توجد المعادن في الجانب الأوسط والأيسر من الجدول الدوري ، ويمكن تصنيفها على أنها معادن قلوية ومعادن أرضية قلوية ومعادن انتقالية ومعادن أساسية. تعرف من خلال هذا المنشور على خصائص المعادن!
الخصائص العامة في جميع المعادن
المعادن بشكل عام هي موصلات ، ذات موصلية كهربائية عالية وموصلية حرارية عالية ، وهي قابلة للطرق وقابلة للدكت بشكل عام ، وتتشوه تحت الضغط دون انقسام ، على سبيل المثال ، فإن ضرب معدن بمطرقة سوف "ينكمش" المعدن ، وليس كسره إلى قطع.
يتم إنتاج الموصلات الكهربائية والحرارية للمعادن من خلال حقيقة أن إلكتروناتها الخارجية غير محددة ، وهذا يعني أن الإلكترونات لا يتم حظرها في أي ذرة ، ولكنها بدلاً من ذلك يمكنها التحرك في جميع أنحاء المعدن.
ال الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن يمكن رؤيتها على أنها مجموعة من الذرات المضمنة في بحر من الإلكترونات ، وهي عالية الحركة ، وهذا مفيد جدًا في توصيل المعدن.
الكثير المعادن تميل إلى تكوين الكاتيونات من خلال فقدان الإلكترونات ، ومثال على ذلك التفاعل مع الأكسجين في الهواء لتكوين أكاسيد على نطاقات زمنية مختلفة (يتأكسد الحديد على مدى سنوات ، بينما يحترق البوتاسيوم في ثوان) ، والمعادن الانتقالية (مثل الحديد والنحاس والزنك ، و النيكل) يتأكسد بشكل أبطأ لأنه يشكل طبقة أكسيد سلبية تحمي الجزء الداخلي.
البعض الآخر ، مثل البلاديوم والبلاتين والذهب ، لا يتفاعل على الإطلاق مع الغلاف الجوي ، فبعض المعادن تشكل طبقة حاجزة من الأكسيد على سطحها ، والتي لا يمكن اختراقها بواسطة المزيد من جزيئات الأكسجين ، ونتيجة لذلك فإنها تحتفظ بمظهرها اللامع وجيدها الموصلية خلال عدة عقود (مثل الألومنيوم والمغنيسيوم وبعض الفولاذ والتيتانيوم).
الخصائص المشتركة للمعادن
يستخدم علماء المعادن الخصائص الفيزيائية للمعادن للمساعدة في مطابقة العينة ؛ يمكن إجراء العديد من الاختبارات بسهولة في الميدان ، بينما يحتاج البعض الآخر إلى معدات معملية.
يمكن استخدام الخصائص الفيزيائية التالية للمعادن بسهولة لتحديد المعادن:
- لون
- رشا
- دوريزا
- انشقاق أو كسر
- هيكل بلوري
- عمق أو مقدار الشفافية
- عناد
- مغنطيسية
- بريق
- رائحة
- ذوق
- جاذبية معينة
استخراج المعادن
الخام هو أي مصدر طبيعي لمعدن يمكنك استخراجه منه ، فالألومنيوم على سبيل المثال هو أكثر المعادن شيوعًا في قشرة الأرض ، ويوجد في جميع أنواع الخامات ، ولكن لا يستحق الاستخراج من الأرض من الناحية الاقتصادية. في معظم هذه المعادن ، بدلاً من ذلك ، خام الألمنيوم المعتاد هو البوكسيت ، الذي يحتوي على 50 إلى 70٪ أكسيد الألومنيوم.
https://youtu.be/8TmtEkAfnkU
يعتبر النحاس أكثر ندرة ، ولكن لحسن الحظ يمكن العثور عليه في الخامات عالية الجودة (تلك التي تحتوي على نسبة عالية من النحاس) في مواقع معينة ، والنحاس معدن ثمين ، كما أنه يستحق التعدين بشكل طبيعي في موتينز.
تصنيف المعادن
حسب التصنيف الصناعي ، تنقسم جميع المعادن إلى مجموعتين: حديدية وغير حديدية.
معادن حديدية
يعني المعدن الذي يحتوي على الواصف "حديدي" أنه يحتوي على الحديد في تركيبته ، عند استخدام مصطلح معدن حديد ، فإنه يشير عمومًا أيضًا إلى أن الحديد يمثل نسبة كبيرة من التكوين الأولي.
إذا لم يكن العنصر الأكثر وفرة ، فمن المحتمل أنه ثاني أو ثالث أكثر العناصر غزارة ، إذا كان المعدن يحتوي فقط على كميات ضئيلة من الحديد ، كما يفعل الكثيرون. المعادن، فإن هذه الكمية الصغيرة لا تعتبر كافية للإعلان عن معدن الحديد.
من الصعب تحديد خصائص مشتركة للمعادن الحديدية ، حيث يمكن أن تحتوي على مجموعة متنوعة من عناصر السبائك التي تغير خصائصها بشكل كبير ، على سبيل المثال ، العديد من المعادن الحديدية مغناطيسية ، ومع ذلك ، هذا ليس صحيحًا بالنسبة لجميع المعادن الحديدية. يمكن تقسيم هذه المعادن بدورها إلى:
- الكربون الصلب: من المحتمل أن يكون الفولاذ الكربوني هو النوع الأكثر استخدامًا من المعادن الحديدية ، فهو يتكون أساسًا من الحديد وأكثر من 90 ٪ من تركيبته الكيميائية هو هذا العنصر ، والعنصر الوحيد المهم الآخر في صهر الكربون الصلب هو الكربون ، فقط هناك آثار أخرى العناصر ، التطبيقات الشائعة للفولاذ الكربوني تحتوي على الهياكل والأثاث ومكونات السيارات.
- الفولاذ المقاوم للصدأ: الفولاذ المقاوم للصدأ هو مجموعة أخرى من المعادن الحديدية التي يشيع استخدامها ، بشكل عام ، يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على كمية عالية من الكروم مما يساعدهم على مقاومة التآكل بشكل أفضل من الفولاذ الكربوني.
- الحديد المنصهر: الحديد الزهر هو نوع من المعادن الحديدية يحتوي على كربون أكثر من معظم الأنواع الأخرى ، وهذا يمنحه قدرًا كبيرًا من القوة.
- سبائك الصلب: سبائك الفولاذ هي نوع من المعادن الحديدية المصممة خصيصًا لأغراض محددة ، في حين أنها تتكون أساسًا من الحديد ، ويمكن استخدام كميات مختلفة من النحاس والفاناديوم والتنغستن والمنغنيز وعناصر أخرى لتصميم سبيكة فولاذية للحصول على صلابة أعلى.، اللدونة وقوة الشد والصلابة وغيرها من الخصائص.
المعادن غير الحديدية
عندما يتم تعريف المعدن على أنه غير حديدي ، فهذا يعني أنه لا يحتوي على كمية كبيرة من الحديد في تركيبته الكيميائية.
- الألومنيوم: الألومنيوم هو نوع شائع الاستخدام من السبائك غير الحديدية ، في شكله غير المؤكسد ، وله لون فضي ، بدون إضافة عناصر صناعة السبائك ، فهو أكثر مرونة وليست قوية مثل العديد من الفولاذ.
- النحاس: النحاس هو سبيكة أخرى غير حديدية شائعة جدًا ، والنحاس معدن أحمر إلى بني ، وفي حالته غير المسببة ، يكون أيضًا أكثر نعومة ، وأكثر مرونة وليس بقوة الكربون الصلب.
- نيكل: النيكل هو سبيكة غير حديدية شائعة أخرى ، والنيكل معروف بصلابته وقدرته على الأداء في بيئات درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، ومقاومته للتآكل.
الخصائص الفيزيائية للمعادن
تشمل الخصائص الفيزيائية الكثافة ، والذوبان ، ونقطة الانصهار ، والتوصيل الحراري ، والتمدد الحراري. من بين الخصائص الفيزيائية للمعادن:
سطوع
تتمتع المعادن بالقدرة على عكس الضوء من السطح ويمكن صقلها ، مثل الذهب والنحاس والفضة ، وبريق المعادن له أنواع مختلفة ، والبريق المعدني عمومًا باهت ويعكس الضوء ، وله مظهر المعدن المصقول.
صلبة في درجة حرارة الغرفة
تكون المعادن صلبة في درجة حرارة الغرفة ، وتترك الزئبق سائلًا في درجة حرارة الغرفة ، ويتبع المعادن الصلبة كثافة عالية متزامنة من الإلكترونات غير الموضعية ، وعادة ما تكون المعادن قوية وكثيفة وجيدة الموصلات للكهرباء والحرارة ، وقد استخدم الجنس البشري المعادن من أجل أغراض متنوعة منذ عصور ما قبل التاريخ.
أدت قوتها إلى استخدامها بشكل كبير في تشييد المباني والهياكل الأخرى ، وكذلك في المركبات والأدوات والقضبان وما إلى ذلك. يعد الحديد والألمنيوم من أكثر المعادن استخدامًا بسبب هيكلهما ، كما أنهما أكثر المعادن وفرة في قشرة الأرض.
نظرًا لأن المعادن هي موصلات جيدة للكهرباء ، فهي ذات قيمة في الأجهزة الكهربائية ولحمل تيارات الطاقة لمسافات طويلة مع فقدان القليل من الطاقة.
تطويع
تتمتع المعادن بالقدرة على مقاومة الطرق ويمكن تحويلها إلى طبقات رفيعة تُعرف بالرقائق المعدنية ، على سبيل المثال ، يمكن طحن قطعة من الذهب بحجم مكعب السكر أو تحويلها إلى ورقة رقيقة تغطي ملعب كرة قدم.
ليونة
تشير هذه الخاصية إلى معدن يتم تصنيعه في أسلاك رفيعة ، ويتم تحديده من خلال النسبة المئوية للاستطالة ونسبة الاختزال في مساحة المعدن.
تعني الليونة أنه يمكن تحويل المعادن إلى أسلاك ، ويمكن تحويل 100 جرام من الفضة إلى شبكة رفيعة يبلغ طولها حوالي 200 متر.
نقاط الغليان والانصهار
المعادن لها نقطة غليان وانصهار عالية ، وللتنغستن أعلى نقطة انصهار ، وعلى العكس من ذلك ، فإن الفضة لديها أدنى نقطة غليان ، كما أن للصوديوم والبوتاسيوم نقاط انصهار منخفضة.
الموصلية الكهربائية
من المعروف الآن أن المعادن هي عناصر تتميز أساسًا بالذرات التي تحتوي فيها القشرة المدارية الخارجية على عدد قليل جدًا من الإلكترونات ذات قيم الطاقة المقابلة ، وتحدث أعلى موصلية في المعادن مع إلكترون واحد فقط يشغل حالة في تلك الغلاف.
الفضة والنحاس والذهب أمثلة للمعادن عالية التوصيل ، وتوجد المعادن بشكل أساسي باتجاه الجانب الأيسر من الجدول الدوري للعناصر وفي أعمدة الانتقال ، فإن الإلكترونات التي تساهم في توصيلها هي أيضًا الإلكترونات التي تحدد تكافؤها الكيميائي في تكوين المركبات ، تكون بعض الموصلات المعدنية عبارة عن سبائك مكونة من عنصرين أو أكثر من العناصر المعدنية ، مثل الفولاذ والنحاس والبرونز والبيوتر.
قطعة المعدن عبارة عن كتلة من ذرات المعدن ، في ذرات منفصلة ، ترتبط إلكترونات التكافؤ بشكل فضفاض بنواتها ، في الكتلة ، في درجة حرارة الغرفة ، تمتلك هذه الإلكترونات طاقة حركية كافية تمكنها من الابتعاد عن مواقعها الفريدة.
الموصلية الحرارية
الموصلية الحرارية هي مصطلح مشابه للتوصيل الكهربائي مع اختلاف يتعلق بتدفق الحرارة مقابل التيار في الحالة الأخيرة ، فهو يشير إلى قدرة المادة على نقل الحرارة من نقطة إلى أخرى دون حركة المادة المادة ككل ، كلما زادت الموصلية الحرارية ، كان من الأفضل توصيل الحرارة.
في حالة المواد العازلة ، يساهم التوصيل الشبكي في التوصيل الحراري ، ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن الإلكترونات في العوازل يتم الاحتفاظ بها بقوة بواسطة الذرات الأم ولا توجد الإلكترونات الحرة.
لذلك ، يتم نقل الحرارة من طرف إلى آخر من خلال اهتزاز الذرات المحتجزة في الهيكل الشبكي ، ومن الواضح أن العوازل هي موصلات رديئة للحرارة لأنها لا تمتلك سعة كافية لنقل الحرارة بسبب نقص الإلكترونات الحرة.
كثافة المعادن
المعادن ذات كثافة عالية وثقيلة للغاية ، والإيريديوم والأوزميوم لهما أعلى درجة من الاتساق ، على العكس من ذلك ، الليثيوم هو أقل كثافة.
دوريزا
الصلابة هي قدرة المعدن على مقاومة تغير دائم في الشكل ناتج عن قوة خارجية ، فكل المعادن صلبة باستثناء الصوديوم والبوتاسيوم ، وهي لينة ويمكن تقطيعها بسكين.
الخواص الكيميائية للمعادن
نظرًا لخصائصها الكيميائية ، فإن جميع المعادن عوامل اختزال ، وكلها تصدر إلكترونات تكافؤ بسهولة نسبية ، وتصبح أيونات موجبة الشحنة ، أي أنها تتأكسد.
تشكيل الكاتيون
الكاتيونات هي الأيونات الموجبة التي تشكلت بفقدان واحد أو أكثر من الإلكترونات ، وأكثر الكاتيونات شيوعًا للعناصر التمثيلية هي تلك التي تنطوي على فقد جميع إلكترونات التكافؤ ، ضع في اعتبارك الصوديوم القلوي (Na) ، وله إلكترون تكافؤ في مستوى الطاقة الرئيسي الثالث.
تعمل كعوامل اختزال
تعمل المعادن كعامل اختزال ، بينما تعمل اللافلزات كعامل مؤكسد ، تعمل المعادن كعامل اختزال لأنها تميل إلى التبرع بالإلكترونات وتميل إلى الأكسدة ، بينما الخصائص الفيزيائية والكيميائية لللافلزات تعمل كعوامل مؤكسدة لأن اللافلزات تميل إلى اكتساب الإلكترونات وتقليلها.
تكوين المركبات الأيونية
يتكون المركب الأيوني من خلال النقل الكامل للإلكترونات من معدن إلى غير فلزي وقد وصلت الأيونات الناتجة إلى ثماني بتات ، ولا تتغير البروتونات ، وتفقد ذرات المعادن في مجموعات 1-3 إلكترونات في الذرات اللافلزية مع 5-7 إلكترونات مفقودة في المستوى الخارجي.
أنواع المعادن
يتوفر عدد كبير من المعادن في الطبيعة ، ويمكن تصنيفها بطرق مختلفة اعتمادًا على الخاصية أو الخاصية التي تستخدمها كمعيار ، ومن بين المعادن الأكثر شيوعًا:
الفلزات القلوية
هم أي من العناصر الموجودة في المجموعة IA من الجدول الدوري ، و المعادن القلويات هي أنواع كيميائية شديدة التفاعل تفقد بسهولة إلكترون التكافؤ الفردي الخاص بها لتكوين مركبات أيونية مع اللافلزات ، وجميع العناصر في مجموعة الفلزات القلوية تحدث في الطبيعة.
المعادن الأرضية القلوية
يتضمن مفهوم الفلزات القلوية الترابية جزءًا من عناصر المجموعة الثانية:
- البريليوم
- المغنيسيوم
- كالتشيو
- السترونتيوم
- Bario في
- راديو
تحتوي المعادن الأربعة الأخيرة على أكثر العلامات وضوحًا لتصنيف الأرض القلوية ، لذلك ، في بعض المصادر ، لم يتم تضمين البريليوم والمغنيسيوم في القائمة ، حيث يقتصر على أربعة عناصر.
المعادن الانتقالية
هناك 38 عنصرًا في مجموعات من الجدول الدوري الثالث إلى الثاني عشر ، مثل جميع المعادن ، تتميز المعادن الانتقالية بالمرونة والمرونة ، وتحمل الكهرباء والحرارة ، والشيء الأكثر إثارة للاهتمام حول المعادن الانتقالية هو إلكترونات التكافؤ ، أو الإلكترونات التي هم فيها تستخدم في مخاليط مع عناصر أخرى ، فلديها أكثر من واحد من تلك الإلكترونات ، ولهذا غالبًا ما يكون لها حالات أكسدة مشتركة مختلفة.
معادن ما بعد الانتقال
يتم استخدامه لتمثيل فئة العناصر الكيميائية التي تشبه عناصرها المعادن في خصائصها ، وتقع على يمين المعادن الانتقالية في الجدول الدوري.
الفضول حول المعادن
من بين الأسئلة الأكثر شيوعًا والفضول فيما يتعلق بالمعادن ، ما يلي:
ما هي المعادن الثقيلة؟
المعادن الثقيلة هي عناصر تحدث بشكل طبيعي موجودة في جميع أنحاء هيكل الأرض، يتم تعريفها على أنها عناصر معدنية لها كثافة عالية نسبيًا مقارنة بالماء ، والتحذير الوحيد هو أن بعض المعادن الثقيلة هي عناصر غذائية أساسية مطلوبة لمختلف الوظائف البيوكيميائية والفسيولوجية.
معادن وفيرة على الأرض
والأكثر وفرة هو الألمنيوم (Al) والحديد (Fe).
المعادن في جسم الإنسان
الكالسيوم ضروري لبنية العظام والأسنان ، حيث يتم تثبيته بشكل غير قابل للذوبان بشكل كبير وفي إنتاج الحليب ، إذا انخفضت مستويات الكالسيوم في الدم ، يتم سحب الكالسيوم من العظام ، مما يؤدي إلى هشاشة العظام وهشاشة العظام.
يحتوي الجسم على ما يقرب من 5 غرامات من الحديد ، ثلاثة أرباعها في خلايا الدم الحمراء المركبة في الهيموغلوبين ، ونصف الباقي مخزّن في الكبد والكلى ونخاع العظام والطحال.
معادن سائلة
تشترك المعادن السائلة في العديد من الخصائص السائلة مع السوائل غير المعدنية والعديد من الخصائص المعدنية المشتركة مع المعادن الصلبة.
