تعد المعادن من المواد المستخرجة من باطن الأرض ولها قيمة كبيرة للأنشطة الصناعية في مختلف أنحاء العالم. ومن المعروف أنها صلبة ومتجانسة. ما هي المواد المعدنية الرئيسية أدناه؟
ما هي أهم المعادن؟
وبفضل المعادن والتقدم في عمليات التصنيع، حدثت ثورة صناعية أدت إلى نمو الحضارة الإنسانية وأوصلتنا إلى ما نحن عليه اليوم. تشمل هذه المعادن:
- الحديد (مزورة أو مسبوكة). وعلى الرغم من أن هذا المعدن قديم جدًا، إلا أنه لا يزال يستخدم على نطاق واسع في الصناعة الحديثة. وتشمل استخداماته، على سبيل المثال لا الحصر، أدوات الطبخ مثل المقالي، حيث يسمح السطح المعدني المسامي بحرق زيوت الطبخ. وتتميز المواقد الخشبية بقوة ذوبان عالية، مما يسمح للموقد بتحمل درجات الحرارة العالية والآلات الثقيلة حيث أن هذا المعدن الثقيل يقلل من الاهتزازات وهو المسؤول عن توفير الصلابة اللازمة.
- يعد الفولاذ أحد أكثر المعادن شيوعًا في العالم الحديث. تتكون هذه النسبة عادةً من حوالي 99% حديد و1% كربون، لكن هذه النسبة يمكن أن تتغير قليلًا بسبب التآكل والصدأ.
- يعد الألومنيوم أحد المعادن الحديثة والأكثر استخدامًا، ونظرًا لوزنه الخفيف وقوته، فإنه يتمتع بقابلية تشكيل جيدة (مرونة) ومقاومة للصدأ، مما يجعله مثاليًا لصنع علب المشروبات الغازية والعصائر.
- يتمتع المغنيسيوم بنفس قوة الألمنيوم ولكنه يفوقه من حيث الوزن وهو أقل بحوالي الثلثين. ولذلك أصبح استخدامه أكثر شيوعاً، غالباً على شكل سبائك، حيث يتم خلطه مع معادن وعناصر أخرى لتكوين مواد هجينة ذات خصائص محددة تسهل استخدامها في عمليات التصنيع.
- النحاس الأحمر النحاس هو معدن قديم الطراز يستخدم في الإلكترونيات وأنابيب المياه والتماثيل العملاقة مثل تمثال الحرية. يحتوي النحاس على طبقة صدأ أو أكسدة تمنع التآكل وتدوم لعدة قرون.
- يمتلك النحاس لونًا ذهبيًا، مما يجعله شائعًا في الأغراض الديكورية والأثاث العتيق مثل مقابض الأبواب. بالإضافة إلى ذلك، فهي مرنة للغاية وسهلة التشكيل، لذلك يتم استخدامها في الآلات النحاسية مثل التوبا والأبواق والترومبون. إنه معدن متين للغاية وله خاصية رائعة تتمثل في كونه غير قابل للاشتعال، لذا فإن المطرقة النحاسية، على عكس المطرقة الفولاذية، لا يمكنها أن تنتج شرارة عندما تصطدم بسطح ما.
- يحتوي السيليكون على خصائص معدنية وغير معدنية. إنه صلب ولامع وقابل للانحناء وله نقطة انصهار عالية. يتم استخدامه لتوصيل الكهرباء.
- يتكون البرونز في الغالب من النحاس، ولكنه يحتوي أيضًا على حوالي 12% من القصدير، مما يجعله معدنًا أقوى من النحاس العادي. البرونز متين وقوي جدًا، لذلك لا يتشقق أو ينحني عند طرقه، لذلك يتم استخدامه في صناعة الأجراس العملاقة. تشمل الاستخدامات الحديثة للبرونز المنحوتات وأوتار الجيتار.
- يتمتع الزنك بنقطة انصهار منخفضة جدًا، مما يجعل من السهل صهره، وعندما ينصهر فهو معدن شائع لتغليف المعادن الأخرى لحمايتها، وهو في الأساس عبارة عن فولاذ مغموس في الزنك المنصهر، وهو الذي يمنع الصدأ. يتميز الزنك بقدرته على إعادة التدوير عن طريق صهره عدة مرات.
- الرصاص معدن ناعم ومرن. كما أنها كثيفة وثقيلة جدًا ولها نقطة انصهار منخفضة جدًا. ولذلك، لا يتم استخدامه بشكل شائع، على الرغم من أنه يستخدم في إنتاج الدهانات.
- التيتانيوم معدن حديث وهو شائع (سابع أكثر المعادن شيوعاً على وجه الأرض)، ولكن نظراً لصعوبة تنقيته فهو معدن باهظ الثمن. ومن خصائصه أنه متوافق حيويا، مما يعني أنه مناسب لجسم الإنسان ولا يرفضه ولذلك يستخدم في صناعة الغرسات الطبية. إن نسبة قوته إلى وزنه تجعله المعدن الأكثر تفوقًا في صناعة المركبات الطائرة.
- القصدير هو معدن ناعم وقابل للطرق يستخدم في صناعة سبائك معادن أخرى مثل البرونز (1/8 قصدير و7/8 نحاس) وهو المكون الرئيسي للقصدير (85-99٪).
تعريف المواد المعدنية
- تتكون المعادن من مواد صلبة متجانسة تحدث بشكل طبيعي ولها شكل بلوري محدد وتركيب كيميائي محدد.
- تم تعريف المعادن من قبل منظمة المعادن العالمية. وهي تعتبر عناصر أو مركبات كيميائية في شكل بلوري ويمكن أن تكون نتيجة للعمليات الجيولوجية.
- تمتلك المعادن خواص فيزيائية معينة تعتبر ثابتة لكل معدن، ويتم وصف كل معدن من حيث تركيبه الكيميائي. وهي إما معادن عنصرية، أو كبريتيدات، أو أكاسيد، أو هاليدات، أو فوسفات، أو كربونات، أو كبريتات، أو سيلات.
ما هي طرق الإنتاج الرئيسية لأهم المعادن؟
تشمل الطرق الحديثة لمعالجة المعادن وإنتاج المواد المعدنية ما يلي:
- الطرق الكهروكيميائية: تستخدم هذه الطرق التيار الكهربائي لاستخلاص المعدن من خامه. غالبًا ما تستخدم هذه العملية في إنتاج المعادن غير الحديدية.
- المعالجة المائية للمعادن: تستخدم هذه الطريقة الماء والمحاليل الكيميائية لاستخلاص المعدن من خامه. وهو أكثر صداقة للبيئة من المعادن المعالجة بالحرارة.
- المعالجة الحرارية للمعادن: تتضمن هذه الطريقة صهر المعادن وفصلها عند درجات حرارة عالية. وعادة ما يستخدم لاستخراج المعدن من خامه.
- طرق التكنولوجيا الحيوية: تستخدم هذه الطرق الكائنات الحية لاستخلاص المعادن من خامها. ومن أمثلة ذلك الترشيح الحيوي والاختزال الحيوي.
- الطرق الفيزيائية: تستخدم هذه الطرق العمليات الفيزيائية لفصل المعادن. وتشمل الأمثلة الفصل المغناطيسي، وتعويم الرغوة، والفصل بالجاذبية.
أنواع المعادن في الطبيعة
هناك أنواع مختلفة من المعادن مصنفة حسب خصائصها الفيزيائية والكيميائية. تعتبر المعادن من أصعب العناصر التي يصعب العثور عليها على سطح الأرض، ومنها ما يلي:
- المعادن الحديدية: هذه المعادن عبارة عن خليط من الحديد والكربون وتسمى بالمعادن الحديدية لأنها تحتوي على معادن مختلفة.
- المعادن غير الحديدية: يستخدم هذا النوع من المعادن كبديل للحديد في صناعة الأجهزة والآلات.
- المعادن الثمينة: هذه المعادن هي الأقل تفاعلاً، وتتكون من عناصر نبيلة، وذلك لأنها غالية الثمن.
- السبائك المعدنية: هي عبارة عن معادن مكونة من بعض العناصر المعدنية التي تتميز بخصائص معينة، كما أن هذه العناصر غالية الثمن.
- المعادن الثقيلة: تتكون هذه المعادن من مواد ذات وزن وكثافة كبيرة ولها أيضًا تأثيرات سلبية على الجسم حيث أنها معادن سامة.
الفرق بين المعادن وغير المعادن
- يمكن تحديد ما إذا كان العنصر معدني أم غير معدني من خلال معرفة موقعه في الجدول الدوري، حيث يمتد خط متعرج على الجانب الأيمن من الجدول الدوري وكل عنصر على يمين هذا الخط هو عنصر غير معدني العنصر والعناصر الأخرى هي عناصر معدنية.
- باستثناء الهيدروجين، وهو في الحالة الغازية وفي الظروف العادية عنصر غير معدني ويمكن اشتقاق اسمه من الاسم، فهي معادن تنتهي أسماؤها غالباً بالمقطع (اليوم)، مثل: ب. البريليوم والتيتانيوم.