ما هو أخف المعادن؟ الليثيوم هو العنصر الفلزي الأقل كثافة عند مقارنة المعادن النقية في الظروف المعتادة. كثافته نحو 0.534 g/cm³، أي إن سنتيمترًا مكعبًا منه كتلته نحو 0.534 غرام. لكن خفة معدن لا تجعل كل جسم مصنوع منه أقل كتلة من أي جسم من معدن آخر؛ الحجم يدخل في الحساب أيضًا. [1]
الكثافة هي معيار هذه الإجابة
الكثافة كتلة وحدة الحجم، ونحسب كتلة عينة متجانسة من العلاقة m=ρV. عند ثبات الحجم، تكون المادة الأقل كثافة أقل كتلة. بهذا المعنى وصفت الجمعية الملكية للكيمياء الليثيوم بأنه أقل المعادن كثافة. [1]
نقارن هنا العناصر الفلزية النقية في صورتها المعتادة قرب درجة حرارة الغرفة. لا تشمل العبارة كل سبيكة أو رغوة فلزية أو جسم مجوف؛ فإدخال الهواء والفراغ يغير متوسط كتلة حجم الجسم كله. وكذلك كتلة الذرة النسبية ليست رقم الكثافة نفسه، ولكل منهما معنى ووحدة.
مثال: الحجم نفسه والكتلة مختلفة
لنفترض ثلاث عينات حجم كل منها 10 سنتيمترات مكعبة. باستعمال الكثافات المرجعية القريبة من درجة حرارة الغرفة نحصل على الجدول الآتي. لا نستنتج من هذا المثال صلابة العينات أو صلاحيتها لبناء قطعة معينة. [1][2][3]
| العنصر | الكثافة بالغرام/سم³ | حساب كتلة 10 سم³ |
|---|---|---|
| الليثيوم | 0.534 | 0.534×10 = 5.34 g |
| الألومنيوم | 2.70 | 2.70×10 = 27.0 g |
| الحديد | 7.87 | 7.87×10 = 78.7 g |
عينة الألومنيوم في هذا الحجم أكبر كتلة من الليثيوم بنحو 27/5.34≈5.06 مرات، وعينة الحديد بنحو 78.7/5.34≈14.74 مرة. النسبة تخص حجمًا متساويًا والقيم المستخدمة، لا أي قطعتين على الطاولة.
لماذا قد تكون قطعة ليثيوم أثقل؟
إذا كان حجم قطعة الليثيوم 100 سم³، فكتلتها الحسابية 53.4 غرام. وقطعة حديد حجمها 1 سم³ كتلتها 7.87 غرام. هنا الليثيوم أقل كثافة، لكن القطعة المختارة أكبر كتلة بسبب اختلاف الحجم.
وعند تثبيت الكتلة بدل الحجم تنعكس طريقة السؤال. لغرام واحد يكون الحجم V=m/ρ: نحو 1.87 سم³ لليثيوم، و 0.370 سم³ للألومنيوم، و 0.127 سم³ للحديد. هذه نتائج تقريبية من قيم الكثافة نفسها. انخفاض الكثافة يعني أن كتلة معينة تشغل حجمًا أكبر.
خصائص الليثيوم التي تضع الخفة في سياقها
رمز الليثيوم Li وعدده الذري 3، وهو فلز قلوي في المجموعة الأولى. في حالته النقية قرب درجة حرارة الغرفة يكون صلبًا لينًا فضي اللون، وتنصهر مادته قرب 180.50 درجة مئوية. وهو يتفاعل بقوة مع الماء؛ لذلك ليست مقارنة الكثافة اقتراحًا لتجربة منزلية بإلقائه في الماء. [1]
توجد له استخدامات في البطاريات القابلة لإعادة الشحن وفي سبائك مع الألومنيوم أو المغنيسيوم. ينبغي التفريق بين عنصر الليثيوم نفسه وبين مادة صناعية تحتوي مركباته أو سبيكة تضم عناصر أخرى؛ خصائص المنتج لا تختزل في كثافة عنصر واحد. [1]
هل الألومنيوم هو الأخف؟
الألومنيوم خفيف بالمقارنة مع الحديد في الجدول، لكنه أعلى كثافة من الليثيوم. شيوع معدن في المنتجات لا يعني أنه يحمل الرقم الأقل في كل خاصية. اختيار المادة يتطلب أيضًا قوة مناسبة ومقاومة للظروف وإمكان التصنيع، ولا يكفي ترتيب الكثافات وحده.
إذا قرأت وصف «مادة فلزية فائقة الخفة»، تحقق مما إذا كان المقصود عنصرًا نقيًا أم بنية مسامية ذات فراغات كبيرة. أما السؤال عن أخف العناصر الفلزية من حيث الكثافة في هذه الظروف فإجابته الليثيوم. وعند مقارنة أجسام محددة، اكتب الحجم أو الكتلة قبل إصدار الحكم.
المصادر ومتابعة القراءة
- الجمعية الملكية للكيمياء: الليثيوم وكثافته وخصائصه (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- الجمعية الملكية للكيمياء: كثافة الألومنيوم (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- الجمعية الملكية للكيمياء: كثافة الحديد (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.