الجدول الدوري هو شكل من أشكال التنظيم الذي يعرض العناصر الكيميائية الطبيعية مصنفة حسب خصائصها الفيزيائية. ومن أهم المجموعات التي تحتوي عليها هي المعادن ، الموجودة في وسط الجدول وعلى الجانب الأيسر منه، وهي متشابهة جدًا في خصائصها. ثم قم بإلقاء نظرة فاحصة على هذه العناصر، بالإضافة إلى أنواعها ووظائفها.
ما هي المعادن؟
في مجال الكيمياء، المعادن هي عناصر مستخرجة من الأرض أو يتم إنتاجها عن طريق السبائك ، وتتميز بشكل رئيسي بأنها موصلة ممتازة للحرارة والكهرباء. بالإضافة إلى أنها ذات كثافة عالية، فهي صلبة في درجة حرارة الغرفة، باستثناء الزئبق، وتشكل أملاحها أيونات ذات شحنة كهربائية موجبة عند ذوبانها.
ويمكن القول أنه أحد العناصر الأكثر وفرة على وجه الأرض، وبالتالي الأكثر عددا في الجدول الدوري. بالإضافة إلى أنها توجد في حالة نقاوة كبيرة، رغم أن الكثير منها مختلط بمعادن التربة، لذلك يجب استخراجها بأيدي الإنسان. فهي معتمة ولها بنية بلورية ويمكن صقلها لتعكس الضوء بمجرد صقلها.
الأنواع الرئيسية للمعادن
ينقسم الجدول الدوري إلى صفوف أفقية تسمى فترات وأعمدة رأسية تسمى مجموعات. تتيح هذه التجمعات معرفة أن العناصر التي تنتمي إلى نفس المجموعة لها خصائص متشابهة. ومع ذلك، في المعادن يمكنك الحصول على الأنواع التالية :
- الانتقالية : يقعون ضمن ما يسمى بالمجموعة د وهم الأكثر عددا. وهي معروفة بصلابتها وموصليتها الكهربائية العالية ونقاط انصهارها العالية.
- القلوية : الفلزات القلوية هي تلك التي تنتمي إلى المجموعة الأولى من الجدول الدوري وهي الفرانسيوم والسيزيوم والروبيديوم والبوتاسيوم والصوديوم والليثيوم. وتتميز بأنها سريعة الاستجابة وناعمة ومشرقة وموصلات ممتازة وليست نقية بطبيعتها.
- المعادن الأرضية القلوية : هي تلك التي تنتمي إلى المجموعة الثانية من الجدول الدوري وهي الباريوم والسترونتيوم والكالسيوم والمغنيسيوم والبريليوم والراديوم. لديها تفاعل كيميائي أقل، ولكن صلابة أكبر. فهي موصلات ممتازة، ولها كثافة منخفضة ولمعان منخفض.
- اللانثانيدات : تُعرف أيضًا باسم “العناصر الأرضية النادرة”، وهي تلك الموجودة في الفترة السادسة من النظام الدوري ومع الأكتينيدات فهي جزء من العناصر الانتقالية الداخلية. لديهم السلوك المغناطيسي والطيفي.
- الأكتينيدات : وهي معادن مشعة وثقيلة ، لذلك من النادر العثور عليها بسهولة في الطبيعة، مثل اليورانيوم والأكتينيوم والنبتونيوم. إنها جزء من العناصر الأرضية النادرة وتكمل عناصر الانتقال الداخلية.
- الترانساكتينيدات : يشير إلى ما يسمى بالعناصر فائقة الثقل، لأنها تفوق أثقل الأكتينيدات من حيث العدد الذري. يمكننا رؤيتها في المختبر، فهي مشعة ولها وقت اضمحلال سريع.
كل هذه العناصر موجودة في الطبيعة، لكن من المستبعد جدًا أن توجد في حالتها النقية. على سبيل المثال، يوجد الحديد، وهو المعدن الأكثر وفرة، في الهيماتيت والمغنتيت والأكسيد، لذلك يجب استخدام طريقة الاختزال.
خصائص المعادن
كانت المعادن موجودة في الأنشطة البشرية منذ زمن سحيق، وخاصة في صناعة الأدوات التي تجعل الحياة أسهل. أنها تمتلك الصفات التي تسمح باستخدامها في جوانب مختلفة من الصناعة. الخصائص التي تسمح بهذا التنوع هي:
بدني
ومن الخصائص الفيزيائية للمعادن يمكننا أن نذكر:
- القابلية للطرق: لها القدرة على الحصول على الشكل المطلوب إذا تعرضت للضغط.
- الموصلية: فهي موصلة ممتازة للحرارة والكهرباء لأنها تسمح بتدفق الإلكترونات بسهولة من خلالها.
- الليونة: هي قدرة التمدد التي تسمح باستطالتها بشكل كافٍ، عن طريق القوة، حتى تصبح خيطاً أو خيطاً.
- الصلابة: تشير إلى المقاومة التي تظهرها عند تلقيها قوة أو ضربة مفاجئة، مما يمنع تشوهها أو تمزقها.
المواد الكيميائية
ومن أبرز خواصه الكيميائية المستخدمة في الصناعات المختلفة ما يلي:
- القدرة على صنع السبائك : يمكن خلطها مع عناصر أخرى لتكوين هياكل جديدة.
- في وجود الأكسجين، فإنها تتفاعل كأكسيد .
- يمكن أن يكون لديك 1 أو 2 أو 3 إلكترونات، اعتمادًا على عددها الذري، في مستوى الطاقة الأخير. تسمح هذه الجودة بتكوين الكاتيونات وهي عوامل اختزال.
- تتفاعل مع الماء والأملاح لتشكل الأحماض.
ميكانيكي
على الرغم من أن الأمر قد يكون مرتبطًا بالفيزياء، إلا أن الخواص الميكانيكية للمعادن موجهة نحو القوة. وتتلخص هذه على النحو التالي:
- المثابرة: لديهم القدرة على مقاومة القوى الخارجية دون أن ينكسروا.
- اللدونة: تشير إلى القدرة التي تمتلكها على الاحتفاظ بشكلها بعد أن تتحول بواسطة قوى خارجية.
- الهشاشة : يسلط الضوء على مدى سهولة كسر المعدن عند تعرضه لنوع معين من الضغط الخارجي.
- الصلابة: هي قدرة المعدن على مقاومة التشوه في ظل وجود إجهاد، وهي قوة داخلية يصفها قانون نيوتن الثالث.
وهناك قدرة تعرف بالخاصية المغناطيسية ، أي أن لها قوة جذب أو تنافر تجاه المعادن الأخرى. ومن الأمثلة على ذلك النيكل والحديد والكوبالت وسبائكها.
وظائف واستخدامات المعادن
تستخدم المعادن في جميع مجالات الحياة الحديثة ويعود أصلها إلى بداية البشرية. لذلك من الممكن استخدامها بدءًا من الزخرفة البسيطة وحتى الصناعة الطبية. ومن أهم تطبيقاتها:
- في صناعة السيارات لبناء السيارات والطائرات والقطارات والدراجات النارية والدراجات الهوائية.
- تصنيع جميع أنواع الأدوات والأواني التي تهدف إلى تحسين نوعية حياة الناس. على سبيل المثال، في إنشاء أجهزة الكمبيوتر والهواتف وهياكل البناء المدنية وغيرها.
- يتم استخدامه في صناعة عناصر الكهرباء ونقل الطاقة الكهربائية.
- وله أهمية في المجال الزراعي لصناعة الأسمدة ، مما يزيد من قدرة التربة.
- في الطب، له استخدامات مثل الشفاء، وخصائص مضادة للجراثيم، وبعضها يشارك في عمليات التمثيل الغذائي.
باختصار، المعادن هي عناصر طبيعية تتكيف خصائصها وخصائصها مع جميع أنواع الوظائف. هناك أنواع مختلفة تسهل التفاعلات الكيميائية على مستوى المختبر وتسمح بتحولها لتحسين نوعية الحياة.