آلیاژ مخلوط یا محلول جامد فلزی متشکل از یک فلز اصلی که آن‌را فلز پایه می‌گویند با یک یا چند عنصر فلزی و یا غیرفلزی است.

آلیاژ معمولا خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. بسته به میزان همگنی در اختلاط عناصر، آلیاژ می‌تواند تکفاز یا چند فازی باشد. هدف از آلیاژسازی، تغییر و بهبود خواص ماده مانند چقرمگی، استحکام، سختی و غیره‌ست. خواص فیزیکی آلیاژ با نمودار فازی توصیف می‌شود.

چقرمگی (به انگلیسی: Toughness) در علم مواد به مقاومت مواد در برابر شکست در اثر اعمال تنش گفته می‌شود. چقرمگی بصورت میزان انرژی جذب شده قبل از وادادگی در واحد حجم مواد تعریف می‌شود.

میزان چقرمگی را می‌توان با محاسبه سطح زیر منحنی تنش-کرنش محاسبه کرد؛ یعنی:

که در این رابطه:

•  : کرنش
•  : کرنش در زمان شکست
• : تنش

هستند.

معمولا آلیاژها بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش می‌شوند. بر اساس تعداد عناصر، آلیاژ را دوتایی، سه‌تایی و غیره می‌نامند. برای بیان یک آلیاژ مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم بکار می‌رود. مثلا، فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است که در این سیستم آلیاژی دامنه کربن بین 0.02 تا 2.14 درصد قابل‌تغییر است.

به محلول جامدی که حداقل یکی از اجزای آنها فلز بوده و خواص فیزیکی وشیمیایی فلزی داشته باشند، آلیاژ فلزی و به محلول‌های جامدی که حداقل یکی از اجزای آن‌ها سرامیکی بوده و خواص سرامیکی داشته باشند، آلیاژ سرامیکی گفته می‌شود.

تولید آلیاژها سابقه‌ای طولانی دارد و شاید به زمانی برسد که انسان فلز را شناخت. اولین آلیاژها از فلزاتی ساخته شدند که در دسترس انسان و فراوان بودند. مس، قلع، سرب و روی از اولین فلزاتی بودند که انسان از آن‌ها آلیاژ ساخت.

مفرغ نخستین آلیاژی است که بشر ساخته است؛ احتمالا از ترکیب اتفاقی مس و قلع به صورت مذاب و سرد کردن مخلوط‌شان. این آلیاژ چون سخت‌تر از هردو فلز مس و قلع بود، برای ساختن چاقو و نیزه و مانند آن به کار رفت. پس از آن هم انواع مختلفی از آلیاژها به دست بشر ساخته شد و با توجه به نیاز و ویژگی‌های‌شان مورد استفاده قرار گرفت. یکی از پرکاربردترین آن‌ها، آلیاژ برنج است که ترکیبی است از مس و روی. این آلیاژ به سبب سختی زیاد از دیرباز مورد استفاده بوده است.

ویژگی های آلیاژ

در برخی از آلیاژها پس از آمیخته شدن عناصر تشکیل دهنده آلیاژ، خواص تمام عناصر تشکیل‌دهنده در آلیاژ تشکیل شده مشاهده می‌شود. درست مانند حل شدن نمک در آب، یکی از عناصر در دیگری فقط حل می‌شود. اما در برخی از آلیاژها، فلزها چنان در هم می‌آمیزند که آرایش ذرات آن‌ها دگرگون شده و یک ترکیب شیمیایی به دست می‌آید. آلیاژها از ذرات بسیار کوچکی تشکیل شده‌اند. برخی از این ذرات به هم می‌پیوندند و مجموعه‌هایی پدید می‌آورند که به آن‌ها دانه گفته می‌شود. اندازه این دانه‌ها در خواص بعدی آلیاژها بسیار تاثیرگذارند. همچنین اندازه دانه‌ها به عواملی همچون میزان حرارت داده شده به مواد تشکیل‌دهنده و سرعت سرد کردن آن‌ها بستگی دارد؛ در حقیقت هرچه مواد را سریع‌تر سرد کنیم، اندازه دانه‌ها ریزتر می‌شود. به این ترتیب، ریزی و درشتی دانه‌ها، در خواص بعدی آلیاژها تاثیرگذار است و از راه تنظیم میزان حرارت داده شده و سرعت سرد کردن می‌توان خواص مورد نظر را در آلیاژ ایجاد کرد. بیشتر آلیاژها از فلزات تشکیل‌دهنده‌شان سخت‌ترند. به همین دلیل از شکل‌پذیری کمتری برخوردارند. همین‌طور بیشتر آلیاژها در دمایی کمتر از دمای ذوب فلزات تشکیل‌دهنده ذوب می‌شوند و رسانایی الکتریکی ضعیف‌تری دارند.

انواع آلیاژها

آلیاژها را با توجه به فلز پایه‌شان به دو دسته‌ی آهنی و غیرآهنی تقسیم می‌کنند. آلیاژهای آهنی، آلیاژهایی هستند که فلز پایه در آن‌ها آهن است. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به فولاد اشاره کرد. در مقابل، تمام آلیاژهایی که فلز پایه در آن‌ها، فلزی غیر از آهن است، آلیاژهای غیرآهنی خوانده می‌شود.

فلز پایه در این آلیاژها آهن است. بسته به میزان کربن ترکیب شده در آن، به دو دسته فولادها و چدنها تقسیم می‌شوند.

فولاد

وجود کمتر از 2 درصد تا 0.02 کربن در آهن، فولاد را به وجود می‌آورد. اضافه کردن عناصر دیگر غیر از کربن، هرکدام خواص متفاوتی به فولاد می‌دهد. منگنز سبب سختی فولاد، نیکل باعث جلوگیری از خوردگی فولاد، تنگستن باعث محکمی و وجود کروم و نیکل سبب ضدزنگ شدن فولاد می‌شود. آهن ورزیده نیز آلیاژی است با کربن کم که در ساختن میخ پرچ، لوله آب، زنجیر و غیره به کار می‌رود.

چدن

وجود بیش از 2 تا 6 درصد کربن در آهن، تشکیل چدن می‌دهد.

آلیاژ های غیر آهنی

فلز پایه در این آلیاژها، فلزی غیر از آهن است. مفرغ، برنج و بسیاری آلیاژهایی که می‌شناسیم، آلیاژهای غیرآهنی هستند. امروزه بیشتر چیزهای فلزی که استفاده می‌کنیم از آلیاژها ساخته شده‌اند. کمتر اتفاق می‌افتد که از فلزات به شکل خالص استفاده شوند. حتی طلا و نقره هم به صورت آلیاژ استفاده می‌شوند. افزودن فلزات ارزان قیمت به طلا و نقره، نه تنها از جلوه‌شان نمی‌کاهد، بلکه باعث می‌شود در برابر سایش نیز مقاوم‌تر شوند. طلا و نقره معمولا با مس ترکیب شده و تشکیل آلیاژ می‌دهند. عیار طلا، نشان‌دهنده مقدار فلز اضافه شده در آن است. عیار طلای خالص را 24 فرض می‌کنند. بنابراین طلای 18 عیار، طلایی است که از 24 قسمت، 18 قسمت‌اش طلا و باقی مس است. یکی از آلیاژهای مشهور غیرآهنی ورشو است. این آلیاژ ترکیبی است از مس به عنوان فلز پایه و روی و نیکل به عنوان عناصر حل شونده. ورشو به علت شباهت‌اش به نقره، نقره آلمانی و نقره انگلیسی نیز گفته می‌شود.

ملغمه نقره

آلیاژی از نقره و جیوه است که از آن برای تهیه مواد پرکننده دندان هم استفاده می‌شود. در این آلیاژها فلز پایه، جیوه است.

پیوند شیمیایی به نیروهایی که اتم‌ها یا مولکول‌ها را کنار هم نگه می‌دارد گفته می‌شود و بر دو دسته‌اند:

1. پیوندهای میان اتمی: پیوند کووالانسی - پیوند الکترووکوالانسی (پیوند یونی) - پیوند داتیو - پیوند فلزی
2. پیوندهای میان مولکولی: نیروی لاندن - نیروی واندروالسی - پیوند هیدروژنی

این پیوندها می‌تواند بین دو اتم یکسان یا دو اتم متفاوت باشد که در حالت اول مولکول را هم هسته و در حالت دوم آن را ناهم هسته می‌نامند. قدرت پیوند شیمیایی را الکترونگاتیوی (یا الکترونگاتیویته) تعیین می‌کند. تعداد پیوندهای شیمیایی در مولکول‌های مختلف متفاوت است و از یک پیوند در مولکول‌های ساده دو اتمی تا پیوندهای بسیار در ماکرومولکول‌ها را شامل می‌شود.

پیوند کووالانسی

در ترکیب یونی، اتم‌ها با از دست دادن یاگرفتن الکترون، مدار بیرونی خود را پر می‌کنند. اما در پیوند اشتراکی (کووالانسی) اتم‌ها می‌توانند با به اشتراک گذاشتن الکترون‌ها مدار خویش را پر کنند و به هشتایی پایدار گاز نجیب قبل از خودشان برسند. پیوند کووالانسی در اثر نیروی جاذبه? الکتریکی به وجود می‌آید. مثلا: هنگامی که دو اتم هیدروژن به هم نزدیک می‌شوند، جاذبه? الکتریکی بین آنها ایجاد می‌شود و دو اتم با به اشتراک گذاشتن یک الکترون کنار هم می‌مانند. فاصله? بین اتم‌های متصل به هم راطول پیوند می‌گویند. هر چه طول پیوند کمتر باشد، انرژی آن بیشتر است. انرژی پیوند، انرژی لازم برای غلبه بر نیروی جاذبه? بین اتم‌هاست و واحد آن کیلوژول برمول (kJ/mol) است. نقطه? ذوب و جوش ترکیب‌هایی که پیوند کووالانسی دارند خیلی پایین‌تر از ترکیبات یونی است. این ترکیب‌ها نارسانای برق هستند. پیوند کووالانسی اغلب بین دو اتم نافلز است. مثلا: دو اتم کربن با چهار اتم هیدروژن یک پیوند کووالانسی را به وجود می‌آورند که به اتیلن معروف است. به مولکول‌هایی که با پیوند کووالانسی به وجود می‌آیند ترکیب مولکولی یا جامد مولکولی می‌گویند.

پیوند یونی

پیوند یونی ( که در مطالب قبل همین وبلاگ نیز با آن آشنا شدیم ) ، با انتقال الکترون همراه است یعنی یکی از اتم‌های واکنش دهنده یک یا چند الکترون از دست می‌دهد و اتم دیگر یک یا چند الکترون می‌گیرد.و پیوند یونی، قویتر از پیوند هیدروژنی و واندروالسی است.

پیوند یونی نوعی از پیوند شیمیایی است که برپایه نیروی الکترواستاتیک بین دو یون با بار مخالف شکل می‌گیرد.

ترکیبات یونی متشکل از تعداد زیادی آنیون و کاتیون هستند که با طرح معین هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک بلور بوجود می‌آورند. هر بلور، به سبب جاذبه‌های منفی ـ مثبت یونها به هم، نگهداشته شده است. فرمول شیمیایی یک ترکیب یونی نشانه ساده‌ترین نسبت یونهای مختلف برای به وجود آوردن بلوری است که از نظر الکتریکی خنثی باشد.

پیوند داتیو

پیوند داتیو نوعی پیوند کووالانسی بین دو اتم است که دو الکترون از یک اتم وارد اربیتال خالی اتم دیگر می‌شوند. بسیاری از ترکیبات شیمی از جمله ترکیبات کمپلکس در شیمی معدنی پیوند داتیو دارند.

به پیوند شیمیایی که در آن مانند کووالانسی یک جفت الکترون به اشتراک گذاشته شود اما هردو الکترون توسط یکی از اتم‌ها تامین شود، پیوند کووالانسی یک طرفه یا پیوند داتیو می‌گویند.

به این دلیل که دو الکترون پیوندی بین اتم‌ها در تشکیل پیوند داتیو از یک اتم نیست قطبیت این پیوند بیشتر از پیوندهای کووالانسی دیگر که یک الکترون از هر اتم در پیوند مشارکت دارد است. اتم الکترون دهنده قبل از تشکیل پیوند به صورت کاتیون و اتم الکترون گیرنده به صورت آنیون در نمی‌آید بنابراین پیوند داتیو پیوند یونی نیست اما می‌توان مولکول تشکیل شده را به عنوان ترکیبی دارای کاتیون هم در نظر گرفت. پیوند داتیو در اقع پیوندی است که در آن یک اتم هر دو الکترون خود را به اشتراک می گذارد.

پیوند فلزی

پیوند فلزی نوعی پیوند شیمیایی بین اتمی است که میان فلزات دیده می‌شود. چون فلزات نمی‌توانند پیوند کووالانسی برقرار کنند، در یک گروه هشت‌تایی قرار می‌گیرند و الکترون در آن‌ها به راحتی حرکت می‌کند. فلزهایی مانند لیتیم?سدیم و آهن این گونه اند.

رسانایی الکتریکی: جریان الکتریکی در واقع جریان الکترون هاست، زمانی که دو سر سیم برق را به یک تکه فلز متصل می کنیم تعداد زیادی الکترون به سمت قطب مثبت جاری می شوند و به وسیله ی سیم از فلز خارج می شوند، این اتفاق باعث کمبود الکترون در فلز می شود و الکترون های غیر مستقر قسمت های دیگر فلز را به سمت خود می کشد و الکترون های از دست رفته به وسیله ی جریانی از الکترون ها جبران می شود، با تکرار این روند جریان الکتریکی ایجاد می شود. رسانایی گرمایی: دما جنبش الکترون های غیر مستقر را افزایش داده و به دلیل پیوستگی این الکترون ها، دما به تمام قسمت های فلز منتقل می شود. درخشندگی و جلای فلزات: تابش نور به الکترون های غیر مستقر به آسانی باعث بر انگیخته شدن آن ها می شود و بازگشت آن ها به حالت پایه باعث تابش نور مرعی م شود، بعضی فلزات به این خاطر رنگی متمایز دارند که الکترون هایشان حالت های ایستاده ی متفاوتی نسبت به بقیه ی فلزات دارند. پدیده ی فوتوالکتریک: انرژی دادن به الکترون های غیر مستقر (به صورت گرمایی یا تابشی) ممکن است به حدی آن ها را بر انگیخته کند که آن ها را از فلز جدا کرده، و در صورت نیاز می توان این الکترون ها را در مداری به جریان در آورده و جریان الکتریکی تولید کنیم. چکش خواری: وقتی ضربه ای به فلز وارد می شود یون های مثبت فلزی در دریای الکترون منفی جابجا می شوند اما این دریای الکترون با حفظ پیوستگی یون های مثبت فلزی جلوی شکستگی فلز را می گیرند.

پیوند های بین مولکولی

نیروی واندروالسی

اتم‌ها در مولکولها توسط پیوندهای کووالانسی کنار هم نگه داشته شده‌اند. اما پرسش این است که مولکولها در حال مایع و جامد توسط چه نیرویی به سوی یکدیگر جذب می‌شوند، نیروهایی که مولکولهای یک ماده را در حالت مایع یا جامد به همدیگر ارتباط می‌دهد به نیروهای بین مولکولی معروف است.

نیروهای بین مولکولی بین مولکولهای قطبی با نیروهای بین مولکولی بین مولکولهای غیرقطبی باهم تفاوت دارند. معمولاً نیروهای بین مولکولی به نام نیروهای واندروالسی معروفند. وجود این نیروها در بین مولکولها باعث می‌شود که یک ترکیب جامد مولکولی شکل معینی داشته باشد و با غلبه بر این نیروها بتوان آن را به حالت مایع درآورد.

اولین بار یوهانس واندروالس در سال 1873 وجود نیروهای کشش بین مولکولی در میان مولکولهای گاز را مطرح کرد، به نظر واندروالس مجموع این نیروها هستند که مقدار انحراف یک گاز حقیقی از گاز ایده آل را معین می‌کنند توضیح خاستگاه این نیروهای بین مولکولی توسط فرتینر لاندن در 1930 پیشنهاد شد. امروزه نیروهای بین مولکولی را به صورت عام نیروهای واندروالس و نیروهای پراکندگی بین مولکولهای غیرقطبی را نیروهای لاندن می‌نامند. ایا شما نیرو های لاندن را می شناسید؟

نیروی پراکندگی لاندن

نیروی پراکندگی لاندن(به انگلیسی: London dispersion force) از جمله نیروهای ضعیف بین‌مولکولی است. نوعی جاذبه میان دوقطبی‌هایی است که بر اثر برهم خوردن توزیع الکترون در مولکول‌های ناقطبی ایجاد می‌شود. به این دوقطبی‌ها القایی می‌گویند.

پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی بین اتم‌های هیدروژن و اتم‌هایی که الکترونگاتیوی بالایی دارند برقرار می‌شود. این پیوندها می توانند بین ملکول‌های مختلف و یا بین اتم‌های مختلف یک ملکول (درون ملکولی) ایجاد شوند. پیوند هیدروژنی (5-30 kj/mol) از پیوند واندروالس مستحکمتر است اما از پیوندهای یونی و کووالانت ضعیفتر است. این نوع پیوند شیمیایی در هر دو نوع ملکول‌های غیر آلی (مانند آب) و آلی (مانند DNA) دیده می شود.

این پیوند درون ترکیباتی دیده می‌شود که هم هیدروژن و هم عناصر با الکترونگاتیوی بالا (مانند:اکسیژن، نیتروژن، فلوئور) وجود داشته باشد.

پیوند هیدروژنی موجب خواص عجیبی در آب شده است. مثلا:

• بالا بودن ظرفیت گرمایی
• بالا بودن گرمای نهان تبخیر
• افزایش حجم غیرعادی در مقابل کاهش دما( از -4 درجه سانتیگراد تا 0 درجه سانتی گراد )

آب تبلور آبی است که به همراه مولکولهای بعضی بلورهای جامدهای یونی است. هنگامی که یک جامد یونی از محلول آبی متبلور می ‌شود به عنوان مثال باریم کلرید محلول در آب است و ما به وسیله‌ی تبخیر یک مقدار از محلول و اشباع کردن محلول، مقداری بلور BaCl2 به دست می آوریم. در این هنگام تعدادی از مولکولهای آب در شبکه بلور به دام افتاده و با بلور پیوندهای ضعیف واندروالسی برقرار می کند. در این هنگام ما به جای BaCl2 خالص، نمک متبلور آن را داریم و فرمول آن به صورت ((BaCl2, 2H2O(s) می ‌باشد. به این گونه بلورهای نمکی که با مولکولهای آب همراه هستند، هیدرات و به آبی که این بلورها را همراهی می کند و در شبکه ی بلوری این نمکها وارد شده است، آب تبلور گفته می شود. مثال دیگر از این دست، سولفات مس هیدراته است که دارای 5 مولکول آب تبلور می ‌باشد:( ­(CuSO4, 5H2O (s)

معمولا ً ظاهر هیدراتها با ترکیبات بی ‌آب آنها کاملا ً تفاوت دارد. به طور معمول، هیدراتها بلورهای نسبتا ً بزرگ و غالبا ً شفاف تشکیل می ‌دهند. هیدراتها بر اثر گرم شدن تجزیه می ‌شوند و آب تبلور خود را به صورت بخار آب از دست می ‌دهند.

BaCl2, 2H2O(s) à BaCl2 (s) + 2H2O g

از بین رفتن آب تبلور یک هیدرات را شکوفا شدن می ‌نامند.

رنگ برخی از نمک های آب پوشیده با رنگ نمک بی آب آنها متفاوت است، از این رو، از این نمکها به عنوان شناساگر رطوبت استفاده می کنند. مثلا ً

قرمز رنگCoCl2.2H2O

صورتی رنگ CoCl2.5H2O

بنفش رنگ CoCl2.4H2O

آبی رنگ CoCl2

مسائل مربوط متبلور معمولا ًَ به این صورت است که مقدار مشخصی از نمک را حرارت داده و وزن آن در اثر تبخیر آب درون آن کاسته می شود. از روی کاهش وزن داده شده از ما می خواهند که نسبت آب به نمک را محاسبه کنیم. به عنوان مثال:

023/1 گرم نمک آب پوشیده ی مس II سولفات را در یک بوته ی چینی حرارت می دهیم تا آب آن بخار شود. 654/0 گرم نمک بی آب مس II سولفات در بوته باقی می ماند. حساب کنید به ازای هر مول CuSO4، چند مول آب در نمک آبدار وجود داشته است.(جرم مولی مس، گوگرد، اکسیژن و هیدروژن به ترتیب 64، 32، 16 و 1 گرم بر مول است.)

مس ( II ) سولفات آبپوشیده

مس ( II ) سولفات خشک

برای حل این گونه سؤالات باید سه مرحله طی کنیم:

1- ابتدا این رابطه را بنویسیم و جرم هر یک از این گونه ها را حساب کنیم: آ- جرم نمک آبدار ب- جرم نمک بی آب ج- جرم آب و این رابطه را برایش بنویسیم:

جرم نمک آبدار = جرم نمک بی آب + جرم آب

2- تبدیل کردن جرم نمک بی آب به مول

3- تبدیل کردن جرم آب به مول

4- به دست آوردن نسبت مولی آب به نمک به وسیله ی تقسیم کردن مرحله ی 4 به مرحله ی 3

پس با استفاده از مرحله ی اول، ابتدا جرم آب بخار شده را حساب کنیم:

جرم آب بخار شده = جرم نمک آب پوشیده – جرم نمک بی آب

369/0 = 654/0 – 023/1

بنابراین مقدار آب بخار شده برابر 369/0 گرم می باشد.

حال باید تعداد مول نمک بی آب را محاسبه می نماییم. برای این منظور جرم نمک مورد نظر را در معکوس جرم مولی آن ضرب می نماییم.

تعداد مول نمک بی آب

Mol 004/0=g CuSO4 160 / mol CuSO4 1 * g CuSO4 654/0

حال باید ببینیم این مقدار گرم آب برابر چند مول آب می باشد. برای این منظور به این ترتیب عمل می کنیم:یعنی باید جرم مورد نظر را در معکوس جرم مولی آب ضرب نماییم. جرم مولی نیز با جمع جرم اتمهای تشکیل دهنده ی با در نظر گرفتن تعداد آن ها به دست می آید.

تعداد مول آب بخار شده

Mol 020/0=g H2O 0/18 / mol H2O 1 * g H2O 369/0

حال نسبت تعداد مول های آب بخار شده به مول های نمک بی آب را به وسیله ی تقسیم آن ها به یکدیگر به دست می آوریم.

1/5 = mol 400/0 / mol 020/0 = تعداد مول CuSO4 / تعداد مول H2O

پس نسبت آب به نمک برابر 5 به 1 است. بنابراین فرمول تجربی این نمک CuSO4.5H2O بوده، تعداد آب تبلور آن 5 است.

فلزات قلیایی به عناصر گروه اول جدول تناوبی گفته می‌شود که شامل فلزهای لیتیم، سدیم، پتاسیم، روبیدیم، سزیم و فرانسیم می‌باشد. هیدروژن گرچه در گروه اول قرار می‌گیرد ولی دارای خصوصیات متفاوتی نسبت به دیگر اعضای این گروه می‌باشد، لذا آن را در دسته فلزات قلیایی قرار نمی‌دهند.درگذشته انسان به این نکته پی برده که اگرخاکسترباقی‌مانده ازسوختن چوب راباآب مخلوط کند،محلولی به دست می آیدکه می تواندچربی هارادرخودحل کند.آنهااین محلول راقلیانامیدند.امروزه می دانیم که درخاکسترچوب برخی ازترکیب های عنصرهای گروه اول جدول تناوبی وجودداردازاین روعنصرهای این گروه رافلزهای قلیایی نامیدند.

عناصر به ترتیب گروه بندی ( طبق جدول عناصر مندلیف )

Lithium

Sodium

Potassium

Rubidium

Cesium

Francium

عناصر گروه اول جدول تناوبی که به فلزات قلیایی معروفند، در لایه ظرفیت الکترونی دارای آرایش هستند که n، شماره دوره آنها است. آخرین عنصر به نام فرانسیم، رادیواکتیو است که در اینجا مورد بحث قرار نمی‌گیرد. این عناصر، فلزات نقره‌فام رنگی هستند. آنها بسیار نرم بوده و به آسانی با چاقو بریده می‌شوند. سطح درخشان آنها در معرض هوا به علت اکسیداسیون کدر می‌شود.

این عناصر بشدت واکنش پذیر هستند. واکنش پذیری آنها از بالا به پایین گروه یعنی از Li به Cs افزایش می‌یابد و از این لحاظ شبیه عناصر سایر گروهها هستند.

این فلزات بدلیل واکنش‌پذیری زیاد بطور آزاد در طبیعت یافت نمی‌شوند و معمولاً بصورت ترکیب با سایر عناصر هستند. منبع اصلی سدیم، هالیت یا NaCl است که بصورت محلول در آب دریا یا بصورت رسوب در بستر دریا یافت می‌شود. پتاسیم بصورت فراوان در اکثر معادن بصورت کانی سیلویت (KCl) یافت می‌شود و همچنین از آب دریا هم استخراج می‌گردد.

فلزات قلیایی بسیار واکنش‌پذیر هستند و آنها را نمی‌توان با جانشین کردن سایر فلزات بصورت آزاد تهیه کرد. فلزات قلیایی بصورت فلز آزاد را می‌توان از الکترولیز نمکهای مذاب آنها تهیه کرد.

فلزات قلیایی از چند جهت با بقیه فلزات تفاوت دارند. آنها نرم بوده و دارای نقطه ذوب و نقطه جوش پایین هستند. چگالی پایینی دارند، بطوریکه چگالی K و Na و Li از چگالی آب پایین‌تر است. آنتالپی استاندارد ذوب و تبخیر کمتری دارند. به علت داشتن فقط یک الکترون در لایه ظرفیت معمولاً پیوندهای فلزی ضعیفی ایجاد می‌کنند. این فلزات وقتی در معرض شعله قرار می‌گیرند، رنگ آن را تغییر می‌دهند. وقتی عنصری در مقابل شعله قرار می‌گیرد، حرارت شعله انرژی کافی برای برانگیختن الکترون لایه ظرفیت را به لایه‌های بالاتر فراهم می‌کند.

الکترون در بازگشت به حالت پایه انرژی منتشر می‌کند و این انرژی دارای طول موج منطقه مرئی است که باعث می‌شود رنگ ایجاد شده در شعله دیده شود. شعاع یونی در فلزات قلیایی خاکی در مقایسه با شعاع اتمی آنها خیلی کوچک‌تر است. چون اتم یک الکترون در لایه S خود دارد که عدد کوانتومی آن با عدد کوانتومی لایه داخلی متفاوت است. بنابراین این لایه نسبتاً دور از هسته‌است.

وقتی اتم این الکترون را از دست داده و به یون تبدیل می‌شود، الکترونهای باقی‌مانده در تراز نزدیک نسبت به هسته قرار دارند. بعلاوه افزایش بار مؤثر هسته آنها را بیشتر به‌طرف هسته جذب می‌کند. بنابراین اندازه یون کاهش می‌یابد.

از بالا به پایین، به شدت واکنش با آب افزوده می‌شود. لیتیم به آرامی با آب واکنش داده و حبابهای هیدروژن آزاد می‌کند. سدیم بشدت و همراه با مشتعل شدن با آب واکنش نشان داده و با شعله نارنجی می‌سوزد. پتاسیم در اثر برخورد با آب به شدت مشتعل شده و با شعله بنفش می‌سوزد. سزیم در آب ته نشین شده و به سرعت تولید هیدروژن می‌کند. آزاد کردن هیدروژن همراه با ایجاد امواج ضربه‌ای شدید است که می‌تواند باعث شکستن محفظه شیشه‌ای شود.

Na در آمونیاک حل شده و ایجاد محلول آبی تیره می‌کند که به‌عنوان عامل کاهنده در واکنشها استفاده می‌شود. در غلظتهای بالا رنگ محلول برنزی شده و جریان الکتریکی را همانند فلز هدایت می‌کند.

چند مورد غیر عادی در شیمی Li دیده می‌شود. کوچک بودن اندازه کاتیون Li در نشان دادن خاصیت کووالانسی در برخی ترکیبات و ایجاد پیوند دیاگونالی با منیزیم از آن جمله‌است.

هیدروکسید فلزات قلیایی، جامدات یونی به فرم کریستالی در رنگ سفید و فرمول MOH است. قابل حل در آب هستند و همه بجز LiOH آبدار می‌شوند. محلول آبی آنها باز قوی است. اسیدها را خنثی کرده و نمک تولید می‌کنند.

هالیدهای این فلزات، همه جامد یونی به فرم کریستالی و به رنگ سفید بوده و قابل حل در آب هستند، جز LiF که بعلت داشتن انرژی شبکه بالا که ناشی از جاذبه الکتروستاتیکی بین یون کوچک +Li و -F است.

این فلزات حالت اکسایش 0 و 1+ دارند. تمام ترکیبات شناخته شده آنها بر پایه +M است. اولین انرژی یونش آنها پایین است، زیرا الکترون آخرین لایه به خوبی الکترونهای لایه داخلی توسط جاذبه هسته محافظت نمی‌شود، بنابراین آسان تر برداشته می‌شود. انرژی دومین یونش بالا است، زیرا الکترون بعدی از لایه کامل برداشته می‌شود. همچنین به‌وسیله هسته، بخوبی جذب می‌شود.

انرژی یونیزاسیون از بالا به پایین با افزایش عدد اتمی و افزایش تعداد لایه‌ها بعلت دور شدن الکترون ظرفیت از هسته کاهش می‌یابد.

پیوند یونی نوعی از پیوند شیمیایی است که برپایه نیروی الکترواستاتیک بین دو یون با بار مخالف شکل می‌گیرد.

ترکیبات یونی متشکل از تعداد زیادی آنیون و کاتیون هستند که با طرح معین هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک بلور بوجود می‌آورند. هر بلور، به سبب جاذبه‌های منفی ـ مثبت یونها به هم، نگهداشته شده است. فرمول شیمیایی یک ترکیب یونی نشانه ساده‌ترین نسبت یونهای مختلف برای به وجود آوردن بلوری است که از نظر الکتریکی خنثی باشد.

وقتی اتم‌ها به یون تبدیل می‌شوند، خواص آنها شدیدا تغییر می کند. مثلاً مجموعه‌ای از مولکولهای برم قرمز است. اما یونهای برم در رنگ بلور ماده? مرکب هیچ دخالتی ندارند. یک قطعه سدیم شامل اتم‌های سدیم نرم است. خواص فلزی دارد و بر آب به شدت اثر می‌کند. اما یونهای سدیم در آب پایدارند.

مجموعه بزرگی از مولکولهای کلر، گازی سمّی به‌رنگ زرد مایل به سبز است، ولی یونهای کلرید مواد مرکب رنگ ایجاد نمی‌کنند و سمّی نیستند. به همین لحاظ است که یونهای سدیم و کلر را به صورت نمک طعام می‌توان بدون ترس از واکنش شدید روی گوجه فرنگی ریخت. وقتی اتم‌ها به صورت یون در می‌آیند، ماهیت آنها آشکارا تغییر می‌کند.

رسانایی الکتریکی : رسانایی الکتریکی مواد مرکب یونی مذاب به این علت است که وقتی قطب‌هایی با بار مخالف در این مواد مذاب قرار گیرد و میدان الکتریکی برقرارشود، یونها آزادانه به حرکت در می‌آیند. این حرکت یونها بار یا جریان را از یک‌جا به جای دیگر منتقل می‌کنند. در جسم جامد که یونها بی‌حرکت‌اند و نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند، جسم خاصیت رسانای الکتریکی ندارد.

سختی : سختی مواد مرکب یونی به علت پیوند محکم میان یونهای با بار مخالف است. برای پیوندهای قوی انرژی بسیاری لازم است تا یون‌ها از هم جدا شوند و امکان حرکت آزاد حالت مذاب را پیداکنند. انرژی زیاد به معنی نقطه جوش بالا است که خود از ویژگی‌های مواد مرکب یونی است.

شکنندگی : مواد مرکب یونی شکننده‌اند. زیرا که ساختار جامد آنها آرایه منظمی از یونهاست. مثلاً ساختار سدیم کلرید (NaCl) را در نظر بگیرید. هرگاه یک سطح از یونها فقط به فاصله یک یون در هر جهت جابجا شود، یونهایی که بار مشابه دارند درکنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یکدیگر را دفع می‌کنند و چون جاذبه‌ای در کار نیست بلور می‌شکند. سدیم کلرید را نمی‌توان با چکش کاری، به ورقه‌های نازک تبدیل کرد. با چنین عملی بلور نمک خرد و از هم پاشیده می‌شود.

عناصرگروه IA (فلزات قلیایی) یعنی Li ، Na ، K ، Rb ، Cs، هر یک به ترتیب یک الکترون بیشتر از گازهای نجیب ، (He ، Kr ، Ne ، Ar ، Xe) دارند. اگر هر یک از این فلزات از هر اتم یک الکترون از دست بدهند، جزء باقیمانده آرایش الکترونی گاز نجیب متناظر خود را پیدا می‌کند. مثلاً ، Li یک الکترون والانس در آرایش حالت پایه دارد. از دست دادن یک الکترون موجب می‌شود که Li ساختار الکترونی He را پیداکند. یک اتم Li که فقط دو الکترون و سه پروتون داشته باشد، بار +1 خواهد داشت.

یک اتم باردار مانند یا یک گروه از اتم‌های باردار، مانند گروه سولفات را یون می‌گویند.

عناصر گروه IIA (فلزات قلیایی خاکی) هریک دو الکترون والانس دارند. پس برای اینکه mg ، ca ، sr ، ba ساختار گاز نجیب را به دست آورند اتم‌های هرعنصر باید دو الکترون از دست بدهند. از دست رفتن دو الکترون موجب می‌شود که دو پروتون در هسته خنثی نشده بماند. پس هر یون بار +2 خواهد داشت. برای جدا شدن سومین الکترون لازم است جفت الکترونهای تراز اصلی با انرژی پایین‌تر شکسته شود. این امر انرژی زیادتری می‌خواهد. جداشدن الکترونها از فلزات و تشکیل یونهای مثبت حاصل از آنها را می‌توان به راههای مختلف ترسیم کرد.

پس جدا شدن یک الکترون از یک اتم معین جداشدن الکترونهای بعدی به ترتیب مشکلتر می‌شود. زیرا با از دست رفتن هر الکترون بار مؤثر زیادتری می‌شود و الکترونهای باقیمانده را محکمتر نگاه می‌دارد. بطور خلاصه یونهای مثبت وقتی تشکیل می‌شوند که اتم‌های فلزی یک الکترون (گروهIA) دو الکترون (گروهIIA) و یا سه الکترون (گروهIIIA) به اتم‌های غیر فلزی می‌دهند. یونهای حاصل آرایش الکترونی یکسان با یک گاز نجیب دارند.

عناصر گروه VIIA (هالوژنها) یونهای مثبت در حضور یونهای منفی پایدار می‌شوند. خنثی شدن بار، هر دو نوع یون را پایدار می‌کند. یونهای منفی پایدار، از اتم‌هایی که شش یا هفت الکترون والانس دارند، تولید می‌شوند. اینگونه اتم‌ها آنقدر الکترون بدست می‌آورند تا ساختار گاز نجیب را پیدا کنند. مثلاً اتم‌های عناصر گروه VIIA (هالوژن‌ها) هفت الکترون والانس دارند و هر یک، یک الکترون می‌خواهند تا آرایش الکترونی یک گاز نجیب را پیدا کنند.

اگر اتم‌های F ، Cl ، Br ، I هر یک، یک الکترون بدست آورند، یونهای حاصل یعنی ، ،، به ترتیب آرایش الکترونی را خواهند داشت.

عناص گروه VIA (گروه اکسیژن) اتم عناصر (VIA) برای رسیدن به ساختار الکترونی یک گاز نجیب هریک دو الکترون نیاز دارند. اضافه شدن دو الکترون به هر اتم، سبب تولید می‌شود. روند به دست آوردن الکترون توسط غیرفلزات، مانند از دست دادن الکترون توسط فلزات را می‌توان به راههای متفاوت ترسیم کرد. بطور خلاصه غیرفلزات یک، دو، یا سه الکترون از فلزات می‌گیرند و یون منفی ایجاد می‌کنند.

این یونهای منفی همگی الکترونهای والانس جفت شده و آرایش هشت الکترونی پایدار گازهای نجیب را دارند.

فرمول شیمیایی مواد مرکب یونی فرمول شیمیایی یک ماده مرکب از لحاظ الکتریکی خنثی است. خنثی بودن الکتریکی مستلزم آن است که شمار بارهای مثبت و منفی در بلور ماده مرکب برابر باشند. دو برای هر، سه یون برای دو یون Al^3+ و الی آخر. در بلور نمک طعام یونهای با جاذبه الکتریکی میان بارهای مخالف، در جای خود نگاه داشته شده‌اند.

علاوه بر این، برای خنثی بودن این ماده مرکب باید نسبت یونهای سدیم به یونهای کلرید 1 به 1 باشد. در این صورت ساده‌ترین فرمول آن خواهد بود. در ساختار بلورین هر یون سدیم با هر شش یون کلرید اطراف آن جذب می‌شود. به همین طریق هر یون کلرید با هر شش یون سدیم اطراف آن جذب می‌شود.

در ساختارهای یونی هیچ مولکول تک اتمی وجود ندارد، یعنی هیچ یون خاصی وجود ندارد که منحصرا به یک یون دیگر بپیوندد.