مقدمه ای بر علم متالورژی

بسمه تعالی

مقدمه ای بر علم متالورژی

ای نام تو بهترین سر آ غاز بی نام تو نامه کی کنم باز

با نام خدا اغاز میکنیم که سرچشمه هستی است ,, هر انچه که هست از اوست .

به نام او که از ابتدای خلقت راه زندگی را به بشر اموخت و در هر برهه ای از زمان به نسبت نیاز بشر علم استفاده از مواهب و نعمتهای نازل شده بر زمین و اسمان و جهان هستی را آموخت .

آنچه که در ذیل بیان میکنم , گوشه ای از تحقیقات علمی اینجانب به عنوان مولف است که به لطف اللهی فرصتی دست داد تا در مسیر خدمت به امت وتشکر از ذات احدیت مطالبی را در خصوص علم مواد و متالورژی ,بطور خلاصه بتوانم راجع به این علم وهنر بسیار مهم , خامه را در دست بچرخانم و شیرازه کلام را بیان کنم..

از تاریخ پیدایش جهان و تولد اولین انسان در رو ی زمین سند وتاریخ معتبری در دست نیست همچنین از استفاده بشر از انواع سنگ فلزها و استخراج متریال از دل سنگها حقیقتا تاریخ متقن و مدرک مستند زمانی معینی ثبت نشده ,(( هر کسی از ظن خویش تاریخی را ذکر کرده که زاییده فکر است نه تحقیق مُحَقًق , لکن در تاریخ خوانده ایم که انسانهای اولیه از دل سنگها فلزاتی را جدا میکردند که ازانها به عنوان ا بزارهای دفاعی و رفع نیاز های زندکی چیزهایی به عنوان خنجر وتبر و میله های به اسم سوزن برای دوخت ودوز پوست وچرم حیوانات به عنوان البسه استفاده میکردند .

<<علم متالورژی به تعبیر امروزی>> تقریبا,,, از زمان تقریبی هبوط حضرت ادم (ع) بروی زمین ,در مغز انسان حلول کرد ودر عصری که انسانی عالم , فرهیخته و مقتدری چون ذی القرنین به عرصه ظهور رسید و سد محکم و عجیب و پیچیده معروف به سد یاجوج وماجوج را از امیزش و ذوب چند فلزکه برخی فقط نام اهن و مس را دران فقط اورده اند ساخت)) یعنی دیواره ای عظیم از ممزوج ومخلوط آهن ومس ایجاد کرد که حقیقیتا حتی امروز با این علم نوین در عرصه علم مواد ومتریال و ریخته گری )) کاری بس سخت و دشواراست, اما ذی القرنین این کار را با همت تمام انجام داد و بشر را نیز با این علم اشنا کرد ,,و نهایتاً پس از قرنها ,,علم متالورژی امروزی پا به عرصه ظهور گذاشت . .

انچه که اینجانب در تحقیقات تاریخی و قرانی , بدست اورده ام ذی القرنین در۴۰۰۰ سال پیش از هجری قمری ظهور کرد و در ادوار ۱۵۰۰ ساله خود این علم را به بشر هدیه کرد ,دوران زندگی ذی القرنین به سه بخش تقسیم میشود , پانصد سال زندگی , سپس موت و مدفون در قبر به مدت ۵۰۰ سال و زنده شدن به اذن اللهی و زندگی به مدت ۵۰۰ سال که جمع این ادوار به ۱۵۰۰سال میرسد.

در خلال این مدت علم استفاده از متریال فلزی و غیر فلزی را به مردم اموخت .

,(( پس میتون به تحقیق گفت مبدع علم متالوژی و رواج ان در جامعه ))ذی القرنین است ,,

ذی القرنین پیامبر نبود اما جزء چند بشری است که خداوند به انها اطلاعات وامکانتی داد که به بشریت خدمت کنند.

در قران کریم در شاٌن ذی القرنین امده است که »انَّا مَکَّنَّا لَهُ فِی الْأَرْضِ وَآتَیْنَاهُ مِن کُلِّ شَیْءٍ سَبَبًا سوره کهف ایه شریفه ﴿۸۴﴾ ما در زمین به او (( منظور ذی القرنین است ))امکاناتى دادیم و از هر چیزى وسیله‏اى و امکاناتی بدو اعطاء کردیم.

همه این امکانات وعلم و توانمندی انجام ساخت سد به این عظمت که یک دیواره ضخیم ومحکم ممزوج از اهن ومس هست توسط ذی القرنین انجام شد ,, حال با نظر امروزی نگاه کنیم که چه کوره ذوب و چه وسیله ای برای تخلیه آن و ریختن در این دیواره عظیم ابتدا ساخته شده که این سد سازی در ان صورت گرفته , حقیقتا از اعجاز آن زمان هست ..

یکی ازعلوم اللهی وتوانمندی که خداوند به ذی القرنین اعطاء کرد علم استخراج آهن از سنگ اهن و دیگر مواد موجود در سنگهای معدنی نهفته در زمین بود .شاخص این متریال اهن است که نقش بسیار مهمی در زندگی ۷.۵۰۰.۰۰۰.۰۰۰ بشر روی زمین است .

فلز اهن آنقدر ارزشمند است که سوره ای در قران به آن اختصاص داده شده :

الله جل جلاله الکریم ,درپنجاه وهفتمین سوره قرآن کریم که به نام حدید (( اهن)) میباشد ایه ای در وصف قابلیت حدید اورده است که چراغ راه بشیریت در علم متالورژی است میفرماید:
<<َ أَنْزَلْنَا الْحَدیدَ فیهِ بَأْسٌ شَدیدٌ وَ مَنافِعُ لِلنَّاسِ؛ ^[۱] آهن را نازل کردیم که در آن نیروى شدید و منافعى براى مردم است.>>

حضرت داود (ع ) به اذن اللهی اهن را در دستانش نرم میکرد و به اشکال گونگون در میاورد بطوریکه در تاریخ ثبت شده که خداوند آهن را مانند شمع و موم برای استفاده حضرت داود(ع) نرم کرد، و این پبامبر اللهی و حکیم , از این موهبت کمال استفاده را در زره سازی نمود و از این راه امرار معاش میکرد , گویند روزی یک زره از اهن میساخت و به امت خویش نحوه استفاده و کیمیاگری از این فلز گرانبها را میاموخت .

رفته رفته در اثر تجربه نحوه استخراج وامتزاج فلزات با رشد عقلی بشر, پیشرفت چشکمگیری کرد تا به امروز که اثر علم متالورژی را در همه<< جای , جای >>این جهان میبینیم و هر روز نیز با یک کشف و اختراع جدید ی از این علم زندگیمان متحول میشود .

همه این مطالبی را که بیان کردیم مقدمه ای است برای آنچه که قصد داریم از علم متالوژی و شناخت متریال به تفکیک در مورد فلزهای نهفته در سنگها و بعضا امتزاج وترکیب انها با یکدیگر مطالبی را در حد گنجایش ظرف مقالات بیان کنیم .

و اما بحث متالورژی و علم مواد ابتدا از شناخت عناصر , فلزات و قابلیت و خواص ان اغاز میشود که خوب است در ابتدا به شناخت عناصر وفلزها و شبه فلزها و جایگاه وتوانمندی هریک از این مواد بپردازیم .

بهترین روش نزدیک شدن به این خواص , تفکر در جدول مندلیف هست .

و قبل از یادگیری جدول مندلیف چقدر خوب است که کمی در مورد خود این دانشمند بزرگ و شخصیت برجسته جهانی یعنی دمیتری ایوانویچ مِندِلیف بپردازیم .

تصویر ماندگار دمیتری ایوانویچ مِندِلیف در ۶۵ سالگی ((۱۸۹۹-۱۹۰۰ ))

زندگی‌نامه و افتخارافرینی مندلیف :

دمیتری ایوانویچ مِندِلیف، در ۸ فوریهٔ ۱۸۳۴در روستایی نزدیک شهر توبولسک در کشور روسیه متولد شد,, پدر دیمتری مدیر یکی از مدارس محلی در این شهر بود و پدر بزرگ مادری دیمتری ، پاول ماکسیمویچ سوکودوف، یک کشیش ارتدکس بود بود.

مندلیف کوچکترین فرداز یک خانواده پر جمعیت بودکه به روایتی هفدهمین فرزندخانواده محسوب میشد , بعد از نابینا شدن پدر مندلیف و از دست دادن شغل تدریس، مادر وی، مجبور به کار شد و کارخانهٔ شیشه‌ای را که متعلق به آنها ولی رهاشده یود را احیا کرد.

در سن ۱۳ سالگی در پی درگذشت پدرش و تخریب کارخانهٔ شیشه در آتش‌سوزی دمیتری وارد مدرسهٔ ژیمناسیم درشهر توبوسک شد .

, وی در سال ۱۸۶۵(( در سن ۳۱ سالگی )) دکترای علوم را دریافت کرد وبه خاطر پایان‌نامه‌اش در مورد شیمی با عنوان استاد شیمی در مؤسسهٔ ایالتی تکنولوژی سن پترزبورگ و دانشگاه ایالتی سن پترزبورگ مشغول بکارشد .

با اینکه مندلیف افتخارات زیادی در سازمان‌های علمی سرتاسر اروپا از جمله انجمن سلطنتی انگلستان داشت، در ۱۷ اوت ۱۸۹۰ از دانشگاه سن پترزبورگ استعفا داد. او در ۱۸۹۳ به عنوان مدیر اداره بین‌المللی اوزان و مقیاس‌ها منصوب شد.

مندلیف در این سالها در کنار تحقیقات بر روی عناصر یک بر رسی بسیار عمیق و متداومی بر روی الکل داشت و این در حالی بود که محمد ابن زکریای رازی در سال ۹۰۰ میلادی =۲۸۶ هجری قمری یعنی ۱۰۰۰ سال قبل از مندلیف الکل را کشف کرده بود , واینکه چرا مندلیف مدت زیادی را صرف بر رسی این عنصر حیاتی کرده بسیار عجیب بنظر میرسد وپاسخ این سئوال را فقط خود ایشان میتوانست بدهد . که از دید صاحبنظران پنهان نمانده ولی پاسخی براین مهم پیدا نکردند , و ما هم زیاد کنکاش نمیکنیم و به دیگر مطالب مهم در مورد مندلیف میپردازیم .

در سال ۱۹۰۵ (( در سن ۷۰ سالگی ))مندلیف به عنوان عضو آکادمی سلطنتی علوم سوئد انتخاب شد. یک سال بعد از آن کمیسیون شیمی نوبل کمیتهٔ جایزهٔ نوبل شیمی، مندلیف را به خاطر کشف ساختار تناوبی عناصر برای جایزه نوبل در سال ۱۹۰۶ به آکادمی سوئد معرفی کرد

. بخش شیمی آکادمی سوئد این پیشنهاد را به صورت مشروط پذیرفت، اما برخلاف انتظار در جلسهٔ اصلی آکادمی، یک مخالف از اعضای کمیتهٔ نوبل، پیشنهاد انتخاب هانری مواسان، فرد مورد نظر خود را مطرح نمود وفرد با نفوذی به نام , سوانت آرنیوس نیز با وجود اینکه عضو کمیتهٔ نوبل نبود با بیان این که کشف ساختار تناوبی عناصر، برای جایزه نوبل سال ۱۹۰۶ قدیمی است با انتخاب مندلیف مخالفت نمود. به گفتهٔ برخی از معاصران او، آرنیوس به دلیل انتقاد مندلیف از نظریهٔ تفکیک وی، با انتخاب او مخالفت کرد. سرانجام پس از بحثی طولانی، اکثریت آکادمی به هانری مواسان رأی دادند. تلاش برای انتخاب مندلیف برای جایزه نوبل سال ۱۹۰۷ نیز با مخالفت کامل آرنیوس بی فرجام ماند.

مندلیف مثل خیلی از بزرگان تاریخ در زمان حیات خودآنچنان نام اور نبود ولی دلیل اینکه نام وی ماندگار شده است , اثر تعجب همگان بعد مرگ وی و اینکه چگونه توانسته بود جدول تناوبی را درست کند بوجود آمد, بطوریکه نزدیک به ۲۷ سال بعد از مرگ مندلیف سازمان میراث فرهنگی روسیه ,, چندین تمبر یاد بود برای وی چاپ کردند که کلکسیونر های امروزی هریک ار تمبرها را چند میلیون دلار معامله میکنند, ودر این مقاله تصویر دو تمبر یاد بود از این دانشمند و عکس بسیار زیبا و استثنایی مندلیف در کرسی استادی را ملاحظه میفرمایید .

ایدهٔ ارتباط جرم اتمی با ویژگی‌های آنها

در آن زمان تنها شصت و سه عنصر از نظر رسمی شیمی‌دان‌ها شناخته شده بود. مِندِلیف در این اندیشه بود که خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر تابعی از جرم اتمی آن‌ها است. بدون قانون تناوبی نه پیش‌بینی خواص عناصر شیمیایی ناشناخته میسر بود و نه پی‌بردن به فقدان یا غیبت برخی از عناصر. کشف عناصر منوط به مشاهده و بررسی بود. قانون تناوبی راه جدیدی در این زمینه گشود.

جدول تناوبی پایه‌ای برای این کار شد. ساختار این جدول نشان می‌داد که در چه جاهایی مکان خالی باقی می‌ماند که می‌بایست در آینده پُر یا توجیه شود. با آگاهی از خواص عناصر موجود در جوار این مکان‌های خالی دانشمندان وقت قادر بودند , خواص مهم آن عنصرهای ناشناس را تخمین بزنند.و چند مشخصه مقداری آنها (جرم‌های اتمی، چگالی، نقطه ذوب و نقطه جوشش و مانند آن‌ها را) به کمک نتیجه‌گیری‌های منطقی و چند محاسبهٔ ریاضی ساده، تعیین کرد

در ذیل گوشه ای از جدول تناوبیِ اولیه نوشته شده توسط مندلیف را مشاهده میفرمایید.

او در نوشتار خود از شابلون حروف نویسی استفاده کرده بطوریکه نوشته ها مثل چاپ امروزی بنظر میرسد .

پایه‌گذاری جدول تناوبی”

او جدولی درست کرد و شصت و سه عنصر شناخته شده را به ترتیب جرم‌های اتمی‌شان در جدول قرار داد. تعداد عناصر در سطرهای جدول یکی نبود مثلاً سطر پنجم ۳۲ عنصر داشت در حالی که سطر ششم تنها شامل ۶ عنصر بود؛ ولی عناصری که خواص آن‌ها شبیه به هم بود در این جدول نزدیک هم قرار داشتند و بدین علت مقداری از خانه‌های جدول خالی ماند. مندلیف در مورد خانه‌های خالی اظهار داشت که خانه‌های خالی متعلق به عناصری است که تاکنون شناخته نشده‌اند. وی این نتیجه را در سال ۱۸۶۹ به جامعهٔ شیمی روسیه تقدیم کرد.

در سال ۱۸۶۳ با عنصرهای تازه‌ پیداشده‌ای که با نرخ تقریبی یک عنصر در سال معرفی می‌شدند تعداد عناصر شناخته‌شده ۵۶ عنصر بود. جان نیولندز در سال ۱۸۶۵ با انتشار توصیف قانون اکتاو، به وزن نسبی اتمی توجه کرد. این پیشنهاد، بالقوه وجود عناصر جدیدی مانند ژرمانیوم را مشخص کرد. این مفهوم مورد انتقاد قرار گرفت و نوآوری او تا سال ۱۸۸۷ توسط انجمن شیمیدانان به رسمیت شناخته نشد. لوتار مایر هم در نوشتاری در سال ۱۸۶۴، ۲۸ عنصر بالقوه را با توجه به ظرفیت شیمیای آنها تخمین زد.

جدول مندلیف که وجود ۹۲ عنصر را پیش‌بینی می‌کرد به غیر از لوتار مایر؛ که یک سال بعد از مندلیف جدولی مشابه با جدول مندلیف انتشار داده بود، طرفداری نداشت. پیش‌بینی‌های به ظاهر عجیب مندلیف زمان درازی به صورت مثال‌های موجود در همه کتاب‌های شیمی درآمده بود و کمتر کتاب شیمی وجود دارد که در آن از «اکاآلومینیوم» و «اکابور» و «اکاسیلیسیم» یاد نشده باشد، عناصری که بعدها پس از کشف به نام‌های گالیوم، اسکاندیمو ژرمانیوم نامیده شدند.

در میان سه عنصری که مندلیف پیش‌بینی کرده بود «اکاسیلیوم» (ژرمانیوم) بعد از سایرین کشف شد (۱۸۸۷) و کشف آن بیش از کشف دو عنصر دیگر مرهون یاری بخت و تصادف مساعد بود. در واقع کشف گالیوم توسط بوابو,,,در سال (۱۸۷۵) مستقیماً توسط روش‌های طیف‌سنجی بود و جدا کردن اسکاندیم توسط نیلسون و کلو (۱۸۷۹) مربوط به بررسی دقیق خاک‌های نادر بود که درآن زمان اوج گرفته بود. اندک اندک همه پیشگویی‌های مندلیف تحقق یافتند. آخرین تأیید در مورد وزن مخصوص اسکاندیم فلزی بود. در سال ۱۹۳۷، فیشر شیمیدان آلمانی موفق به تهیه اسکاندیم با درجه خلوص ۹۸ درصد شد. وزن مخصوص آن سه گرم بر سانتی‌متر مکعب بود و این دقیقاً همان رقمی است که مندلیف پیش‌بینی کرده بود.

در پاییز سال ۱۸۷۹، انگلس کتاب جامعی به دست آورد که نویسندگانش روسکو و شورلمر بودند. در آن کتاب برای نخستین بار به پیشگویی «اکاآلومینیوم» توسط مندلیف و کشف آن تحت نام گالیوم اشاره شده بود. در مقاله‌ای که بعدها انگلس در کتابی هم نقل کرده‌است، اشاره به مطلب آن کتاب شیمی شده‌است و نتیجه گرفته‌است که: «مندلیف با به کار بردن ناخودآگاه قانون تبدیل کمیت به کیفیت هگل، واقعیتی علمی را تحقق بخشید که از نظر تهور فقط قابل قیاس با کار لوریه در محاسبه مدار سیاره ناشناخته نپتون بوده‌است…”

با کشف آرگون (در ۱۸۹۴)، هلیوم و استفادهٔ ویلیام رمزی از جدول مندلیف برای پیش‌بینی وجود عناصر نئون، کریپتون و گزنون، جدول مندلیف سرشناس شد. در این سال‌ها بود که تمام آکادمی‌های کشورهای جهان او را به عضویت دعوت نمودند.

از هنگامی که جدول مندلیف بوجود آمد خانه‌های خالی آن یکی پس از دیگری با کشف عناصر پر می‌شد و آخرین خانه خالی جدول در سال ۱۹۳۸ با کشف آکتینوم در پاریس پر شد.

دیگر دستاوردها

مندلیف همچنین در مطالعات دیگری در شیمی سهم مهمی داشته‌است. شیمیدان و مورخ علم روس، لو چوگائف از او با عنوان یک شیمیدان نابغه، فیزیکدانی تراز اول، پژوهشگری پرثمر در زمینه‌های هیدرودینامیک، هواشناسی، زمین‌شناسی، برخی زمینه‌های فناوری شیمی نظیر مواد منفجره، نفت و سوخت؛ و دیگر مباحث نزدیک به فیزیک و شیمی؛ یک متخصص در صنایع شیمیایی و به‌طور کلی متخصص در صنعت و نیز یک متفکر اصیل در اقتصاد یاد کرده‌است. مندلیف در زمینهٔ علوم کشاورزی نیز کار کرد و در مورد اِتر نیز فرضیاتی طرح نمود.

در مطالعات خود در زمینهٔ شیمی فیزیک، مندلیف انبساط مایعات با گرما را بررسی نمود و یک رابطه شبیه به قانون گیلوساک درمورد یکنواختی انبساط گازها به دست آورد.

خدمات مندلیف در زمینه نفت ”

او منشأ پیدایش نفت را مورد بررسی قرار داد و نتیجه گرفت که هیدروکربن‌ها در اعماق زمین تشکیل شده‌اند. مندلیف همچنین ترکیبات تشکیل دهندهٔ نفت را بررسی کرد و در ساخت اولین پالایشگاه نفت در روسیه کمک نمود. وی متوجه اهمیت نفت به عنوان منبع مشتقات نفتی و مواد حاصل از نفت شده بود. این تعبیر معروف از اوست که سوزاندن نفت به عنوان سوخت «همانند برافروختن اجاق گاز با اسکناس است, چیزی که دانشمندان امروزی بیان میکنند و بر همه جهانیان نیز ثابت شده است ,, نفت انقدر اهمیت دارد که نباید برای سوخت استفاده شود ..

انچه که اینجانب به عنوان یک محقق د راین مقاله اعلام میدارم این است که , دیمتری ایوانویچ مندلیف خود ارزشی بالاتریک کشور اسکناس داشت که این تفکر را به جهانیان هدیه کرد .

برای اثبات این مهم , توجه شما را به یک وسیله گوشی موبایل پیشرفته جلب میکنم که ارزشی حدود ۳۰۰۰ دلار دارد , یعنی به قیمت امروز ما نزدیک به ۳۵۰۰۰۰۰۰ تومان ..اگر وزن این موبایل را در نظر بگیریم چیزی حدود ۲۰۰گرم بیش نخواهد شد ..

اگر این نکته را بدانیم که تمام این وزن از متریال نفتی است که فراوری شده آن وقت متوجه میشویم که کشورهای صاحب نفت یک گالن ۱۸۸ لیتری این ماده گرانبها را به قیمت ۶۰ دلار میفروشند و متعاقبا به دلیل نیاز ,بعضا از همان کشور موبایل ۲۰۰ گرمی را ۳۰۰۰ دلار میخرند ..یعنی ۵۰ برابر پول یک گالن را به دویست گرم کالای فراوری شده که اسم ان ارزش افزوده است , میدهند .

حقیقتا در خام فروشی مواد باید دقت بسیل ر زیادی داشت و مواظب منابع و مواهب خدادادی کشورمان باشیم.

زندگی خصوصی مندلیف “

مندلیف دو بار – یک بار در سال ۱۸۶۲ و دیگر بار در سال ۱۸۸۲ ازدواج کرد که ازدواج اول او در سال ۱۸۸۲ به جدایی انجامید. او از همسر اول خود یک پسر و دو دختر و از همسر دوم خود دو پسر و یک دختر داشت ..سرانجام دمیتری ایوانویچ مِندِلیفاین نابغه دهر, در سال ۱۹۰۷ در سن ۷۲ سالگی بر اثر آنفلوآنزا در سن پترزبورگ درگذشت و پرونده زند گی سراسرعلمی این دانشمند بسته شد لکن پرونده علوم و نوآوریهای علمی ایشان در زمینه شیمی , فیزیک , متریال و مواد , کشف عناصر و خدمت بزرگی که در زمینه نفت به جهانیان داشت هیج وقت بسته نخواهد شد و همیشه به عنوان یک گزینه مهم در علم شیمی و متالورژی در روی میز اساتید دانشگاهها و انستیتوهای معتبر جهانی باز خواهد ماند .

تمبر یادبود دمیتری مندلیف – انتشار در سال ۱۹۳۴ – روسیه

تمبر یادبود دمیتری مندلیف – انتشار در سال ۱۹۳۴ – روسیه

امید وارم با مختصر توضیحاتی که بیان داشتم ,, این امادگی ذهنی را در ذهن شما ایجاد کرده باشم که مطالب بعدی که راجع به متالورژی بیان خواهم کرد انقدر شیوا باشد که مقالات را دنبال کنید .

 

ازخدا خواهیم توفیق عمل .

دفتر فنی مهندسی شرکت پراگ

مولف : دکتر هاشم ابهری