المعادن هي مجموعة من العناصر التي لها خصائص فريدة مثل التوصيل الكهربائي ، ونقل الحرارة المرتفع ، ومعامل المقاومة الإيجابي ، واللمعان المميز ، والليونة النسبية. هذا النوع من المواد بسيط من حيث المركبات الكيميائية.
التصنيف حسب المجموعات
المعادن من بين المواد الأكثر استخدامًا من قبل البشرية عبر تاريخها. يقع معظمهم في الطبقات الوسطى من قشرة الأرض ، ولكن هناك أيضًا تلك المخبأة في أعماق الرواسب الجبلية.
في الوقت الحالي ، تحتل المعادن معظم الجدول الدوري (94 من 118 عنصرًا). من بين المجموعات المعترف بها رسميًا ، تجدر الإشارة إلى المجموعات التالية:
1. قلوية (ليثيوم ، بوتاسيوم ، صوديوم ، فرنسيوم ، سيزيوم ، روبيديوم). عند ملامستها للماء ، فإنها تشكل هيدروكسيدات.
2. الأرض القلوية (الكالسيوم ، الباريوم ، السترونتيوم ، الراديوم). تختلف في الكثافة والصلابة
3. الضوء (الألمنيوم ، الرصاص ، الزنك ، الغاليوم ، الكادميوم ، القصدير ، الزئبق). كثيرا ما تستخدم في السبائك بسبب قلة الكثافة
4. انتقالية (اليورانيوم ،الذهب ، التيتانيوم ، النحاس ، الفضة ، النيكل ، الحديد ، الكوبالت ، البلاتين ، البلاديوم ، إلخ). لديهم حالة أكسدة متغيرة
5. نصف المعادن (الجرمانيوم ، السيليكون ، الأنتيمون ، البورون ، البولونيوم ، إلخ). لديهم شبكة تساهمية بلورية في هيكلهم
6. الأكتينيدات (الأميريوم ، الثوريوم ، الأكتينيوم ، البركليوم ، الكوريوم ، الفيرميوم ، إلخ.)
7. اللانثانيدات (الجادولينيوم ، السماريوم ، السيريوم ، النيوديميوم ، اللوتيتيوم ، اللانثانم ، الإربيوم ، إلخ.)
من الجدير بالذكر أن هناك معادن في قشرة الأرض وتلك التي لم يتم تحديدها في مجموعات. وتشمل هذه المغنيسيوم والبريليوم.
مركبات أصلية
في الطبيعة ، هناك فئة منفصلة من التدوين الكيميائي البلوري. تشمل هذه العناصر معادن أصلية. هذه معادن لا ترتبط ببعضها البعض. في أغلب الأحيان ، تتشكل المعادن الأصلية في الطبيعة نتيجة للعمليات الجيولوجية.
45 مادة معروفة في الحالة البلورية في قشرة الأرض. معظمها نادر للغاية في الطبيعة ، وبالتالي تكلفتها العالية. حصة هذه العناصر هي 0.1٪ فقط. وتجدر الإشارة إلى أن العثور على هذه المعادن هو أيضًا عملية شاقة ومكلفة. يعتمد على استخدام الذرات ذات الأصداف المستقرة والإلكترونات
المعادن الأصلية تسمى أيضًا نبيلة. تتميز بالقصور الذاتي الكيميائي واستقرار المركبات. وتشمل هذه الذهب ، والبلاديوم ، والبلاتين ، والإيريديوم ، والفضة ، والروثينيوم ، إلخ. غالبًا ما يوجد النحاس في الطبيعة. يوجد الحديد في الحالة الأصلية بشكل رئيسي في الرواسب الجبلية على شكل نيازك. على الأكثرالعناصر النادرة للمجموعة هي الرصاص والكروم والزنك والإنديوم والكادميوم.
الميزات الأساسية
جميع المعادن تقريبًا في الظروف العادية تكون صلبة ومقاومة. الاستثناء هو الفرانسيوم والزئبق والمعادن القلوية. تختلف درجة حرارة الانصهار لجميع عناصر المجموعة. يتراوح مداها من -39 إلى +3410 درجة مئوية. يعتبر التنجستن الأكثر مقاومة للذوبان. لا تفقد مركباتها مقاومتها إلا عند درجات حرارة أعلى من +3400 درجة مئوية ، يجب تمييز الرصاص والقصدير عن المعادن سهلة الانصهار.
أيضًا ، يتم تقسيم العناصر وفقًا للكثافة (خفيفة وثقيلة) واللدونة (صلبة وناعمة). جميع المركبات المعدنية توصل الكهرباء بشكل جيد للغاية. ترجع هذه الخاصية إلى وجود شبكات بلورية مع إلكترونات نشطة. يتمتع النحاس والفضة والألمنيوم بأقصى قدر من الموصلية ، والصوديوم له موصلية أقل قليلاً. تجدر الإشارة إلى الخصائص الحرارية العالية للمعادن. تعتبر الفضة أفضل موصل للحرارة ، والزئبق هو الأسوأ.
المعادن في البيئة
في أغلب الأحيان ، يمكن العثور على هذه العناصر في شكل مركبات وخامات. المعادن في الطبيعة تشكل كبريتات وأكاسيد وكربونات. لتنقية المركبات ، من الضروري أولاً عزلها عن تكوين الخام. ستكون الخطوة التالية هي صناعة السبائك والمعالجة النهائية
في علم المعادن الصناعي ، يتم تمييز الخامات الحديدية وغير الحديدية. الأول مبني على أساس مركبات الحديد ، والأخير على معادن أخرى. تعتبر البلاتين والذهب والفضة معادن ثمينة. معظمهم في قشرة الأرض. لكنإلى حد أقل ، تمثل مياه البحر أيضًا نسبة صغيرة.
هناك عناصر نبيلة حتى في الكائنات الحية. يحتوي الإنسان على حوالي 3٪ من المركبات المعدنية. بالنسبة للجزء الأكبر ، يحتوي الجسم على الصوديوم والكالسيوم ، اللذين يعملان كإلكتروليت بين الخلايا. المغنيسيوم ضروري للسير الطبيعي للجهاز العصبي المركزي وكتلة العضلات ، الحديد جيد للدم ، النحاس جيد للكبد.
البحث عن المركبات المعدنية
توجد معظم العناصر تحت الطبقة العليا من التربة في كل مكان. أكثر المعادن شيوعًا في قشرة الأرض هو الألمنيوم. نسبته تتراوح في 8.2٪. العثور على المعدن الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض ليس بالأمر الصعب ، لأنه يحدث في شكل خامات
الحديد والكالسيوم أقل شيوعًا في الطبيعة. نسبتهم 4.1٪. يأتي بعد ذلك المغنيسيوم والصوديوم - 2.3٪ لكل منهما ، والبوتاسيوم - 2.1٪. لا تشغل المعادن المتبقية في الطبيعة أكثر من 0.6٪. يشار إلى أنه يمكن استخراج المغنيسيوم والصوديوم بالتساوي في كل من الأرض ومياه البحر.
توجد العناصر المعدنية في الطبيعة على شكل خامات أو في حالتها الأصلية ، مثل النحاس أو الذهب. هناك مواد يجب الحصول عليها من الأكاسيد والكبريتيدات ، على سبيل المثال ، الهيماتيت ، الكاولين ، المغنتيت ، الجالينا ، إلخ.
إنتاج المعادن
إجراء استخراج العناصر يتعلق باستخراج المعادن. يعتبر العثور على المعادن في الطبيعة على شكل خامات أبسط وأكثر العمليات شيوعًا في الصناعة العامة. للبحثالرواسب البلورية ، يتم استخدام معدات جيولوجية خاصة لتحليل تكوين المواد في قطعة معينة من الأرض. في حالات نادرة ، يتم تقليل وجود المعادن في الطبيعة إلى طريقة عادية مفتوحة تحت الأرض
بعد التعدين ، تبدأ مرحلة التخصيب ، عندما يتم فصل تركيز الخام عن المعدن الأصلي. يستخدم الترطيب ، التيار الكهربائي ، التفاعلات الكيميائية ، المعالجة الحرارية لتمييز العناصر. في أغلب الأحيان ، يحدث إطلاق خام المعدن نتيجة للذوبان ، أي التسخين مع الاسترداد.
تعدين الألمنيوم
تشارك المعادن غير الحديدية في هذه العملية. من حيث الاستهلاك والإنتاج ، فهي رائدة بين فروع أخرى للصناعات الثقيلة. هناك طلب كبير على المعدن الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية في العالم الحديث. من حيث الإنتاج ، يأتي الألمنيوم في المرتبة الثانية بعد الفولاذ.
الأهم من ذلك كله ، يستخدم هذا العنصر في صناعات الطيران والسيارات والكهرباء. ومن الجدير بالذكر أن أكثر المعادن شيوعًا في القشرة الأرضية يمكن الحصول عليه أيضًا بوسائل "اصطناعية". لمثل هذا التفاعل الكيميائي ، والبوكسيت مطلوب. أنها تشكل الألومينا. من خلال دمج هذه المادة مع أقطاب الكربون وملح الفلوريد تحت تأثير التيار الكهربائي ، يمكنك الحصول على أنقى خام الألمنيوم.
الصين هي الدولة الرائدة بين منتجي هذا المكون. هناك ما يصل إلى 18.5 مليون طن من المعدن يتم صهرها هناك سنويًا. الاتحاد الروسي السويسري UC RUSAL هو الرائد في تصنيف مماثل لتعدين الألومنيوم.
استخدام المعادن
جميع عناصر المجموعة متينة وغير منفذة ومقاومة لدرجة الحرارة نسبيًا. هذا هو سبب شيوع المعادن في الحياة اليومية. تُستخدم اليوم في صناعة الأسلاك الكهربائية ، والمقاومات ، والأجهزة ، والأدوات المنزلية
المعادن هي مواد بناء وأدوات مثالية. في البناء ، يتم استخدام السبائك النقية والمجمعة. في الهندسة والطيران ، تكون الوصلات الرئيسية من الصلب والسندات الأكثر صلابة.
