مادة صلبة غير عضوية موجودة في الطبيعة

مادة صلبة غير عضوية موجودة في الطبيعة

هي المعادن.

تتميز المعادن بأنها جيدة التوصيل للحرارة والكهرباء كما أنها تعكس الضوء ومرنة وقابلة للتطويع ومعظم العناصر الكيميائية المعروفة عبارة عن معادن وهي من أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية ومن أمثلتها الصوديوم والحديد والكالسيوم والماغنسيوم والبوتاسيوم والنحاس والفضة والذهب والبلاتين.

توجد المعادن في الحالة الصلبة في الغالب وتتفاعل بسهولة مع اللافلزات مثل الكبريت والأكسجين، وتختلف المعادن عن بعضها في التفاعلات الكيميائية فمن العناصر الأكثر تفاعلاً البوتاسيوم والليثيوم والراديوم بينما الأقل تفاعلاً البلاتين والفضة والذهب والبلاديوم، والمعادن مواد غير عضوية فهي لا تحتوي على إنزيمات أو أحماض أمينية أو ببتيدات مثل الكائنات الحية وهي تتكون بصورة طبيعية وعدد المعادن المعروفة يتجاوز 3000 معدن.[1]

تتشكل المعادن بعدة طرق منها

• ارتفاع الحرارة والضغط في القشرة الأرضية.
• تبخر المحاليل المائية.

ارتفاع الحرارة والضغط في القشرة الأرضية : يمكن أن يؤدي ارتفاع الحرارة والضغط في الوشاح إلى تكون المعادن حيث تنصهر الصخور وقد تستغرق هذه العملية ملايين السنين، وتتكون المعادن من حوالي 95% من القشرة الأرضية ويساعد في تشكيل المعادن السيليكا والأكسجين حيث يتوفران بكثرة في الوشاح.

تبخر المحاليل المائية : يمكن أن يؤدي تبخر المحاليل المائية إلى تشكيل رواسب معدنية حيث تتجمع بينما يتبخر الماء الموجود في المحلول إلى الهواء، وفي الغالب يحدث ذلك في الكهوف حيث تتجمع المياه الجوفية المليئة بالكالسيت فمع مرور الوقت تتكون معادن مثل الجبس والملح.[2]

خصائص المعادن

• اللون.
• الشكل البلوري.
• الصلابة.
• انعكاس الضوء.
• الكثافة.
• قابلة للانقسام.

اللون : من أكثر الخصائص التي تميز المعادن لونها حيث تشترك الكثير من المعادن في اللون ويمكن أن يختلف لون المعدن الواحد باختلاف كمية الشوائب الموجودة به والتي تغير في تركيبه الكيميائي مثل معدن الكوارتز الذي يمكن أن يكون ذات لون شفاف أو أصفر أو وردي أو أرجواني، والحديد الذي يعتمد لونه على التأكسد فقد يكون أخضر أو أسود أو أحمر.

الشكل البلوري : يعتمد الشكل البلوري للمعادن على الهيكل الذري الداخلي حيث بعض المعادن مثل كلوريد الصوديوم (الملح) والبيريت ذات شكل مكعب بينما النحاس و الأزوريت ليس لها شكل بلوري منتظم.

الصلابة : إن صلابة المعادن تجعل لها استخدامات عديدة مثل الماس يستخدم لتلميع الصخور بينما الكالسيت يستخدم في النحت حيث أن الرخام بالكامل عبارة عن كالسيت.

انعكاس الضوء : حيث أن المعادن لها بريق ومن المعادن المميزة في انعكاس الضوء الماس بينما الكروم يعكس الضوء مثل الزجاج.

الكثافة : تتراوح كثافة المعادن بين 1.01 إلى 17.5 جم لكل سم مكعب حيث أن كثافة الحديد النقي 7.6 جم لكل سم مكعب والذهب حوالي 17.65 جم لكل سم مكعب، وهناك تقنيات كثيرة لقياس كثافة المعادن كما أنها تستغرق وقتاً طويلاً.

قابلة للانقسام : يمكن أن تنقسم وتنكسر المعادن في جزء تكون فيه قوة الرابطة أقل من الروابط المحيطة ويمكن أن نقوم بذلك باستخدام مطرقة وتختلف شدة الانقسام باختلاف قهوة الروابط ففي معدن البيوتايت يحتوي على روابط هيدروجينية ضعيفة ولذا فإنه ينقسم بسهولة شديدة.[3]

ما هي أنواع المعادن

• المعادن الحديدية.
• غير الحديدية.
• النبيلة.
• الثقيلة.
• سبائك معدنية.

المعادن الحديدية : هي المعادن التي تحتوي على الحديد والكربون وهي كثيرة الاستخدام في صناعة الآلات والمعدات الثقيلة فهي تتحمل الأوزان الثقيلة والظروف البيئية القاسية وتكون صلبة ويمكن تشكليها ومع مرور الوقت تكون عرضة للتآكل وقابلة للذوبان مع درجات الحرارة العالية، وهي جيدة التوصيل للحرارة والكهرباء ومن أمثلتها الحديد والصلب.

غير الحديدية : تدخل في صناعة الآلات والمعدات وهي أخف وزناً من المعادن الحديدية كما أنها أقل مرونة ومن أمثلتها النحاس والألمنيوم والرصاص.

النبيلة : تشبه الغازات النبيلة في أنها أقل تفاعلاً وعند تعرضها للهواء لا يحدث لها تآكل أو صدأ ويمكن تشكليها بسهولة والمعادن النبيلة باهظة الثمن فهي تدخل في صناعة المجوهرات والعملات المعدنية ومن أمثلتها الفضة والذهب والبلاتين وهي جيدة التوصيل للحرارة والكهرباء.

الثقيلة : هي المعادن التي تتميز بوزن ذري عالي وكثافة عالية، ولكنها أقل صلابة من الحديد والمعادن الأخرى وهي ليست موجودة بوفرة في الطبيعة وهي تسبب التسمم للإنسان إذا تناولها ومن أمثلتها الرصاص والزرنيخ والكادميوم، في الغالب ليست جيدة في توصيل الكهرباء وتستخدم المعادن الثقيلة في الزراعة والصناعة والرعاية الصحية.

سبائك معدنية : تتمتع ببعض خصائص المعادن مثل الصلابة والمتانة ومقاومة التآكل وتستخدم في صناعة مدافع البنادق حيث أنها لا تسخن بسرعة عند التعرض للحرارة مثل المعادن الأخرى.[4]

من الأمثلة على المعادن

• الحديد.
• الماغنسيوم.
• الذهب.
• الفضة.
• الألومنيوم.
• النيكل.
• الزنك.
• الرصاص.
• الصوديوم.

الحديد : من أكثر المعادن وفرة في القشرة الأرضية وعند خلطه مع الكربون يتكون الفولاذ ويتمتع الحديد بالصلابة والليونة النسبية.

الماغنسيوم : من العناصر الأكثر وفرة في الكون فهو مذاب في البحر، كما يوجد في القشرة الأرضية، وفي الغالب لا يوجد في الطبيعة بصورته النقية، ولكن يوجد في صورة أيونات تتكون منها الأملاح وقابل للاشتعال بسهولة كما أنه يستخدم في السبائك.

الذهب : معدن ناعم ولامع وأصفر اللون وثمين ويمكنه التفاعل مع معظم المواد الكيميائية ماعدا الزئبق والسيانيد والكلور وهو رمز للثروة ويلعب دوراً حيوياً في الاقتصاد.

الفضة : معدن أبيض اللون ولامع وقابل للطي كما أنه ثمين ويمكن أن يوجد في الطبيعة بصورته النقية أو يحتوي على شوائب من معادن أخرى وموصل جيد للحرارة والكهرباء ونادراً ما وُجد في القشرة الأرضية.

الألومنيوم : من المعادن الخفيفة الوزن والتي لا تتأثر بالمغناطيس وهو ثالث أكثر المعادن وفرة في القشرة الأرضية ويشكل أهمية كبيرة في الصناعة وخاصة الحديد والصلب حيث أنه عالي المقاومة وغير قابل للتآكل وذو كثافة منخفضة.

النيكل : ذات لون أبيض وقابل للطرق بسهولة كما أنه موصل جيد للحرارة والكهرباء ومن المعادن المهمة للحياة فهو يدخل في تكون البروتينات والإنزيمات.

الزنك : في الغالب يستخدم كطلاء واقي للمعادن الأخرى وهو مقاوم للتأثر بالبلاستيك البارد.

الرصاص : شائع الاستخدام في تجنب ملامسة الإنسان للمواد المشعة وهو من العناصر المرنة والقابلة للذوبان والمقاومة للأحماض القوية مثل الهيدروكلوريك والكبريتيك.

الصوديوم : من المعادن القلوية الموجودة في ماء البحر وهو قابل للتأكسد وسريع التفاعل وهو من أحد المعادن الحيوية للكائنات الحية.[5]

استخدامات المعدن

• الإضاءة الكهربائية.
• في جسم الإنسان.
• الطب.

الإضاءة الكهربائية : حيث أن أول مصباح كهربائي تم استخدام التنجستن في صناعته حتى يولد الكهرباء فعندما تمر الكهرباء في السلك المعدني ينتنج عنها ضوء وذلك بسبب المقاومة، ومع التقدم التكنولوجي ظهرت مصابيح ليد التي تستخدم معادن أخرى للحصول على الكهرباء من الضوء.

في جسم الإنسان : المعادن مهمة في جسم الإنسان فهي ضرورية لنقل النبضات العصبية والأكسجين عن طريق الدم كما أنها تساعد الإنزيم في التفاعلات التي تحدث في الجسم ولذا فهي توجد بوفرة في الماء والطعام.

الطب : من أمثلة المعادن التي تستخدم في الرعاية الصحية الحديد الذي يعالج فقر الدم، والليثيوم الذي يعالج بعض الاضطرابات النفسية، والكالسيوم الذي يعمل على تقوية العظام ومضاد للحموضة، والماغنسيوم الذي يستخدم في علاج الإمساك.[6]