عناوين
نشأة المعادن
المعادن عبارة عن مواد صلبة لامعة مستخرجة من أحشاء الأرض ، تتكون في الغالب من اندماج العناصر الطبيعية ، والتي تشكلت بشكل طبيعي نتيجة للعمليات الجيولوجية ، ولها بنية معدنية خاصة وتركيب كيميائي ، ولها أيضًا خصائص فيزيائية خاصة بها ، وهي ثابت لكل معدن.
ذكر العلماء أكثر من ألفي معدن مختلف ، لكن معظم المعادن التي تتكون منها الصخور لا تتجاوز مائتي معدن ، وتتفاوت درجة الصلابة والكثافة من معدن إلى آخر ، ومن النادر العثور على المعادن التي تحتوي على يتم استخراجه في شكله النقي مثل الراديوم حيث يتكون معظمه من البعض الآخر الذي يقوم بتوصيل الحرارة وهناك أنواع عديدة من المعادن يستخدم كل منها لغرض معين مثل الذهب والنحاس والفضة ومعادن أخرى . [1]
مراحل تكوين المعادن
الضغط ودرجة الحرارة
المعادن قبل أن تأخذ شكلًا معينًا تنتقل من الطور الغازي إلى الطور المنصهر إلى الطور الصلب ، ويجب أن تحتوي بعض المعادن على رواسب ، وأول ما يترسب المعادن هو الأقل ذوبانًا ، ويكون عامل الضغط عند ذوبان المعادن مؤثرًا ، كلما زاد الضغط ، زادت كثافة عملية الصهر والعكس صحيح.
التبلور من المنصهر
وهي عبارة عن كتلة سائلة شبه منصهرة تشبع ذوبان عنصر آخر عندما تبرد بسبب انخفاض درجة حرارتها ، حيث نجد أن بعض المعادن تتبلور مباشرة من الذوبان نتيجة انخفاض درجة الحرارة ، مثل الكرومات والمغنتيت.
تسامي
هي مرحلة تحول المعدن من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية نتيجة التعرض لدرجات حرارة عالية ، ويحدث هذا غالبًا في فوهات البراكين.
التقطير
تحدث عملية تكوين الزيت في أحشاء الأرض عن طريق التقطير نتيجة ترسب المواد العضوية التي تترسب من خلال الرواسب البحرية.
التشبع والتبخر
بعد تبخر بعض المعادن يزداد تشبعها وبالتالي ترسبها فتتشكل قشور كبريتية فوق سطح الأرض في أماكن جافة مثل النحاس وكبريتات الزنك وغيرها كما هو الحال في تشيلي.
ترسب المعادن
تتم هذه العملية عن طريق البكتيريا ومن بين أنواع المعادن التي تترسب بهذه الطريقة (خام الحديد).
تجريد
وهي من أهم طرق إنتاج المواد الأساسية ، حيث تنقسم هذه الطريقة إلى جزأين: التآكل الميكانيكي والتآكل الكيميائي ، ونظراً لأهمية التآكل الميكانيكي فإنه لا يؤدي إلى تكوين معادن جديدة ذات خواص مختلفة. من خلال خصائصه الكيميائية ، على عكس التآكل الكيميائي ، فهو يؤثر على المعادن الموجودة على السطح وفي أحشاء الأرض ، وقد تكون هناك تغييرات في خصائصها.
التحول
يؤدي الضغط والحرارة إلى تبلور وتشكيل بعض المواد المعدنية مما يجعلها مختلفة تمامًا في خواصها وتحويلها إلى صخور متحولة لها مزايا اقتصادية بعضها يستخدم في أعمال التلميع وبعضها يستخدم في صناعة أقلام الرصاص.
كيف تتشكل المعادن؟
تشكيل المعادن هي عملية يخضع فيها المعدن لعمل أدوات محددة تشكله وأحجامه حسب الاستخدام المقصود سواء وظيفي أو جمالي. عملية تكوين المعادن هي حرفة تنتقل من جيل إلى جيل ، وهذا نوع من التراث في بعض مناطق العالم ، وتتم باستخدام هذه الأساليب ، وهي: [2]
- الطرق: هذه الطريقة هي واحدة من أكثر طرق تشكيل المعادن استخدامًا على نطاق واسع وتستخدم لصنع العديد من أجزاء القفز.
- التجميع: تهدف هذه الطريقة إلى زيادة سمك المعدن عن طريق التثقيب.
- وَسَط. تستخدم هذه الطريقة في الأباريق وتعني تمديد الحافة العلوية أو السفلية.
- Parade تستخدم هذه الطريقة لتسليط الضوء على النتوءات المختلفة على مقدمة جسم معدني مجسم.
- الأفراد ، هذه هي الطريقة التي يتم بها تحويل المعادن إلى أشكال ، تخضع هذه المعادن لبعض عمليات التصميم من أجل إنتاجها بهذه الطريقة.
- الباردة تعتبر العملية الباردة من أهم العمليات أو الطرق المستخدمة في تكوين المعادن. بمجرد اكتمال عملية التشكيل ، يجب صقل المعادن وإزالة الحواف المعدنية الحادة.
- تجميع المعادن هي المرحلة التي يقوم فيها الحرفي بتجميع الأجزاء المعدنية لتحقيق الشكل النهائي المطلوب ، ويتم ذلك إما عن طريق اللحام أو الطلاء أو الطلاء أو العديد من العمليات الأخرى.
التركيب الكيميائي للمعادن
يتم تصنيف المعادن بناءً على تركيبها الكيميائي إلى معادن عنصرية ، أي تتكون من عنصر كيميائي واحد مثل الذهب والفضة والكبريت والجرافيت وما إلى ذلك ، ومعادن السيليكات.
الخصائص العامة للمعادن
تعتمد الخواص الطبيعية للمعادن على ترتيب ذرات هذا المعدن ، حيث أن لكل عنصر خصائصه الثابتة الخاصة به ، وهي:
- تعتمد الخواص البصرية على الضوء كاللون مثلا حيث يمكن تثبيته في بعض المعادن وتغييره في معادن أخرى لوجود الشوائب واللمعان والشفافية.
- وتعتمد خصائص التماسك على درجة الالتصاق بين ذرات المعدن ، على سبيل المثال مقاومة المعدن للخدوش أو الانقسام أو التصدع أو الانكسار.
- الثقل النوعي ، يعبر عن نسبة وزن المعدن إلى وزن الماء.
- يشير الوضوح إلى قدرة المعدن على نقل الضوء من خلاله.
- الخصائص الحسية والذوق والرائحة والملمس.
- الخصائص الحرارية والصهر ، تعبر عن قدرة المعدن على الذوبان.
- الخصائص المغناطيسية ، التي تعبر عن قدرة المعدن على التعرض للمغناطيس.
- النشاط الإشعاعي ، ويعبر عن قدرة المعدن على إصدار إشعاع.
الخصائص الفيزيائية للمعادن
تتميز المعادن بمجموعة من الخصائص الفيزيائية ، بما في ذلك:
- لمعان.
- الموصلية الجيدة للحرارة والكهرباء.
- كثافته عالية.
- نقطة انصهارها عالية.
- مرنة وقابلة للسحب.
- صلبة في درجة حرارة الغرفة ، باستثناء الزئبق.
- زمارة.
الخواص الكيميائية للمعادن
تمتلك المعادن العديد من الخصائص الكيميائية ، منها:
- يفقد بسهولة إلكتروناته المدارية الأخيرة.
- يمكن أن تتآكل.
- الأكاسيد في أشكالها الأساسية.
- لديها كهرسلبية منخفضة.
- عوامل اختزال جيدة.
أنواع المعادن
هناك أنواع مختلفة من المعادن من حيث خصائصها وخصائصها. نجدهم على النحو التالي:[1]
- المعادن الفلزية؛ وهو خليط من الحديد والكربون وصنف تحت هذا الاسم لاحتوائه على معادن مختلفة ويستخدم في عدة مجالات. يتميز هذا النوع أيضًا بكونه متينًا للغاية ويمكن تصنيعه بأشكال مختلفة ، وهو موصل جيد للحرارة والكهرباء حيث أنه شديد التحمل وقادر على تحمل الوزن الثقيل والظروف البيئية القاسية ، لذلك يتم استخدامه في التصنيع من المعدات والآلات الثقيلة ، ولكنها تتآكل وتذوب بمرور الوقت عند تعرضها لدرجات حرارة عالية ، مثل الحديد والفولاذ “الصلب”.
- معادن نفيسة ؛ هم المعادن الأقل تفاعلًا ، مثل العناصر النبيلة. تتميز بعدم الصدأ والتآكل عند ملامستها للهواء. كما أنها ناعمة وسهلة التصنيع بأشكال عديدة. كما أنها موصلة جيدة للحرارة والكهرباء. تستخدم في الحلي والعملات وغيرها ، وهي غالية الثمن كالذهب والفضة والبلاتين.
- معادن ثقيلة؛ وهي معادن ذات وزن وكثافة ذرية عالية لكنها أقل قوة من الحديد والمعادن الأخرى وليست وفيرة في طبيعتها وتؤثر سلباً على صحة الجسم لأنها سامة مثل الكادميوم والرصاص وغيرها.
- سبائك معدنية هي معادن مصنوعة من سبيكة من المعادن بغرض الحصول على خصائص معينة ، مثل زيادة القوة أو مقاومة التآكل أو المتانة.
استخدامات المعادن
تشكل المعادن حوالي 80٪ من العناصر الكيميائية المعروفة. تشمل أمثلة استخدامها ما يلي: [2]
- الحديد ، ويستخدم في صناعة مسامير الحديد وألواح الحديد وغيرها.
- يستخدم النحاس في صناعة الأسلاك والمآخذ الكهربائية وما إلى ذلك.
- الألمنيوم المستخدم في صناعة الأواني وأجزاء الطائرات مقاوم للتآكل لخفة وزنه.
- الزنك ، ويستخدم لصنع الخلايا الجافة ولطلاء الصفائح المعدنية لمنع الصدأ.
- الفضة ، وتستخدم لصنع العملات الفضية.
