Efnin

Hver og einn hefur sín sérkenni sem greina hann frá öðrum. Það felst meðal annars í mismunandi húðlit, augnlit, vexti og öðru því sem gefur hverju okkar sérkenni. Þessu er líkt farið með flest efni sem við sjáum í umhverfi okkar. Sérkenni þeirra felast meðal annars í eðlismassa, bræðslumarki og suðumarki. Allt í kringum okkur sjáum við hluti úr ólíkum efnum. Frumefni er efni sem ekki er hægt að kljúfa í önnur efni.

Hrein og óblönduð efni eru afar sjaldgæf. Hreint efni inniheldur aðeins eitt frumefni. Flest efni í kringum okkur eru efnablöndur. Efnablöndur mynda ný efni sem oftar en ekki eru gerólík þeim frumefnum sem þau eru gerð úr. Engin tvö efni eru alveg eins, fremur en nokkrir tveir menn eru nákvæmlega eins. Lotukerfið sem við þekkjum úr efnafræðinni er listi yfir þau frumefni sem mynda mismunandi efni.

Af öllum þekktum frumefnum eru þrjú af hverjum fjórum málmar.

Þó málmar séu oftar en ekki ólíkir í útliti hafa þeir ákveðin sameiginleg einkenni. Þeir eru þungir, það er þeir hafa mikinn eðlismassa. Þeir hafa flestir hátt bræðslu- og suðumark, sem þýðir að þeir hafa gott viðnám gegn hita, þeir búa yfir sveigjanleika sem gerir auðvelt að móta þá, þeir eru góðir leiðarar, en það þýðir að þeir leiða hita og rafstraum vel, og þeir hafa gljáandi áferð sem gerir þá áferðarfallega.

Þegar maður virðir málmbút fyrir sér með berum augum er ekki augljóst hvernig hann er að innri gerð. Málmurinn virðist sléttur og felldur og án mynsturs eða einkenna. En þegar búturinn er skoðaður nánar kemur annað í ljós, sérstaklega þegar hann er skoðaður í rafeindasmásjá. Málmur er kristall og frumeindir málmsins skipa sér í mynstur.

Málmbútur er því samsettur úr ógrynni kristalla eða korna sem hvert um sig er ekki stærra en 1/10 til 1/100 úr millimetra. Sumir málmar hafa stór korn en aðrir smá. Við segjum að málmar séu fínlegir að gerð ef þeir hafa smá korn en grófir séu kornin stór. Stærð kornanna í málmunum segir einnig til um eiginleika þeirra, svo sem seigju, hörku og styrk.

Allir málmar eru góðir leiðarar, það er þeir leiða hita og rafstraum afar vel. Þeir hafa flestir mikla eðlisþyngd og áferðin er glansandi. Þau frumefni sem ekki innihalda málma hafa ekki þessa áferð og eru lélegir leiðarar. Málmarnir eru allir, fyrir utan kvikasilfur, fast efni við venjulegt hitastig í umhverfi okkar.

Efnin sem við þekkjum eru ýmist í föstu formi, fljótandi formi eða í formi gastegunda. Þessi form efnis eru gjarnan kölluð ástandsform efna. Málmar eru fast efni við umhverfisaðstæður eins og við þekkjum, nema kvikasilfur en það storknar við – 39°C. Þegar málmar eru hitaðir nógu mikið kemur að því að þeir bráðna og verða að fljótandi efni (það er að segja efnið skiptir um form). Þegar þeir kólna aftur storkna þeir og verða fast efni á ný. Við getum líkt þessu við að ef við erum með ísmola í höndunum og veltum honum í lófunum þá bráðnar ísinn, vegna varmans frá höndunum (líkamshitinn er 37°C), og verður að vatni sem lekur niður. Við skulum gera ráð fyrir því að vatnið sem lekur úr lófunum safnist saman í skál. Þegar molinn er allur bráðnaður og orðinn að vatni setjum við skálina inn í frystihólfið í ísskápnum. Hitastigið í frystinum er eitthvað lægra en 0°C. Þegar við vitjum um skálina eftir nokkurn tíma komumst við að raun um að vatnið er aftur orðið að ís. Þá getum við tekið ísmolann og brætt hann aftur í lófunum. Hitastigið sem efni þarf að ná til að bráðna, hvort sem um er að ræða ís, málm eða eitthvert annað efni, er kallað bræðslumark efnisins. Ís hefur bræðslumarkið 0°C en venjulegt lóðtin hefur bræðslumark nálægt 230°C. Öll efni sem hægt er að bræða hafa sitt eigið bræðslumark sem er að sjálfsögðu mjög mismunandi eftir efnum. Þegar efnið kólnar á ný, eftir bræðsluna, storknar það aftur og verður fast efni. Sá hiti sem er á efninu við storknun kallast storknunarhiti eða storknunarmark efnisins og er hann nokkurn veginn sá sami og bræðslumarkið. Þessa vitneskju nýttu menn sér þegar þeir fundu upp þær aðferðir við samsetningu á málmhlutum sem við köllum lóðningar og suður.

Eins og áður sagði eru flest efni í umhverfinu efnablöndur, það er að segja þau eru gerð úr fleiri en einu frumefni. Þetta á einnig við um málmana. Málmblanda er það kallað þegar bræddir eru saman tveir eða fleiri málmar og fenginn fram nýr málmur með ný einkenni. Nýi málmurinn hefur þá gjarnan erft nokkur af einkennum og eiginleikum þeirra málma sem blandan er gerð úr, líkt og menn erfa ýmis einkenni frá foreldrum sínum án þess þó að vera alveg eins. Venjulegt lóðtin sem við vinnum með í skólanum er helmingsblanda af tini og blýi. Aðrir málmar sem unnið er með og eru málmblöndur eru messing og nýsilfur. Þessir málmar eru blanda af kopar og öðrum málmum. (Sjá töflu hér neðar)

Margir málmar þola sýrur illa, einkum sterkar sýrur á borð við saltpéturssýru og brennisteinssýru. Sýran leysir upp yfirborð málmsins og getur hæglega leyst hann alveg upp. Þessa vitneskju hafa menn nýtt sér við hreinsun málma, t.d. kopars. Við afglóðun myndast gjallhúð á málminum sem erfitt getur verið að nudda eða slípa af. En ef málmurinn er látinn í saltpéturssýrublöndu hreinsar hún gjallhúðina af yfirborðinu.

Einnig er sýran nýtt til ætingar en þá er sýruþolið efni, t.d. asfalt eða vax, borið á yfirborð málmsins, mynstur eða letur skrapað í asfaltið eða vaxið og málminum síðan dýft í sýrubað. Sýran leysir þá upp málminn sem nýtur ekki verndar áburðarefnanna og skilur eftir sig far í yfirborði málmsins.

Þegar farið er að vinna með málma myndast í þeim spenna og þeir verða

harðir og stökkir og erfitt verður að forma þá og móta. Til þess að losa

um þessa spennu og gera málminn mjúkan og meðfærilegan á ný hitum við hann. Það er kallað að afglóða málminn. Til þess þarf mismikinn hita, allt eftir því hvaða málm við erum með, en algengast er að hita með gasloga þar til málmurinn verður rauðglóandi. Hann er síðan ýmist snöggkældur í vatni eða látinn kólna við stofuhita eftir því hvaða málmur á í hlut. Mun léttara er að forma, slípa, sverfa og saga málmana þegar þeir hafa verið afglóðaðir.