تُعرف المعادن بكونها مواد صلبة ذات بنية كيميائية وبلورية متجانسة وغير عضوية تنتج غالبًا من ظروف جيولوجية طبيعية، وتُدرس ضمن فرع خاص من علوم الأرض هو “علم المعادن” الذي يبحث في الخصائص الكيميائية والبلورية للمعادن الطبيعية، كما أن لهذا العلم فروعًا متخصصة تبحث بأمور تتعلق بنشأة، المعادن وتصنيفها، وتوزيعها، واستخدامها.

تتمايز التراكيب المعدنية من مجرد عناصر نقية وأملاح بسيطة إلى تراكيب شديدة التعقيد مركبة منذ آلاف المكونات المختلفة في خصائصها وصفاتها الفيزيائية مما يكسبها استخدامات عديدة وأهمية في الصناعات المختلفة.

نشأة المعادن وخصائصها الفيزيائية

تنشأ المعادن بفضل العديد من العمليات الطبيعية والجيولوجية المنتشرة على سطح الأرض وفي باطنها. كما أنها تنتشر وتتوزع داخل المعالم الجيولوجية بتوزيع شبه عشوائي. فقد يوجد في داخل الصخرة الواحدة أكثر من نوع من المعادن.

تتشكل المعادن وتتبلور من بعد برود وترسيب البراكين المقذوفة على سطح الأرض أو المترسبة في قيعان البحار والمحيطات.

وتتميز المعادن بخصائص فيزيائية عديدة، منها:

– الصلابة والقوة والبرودة.

– موصلة للكهرباء والحرارة والصوت.

– التمدد عند تعرضها للحرارة والانقباض عند انخفاضها.

– أما الخصائص الكيميائية والبيئية للمعادن، فمنها:

تتفاعل المعادن مع الأكسجين في الماء والهواء.

بعض أنواع المعادن مثل الزئبق تُعد سامة وخطيرة على جسم الإنسان.

قابليتها لإعادة التدوير.

أنواع المعادن

تُصنف المعادن وفقًا لمعايير كثيرة، فتُصنف أحيانًا حسب درجة احتوائها على الحديد إلى معادن حديدية وأخرى غير حديدية، كما أن بالإمكان أيضًا تصنيفها حسب تركيبها الكيميائي.

– المعادن الحديدية

تُعرف المعادن الحديدية على أنها مزيج من الحديد والكربون وتتميز بكونها صلبة وبالإمكان تشكيلها بأشكال متعددة، بحيث يكثر استخدامها في صناعة الأليات والمعدات الثقيلة بسبب قدرتها على تحمل الأوزان الثقيلة والبيئات الصعبة، لكنها معرضة للتآكل على المدى البعيد ويُمكن صهرها عند درجات الحرارة العالية.

– تُعد هذه المعادن ذات قدرة جيدة على توصيل الحرارة والكهرباء، كما أنها تنجذب إلى المغناطيس. ومن أمثلتها الحديد والفولاذ. يقل استخدام الحديد النقي كمادة هندسية بسبب كونه لينًا وقابلًا للسحب، كما أنه يُستخرج عادة من خامات الحديد المختلفة، بما فيها الهيماتيت، والمغنتيت، وبيريت الحديد، وسيدريت، والليمونيت.

المعادن غير الحديدية

– تفتقد المعادن غير الحديدية لعنصر الحديد، لكنها تبقى ذات قدرة جيدة أيضًا على توصيل الحرارة والكهرباء، كما أنها تُعد أخف من المعادن الحديدية وتُستخدم عادة بدلًا منها في صناعة أليات ومعدات أخرى.

– تمتاز هذه المعادن بكونها أقل تآكلًا من المعادن الحديدية وأكثر نعومة وبحاجة لضغط أقل منها لتتشكل بالشكل المطلوب، لذلك فإن طلب الأسواق عليها في تزايد هذه الأيام، ومن أمثلتها: الألمنيوم والنحاس والقصدير.

– يُعرف الألمنيوم بكونه من أكثر المعادن وفرة في القشرة الأرضية، كما أنه من أكثر المعادن استخدامًا من بعد الفولاذ.

فهو يُستخدم في صناعة خطوط الطاقة عالية الجهد، والطائرات، والسيارات، والدراجات، والديكورات، وأدوات المطبخ.

المعادن وفقًا لتركيبها الكيميائي

يُمكن تقسيم المعادن أيضًا حسب تركيبها الكيميائي والعناصر المكونة لها، حيث يُعد هذا التصنيف من أكثر طرق التصنيف بساطة وشمولية، كما أن لهذا التصنيف اعتمادية خاصة بين الجامعات والمعاهد الجيولوجية.

تُصنف المعادن حسب تركيبها الكيميائي إلى:

– المعادن العنصرية التي تتضمن معادن كالكبريت والذهب.

– معادن الكبريتيدات التي تتضمن عناصر متحدة مع الكبريت، مثل البايرايت والجالينا.

– معادن الكبريتات الناتجة من اتحاد الكبريتات مع عناصر أخرى لتنتج معادن مثل الانهيدرايت.

– معادن الأكسيد الناتجة عن اتحاد العناصر بالأكسجين، مثل الهيماتايت والكوارتز.

– معادن الهاليدات الناتجة عن اتحاد عناصر مختلفة مع عناصر الهالوجين التي تشتمل على الكلور، والفلور، والبروم، واليود، لتتشكل معادن مختلفة مثل الهالايت والفلورايت.

– معادن الفوسفات التي تتحد في حالتها الفوسفات مع عناصر أخرى لتتشكل معادن مثل الأباتايت.

– معادن الكربونات الناجمة عن اتحاد مجموعة الكربونات مع عناصر أخرى لتنتج معادن مختلفة مثل الدولومايت والكالسايت.

معادن السيليكات التي تنشأ في حال اتحاد مجموعة السيليكا مع عنصر واحد أو أكثر، كما أن لهذه المعادن تقسيمات فرعية كثيرة، منها:

الفلسبارات التي لها فروع خاصة بها مثل: الفلسبارات الكلسية والفلسبارات البوتاسية.

الأوليفينات التي تتضمن معدن الأوليفين.

الأمفيبولات التي تحوي الهورنبلند.

البيروكسينات المتضمنة لمعدن الأوجايت.

وعلى الرغم من أهمية المعادن ودخولها في أغلب الصناعات الثقيلة والمتوسطة، إلا أن القليل من الناس فقط يعرفون عنها وعن تصنيفاتها. فالمعادن ذات تأثير عميق على حياة الإنسان العصرية. فهي كانت الأداة التي بنت الحضارات ومكنت الإنسان من سبر أفاق الصناعات وبناء الطائرات، والغواصات، والمركبات الفضائية التي جعلته يرى في النهاية أهمية العلم وتصنيفه للمواد الأساسية كالمعادن التي مكنته من فعل كل ذلك في المقام الأول.

شارك المقالة