تنوع أنواع المعادن واستخداماتها، حيث تصنف المعادن حسب الخصائص الكيميائية والفيزيائية المميزة لكل نوع، وتتميز بخصائص هامة متعددة للغاية، على عكس العناصر الأخرى في الجدول الدوري.
حيث إن معظمها صلب وبعضها قابل للانحناء، وجميعها تتفاعل مع المركبات الحمضية، والمعادن تعد من العناصر الصعبة التوفر في القشرة الأرضية بشكل مستمر، ومع ذلك فهي تستخدم في العديد من الصناعات المهمة.
نبذة عن المعادن وكيفية تكوينها
- المعادن هي مركبات أو عناصر صلبة متجانسة، تتكون في الطبيعة عن طريق العمليات البيولوجية الطبيعية غير العضوية.
- يطلق عليها اسم الفلزات في بعض الدول العربية، يطلق هذا الاسم على البناء الفلزي.
- ويشير ليس فقط إلى المعدن ، بل أيضا إلى المركب الكيميائي بصفة عامة.
- تتنوع تركيبة المعادن من السيليكات المعقدة إلى الملح البسيط والعناصر النقية، وتتميز بتركيب كيميائي فريد وهيكل بلوري مميز.
- وتوافق جميع المعادن على أن جميع خواصها الفيزيائية ثابتة ومحددة، وتتميز بالعديد من الخصائص التي تعتمد على موقعها في الجدول الدوري.
أنواع المعادن واستخداماتها
هناك أنواع متعددة من المعادن واستخداماتها المختلفة، تلعب دورا هاما في حياة الإنسان ولا يمكن الاستغناء عنها، حيث تتكون وتشكل هذه المعادن استنادا إلى العوامل المحيطة بها، ومن أهم أنواع هذه المعادن:
المعادن الحديدية
- سميت هذه النوعية بأسماء المعادن الحديدية لأن الحديد (Fe) هو المكون الرئيسي في تركيبها.
- وعند إضافة الكربون (C) إلى المادة، يزداد قوتها ويطلق عليها اسم الفولاذ.
- تشتهر هذه المعادن بصلابتها العالية وقدرتها على تحمل الضغط العالي وتشكيلاتها المتنوعة.
- وبسبب توصيلها الجيد للحرارة والكهرباء، تستخدم المعادن الحديدية في صناعة الآلات الكبيرة والثقيلة.
- ومع ذلك، يمكن أن تصبح سائلة إذا تعرضت لارتفاع درجات الحرارة بشكل كبير.
- بالإضافة إلى احتمالية تعرضه للصدأ بسبب تفاعله مع الأوكسجين.
- مثل أكسيد الحديد وكربون الحديد والهيماتيت والمغنيتيت وكبريت أرسيد الحديد
المعادن الثقيلة
- هذا النوع من المعادن غير متوفر بكميات كبيرة في الطبيعة مثل الأنواع الأخرى من المعادن، والمعادن هذه تتميز بكثافتها العالية.
- حيث يكون بعضها ساما بشكل خطير على صحة الإنسان، وتوجد بعضها في أنواع معينة من المواد الغذائية.
- نظرا لكثافتها العالية، تظل بعض الأنسجة محتجزة وتترسب في العظام والدم.
- ومع ذلك، يكون بعضها مهما من الناحية البيولوجية بكميات قليلة جدا.
- ومن بين الأمثلة على ذلك: الرصاص، الزرنيخ، الزئبق، النحاس، السيلينيوم، الزنك، الفضة، النيكل، الكادميوم، الكروم، المنجنيز.
المعادن الثمينة
- تطلق عليها لقب الفلزات النفيسة، وهي المعادن التي تحتوي على عناصرها الكيميائية الثمينة.
- نادرة وغير متوفرة باستمرار، ولكن تتميز بقيمتها الاقتصادية العالية.
- إضافة إلى أن هذا النوع من المعادن يتفاعل بشكل ضئيل مع معظم العناصر الأخرى الموجودة في الطبيعة.
- وهو يتميز بدرجة عالية من المرونة ومعدل تحمل أعلى من أنواع المعادن الأخرى.
- وتكون هذه المعادن الثمينة ذات لمعان جميل، حيث تم استخدامها في صناعة العملات في العصور القديمة.
معادن النبيلة
- هي المعادن التي تتمتع بمقاومة للصدأ والأكسدة والتآكل في الهواء الرطب، ولذلك تسمى بهذا الاسم.
- تتميز بالمرونة والليونة ويمكن تشكيلها حسب الرغبة، وهي نادرة في قشرة الأرض.
- ونتيجة لذلك، تكون تكلفتها مرتفعة، ونجد أنها توصيلة حرارية جيدة.
- من بين العناصر الأشهر: الذهب، البلاديوم، البلاتين، الفضة، الرينيوم.
المعادن غير الحديدية
- هذا النوع من المعادن لا يحتوي على الحديد، ولكنه يتميز ببعض الخواص مثل مقاومة الصدأ وقدرته الجيدة على توصيل الكهرباء.
- ومع ذلك، لا يمكن استخدامها في صناعة المغناطيس، حيث تتميز بالمرونة والقدرة على الانحناء.
- وتأخذ أي شكل ولا تذوب بغض النظر عن درجة الحرارة التي تتعرض لها.
- وزنها خفيف وملمسها ناعم، ويتم استخدام هذا النوع من المعادن.
- في تصنيع بعض أجزاء الطائرات والعلب المعدنية المتنوعة وذات الاستخدامات المتعددة.
السبائك المعدنية
- سميت بهذا الاسم لأنها تتكون من مزج عناصر مختلفة من المعادن لتشكيل سبيكة.
- حيث يكون الهدف من توفر هذه المعادن المختلطة هو الحصول على جميع الخصائص المميزة لكل معدن.
- وتهدف إلى إنشاء خليط أقوى وأكثر مقاومة ضد الصدأ والتآكل، وزيادة صلابته ومتانته، ويتمتع بعدة خصائص ومميزات.
- تستخدم هذه السبائك في الصناعات التي تهدف إلى تجنب حدوث المقاومة والحرارة، مثل صناعة المعدات العسكرية والأسلحة.
أهم خصائص المعادن
- للمعادن خصائص متعددة ومهمة تستخدمها الإنسان في حياته بشكل دائم، وأهم هذه الخصائص يمكن تحديدها على النحو التالي:
- تتواجد معظم المعادن في الطبيعة على شكل صلب، حيث تتشكل بلوراتها على نحو قريب ومتناظر في ذراتها.
- تتميز العديد من المعادن بقدرتها الفائقة على التوصيل الحراري والكهربائي بشكل كبير، وذلك بسبب طبيعة إلكتروناتها الحرة.
- هناك بعض المعادن التي تتميز ببريق يمكن استخدامها لعكس الضوء.
- تفوق كثافة بعض أنواع المعادن على غيرها من المواد الكيميائية.
- الكثير من المعادن قادرة على مواجهة الإجهاد وتحمل الضغط المستمر والمتكرر بشكل كبير.
- لدي بعض المعادن التي يمكن طيها وتشكيلها وتبلورها، ويتم استخدامها في صناعة الأسلاك الرفيعة والطويلة.
- تتفاعل الكثير من المعادن بأنواعها المختلفة بسرعة كبيرة مع الأملاح الموجودة في الطبيعة، حيث نجد أنه من النادر وجود معدن غير متفاعل مع الأملاح بل نجده في الشكل الأولي من الكبريتات والأكاسيد.
- معظم المعادن تتمتع بخاصية توصيل الحرارة، حيث يتطلب ذوبانها درجات حرارة مرتفعة جدا.
- تكتسب معظم المعادن لونا رماديا، وذلك بسبب انعكاس الضوء عليها، ويمكن أن تكتسب بعضها لونا أصفرا مثل الذهب، وهناك أيضا بعض الأنواع التي تكون لونها أزرقا قليلا مثل النحاس بسبب تأثير الهواء عليها.
الاستخدامات المختلفة للمعادن في حياتنا
تعد المعادن من العناصر الطبيعية الأساسية في حياة الإنسان، حيث توجد العديد من أنواع المعادن واستخداماتها المتنوعة التي لا تحصى.
يستخدم الكثير من هذه المعادن في مختلف الصناعات حاليا بسبب تقدم الصناعة والاتجاه نحو استغلال ثروات الطبيعة، ومن أهم استخدامات المعادن بناء على خصائصها المميزة هي:
- هناك بعض أنواع المعادن التي تتميز بألوانها الجميلة والمميزة وقدرتها على التشكيل واستخدام قطع صغيرة منها.
- مثل الفضة والنحاس والذهب، تستخدم هذه المعادن في صناعة المجوهرات والحلي والزخارف والعملات المعدنية.
- تستخدم بعض أنواع المعادن ذات الخصائص القوية والمقاومة العالية والصلابة ومقاومة الصدأ، مثل الفولاذ والحديد، في صناعة هياكل السفن والطائرات والقطارات والمركبات.
- تستخدم أيضا أنواع المعادن التي تتمتع بقدرة جيدة على توصيل الحرارة والكهرباء، وتتميز بمرونة عالية.
- المرونة تمكن من تشكيلها وفقا للاحتياجات في صناعة الأسلاك الكهربائية وموصلات الطاقة.
- ومن بين الأمثلة الشهيرة لهذا النوع من المعادن هو معدن النحاس
- في العصور القديمة، كانت المعادن الثمينة تستخدم في تصنيع الأثاث وتجميله وزخرفته، خاصة تلك التي تصنع للملوك.
- والدليل على ذلك هو العروش المصنوعة من الذهب والحديد التي تم العثور عليها في مقبرة الملك توت عنخ أمون، التابعة للعصور المصرية القديمة
- نجد أن الأشخاص العاملين في مجال المعادن ومستخدميها يستخدمون بعضها في صناعة مواد البناء والتشييد.
- مثلا، يتميز الحديد بصلابته العالية وقوته، ويمكن تشكيله وتحويله حسب الاحتياجات في عمليات البناء
- تستخدم بعض أنواع المعادن في صناعة الأواني وأدوات الطعام المتنوعة وأجزاء الطائرات التي لا تتطلب وزنا ثقيلا مثل الألومنيوم.
