المعادن: الخصائص والخصائص والاستخدامات

تعتبر المعادن أو نصف المعادن مجموعة من العناصر الكيميائية ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية الوسيطة بين المعادن والفلزات. يقبل معظم الباحثين الكيميائيين العناصر الكيميائية التالية كمعادن: البورون والسيليكون والزرنيخ والجرمانيوم والأنتيمون والتيلوريوم (الأخضر في الصورة أدناه).

ومع ذلك ، تضيف مجموعة أصغر من الباحثين البولونيوم والأستاتين (الأزرق) والسيلينيوم (الوردي) إلى المواد المعدنية.

وحتى بناءً على بعض الخواص ، فإنهم يقترحون أيضًا اعتبار العناصر الكيميائية كربون وألومنيوم (أصفر) كمواد فلزية.

الخصائص الرئيسية للالمعادن

الوضع في الجدول الدوري

توجد الفلزات في الجدول الدوري في قطري تنازلي بين الأعمدة 13 و 14 و 15 و 16 و 17 ، بدءًا من البورون في الزاوية اليسرى العليا وينتهي مع الاستاتين في الزاوية اليمنى السفلى.

تقع المعادن على يسار المعادن ، وغير المعادن إلى يمينها ؛ لذلك ، فإنها تمثل الحدود بين كلا النوعين من المسألة.

أنها تشكل سبائك مع المعادن

تشكل المعادن السبائك معادن وتتفاعل مع غير المعادن ، على سبيل المثال ، مع الأكسجين والكبريت والهالوجين.

أشباه الموصلات الكهربائية

بالنسبة للجزء الأكبر ، فهي تعتبر أشباه الموصلات الكهربائية ، كونها تعتمد على درجة الحرارة. في درجات الحرارة المنخفضة ، تكون الموصلية الكهربائية منخفضة ، لذا فهي تعمل كعوازل كهربائية ، ولكن كلما زادت قدرتها على توصيل الكهرباء.

قاعدة الصناعة الالكترونية

إن أشباه الموصلات هي أساس تطوير الصناعة الإلكترونية ، وكذلك أساس الحوسبة وعلوم الكمبيوتر. كما أن التطبيق الذي تم تصنيعه من السيليكون كان مفيدًا جدًا في هذا المجال.

الدول متآثر

تحتوي الفلزات على حالات متباينة مختلفة (أشكال بلورية مختلفة) ؛ على سبيل المثال ، يحتوي الزرنيخ على بلورات سوداء أو صفراء أو رمادية.

في الطبيعة ، لا يتم العثور عليها عادة كعناصر كيميائية نقية ، بل ترتبط أو تشكل مجاميع في المعادن إلى جانب الرصاص والكبريت والحديد ، إلخ.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

الخصائص الفيزيائية

تظهر كمواد صلبة ساطعة. في هذا الجانب يشبهون المعادن. إنها هشة وليست مرنة للغاية ، لذا لا يمكن تمديدها في شكل سلكي ، فهي ليست مطيلة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحولها إلى صفائح أمر صعب ، بحيث لا تكون الطحالب المعدنية مرنة للغاية.

فهي قادرة على توصيل الكهرباء ودرجة الحرارة على الرغم من درجة أقل من المعادن. توجد داخل العناصر المعدنية عناصر كيميائية ، بناءً على هياكل النطاق الخاصة بها ، تصنف كأشباه موصلات.

تتكون هذه المجموعة من البورون والسيليكون والجرمانيوم والأنتيمون. يتم تصنيف الزرنيخ والتيلوريوم على أنهما نصفين.

نقاط الانصهار

Boro 2.076 درجة مئوية ؛ السيليكون 1.414 درجة مئوية ؛ الجرمانيوم 938.25 مئوية ؛ الزرنيخ 817 م ؛ الأنتيمون 630.13 درجة مئوية ؛ التيلوريوم 449.51 درجة مئوية والبولونيوم 254 درجة مئوية.

نقاط الغليان

البورون 3.927 درجة مئوية ؛ سيليكون 3265 درجة مئوية ؛ الجرمانيوم 2833 درجة مئوية ؛ الزرنيخ 614 درجة مئوية ؛ الأنتيمون 1،587 درجة مئوية ؛ Telurio 988º C و Polonio 962º C.

الكثافات

البورون 2.34 جم / سم 3: السيليكون 2.33 جم / سم 3 ؛ الجرمانيوم 5،323 جم / سم 3 ؛ الزرنيخ 5،727؛ الأنتيمون 6.697 جم / سم 3 ؛ Telurium 6.24 جم / سم 3 و بولونيوم 9.32 جم / سم 3.

الخواص الكيميائية

تتصرف بشكل مشابه لغير المعادن ، وتشكل أكاسيدات مثل SiO 2 ولها سلوك مذبذب. يمكن أن تتصرف الفلزات كحامض أو قاعدة حسب درجة الحموضة في الوسط.

تطبيقات

عن الكائنات الحية

- يستخدم الزرنيخ في الزراعة كمبيد حشري ومبيدات للأعشاب. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه لوضعه كمسحوق أو محلول سائل على الماشية للتخلص من الحشرات والطفيليات من الحيوان. يستخدم زرنيخ الكالسيوم للقضاء على السوسة من كبسولة القطن.

- يستخدم الزرنيخ كمادة حافظة للأخشاب بسبب سميته للحشرات والفطريات.

- يستخدم الزرنيخ في علاج سرطان الدم الحاد ، وهو نوع من سرطان الدم. يستخدم في تطوير محلول فاولر لاستخدامه في علاج الصدفية. يستخدم النظير المشع للزرنيخ (74As) في توطين الأورام السرطانية الموجودة في جسم الإنسان.

-الزرنيخ جزء من Melarsoprol ، وهو دواء يستخدم في علاج داء المثقبيات الأفريقي البشري. مرض طفيلي ينتقل عن طريق ذبابة تسي تسي.

- تم استخدام أكسيد التيلوريوم في علاج التهاب الجلد الدهني. وبالمثل ، تستخدم مركبات التيلوريوم الأخرى كعوامل مضادة للميكروبات.

البورون ، في شكل حمض البوريك ، يستخدم كمطهر معتدل في العيون والأنف والحنجرة.

في النظارات والمينا

- يستخدم التيلوريوم في إنتاج النظارات الزرقاء والبنية والحمراء. يمكن للمعادن أن تودع كهربائيا على الفضة مما يؤدي إلى الانتهاء من مسود.

يستخدم الأنتيمون لإعطاء النظارات والمينا صبغة صفراء. يستخدم البورون في إنتاج النظارات والسيراميك. على وجه الخصوص ، زجاج البورسليكات مقاوم للتغيرات في درجة الحرارة ، وهذا هو السبب في استخدامه في المختبرات للتفاعلات الكيميائية والتقطير.

- في المنزل ، يمكنك خبز الطعام باستخدام زجاج البورسليكات ، دون تحطيم الأواني المستخدمة.

- يعتبر السيليكون هو القاعدة الرئيسية لصناعة الزجاج ، حيث يتدخل في صناعة جميع الأشياء الزجاجية تقريبًا.

- يستخدم أكسيد الجرمانيوم في صناعة عدسات الكاميرات وعدسات المجاهر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في تطوير لب الألياف البصرية للعديد من التطبيقات.

في إنتاج مواد عالية الجودة

- يتسبب الزرنيخ في خلائط تؤدي إلى انخفاض في درجة انصهارها. هذا يسبب صلابة أكبر في السبائك المستخدمة في إنتاج اللقطة

- تزيد إضافة كمية التيلوريوم بين 0.1٪ و 0.6٪ من سبيكة الرصاص من مقاومتها للتآكل والجر مع زيادة المرونة. يضاف التيلوريوم عادة إلى الحديد المصبوب لإنتاج تصلب الطبقة السطحية للأجزاء المتصلدة.

- يستخدم الأنتيمون في السبائك لإنتاج محامل وألواح تراكم ومواد طباعة.

- يستخدم السيليكون في إنتاج السبائك بمقاومة أكبر للأحماض. هذه هي حالة Durirón ، التي تحتوي على 14 ٪ من السيليكون.

يتم استخدام سبيكة السيليكون والحديد والألمنيوم لتصنيع الأجزاء ذات الصلابة الكبيرة ، والتي تستخدم في صناعة السيارات.

- يشكل الزرنيخ سبائك من البلاتين والنحاس لزيادة مقاومته للتآكل. وبالمثل ، يضاف الزرنيخ إلى النحاس الأصفر لزيادة مقاومة الزنك. يستخدم هذا النوع من النحاس في تصنيع مواد التبعي للسباكة.

في الالكترونيات والحوسبة

-المبيدات المعدنية تستخدم أشباه الموصلات في صناعة الالكترونيات والكمبيوتر. بهذا المعنى ، يعتبر السيليكون هو الرائد في تجارة أشباه الموصلات التي تشكل أساس الإلكترونيات والحوسبة الحديثة. يتم استخدام السيليكون ومشتقاته في أجهزة الكمبيوتر ومحولات الطاقة والخلايا الشمسية وشاشات الكريستال السائل.

- التيلوريوم هو أشباه الموصلات التي لديها تطبيقات في البصريات الكهربائية والإلكترونيات.

- الجرمانيوم هو فلز أشباه الموصلات يستخدم مع السيليكون في دوائر متكاملة عالية السرعة لتحسين أدائه. على الرغم من أن الجرمانيوم قام بإزاحة السيليكون إلى حد ما في وظيفة أشباه الموصلات ، فقد تم تعزيز استخدامه في إنتاج الرقائق المصغرة.

- يستخدم الجرمانيوم في تطوير الألواح الشمسية. حتى الروبوتات الكشفية لكوكب المريخ تحتوي على جرمانيوم في خلاياها الشمسية. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم الجرمانيوم في صناعة الرادارات.

عمل وقائي من المعادن

البورون ومركباته ذات الصلة تمنح مقاومة كبيرة للمواد التي هي جزء منها. وهذا يسمح باستخدامه في إنشاء الهياكل المكانية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامها في صنع نوادي الجولف وقضبان الصيد.

يتم استخدام الإجراء الوقائي لكربيد البورون كحواجز تحكم في المفاعلات النووية ، مما يحد من تسرب المواد المشعة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام كربيد البورون في سترات واقية من الرصاص وفي دروع الدبابات الحربية.

ثاني أكسيد السيليكون والسيليكا ، في شكل الطين أو الرمل ، هي مكونات مهمة من الطوب والخرسانة والإسمنت ، وتستخدم في أشكال مختلفة من البناء.

آخرون

- يستخدم كبريتيد الأنتيمون في الألعاب النارية ومصابيح فلاش من الكاميرات.

- البورون هو جزء من مغناطيس النيوديميوم.

- يستخدم السيليكون ، وهو بوليمر مشتق من السيليكون ، في تحضير الزيوت والشمع وزراعة الثدي والعدسات اللاصقة والمتفجرات والألعاب النارية.

- يستخدم الجرمانيوم في تطوير مصابيح الفلورسنت وبعض الثنائيات LED. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم الجرمانيوم في القيثارات الكهربائية لإنتاج نغمة تشويه مميزة.

- يستخدم الجرمانيوم في تطبيق الصور الحرارية للاستخدام العسكري ومكافحة الحرائق.

- يستخدم الأنتيمون في صناعة المباريات وقنابل التتبع والمواقع ، وكذلك الاشعال الخرطوشة.

يستخدم بورات الصوديوم كمثبط للاحتراق في البلاستيك والمطاط.

العناصر المعدنية الثمانية

تتكون هذه المجموعة من العناصر الكيميائية من البورون والسيليكون والأنتيمون والتيلوريوم والجرمانيوم والزرنيخ والبولونيوم والأستاتين. ومع ذلك ، فإن أكبر عدد من الباحثين في مجال الكيمياء يستبعدون البولونيوم و astatus كما metalloids.

لذلك ، فإن أكثر مجموعة مقبولة من المعادن هي البورون والسيليكون والأنتيمون والتيلوريوم والجرمانيوم والزرنيخ.

لقد تمت الإشارة إلى أن البولونيوم معدني بشكل واضح ، حيث أن الشكلين المتماثلين له هما الموصلات المعدنية. من ناحية أخرى ، تم تصنيف الأستاتين في عام 2013 كمعدن ، على الرغم من أنه في عام 1950 كان قد تم تصنيفه على أنه هالوجين ، وهو معدن غير تفاعلي.

الحدود بين مجموعات العناصر التي تعتبر معادن أو فلزات أو غير معدنية مربكة. لهذا السبب ، يقترح بعض الباحثين ، استنادًا إلى بعض الخصائص ، أن هذا العنصر أو ذاك يجب اعتباره ميتالويد. لقد تمت الإشارة ، على سبيل المثال ، إلى أنه يجب تصنيف الكربون أو الألومنيوم أو السيلينيوم على أنه فلزية.

لقد جرب وضع معايير اختيار تسمح بتصنيف عنصر كيميائي كمعدن أو فلزية أو غير معدنية. من بين معايير الانتقاء الأخرى ، طاقة التأين ، والقدرة الإلكترونية الكهربية وكفاءة التعبئة للعناصر الكيميائية المختلفة.