المعادن

تُعرف المعادن بأنها مواد ذات موصلية عالية للحرارة والكهرباء، كما تتميز باللمعان والقدرة على التحمل، وهي من المواد التي تفقد الإلكترونات بسهولة لتشكيل أيونات موجبة يُطلق عليها اسم الكاتيونات، وتُصنف المعادن وفقًا للجدول الدوري إلى؛ فلزات قلوية، ومعادن أرضية قلوية، ومعادن انتقالية، بالإضافة إلى المعادن الأرضية النادرة،^[١]وتعد ثلاثة أرباع العناصر الكيميائية من المعادن، إذ يعد كل من؛ الألومنيوم، والحديد، والبوتاسيوم، والمغنيسيوم، والصوديوم، من الأصناف الأكثر وفرة في الطبيعة، وتوجد غالبية المعادن في الطبيعة بشكلها الخام، والقليل منها يوجد بشكل حر؛ كالذهب، والفضة، والبلاتين، والنحاس، وذلك لأنها لا تتفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى.^[٢]

أنواع المعادن

يوجد العديد من الأنواع المختلفة للمعادن، والتي تُصنف بناءً على الخصائص الفيزيائية والكيميائية لها، وتتميز المعادن بأن معظمها صلب في الطبيعة عدا الزئبق الذي يظهر بحالة شبيهة بالسائل، كما تتميز المعادن بأنها قابلة للانحناء والتشكيل في أشكال مختلفة، لذلك تستخدم بشكل واسع في العديد من التطبيقات الخاصة بحياة الإنسان، ويمكن تصنيف المعادن اعتمادًا على خصائصها إلى خمسة أنواع رئيسية وهي كالتالي:^[٣]

المعادن الحديدية

تتميز المعادن الحديدية بأنها مزيج معدني مكون من الحديد والكربون، ونظرًا لأنها تتكون من أنواع مختلفة، بالإضافة إلى أنها تستخدم بشكل واسع النطاق، فقد صُنفت على أنها معادن حديدية، كما يمكن تشكيل تلك المعادن إلى عدة أشكال مختلفة، وتتميز المعادن الحديدية بقوة عالية، لذلك فهي تستخدم في صناعة الآلات والمعدات الثقيلة، إذ يمكنها تحمل الأوزان الثقيلة والظروف البيئية القاسية، إلا أنه من أبرز عيوبها أنها يمكن ان تتعرض للتآكل مع مرور الوقت، كما أنها يمكن أن تذوب في درجات الحرارة العالية جدًا، وتتميز تلك الأنواع بأنها موصلة جيدة للحرارة والكهرباء، ومن أبرز أمثلتها؛ الحديد، والصلب.^[٣]

المعادن غير الحديدية

تستخدم تلك المعادن بدلًا من الحديد في صناعة الآلات والمعدات الأخرى، إذ تتميز بأن أوزانها أقل من المعادن الحديدية، كما أنها أقل عرضة للتآكل، وتحتاج إلى ضغوط أقل لتشكيلها في أشكال مختلفة، بالإضافة إلى أنها موصلة جيدة للكهرباء والحرارة، وقد ارتفع الطلب على تلك المعادن في الأيام الحاضرة نتيجة لمزاياها العديدة، ومن أبرز أمثلتها؛ الرصاص، والنحاس، والألومنيوم.^[٣]

المعادن النبيلة

تتميز تلك المعادن بأنها أقل تفاعلية كالغازات النبيلة، فبالرغم من أن تلك المعادن تستطيع التفاعل في أشكالها السائلة والمسحوقة، إلا أنها لا تتآكل أو تصدأ عند التعرض للهواء، كما أنها ناعمة ويمكن تشكيلها بسهولة إلى عدة أشكال مختلفة، بالإضافة إلى أنها موصلة جيدة للحرارة والكهرباء، وقد تكون أفضل من المعادن الأخرى في تلك الخاصية، كما تتميز بمرونتها، إذ يمكن طرقها باستخدام صفيحة، فعلى سبيل المثال يمكن ضرب قطعة من الذهب باستخدام صفيحة وزنها حوالي 1 غرام، إلا أنه وبسبب تلك الخصائص التي تميزها فإنها مرتفعة التكلفة، لذلك فهي تستخدم في صناعة المجوهرات والعملات وغيرها من الأشياء المعدنية الثمينة، ومن أبرز أمثلتها؛ الذهب، والفضة، والبلاتين.^[٣]

المعادن الثقيلة

تتميز المعادن الثقيلة بأنها ذات وزن ذري عالٍ وكثافة عالية، لكنها يمكن أن تكون قوتها أقل من قوة الحديد والمعادن الأخرى، إذ إنها لسيت موجودة على نطاق واسع في الطبيعة كالمعادن الأخرى، كما أنها سامة للإنسان والكائنات الحية، ويمكن أن تتراكم مسببة أضرارًا بيئية، وهي عبارة عن مواد صلبة ويمكن تشكيل بعضها إلى عدة أشكال مختلفة، كما تعد من الموصلات الجيدة للحرارة والكهرباء، إلا أن بعضها يصنف على أنه من الموصلات السيئة، فالزئبق موصل سيء للحرارة، كما أن الرصاص موصل سيء للكهرباء، وتستخدم تلك المعادن في القطاعات الزراعية والصناعية والصحية، ومن أبرز أمثلتها؛ الرصاص، والكادميوم، والزرنيخ.^[٣]

السبائك المعدنية

تتميز السبائك المعدنية بأنها من أنواع المعادن المصنوعة من مزيج من المعادن المختلفة، وذلك للحصول على الخواص المطلوبة؛ كالقوة، والمتانة، بالإضافة إلى مقاومة التآكل، وتستخدم تلك السبائك لمقاومة وتجنب توليد الحرارة، إذ تُصنع بحيث لا يمكن تسخينها بسهولة كالمعادن التقليدية الأخرى، فعلى سبيل المثال، عند إطلاق النار من المدافع والبنادق الكبيرة فإن حرارتها ترتفع سريعًا، لذلك طُورت تلك الأنواع من المعادن للتخلص من تلك المشاكل المتعلقة بارتفاع درجات الحرارة.^[٣]

خصائص المعادن

تتميز المعادن بأنها قوية ومتينة وتستخدم في صناعة العديد من المواد المختلفة، كما تتميز بأن بعضها يمكن تشكيله والتحكم به؛ كالبوتاسيوم والصوديوم اللذين يمكن قصهما باستخدام السكين، بينما يتميز الزئبق بأنه يكون سائلًا في درجة حرارة الغرفة، أما الحديد فيكون صلبًا في الطبيعة، وتتميز تلك المعادن بالعديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية، ومن أبرزها ما يأتي:^[٤]

الخصائص الفيزيائية للمعادن

تتميز المعادن بالعديد من الخصائص الفيزيائية، ومن أبرزها ما يأتي:^[٤]

• التوصيل الحراري والكهربائي: تتميز جميع المعادن بأنها موصلات جيدة للحرارة والكهرباء، إذ تُصنع أواني الطهي والمكاوي من المعادن لأنها موصلات جيدة للحرارة.
• الليونة: تتميز المعادن بالليونة؛ وهي قدرة المواد على التمدد بحيث يمكن صناعة الأسلاك منها، كما يمكن استخدامها في أغراض اللحام وصناعة أسلاك الكابلات، ويُطلق على المعادن التي تتميز بالليونة اسم معادن مطيلية.
• الامتصاص وقابلية الطرق: يُعرف الامتصاص بأنه خاصية تسمح للمعادن بالطرق لتشكيلها على شكل ألواح مسطحة، فعلى سبيل المثال، تستخدم ألواح الألمنيوم في صناعة الطائرات نظرًا لخفة وزنها وقوتها، كما تستخدم الصفائح المعدنية الأخرى في صناعة السيارات والأدوات المختلفة.
• الرنين: تتميز المعادن بأنها رنانة، إذ يصدر منها صوت عميق عند اصطدامها بجسم صلب آخر.
• اللمعان: تتميز المعادن بمظهرها اللامع، كما يمكن تلميعها باستخدام مواد معينة مخصصة لذلك.

الخصائص الكيميائية للمعادن

تتميز المعادن بالعديد من الخصائص الكيميائية، ومن أبرزها ما يأتي:^[٤]

• التفاعل مع الماء: تعد بعض المعادن من المواد شديدة التفاعل مع الماء، فعلى سبيل المثال؛ يتفاعل معدن الصوديوم بقوة مع الماء والأكسجين منتجًا كمية كبيرة من الحرارة، لذلك يُخزن الصوديوم في الكيروسين لكي لا يتعرض للرطوبة أو الأكسجين.
• التفاعل مع الأحماض: تتفاعل بعض المعادن مع الأحماض، إذ ينتج غاز الهيدروجين من تفاعل المعادن مع الأحماض، فعلى سبيل المثال؛ عند تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك فإنه ينتج من هذا التفاعل كل من؛ غاز الهيدروجين، وكلوريد الزنك.
• التفاعل مع القواعد: تتفاعل بعض المعادن مع المواد القاعدية، مما ينتج عن هذا التفاعل كل من؛ الأملاح المعدنية وغاز الهيدروجين، فعلى سبيل المثال؛ عند تفاعل الزنك مع هيدروكسيد الصوديوم القوي فإنه ينتج من هذا التفاعل كل من؛ غاز الهيدروجين، وزنك الصوديوم.
• التفاعل مع الأكسجين: تُنتج أكاسيد المعادن عند احتراقها بوجود الأكسيجين، وتعد تلك الأكاسيد المعدنية أساسية في الطبيعة، فعلى سبيل المثال؛ عند احتراق شريط من المغنيسيوم بوجود الأكسجين، والذي يشكل بدوره أكسيد المغنيسيوم الذي يذوب في الماء مشكلًا هيدروكسيد المغنيسيوم.

المراجع

1. ↑ Anne Marie Helmenstine (22-4-2019), "Metal Definition"، thoughtco, Retrieved 9-7-2019. Edited.
2. ↑ "Metal", britannica,2-7-2019، Retrieved 9-7-2019. Edited.
3. ^ ^{أ ب ت ث ج ح} "Different Types of Metals|Their Properties & Uses", studyread, Retrieved 9-7-2019. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت} "Introduction To Metal And its Properties", byjus, Retrieved 9-7-2019. Edited.