ما هي المعادن؟
المعادن هي عناصر كيميائية تتميز بقدرتها على فقد الإلكترونات أثناء التفاعلات الكيميائية، مما يؤدي إلى تكوين أيونات موجبة الشحنة. تتواجد هذه العناصر بشكل رئيسي في المجموعات الثلاث الأولى من الجدول الدوري. من بين المعادن الأكثر شيوعًا نجد الذهب، النحاس، الحديد، الزنك، الرصاص، الفضة، والتيتانيوم، والتي تلعب أدوارًا حيوية في مختلف التطبيقات العملية.
سمات المعادن
تتميز المعادن بمجموعة من الخصائص المميزة التي تجعلها ذات قيمة في العديد من الصناعات والتطبيقات. هذه الخصائص تشمل:
- اللمعان: تمتلك المعادن بريقًا مميزًا يعكس الضوء بشكل جيد.
- القابلية للسحب: يمكن تشكيل المعادن إلى أسلاك رفيعة دون أن تنكسر.
- القابلية للطرق: يمكن تشكيل المعادن إلى صفائح رقيقة عن طريق الطرق عليها.
- ارتفاع درجة الانصهار: تحتاج المعادن إلى درجات حرارة عالية جدًا لتنصهر.
- الصلابة: معظم المعادن تكون صلبة في درجة حرارة الغرفة.
- الكثافة العالية: تتميز المعادن بكثافتها العالية مقارنة بالعديد من المواد الأخرى.
- التوصيل الجيد للكهرباء: تتميز المعادن بقدرتها العالية على توصيل التيار الكهربائي، وذلك بسبب وجود إلكترونات حرة الحركة في بنيتها الذرية. هذه الإلكترونات تشكل ما يشبه “غيمة” حول الأنوية، مما يسمح لها بنقل الشحنات الكهربائية بسهولة.
- التوصيل الجيد للحرارة: تنقل المعادن الحرارة بكفاءة عالية.
- النشاط الكيميائي: تتفاعل المعادن مع الأكسجين لتكوين أكاسيد، وتختلف سرعة هذا التفاعل باختلاف نوع المعدن. الفلزات القلوية هي الأكثر نشاطًا، مثل البوتاسيوم الذي يحترق بسرعة. بينما تصدأ الفلزات الانتقالية مثل الحديد ببطء. بعض المعادن مثل الألومنيوم والتيتانيوم تكون طبقة واقية من الأكسيد تحميها من التآكل.
- التفاعل مع الأحماض: تتفاعل المعادن مع الأحماض لتكوين أملاح وغاز الهيدروجين.
ما هي اللافلزات؟
اللافلزات هي مجموعة من العناصر الكيميائية التي تميل إلى اكتساب الإلكترونات خلال التفاعلات الكيميائية لتكوين أيونات سالبة. توجد هذه العناصر في الجزء العلوي الأيمن من الجدول الدوري. باستثناء الهيدروجين، الذي على الرغم من موقعه في الجانب الأيسر، غالبًا ما يتصرف كاللافلزات. من بين اللافلزات الشائعة نجد الكلور، الفسفور، النيتروجين، الأكسجين، الكربون، واليود. على الرغم من أن عدد العناصر اللافلزية أقل من عدد العناصر الفلزية، إلا أنها تشكل الجزء الأكبر من القشرة الأرضية.
سمات اللافلزات
تتميز اللافلزات بخصائص مختلفة تمامًا عن المعادن، وتشمل هذه الخصائص:
- ضعف التوصيل الكهربائي: بعض اللافلزات عازلة للكهرباء مثل الكربون والفسفور، بينما البعض الآخر شبه موصل مثل السيليكون والجرمانيوم.
- ضعف التوصيل الحراري: معظم اللافلزات رديئة التوصيل للحرارة بسبب محدودية حركة الإلكترونات فيها.
- الحالات الفيزيائية المختلفة: توجد اللافلزات في حالات فيزيائية مختلفة في درجة حرارة الغرفة، فبعضها صلب مثل الكربون، وبعضها سائل مثل البروم، وبعضها غازي مثل الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين، وهي المكونات الرئيسية للغلاف الجوي.
- التفاعل مع الهيدروجين: تتفاعل مع الهيدروجين وتكون أكاسيد حمضية.
- انخفاض درجة الانصهار: غالبًا ما تكون درجة انصهار اللافلزات منخفضة.
- عدم الاستقرار الكيميائي: تميل اللافلزات إلى تكوين روابط تساهمية مع بعضها البعض أو روابط أيونية قوية مع المعادن لتحقيق الاستقرار.
ما هي السبائك المعدنية؟
للاستفادة من الخصائص المميزة لكل من المعادن واللافلزات، يتم تصنيع السبائك. السبائك هي مواد تتكون من مزيج من معدن واحد على الأقل مع عناصر أخرى، سواء كانت فلزية أو لا فلزية. هذه العملية تهدف إلى تحسين أو تغيير خواص المعدن الأساسي لتلبية احتياجات تطبيق معين.
مثال على ذلك، المجوهرات الذهبية غالبًا ما تحتوي على مزيج من الذهب مع معادن أخرى مثل النحاس أو الفضة. الذهب الخالص يكون لينًا جدًا وعرضة للتشوه، لذلك يتم إضافة معادن أخرى لزيادة صلابته وقوته، مما يجعله أكثر ملاءمة للاستخدام في المجوهرات. إضافة الكربون إلى الحديد ينتج عنه الفولاذ، وهي سبيكة أقوى وأكثر مقاومة للصدأ من الحديد النقي.
