ภาพที่ 1 แสดงตำแหน่งของโลหะในตารางธาตุ

ที่มา : http://www.satriwit3.ac.th/external_newsblog.php?links=1767

ความเป็นโลหะตามตารางธาตุ

    ตามสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของมัน เรายังสามารถแบ่งธาตุออกได้เป็นสามส่วนใหญ่ ๆ ได้แก่ โลหะ กึ่งโลหะ และอโลหะ ธาตุโลหะส่วนใหญ่จะสะท้อนแสง อยู่ในรูปอัลลอย และยังสามารถทำปฏิกิริยากับธาตุอโลหะ (ยกเว้น แก๊สมีตระกูล) ได้สารประกอบไอออนิกในรูปของเกลือ จากซ้ายไปขวาในตารางธาตุ โลหะยังแบ่งย่อยไปเป็นโลหะแอลคาไลที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาสูง โลหะแอลคาไลน์-เอิร์ทที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยารองลงมา แลนทาไนด์และแอกทิไนด์ โลหะแทรนซิชัน และจบที่โลหะหลังแทรนซิชันซึ่งมีความเป็นโลหะน้อยที่สุดในบรรดาโลหะด้วยกัน

การระบุคุณสมบัติ และแบ่งชนิดของโลหะรวมไปถึงเมทัลลิคนั้น สามารถใช้ธาตุทางเคมีตามตารางธาตุเป็นตัวแบ่งได้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วโลหะเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติและความสามารถมากมาย ได้แก่ ความสามารถในการทนความร้อนได้ดี มีความมันวาว มีคุณสมบัติในการคงรูปหรือเสียรูปที่อุณหภูมิห้อง และสามารถนำไฟฟ้าได้ จะเห็นได้ว่าคุณสมบัติของโลหะนั้นค่อนข้างมีความแตกต่างและหลากหลาย ทำให้ในปัจจุบันโลหะได้ถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายๆ ด้าน โดยที่คุณสมบัติของโลหะสามารถแบ่งออกได้ตามประเภทของโลหะ

คุณสมบัติของโลหะสามารถแยกได้ทั้งหมด 6 ประเภท ดังนี้

   คุณสมบัติทางกลหรือทางกายภาพ (Mechanical properties) ได้แก่ ความแข็ง (Hardness) ความแกร่ง (Strength)

   คุณสมบัติความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียด ได้แก่ โมดูลัสความยืดหยุ่น (Modulus of elasticity)

   คุณสมบัติทางเคมี (Chemical properties) ได้แก่ ความทนทานต่อการกัดกร่อน

   คุณสมบัติทางไฟฟ้า (Electrical properties) ได้แก่ ความต้านทานทางไฟฟ้า

   คุณสมบัติทางความร้อน (Thermal properties) ได้แก่ อุณหภูมิจุดหลอมเหลว

   คุณสมบัติอื่นๆ ได้แก่ ความสึกหรอ (Wear) และความหนาแน่น

          สมบัติทางกายภาพ นักเคมีจัดธาตุที่เป็นโลหะโดยใช้สมบัติทางกายภาพ ความแข็ง ความเป็นมันวาว ความสามารถในการดัดเป็นรูป และความสามารถในการดึงเป็นเส้นได้  เงิน(Ag) เป็นตัวอย่างที่ดีของสมบัติความเป็นมันวาว วัตถุที่สามารถตัดเป็นรูปได้(melleable) คือวัตถุที่สามารถทุบและดัดเป็นรูปที่ต้องการได้ ส่วนวัตถุที่สามารถดึงให้เป็นเส้นยาวได้(ductile) คือ วัตถุที่สามารถดึงให้เป็นเส้นยาวได้ ด้วยสมบัติดังกล่าวเราจึงสามารถทำทองแดงให้เป็นแผ่นและลวดทองแดงได้ ตัวอย่างของสมบัติทางกายภาพ ความแข็ง ความเหนี่ยวและความเปราะ

ความแข็ง

       ความแข็ง หมายถึงความต้านทานการเสียรูปถาวรของวัสดุ ซึ่งที่วัสดุที่มีค่าความแข็งมากจะมีค่าความแข็งแกร่งมากขึ้นเช่นเดียวกัน หากต้องการให้ค่าความแข็งและความแข็งแกร่งเพิ่มโดยที่ค่าความเหนียวไม่ลดลง สามารถทำได้โดยการเติมส่วนผสมของธาตุลงไปในโลหะหลอมขณะอยู่ในขั้นตอนการหลอมโลหะ วิธีการดังกล่าวสามารถเพิ่มคุณภาพด้านความแข็งและความแข็งแกร่งแก่โลหะได้ โดยที่มีค่าความเหนียวคงที่

ความเหนียวและความเปราะ

       ความเหนียวและความเปราะ เป็นคุณสมบัติที่ตรงข้ามกันเสมอ ซึ่งคุณสมบัติทั้งสองดังกล่าวได้ถูกนำมาศึกษาและทดสอบเกี่ยวกับความเหนียวของวัสดุ โดยที่วัสดุที่มีความเหนียว หมายถึงวัสดุที่สามารถยืดได้มากก่อนจะขาดออกจากกัน ส่วนวัสดุที่มีความเปราะหรือมีความเหนียวน้อย หมายถึงวัสดุที่สามารถยืดได้น้อยหรือไม่สามารถยืดได้เลย ก่อนจะขาดออกจากกัน

สมบัติทางเคมี

       ธาตุในกลุ่มโลหะมีสมบัติทางเคมีแตกต่างกันมาก ความเร็วและความง่ายต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีของโลหะกับธาตุหรือสารประกอบชนิดอื่นเรียกว่า ความว่องไวต่อปฏิกิริยา(Reactivity) โลหะบางชนิดมีความว่องไวต่อปฏิกิริยามาก เช่น โลหะโซเดียม(Na) และโพแทสเซียม(K) สามารถทำปฏิกิริยากับน้ำในอากาศ ดังนั้นในการป้องกันธาตุจากปฏิกิริยาเคมี เรามักเก็บในภาชนะปิดสนิท ในทางตรงกันข้ามทอง(Au) และโครเมียม (Cr) จัดเป็นธาตุที่ไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมี

ตัวอย่างของโลหะชนิดต่างๆ

     เหล็ก ประกอบขึ้นมาจากส่วนประกอบของคาร์บอนจำนวนหนึ่งรวมกับแร่เหล็กผสม และธาตุชนิดอื่นๆ ส่วนอัลลอยด์นั้นประกอบขึ้นจากการผสมกันของโลหะตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป ตัวอย่างเช่น ทองเหลือง เกิดจากการนำทองแดงมาผสมสังกะสี และบรอนซ์ เกิดจากการนำทองแดงมาผสมดีบุก ซึ่งบรอนซ์นี้มีคุณสมบัติที่สามารถป้องกัดการกัดกร่อนของน้ำทะเล จึงถูกนำไปใช้งานในด้านการต่อเรือ จะเห็นได้ว่าอัลลอยด์เหล่านี้ไม่ได้มีเพียงความสวยงามเท่านั้น แต่ยังสามารถขึ้นรูปได้ดี จึงถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลายในหลากหลายด้าน

     ไทเทเนียม เป็นวัสดุที่มีความแข็งแรง มีน้ำหนักเบา มีความหนาแน่นน้อยกว่าเหล็ก และมีคุณสมบัติในการต้านทานการกัดกร่อน ซึ่งคุณสมบัติของไทเทเนี่ยมเหล่านี้เป็นคุณสมบัติที่ดีมากเกิดขึ้นจากการรวมกันของโลหะ จึงถูกนำไปใช้งานในด้านต่างๆ ได้แก่ ไทเทเนียมอัลลอยด์ที่ถูกนำไปใช้ผลิตเรือ ยานอวกาศ อากาศยาน จักรยาน รวมถึงโน๊ตบุ๊คและคอมพิวเตอร์

      ทองแดง เป็นวัสดุที่มีความอ่อนตัว และสามารถนำไฟฟ้าที่ดี จึงถูกนำไปใช้งานในการผลิตสายไฟฟ้า

      เงินและทอง มีคุณสมบัติทางโลหะที่มีความอ่อนตัว สามารถนำมาแปลงรูปได้ง่าย มีข้อดีคือไม่มีปฏิกิริยาตอบโต้ และด้วยคุณสมบัติที่สามารถนำไฟฟ้าได้และไม่มีวันเสื่อมสลายของทองนั้น ทั้งเงินและทองจึงถูกนำมาทำเป็นเครื่องประดับที่มีราคาสูงอย่างแพร่หลาย รวมทั้งถูกนำไปใช้งานได้หลากหลายด้าน

     แร่เหล็กและเหล็ก เป็นวัสดุที่หนักและมีความแข็งแรง สามารถรับน้ำหนักได้มาก จึงถูกนำมาใช้งานในการสร้างสะพาน รวมไปถึงการสร้างอาคารในรูปแบบต่างๆ แต่เหล็กนั้นมีข้อเสียในการใช้งานคือสามารถเกิดสนิมขึ้นได้หากทำปฏิกิริยากับน้ำและอากาศ ซึ่งข้อเสียดังกล่าวก็สามารถทำการป้องกันได้

     อลูมิเนียม เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบา สามารถนำความร้อนได้ดี และนำมาแปลงรูปได้ง่าย ส่วนมากถูกทำมาใช้งานในการทำกระดาษฟอยด์ กระทะ ไปจนถึงการทำโครงสร้างเครื่องบิน

     เหล็กชุบสังกะสี หรือเหล็กกล้าไร้สนิม เป็นวัสดุมีคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน ส่วนแม็กนีเซียมอัลลอยด์ และ อลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่ง แต่มีน้ำหนักเบา เหล็กเหล่านี้จึงถูกนำไปใช้กับงานที่แตกต่างกันไปตามคุณสมบัติ

     ทองแดง นิกเกิล อัลลอยด์ ได้แก่ โมเนล (Monel) เป็นวัสดุที่ถูกนำมาใช้สำหรับงานที่สภาพแวดล้อมไม่มีแรงแม่เหล็ก และในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์การกัดกร่อนสูง

     นิกเกิล-เบส ซุปเปอร์อัลลอยด์ ได้แก่ อินโคเนล (Inconel) เป็นวัสดุที่ถูกนำมาใช้สำหรับงานที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น หม้อความดัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และเทอร์โบชาจเจอร์

แหล่งที่มา :

แฟรงค์ เดวิด วี. (2547). ชุดสำรวจโลกวิทยาศาสตร์องค์ประกอบพื้นฐานทางเคมี. กรุงเทพฯ:

เพียร์สัน เอ็ดดูเคชัน อินโดไชน่า.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.). (2551).หนังสือเรียนวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 เล่ม 1 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พ.ศ. 2551. กรุงเทพฯ : คุรุสภาลาดพร้าว.

ศรีลักษณ์ พลวัฒนะ, และคณะ.(2551). หนังสือเรียนเสริมฯ สารและสมบัติของสาร ม.4-6 ช.4 สำนักพิมพ์ แม็ค บจก. สนพ.