نشأة المعادن

المعادن عبارة عن مواد صلبة لامعة تُستخرج من أحشاء الأرض، ويتكون معظمها من اندماج العناصر الطبيعية، تتشكل بشكل

طبيعي

نتيجة للعمليات الجيولوجية، ولها بنية معدنية وتركيب كيميائي خاص، ولها أيضًا خصائص فيزيائية خاصة بها، والتي تعتبر ثابتة لكل معدن.

ولقد ذكر العلماء أكثر من ألفي معدن مختلف، لكن معظم المعادن التي تتكون منها الصخور لا تتجاوز مائتي معدن، وتتفاوت درجة الصلابة والكثافة من معدن إلى آخر، ومن النادر العثور عليها المعادن التي تم استخلاصها في شكلها النقي، مثل الراديوم، حيث يتكون معظمها من عناصر أخرى موصلة كلاهما حرارة وهناك أنواع عديدة من المعادن، كل منها يستخدم لغرض معين، كالذهب والنحاس والفضة وغيرها من المعادن. [1]

مراحل تكوين المعادن

الضغط والحرارة

المعادن قبل أن تأخذ شكلاً معينًا تنتقل من الطور الغازي إلى الطور المنصهر إلى الطور الصلب، ويجب أن تحتوي بعض المعادن على ترسبات، وأول ما يترسب المعادن هو الأقل ذوبانًا، ويكون عامل الضغط عند ذوبان المعادن مؤثرًا فكلما زاد الضغط زادت كثافة عملية الذوبان والعكس صحيح.

التبلور من الصهير

وهي عبارة عن كتلة سائلة نصف منصهرة تشبع الذوبان من عنصر آخر عندما تبرد بسبب انخفاض درجة حرارتها، حيث نجد أن بعض المعادن تتبلور مباشرة من الذوبان نتيجة انخفاض درجة الحرارة، مثل الكرومات والماجنيتايت.

التسامي

وهي مرحلة تحول المعادن من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية نتيجة التعرض لدرجات حرارة عالية، ويحدث هذا غالبًا في فوهات البراكين.

التقطير

تحدث عملية تكوين الزيت في أحشاء الأرض عن طريق التقطير نتيجة ترسب المواد العضوية التي تترسب من خلال الرواسب البحرية.

التشبع والتبخر

بعد تبخر بعض المعادن، زاد تشبعها وبالتالي ترسبها، وبالتالي تكون قشور الكبريتات فوق سطح الأرض في الأماكن الجافة مثل النحاس وكبريتات

الزنك

وغيرها، كما هو الحال في تشيلي.

ترسيب المعدن

تتم هذه العملية عن طريق البكتيريا ومن بين أنواع المعادن التي تترسب بهذه الطريقة (خام الحديد).

التعرية

تعتبر هذه من أهم طرق إنتاج المواد الأساسية، حيث تنقسم هذه الطريقة إلى قسمين: التآكل الميكانيكي والتآكل الكيميائي، ونظراً لأهمية التآكل الميكانيكي فإنها لا تؤدي إلى تكوين معادن جديدة مختلفة في الخصائص من خلال خصائصه الكيميائية، على عكس التآكل الكيميائي، فإنه يؤثر على المعادن الموجودة على السطح وفي أحشاء الأرض، وقد تكون هناك تغييرات في خصائصها.

التحول

يؤدي الضغط والحرارة إلى تبلور وتشكيل بعض المواد المعدنية مما يجعلها مختلفة تمامًا في خواصها وتحويلها إلى صخور متحولة لها مزايا اقتصادية بعضها يستخدم في أعمال التلميع وبعضها يستخدم في التصنيع أقلام الرصاص.

كيف تتشكل المعادن

إن تشكيل المعادن هي عملية يتعرض فيها المعدن لعمل أدوات محددة تقوم بتشكيله وأحجامه وفقًا للاستخدام المقصود، سواء كان وظيفيًا أو جماليًا، تتطلب عملية تشكيل المعادن مهارة عالية ودقة عالية جدًا من أجل تنفيذ هذه العملية المهمة، حيث إنها تتطلب مهارة عالية من الشخص الذي سيتولى هذه المهمة، وتعتبر عملية تكوين المعادن حرفة تنتقل من جيل إلى جيل، وهذا نوع من التراث في بعض المناطق دول العالم، ويتم باستخدام هذ الطرق، وهي: [2]

الطرق، تعتبر هذه الطريقة من أكثر طرق تشكيل المعادن استخدامًا واستخدامًا وتستخدم في صنع العديد من أجزاء القفز.
التجميع، تهدف هذه الطريقة إلى زيادة سمك المعدن عن طريق الثقب.
الخصر، تستخدم هذه الطريقة في الأباريق وتعني تمديد الحافة العلوية أو السفلية.
الاستعراض، تُستخدم هذه الطريقة لإبراز النتوءات المختلفة على مقدمة جسم معدني مجسم.
الإفراد، هذه هي الطريقة التي يتم من خلالها تحويل المعادن إلى أشكال، حيث تخضع هذه المعادن لبعض عمليات التصميم من أجل إنتاجها بهذه الطريقة.
البرد، تعتبر العملية الباردة من أهم العمليات أو الطرق المستخدمة في تكوين المعادن و بمجرد اكتمال عملية التشكيل، يجب تنعيم المعادن وإزالة الحواف المعدنية الحادة.
تجميع المعادن معًا، هي المرحلة التي يقوم فيها الحرفي بتجميع الأجزاء المعدنية لتحقيق الشكل النهائي المطلوب، ويتم ذلك إما عن طريق اللحام أو الطلاء أو الطلاء أو العديد من العمليات الأخرى.

التركيب الكيميائي للمعادن

يتم تصنيف المعادن بناءً على تركيبها الكيميائي إلى معادن عنصرية، أي تتكون من عنصر كيميائي واحد مثل الذهب والفضة والكبريت والجرافيت وما إلى ذلك، ومعادن السيليكات.

الخصائص العامة للمعادن

تعتمد الخواص الطبيعية للمعادن على ترتيب ذرات هذا المعدن، حيث أن لكل عنصر خصائصه الثابتة الخاصة به، وهي:

الخواص البصرية، تعتمد على الضوء مثلا اللون حيث يمكن تثبيتها في بعض المعادن وتغييرها في معادن أخرى بسبب وجود الشوائب واللمعان والشفافية.
خواص التماسك، تعتمد على درجة الالتصاق بين ذرات المعدن، على سبيل المثال مقاومة المعدن للخدوش والانقسام والتشقق أو الكسر.
الثقل النوعي، يعبر عن نسبة وزن المعدن إلى وزن الماء.
الوضوح، يشير إلى قدرة المعدن على نقل الضوء من خلاله.
الخصائص الحسية، الذوق والرائحة والملمس.
الخصائص الحرارية والانصهارية، تعبر عن قدرة المعدن على الذوبان.
الخصائص المغناطيسية، تعبر عن قدرة المعدن على التعرض للمغناطيس.
النشاط الإشعاعي، يعبر عن قدرة المعدن على إصدار إشعاع.

الخصائص الفيزيائية للمعادن

تتميز المعادن بمجموعة من الخصائص الفيزيائية منها:

اللمعان.
الموصلية الجيدة للحرارة والكهرباء.
كثافته عالية.
نقطة انصهارها عالية.
مرن وقابل للسحب.
صلبة في درجة حرارة الغرفة، باستثناء الزئبق.
تصدر صوتا.

الخصائص الكيميائية للمعادن

تمتلك المعادن العديد من الخصائص الكيميائية، بما في ذلك:

تفقد بسهولة إلكتروناتها المدارية الأخيرة.
يمكنها التعرض للتآكل.
الأكاسيد في أشكالها الأساسية.
لديه كهرسلبية منخفضة.
عوامل اختزال جيدة.

أنواع المعادن

تختلف انواع المعادن من حيث خصائصها والصفات المميزة لها فنجدها كما يلي :[1]

المعادن الحديدية ؛ وهي خليط من الحديد والكربون وتم تصنيفه تحت هذا الاسم لاحتوائه على معادن مختلفة ويستخدم في عدة مجالات، كما يتميز هذا النوع بكونه متين للغاية ويمكن تصنيعه بأشكال مختلفة ، وهو موصل جيد للحرارة والكهرباء حيث إنه شديد التحمل وقادر على تحمل الوزن الثقيل والظروف البيئية القاسية، لذلك، يتم استخدامه في صناعة المعدات والآلات الثقيلة، ولكنه يتآكل ويذوب بمرور

الوقت

عند تعرضه لدرجات حرارة عالية، مثل الحديد والفولاذ “الصلب”.
المعادن الثمينة ؛ وهي أقل المعادن تفاعلاً، مثل العناصر النبيلة، وتتميز بأنها لا تصدأ وتتآكل عند ملامستها للهواء، كما أنها لينة وسهلة التصنيع بأشكال عديدة، كما أنها موصلة جيدة من الحرارة والكهرباء، وتستخدم في المجوهرات والعملات وغيرها، وهي باهظة الثمن، مثل الذهب والفضة والبلاتين.
المعادن الثقيلة ؛ وهي معادن ذات وزن وكثافة ذرية عالية ولكنها أقل قوة من الحديد والمعادن الأخرى وليست متوفرة بكثرة في الطبيعة وتؤثر سلباً على صحة

الجسم

لأنها سامة مثل الكادميوم والرصاص غيرها.
السبائك المعدنية ؛ وهي المعادن المصنوعة من خليط من المعادن بغرض الحصول على خصائص معينة، مثل زيادة القوة أو مقاومة التآكل أو المتانة.

استخدامات المعادن

تشكل المعادن حوالي 80٪ من العناصر الكيميائية المعروفة، ومن أمثلة استخدامها: [2]

الحديد، يستخدم في صناعة المسامير الحديدية وألواح الحديد وغيرها.
النحاس، يستخدم في صناعة الأسلاك والمقابس الكهربائية وما إلى ذلك.
الألمنيوم، يستخدم في صناعة تجهيزات المطابخ وأجزاء الطائرات المقاومة للتآكل لكونه خفيف الوزن.
الزنك، يستخدم لصنع الخلايا الجافة وطلاء الصفائح المعدنية لمنع الصدأ.
الفضة، تستخدم لعمل

العملات

الفضية.