كل ما تريد معرفته عن أشهر المعادن وخصائصها
إن المعادن موجود في كل ما يحيط بنا لاشك أنك تتعامل مع عدة أنواع من المعادن خلال يومك إن كان بالمنزل أو بالعمل أو بالخارج، ومن المهم معرفة أسماء تلك المعادن المنشرة حولنا وتعرّف خصائصها لنتمكن من استثمارها بأفضل شكل حسب خصائصها.
تعريف المعادن
في الكيمياء، المعدن هو العنصر الذي يشكل بسهولة أيونات موجبة (الكاتيونات) وله روابط معدنية.
توصف المعادن في بعض الأحيان على أنها شبكة من الأيونات الموجبة المحاطة بسحابة من الإلكترونات غير المتوضعة. إن المعادن تميل إلى أن تكون لامعة، قابلة للسحب والطرق، لدنة، وموصلة بشكل جيد للكهرباء، في حين أن المعادن اللافلزية هشة بشكل عام (بالنسبة للفلزات الصلبة)، تفتقر إلى اللمعان، وتكون عوازل.
خصائص المعادن
المعادن هي بعض من أكثر المواد المستخدمة على نطاق واسع على هذا الكوكب، فضلاً عن كونها واحدة من أكثر المواد المستخرجة. كل معدن يتم استخراجه له خصائص مختلفة، ومن المهم أن نفهمها حتى تعرف ما إذا كنت تستخدم هذا النوع من المعدن في التطبيق الصحيح – ولكي تعرف أي منها يمكن إعادة تدويره وأي منها يجب التخلص منها.
الحديد
من حيث الإجمالي، يعد الحديد أكثر العناصر وفرة على وجه الأرض، لأنه موجود في سطح الأرض وفي قلبها. على السطح، هو العنصر الرابع الأكثر وفرة، وهذا يعني أنه من الشائع للغاية العثور عليه تحت الأرض، كما هو الحال في المحاجر والمناجم المختلفة. يعد الحديد أيضًا أحد المعادن المعاد تدويرها في المملكة المتحدة.
يصعب العثور على الحديد النقي بشكل لا يصدق لأن الحديد يتفاعل مع الأكسجين بسهولة وينتج عنه أكاسيد الحديد، ويشار إلى إحداها باسم الصدأ.
يتم استخراج معدن الحديد الخام من صورته الطبيعية، وأكثرها شيوعًا الهيماتيت والمغنيتيت، بواسطة مادة تعرف باسم فحم الكوك – وهو نوع من الوقود يحتوي على نسبة عالية من الكربون – والذي يتحول إلى حديد خام. بعد المزيد من التكرير، يتم استخراج الحديد المطلوب ويمكن استخدامه بعد ذلك مع الكربون المصاحب لإنشاء الفولاذ والمعادن المهمة الأخرى.
بالنسبة للخواص الفيزيائية، يكون الحديد ضعيفًا نسبيًا؛ هذا هو السبب في إضافة الكربون إليه، حيث يمكن أن تزيد من قوته بشكل كبير. ميزة أخرى مهمة هي الخاصية المغناطيسية الحديدية، وهي مادة يمكن أن تشكل مغناطيسًا دائمًا أو تنجذب إلى مغناطيسات. هذا مهم بشكل لا يصدق، لأنه يمكن استخدامه لتصفية الحديد من المواد غير المغناطيسية.
النحاس
النحاس معروف بلونه وخصائصه الكيميائية. يمكن العثور عليه في صورة غير مركبة، تعرف أيضًا باسم النحاس الأصلي، من كبريتيد النحاس، مثل الكالسيت، وكربونات النحاس، مثل المالاكيت والأزوريت، وكبريت أكسيد النحاس المعدني.
يتميز النحاس النقي بلون برتقالي محمر، وله بعض الخصائص المثيرة للاهتمام، بما في ذلك أنه أحد أفضل المعادن من حيث التوصيل الحراري والكهربائي؛ هذا هو السبب في أنك ستجد الأسلاك النحاسية والأنابيب في أماكن مشتركة.
من أجل استخدام النحاس لهذه التطبيقات، يجب أن يكون مرنة بشكل لا يصدق، وهي فائدة جيدة في التطبيقات اليومية.
كما أنه بمجرد تعرض النحاس لكمية كبيرة من الأكسجين، يبدأ في التأكسد، ولكن بطريقة مختلفة عن الحديد؛ بدلاً من إنتاج أكسيد يؤدي إلى تآكل المعدن، فإنه ينتج زنجار النحاس الأخضر الذي يحيط بالنحاس، ولهذا السبب نرى المباني النحاسية القديمة تبدو خضراء قليلاً.
اقرأ أيضاً:
الألمنيوم
الألمنيوم هو معدن خفيف قابل للسحب والطرق، له لون فضي لامع مميز. من حيث الانتشار، فهو ثالث أكثر العناصر وفرة على سطح الأرض مما يجعله أكثر شيوعًا من الحديد. تكمن مشكلة الألمنيوم الطبيعي في أنه تفاعلي للغاية، مما يعني أنه من الصعب للغاية العثور على الألمنيوم الطبيعي، وهذا هو السبب في أنه يوجد عادةً في المعادن من جميع الأشكال والأحجام؛ والمعدن الأكثر شيوعا بينها يعرف باسم البوكسيت.
أهم ميزات الألمنيوم هي أن كثافته منخفضة للغاية، مما يعني أنه خفيف بشكل لا يصدق، ولديه مقاومة عالية جدًا للتآكل من خلال عملية تعرف باسم التخميل؛ عندما يتعرض الألمنيوم للأكسجين، فإنه يكوّن غشاء رقيق يلفه، مما يمنع أي تآكل إضافي.
ميزة أخرى مهمة هي أن لديه حساسية مغناطيسية منخفضة بشكل لا يصدق – في الواقع، هو أقل بحوالي 10 مليارات مرة من الحديد – مما يعني أنه غير مغناطيسي. وإن هذا ممتاز، حيث يمكن فصله إذا كان لديك الكثير من الخردة المعدنية عن طريق استخدام Eddy Current Separators؛ وهي آلات تفصل المواد غير المغناطيسية عن بقايا القطيع المعدنية.
الفولاذ
الفولاذ هو واحد من المركبات الأكثر استخداماً على هذا الكوكب. يتكون الفولاذ في الغالب من الحديد والكربون، لكنه يمكن أن يحتوي أيضًا على عناصر أخرى لمحاولة الاستفادة من خواصها في تطبيق معين؛ على سبيل المثال، يمكن استخدام الكروم لزيادة مقاومة الحرارة وتقليل احتمال التآكل.
الفولاذ لديه قوة مقاومة الشد عالية بشكل لا يصدق، وهذا يعني أنه يمكن أن يتحمل الأحمال عندما تكون تحت تأثير قوى كبيرة. هذه الميزة مهمة بشكل لا يصدق في البناء، حيث يمكن استخدامها كحزم دعم أو أي شيء مماثل للاستخدام.
كما أنها رخيصة نسبيًا في التصنيع، وهي ميزة رائعة للبنائين وعمال البناء والمصنعين، حيث يمكن صنع الكثير من الفولاذ مقابل القليل من المال. اعتمادًا على الوضع، يمكن تصنيع أنواع مختلفة من الفولاذ، مثل:
الفولاذ منخفض الكربون- محتوى الكربون من 0.10 – 0.20 ٪، والذي يستخدم في أدوات التثبيت والربط.
الفولاذ المتوسط الكربون- محتوى الكربون من 0.30 – 0.60 ٪، والذي يستخدم لقطع غيار السيارات، والتطريق.
الفولاذ عالي الكربون – محتوى الكربون يتراوح من 0.60 – 1.00٪، والذي يستخدم للزنبركات والأسلاك عالية القوة
هذه بعض المعادن الأكثر استخدامًا على وجه الأرض، والآن تعرف القليل عنها.
