ما هو تعريف الفلزات
تعتبر الفلزات هي مجموعة صغيرة للغاية من العناصر الموجودة في الجدول الدوري للعناصر على طول الخط المتعرج الذي يميزان المعادن عن غير المعادن ويتم سحبها من البورون والألومنيوم إلى الحدود بين البولونيوم والأستاتين ، ومن المفترض أن يتم تصنيف الأستاتين على أنه مادة غير معدنية أو فلزية .
ما هي خصائص الفلزات
تتميز الفلزات بالخصائص الوسطية بين المعادن وغير المعادن، وتتمتع بخصائص صعبة التعريف، ومن بين هذه الخصائص ما يلي:
تتميز الأكسدة بقدرتها على تشكيل الزجاج والسبائك عند مزجها بالمعادن، حيث يتفاعل المتأصلات العضوية وغير العضوية عند الانصهار لتكوين السبائك، ويتشكل المركبات عندما تتفاعل مع الهالوجينات، وتتقلص الفلزات القليلة عندما تذوب .
تعتبر موصل جيد للكهرباء، حيث تتوقف تفاعلات المعادن على الخصائص الكيميائية للعناصر التي يتفاعلون معها، وتتوفر فيها الطاقة الكهربائية وطاقة التأيين بين المعادن واللافلزات .
تتميز الفلزات بأنها مواد صلبة بلورية، حيث تتمتع ببنية بلورية بسيطة نسبيًا وتعبئة قريبة من الذرات وتناظر عالٍ، وذلك في معظم الحالات .
نظرًا لأن ذرات المعادن تحتوي على عدد أقل من نصف مجموعة الإلكترونات الكاملة في غلافها الخارجي، فإن المعادن يميلون إلى عدم تكوين مركبات مع بعضهم البعض بسبب هذه الخاصية .
كيف نستفيد من الفلزات
تتميز الفلزات بالعديد من الاستخدامات المختلفة، ومن الممكن الاستفادة منها بعدة طرق
- البورون : يستخدم هذا المعدن في الألعاب النارية، حيث يتميز بجودة تساعد على تغيير اللون إلى اللون الأخضر عند احتراقه، وهو واحد من أكثر المعادن تفجرًا .
يتم استخدام حمض البوريك في التنظيف، كما يمكن استخدامه كمنظف طبيعي شبه طبيعي لمكافحة الآفات عند استخدام كميات صغيرة منه .
- السيليكون : يستخدم السيليكون في رقائق الكمبيوتر لأنه يُعد من أشباه الموصلات، كما يمكن استخدام السيليكون على شكل مادة مانعة للتسرب على الأسطح حول أنابيب المياه .
- الجرمانيوم : يستخدم الجرمانيوم في صناعة أشباه الموصلات لتحسين الخصائص الموصلة، كما يستخدم في مصابيح الفلورسنت وأجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء .
- الزرنيخ : عندما يتم خلط الزرنيخ مع الغاليوم، يُستخدم كأشباه موصلات ويجد تطبيقًا في صناعة المصابيح، وهو سام لدرجة أنّه يُمكن استخدام الزرنيخ كمبيد حشري وفي الحفاظ على الخشب. وتستخدم سبائك الرصاص التي تحتوي على الزرنيخ في تصنيع الرصاص.
- الأنتيمون : تم استخدام الأنتيمون في الدهانات ومينا السيراميك، وفي العصور القديمة استخدم المصريون الأنتيمون كمستحضر تجميل .
- التيلوريوم : يُستخدم كمادة مضافة في صناعة السبائك، وفي صناعة الحديد الزهر والسيراميك لمنع الصدمات الحرارية .
- البولونيوم : يعتبر البولونيوم عنصرا نادرا للغاية ويتميز بشدة إشعاعه، وبالتالي لا يوجد استخدام كبير له بطبيعته السامة .
ما هي أهمية الفلزات
يوفر استخدام المعادن العديد من الفوائد خلال دورة حياة المنتج، سواء من خلال استخدام مقياس المعدن أو سمك الطلاء أو أداء السطح النهائي، مما يجعلها تفوق المواد المشابهة الأخرى .
يعتبر استخدام الفلزات في البناء وتصنيعها معيارًا عاليًا للحد من النفايات، حيث يتم إعادة تدوير النفايات المعدنية التي تنتج أثناء التصنيع والتركيب في الموقع، مما يؤدي إلى عدم وجود نفايات في المكب .
بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام منتجات الحديد والصلب الثانوية، مثل خبث أفران الصهر، من قبل صناعة البناء الأوسع لتصنيع مجموعة من المنتجات، بما في ذلك أحجار الطرق والركام الخفيف الوزن .
انخفضت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن تصنيع الصلب إلى النصف على مستوى العالم منذ الستينيات، تعتبر الفلزات منتج فريد من حيث إعادة التدوير تظل خصائصه دون تغيير بغض النظر عن عدد المرات التي يتم إعادة تدويرها ، وبالتالي يمكن إعادة تدويرها بشكل متكرر دون تدهور جودة المنتج .
يُعد الصلب هو أكثر المواد المعاد تدويرها في العالم، حيث تم إعادة تدوير 459 مليون طن في عام 2006، ما يعادل 180 برج إيفل يوميًا .
يمكن صنع جميع أنواع الفلزات الجديدة من الفولاذ المعاد تدويره، وعلى الرغم من ذلك فإن الطلب على الصلب يتزايد بنسبة 50٪ اليوم مقارنة بما كان عليه قبل 10 سنوات، وتؤخر عمر المنتجات المصنوعة من الفلزات وتأخر توفرها كخردة.
ما هي فوائد المعادن
تتميز المعادن بأنها تمتلك موصلية كهربائية وحرارية عالية، بالإضافة إلى قابليتها للتشكيل واللدونة والانعكاس العالي للضوء .
تشكل المعادن ما يقرب من ثلاثة أرباع جميع العناصر الكيميائية المعروفة، حيث تتوفر بكثرة في قشرة الأرض معادن مثل الألومنيوم والحديد والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم .
تتواجد معظم المعادن في الخامات، حيث تكون المواد المحملة بالمعادن مثل النحاس والذهب والبلاتين والفضة عادة في الحالة الحرة، وذلك لأنها لا تتفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى.
تتفاعل المعادن بشكل أسهل مع اللافلزات مثل الأكسجين والكبريت وغيرها، والتي تحتوي عمومًا على أكثر من نصف الحد الأقصى لعدد إلكترونات التكافؤ.
تختلف المعادن بشكل كبير في التفاعل الكيميائي، حيث تكون الليثيوم والبوتاسيوم والراديوم هي الأكثر تفاعلاً، في حين تكون الذهب والفضة والبلاديوم والبلاتين هي ذات فعالية منخفضة .
يتم تفسير الموصلية الكهربائية والحرارية العالية للمعادن البسيطة أو الغير انتقالية في الجدول الدوري عن طريق الرجوع إلى نظرية الإلكترون الحر .
تفقد الذرات الفردية في هذه المعادن إلكترونات التكافؤ الخاصة بها وتتحرك هذه الإترونات الحرة التي تسبب الموصلية كمجموعة في جميع أنحاء المادة الصلبة إلى المادة الصلبة بأكملها .
أنواع الفلزات
تشمل معظم العناصر من المجموعة الفلزية القلويات والفلزات الأرضية القلوية ، والمعادن الانتقالية والأساسية ، حيث أن العناصر الأرضية النادرة على الرغم من أنها منفصلة في الجدول إلا أنها بالفعل تعتبر أنواع محددة من المعادن الانتقالية ، حيث أن هذه الأنواع تكون على النحو التالي :
- الفلزات القلوية : المعادن القلوية تقع في أقصى الجانب الأيسر من الجدول الدوري، وهي عناصر شديدة التفاعل ومميزة بحالة الأكسدة، وتتميز بكثافة منخفضة بشكل عام مقارنة بالمعادن الأخرى .
- المعادن الأرضية القلوية : تم العثور على معادن الأرض القلوية في العمود الثاني من الجدول الدوري للعناصر، حيث تتميز جميع ذرات الفلزات القلوية الأرضية بحالة أكسدة .
- المعادن الأساسية : تعرض المعادن الأساسية الخصائص التي يربطها الناس عمومًا بمصطلح “معدن”، إذ توصل الحرارة والكهرباء عبرها ولديها بريق معدني .
- معادن الانتقال : تتميز المعادن الانتقالية بامتلاكها جزئيًا قشور إلكترونية ممتلئة، ونظرًا لأن القشرة غير كاملة الامتلاء، فإن هذه العناصر تعرض حالات أكسدة متعددة وتنتج في العادة مجموعات ملونة .