يعد المعدن من أقدم المواد التي استخدمتها البشرية لدعم العديد من القطاعات بدءًا من البناء وحتى التكنولوجيا. إن استخدام المعادن المصنفة تحت العناصر الكيميائية ذات الخصائص المعدنية له خصائص محددة بشكل مختلف والتي على مدى قرون عديدة شكلت المجتمع ومست الحضارة من العصر الحجري إلى العصر المعاصر.. لقد صدمني مدى قوتها وفي نفس الوقت ليونتها, موصلة جيدة للحرارة, والاعتراف بتكوين السبائك, مما يجعلها مناسبة لاستخدامات لا نهاية لها على ما يبدو. هنا سنناقش حول 24 أنواع المعادن وخصائصها للكشف عن مدى تنوع هذه المادة.
ما هي المعادن?
يتميز المعدن كعنصر أو مركب بشكل رئيسي بصفات معينة بما في ذلك الموصلية الكهربائية والحرارية العالية, ليونة, والقدرة على السبائك. وهي عادة لامعة ولها كثافة معدنية في درجة حرارة الغرفة ومعظمها معادن باستثناء الزئبق. المعادن هي معادن أصلية متوفرة على نطاق واسع في القشرة الأرضية في شكل مدمج مع عناصر أخرى تعرف بالخامات التي يتم استخراجها وتنقيتها لاستخدامها في التطبيقات الصناعية. ويمكنها إقامة روابط متعددة ويمكن تصميمها في شكل سلع أساسية.
ما هو المعدن الحديدي?
الحديد يعني أن تتكون إلى حد كبير من الحديد وهي واحدة من أقوى مجموعات المعادن. في الظروف العادية وعندما تتعرض للرطوبة والهواء فإنها تصدأ أو تتآكل ما لم تكن محمية أو مصنوعة من سبيكة. وهي تشمل; الحديد الزهر الصلب. وتستخدم هذه المعادن عادة في تشييد المباني, في صناعة السيارات وكذلك في الصناعات التحويلية.
ما هو المعدن غير الحديدي?
المعادن غير الحديدية هي تلك المعادن التي لا يتم خلطها مع الحديد أو التي تحتوي على نوعية محدودة من الحديد الموجود فيها. وهي عمومًا أكثر مقاومة للتآكل والأكسدة من معادن الحديديك، كما أنها أخف وزنًا, أكثر ليونة, وتمتلك خصائص التوصيل الكهربائي والحراري الفائقة. وتشمل هذه الألومنيوم, نحاس, يقود, الزنك, ذهب, فضة, ويمكن أيضًا ذكر التيتانيوم وغيرها الكثير هنا. الاستخدامات الشائعة للمعادن غير الحديدية تشمل الصناعات الفضائية والصناعات الكهربائية وصناعة المجوهرات.
24 أنواع مختلفة من المعادن وخصائصها
فيما يلي تفصيل تفصيلي لخصائص وتطبيقات 24 المعادن:
1. الألومنيوم (آل)
ملكيات:
- وزن خفيف: ممتاز للتطبيقات التي تتطلب القوة دون إضافة كتلة: حوالي ثلث وزن الفولاذ.
- غير مغناطيسية: وهذا مفيد في الإلكترونيات لأن الألومنيوم لا يستجيب للمجالات المغناطيسية.
- مقاومة للتآكل: إنه يشكل طبقة أكسيد طبيعية تحميه بشكل أكبر من التآكل.
- ليونة: إنه مرن ويمكن تمديده إلى أسلاك, أو صفائح رقيقة.
- الموصلية الكهربائية والحرارية: وهو موصل للكهرباء والحرارة, ولكنها ليست موصلة مثل النحاس, لكن قدرتها على القيام بذلك تجعلها ذات قيمة في العديد من التطبيقات.
الاستخدامات:
الفضاء الجوي, السيارات, التعبئة والتغليف, بناء, إلكترونيات, البحرية, بضائع المستهلكين, الطاقة المتجددة, البنية التحتية للنقل, الأجهزة الطبية, وتطبيقات تجهيزات المطابخ.
2. حديد (الحديد)
ملكيات:
- قوية ودائمة: لبنة أساسية في البناء.
- مغناطيسي: واحدة من أكثر المعادن المغناطيسية, حيوية في المحركات والمولدات.
- ثقيلة وكثيفة: أنه يعطي الاستقرار للهياكل.
- عرضة للأكسدة: غير معالجة, فهو يصدأ ويتم التحكم فيه عن طريق الطلاء أو صناعة السبائك.
الاستخدامات:
- في مواد البناء, السيارات, تصنيع, المعدات الثقيلة, السكك الحديدية, طاقة, الدفاع & جيش, بناء السفن, خطوط الأنابيب والبنية التحتية, التعدين, اجهزة منزلية, الأدوات والأجهزة, المعدات الزراعية وتصنيع الأثاث
3. فُولاَذ
ملكيات:
- ارتفاع قوة الشد: للهياكل الحاملة, إنه ضروري.
- المقاومة للتآكل (الفولاذ المقاوم للصدأ): سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ التي تحتوي على الكروم تمنع الصدأ.
- مجموعة متنوعة من الأنواع: هناك اختلاف في استخدام الكربون, غير القابل للصدأ, وسبائك الفولاذ.
الاستخدامات:
- أدوات, الأجهزة, السيارات, بناء, والبنية التحتية.
4. نحاس (النحاس)
ملكيات:
- موصل ممتاز: للتمديدات الكهربائية, تستخدم في أغلب الأحيان.
- مقاومة للتآكل: مع مرور الوقت يشكل طبقة صدأ على السطح ويمنع التآكل العميق.
- مضادات الميكروبات: يقتل البكتيريا عند ملامستها.
- ليونة وقابلة للطرق: يمكن تحويلها إلى أسلاك أو أنابيب بسهولة.
الاستخدامات:
- الأسلاك الكهربائية, السباكة, المبادلات الحرارية, الطاقة المتجددة, الاتصالات, معدات طبية, إلكترونيات, الآلات الصناعية, والأدوات الطبية.
5. ذهب (الاتحاد الأفريقي)
ملكيات:
- قابلة للطرق والسحب: يمكن تشكيلها على شكل صفائح رقيقة.
- غير رد الفعل: لا يشوه ولا يتآكل, مما يجعلها ذات قيمة في مجال الإلكترونيات.
- موصل ممتاز: يوصل الكهرباء بكفاءة.
- عاكسة ولامعة: تستخدم في كثير من الأحيان للتطبيقات الجمالية في المجوهرات.
الاستخدامات:
مجوهرات, إلكترونيات, عملة, طب الأسنان, والفضاء.
6. فضي (حج)
ملكيات:
- أعلى الموصلية الكهربائية: أغلى من النحاس ولكنه ليس بنفس جودة النحاس.
- الموصلية الحرارية: يوصل الحرارة بشكل جيد جداً.
- ليونة وقابلة للطرق: يمكن تشكيلها بسهولة إلى طبقات رقيقة.
- مضادات الميكروبات: يستخدم أيضًا في التطبيقات الطبية للعناية بالجروح.
الاستخدامات:
- إلكترونيات, مجوهرات, أدوات المائدة, مرايا, الأدوات الطبية.
7. التيتانيوم (ل)
ملكيات:
- نسبة القوة إلى الوزن عالية: أخف من الفولاذ ولكن بنفس القوة.
- مقاومة للتآكل: وهذا يشكل طبقة أكسيد سلبية تمنع الصدأ.
- متوافق حيويا: إنه آمن للاستخدام في جسم الإنسان.
- غير مغناطيسية: لا يتداخل مع المجالات المغناطيسية.
الاستخدامات:
- الغرسات الطبية, ادوات رياضية, الفضاء الجوي, والدراجات الراقية.
8. النيكل (في)
ملكيات:
- مقاومة للتآكل: يضيف المتانة إلى السبائك.
- المغناطيسية الحديدية: يُسمح باستخدامها في إلكترونيات معينة بسبب خصائصها المغناطيسية.
- ليونة وصعبة: يمكن استخدامه في البيئات عالية الضغط.
الاستخدامات:
إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ, عملات معدنية, البطاريات, والإلكترونيات.
9. يقود (الرصاص)
ملكيات:
- كثافة عالية: تستخدم لتطبيقات الوزن والاستقرار.
- ناعمة وقابلة للطرق: يمكن تشكيلها بسهولة.
- مقاومة للتآكل: إضافة طول العمر إلى التطبيقات الرائدة, لا تتآكل بسهولة.
- نقطة انصهار منخفضة: قابلة للانصهار أو قابلة للتشكيل مع القليل من الحرارة.
الاستخدامات:
التدريع من الإشعاع, البطاريات, والسبائك.
10. البلاتين (نقطة)
ملكيات:
- مقاومة للتآكل: لا تحدث الأكسدة حتى في ظل الظروف القاسية.
- نقطة انصهار عالية: جيد لتطبيقات درجات الحرارة العالية.
- الحفاز: يمكن أن يسهل التفاعلات الكيميائية دون أن يتم استهلاكه.
- كثيفة وقابلة للطرق: كما أنها تعمل بسهولة ومتينة.
الاستخدامات:
المحولات الحفازة, مجوهرات, إلكترونيات, ومعدات المختبرات.
11. الزنك (الزنك)
ملكيات:
- مقاومة للتآكل: يستخدم كطبقة واقية في كثير من الأحيان.
- نقطة انصهار منخفضة: من السهل القولبة والعمل بها.
- هشة في درجة حرارة الغرفة: يصبح أكثر مرونة في درجات الحرارة المرتفعة.
- رد الفعل: يشكل طبقة أكسيد, والذي يميل إلى حمايته من المزيد من التدهور.
الاستخدامات:
إنه عنصر حيوي للجسم وفي جلفنة الفولاذ, سبائك الصب يموت, والبطاريات.
12. الكروم (كر)
ملكيات:
- مقاومة للتآكل: لا تصدأ بسهولة حتى في ظل الظروف القاسية.
- لمعان عالية: يعطي لامعة, سطح عاكس.
- صعبة وهشة: إنه هش ولكنه يضيف صلابة للسبائك.
- تشكل طبقة أكسيد: يساعد على حماية المعدن الموجود تحته.
الاستخدامات:
- الفولاذ المقاوم للصدأ, طلاء الكروم, والأصباغ.
13. المغنيسيوم (ملغ)
ملكيات:
- وزن خفيف: يقلل الحمل في السبائك بحوالي ثلثي وزن الألومنيوم.
- قابلة للاشتعال: يستخدم في الشعلات لأنه يحترق عند درجات حرارة عالية.
- مطيلة عند السبائك: المغنيسيوم هش, ولكن صناعة السبائك سوف تعزز.
- موصل جيد للكهرباء: تستخدم في بعض التطبيقات الكهربائية.
الاستخدامات:
السيارات, الفضاء الجوي, إلكترونيات, ألعاب نارية.
14. الكوبالت (شركة)
ملكيات:
- الصلب والمغناطيسي: إنه مثالي للمغناطيس والسبائك المتينة.
- مقاومة للتآكل: إنه يصمد بشكل جيد للغاية في بيئات درجة الحرارة العالية الضغط.
- نقطة انصهار عالية: جيد للسبائك الفائقة.
- الحفاز: العمليات الكيميائية والبيئية.
الاستخدامات:
سبائك, أصباغ, مغناطيس, والبطاريات.
15. التنغستن (دبليو)
ملكيات:
- أعلى نقطة انصهار: يمكنها تحمل الحرارة الشديدة.
- صعبة جدا وكثيفة: يمكنها قطع المعادن الأخرى حتى تحت الضغط.
- مقاومة للتآكل: نادرا ما يشوه.
- ارتفاع قوة الشد: حتى عندما امتدت, سوف تقاوم الكسر.
الاستخدامات:
التطبيقات العسكرية, الاتصالات الكهربائية, خيوط, وأدوات القطع.
16. الموليبدينوم (شهر)
ملكيات:
- نقطة انصهار عالية: إعدادات درجة الحرارة العالية.
- يقوي السبائك: لا زيادة في المتانة, ولكن مقاومة أفضل للارتداء.
- مقاومة للتآكل: يتحمل البيئات العدوانية بشكل جيد.
- موصل جيد: كما أنه يساعد على نقل الحرارة بكفاءة في السبائك.
الاستخدامات:
المحركات وعناصر التسخين, وسبائك الصلب.
17. البلاديوم (Pd)
ملكيات:
- الحفاز: يسرع التفاعلات الكيميائية.
- يمتص الهيدروجين: تعتبر خلايا التخزين والوقود فريدة من نوعها.
- مقاومة للتآكل: نادرا ما يشوه.
- مواد مطيلة: ويمكن تشكيلها إلى طبقات رقيقة دون أن تنكسر.
الاستخدامات:
إلكترونيات, مجوهرات, خلايا الوقود, والمحولات الحفازة.
18. الزئبق (زئبق)
ملكيات:
- السائل في درجة حرارة الغرفة: فريدة من نوعها بين المعادن.
- كثافة عالية: أثقل من معظم المعادن.
- موصل: سوف تقوم بتوصيل الكهرباء بشكل جيد.
- سامة: يتطلب التعامل الدقيق.
الاستخدامات:
إضاءة الفلورسنت, موازين الحرارة, والبارومترات.
19. البزموت (ثنائية)
ملكيات:
- بديل غير سام للرصاص: آمن في الاستخدام الغذائي والطبي.
- كثافة عالية ونقطة انصهار منخفضة: مثالية للسبائك منخفضة الانصهار.
- غير رد الفعل: لا تصدأ ولا تصمد جيدًا.
- يتوسع عند التصلب: مفيد في القوالب.
الاستخدامات:
كبديل للرصاص صديق للبيئة, في المستحضرات الصيدلانية, مستحضرات التجميل, والسبائك.
20. الروديوم (ر.س)
ملكيات:
- عاكس: كثيرا ما تستخدم في المرايا.
- مقاومة للتآكل: لا يشوه بسهولة.
- الحفاز: يساعد على تحطيم الملوثات.
- نقطة انصهار عالية: يتحمل درجات الحرارة القصوى.
الاستخدامات:
- مجوهرات, المحولات الحفازة, إلكترونيات.
21. الكادميوم (قرص مضغوط)
ملكيات:
- مقاومة للتآكل: الظروف الصعبة تصمد بشكل جيد.
- سامة: بسبب المخاطر الصحية, استخدام محدود.
- موصل: فعال بشكل خاص للاستخدام في التطبيقات الكهربائية.
- هش: ينكسر بسهولة تحت الضغط.
الاستخدامات:
أصباغ, البطاريات, والطلاءات.
22. الأنتيمون (بينالي الشارقة)
ملكيات:
- هشة وبلورية: ينكسر بسهولة ولكنه مستقر, معدن صلب.
- موصل ضعيف: وهو غير موصل للمعادن.
- يزيد من صلابة السبائك: غالبًا ما يتم خلطها لجعلها صلبة.
- مقاومة التآكل المعتدلة: ليست مقاومة مثل المعادن, مثل البلاتين, ولكنها مستقرة.
الاستخدامات:
البطاريات, إلكترونيات, وأشباه الموصلات.
23. الفاناديوم (الخامس)
ملكيات:
- نسبة القوة إلى الوزن عالية: يضيف القوة, دون الكثير من الوزن.
- مقاومة للتآكل: لا تصدأ بسهولة.
- ليونة وقابلة للطرق: يمكن تشكيلها دون أن تنكسر.
- الحفاز: التفاعلات الكيميائية وخاصة في إنتاج حامض الكبريتيك.
الاستخدامات:
الإنتاج الكيميائي, مكونات الفضاء الجوي, أدوات, وسبائك الصلب عالية القوة.
24. الليثيوم (لي)
ملكيات:
- أخف المعادن: يطفو على الماء, كثافة منخفضة جدًا.
- شديدة التفاعل: يتفاعل مع الماء والهواء لذلك يجب تخزينه بعناية.
- إمكانات كهروكيميائية عالية: أنه يعطي قيمته في تطبيقات البطارية.
- لينة ومطاطة: من السهل تشكيلها ويمكن قطعها بسكين.
الاستخدامات:
- وتشمل البطاريات القابلة لإعادة الشحن (على سبيل المثال, ليثيوم أيون للإلكترونيات والمركبات الكهربائية), دواء لاضطرابات المزاج, وبعض السبائك عالية الأداء.
خاتمة
ختاماً, تعتمد العديد من الصناعات بشكل كبير على المعادن في خصائصها بسبب وزنها المنخفض ومقاومتها للتآكل, يعتبر الألومنيوم خيارًا جيدًا لصناعات الطيران والسيارات, والحديد والصلب ضروريان للبناء والبنية التحتية حتى تتمتع بالقوة والمتانة. تستخدم الأسلاك الكهربائية الموصلية الجيدة للنحاس, بينما الذهب, البلاتين, والفضة لها استخدام مزدوج في الإلكترونيات والمجوهرات لأنها تناسب أيضًا موصليتها ومظهرها الجميل.
الأسئلة الشائعة
ما هي المعادن الحديدية وما هي المعادن غير الحديدية?
تحتوي المعادن الحديدية على الحديد وهي عرضة للصدأ بينما المعادن غير الحديدية لا تحتوي على الحديد وبالتالي فهي ليست عرضة للصدأ مثل المعادن الحديدية.
لماذا يتم اختيار المعادن غير الحديدية للاستخدام في الفضاء الجوي؟?
المواد الحديدية وغير الحديدية – الألومنيوم والتيتانيوم – خفيفة, خفيفة الوزن, لديها مقاومة عالية للتآكل, وهي مواد قوية مناسبة للاستخدام في مجال الطيران.
كيف يمكن منع الصدأ على المعادن الحديدية?
حيث أنه يتفاعل مباشرة مع الهواء, تجنب استخدام الحديد والصلب أو طلاءه, استخدام الطلاءات الواقية, أو استخدام سبائك خالية من الصدأ أو إصلاحها بانتظام.
هل يمكن إعادة تدوير جميع المعادن غير الحديدية؟?
نعم, من السهل إعادة تدوير مواد مثل الألومنيوم والنحاس, واستخدامها يحفظ العديد من الموارد.
