الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن - كيمياء - 2026

تعتبر خصائص المعادن ، الفيزيائية والكيميائية ، مفتاحًا لبناء عدد لا يحصى من المصنوعات اليدوية والأعمال الهندسية ، فضلاً عن الحلي الزخرفية في مختلف الثقافات والاحتفالات.

منذ العصور السحيقة ، أثاروا فضولهم لمظهرهم الجذاب ، على عكس عتامة الصخور. بعض هذه الخصائص الأكثر قيمة هي مقاومة عالية للتآكل ، كثافة منخفضة ، صلابة كبيرة وصلابة ومرونة ، من بين أمور أخرى.

يمكن التعرف على المعادن للوهلة الأولى من خلال أسطحها اللامعة وذات اللون الفضي عادةً. المصدر: جورج بيكر عبر Pexels.

في الكيمياء ، يهتم أكثر بالمعادن من منظور ذري: سلوك أيوناتها ضد المركبات العضوية وغير العضوية. وبالمثل ، يمكن تحضير الأملاح من معادن لاستخدامات محددة للغاية ؛ على سبيل المثال ، أملاح النحاس والذهب.

ومع ذلك ، كانت الخصائص الفيزيائية هي التي أسرت البشرية أولاً. بشكل عام ، تتميز بأنها متينة ، وهذا صحيح بشكل خاص في حالة المعادن النبيلة. وهكذا كان كل ما يشبه الذهب أو الفضة يعتبر ذا قيمة ؛ صنعت العملات المعدنية والجواهر والجواهر والسلاسل والتماثيل والألواح وما إلى ذلك.

المعادن هي أكثر العناصر وفرة في الطبيعة. ما عليك سوى إلقاء نظرة على الجدول الدوري للتأكد من أن جميع عناصره تقريبًا معدنية. بفضلهم ، كانت المواد متاحة لتوصيل التيار الكهربائي داخل الأجهزة الإلكترونية ؛ أي أنها شرايين التكنولوجيا وعظام المباني.

الخصائص الفيزيائية للمعادن

الخصائص الفيزيائية للمعادن هي تلك التي تحددها وتميزها كمواد. ليس من الضروري أن يخضعوا لأي تحول ناتج عن مواد أخرى ، ولكن من خلال أفعال جسدية مثل تسخينها أو تشويهها أو تلميعها أو مجرد النظر إليها.

تألق

الغالبية العظمى من المعادن لامعة ، ولها أيضًا ألوان رمادية أو فضية. هناك بعض الاستثناءات: الزئبق أسود ، والنحاس ضارب إلى الحمرة ، والذهب ذهبي ، والأوزميوم يظهر بعض درجات اللون الأزرق. يرجع هذا السطوع إلى تفاعلات الفوتونات مع سطحها الذي تم تحديد موقعه إلكترونيًا بواسطة الرابطة المعدنية.

صلابة

المعادن صلبة ما عدا القلوية وبعض المعادن الأخرى. هذا يعني أن الشريط المعدني سيكون قادرًا على خدش السطح الذي يلمسه. في حالة المعادن القلوية ، مثل الروبيديوم ، تكون ناعمة جدًا بحيث يمكن كشطها بظفر ؛ على الأقل قبل أن تبدأ في تآكل اللحم.

تطويع

عادة ما تكون المعادن قابلة للطرق في درجات حرارة مختلفة. عندما يتم ضربها ، وإذا تم تشويهها أو سحقها دون أن تتكسر أو تنهار ، يُقال إن المعدن مرن ويظهر قابلية للتطويع. ليست كل المعادن قابلة للطرق.

ليونة

المعادن ، بالإضافة إلى كونها قابلة للطرق ، يمكن أن تكون مطيلة. عندما يكون المعدن مطيلًا فإنه يكون قادرًا على الخضوع للتشوهات في نفس الاتجاه ، ليصبح كما لو كان خيطًا أو سلكًا. إذا كان من المعروف أنه يمكن تداول المعدن في عجلات الكابلات ، فيمكننا التأكيد على أنه معدن مطيل ؛ على سبيل المثال ، الأسلاك النحاسية والذهبية.

بلورات الذهب الاصطناعية. Alchemist-hp (نقاش) www.pse-mendelejew.de

الموصلية الحرارية والكهربائية

المعادن موصلات جيدة لكل من الحرارة والكهرباء. من بين أفضل موصلات الحرارة لدينا الألومنيوم والنحاس. في حين أن من الأفضل توصيل الكهرباء هم الفضة والنحاس والذهب لذلك ، فإن النحاس معدن يحظى بتقدير كبير في الصناعة بسبب التوصيل الحراري والكهربائي الممتاز.

سلك نحاس. سكوت إهاردت

صوتي

المعادن هي مواد سليمة. في حالة اصطدام جزأين معدنيين ، سيتم إصدار صوت مميز لكل معدن. خبراء المعادن وعشاقها قادرون في الواقع على تمييزها بالصوت الذي تصدره.

نقاط انصهار وغليان عالية

يمكن للمعادن أن تتحمل درجات حرارة عالية قبل الذوبان. تذوب بعض المعادن ، مثل التنجستن والأوزميوم ، عند درجة حرارة 3422 درجة مئوية و 3033 درجة مئوية على التوالي. ومع ذلك ، فإن الزنك (419.5 درجة مئوية) والصوديوم (97.79 درجة مئوية) يذوبان في درجات حرارة منخفضة للغاية.

من بين كل ذلك ، السيزيوم (28.44 درجة مئوية) والغاليوم (29.76 درجة مئوية) هي تلك التي تذوب عند أدنى درجات الحرارة.

من هذه القيم يمكن الحصول على فكرة عن سبب استخدام القوس الكهربائي في عمليات اللحام وتسبب الومضات الشديدة.

من ناحية أخرى ، تشير نقاط الانصهار العالية نفسها إلى أن جميع المعادن صلبة في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) ؛ باستثناء الزئبق ، هو المعدن الوحيد وأحد العناصر الكيميائية السائلة.

الزئبق في صورة سائلة. بيونيرد

سبائك

على الرغم من أنها ليست خاصية فيزيائية ، يمكن للمعادن أن تختلط مع بعضها البعض ، بشرط أن تتمكن ذراتها من التكيف لتكوين السبائك. هذه هي بالتالي مخاليط صلبة. يمكن خلط زوج من المعادن بسهولة أكبر من الآخر ؛ وبعضها في الواقع لا يمكن خلطه على الإطلاق بسبب التقارب المنخفض بينهما.

النحاس "ينسجم" مع القصدير ، ويختلط معه ليشكل البرونز ؛ أو مع الزنك لتشكيل النحاس. تقدم السبائك بدائل متعددة عندما لا تتمكن المعادن وحدها من تلبية الخصائص المطلوبة للتطبيق ؛ كما هو الحال عندما تريد الجمع بين خفة معدن ما وثبات معدن آخر.

الخواص الكيميائية

الخصائص الكيميائية هي تلك المتأصلة في ذراتها وكيفية تفاعلها مع الجزيئات خارج بيئتها لتتوقف عن كونها معادن ، وبالتالي تتحول إلى مركبات أخرى (أكاسيد ، كبريتيدات ، أملاح ، معقدات عضوية معدنية ، إلخ). ثم يتعلق الأمر بتفاعلها وهياكلها.

الهياكل والروابط

المعادن ، على عكس العناصر غير المعدنية ، لا يتم تجميعها كجزيئات ، MM ، ولكن كشبكة من ذرات M مرتبطة ببعضها البعض بواسطة إلكتروناتها الخارجية.

بهذا المعنى ، تظل الذرات المعدنية متحدة بقوة بواسطة "بحر من الإلكترونات" الذي يغمرها ، وتذهب إلى كل مكان ؛ أي أنها غير محددة ، فهي ليست ثابتة في أي رابطة تساهمية ، لكنها تشكل الرابطة المعدنية. هذه الشبكة منظمة للغاية ومتكررة ، لذلك لدينا بلورات معدنية.

البلورات المعدنية ، ذات الأحجام المختلفة والمليئة بالعيوب ، ورابطتها المعدنية ، مسؤولة عن الخصائص الفيزيائية المرصودة والمقاسة للمعادن. حقيقة أنها ملونة ، ومشرقة ، وموصلات جيدة ، وصوت كلها ترجع إلى هيكلها وعدم تحديد موقعها الإلكتروني.

هناك بلورات حيث تكون الذرات مضغوطة أكثر من غيرها. لذلك ، يمكن أن تكون المعادن كثيفة مثل الرصاص أو الأوزميوم أو الإيريديوم ؛ أو خفيف مثل الليثيوم ، حتى أنه قادر على الطفو على الماء قبل التفاعل.

تآكل

المعادن عرضة للتآكل ؛ على الرغم من أن العديد منهم يمكنهم مقاومته بشكل استثنائي في ظل الظروف العادية (المعادن النبيلة). التآكل هو عملية أكسدة تدريجية لسطح المعدن ، والتي تنتهي بالتفتت مسببة البقع والثقوب التي تفسد سطحه اللامع ، بالإضافة إلى ألوان أخرى غير مرغوب فيها.

تتمتع المعادن مثل التيتانيوم والإيريديوم بمقاومة عالية للتآكل ، حيث لا تتفاعل طبقة أكاسيدها المتكونة مع الرطوبة ، ولا تسمح للأكسجين باختراق الجزء الداخلي من المعدن. ومن أسهل المعادن التي تتعرض للتآكل لدينا الحديد الذي يمكن تمييز صدأه بلونه البني.

تقليل الوكلاء

بعض المعادن هي عوامل اختزال ممتازة. هذا يعني أنهم يتخلون عن إلكتروناتهم لأنواع أخرى متعطشة للإلكترون. نتيجة هذا التفاعل تصبح كاتيونات ، M ^{n +} ، حيث n هي حالة أكسدة المعدن ؛ أي شحنتها الموجبة ، والتي يمكن أن تكون متعددة التكافؤ (أكبر من 1+).

على سبيل المثال ، تستخدم الفلزات القلوية لتقليل بعض الأكاسيد أو الكلوريدات. عندما يحدث هذا مع الصوديوم ، Na ، فإنه يفقد إلكترون التكافؤ الوحيد (لأنه ينتمي إلى المجموعة 1) ليصبح أيون صوديوم أو كاتيون ، Na ⁺ (أحادي التكافؤ).

وبالمثل مع الكالسيوم ، Ca (المجموعة 2) ، الذي يفقد إلكترونين بدلاً من إلكترون واحد ويبقى كاتيون ثنائي التكافؤ Ca ²⁺.

يمكن استخدام المعادن كعوامل اختزال لأنها عناصر موجبة للكهرباء ؛ هم أكثر عرضة للتخلي عن إلكتروناتهم من اكتسابها من الأنواع الأخرى.

التفاعلية

بعد قولي هذا أن الإلكترونات تميل إلى فقدان الإلكترونات ، فمن المتوقع أن ينتهي الأمر في جميع تفاعلاتها (أو معظمها) بالتحول إلى كاتيونات. الآن ، يبدو أن هذه الكاتيونات تتفاعل مع الأنيونات لتوليد مجموعة واسعة من المركبات.

على سبيل المثال ، تتفاعل الفلزات الأرضية القلوية والقلوية بشكل مباشر (ومتفجر) مع الماء لتكوين هيدروكسيدات ، M (OH) _n ، تتشكل بواسطة M ^{n +} و OH ^- أيونات ، أو بواسطة روابط M-OH.

عندما تتفاعل المعادن مع الأكسجين عند درجات حرارة عالية (مثل تلك التي يصل إليها اللهب) ، فإنها تتحول إلى M ₂ O _n أكاسيد (Na ₂ O ، CaO ، MgO ، Al ₂ O ₃ ، إلخ). هذا لأن لدينا أكسجين في الهواء. ولكن أيضًا النيتروجين ، وبعض المعادن يمكن أن تشكل خليطًا من الأكاسيد والنتريد ، M ₃ N _n (TiN ، AlN ، GaN ، Be ₃ N ₂ ، Ag ₃ N ، إلخ).

يمكن مهاجمة المعادن بواسطة الأحماض والقواعد القوية. في الحالة الأولى يتم الحصول على الأملاح ، وفي الحالة الثانية مرة أخرى ، يتم الحصول على الهيدروكسيدات أو المجمعات الأساسية.

طبقة الأكسيد التي تغطي بعض المعادن تمنع الأحماض من مهاجمة المعدن. على سبيل المثال ، لا يمكن لحمض الهيدروكلوريك إذابة جميع المعادن لتشكيل كلوريداتها المعدنية القابلة للذوبان في الماء.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
3. الصفحة الرئيسية أدوات العلوم. (2019). درس علوم المعادن. تم الاسترجاع من: learning-center.homesciencetools.com
4. مجموعة روزن للنشر. (2019). المعادن. تم الاسترجاع من: pkphysicalscience.com
5. توببر. (سادس). الخواص الكيميائية للمعادن واللافلزات. تم الاسترجاع من: toppr.com
6. ويكيبيديا. (2019). معدن. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org