جدول المحتويات
السمات الرئيسية للمعادن
المعادن عبارة عن مواد تتميز بقدرتها العالية على توصيل الكهرباء والحرارة. تتميز أيضًا بمرونتها وقابليتها للتشكيل عند تعرضها لدرجات حرارة معينة، بالإضافة إلى قدرتها الكبيرة على عكس الضوء. تشكل المعادن ما يقرب من ثلاثة أرباع جميع العناصر الكيميائية الموجودة على الأرض.
من بين المعادن الأكثر وفرة في قشرة الأرض: الألومنيوم، والحديد، والكالسيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والمغنيسيوم. فيما يلي شرح مفصل لخصائصها:
الصفات الطبيعية للمعادن
من أبرز الصفات الفيزيائية للمعادن ما يلي:
- التوصيل الحراري والكهربائي العالي: تتميز جميع المعادن بقدرتها الفائقة على توصيل الحرارة والكهرباء. لهذا السبب، تُستخدم المعادن في صناعة أواني الطهي والمكاوي نظرًا لقدرتها العالية على توصيل الحرارة.
- القابلية للطرق: وهي صفة تجعل المعادن قابلة للتشكيل عن طريق الطرق والضغط عليها لتصبح صفائح مسطحة. تعتبر صفائح الألومنيوم مثالًا على ذلك، وتستخدم في صناعة الطائرات بسبب خفة وزنها ومتانتها. تستخدم صفائح المعادن الأخرى في تطبيقات متنوعة مثل صناعة السيارات والأواني وغيرها.
- المرونة: وهي قدرة المادة على التمدد والتشكل. يمكن للمعادن أن تتمدد وتتشكل عند تعرضها لدرجات حرارة معينة، مع الحفاظ على متانتها بعد التشكيل. لهذا السبب، تصنع أسلاك الكابلات من المعادن عن طريق تعريضها لدرجة حرارة معينة وسحبها. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم المعادن في عمليات اللحام.
- اللمعان: تتميز جميع المعادن بلمعانها وبريقها. قد تفقد بعض المعادن هذه الخاصية في الطبيعة بسبب تعرضها للظروف البيئية، ولكن يمكن استعادة اللمعان عن طريق الصقل.
- الرنين: تصدر المعادن صوتًا مميزًا عند الاصطدام بأجسام صلبة.
الخصائص التفاعلية للمعادن
تشمل الخصائص الكيميائية للمعادن ما يلي:
- التفاعل مع الماء: تتفاعل فقط المعادن النشطة مع الماء. على سبيل المثال، يتفاعل الصوديوم بقوة مع الماء والأكسجين، منتجًا حرارة عالية. لذلك، يتم تخزين الصوديوم في الكيروسين لتجنب ملامسته للأكسجين والرطوبة.
- التفاعل مع الأحماض: ينتج عن تفاعل المعادن مع الأحماض غاز الهيدروجين. على سبيل المثال، يتفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك لإنتاج كلوريد الزنك وغاز الهيدروجين.
- التفاعل مع القواعد: لا تتفاعل جميع المعادن مع القواعد. تلك التي تتفاعل تنتج أملاحًا معدنية وغاز الهيدروجين. على سبيل المثال، يتفاعل الزنك مع هيدروكسيد الصوديوم القوي لإنتاج زنكات الصوديوم وغاز الهيدروجين.
- التفاعل مع الأكسجين: ينتج عن احتراق المعادن في وجود الأكسجين أكاسيد المعادن. توجد المعادن في الطبيعة على شكل أكاسيد. على سبيل المثال، ينتج أكسيد المغنيسيوم عن حرق المغنيسيوم في وجود الأكسجين.
موقع المعادن في الجدول الدوري
توجد المعادن في الجانب الأيسر ووسط الجدول الدوري. تصنف إلى مجموعات مختلفة، بما في ذلك:
- الفلزات القلوية: وتشمل الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم والفرانسيوم، بالإضافة إلى الهيدروجين في حالته المعدنية.
- الفلزات القلوية الأرضية: وتشمل البريليوم والمغنيسيوم والكالسيوم والسترونتيوم والباريوم والراديوم.
- الفلزات الأساسية: وتشمل الألومنيوم والجاليوم والإنديوم والثاليوم والرصاص والبزموت والنيهونيوم والفليروفيوم والموسكوفيوم والليفرموريوم والتينسين.
- الفلزات الانتقالية: وتشمل السكانديوم والتيتانيوم والفاناديوم والكروم والمنغنيز والحديد والكوبالت والنيكل والنحاس والزنك والإيتريوم والزركونيوم والنيوبيوم والموليبدينوم والتكنيتيوم والروثينيوم والروديوم والبلاديوم والفضة والكادميوم واللانثانم والهافنيوم والتنتالوم والتنغستن والرينيوم والأوزميوم والإيريديوم والبلاتين والذهب والزئبق والأكتينيوم والرذرفورديوم والدوبنيوم والهاسيوم والكوبر والسيريوم واليوروبيوم والإربيوم والثوليوم والإيتربيوم واللوتيتيوم والثوريوم واليورانيوم والنبتونيوم والبلاتين والفيرميوم والمندليفيوم والنوبليوم واللورنسيم.
السمات المميزة لغير الفلزات
اللافلزات هي مواد ذات طاقة تفاعل محدودة أو غير نشطة، وتوصيل إلكتروني ضعيف. أي أنها مواد عازلة أو شبه موصلة، وتزداد موصليتها مع ارتفاع درجة الحرارة. تتواجد اللافلزات في الطبيعة في الحالات الصلبة والسائلة والغازية، ولها خصائص مميزة نوضحها فيما يلي:
الخواص الفيزيائية لغير الفلزات
تشمل الخصائص الفيزيائية لغير الفلزات ما يلي:
- عدم الليونة: اللافلزات ليست مرنة. باستثناء الكربون الذي يتميز بالليونة ويستخدم في صناعة ألياف الكربون.
- عدم القابلية للتشكيل والتطويع: لا يمكن تشكيل اللافلزات أو تطويعها، ولا يمكن سحبها أو طرقها على شكل صفائح بسبب هشاشتها.
- عدم اللمعان: اللافلزات ذات مظهر معتم.
- عدم الرنين: لا تصدر اللافلزات رنينًا عند الاصطدام بمواد أخرى.
- ضعف التوصيل: اللافلزات ضعيفة التوصيل للحرارة والكهرباء باستثناء الجرافيت.
الخواص الكيميائية لغير الفلزات
تشمل الخصائص الكيميائية لغير الفلزات ما يلي:
- التفاعل مع الماء: لا تتفاعل اللافلزات مع الماء، وغالبًا ما تكون نشطة في وجود الهواء. لذلك، تخزن بعض اللافلزات في الماء، مثل الفسفور الذي يشتعل عند تعرضه للهواء والأكسجين. يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الماء لتكوين حمض الكبريت: SO2+ H2O → H2SO3
- التفاعل مع الأحماض: تتميز جميع اللافلزات بقدرتها على التفاعل مع الأحماض.
- التفاعل مع القواعد: التفاعل بين اللافلزات والقواعد معقد بعض الشيء. على سبيل المثال، يتفاعل الكلور مع هيدروكسيد الصوديوم لإنتاج هيبوكلوريت الصوديوم وكلوريد الصوديوم والماء.
- التفاعل مع الأكسجين: تتشكل أكاسيد اللافلزات عند تفاعلها مع الأكسجين. تتميز أكاسيد اللافلزات بأنها حمضية أو متعادلة بطبيعتها. على سبيل المثال، يتفاعل الكبريت مع الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكبريت: S + O2→ SO2
تمركز اللافلزات في الجدول الدوري
توجد اللافلزات في الجانب الأيمن من الجدول الدوري، باستثناء الهيدروجين الموجود في أعلى اليسار. تصنف اللافلزات إلى:
- اللافلزات الأساسية: وتشمل الهيدروجين (الذي يعتبر أحيانًا فلزًا قلويًا)، والكربون، والنيتروجين، والأكسجين، والفسفور، والكبريت، والسيلينيوم.
- الهالوجينات: وتشمل الفلور، والكلور، والبروم، واليود، والأستاتين، والتينيسين.
- الغازات النبيلة: وتشمل الهيليوم، والنيون، والأرجون، والكريبتون، والزينون، والرادون، والأوغانيسون.
لقد صنف العلماء العناصر والمواد على مر العصور ضمن مجموعات متنوعة. بعد إجراء العديد من الأبحاث والدراسات، تم تطوير الجدول الدوري الحديث، الذي يضم معظم العناصر الموجودة على كوكب الأرض. تم تصنيف هذه العناصر ضمن مجموعات مختلفة بناءً على خصائصها وحالاتها في الطبيعة.
تعد المعادن واللافلزات من المواد التي يستخدمها البشر على نطاق واسع. لذلك، من الضروري التعرف على هذه المواد والتمييز بينها، فبدونها سيكون بقاء الإنسان أمرًا صعبًا.
