสุทธิ์จะไม่ถูกแยกออกจนถึงศตวรรษที่ 13) ความสามารถในการอ่อนตัวของโลหะแข็งทำให้เกิดความพยายามครั้งแรกในการประดิษฐ์เครื่องประดับโลหะเครื่องมือและอาวุธ มีการค้นพบเหล็กอุกกาบาตที่มีส่วนผสมของนิกเกิลเป็นครั้งคราวและในบางประการสิ่งนี้ดีกว่าเหล็กอุตสาหกรรมใด ๆ ที่ผลิตขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1880 เมื่อเหล็กกล้าอัลลอยด์มีความโดดเด่น ^{[ ต้องการอ้างอิง ]}

• 

  ทองแดงพื้นเมือง
• 

  ผลึกทอง
• 

  ผลึกเงิน
• 

  เศษเหล็กอุกกาบาต
• 

  ก้อนตะกั่วออกซิไดซ์
  และ 1 ซม. ³ก้อน
• 

  ทองเหลืองน้ำหนัก (35 กรัม)

สมัยโบราณ

Artemision บรอนซ์^{n [7]}แสดงทั้ง โพไซดอนหรือ ซุค 460 คริสตศักราช พิพิธภัณฑ์โบราณคดีแห่งชาติ , เอเธนส์ ตัวเลขมีความสูงมากกว่า 2 เมตร

การค้นพบทองสัมฤทธิ์ (โลหะผสมของทองแดงที่มีสารหนูหรือดีบุก) ทำให้ผู้คนสามารถสร้างวัตถุโลหะที่แข็งและทนทานกว่าที่เคยทำได้ เครื่องมือสำริดอาวุธชุดเกราะและวัสดุก่อสร้างเช่นกระเบื้องตกแต่งมีความแข็งและทนทานกว่าหินและทองแดง (" Chalcolithic ") รุ่นก่อน ๆ ในขั้นต้นทองสัมฤทธิ์ทำมาจากทองแดงและสารหนู (เป็นบรอนซ์สารหนู ) โดยการถลุงแร่ทองแดงและสารหนูตามธรรมชาติหรือผสมเทียม ^[29]โบราณวัตถุที่เก่าแก่ที่สุดที่ทราบมาจากที่ราบสูงอิหร่านในคริสตศักราชที่ 5 สหัสวรรษ ^[30]ต่อมามีการใช้ดีบุกกลายเป็นส่วนผสมหลักที่ไม่ใช่ทองแดงของทองสัมฤทธิ์ในช่วงปลายสหัสวรรษที่ 3 ก่อนคริสตศักราช ^[31]ดีบุกบริสุทธิ์นั้นถูกแยกออกมาเป็นครั้งแรกในปี 1800 ก่อนคริสตศักราชโดยช่างโลหะชาวจีนและชาวญี่ปุ่น

ดาวพุธเป็นที่รู้จักของชาวจีนและชาวอินเดียโบราณก่อนคริสตศักราช 2000 และพบในสุสานของอียิปต์ที่มีอายุตั้งแต่ 1500 ก่อนคริสตศักราช

การผลิตเหล็กกล้าที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดซึ่งเป็นโลหะผสมเหล็ก - คาร์บอนมีให้เห็นในชิ้นส่วนของเครื่องเหล็กที่ขุดได้จากแหล่งโบราณคดีในอนาโตเลีย ( Kaman-Kalehöyük ) และมีอายุเกือบ 4,000 ปีซึ่งมีอายุตั้งแต่ 1800 ก่อนคริสตศักราช ^{[32] [33]}

จากผู้ผลิตดาบประมาณ 500 คนก่อนคริสตศักราชของToledo สเปนได้สร้างโลหะผสมในรูปแบบแรก ๆโดยการเพิ่มแร่ที่เรียกว่าWolframiteซึ่งมีทังสเตนและแมงกานีสเป็นแร่เหล็ก (และคาร์บอน) ส่งผลให้เหล็ก Toledoมาถึงความสนใจของกรุงโรมเมื่อใช้โดยฮันนิบาลในสงครามพิว ในไม่ช้ามันก็กลายเป็นพื้นฐานสำหรับอาวุธของกองทหารโรมัน; ดาบของพวกเขาได้รับการกล่าวขานว่า "เก่งมากจนไม่มีหมวกกันน็อกที่พวกเขาตัดผ่านไม่ได้" ^{[ ต้องการอ้างอิง ] [n 8]}

ในอเมริกายุคก่อนโคลัมเบียวัตถุที่ทำจากทัมบากาซึ่งเป็นโลหะผสมของทองแดงและทองเริ่มผลิตในปานามาและคอสตาริการะหว่าง 300 ถึง 500 ซีอี รูปแกะสลักโลหะขนาดเล็กเป็นสิ่งที่พบเห็นได้ทั่วไปและเครื่องประดับทัมบากา (และทองคำ) ที่หลากหลายประกอบด้วยเครื่องราชกกุธภัณฑ์ของบุคคลที่มีฐานะสูง

ในช่วงเวลาเดียวกันนั้นชาวเอกวาดอร์ได้ทำการผสมทองคำกับโลหะผสมทองคำขาวที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติซึ่งประกอบด้วยแพลเลเดียมโรเดียมและอิริเดียมจำนวนเล็กน้อยเพื่อผลิตเพชรประดับและหน้ากากที่ประกอบด้วยโลหะผสมทองคำขาว - ทองคำขาว คนงานโลหะเกี่ยวข้องกับทองคำที่ให้ความร้อนกับเม็ดของโลหะผสมทองคำขาวจนกระทั่งทองคำละลายเมื่อถึงจุดที่โลหะกลุ่มแพลตตินั่มกลายเป็นมัดภายในทองคำ หลังจากเย็นตัวแล้วการรวมกลุ่มที่เกิดขึ้นจะถูกตอกและทำให้ร้อนซ้ำ ๆ จนกว่าจะกลายเป็นเนื้อเดียวกันราวกับว่าโลหะทั้งหมดที่เกี่ยวข้องถูกหลอมเข้าด้วยกัน (การบรรลุจุดหลอมเหลวของโลหะกลุ่มแพลตตินั่มที่เกี่ยวข้องนั้นอยู่นอกเหนือเทคโนโลยีในปัจจุบัน) ^{[34] [n 9]}

• 

  หยดดีบุกหลอมเหลวที่แข็งตัว
• 

  สารปรอทถูก
  เทลงใน จานเพาะเชื้อ
• 

  Electrum ซึ่งเป็นโลหะผสมจากเงินและทองตามธรรมชาติมักใช้ในการทำเหรียญ แสดงให้เห็นว่าเป็นเทพเจ้าแห่งโรมันอพอลโลและที่ด้านบนเป็นขาตั้งกล้องเดลฟี (ประมาณ 310–305 คริสตศักราช)
• 

  แผ่นที่ทำจาก ดีบุกผสมตะกั่วโลหะผสม 85–99% ดีบุกและทองแดง (ปกติ) พิวเตอร์ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในช่วงต้นของยุคสำริดในตะวันออกใกล้
• 

  หน้าอก (ทับทรวงประดับ) ทำจาก ทัมบากาโลหะผสมทองและทองแดง

วัยกลางคน

นักเล่นแร่แปรธาตุชาวอาหรับและยุคกลางเชื่อว่าโลหะและสสารทั้งหมดประกอบด้วยหลักการของกำมะถันซึ่งเป็นบิดาของโลหะทุกชนิดและมีคุณสมบัติที่ติดไฟได้และหลักการของปรอทแม่ของโลหะทั้งหมด^{[n 10]}และผู้ขนส่งสภาพคล่อง คุณสมบัติการหลอมเหลวและความผันผวน หลักการเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องเป็นสารทั่วไปของกำมะถันและปรอทที่พบในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ ทฤษฎีนี้ตอกย้ำความเชื่อที่ว่าโลหะทุกชนิดถูกกำหนดให้กลายเป็นทองคำในบาดาลของโลกโดยการผสมผสานระหว่างความร้อนการย่อยอาหารเวลาและการกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่เหมาะสมซึ่งทั้งหมดนี้สามารถพัฒนาและเร่งรีบได้ด้วยความรู้และวิธีการเล่นแร่แปรธาตุ . ^{[n 11]}

สารหนูสังกะสีพลวงและบิสมัทกลายเป็นที่รู้จักแม้ว่าในตอนแรกจะเรียกว่า semimetals หรือโลหะนอกรีตเนื่องจากความไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ทั้งสี่อาจถูกใช้โดยบังเอิญในช่วงเวลาก่อนหน้านี้โดยไม่ได้ตระหนักถึงธรรมชาติของพวกมัน อัลแบร์แมกนัสเชื่อว่าจะได้รับแรกที่สารหนูแยกจากสารประกอบใน 1250, โดยสบู่ร้อนร่วมกับหรดาล สังกะสีเมทัลลิกซึ่งเปราะถ้าไม่บริสุทธิ์ถูกแยกในอินเดียเมื่อปี 1300 AD คำอธิบายแรกของขั้นตอนสำหรับการแยกพลวงอยู่ใน 1540 หนังสือเดอลา pirotechniaโดยวานนอกชิโอบิรินกุช ชิโ บิสมัทได้รับการอธิบายโดย Agricola ในDe Natura Fossilium (c. 1546); ในช่วงแรก ๆ มันสับสนกับดีบุกและตะกั่วเนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับองค์ประกอบเหล่านั้น

• 

  สารหนูปิดผนึกในภาชนะเพื่อป้องกันการหมอง
• 

  เศษสังกะสีและลูกบาศก์ ขนาด 1 ซม. ³
• 

  พลวงแสดงความแวววาวสดใส
• 

  บิสมัทในรูปผลึกที่มีชั้นออกซิเดชั่นที่บางมากและบิสมัทลูกบาศก์ 1 ซม. ³

ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา

De re metallica , 1555

ผลึกแพลทินัม

แผ่นยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงซึ่งกู้คืนจากเศษเหล็กที่ผ่านกรรมวิธีที่ Y-12 National Security Complexใน โอ๊คริดจ์รัฐเทนเนสซี

ซีเรียม Ultrapure ภายใต้อาร์กอน 1.5 กรัม

ข้อความที่เป็นระบบชิ้นแรกเกี่ยวกับศิลปะการขุดและโลหะวิทยาคือDe la Pirotechnia (1540) โดยVannoccio Biringuccioซึ่งถือว่าการตรวจสอบการหลอมรวมและการทำงานของโลหะ

สิบหกปีต่อมาGeorgius Agricolaตีพิมพ์De Re Metallicaในปี 1556 ซึ่งเป็นบัญชีที่ชัดเจนและสมบูรณ์เกี่ยวกับอาชีพการขุดโลหะวิทยาและศิลปะและวิทยาศาสตร์เสริมรวมถึงมีคุณสมบัติเป็นบทความที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรมเคมีตลอดศตวรรษที่สิบหก

เขาให้คำอธิบายของโลหะดังต่อไปนี้ในDe Natura Fossilium (1546):

โลหะเป็นแร่ธาตุโดยธรรมชาติไม่ว่าจะเป็นของเหลวหรือค่อนข้างแข็ง หลังอาจละลายได้ด้วยความร้อนของไฟ แต่เมื่อเย็นลงอีกครั้งและสูญเสียความร้อนไปทั้งหมดมันจะกลับมาแข็งอีกครั้งและกลับมาอยู่ในรูปแบบที่เหมาะสม ในแง่นี้มันแตกต่างจากหินที่ละลายในไฟแม้ว่าก้อนหลังจะกลับมามีความแข็ง แต่มันก็สูญเสียรูปแบบและคุณสมบัติที่บริสุทธิ์ไป

ตามเนื้อผ้ามีโลหะหกชนิด ได้แก่ ทองเงินทองแดงเหล็กดีบุกและตะกั่ว มีคนอื่นจริงๆเพราะเงินดูดเป็นโลหะแม้ว่านักเล่นแร่แปรธาตุจะไม่เห็นด้วยกับเราในเรื่องนี้และบิสมัทก็เช่นกัน นักเขียนชาวกรีกโบราณดูเหมือนจะไม่สนใจบิสมัทดังนั้น Ammonius จึงกล่าวอย่างถูกต้องว่ามีโลหะสัตว์และพืชหลายชนิดที่เราไม่รู้จัก Stibiumเมื่อหลอมในเบ้าหลอมและผ่านการกลั่นแล้วมีสิทธิมากพอที่จะได้รับการยกย่องว่าเป็นโลหะที่เหมาะสมตามที่นักเขียนนำ หากเมื่อหลอมแล้วจะมีการเติมบางส่วนลงในดีบุกโลหะผสมของผู้ขายหนังสือจะผลิตจากประเภทที่ใช้สำหรับผู้ที่พิมพ์หนังสือบนกระดาษ

โลหะแต่ละชนิดมีรูปแบบของตัวเองซึ่งจะเก็บรักษาเมื่อแยกออกจากโลหะเหล่านั้นที่ผสมเข้าด้วยกัน ดังนั้นทั้งอิเล็กทรัมและสแตนนัม [ไม่ได้หมายถึงดีบุกของเรา] เป็นโลหะแท้ แต่เป็นโลหะผสมสองชนิด Electrum เป็นโลหะผสมของทองและเงินสแตนนัมของตะกั่วและเงิน และถ้าเงินถูกแยกออกจากอิเล็กทรัมแล้วทองคำก็ยังคงอยู่และไม่ใช่อิเล็กทรัม ถ้าเงินถูกนำออกไปจากสแตนนัมตะกั่วจะยังคงอยู่ไม่ใช่สแตนนัม

อย่างไรก็ตามไม่ว่าทองเหลืองจะพบว่าเป็นโลหะพื้นเมืองหรือไม่ก็ไม่สามารถยืนยันได้ด้วยการรับประกันใด ๆ เราเพียง แต่รู้ของทองเหลืองเทียมซึ่งประกอบด้วยทองแดงระบายสีด้วยสีของแร่คาลาไมน์ และถึงกระนั้นหากมีการขุดขึ้นมาก็จะเป็นโลหะที่เหมาะสม ทองแดงดำและขาวดูเหมือนจะแตกต่างจากสีแดง

ดังนั้นโดยธรรมชาติแล้วโลหะจึงเป็นของแข็งตามที่ฉันได้ระบุไว้หรือของไหลเช่นเดียวกับในกรณีเฉพาะของเงินดูด

แต่พอตอนนี้เกี่ยวกับชนิดง่ายๆ ^[36]

ทองคำขาวซึ่งเป็นโลหะมีค่าอันดับสามรองจากทองและเงินถูกค้นพบในเอกวาดอร์ในช่วง พ.ศ. 2279 ถึง พ.ศ. 2287 โดยนักดาราศาสตร์ชาวสเปนอันโตนิโอเดออุลโลอาและเพื่อนร่วมงานของเขาคือนักคณิตศาสตร์ Jorge Juan y Santacilia Ulloa เป็นคนแรกที่เขียนคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของโลหะในปี 1748

ในปี 1789 Martin Heinrich Klaproth นักเคมีชาวเยอรมันสามารถแยกออกไซด์ของยูเรเนียมซึ่งเขาคิดว่าเป็นโลหะนั้นเอง Klaproth ได้รับการยกย่องให้เป็นผู้ค้นพบยูเรเนียมในเวลาต่อมา จนกระทั่งปีพ. ศ. 2384 นักเคมีชาวฝรั่งเศสEugène-Melchior Péligotสามารถเตรียมโลหะยูเรเนียมตัวอย่างแรกได้ ต่อมา Henri Becquerel ได้ค้นพบกัมมันตภาพรังสีในปี พ.ศ. 2439 โดยใช้ยูเรเนียม

ในช่วงทศวรรษที่ 1790 Joseph Priestley และ Martinus van Marum นักเคมีชาวดัตช์ได้สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวโลหะในการขจัดแอลกอฮอล์ซึ่งเป็นพัฒนาการที่นำไปสู่การสังเคราะห์กรดซัลฟิวริกในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมในปี พ.ศ. 2374

ในปี 1803 ซีเรียมเป็นโลหะแลนทาไนด์ชนิดแรกที่ค้นพบในBastnäsประเทศสวีเดนโดยJöns Jakob Berzelius และ Wilhelm Hisinger และเป็นอิสระโดย Martin Heinrich Klaproth ในเยอรมนี โลหะแลนทาไนด์ส่วนใหญ่ถูกมองว่าเป็นสิ่งแปลกประหลาดจนถึงปี 1960 เมื่อมีการพัฒนาวิธีการเพื่อแยกพวกมันออกจากกันอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ต่อมาพบว่ามีการใช้งานในโทรศัพท์มือถือแม่เหล็กเลเซอร์แสงแบตเตอรี่เครื่องฟอกไอเสียและในแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ ที่ทำให้เกิดเทคโนโลยีที่ทันสมัย

โลหะอื่น ๆ ที่ค้นพบและเตรียมในช่วงเวลานี้ ได้แก่ โคบอลต์นิกเกิลแมงกานีสโมลิบดีนัมทังสเตนและโครเมียม และโลหะกลุ่มแพลทินัมบางชนิดแพลเลเดียมออสเมียมอิริเดียมและโรเดียม

โลหะเบา

โลหะทั้งหมดที่ค้นพบจนถึงปี 1809 มีความหนาแน่นค่อนข้างสูง ความหนักเบาของพวกเขาถือได้ว่าเป็นเกณฑ์ที่แตกต่างอย่างโดดเด่น ตั้งแต่ปี 1809 เป็นต้นมาโลหะเบาเช่นโซเดียมโพแทสเซียมและสตรอนเทียมถูกแยกได้ ความหนาแน่นต่ำของพวกเขาท้าทายภูมิปัญญาดั้งเดิมเกี่ยวกับธรรมชาติของโลหะ อย่างไรก็ตามพวกเขามีพฤติกรรมทางเคมีเป็นโลหะและได้รับการยอมรับในภายหลังว่าเป็นเช่นนั้น

อลูมิเนียมถูกค้นพบในปี 1824 แต่ยังไม่ถึงปีพ. ศ. 2429 ได้มีการพัฒนาวิธีการผลิตขนาดใหญ่ทางอุตสาหกรรม ราคาอลูมิเนียมลดลงและอลูมิเนียมถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องประดับของใช้ในชีวิตประจำวันกรอบแว่นตาอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาเครื่องใช้บนโต๊ะอาหารและกระดาษฟอยล์ในช่วงทศวรรษที่ 1890 และต้นศตวรรษที่ 20 ความสามารถของอลูมิเนียมในการสร้างโลหะผสมที่แข็ง แต่เบากับโลหะอื่น ๆ ทำให้โลหะมีประโยชน์มากมายในเวลานั้น ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 รัฐบาลประเทศใหญ่ ๆ เรียกร้องให้จัดส่งอะลูมิเนียมจำนวนมากสำหรับโครงเครื่องบินที่มีน้ำหนักเบา โลหะที่พบมากที่สุดในการใช้งานสำหรับการส่งพลังงานไฟฟ้าในวันนี้คือเหล็กอลูมิเนียมเสริมตัวนำ นอกจากนี้ยังเห็นการใช้งานมากคือตัวนำโลหะผสมอลูมิเนียมทั้งหมด ใช้อลูมิเนียมเนื่องจากมีน้ำหนักประมาณครึ่งหนึ่งของสายทองแดงที่มีความต้านทานเทียบเท่า (แม้ว่าจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าเฉพาะที่ต่ำกว่า) และราคาถูกกว่า ทองแดงเป็นที่นิยมมากขึ้นในอดีตและยังคงใช้งานอยู่โดยเฉพาะที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าและสำหรับการต่อสายดิน

ในขณะที่ไทเทเนียมเมทัลลิกบริสุทธิ์ (99.9%) ถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในปี 1910 แต่ไม่ได้ใช้นอกห้องปฏิบัติการจนถึงปี 1932 ในปี 1950 และ 1960 สหภาพโซเวียตเป็นผู้บุกเบิกการใช้ไทเทเนียมในงานทางทหารและเรือดำน้ำซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่เกี่ยวข้องกับความหนาวเย็น สงคราม. เริ่มต้นในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ไทเทเนียมเข้ามาใช้อย่างกว้างขวางในการบินทหารโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องบินไอพ่นที่มีประสิทธิภาพสูงที่เริ่มต้นด้วยอากาศยานเช่นF-100 สำแดงพลังและล็อกฮีด A-12และSR-71

เมทัลลิกสแกนเดียมผลิตขึ้นเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2480 โลหะสแกนเดียมบริสุทธิ์ 99% ปอนด์แรกถูกผลิตขึ้นในปี พ.ศ. 2503 การผลิตโลหะผสมอลูมิเนียม - สแกนเดียมเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2514 ตามสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกา โลหะผสมอลูมิเนียม - สแกนเดียมได้รับการพัฒนาในสหภาพโซเวียต

• 

  โซเดียม
• 

  ไข่มุกโพแทสเซียมภายใต้น้ำมันพาราฟิน ขนาดมุกที่ใหญ่ที่สุด 0.5 ซม.
• 

  ผลึกสตรอนเทียม
• 

  อลูมิเนียมก้อน
  2.6 กรัม 1 x 2 ซม
• 

  แท่งคริสตัลไทเทเนียม
• 

  Scandium รวมลูกบาศก์ 1 ซม. ³

อายุของเหล็ก

เทสีขาวร้อนเหล็กเช่นน้ำจากเตาไฟฟ้า 35 ตันที่แอล Ludlum Steel Corporation ใน Brackenridge , เพนซิล

ยุคที่ทันสมัยในการผลิตเหล็กเริ่มด้วยการแนะนำของเฮนรี่ Bessemer 's กระบวนการ Bessemerใน 1855 วัตถุดิบที่เป็นเหล็ก วิธีการของเขาทำให้เขาผลิตเหล็กได้ในปริมาณมากในราคาถูกดังนั้นเหล็กอ่อนจึงถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่ที่เคยใช้เหล็กดัดมาก่อน กระบวนการ Gilchrist-Thomas (หรือกระบวนการ Bessemer ขั้นพื้นฐาน ) เป็นการปรับปรุงกระบวนการ Bessemer ซึ่งทำโดยการซับตัวแปลงด้วยวัสดุพื้นฐานเพื่อกำจัดฟอสฟอรัส

เนื่องจากสูงความต้านทานแรงดึงและต้นทุนต่ำเหล็กมาเป็นองค์ประกอบหลักที่ใช้ในอาคาร , โครงสร้างพื้นฐาน , เครื่องมือ , เรือ , รถยนต์ , เครื่อง , เครื่องใช้ไฟฟ้าและอาวุธ

ในปีพ. ศ. 2415 คลาร์กและวูดส์ชาวอังกฤษได้จดสิทธิบัตรโลหะผสมที่ถือว่าเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมในปัจจุบัน ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล็ก - โครเมียมได้รับการยอมรับในปี พ.ศ. 2364 โดยปิแอร์เบอร์เทียร์นักโลหะวิทยาชาวฝรั่งเศส เขาสังเกตเห็นความต้านทานต่อการโจมตีของกรดบางชนิดและแนะนำให้ใช้มีด นักโลหะวิทยาในศตวรรษที่ 19 ไม่สามารถผลิตส่วนผสมของคาร์บอนต่ำและโครเมียมสูงที่พบในเหล็กกล้าไร้สนิมสมัยใหม่ส่วนใหญ่ได้และโลหะผสมที่มีโครเมียมสูงที่พวกเขาสามารถผลิตได้นั้นเปราะเกินกว่าที่จะใช้งานได้จริง จนกระทั่งปีพ. ศ. 2455 การอุตสาหกรรมโลหะผสมสแตนเลสเกิดขึ้นในอังกฤษเยอรมนีและสหรัฐอเมริกา

องค์ประกอบโลหะสุดท้ายที่เสถียร

ภายในปี 1900 โลหะสามชนิดที่มีเลขอะตอมน้อยกว่าตะกั่ว (# 82) ซึ่งเป็นโลหะเสถียรที่หนักที่สุดยังคงถูกค้นพบ ได้แก่ ธาตุ 71, 72, 75

ฟอน Welsbach ในปี 1906 ได้รับการพิสูจน์ว่าอิตเทอร์เบียมเก่ายังมีองค์ประกอบใหม่ (# 71) ซึ่งเขาตั้งชื่อcassiopeium Urbain พิสูจน์สิ่งนี้พร้อมกัน แต่ตัวอย่างของเขาไม่บริสุทธิ์มากและมีเพียงปริมาณการติดตามขององค์ประกอบใหม่ อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ชื่อลูทีเซียมที่เขาเลือกก็ถูกนำมาใช้

ในปี 1908, Ogawa พบองค์ประกอบ 75 ใน thorianite แต่ได้รับมอบหมายเป็นองค์ประกอบ 43 แทน 75 และตั้งชื่อมันnipponium ในปี 1925 วอลเตอร์น็อดแดคไอด้า Eva Tacke และอ็อตโต Berg ประกาศแยกจาก gadolinite และให้ชื่อปัจจุบันรีเนียม

Georges Urbain อ้างว่าพบธาตุ 72 ในเศษดินที่หายากในขณะที่ Vladimir Vernadsky พบโดยอิสระใน orthite การเรียกร้องทั้งได้รับการยืนยันเนื่องจากสงครามโลกครั้งที่หนึ่งและไม่สามารถได้รับการยืนยันในภายหลังว่าเป็นเคมีที่พวกเขารายงานไม่ตรงกับที่เป็นที่รู้จักกันในขณะนี้สำหรับแฮฟเนียม หลังสงครามในปีพ. ศ. 2465 คอสเตอร์และเฮฟซีพบโดยการวิเคราะห์ด้วยเอ็กซ์เรย์สเปกโทรสโกปีในเพทายนอร์เวย์ ดังนั้นแฮฟเนียมจึงเป็นองค์ประกอบที่เสถียรสุดท้ายที่ถูกค้นพบ

• 

  Lutetium รวมทั้งลูกบาศก์ 1 ซม. ³
• 

  รีเนียมรวมทั้งลูกบาศก์ 1 ซม. ³
• 

  แฮฟเนียมในรูป 1.7 กก

เมื่อสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 นักวิทยาศาสตร์ได้สังเคราะห์ธาตุยูเรเนียมโพสต์ - ยูเรเนียม 4 ชนิดซึ่งทั้งหมดนี้เป็นโลหะกัมมันตภาพรังสี (ไม่เสถียร) ได้แก่ เนปจูน (ในปี พ.ศ. 2483) พลูโตเนียม (พ.ศ. 2483-2554) และคูเรียมและอะมีเนียม (พ.ศ. 2487) ซึ่งเป็นตัวแทนของธาตุ 93 ถึง 96 สองคนแรกในที่สุดก็พบในธรรมชาติเช่นกัน คูเรียมและอมีเซียมเป็นผลพลอยได้จากโครงการแมนฮัตตันซึ่งผลิตระเบิดปรมาณูลูกแรกของโลกในปี พ.ศ. 2488 ระเบิดดังกล่าวมีพื้นฐานมาจากการแยกตัวของยูเรเนียมซึ่งเป็นโลหะชนิดแรกที่ถูกค้นพบเมื่อเกือบ 150 ปีก่อนหน้านี้

พัฒนาการหลังสงครามโลกครั้งที่สอง

ซูเปอร์อัลลอย

ซูเปอร์อัลลอยประกอบด้วยส่วนผสมของ Fe, Ni, Co และ Cr และปริมาณ W, Mo, Ta, Nb, Ti และ Al ที่น้อยกว่าได้รับการพัฒนาหลังสงครามโลกครั้งที่สองไม่นานเพื่อใช้ในเครื่องยนต์สมรรถนะสูงซึ่งทำงานในอุณหภูมิที่สูงขึ้น (สูงกว่า 650 ° C (1,200 ° F)) พวกเขายังคงรักษาความแข็งแรงส่วนใหญ่ไว้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เป็นเวลานานและรวมความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเข้ากับความต้านทานต่อการกัดกร่อนหรือการเกิดออกซิเดชัน ปัจจุบันซูเปอร์อัลลอยสามารถพบได้ในการใช้งานที่หลากหลายเช่นกังหันทางบกการเดินเรือและอวกาศและโรงงานเคมีและปิโตรเลียม

โลหะ Transcurium

การพัฒนาระเบิดปรมาณูที่ประสบความสำเร็จเมื่อสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 ได้จุดประกายความพยายามเพิ่มเติมในการสังเคราะห์องค์ประกอบใหม่ซึ่งเกือบทั้งหมดเป็นหรือคาดว่าจะเป็นโลหะและทั้งหมดนี้เป็นกัมมันตภาพรังสี จนกระทั่งปี 1949 ธาตุ 97 (เบอร์คีเลียม) ถัดจากธาตุ 96 (คูเรียม) ถูกสังเคราะห์โดยการยิงอนุภาคแอลฟาไปที่เป้าหมายอะมีเนียม ในปีพ. ศ. 2495 พบธาตุ 100 (เฟอร์เมียม) ในเศษซากของการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจนครั้งแรก ไฮโดรเจนซึ่งเป็นอโลหะถูกระบุว่าเป็นองค์ประกอบเมื่อเกือบ 200 ปีก่อนหน้านี้ ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2495 ได้มีการสังเคราะห์องค์ประกอบ 101 (mendelevium) ถึง 118 (oganesson)

แว่นตาโลหะจำนวนมาก

แก้วเมทัลลิก (หรือที่เรียกว่าโลหะอสัณฐานหรือคล้ายแก้ว) เป็นวัสดุโลหะที่เป็นของแข็งซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นโลหะผสมที่มีโครงสร้างระดับอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบ โลหะบริสุทธิ์และโลหะผสมส่วนใหญ่ในสถานะของแข็งมีอะตอมที่จัดเรียงในโครงสร้างผลึกที่มีลำดับขั้นสูง โลหะอสัณฐานมีโครงสร้างคล้ายแก้วที่ไม่เป็นผลึก แต่แตกต่างจากแว่นตาทั่วไปเช่นกระจกหน้าต่างซึ่งโดยทั่วไปเป็นฉนวนไฟฟ้าโลหะอสัณฐานมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ดี โลหะอสัณฐานผลิตได้หลายวิธี ได้แก่ การทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วการสะสมของไอทางกายภาพปฏิกิริยาโซลิดสเตตการฉายรังสีไอออนและการผสมเชิงกล แก้วเมทัลลิกชิ้นแรกที่มีรายงานว่าเป็นโลหะผสม (Au ₇₅ Si ₂₅ ) ซึ่งผลิตที่Caltechในปี 1960 เมื่อไม่นานมานี้มีการผลิตเหล็กอสัณฐานที่มีความแข็งแรงมากกว่าโลหะผสมเหล็กทั่วไปถึงสามเท่า ปัจจุบันการใช้งานที่สำคัญที่สุดอาศัยคุณสมบัติแม่เหล็กพิเศษของแว่นตาโลหะแม่เหล็กไฟฟ้าบางชนิด การสูญเสียความเป็นแม่เหล็กต่ำจะใช้ในหม้อแปลงที่มีประสิทธิภาพสูง แท็ก ID ควบคุมการโจรกรรมและโครงร่างการเฝ้าระวังบทความอื่น ๆ มักใช้แว่นตาโลหะเนื่องจากคุณสมบัติแม่เหล็กเหล่านี้

โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง

โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง (SMA) คือโลหะผสมที่ "จำ" รูปร่างเดิมได้และเมื่อการเปลี่ยนรูปกลับไปเป็นรูปร่างก่อนเสียรูปเมื่อได้รับความร้อน ในขณะที่เอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างได้รับการสังเกตครั้งแรกในปี 2475 ในโลหะผสม Au-Cd แต่ก็ไม่ถึงปีพ. ศ. 2505 ด้วยการค้นพบโดยบังเอิญของผลกระทบในโลหะผสม Ni-Ti ซึ่งการวิจัยเริ่มขึ้นอย่างจริงจังและอีกสิบปีก่อนเชิงพาณิชย์ เกิดแอพพลิเคชั่น SMA มีการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมหุ่นยนต์และยานยนต์การบินและอวกาศและชีวการแพทย์ มี SMA อีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่าโลหะผสมหน่วยความจำรูปทรงแม่เหล็ก (FSMA) ซึ่งเปลี่ยนรูปร่างภายใต้สนามแม่เหล็กที่รุนแรง วัสดุเหล่านี้น่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากการตอบสนองของแม่เหล็กมีแนวโน้มที่จะเร็วและมีประสิทธิภาพมากกว่าการตอบสนองที่เกิดจากอุณหภูมิ

โลหะผสม Quasicyrstalline

โฮ-Mg-Zn icosahedral quasicrystal เกิดขึ้นเป็นห้าเหลี่ยม เฟที่ คู่ของ ฮอว์คิง

ในปีพ. ศ. 2527 Dan Shechtman นักเคมีชาวอิสราเอลพบโลหะผสมอลูมิเนียมแมงกานีสที่มีความสมมาตร 5 เท่าซึ่งเป็นการละเมิดแบบแผนของการตกผลึกในเวลานั้นซึ่งกล่าวว่าโครงสร้างผลึกสามารถมีสมมาตรสองสามเท่าสี่หรือหกเท่าเท่านั้น เนื่องจากกลัวปฏิกิริยาของชุมชนวิทยาศาสตร์เขาจึงใช้เวลาสองปีในการตีพิมพ์ผลที่เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2554 ตั้งแต่เวลานี้มีรายงานและยืนยันควาซิคริสตัลหลายร้อยชิ้น มีอยู่ในโลหะผสมหลายชนิด (และโพลีเมอร์บางชนิด) Quasicrystals มักพบในโลหะผสมอลูมิเนียม (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V ฯลฯ ) แต่ ยังเป็นที่รู้จักกันอีกมากมาย (Cd-Yb, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc, In-Ag-Yb, Pd-U-Si ฯลฯ ) Quasicrystals มีหน่วยเซลล์ขนาดใหญ่อย่างมีประสิทธิภาพ Icosahedrite Al ₆₃ Cu ₂₄ Fe ₁₃ซึ่งเป็นควาสิกคริสตัลชนิดแรกที่พบในธรรมชาติถูกค้นพบในปี 2552 ควาซิคริสตัลส่วนใหญ่มีคุณสมบัติคล้ายเซรามิกรวมถึงการนำไฟฟ้าต่ำ (ค่าใกล้เคียงที่เห็นในฉนวน) และการนำความร้อนต่ำความแข็งสูงความเปราะและความต้านทาน ต่อการกัดกร่อนและคุณสมบัติไม่ติด Quasicrystals ถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาฉนวนกันความร้อน LED เครื่องยนต์ดีเซลและวัสดุใหม่ที่เปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้า การใช้งานใหม่ ๆ อาจใช้ประโยชน์จากค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำและความแข็งของวัสดุที่มีควาสิกคริสตัลไลน์บางชนิดเช่นการฝังอนุภาคในพลาสติกเพื่อสร้างเฟืองพลาสติกที่แข็งแรงทนทานและมีแรงเสียดทานต่ำ การใช้งานที่เป็นไปได้อื่น ๆ ได้แก่ ตัวดูดซับแสงอาทิตย์แบบเลือกสำหรับการแปลงพลังงานตัวสะท้อนความยาวคลื่นกว้างและการซ่อมแซมกระดูกและการใช้งานขาเทียมที่ต้องการความเข้ากันได้ทางชีวภาพแรงเสียดทานต่ำและความต้านทานการกัดกร่อน

โลหะผสมที่ซับซ้อน

โลหะผสมเชิงซ้อน (CMAs) เป็นสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่มีลักษณะเป็นเซลล์ขนาดใหญ่ซึ่งประกอบด้วยอะตอมหลายหมื่นถึงหลายพันอะตอม การปรากฏตัวของกลุ่มอะตอมที่กำหนดไว้อย่างดี (มักมีสมมาตร icosahedral); และความผิดปกติบางส่วนภายในโครงผลึกของพวกมัน ประกอบด้วยธาตุโลหะตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไปบางครั้งอาจมีการเติมโลหะผสมหรือชอลโคจิไนด์เข้าไปด้วย ตัวอย่างเช่น NaCd2 มีโซเดียม 348 อะตอมและแคดเมียม 768 อะตอมในเซลล์หน่วย Linus Paulingพยายามอธิบายโครงสร้างของ NaCd ₂ในปีพ. ศ. 2466 แต่ไม่ประสบความสำเร็จจนถึงปีพ. ศ. 2498 ในตอนแรกเรียกว่า "ผลึกเซลล์หน่วยยักษ์" ความสนใจใน CMA ตามที่เรียกกันมานั้นไม่ได้รับจนกระทั่งปี 2545 ด้วย การตีพิมพ์กระดาษชื่อ "Structurally Complex Alloy Phases" ซึ่งมอบให้ในการประชุมนานาชาติเรื่อง Quasicrystals ครั้งที่ 8 การใช้งานที่เป็นไปได้ของ CMA ได้แก่ ฉนวนกันความร้อน ความร้อนจากแสงอาทิตย์ ตู้เย็นแม่เหล็ก การใช้ความร้อนเหลือทิ้งเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และสารเคลือบสำหรับใบพัดกังหันในเครื่องยนต์ทางทหาร

โลหะผสมเอนโทรปีสูง

โลหะผสมที่มีเอนโทรปีสูง (HEAs) เช่น AlLiMgScTi ประกอบด้วยโลหะตั้งแต่ห้าตัวขึ้นไปในปริมาณที่เท่ากันหรือเกือบเท่ากัน เมื่อเทียบกับโลหะผสมทั่วไปที่มีโลหะฐานเพียงหนึ่งหรือสองตัว HEA มีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดีกว่ามากความต้านทานแรงดึงที่สูงขึ้นและความต้านทานต่อการแตกร้าวการกัดกร่อนและการเกิดออกซิเดชันที่ดีกว่า แม้ว่า HEA จะได้รับการอธิบายว่าเร็วเท่าปี 1981 แต่ความสนใจที่สำคัญก็ไม่ได้พัฒนาไปจนถึงปี 2010 พวกเขายังคงเป็นจุดสนใจของการวิจัยด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมเนื่องจากมีศักยภาพในคุณสมบัติที่พึงปรารถนา

แม็กซ์เฟสอัลลอยด์

ในอัลลอยด์เฟส MAX , Mเป็นโลหะทรานซิต้นเป็นองค์ประกอบกลุ่ม (ส่วนใหญ่เป็นกลุ่ม IIIA และ IVA หรือกลุ่ม 13 และ 14) และXเป็นทั้งคาร์บอนหรือไนโตรเจน ตัวอย่าง Hf ₂ SNC และ Ti ₄ ALN 3 โลหะผสมดังกล่าวมีคุณสมบัติที่ดีที่สุดของโลหะและเซรามิกส์ คุณสมบัติเหล่านี้รวมถึงการนำไฟฟ้าและความร้อนสูงความต้านทานการกระแทกด้วยความร้อนความทนทานต่อความเสียหายความสามารถในการแปรรูปความแข็งยืดหยุ่นสูงและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ^[37] สามารถขัดเงาให้เป็นโลหะได้เนื่องจากมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม ในระหว่างการทดสอบทางกลพบว่ากระบอกสูบโพลีคาร์บอเนต Ti ₃ SiC ₂สามารถบีบอัดซ้ำ ๆ ที่อุณหภูมิห้องได้สูงสุดถึง 1 GPa และฟื้นตัวเต็มที่เมื่อถอดโหลดออก MAX บางเฟสยังทนต่อการโจมตีทางเคมีได้สูง (เช่น Ti ₃ SiC ₂ ) และการออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิสูงในอากาศ (Ti ₂ AlC, Cr ₂ AlC ₂และ Ti ₃ AlC ₂ ) การใช้งานที่เป็นไปได้สำหรับโลหะผสมเฟส MAX ได้แก่ : เป็นวัสดุทนไฟที่ทนต่อแรงกระแทกและทนต่อแรงกระแทกด้วยความร้อน องค์ประกอบความร้อนที่มีอุณหภูมิสูง สารเคลือบสำหรับหน้าสัมผัสไฟฟ้า และชิ้นส่วนที่ทนต่อการฉายรังสีนิวตรอนสำหรับการใช้งานนิวเคลียร์ ในขณะที่โลหะผสมเฟส MAX ถูกค้นพบในปี 1960 บทความฉบับแรกในหัวข้อนี้ไม่ได้รับการตีพิมพ์จนถึงปี 2539

• Choptuik MW , Lehner L. และ Pretorias F. 2015, "การตรวจสอบแรงโน้มถ่วงในสนามที่แข็งแกร่งผ่านการจำลองเชิงตัวเลข" ในA. Ashtekar , BK Berger , J. Isenberg & M. MacCallum (eds), General Relativity and Gravitation: A Centennial Perspectiveสำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์เคมบริดจ์ ไอ 978-1-107-03731-1 .
• Cox PA 1997, องค์ประกอบ: ต้นกำเนิด, ความอุดมสมบูรณ์และการกระจาย, Oxford University Press, Oxford, ไอ 978-0-19-855298-7
• Crow JM 2016, " โลหะผสมที่เป็นไปไม่ได้: วิธีการสร้างโลหะที่ไม่เคยมีมาก่อน ", New Scientist, 12 ตุลาคม
• Hadhazy A. 2016, " เหมืองทองคำ " กาแลกติก "อธิบายที่มาขององค์ประกอบที่หนักที่สุดในธรรมชาติ ", Science Spotlights , 10 พฤษภาคม 2016, เข้าถึง 11 กรกฎาคม 2016
• Hofmann S. 2002, เรื่องBeyond Uranium: Journey to the End of the Periodic Table , Taylor & Francis , London, ISBN  978-0-415-28495-0
• Padmanabhan T. 2001, Astrophysics , vol. 2, ระบบดวงดาวและดวงดาว, สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, เคมบริดจ์, ISBN  978-0-521-56241-6
• Parish RV 1977, องค์ประกอบโลหะ, Longman, London, ไอ 978-0-582-44278-8
• Podosek FA 2011, "Noble gases", ใน HD Holland & KK Turekian (eds), Isotope Geochemistry: From the Treatise on Geochemistry , Elsevier, Amsterdam, หน้า 467–492, ISBN  978-0-08-096710-3
• เรย์มอนด์อาร์. 1984 จากเตาไฟอันร้อนแรง: ผลกระทบของโลหะที่มีต่อประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ, Macmillan Australia, เมลเบิร์น, ไอ 978-0-333-38024-6
• Rehder D. 2010, เคมีในอวกาศ: จากสสารระหว่างดวงดาวจนถึงจุดกำเนิดของชีวิต , Wiley-VCH, Weinheim, ISBN  978-3-527-32689-1
• Russell AM & Lee KL 2005 ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้าง - คุณสมบัติในโลหะนอกกลุ่มเหล็ก, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, ไอ 978-0-471-64952-6
• Street A. & Alexander W. 1998, Metals in the service of man, 11 _th ed., Penguin Books, London, ไอ 978-0-14-025776-2
• Wilson AJ 1994 หินที่มีชีวิต: เรื่องราวของโลหะตั้งแต่ยุคแรก ๆ และผลกระทบต่อการพัฒนาอารยธรรม Woodhead Publishing, Cambridge, ไอ 978-1-85573-154-7

• ASM International (เดิมชื่อ American Society for Metals)
• แข็งแกร่งเหมือนไทเทเนียมราคาถูกเหมือนสิ่งสกปรก: โลหะผสมเหล็กใหม่ส่องแสง
• หน้าแรกของสมาคมแร่โลหะและวัสดุ