أنواع المعادن
المعادن (بالإنجليزية: Minerals) هي مواد غير عضوية تتشكل بطريقة طبيعية في قشرة الأرض، وغبار الغلاف الجوي، وداخل الصخور نتيجة لعمليات جيولوجية متنوعة، بتأثير المياه الجوفية والسطحية. غالباً ما توجد المعادن في الطبيعة كخامات، وغالباً ما ترتبط هذه المعادن مع غيرها من العناصر.
من الناحية الكيميائية، تُعرّف المعادن بأنّها مواد تتمتع بعدة خصائص مثل الموصلية للكهرباء واللمعان. يمكن تحديد المعادن بسهولة بناءً على موقعها في الجدول الدوري (بالإنجليزية: Periodic Table). ووفقًا للخصائص الكيميائية، تُصنف المعادن إلى معادن فلزية ومعادن غير فلزية.
المعادن الفلزية
تشمل المعادن الفلزية (بالإنجليزية: Metals) جميع العناصر التي يمكن أن تشكل أيونات موجبة من خلال فقد الإلكترونات أثناء التفاعل الكيميائي، باستثناء عنصر الهيدروجين. تتمتع المعادن الفلزية بشحنة كهربائية موجبة وطاقة تأيّن ضعيفة إلى حد ما، وغالبًا ما تتواجد في حالة صلبة في الظروف الطبيعية، ما عدا الزئبق. من أبرز خصائص هذه المعادن البريق اللامع، والصلابة، وقدرتها على إنتاج الصوت، وموصليتها العالية للحرارة والكهرباء. تنتشر الفلزات في قشرة الأرض، وفي المياه، والغلاف الجوي، ومثال عليها: الألومنيوم، الحديد، الكالسيوم، الصوديوم، المغنيسوم، والمنغنيز.
المعادن غير الفلزية
تشمل المعادن غير الفلزية أو اللافلزية (بالإنجليزية: Non-metals) العناصر التي تكتسب الإلكترونات بهدف تكوين أيونات سالبة خلال التفاعلات الكيميائية. تتمتع المعادن غير الفلزية بشحنة كهربائية سالبة وطاقة تأيّن مرتفعة، ويمكن أن توجد في الطبيعة كغازات، سوائل، أو مواد صلبة. من خصائصها أنها ليست لامعة، وهشة، وموصلتها للحرارة والكهرباء ضعيفة نسبياً ما عدا الجرافيت. تنتشر المعادن غير الفلزية في الطبيعة، وفي الجسم البشري، والنباتات. ومن أمثلة المعادن غير الفلزية: الكربون، والكبريت، والأكسجين، والنيتروجين.
المعادن هي مواد تتشكل بشكل طبيعي على هيئة خامات غير عضوية، وتنقسم إلى فلزات ولافلزات بناءً على اختلاف خصائصها مثل الموصلية الكهربائية، والحرارية، وشدة اللمعان، والصلابة، وغيرها.
خصائص المعادن
تنقسم خصائص المعادن إلى خصائص فيزيائية وكيميائية كما يلي:
الخصائص الفيزيائية للمعادن
تمتاز المعادن الفلزية بعدة خصائص فيزيائية (بالإنجليزية: Physical Properties) تميزها، ومن أبرزها:
- الحالة الفيزيائية: تتمثل في الحالة التي تتواجد فيها المعادن عند درجة حرارة الغرفة، حيث تكون الفلزات عادة في الحالة الصلبة باستثناء الزئبق الذي يكون سائلًا دائمًا. بينما تتواجد بعض المعادن غير الفلزية في الحالة الغازية عند درجة حرارة الغرفة مثل الأكسجين، أو في الحالة الصلبة مثل الكربون، باستثناء البروم الذي يتواجد سائلًا.
- اللمعان: تتميز المعادن الفلزية بقدرتها العالية على عكس الضوء الساقط على سطحها وجودة عكسه، كما يمكن صقلها بسهولة مثل الذهب، والفضة، والنحاس. في المقابل، اللافلزات تكون غير لامعة ولا تعكس الضوء.
- القابلية على التطويع: تعني قدرة المعادن على تحمل عمليات الطرق والسحق لتحويلها إلى صفائح رقيقة. على سبيل المثال، يمكن أن يتحمل معدن الذهب السحق لتشكيل طبقة رقيقة تغطي مساحة كبيرة، بينما اللافلزات غير قابلة للتحويل بسهولة بسبب هشة.
- الليونة: تشير إلى القدرة على السحب وتحويل المعادن إلى أسلاك رفيعة. على سبيل المثال، يمكن سحب 100 غرام من الفضة وتحويله إلى سلك طوله حتى 200 متر.
- الصلابة: كافة المعادن تتمتع بالصلابة، باستثناء الصوديوم والبوتاسيوم، حيث يمكن تقطيعهما بسهولة.
- التوصيل: تعتبر المعادن الفلزية موصلات جيدة للحرارة والكهرباء بفضل وجود الإلكترونات الحرة. على سبيل المثال، النحاس والفضة من أفضل الموصلات بينما الرصاص والزئبق والحديد من أسوأ الموصلات. بينما تكون الموصلية في اللافلزات ضعيفة جداً.
- الكثافة: تتمتع جميع المعادن بكثافة عالية، حيث يعتبر الإيريديوم والأوزميوم من أعلى المعادن كثافة، بينما الليثيوم يعد من الأقل كثافة.
- نقاط الانصهار والغليان: تمتلك المعادن الفلزية نقاط انصهار وغليان مرتفعة، فعلى سبيل المثال، يمتلك التنجستن أعلى نقطة انصهار وغليان، بينما الزئبق يمتلك أقل نقطة، مقارنة بنقاط انصهار وغليان المعادن غير الفلزية.
الخصائص الكيميائية للمعادن
تمتاز المعادن الفلزية بعدة خصائص كيميائية (Chemical properties)، وأبرزها:
- التفاعل مع الماء: تتميز المعادن ذات النشاط العالي بتفاعلها مع الماء منتجة حرارة، كمثال تفاعل الصوديوم مع الماء بوجود الأكسجين الذي ينتج عنه كمية كبيرة من الحرارة، لذا يتم حفظ الصوديوم في الكيروسين لتجنب تعرضه للرطوبة.
- التفاعل مع الأحماض: ينتج عن تفاعل المعادن مع الأحماض عناصر جديدة وغاز الهيدروجين. على سبيل المثال، ينتج عن تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك مركب كلوريد الزنك وغاز الهيدروجين.
- التفاعل مع القواعد: تتفاعل معادن معينة مع القواعد لتكوين أملاح معدنية وغاز الهيدروجين، كما ينتج عن التفاعل بين الزنك وهيدروكسيد الصوديوم ملح زنك الصوديوم وغاز الهيدروجين.
- التفاعل مع الأكسجين: ينتج عن احتراق المعادن الفلزية بإكسجين أكاسيد تُعرف بأكاسيد المعادن، التي تُعد من العناصر الأساسية في الطبيعة؛ كمثال ينتج عن حرق المغنيسيوم بالأكسجين مركب أكسيد المغنيسيوم الذي يتحلل في الماء ليشكل هيدروكسيد المغنيسيوم.
- التفاعل مع المحاليل الملحية: يحدث تفاعل المعادن عندما يُوضع معدن شديد التفاعل مع معدن أقل شدة في محلول ملحي ويؤدي ذلك إلى إزاحة المعدن الأكثر تفاعلًا للمعدن الأقل. مثال على ذلك هو تفاعل الزنك مع محلول كبريتات النحاس.
- الكهروسلبية: المعادن الفلزية تميل إلى فقد الإلكترونات أثناء التفاعل الكيمائي، بينما تحاول المعادن اللافلزية اكتساب الإلكترونات أو مشاركتها.
- الروابط الأيونية: يترابط المعادن مع بعضها ومع المعادن اللافلزية عبر الروابط الأيونية، وهي من أقوى الروابط الكيميائية مما يجعل من الصعب فصل ذرات المعدن.
أبرز استخدامات المعادن
تُستخدم المعادن في العديد من المجالات، وأهمها:
- صناعة البناء: تستخدم سبائك المعادن الصلبة في مواد البناء نظرًا لقوتها ومرونتها، كما يُستخدم النحاس بسبب قوته وتحمله في تصميمات معمارية متعددة.
- صناعة الإلكترونيات: تُستخدم المعادن في تصنيع الأجهزة الإلكترونية بسبب موصليتها الجيدة، فمثلاً يُستخدم النحاس في صناعة الأسلاك الكهربائية، بينما يدخل الذهب في تصنيع كمبيوترات.
- صناعة النقل: يُستخدم الألمنيوم في تصنيع الطائرات، والسيارات، والسفن، لما له من مقاومة عالية وخفة وزن.
- صناعة المواد الغذائية: يُستخدم الفولاذ في حفظ الأطعمة لأنه مقاوم للصدأ ويستطيع تحمل عمليات التسخين والتجميد.
تتمتع المعادن بخصائص فيزيائية متعددة كارتفاع نقاط الانصهار والغليان، والكثافة العالية، والموصلية الجيدة. كما أن لها خصائص كيميائية تسهل تفاعلها مع الأكسجين والأحماض والقواعد، مما يجعلها أدوات حيوية في مختلف جوانب الحياة، خاصة في مجالات الصناعة، والتكنولوجيا، والنقل، وحفظ الأغذية.
