أهمية الفلزات في حياتنا

تعريف الفلزات

في تعريف الكيمياء، تعني كلمة `فلز` العنصر الكيميائي الذي يفتقر إليه الإلكترونات ليصبح أيونًا موجبًا (كاتيونًا) لتكوّن رابطة فلزية بين ذراته، ويوجد وصف آخر للفلزات كونها مجموعة من الأيونات الموجبة (كاتيونات) الموجودة داخل سحابة من الإلكترونات.
تصنف المعادن عادة على أنها صلبة، وبالتالي فإن تشكيلها وإعادة استخدامها يكون سهلا جدا عند تعرضها للطرق والدق. تتميز المعادن أيضا بسطحها المعدني الناعم الذي ينعكس فيه الضوء، وبالتالي فهي تتمتع بالبريق واللمعان. بالإضافة إلى ذلك، تكون المعادن كثيفة وتوصيلها للحرارة والكهرباء جيد، ولديها قدرة عالية على الانصهار. تتفاعل المعادن بسهولة مع الماء والهواء، مما يؤدي إلى تكوين الصدأ مع مرور الوقت. على الرغم من ندرتها في الطبيعة، إلا أن المعادن موجودة في الصخور الأرضية.

أهم استخدامات الفلزات في حياتنا اليومية

هناك العديد من الاستخدامات للمعادن في حياتنا، ومن أهم هذه الاستخدامات هي

• تستخدم في صناعة بعض الأدوات التي تدخل في مجالات مختلفة مثل الصناعة وصناعة الصواريخ، ومن أهم أنواع الأدوات التي تستخدم فيها تلك الآلات هي المستخدمة في صناعة الأجهزة والأدوات الكهربائية، وفي مجال الزراعة حيث تستخدم فيصناعة الجرارات ومواد الحراثة، وكذلك في مجال التجارة.
• يتم استخدام المغنيسيوم والألومنيوم في صناعة الأدوات الطبية مثل الإبر والمشرط والمقصات والشفرات وغيرها من الأجهزة الطبية الكبيرة.
• يستخدم فلز الحديد في مشاريع البناء والتشييد، مثل بناء المباني والمنازل، وتستخدم بعض الفلزات الأخرى بجانب الحديد في البناء، مثل أدوات المحارة.
• تتوفر العديد من استخدامات المعادن في صناعات أخرى مثل الاتصالات ووسائل النقل والمواصلات، وكذلك في نقل الكهرباء لتوليد الطاقة.
• تستخدم بعض الفلزات في صناعة نظام الأمان مثل الأقفال والصناديق الآمنة.
• يتم استخدام فلز التنجستون في صناعة الخيوط الكهربائية دون أن يذوب.

كيف نستفيد من الفلزات

من بين الأسئلة الرئيسية المطروحة، كيف يمكن استخدام الفلزات بتصنيفاتها المختلفة في مختلف مجالات الحياة؟ يمكن الاستفادة من الفلزات القوية والضعيفة التي يمكن تشكيلها، مثل استخدام الحديد القوي في صناعة السيارات والبناء، والألمنيوم لصنع أواني الطهي بسبب قدرته على توصيل الحرارة بشكل جيد، والنحاس في صناعة الأسلاك الكهربائية لأنه موصل جيد للكهرباء ويمكن تشكيله بسهولة.

وبالرغم من وجود بعض الفلزات خاملة أو غير نشطة يمكن أيضاً الأستفادة منها في الطب لأنها تستخدم في أجسام المصابين مثل الأسنان أو العظام أو القلب ويتم ذلك بعد التأكد من عدم تفاعلها مع باقي أعضاء الجسم، ويمكن الاستفادة من بعض الفلزات مثل الذهب والفضة في صناعة المجوهرات والحلي.
وذلك يعني بأن خصائص الفلزات مميزة وتجعل لها تدخل رئيسي وأساسي في الأشياء المستخدمة في حياتنا اليومية على الرغم من اختلاف صفاتها مثل المقاومة للحرارة، والقادرة على التقلص عند انخفاض الحرارة والقادرة على التمدد في الحرارة المرتفعة والموصلة للكهرباء والمعدات الكهربائية مثل التلفاز والثلاجة والهواتف.

الفلزات واللافلزات

يتضمن الجدول الدوري 118 عنصرا من الفلزات واللافلزات والشبه الفلزات، وهناك اختلافات بينها.

• الفلزات

الفلزات هي التي تحول الإلكترونات إلى أيونات موجبة، وتتميز بوجود علاقة فلزية بين ذراتها وتشكل شبكة بين أيوناتها الموجبة. وتتميز العناصر الكيميائية بوجود عناصر فلزية بشكل رئيسي حيث تشكل ثلاثة أرباع العناصر الكيميائية، ومن بين الفلزات الأكثر استخداما الرصاص والألومنيوم والنحاس والفضة والذهب والحديد، ويمكن العثور عليها في الطبيعة بشكل محدود. وقد صنف العلماء العناصر الفلزية إلى فئات مختلفة بما في ذلك الفلزات النبيلة والفلزات القلوية وفلزات الأتربة القلوية والفلزات الانتقالية والفلزات الضعيفة والسبائ.

على الرغم من أن معظم العناصر غير مستقرة كيميائيا، إلا أنها تتفاعل بسرعة مع الأكسجين الموجود في الهواء وتتأكسد. والفلزات القوية هي أكثر العناصر تفاعلا، ويمكن تصنيف الفلزات حسب توصيلها للكهرباء، حيث تعتبر بعضها موصلا جيدا للتيار الكهربي لأنها تسمح بمرور الكهرباء بسهولة، وبعضها عازلا يمنع مرور الكهرباء، وبعضها موصلا شبها.

• اللافلزات

اللافلزات هي العناصر التي تختلف عن الفلزات، حيث تحتوي على الإلكترونات التي تحتاجها الذرات للوصول إلى أعلى حالات التكافؤ. ومن بين العناصر اللافلزية البارزة في الجدول الدوري: الكربون والنيتروجين والأكسجين والفلور والفوسفور والكبريت والكلور والبروم واليود والاستاتين. توجد العناصر اللافلزية في الجانب الأعلى الأيسر من الجدول الدوري، باستثناء الهيدروجين.

– تتميز الفلزات بعدة خصائص، منها أنها موجبة الشحنات الكهربائية، ولامعة، وتنصهر في درجات حرارة عالية، وقابلة للطرق والسحب، وجيدة التوصيل الحراري، وتصدر صوت رنين، وشكلها صلب، وتتفاعل مع الأكسجين برابطة تساهمية تحتوي على مركبات تسمى بالأكاسيد القاعدية، مثل أكسيد الحديد.

ونعيد ذكرها مرة أخرى أن العناصر المعدنية لها روابط تسمى الروابط الفلزية، والروابط الفلزية هي الروابط الكيميائية التي تحدث بين عناصر معدنية نتيجة لجذب الأيونات الموجبة والإلكترونات السالبة، وهذه الروابط الفلزية تربط البلورة الفلزية بشكل كامل، والروابط الفلزية هي قوة الجذب بين الأيونات الموجبة للفلزات والإلكترونات الحرة في الشبكة البلورية، وهي أيضا رابطة تتكون من سحابة الإلكترونات الموجودة في الطبقة الخارجية التي تقلل من تنافر أيونات المعدن في الشبكة البلورية .

الروابط الفلزية

تحدث الروابط الفلزية عندما تكون الذرات الفلزية متقاربة جدا وصلبة، حيث تفقد كل ذرة فلزية إلكترونا أو أكثر لتتكافئ مع الغلاف الخارجي. تتميز هذه الإلكترونات بحرية حركتها، مما يؤدي إلى انتقال إلكترونات التكافؤ بين أيونات الفلز الموجبة، مما يقلل من التنافر بينها ويجعلها تترابط معا. مع زيادة عدد الإلكترونات الحرة غير المتمركزة، يزداد التجاذب بين الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة، مما يؤدي إلى زيادة قوة الرابطة الفلزية.

عناصر الجدول الدوري

يتكون الجدول الدوري من ١١٨ عنصرا كيميائيا مختلفا، ويتم تمثيل كل عنصر بحرف أو حرفين اختصارا لاسمه، وتم ترتيب عناصر الجدول من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى إلى الأسفل، ويسمى كل صف في الجدول بالدورة، ويشير رقم الدورة لكل عنصر إلى أعلى مستوى طاقة يشمله الإلكترون في هذا العنصر، وتسمى العناصر المرتبة في نفس العمود بالمجموعة، وهي العناصر التي تمتلك تركيبا إلكترونيا متشابها ومتماثلا كيميائيا، وكلما نزلنا في الجدول الدوري إلى العناصر الأسفل، زاد عدد الإلكترونات، وفيما يلي قائمة بأسماء عناصر الجدول الدوري باللغة العربية

• الهيدروجين (H).
• الهيليوم (He).
• الليثيوم (Li).
• البريليوم (Be).
• البورون (B).
• الكربون (C).
• النيتروجين (N).
• الأوكسجين (O).
• الفلورين (F).
• نيون (Ne).
• الصوديوم (Na ).
• المغنيسيوم (Mg).
• الألمنيوم (Al).
• السيليكون (Si).
• الفوسفور (P).
• الكلور (Cl).
• الكبريت (S).
• أرغون (Ar).
• البوتاسيوم (K).
• الكالسيوم (Ca).
• السكانديوم (Sc).
• التيتانيوم (Ti).
• الفاناديوم (V).
• الكروم (Cr).
• المنغنيز (Mn).
• الحديد (Fe ).
• الكوبالت (Co).
• النيكل (Ni).
• النحاس (Cu).
• الزنك (Zn).
• الغاليوم (Ga).
• جيرمانيوم (Ge).
• الزرنيخ (As).
• سيلينيوم (Se).
• البروم (Br).
• الكريبتون (Kr).
• الروبيديوم (Rb).
• سترونشيوم (Sr).
• الأتريوم(Y).
• زركونيوم (Zr).
• النيوبيوم (Nb).
• موليبدنوم (Mo).
• تكنيشيوم (Tc).
• الروثينيوم (Ru).
• الروديوم (Rh).
• بالاديوم (Pd).
• الفضة (Ag)
• كادميوم ( Cd).
• الإنديوم (In).
• القصدير (Sn).
• إثمد (Sb).
• تيلوريوم (Te).
• يود (I).
• زينون (Xe).
• سيزيوم (Cs).
• لانثانوم (Ba).
• سيريوم (La).
• السيريوم (Ce).
• براسوديميوم (Pr).
• نيوديميوم (Nd).
• بروميثيوم (Pm).
• ساماريوم (Sm).
• يوروبيوم (Eu).
• الغادولينيوم (Gd).
• التربيوم (Tb).
• ديسبروسيوم (Dy).
• هولميوم (Ho).
• إربيوم (Er).
• توليوم (Tm).
• إتيربيوم (Yb).
• لوتيشيوم (Lu).
• هافنيوم (Hf).
• تانتالوم (Ta).
• تنجستن (W).
• رينيوم (Re).
• أوزميوم (Os).
• إريديوم (Ir).
• بلاتين (Pt).
• ذهب (Au).
• الزئبق (Hg).
• ثاليوم (Ti).
• رصاص (Pb).
• بزموت (Bi).
• بولونيوم (Po).
• أستاتين (At).
• راديون (Rn).
• فرانسيوم (Fr).
• راديوم (Ra).
• أكتينيوم (Ac).
• ثوريوم (Th).
• بروتكتينيوم (Pa).
• يورانيوم (U).
• نبتونيوم (Np).
• بلوتونيوم (Pu).
• أمريسيوم (Am).
• كوريوم (Cm).
• بركيليوم (Bk).
• كاليفورنيوم (Cf).
• أينشتاينيوم (Es).
• فرميوم (Fm).
• مندليفيوم (Md).
• نوبليوم (No).
• لورنسيوم (Lr).
• رذرفورديوم (Rf).
• دوبنيوم (Db).
• سيبورغيوم (Sg).
• بوريوم (Bh).
• هاسيوم (Hs).
• مايتنريوم (Mt).
• دارمشتاتيوم (Ds).
• رونتيجينيوم (Rg).
• كوبرنيسيوم (Cn).
• نيهونيوم “أنون تريوم” (NH).
• فليروفيوم (Fl).
• موسكوفيوم (Mc).
• ليفرموريوم (LV ).
• تينيسين (TS).
• أوغانيسون (og).

هناك عدة محاولات من قبل العلماء لتصنيف العناصر في الجدول الدوري بناء على خصائص العناصر المتشابهة، ومن بين أشهر هذه التصنيفات هو ما يأتي

• قام برزيليوس بتقسيم عناصر الجدول الدوري إلى فلزات وغير فلزات.
• قام موزلي بترتيب العناصر بترتيب تصاعدي استنادًا إلى أعدادها الذرية.
• تم ترتيب العناصر في الجدول الدوري الطويل وفقًا لمبدأ البناء التصاعدي، أي أثناء ملء مستويات الطاقة الفرعية.

يوجد ترتيب توضيحي لجميع العناصر الكيميائية في الجدول الدوري وفقا لعددها الذري وتوزيعها الإلكتروني، ويتم تنظيم الجدول الدوري بناء على خصائص وسلوكيات العناصر الكيميائية

الجدول الدوري الحديث

تطور الجدول الدوري الحديث بين عامي 1789 و 1862 كان كالتالي

• عام 1789م: وضع العالم الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازييه أول قائمة للعناصر التي يصعب تقسيمها أكثر، مثل أكسيد المغنيسيوم والباريت، ولكنه استبعد الصودا والبوتاسيوم لأنه يعتقد أنه يمكن تقسيمهما أكثر.
• عام 1805م: قام العالم جون دالتون بتصنيف العناصر حسب كتلتها الذرية وأنشأ أول جدول دوري لهذه العناصر.
• عام 1807م: قام العالم همفري ديفي بتقسيم الصودا والبوتاس، واكتشف عنصري الصوديوم والبوتاسيوم، وأدرك أن هذين العنصرين يتشابهان في خصائصهما بشكل كبير. وفي هذه الفترة، أدرك مجموعة من العلماء أيضًا التشابه بين عناصر المغنيسيوم والكالسيوم والباريوم والسترونشيوم.
• عام 1862م: قام الفرنسي ألكسندر إيميل بيغويي بتطوير نظام جديد لترتيب جميع العناصر المعروفة بحسب كتلتها الذرية وقام بتحديد مواقع ستين عنصراً وترتيبها حسب زيادة كتلتها الذرية.
• عام 1869م: أصدر الكيميائي الروسي ديميتري مندلييف جدول دوري للعناصر المعروفة حتى ذلك الوقت، حيث رتّب العناصر حسب وزنها الذري، ووضع العناصر التي تشابهت في خصائصها أسفل بعضها البعض، وترك فراغات للعناصر التيلم يتم اكتشافها حتى ذلك الحين.
• عام 1894م: اكتشف ويليام رامزي العناصر النبيلة وعلم أنها تشكل مجموعة جديدة في الجدول الدوري، وكان اكتشاف هذه العناصر دليلاً إضافيًا على دقة جدول مندليف الدوري.