المعادن

ما هي المعادن؟



المعادن هي أساس البناء والصناعات التحويلية والصناعات الزراعية.


Rhodochrosite: عينة من الرودوكروسيت من منجم صني سايد ، مقاطعة سان خوان ، كولورادو. رودوكروسيت هو معدن كربونات المنغنيز (MnCO3) يستخدم كخام من المنجنيز ويقطع أيضًا كأحجار كريمة. صورة هيئة المسح الجيولوجي الامريكية.

نحن نستخدم المعادن كل يوم!

كل شخص يستخدم المنتجات المصنوعة من المعادن كل يوم. الملح الذي نضيفه إلى غذائنا هو الهاليت المعدني. مصنوعة أقراص مضادة للحموضة من الكالسيت المعدنية.

يتطلب الأمر العديد من المعادن لجعل شيء بسيط مثل قلم خشبي. يتكون "الرصاص" من معادن الجرافيت والطين ، والفرقة النحاسية مصنوعة من النحاس والزنك ، والطلاء الذي يحتوي على ألوان أصباغ ومواد مالئة مصنوعة من مجموعة متنوعة من المعادن. يتكون الهاتف الخليوي باستخدام العشرات من المعادن المختلفة التي يتم الحصول عليها من المناجم في جميع أنحاء العالم.

إن السيارات التي نقودها ، والطرق التي نسافر بها ، والمباني التي نعيش فيها ، والأسمدة المستخدمة لإنتاج طعامنا كلها مصنوعة باستخدام المعادن. في الولايات المتحدة ، يتم استهلاك حوالي ثلاثة تريليونات طن من السلع المعدنية كل عام لدعم مستوى معيشة 300 مليون مواطن. أي حوالي عشرة أطنان من المواد المعدنية المستهلكة لكل شخص ، كل عام.

العناصر الشائعة مصنوعة من المعادن: معظم الأشياء التي نستخدمها في حياتنا اليومية إما مصنوعة من معادن أو منتجة باستخدام منتجات معدنية. يتم تصنيع أقراص مضادة للحموضة من الكالسيت ، وملح المائدة من الهاليت المسحوق ، وتستخدم عدة معادن لصنع قلم رصاص من الخشب ، وتستخدم عشرات المعادن من العديد من البلدان المختلفة لصنع هاتف خلوي.

هل كنت تعلم؟ الأبيض "m" على قطعة من الحلوى M & M هو صبغة أكسيد التيتانيوم ، على الأرجح تنتج من الروتيل المعدني.

هيكل الهاليت المعدنية: يحتوي المعدن "الهاليت" على تركيبة كيميائية من كلوريد الصوديوم. وهذا يعني أنه يحتوي على أعداد متساوية من ذرات الصوديوم والكلوريد. في هذه الحالة تكون ذرات مشحونة كهربائيا ، والمعروفة باسم الأيونات. يتم ترتيب تلك الأيونات في نمط مكعب يتكرر في جميع الاتجاهات. يتم وضع أيونات الصوديوم الصغيرة بين أيونات كلوريد أكبر.

ما هي المعادن؟

لتلبية تعريف "المعدنية" التي يستخدمها معظم الجيولوجيين ، يجب أن تفي المادة بمتطلبات خمسة:

  • يحدث بشكل طبيعي
  • غير عضوي
  • صلب
  • التركيب الكيميائي المحدد
  • الهيكل الداخلي المطلوب

"يحدث بشكل طبيعي" يعني أن الناس لم يفعلوا ذلك. الصلب ليس معدنًا لأنه سبيكة ينتجها الناس. "غير عضوي" يعني أن المادة لا يصنعها كائن حي. يتم تصنيع الخشب واللؤلؤ بواسطة الكائنات الحية ، وبالتالي فهي ليست معادن. "الصلب" يعني أنه ليس سائلاً أو غازًا عند درجة حرارة وضغط قياسيين.

"التركيب الكيميائي المحدد" يعني أن جميع حوادث هذا المعدن لها تركيبة كيميائية تختلف في نطاق محدود محدد. على سبيل المثال: الهاليت المعدني (المعروف باسم "ملح الصخور" عندما يتم تعدينه) يحتوي على تركيبة كيميائية من كلوريد الصوديوم. يتكون من عدد متساو من ذرات الصوديوم والكلور.

"البنية الداخلية المرتبة" تعني أن الذرات الموجودة في المعدن مرتبة في نمط منتظم ومتكرر. يظهر هيكل الهاليت المعدني في الرسم التوضيحي في هذه الصفحة. يتكون الهاليت من نسبة متساوية من ذرات الصوديوم والكلور مرتبة بنمط مكعب.

هل كنت تعلم؟ على الرغم من أن الماء السائل ليس معدنًا ، إلا أنه معدن عندما يتجمد. الجليد عبارة عن مادة صلبة غير عضوية تحدث بشكل طبيعي مع تركيبة كيميائية محددة وهيكل داخلي منظم. أعرف أكثر.

كلمة "المعدنية"

يتم استخدام كلمة "المعدنية" في العديد من الطرق المختلفة. التعريف الوارد أعلاه هو تعريف رسمي يفضله الجيولوجيون.

الكلمة لها أيضًا معنى غذائي. يتم استخدامه في إشارة إلى العديد من المواد الكيميائية غير العضوية التي تحتاجها الكائنات الحية للنمو ، وإصلاح الأنسجة ، والتمثيل الغذائي ، وتنفيذ عمليات الجسم الأخرى. تشمل العناصر الغذائية المعدنية لجسم الإنسان: الحديد والكالسيوم والنحاس والكبريت والفوسفور والمغنيسيوم وغيرها الكثير.

يأتي الاستخدام القديم للكلمة "المعدنية" من التصنيف الليني حيث يمكن تخصيص كل شيء للممالك الحيوانية والخضروات والمعدنية.

كلمة "المعدنية" تستخدم أيضا بشكل غير متسق في الجيولوجيا. في مجال التعدين ، يعتبر أي شيء تم الحصول عليه من الأرض ويستخدمه الإنسان "سلعة معدنية" أو "مادة معدنية". وتشمل هذه: الحجر المكسر ، وهو منتج مصنوع من الصخور المكسرة ؛ الجير ، وهو منتج مصنوع من الحجر الجيري أو الرخام (كلاهما يتكون من الكالسيت المعدني) ؛ الفحم العضوي النفط والغاز التي هي السوائل العضوية. الصخور مثل الجرانيت التي هي مزيج من المعادن. والصخور مثل حجر السج التي ليس لها تكوين محدد والبنية الداخلية المطلوبة.

المعادن في الصخور: معظم الصخور هي مجاميع من المعادن. هذه الصخرة ، بيغماتيت الجرانيت ، هي مزيج من الحبوب المعدنية. أنه يحتوي على orthoclase الوردي ، الكوارتز حليبي ، hornblende الأسود والبيوتايت الأسود.

السلع المعدنية في الصناعة


2010 الولايات المتحدة الأمريكية استهلاك السلع المعدنية
السلع المعدنيةملايين الأطنان المترية
صخرة محطمة1,200.0
الرمل والحصى786.1
ملح55.8
خام الحديد48.0
صخور الفوسفات30.5
جبس22.5
غلينا21.3
حجر البعد14.0
جير18.5
كبريت11.30
البوكسيت8.4
بوتاس5.6
رماد الصودا5.2
الباريت2.66
نحاس1.74
قيادة1.40
القيم المذكورة أعلاه هي تقديرات لاستهلاك السلع المعدنية من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. يمكن إضافة العديد من السلع الأخرى إلى هذا الجدول.

صناعة البناء هي أكبر مستهلك للسلع المعدنية. يستخدم الحجر المكسر للأساسات وقاعدة الطرق والخرسانة والصرف. تستخدم الرمال والحصى في الخرسانة والأساسات. تستخدم الطين في صناعة الاسمنت والطوب والبلاط. يستخدم خام الحديد في صناعة قضبان التسليح والحزم الفولاذية والأظافر والأسلاك. يستخدم الجبس لصنع دريوال. يتم استخدام Dimension stone للواجهات وكبحها والأرضيات ودرج معالجتها وأعمال معمارية أخرى. هذه ليست سوى عدد قليل من الاستخدامات الكثيرة لهذه السلع في البناء.

في الزراعة ، يتم استخدام صخور الفوسفات والبوتاس في صناعة الأسمدة. يستخدم الجير كعلاج للتربة الحمضية. تضاف المواد الغذائية المعدنية إلى أعلاف الحيوانات.

تستخدم الصناعة الكيميائية كميات كبيرة من الملح والجير ورماد الصودا. تستخدم كميات كبيرة من المعادن والطين والحشو / تمديدات المعادن في التصنيع.

مقياس صلابة موس هي مجموعة من المعادن المرجعية المستخدمة لاختبار صلابة الفصول الدراسية. يعد تحديد صلابة المعدن أحد أهم الاختبارات المستخدمة في التعرف على المعادن.

أفضل طريقة للتعرف على المعادن هي الدراسة مع مجموعة من العينات الصغيرة التي يمكنك التعامل معها وفحصها ومراقبتها. مجموعات المعادن غير مكلفة متوفرة في متجر Geology.com.

اختبار الحمض: يستخدم الجيولوجيون حمض الهيدروكلوريك المخفف لتحديد معادن الكربونات. ستعمل معادن الكربونات مع مستويات مختلفة من النشاط عند التلامس مع الحمض.

الخصائص الفيزيائية للمعادن

هناك ما يقرب من 4000 معادن مختلفة ، ولكل من هذه المعادن مجموعة فريدة من الخصائص الفيزيائية. وتشمل هذه: اللون ، خط ، صلابة ، لمعان ، diaphaneity ، الثقل النوعي ، الانقسام ، الكسر ، المغناطيسية ، الذوبان ، وغيرها الكثير. هذه الخصائص الفيزيائية مفيدة لتحديد المعادن. ومع ذلك ، فهي أكثر أهمية بكثير في تحديد الاستخدامات الصناعية المحتملة للمعادن. دعنا نفكر في بعض الأمثلة.

التلك المعدني ، عندما يتم طحنه في مسحوق ، مناسب تمامًا لاستخدامه كمسحوق للأقدام. إنه بودرة ناعمة زلقة حتى لا تسبب التآكل. لديها القدرة على امتصاص الرطوبة والزيوت والرائحة. تلتصق بالجلد وتنتج تأثيرًا قابضًا - ومع ذلك فهي تغسل بسهولة. لا يوجد معدن آخر لديه مجموعة من الخواص الفيزيائية المناسبة لهذا الغرض.

الهاليت المعدني ، عند سحقه في حبيبات صغيرة ، مناسب تمامًا لنكهة الطعام. له طعم مالح يجده معظم الناس ممتعًا. يذوب بسرعة وسهولة ، مما يسمح لنكهته بالانتشار خلال الطعام. أنها لينة ، لذلك إذا كان البعض لا يذوب فإنه لن يضر أسنانك. لا يوجد معدن آخر له خواص فيزيائية مناسبة لهذا الاستخدام.

الذهب المعدني مناسب تمامًا للاستخدام في المجوهرات. يمكن تشكيلها بسهولة في عنصر مخصص من المجوهرات من قبل حرفي. إنه ذو لون أصفر ممتع يستمتع به معظم الناس. لديها بريق مشرق لا تشويه. تمنحها الثقل النوعي العالي "ثقلًا" لطيفًا يفضله معظم الأشخاص على المعادن الخفيفة. يمكن استخدام معادن أخرى في صنع المجوهرات ، لكن هذه الخصائص تجعل الذهب مفضلًا للغاية. (قد يضيف بعض الأشخاص أن ندرة الذهب وقيمته هما خاصيتان إضافيتان تجعله مرغوبًا فيه بالنسبة للمجوهرات. ومع ذلك ، فإن الندرة ليست خاصية ، ويتم تحديد قيمتها حسب العرض والطلب.)

نجمة الياقوت: كابوشون نجمة زرقاء داكنة 8 مم × 6 مم من تايلاند. تتوافق شوائب الروتيل داخل الحجر مع المحور البلوري للإكسيد لإنتاج النجم - والذي يكون مرئيًا بوضوح فقط ويتركز عند قطع الجزء الخلفي للحجر بزاوية 90 درجة إلى المحور البلوري. تمت معالجة هذا الحجر بحرارة لتغميق الحجر وتعزيز رؤية النجم.

المعلومات المعدنية
1 المعادن على Geology.com: روابط لمحتويات المعادن على موقع geology.com.
2 هيئة المسح الجيولوجي الامريكية المعلومات المعدنية: روابط لمعلومات حول المعادن على موقع الولايات المتحدة للمسح الجيولوجي.
3 مسوحات الدولة والجيولوجية الوطنية: روابط لمواقع المسح الجيولوجي ، والتي يحتوي معظمها على معلومات حول المعادن الموجودة والمنتجة في مواقعها.
4 USGS برنامج الموارد المعدنية: المصدر الفيدرالي الوحيد للمعلومات العلمية حول إمكانات المعادن والإنتاج والاستهلاك والآثار البيئية.
5 قاعدة البيانات المعدنية والمحلية: أكبر قاعدة بيانات للمعادن وموقع مرجعي على شبكة الإنترنت.

أهمية الخصائص الفيزيائية

الخصائص الأساسية للمعادن التي تحدد خواصها الفيزيائية هي تكوينها وقوة الروابط في هيكلها الداخلي المطلوب. وهنا بعض الأمثلة:

يحتوي Galena ، وهو كبريتيد الرصاص ، على ثقل معين أعلى بكثير من البوكسيت ، وهو هيدروكسيد الألومنيوم. هذا الاختلاف بسبب تكوينها. الرصاص أثقل بكثير من الألمنيوم.

الماس والجرافيت كلاهما يتكون من الكربون النقي. الماس هو أصعب المعادن الطبيعية ، والجرافيت هو واحد من أنعم. يحدث هذا الاختلاف بسبب أنواع الروابط التي تربط ذرات الكربون في هياكلها المعدنية. كل ذرة كربون في الماس مرتبطة بأربع ذرات كربون أخرى ذات روابط تساهمية قوية. يحتوي الجرافيت على هيكل ورقة حيث يتم ربط الذرات داخل الأوراق ببعضها البعض مع روابط تساهمية قوية ، ولكن الروابط بين الأوراق عبارة عن روابط كهربائية ضعيفة. عندما يتم خدش الجرافيت فإن الروابط الضعيفة تفشل بسهولة ، مما يجعلها معدنية ناعمة.

الأحجار الكريمة والياقوت والياقوت هي اختلافات اللون من اكسيد الالمونيوم المعدنية. هذه الاختلافات اللون هي سبب التكوين. عندما يحتوي اكسيد الالمونيوم على كميات ضئيلة من الكروم ، فإنه يظهر اللون الأحمر للياقوت. ومع ذلك ، عندما يحتوي على كميات ضئيلة من الحديد أو التيتانيوم ، فإنه يظهر اللون الأزرق للياقوت. في حالة وجود بلورة كافية من التيتانيوم في وقت التبلور لتشكيل بلورات صغيرة من الروتيل المعدني ، فقد يتشكل الياقوت النجمي. يحدث هذا عندما تتحاور بلورات صغيرة من الروتيل بشكل منهجي داخل الهيكل البلوري للإكسيدان لإعطائها لمعانًا حريريًا قد ينتج عنه "نجم" يتماشى مع المحور البلوري الأساسي (انظر الصورة).


شاهد الفيديو: العلوم. المعادن و الصخور (شهر اكتوبر 2021).