المادة الأولى التي تعلم الناس استخدامها لتلبية احتياجاتهم هي الحجر. ومع ذلك ، في وقت لاحق ، عندما أصبح الشخص على دراية بخصائص المعادن ، عاد الحجر بعيدًا. أصبحت هذه المواد وسبائكها أهم وأهم مادة في أيدي الناس. تم صنع الأدوات المنزلية وأدوات العمل منها ، وتم بناء المباني. لذلك ، في هذه المقالة سننظر في ماهية المعادن ، والخصائص العامة ، والخصائص والاستخدامات التي لها صلة كبيرة بهذا اليوم. بعد كل شيء ، مباشرة بعد العصر الحجري ، اتبعت مجرة كاملة من المعادن: النحاس والبرونز والحديد.
المعادن: الخصائص العامة
ما الذي يوحد كل ممثلي هذه المواد البسيطة؟ بالطبع ، هذا هو هيكل الشبكة البلورية وأنواع الروابط الكيميائية وخصائص التركيب الإلكتروني للذرة. بعد كل شيء ، ومن هنا تأتي الخصائص الفيزيائية المميزة التي تكمن وراء استخدام هذه المواد من قبل البشر.
بادئ ذي بدء ، اعتبر المعادن عناصر كيميائية في النظام الدوري. توجد فيه بحرية تامة ، وتحتل 95 زنزانة من أصل 115 خلية معروفة حتى الآن. وهناك العديد من السمات لموقعها بشكل عامالنظام:
- يشكلون المجموعات الفرعية الرئيسية للمجموعتين الأولى والثانية ، وكذلك الثالثة ، بدءًا من الألومنيوم.
- تتكون جميع المجموعات الفرعية الثانوية من معادن فقط.
- تقع تحت القطر الشرطي من البورون إلى الأستاتين.
بناءً على هذه البيانات ، من السهل ملاحظة أنه يتم جمع اللافلزات في الجزء الأيمن العلوي من النظام ، وتنتمي بقية المساحة إلى العناصر التي ندرسها.
كل منهم يمتلك عدة مميزات للبنية الالكترونية للذرة:
- نصف قطر ذري كبير ، ونتيجة لذلك تضعف الرابطة بين الإلكترون الخارجي والنواة ، وبالتالي تتخلى عنها المعادن بسهولة ، وتعمل كعوامل اختزال.
- عدد قليل من الإلكترونات في طبقة الطاقة الخارجية.
- في المجموعة من أعلى إلى أسفل ، يتم تحسين الخصائص المعدنية للعناصر ، وعلى طول الفترة من اليسار إلى اليمين ، على العكس من ذلك ، فإنها تضعف. إذن أقوى غير فلز هو الفلور ، وأضعفها هو الفرانسيوم.
تسمح لنا الخصائص العامة للمعادن واللافلزات بتحديد الأنماط في هيكلها. وبالتالي ، فإن الشبكة البلورية السابقة معدنية خاصة. تحتوي عقده على عدة أنواع من الجسيمات في وقت واحد:
- أيونات ؛
- ذرات ؛
- إلكترونات.
تتراكم سحابة مشتركة في الداخل ، تسمى غاز الإلكترون ، والتي تشرح جميع الخصائص الفيزيائية لهذه المواد. نوع الرابطة الكيميائية في المعادن التي تحمل الاسم نفسه معهم.
الخصائص الفيزيائية
هناك عدد من المعلمات التي توحد جميع المعادن. الخصائص العامة لجسدهمخصائص تبدو مثل هذا
- لمعان معدني. جميع ممثلي هذه المجموعة من المواد لديهم. في الوقت نفسه ، يعكس معظمه ضوءًا بطول موجي واحد ، وبالتالي ينبعث من اللون الأبيض والفضي الناعم. لكن بعض (الذهب ، والنحاس ، والعديد من السبائك) لها لمعان أصفر.
- مرونة و مرونة. هذه المعلمة متأصلة أيضًا في المعادن. ومع ذلك ، فإن الخاصية العامة على هذا الأساس ليست دقيقة تمامًا ، حيث يوجد بين الممثلين لينة جدًا ومرنة وقابلة للدهن ، وهناك خصائص هشة للغاية يتم تشكيلها آليًا. أكثرها طيعًا ودكتًا هي الذهب والفضة والنحاس والألمنيوم وغيرها. أقل مرونة - القصدير والرصاص والمنغنيز وغيرها
- التوصيل الكهربائي والحراري. يمتلكها جميع الممثلين دون استثناء. المعادن موصلات من النوع الأول.
- درجة انصهار وغليان عالية. على هذا الأساس ، يتم تقسيمها إلى صهر (درجة حرارة أعلى من 1500 درجة) ، قابلة للانصهار - أقل من الرقم المحدد.
- المعادن الخفيفة والثقيلة حسب كثافتها. إنه أصغر ، كلما كان الوزن الذري للعنصر أصغر. أخف الليثيوم والأوزميوم أثقل.
- صلابة. حامل الرقم القياسي لهذا المؤشر هو الكروم ، وأنعمها هو السيزيوم ، يذوب في اليدين.
المعلمات المدرجة - هذه هي الخاصية العامة للمعادن ، أي كل ما يوحدهم في عائلة واحدة كبيرة. ومع ذلك ، يجب أن يكون مفهوماً أن هناك استثناءات لكل قاعدة. علاوة على ذلك ، هناك الكثير من العناصر من هذا النوع. لذلك ، داخل الأسرة نفسها ،هناك انقسامات إلى مجموعات مختلفة ، والتي سننظر فيها أدناه والتي سنشير إلى السمات المميزة لها.
الخصائص الكيميائية
من وجهة نظر علم الكيمياء ، جميع المعادن عوامل اختزال. وقوي جدا. كلما قل عدد الإلكترونات في المستوى الخارجي وكلما زاد نصف القطر الذري ، كان المعدن أقوى وفقًا للمعامل المحدد.
نتيجة لذلك ، يمكن للمعادن التفاعل مع:
- اللافلزات
- ماء ؛
- أحماض ؛
- مع القلويات (معادن مذبذبة) ؛
- أكاسيد ؛
- أملاح المعادن الأضعف
هذه مجرد نظرة عامة على الخصائص الكيميائية. بعد كل شيء ، لكل مجموعة من العناصر هم فردي بحت
معادن الأرض القلوية
الخصائص العامة للمعادن الأرضية القلوية كما يلي:
- لديك إلكترونين في المستوى الخارجي.
- يشكلون المجموعة الثانية من المجموعة الفرعية الرئيسية للنظام الدوري ، باستثناء البريليوم.
- في الظروف العادية ، هذه مواد صلبة لا يمكن قطعها بالسكين.
- لون المعادن البسيطة هو الرمادي الفضي ، مغطى بغشاء أكسيد في الهواء.
- نشاطهم الكيميائي مرتفع ، ويزيد من المغنيسيوم إلى الراديوم.
- منتشر بطبيعته وخاصة الكالسيوم. في شكل بسيط ، لم يتم العثور عليها بسبب النشاط العالي ، لكنها تشكل العديد من المركبات المختلفة المهمة للبشر.
- مهم بيولوجيا. الكالسيوم والمغنيسيوم من العناصر النزرة الهامة في جسم الإنسان والحيوانات. المغنيسيوم هو أيضا جزء من نبات الكلوروفيل.
وهكذا ، فإن المعادن الأرضية القلوية هي عناصر شائعة في عائلة s ، وتُظهر نشاطًا كيميائيًا عاليًا وهي عوامل اختزال قوية ومشاركين مهمين في العمليات البيولوجية في الجسم.
معادن قلوية
تبدأ الخاصية العامة للمعادن القلوية باسمها. لقد تلقوها من أجل القدرة على الذوبان في الماء ، وتشكيل القلويات - هيدروكسيدات كاوية. ردود الفعل مع الماء عنيفة للغاية ، وأحيانًا قابلة للاشتعال. لا توجد هذه المواد في شكل حر في الطبيعة ، لأن نشاطها الكيميائي مرتفع للغاية. تتفاعل مع الهواء وبخار الماء وغير المعادن والأحماض والأكاسيد والأملاح ، وكل شيء تقريبًا.
هذا بسبب هيكلها الإلكتروني. في المستوى الخارجي ، يوجد إلكترون واحد فقط ، والذي يسهل عليهم التخلي عنه. هذه هي أقوى عوامل الاختزال ، ولهذا السبب استغرق الحصول عليها في شكلها النقي وقتًا طويلاً. تم إجراء ذلك لأول مرة بواسطة همفري ديفي بالفعل في القرن الثامن عشر عن طريق التحليل الكهربائي لهيدروكسيد الصوديوم. الآن يتم تعدين جميع ممثلي هذه المجموعة باستخدام هذه الطريقة.
تكمن السمة العامة للمعادن القلوية في حقيقة أنها تشكل المجموعة الأولى من المجموعة الفرعية الرئيسية للنظام الدوري. كلهم عناصر مهمة تشكل العديد من المركبات الطبيعية القيمة التي يستخدمها الإنسان.
الخصائص العامة لمعادن عائلات D و f
هذه المجموعة من العناصر تشمل كل هؤلاءالتي قد تختلف أكسدة. وهذا يعني أنه وفقًا للظروف ، يمكن أن يعمل المعدن كعامل مؤكسد وعامل اختزال. هذه العناصر لديها قدرة كبيرة على الدخول في ردود الفعل. من بينها ، عدد كبير من المواد مذبذب.
الاسم الشائع لجميع هذه الذرات هو عناصر الانتقال. لقد تلقوها لحقيقة أنها ، من حيث خصائصها ، تقف حقًا ، كما كانت ، في المنتصف ، بين المعادن النموذجية للعائلة s وغير المعادن من عائلة p.
السمة العامة للمعادن الانتقالية تعني تعيين خصائصها المتشابهة. هم كالتالي:
- عدد كبير من الإلكترونات في المستوى الخارجي ؛
- نصف قطر ذري كبير ؛
- عدة حالات أكسدة (من +3 إلى +7) ؛
- إلكترونات التكافؤ في المستوى الفرعي d- أو f ؛
- شكل 4-6 فترات كبيرة من النظام.
كمواد بسيطة ، فإن معادن هذه المجموعة قوية جدًا وقابلة للدهن وقابلة للطرق ، لذلك فهي ذات أهمية صناعية كبيرة.
مجموعات فرعية جانبية من النظام الدوري
الخصائص العامة للمعادن للمجموعات الفرعية الثانوية تتوافق تمامًا مع تلك الخاصة بالمجموعات الانتقالية. وهذا ليس مفاجئًا ، لأنه في الواقع نفس الشيء تمامًا. كل ما في الأمر أن المجموعات الفرعية الجانبية للنظام تتشكل على وجه التحديد من قبل ممثلي العائلتين d و f ، أي الفلزات الانتقالية. لذلك يمكننا القول أن هذه المفاهيم مترادفات
أكثرهم نشاطًا وأهمهم هم الصف الأول المكون من 10 ممثلين من سكانديوم إلى الزنك. كل منهم ذات أهمية صناعية كبيرة وفي كثير من الأحيانيستخدمه الإنسان خاصة للصهر.
سبائك
تسمح لنا الخصائص العامة للمعادن والسبائك بفهم مكان وكيفية استخدام هذه المواد. مرت مثل هذه المركبات بتحولات كبيرة في العقود الماضية ، لأنه يتم اكتشاف المزيد والمزيد من الإضافات الجديدة وتصنيعها لتحسين جودتها.
أشهر السبائك اليوم هي:
- نحاس
- دورالومين ؛
- زهر ؛
- فولاذ ؛
- برونز
- سيفوز
- نيتشروم وغيرها.
ما هي السبيكة؟ هذا هو مزيج من المعادن يتم الحصول عليها عن طريق صهر الأخير في أجهزة أفران خاصة. يتم ذلك من أجل الحصول على منتج أفضل من حيث خصائص المواد النقية التي يتكون منها.
مقارنة خواص المعادن و اللافلزات
إذا تحدثنا عن الخصائص العامة ، فإن خصائص المعادن وغير المعدنية ستختلف في نقطة واحدة مهمة للغاية: بالنسبة إلى الأخيرة ، لا يمكن التمييز بين الميزات المتشابهة ، لأنها تختلف اختلافًا كبيرًا في خصائصها الفيزيائية والكيميائية.
لذلك ، من المستحيل إنشاء مثل هذه الخاصية لغير المعادن. من الممكن فقط النظر بشكل منفصل في ممثلي كل مجموعة ووصف خصائصهم.
