מוליכות, מבריקות ומרתקות: הסודות המפתיעים של המתכות

היי חוקרים צעירים! תחשבו רגע על האופניים שלכם, על הסמארטפון, על סיר הפסטה במטבח ועל המטבעות שיש לכם בקופה. מה המכנה המשותף של כולם? ניחשתם נכון - כולם עשויים ממתכת.
המתכות נמצאות סביבנו בכל מקום ולמעשה בלעדיהן העולם שלנו היה נראה שונה לגמרי.
אבל מה זה בכלל מתכת? למה אנחנו משתמשים בה כל כך הרבה ואיך מזהים אותה בטבע? בואו נצא למסע מדעי ונגלה את הסודות של החומרים הכי חזקים וחשובים בכדור הארץ.
איך מזהים מתכת? (תכונות החומר)
במדעים, אנחנו לא קובעים שחומר הוא מתכת רק לפי המראה שלו, אלא לפי "התנהגות" מיוחדת שנקראת תכונות החומר. לרוב המתכות בעולם יש כמה תכונות משותפות שחשוב מאוד לזכור:
הן מוליכות חשמל מצוינות: מתכות הן כמו כביש מהיר עבור זרם החשמל. החשמל עובר דרכן בקלות ובמהירות. זו בדיוק הסיבה שחוטי החשמל שמסתתרים בתוך הקירות שלנו עשויים ממתכת (לרוב נחושת) ולא מפלסטיק או מעץ.
הן מוליכות חום: מתכות מתחממות ומתקררות מהר מאוד. אם תשימו כף ממתכת בתוך כוס תה רותח, מהר מאוד הכף תהפוך לחמה. בגלל זה אנחנו מייצרים סירים ומחבתות ממתכת - כדי שהחום של האש יעבור מהר אל האוכל.
הן ניתנות לריקוע ולעיצוב: בניגוד לזכוכית שנשברת כשמכים בה, את רוב המתכות אפשר למעוך, לרקע (לשטח) ולעצב לצורות שונות מבלי שהן יישברו. כך אפשר לייצר מהן חוטים דקים, צינורות ופחיות.
מצב צבירה מוצק: בטמפרטורת החדר (הטמפרטורה הרגילה שבה אנחנו חיים) כמעט כל המתכות בטבע הן מוצקות וקשות. יש רק מתכת אחת מיוחדת במינה שהיא נוזלית בטמפרטורת החדר וקוראים לה כספית.
ברק מתכתי: כשמנקים או משפשפים מתכת היא לרוב מבריקה ונוצצת.
הכירו את הכוכבות הגדולות (דוגמאות למתכות)
יש בטבע המון סוגים של מתכות ולכל אחת יש תפקיד מיוחד. הנה הרשימה המלאה של המתכות שאתם חייבים להכיר:
ברזל (Iron): המתכת הנפוצה והמוכרת ביותר. הברזל הוא חזק, זול וקל לעיצוב. אנחנו משתמשים בו כדי לבנות גשרים, מכוניות ושלדים של בניינים ענקיים. החיסרון שלו? כשהוא רטוב הוא עלול להחליד.
נחושת (Copper): מתכת בצבע אדמדם-כתום. היא מוליכת חשמל כל כך טובה עד שכמעט כל מכשיר חשמלי שאתם מכירים מכיל בתוכו חוטי נחושת.
אלומיניום (Aluminum): מתכת קלה מאוד שלא מחלידה. בגלל שהיא כל כך קלה אנחנו משתמשים בה כדי לבנות מטוסים, חלליות ופחיות שתייה.
זהב (Gold): מתכת יקרה, מבריקה ונדירה. הזהב לא מחליד לעולם ולכן משתמשים בו לייצור תכשיטים וגם לרכיבים עדינים בתוך מחשבים וטלפונים.
כסף (Silver): עוד מתכת יקרה ומבריקה. היא מוליכת החשמל הטובה ביותר בטבע! משתמשים בה לתכשיטים, למטבעות מיוחדים ולפעמים גם ברפואה כי יש לה תכונות שהורגות חיידקים.
בדיל (Tin): מתכת רכה למדי שלא מחלידה בקלות. בעבר השתמשו בה המון כדי לצפות קופסאות שימורים מבפנים כדי שהאוכל לא יקלקל את הברזל ויחליד אותו.
עופרת (Lead): מתכת כבדה מאוד בצבע אפור. פעם השתמשו בה הרבה אבל היום יודעים שהיא רעילה לבני אדם. בכל זאת עדיין משתמשים בה למטרות מיוחדות, למשל בתוך מצברים של מכוניות או בסינרים הכבדים ששמים עלינו אצל רופא השיניים כדי להגן עלינו מהקרינה של צילומי רנטגן.
כספית (Mercury): המתכת הכי קסומה ומוזרה ברשימה! היא המתכת היחידה בעולם שהיא נוזלית בטמפרטורת החדר. היא נראית כמו טיפות כסופות ובעבר השתמשו בה המון בתוך מדי חום למדידת חום הגוף.
מאיפה מגיעות המתכות?
המתכות לא גדלות על עצים. אנחנו מוצאים אותן עמוק בתוך קליפת כדור הארץ בתוך סלעים מיוחדים שנקראים עפרות (כמו למשל "עפרת ברזל" או "עפרת נחושת"). כדי להוציא את המתכת הנקייה מתוך הסלע, בני האדם חוצבים את הסלעים ולוקחים אותם למפעלים. שם מחממים את הסלעים לחום אדיר (תהליך שנקרא התכה) וכך מפרידים את המתכת מהאבן.
התהליך הזה דורש הרבה מאוד משאבי טבע ואנרגיה. זו בדיוק הסיבה שכל כך חשוב למחזר מתכות! כשאנחנו זורקים פחית אלומיניום לפח המיחזור אנחנו חוסכים לטבע את הצורך לחצוב עוד סלעים.
מה זו סגסוגת? (הסוד של המדענים)
לפעמים מתכת אחת היא לא מספיק חזקה או טובה למשימה מסוימת. מה עושים? המדענים גילו שאם מתיכים (ממיסים), מערבבים ומחברים שתי מתכות (או מתכת וחומר אחר) מקבלים חומר חדש וחזק יותר שנקרא סגסוגת (Alloy). הדוגמה הכי מפורסמת היא הפלדה. פלדה היא לא מתכת שמוצאים בטבע אלא סגסוגת חזקה במיוחד שמיוצרת מערבוב של ברזל עם מעט פחמן.
הידעתם? עובדה של אלופים מגדל אייפל המפורסם בעיר פריז עשוי כולו מברזל. האם ידעתם שבקיץ הוא הופך לגבוה יותר? בגלל שמתכות מתרחבות כשחם להן, מגדל אייפל פשוט "צומח" בימים
החמים ויכול להוסיף לגובהו כ-15 סנטימטרים! בחורף כשהאוויר מתקרר המתכת מתכווצת והמגדל חוזר לגודלו המקורי. קסם של מדע!
זמן משפחה: מעבדת המגנטים הביתית 🧲 קחו מגנט פשוט (אולי יש לכם על המקרר או על דלת הבית) וצאו למסע בלשות משפחתי ברחבי הבית. המשימה שלכם היא לנסות להצמיד את המגנט לחפצים שונים שעשויים ממתכת: כפות, מחבתות, רגליים של שולחנות, פחיות שתייה ומטבעות.
התגלית המפתיעה: אתם תגלו מהר מאוד שהמגנט לא נדבק לכל המתכות! המגנט אוהב במיוחד מתכות כמו ברזל, אבל הוא יתעלם לחלוטין ממתכות אחרות כמו אלומיניום (נסו להצמיד אותו לפחית שתייה ריקה או לנייר כסף) או זהב. תחרות קטנה לסיום: מי מצליח למצוא הכי הרבה חפצים ממתכת ברחבי הבית שהמגנט פשוט מסרב להידבק אליהם?