المعادن غير الحديدية: التركيب والأنواع والخصائص - كيمياء - 2026

و غير - المعادن الحديدية هي تلك التي ليس لها أو لا تذكر كميات من الحديد. يتم استخدام هذه ، بنسب كتلة مختلفة ، لإنشاء سبائك تظهر خصائص فيزيائية أفضل من المعادن الفردية.

وبالتالي ، فإن هياكلها البلورية وتفاعلاتها المعدنية هي حجر الزاوية في تطبيقات السبائك غير الحديدية. ومع ذلك ، فإن هذه المعادن النقية تجد استخدامات أقل لأنها حساسة للغاية ومتفاعلة. لهذا السبب ، فإنها تعمل بشكل أفضل كقاعدة ومواد مضافة للسبائك.

البرونز سبيكة غير حديدية ؛ يتكون بشكل أساسي من خليط ذهبي من النحاس والقصدير (التمثال في الصورة أعلاه). يتأكسد النحاس الموجود في السبيكة ويشكل CuO ، وهو مركب يؤدي إلى اسوداد سطحه الذهبي. في البيئات الرطبة ، يرطب CuO ويمتص ثاني أكسيد الكربون والأملاح لتشكيل مركبات زرقاء وخضراء.

على سبيل المثال ، تمثال الحرية مغطى بطبقات من كربونات النحاس (CuCO ₃) المعروفة باسم الزنجار. بشكل عام ، تصدأ جميع المعادن. اعتمادًا على ثبات أكاسيدها ، فإنها تحمي السبائك بدرجة أقل أو أكبر من التآكل والعوامل الخارجية.

بناء

الحديد هو مجرد واحد من جميع المعادن في الطبيعة ، لذا فإن هياكل وسبائك المعادن غير الحديدية أكثر تنوعًا.

ومع ذلك ، في ظل الظروف العادية ، تحتوي معظم المعادن على ثلاثة هياكل بلورية تم إنشاؤها بواسطة روابطها المعدنية: سداسية مضغوطة (hcp) ، مكعب مضغوط (ccp) ، ومكعب محوره الجسم (bcc).

مضغوط سداسي عشري (hcp)

من بين الهياكل الثلاثة ، هذا هو الأقل كثافة ومضغوطًا ، وهو في نفس الوقت الهيكل الذي يحتوي على أكبر فجوات من حيث الحجم.

لذلك ، فإنه يستوعب بسهولة أكبر الجزيئات والذرات الصغيرة. وبالمثل ، في هذا المكعب ، كل ذرة محاطة بثمانية جيران.

أمثلة

- الفاناديوم (الخامس).

- النيوبيوم (ملحوظة).

- الكروم (كر).

- الفلزات القلوية.

- التنغستن (W).

بالإضافة إلى ذلك ، هناك هياكل أخرى ، مثل الهياكل المكعبة البسيطة وغيرها من الهياكل الأكثر تعقيدًا التي تتكون من ترتيبات أقل كثافة أو مشوهة من الثلاثة الأولى. ومع ذلك ، فإن الهياكل البلورية المذكورة أعلاه تنطبق فقط على المعادن النقية.

في ظل ظروف الشوائب والضغط العالي ودرجة الحرارة ، يتم تشويه هذه الترتيبات ، وعندما تكون مكونات من سبيكة ، فإنها تتفاعل مع معادن أخرى لتوليد هياكل معدنية جديدة.

في الواقع ، تسمح المعرفة الدقيقة لهذه الترتيبات ومعالجتها بتصميم وتصنيع السبائك ذات الخصائص الفيزيائية المرغوبة لغرض محدد.

أنواع

بعبارات عامة جدًا ، يمكن تصنيف المعادن غير الحديدية إلى ثلاثة أنواع: ثقيلة (رصاص) وخفيفة (نحاس وألمنيوم) وخفيفة الوزن (مغنيسيوم). في المقابل ، يتم تقسيم هذه إلى فئتين فرعيتين: تلك ذات نقاط انصهار متوسطة وتلك ذات نقاط انصهار عالية.

أنواع أخرى من المعادن غير الحديدية تتوافق مع المعادن النبيلة (أو الثمينة). ومن الأمثلة على ذلك المعادن التي تحتوي على هياكل ccp (باستثناء الألومنيوم والنيكل وغيرها).

وبالمثل ، تعتبر المعادن الأرضية النادرة غير حديدية (السيريوم ، السماريوم ، سكانديوم ، الإيتريوم ، الثوليوم ، الجادولينيوم ، إلخ). أخيرًا ، تعتبر المعادن المشعة أيضًا غير حديدية (البولونيوم ، البلوتونيوم ، الراديوم ، الفرانسيوم ، الأستات ، الرادون ، إلخ).

الخصائص والخصائص

على الرغم من أن خصائص وخصائص المعادن تختلف في حالتها النقية وفي السبائك ، إلا أنها تقدم عموميات تميزها عن المعادن الحديدية:

- موصلات كهربائية وحرارية قابلة للطرق وممتازة.

- هم أقل تأثرا بالمعاملات الحرارية.

- لديهم مقاومة أكبر ضد الأكسدة والتآكل.

- لا تقدم الكثير من البارامغناطيسية ، مما يسمح لها بأن تكون مواد مستخدمة للتطبيقات الإلكترونية.

- عمليات التصنيع أسهل ، بما في ذلك الصب واللحام والحدادة والدرفلة.

- لديهم ألوان أكثر جاذبية ، لذلك يجدون استخدامات كعناصر زخرفية ؛ بالإضافة إلى ذلك ، فهي أقل كثافة.

بعض عيوبه مقارنة بالمعادن الحديدية هي: مقاومة منخفضة ، ارتفاع التكاليف ، انخفاض الطلب ووفرة معادن أقل.

أمثلة

في صناعة المعادن ، هناك العديد من الخيارات في تصنيع المعادن غير الحديدية والسبائك ؛ الأكثر شيوعًا هي: النحاس والألمنيوم والزنك والمغنيسيوم والتيتانيوم والسبائك الفائقة القائمة على النيكل.

النحاس

تم استخدام النحاس في مجموعة متنوعة من التطبيقات نظرًا لخصائصه المفيدة ، مثل الموصلية الحرارية والكهربائية العالية.

إنه قوي ومرن ومرن ، ويمكن الحصول على العديد من التصميمات العملية منه: من الأنابيب إلى الجرار إلى العملات المعدنية. كما تم استخدامه لتقوية عارضة السفن ، وله فائدة كبيرة في الصناعة الكهربائية.

على الرغم من أنها لينة جدًا في حالتها النقية ، إلا أن سبائكها (بين هذين النحاسين والبرونز) أكثر مقاومة وتحميها طبقات من النحاس ₂ O (أكسيد محمر).

الألومنيوم

وهو معدن يعتبر خفيفا بسبب كثافته المنخفضة. يتميز بتوصيل حراري وكهربائي عالي ، ومقاوم للتآكل بفضل طبقة Al ₂ O ₃ التي تحمي سطحه.

نظرًا لخصائصه ، فهو معدن مثالي خاصة في صناعة الطيران والسيارات وصناعات البناء وغيرها.

الزنك والمغنيسيوم

تستخدم سبائك الزنك (مثل KAYEM ، مع 4٪ ألمنيوم و 3٪ نحاس بالكتلة) لتصنيع المسبوكات المعقدة. الغرض منه هو أعمال البناء والهندسة.

في حالة المغنيسيوم ، فإن سبائكه لها تطبيقات في الهندسة المعمارية ، وكذلك في حاويات الدراجات ، وحواجز الجسور وفي الهياكل الملحومة.

كما أنه يستخدم في صناعة الطيران والآلات عالية السرعة ومعدات النقل.

التيتانيوم

التيتانيوم يشكل سبائك خفيفة الوزن قليلا. فهي فائقة مقاومة، ومحمية من التآكل بواسطة طبقة من تيو ₂. إن استخراجه مكلف وله بنية بلورية مخفية فوق 882 درجة مئوية.

بالإضافة إلى ذلك ، فهو متوافق حيوياً ، ولهذا يمكن استخدامه كمواد للأطراف الصناعية والغرسات الطبية. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد التيتانيوم وسبائكه في الآلات ، في البحر ، في المكونات النفاثة وفي المفاعلات الكيميائية.

السبائك الفائقة

السبائك الفائقة عبارة عن أطوار صلبة قوية جدًا تتكون من النيكل (كمعدن أساسي) أو الكوبالت.

يتم استخدامها كريش في محركات الطائرات والتوربينات ، وفي مواد المفاعلات التي تتحمل التفاعلات الكيميائية العدوانية ، وفي معدات المبادلات الحرارية.

المراجع

1. كاتشينا سكوتنيكوفا ، مونيكا لوسرتوفا ، ميروسلاف كورسا. (2015). نظرية إنتاج المعادن غير الحديدية والسبائك. جامعة أوسترافا التقنية.
2. دكتور سي. ارجون. السبائك اللاحديدية. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 من: users.fs.cvut.cz
3. أضنة للعلوم والتكنولوجيا. المعادن غير الحديدية. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 من: web.adanabtu.edu.tr
4. سانشيز إم فيرغارا إي ، كامبوس آي سيلفا إي (2010). تكنولوجيا المواد. افتتاحية Trillas SA (الطبعة الأولى ، المكسيك). الصفحة 282-297.
5. المواد الحديدية والمعادن والسبائك غير الحديدية.. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 ، من: ikbooks.com
6. الفرق بين المعادن الحديدية وغير الحديدية. (2015 ، 23 سبتمبر). تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 ، من: metalupermarkets.com
7. وندروبوليس. (2018). لماذا تمثال الحرية أخضر؟ تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 ، من: wonderopolis.org
8. مويسيس هينوجوسا. (31 مايو 2014). التركيب البلوري للمعادن. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 ، من: researchgate.net
9. توني هيسجيت. (18 مارس 2009). تركيبات نحاسية.. تم الاسترجاع في 22 أبريل 2018 ، من: flickr.com
10. براندون بوناتش. (22 فبراير 2007). ستة عبوات وزن الورق. تم الاسترجاع في 22 أبريل 2018 ، من: flickr.com