معدن

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 61 صور
الموسوعة الحرة

اشار الى التسمية التوضيحية
الحديد ، والذي يظهر هنا على شكل شظايا ومكعب 1 سم 3 ، هو مثال لعنصر كيميائي عبارة عن معدن.
قارب مرق معدني
معدن على شكل قارب مرق مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ، وهو سبيكة تتكون إلى حد كبير من الحديد والكروم والنيكل
جزء من سلسلة عن
الجدول الدوري
أشكال الجدول الدوري
تاريخ الجدول الدوري
مجموعات العناصر
حسب بنية الجدول الدوري
حسب التصنيف المعدني
  • المعادن
حسب الخصائص الأخرى
عناصر
قائمة العناصر الكيميائية
Properties of elements
Data pages for elements
  • Category
  • Chemistry Portal
  • v
  • t
  • e

المعدن (من الكلمة اليونانية القديمة μέταλλον ( métallon )  ) هو مادة تظهر عند صقلها أو كسرها مظهرًا لامعًا، وتوصل الكهرباء والحرارة بشكل جيد نسبيًا. ترتبط كل هذه الخصائص بوجود الإلكترونات المتاحة على مستوى فيرمي ، على عكس المواد غير المعدنية التي لا تفعل ذلك. [ 1] : الفصل 8 و19  [2] : الفصل 7 و8  المعادن عادة ما تكون مطاوعة (يمكن سحبها إلى أسلاك) وقابلة للطرق (يمكن طرقها إلى صفائح رقيقة). [3]

قد يكون المعدن عنصرًا كيميائيًا مثل الحديد ؛ أو سبيكة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ؛ أو مركب جزيئي مثل نتريد الكبريت البوليمري . [4] يُطلق على العلم العام للمعادن علم المعادن ، وهو موضوع فرعي من علم المواد ؛ كما تندرج جوانب الخصائص الإلكترونية والحرارية ضمن نطاق فيزياء المادة المكثفة وكيمياء الحالة الصلبة ، وهو موضوع متعدد التخصصات . في الاستخدام العامي ، يشار إلى المواد مثل سبائك الفولاذ باسم المعادن ، في حين أن مواد أخرى مثل البوليمرات أو الخشب أو السيراميك هي مواد غير معدنية .

يوصل المعدن الكهرباء عند درجة حرارة الصفر المطلق ، [5] وهي نتيجة للحالات غير الموضعية عند طاقة فيرمي. [1] [2] تصبح العديد من العناصر والمركبات معدنية تحت ضغوط عالية، على سبيل المثال، يصبح اليود تدريجيًا معدنًا عند ضغط يتراوح بين 40 و 170 ألف مرة الضغط الجوي . يصبح الصوديوم لا فلزًا عند ضغط يقل قليلاً عن مليوني مرة الضغط الجوي، ومن المتوقع أن يصبح معدنًا مرة أخرى عند ضغوط أعلى من ذلك.

عند مناقشة الجدول الدوري وبعض الخصائص الكيميائية، غالبًا ما يُستخدم مصطلح المعدن للإشارة إلى تلك العناصر التي تكون في شكلها النقي وفي الظروف القياسية معادن بمعنى التوصيل الكهربائي المذكور أعلاه. يمكن أيضًا استخدام المصطلح ذي الصلة المعدني لأنواع ذرات الشوائب أو عناصر السبائك.

في علم الفلك يشير المعدن إلى جميع العناصر الكيميائية في النجم والتي تكون أثقل من الهيليوم . وبهذا المعنى فإن أول أربعة "معادن" تتجمع في نوى النجوم من خلال التخليق النووي هي الكربون والنيتروجين والأكسجين والنيون . يدمج النجم ذرات أخف وزناً ، معظمها من الهيدروجين والهيليوم ، في ذرات أثقل على مدار حياته. معدنية الجسم الفلكي هي نسبة مادته المكونة من العناصر الكيميائية الأثقل. [6] [7]

أدت قوة ومرونة بعض المعادن إلى استخدامها المتكرر في، على سبيل المثال، المباني الشاهقة وبناء الجسور ، وكذلك معظم المركبات، والعديد من الأجهزة المنزلية ، والأدوات، والأنابيب، وخطوط السكك الحديدية. تم استخدام المعادن الثمينة تاريخيًا في العملات المعدنية ، ولكن في العصر الحديث، امتدت المعادن المعدنية إلى ما لا يقل عن 23 من العناصر الكيميائية. [8] هناك أيضًا استخدام واسع النطاق للمعادن متعددة العناصر مثل نتريد التيتانيوم [9] أو أشباه الموصلات المتحللة في صناعة أشباه الموصلات.

يُعتقد أن تاريخ المعادن المكررة بدأ باستخدام النحاس منذ حوالي 11000 عام. كما تم استخدام الذهب والفضة والحديد (مثل الحديد النيزكي) والرصاص والنحاس الأصفر قبل أول ظهور معروف للبرونز في الألفية الخامسة قبل الميلاد. وتشمل التطورات اللاحقة إنتاج الأشكال المبكرة من الفولاذ؛ واكتشاف الصوديوم - أول معدن خفيف - في عام 1809؛ وظهور سبائك الفولاذ الحديثة ؛ ومنذ نهاية الحرب العالمية الثانية، تطوير سبائك أكثر تطوراً.

ملكيات

الشكل والبنية

بلورات الجاليوم على الطاولة
بلورات الجاليوم

تتميز معظم المعادن بأنها لامعة وبراقّة ، على الأقل عند تلميعها أو كسرها. تبدو صفائح المعدن التي يزيد سمكها عن بضعة ميكرومترات غير شفافة، لكن ورق الذهب ينقل الضوء الأخضر. ويرجع هذا إلى الإلكترونات المتحركة بحرية والتي تعكس الضوء. [1] [2]

على الرغم من أن معظم المعادن الأولية لها كثافة أعلى من اللافلزات ، [10] إلا أن هناك تباينًا كبيرًا في كثافتها، حيث يُعد الليثيوم الأقل كثافة (0.534 جم/سم 3 ) والأوزميوم (22.59 جم/سم 3 ) الأكثر كثافة. ومن المتوقع أن تكون بعض المعادن الانتقالية 6d أكثر كثافة من الأوزميوم، ولكن نظائرها المعروفة غير مستقرة للغاية بحيث لا يمكن إنتاجها بكميات كبيرة [11] والمغنيسيوم والألمنيوم والتيتانيوم معادن خفيفة ذات أهمية تجارية كبيرة. ويمكن مقارنة كثافاتها البالغة 1.7 و2.7 و4.5 جم/سم 3 بكثافات المعادن الهيكلية الأقدم، مثل الحديد عند 7.9 والنحاس عند 8.9 جم/سم 3. وأكثر المعادن خفيفة الوزن شيوعًا هي سبائك الألومنيوم [12] [13] والمغنيسيوم [14] [15] .

الشكل التخطيطي للقضبان المعدنية المستديرة بعد اختبار الشد.
(أ) الكسر الهش
(ب) الكسر المطاوع
(ج) الكسر المطاوع بالكامل

المعادن عادة ما تكون قابلة للطرق والسحب، تتشوه تحت الضغط دون انقسام . [10] تساهم الطبيعة غير الاتجاهية للترابط المعدني في ليونة معظم المواد الصلبة المعدنية، حيث يكون إجهاد بييرلز منخفضًا نسبيًا مما يسمح بحركة الخلع ، وهناك أيضًا العديد من مجموعات المستويات والاتجاهات للتشوه البلاستيكي . [16] نظرًا لوجود ترتيبات مضغوطة من الذرات، فإن متجه برجر للخلع صغير إلى حد ما، مما يعني أيضًا أن الطاقة اللازمة لإنتاجه صغيرة. [3] [16] على النقيض من ذلك، في مركب أيوني مثل ملح الطعام، تكون متجهات برجر أكبر بكثير والطاقة لتحريك الخلع أعلى بكثير. [3] يمكن وصف التشوه المرن القابل للعكس في المعادن جيدًا من خلال قانون هوك لقوى الاستعادة، حيث يتناسب الإجهاد خطيًا مع الانفعال . [17]

قد يؤدي تغير درجة الحرارة إلى تحرك العيوب البنيوية في المعدن مثل حدود الحبيبات ، والفجوات النقطية ، وخلع الخطوط والمسامير ، وأخطاء التكديس والتوائم في كل من المعادن البلورية وغير البلورية . قد يحدث أيضًا انزلاق داخلي ، وزحف ، وإجهاد معدني . [3] [16]

غالبًا ما تكون ذرات المواد المعدنية البسيطة في أحد ثلاثة هياكل بلورية شائعة ، وهي المكعب ذو المركز الجسمي (bcc)، والمكعب ذو المركز الوجهي (fcc)، والمكعب السداسي المضغوط (hcp). في المكعب ذو المركز الجسمي، يتم وضع كل ذرة في مركز مكعب مكون من ثماني ذرات أخرى. في المكعب ذو المركز الوجهي والمكعب السداسي المضغوط، تكون كل ذرة محاطة باثني عشر ذرة أخرى، لكن ترتيب الطبقات يختلف. تتبنى بعض المعادن هياكل مختلفة اعتمادًا على درجة الحرارة. [18]

  • بنية بلورية مكعبة مركزية الجسم، مع خلية وحدة مكونة من ذرتين، كما هو موجود في الكروم والحديد والتنجستن على سبيل المثال
    بنية بلورية مكعبة مركزية الجسم، مع خلية وحدة مكونة من ذرتين، كما هو موجود في الكروم والحديد والتنجستن على سبيل المثال
  • بنية بلورية مكعبة ذات وجه مركزي، مع خلية وحدة مكونة من 4 ذرات، كما هو موجود في الألومنيوم والنحاس والذهب على سبيل المثال
    بنية بلورية مكعبة ذات وجه مركزي، مع خلية وحدة مكونة من 4 ذرات، كما هو موجود في الألومنيوم والنحاس والذهب على سبيل المثال
  • بنية بلورية سداسية متماسكة، مع خلية وحدة مكونة من 6 ذرات، كما هو موجود في التيتانيوم والكوبالت والزنك على سبيل المثال
    بنية بلورية سداسية متماسكة، مع خلية وحدة مكونة من 6 ذرات، كما هو موجود في التيتانيوم والكوبالت والزنك على سبيل المثال
  • ترتيب الذرات في بلورة ملح صخري مثل TiN
    ترتيب الذرات في بلورة ملح صخري مثل TiN

تحتوي العديد من المعادن الأخرى ذات العناصر المختلفة على هياكل أكثر تعقيدًا، مثل هيكل ملح الصخور في نتريد التيتانيوم أو البيروفسكايت (الهيكل) في بعض النيكلات. [19]

الكهربائية والحرارية

حالات الطاقة المتاحة للإلكترونات في أنواع مختلفة من المواد الصلبة عند التوازن الديناميكي الحراري .
 
هنا، الارتفاع هو الطاقة بينما العرض هو كثافة الحالات المتاحة لطاقة معينة في المادة المذكورة. يتبع التظليل توزيع فيرمي-ديراك ( الأسود = جميع الحالات مملوءة، الأبيض = لا توجد حالة مملوءة).
 
مستوى فيرمي E F هو مستوى الطاقة الذي تكون فيه الإلكترونات في وضع يسمح لها بالتفاعل مع مستويات الطاقة التي تعلوها. وفي المعادن وشبه المعادن، يقع مستوى فيرمي E F داخل نطاق واحد على الأقل من حالات الطاقة.
 
في العوازل وأشباه الموصلات يكون مستوى فيرمي داخل فجوة نطاقية ؛ ومع ذلك، في أشباه الموصلات تكون النطاقات قريبة بما يكفي من مستوى فيرمي لتكون مأهولة حرارياً بالإلكترونات أو الثقوب .

البنية الإلكترونية للمعادن تعني أنها موصلات جيدة نسبيًا للكهرباء . جميع الإلكترونات لها زخم مختلف ، والذي يبلغ متوسطه صفرًا عندما لا يكون هناك جهد خارجي . عندما يتم تطبيق الجهد، يتحرك البعض بشكل أسرع قليلاً في اتجاه معين، وبعضهم أبطأ قليلاً، لذلك توجد سرعة انجراف صافية تؤدي إلى تيار كهربائي. [1] [2] يتضمن هذا تغييرات صغيرة في الدوال الموجية التي توجد بها الإلكترونات، والتغيير إلى تلك ذات الزخم الأعلى. تملي ميكانيكا الكم أنه لا يمكن للمرء أن يمتلك إلا إلكترونًا واحدًا في حالة معينة، مبدأ استبعاد باولي . [20] لذلك يجب أن تكون هناك حالات إلكترون غير موضعية فارغة (ذات زخم أعلى) متاحة عند أعلى الطاقات المشغولة كما هو موضح في الشكل. في أشباه الموصلات مثل السيليكون أو اللافلزات مثل تيتانات السترونشيوم، توجد فجوة طاقة بين أعلى حالات ممتلئة للإلكترونات وأدنى حالة غير ممتلئة، لذلك لا توجد حالات يمكن الوصول إليها ذات زخم أعلى قليلاً. وبالتالي، فإن أشباه الموصلات واللافلزات هي موصلات رديئة، على الرغم من أنها يمكن أن تحمل بعض التيار عندما يتم تخصيبها بعناصر تقدم حالات طاقة مشغولة جزئيًا إضافية عند درجات حرارة أعلى. [21]

تتمتع المعادن الأولية بقيم توصيل كهربائي تتراوح من 6.9 × 10 3 S / cm للمنجنيز إلى 6.3 × 10 5 S / cm للفضة . على النقيض من ذلك، فإن شبه الفلزات الموصلة مثل البورون لها موصلية كهربائية 1.5 × 10 −6 S / cm. باستثناء واحد، تقلل العناصر المعدنية من موصليتها الكهربائية عند تسخينها. يزيد البلوتونيوم من موصليته الكهربائية عند تسخينه في نطاق درجة حرارة يتراوح من حوالي -175 إلى +125 درجة مئوية، مع معامل تمدد حراري كبير بشكل غير طبيعي وتغير طور من أحادي الميل إلى مكعب مركز الوجه بالقرب من 100 درجة مئوية. [22] هناك أدلة على أن هذا السلوك والسلوك المماثل في العناصر فوق اليورانيوم يرجع إلى تفاعلات نسبية ودورانية أكثر تعقيدًا والتي لا يتم التقاطها في نماذج بسيطة. [23]

كثافة حالات TiN، مع الحالات المشغولة المظللة باللون الأزرق ومستوى فيرمي عند أصل x. تظهر جميع الحالات، بالإضافة إلى تلك المرتبطة بذرات Ti وN.

جميع السبائك المعدنية وكذلك السيراميك والبوليمرات الموصلة هي معادن بنفس التعريف؛ على سبيل المثال، نتريد التيتانيوم له حالات غير موضعية على مستوى فيرمي. لديهم موصلات كهربائية مماثلة لتلك الموجودة في المعادن الأولية. الأشكال السائلة هي أيضًا موصلات معدنية أو كهرباء، على سبيل المثال الزئبق . في الظروف العادية لا توجد غازات موصلة معدنية. ومع ذلك، فإن البلازما (الفيزياء) هي موصل معدني والجسيمات المشحونة في البلازما لها العديد من الخصائص المشتركة مع خصائص الإلكترونات في المعادن الأولية، وخاصة بالنسبة للنجوم القزمة البيضاء. [24]

المعادن موصلات جيدة نسبيًا للحرارة ، والتي يتم نقلها في المعادن بشكل أساسي عن طريق إلكترونات التوصيل. [25] عند درجات حرارة أعلى، يمكن للإلكترونات أن تشغل مستويات طاقة أعلى قليلاً وفقًا لإحصائيات فيرمي ديراك . [2] [21] تتمتع هذه الإلكترونات بزخم أعلى قليلاً ( طاقة حركية ) ويمكنها نقل الطاقة الحرارية. ينص قانون فيدمان-فرانز التجريبي على أنه في العديد من المعادن تكون النسبة بين الموصلية الحرارية والكهربائية متناسبة مع درجة الحرارة، مع ثابت تناسب متساوٍ تقريبًا لجميع المعادن. [2]

وحدة عرض البطارية للبوليمرات الموصلة التي بناها الحائز على جائزة نوبل آلان ماكديارميد
وحدة عرض البطارية للبوليمرات الموصلة التي بناها الحائز على جائزة نوبل آلان ماكديارميد [26]

يمكن حساب مساهمة إلكترونات المعدن في سعته الحرارية وموصليته الحرارية والموصلية الكهربائية للمعدن نفسه تقريبًا من نموذج الإلكترون الحر . [2] ومع ذلك، لا يأخذ هذا في الاعتبار البنية التفصيلية لشبكة أيونات المعدن. يتيح أخذ الإمكانات الإيجابية الناتجة عن ترتيب نوى الأيونات في الاعتبار النظر في بنية النطاق الإلكتروني وطاقة الارتباط للمعدن. هناك نماذج مختلفة قابلة للتطبيق، وأبسطها هو نموذج الإلكترون الحر تقريبًا . [2] تُستخدم عادةً طرق حديثة مثل نظرية الكثافة الوظيفية . [27] [28]

كيميائي

العناصر التي تشكل المعادن عادة ما تشكل كاتيونات من خلال فقدان الإلكترون. [10] سيتفاعل معظمها مع الأكسجين في الهواء لتكوين أكاسيد على مدى فترات زمنية مختلفة ( يحترق البوتاسيوم في ثوانٍ بينما يصدأ الحديد على مدار سنوات) والتي تعتمد على ما إذا كان الأكسيد الأصلي يشكل طبقة تخميل تعمل كحاجز انتشار . [29] [ 30] لا يتفاعل البعض الآخر، مثل البلاديوم والبلاتين والذهب ، مع الغلاف الجوي على الإطلاق؛ يمكن أن يشكل الذهب مركبات حيث يكتسب إلكترونًا (الأوريدات، مثل أوريد السيزيوم ) . غالبًا ما تكون أكاسيد المعادن الأولية قاعدية . ومع ذلك، غالبًا ما يكون للأكاسيد ذات حالات الأكسدة العالية جدًا مثل CrO3 و Mn2O7 و OsO4 تفاعلات حمضية صارمة؛ ويمكن لأكاسيد المعادن الأقل إيجابية للكهرباء مثل BeO3 وAl2O3 و PbO ، إظهار خصائص قاعدية وحمضية. وتسمى الأخيرة بأكسيدات أمفوتيرية .

توزيع الجدول الدوري

تظهر العناصر التي تشكل هياكل معدنية حصرية في ظل الظروف العادية باللون الأصفر في الجدول الدوري أدناه. أما العناصر المتبقية فتشكل إما هياكل شبكية تساهمية (أزرق فاتح)، أو هياكل تساهمية جزيئية (أزرق داكن)، أو تظل كذرات مفردة (بنفسجي). [31] تظهر الأستاتين (At)، والفرانسيوم (Fr)، والعناصر من الفيرميوم (Fm) فصاعدًا باللون الرمادي لأنها مشعة للغاية ولم يتم إنتاجها بكميات كبيرة أبدًا. تشير الأدلة النظرية والتجريبية إلى أن هذه العناصر غير المدروسة يجب أن تكون معادن، [32] باستثناء الأوجانيسون (Og) الذي تشير حسابات DFT إلى أنه شبه موصل. [33]

  • ف
  • ت
  • هـ
روابط المواد البسيطة في الجدول الدوري
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
المجموعة  →
↓  الفترة
1 ح هو
2 لي يكون ب ج ن ا ف ني
3 نا ملغ ال سي ص س كل ع
4 ك كا س تي الخامس كر من في كو ني نحاس الزنك جا جي مثل سي بر كر
5 ر ب سيد ي زر ملحوظة شهر ت.ك رو ر.ح ب د أج قرص مضغوط في سن سب تي أنا زي
6 سي اس با لا سي العلاقات العامة اختصار الثاني مساءً سم انا جيد السل دي هو ار تم ي ب لو هف تا و يكرر نظام التشغيل إير نقطة اوو زئبق ت.ل الرصاص بي بو في ر.ن
7 فرنسي را التيار المتردد ذ با و ن ب بو أكون سم بك راجع إس اف ام دكتوراه في الطب لا لير رف دي بي س ج بِه هس جبل د س رج سي إن نه فل ماك المستوى ت س أوج

يتغير الوضع مع الضغط: عند ضغوط عالية للغاية، من المتوقع أن تتحول جميع العناصر (وكل المواد في الواقع) إلى معدن. [32] يحتوي الزرنيخ (As) على كل من متآصل معدني مستقر ومتآصل شبه موصل غير مستقر في الظروف القياسية. يؤثر موقف مماثل على الكربون (C): الجرافيت معدني، لكن الماس ليس كذلك.

سبائك

ثلاثة قضبان من معدن البابيت
عينات من معدن البابيت ، وهو عبارة عن سبيكة من القصدير والأنتيمون والنحاس ، تستخدم في المحامل لتقليل الاحتكاك

في سياق المعادن، السبائك هي مواد ذات خصائص معدنية تتكون من عنصرين أو أكثر . غالبًا ما يكون أحد هذه العناصر على الأقل عنصرًا معدنيًا؛ يُستخدم مصطلح "سبائك" أحيانًا بشكل أكثر عمومية كما هو الحال في سبائك السيليكون والجرمانيوم . قد يكون للسبائك تركيبة متغيرة أو ثابتة. على سبيل المثال، يشكل الذهب والفضة سبيكة يمكن فيها تغيير نسب الذهب أو الفضة؛ يشكل التيتانيوم والسيليكون سبيكة TiSi 2 حيث تكون نسبة المكونين ثابتة (تُعرف أيضًا باسم مركب بين معدني [34] [35] ).

تمثال معدني
تمثال مصنوع من النيكل الفضي - وهو عبارة عن سبيكة من النحاس والنيكل والزنك تشبه الفضة

معظم المعادن النقية إما أن تكون لينة للغاية أو هشة أو تفاعلية كيميائيًا للاستخدام العملي. يؤدي الجمع بين نسب مختلفة من المعادن والعناصر الأخرى في السبائك إلى تعديل الخصائص لإنتاج خصائص مرغوبة، على سبيل المثال أكثر ليونة وصلابة ومقاومة للتآكل أو لها لون وبريق أكثر مرغوبية. من بين جميع السبائك المعدنية المستخدمة اليوم، تشكل سبائك الحديد ( الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ والحديد الزهر وفولاذ الأدوات والفولاذ السبائكي ) النسبة الأكبر من حيث الكمية والقيمة التجارية. [36] يعطي الحديد المخلوط بنسب مختلفة من الكربون فولاذًا منخفضًا ومتوسطًا وعالي الكربون، مع زيادة مستويات الكربون مما يقلل من اللدونة والصلابة. ستنتج إضافة السيليكون حديد الزهر، بينما تؤدي إضافة الكروم والنيكل والموليبدينوم إلى الفولاذ الكربوني (أكثر من 10٪) إلى الفولاذ المقاوم للصدأ مع زيادة مقاومة التآكل.

من السبائك المعدنية المهمة الأخرى سبائك الألومنيوم والتيتانيوم والنحاس والمغنيسيوم . عُرفت سبائك النحاس منذ عصور ما قبل التاريخ - أعطى البرونز العصر البرونزي اسمه - ولها العديد من التطبيقات اليوم، والأهم من ذلك في الأسلاك الكهربائية. تم تطوير سبائك المعادن الثلاثة الأخرى مؤخرًا نسبيًا؛ نظرًا لتفاعلها الكيميائي، فإنها تحتاج إلى عمليات استخلاص كهربائي . تُقدر سبائك الألومنيوم والتيتانيوم والمغنيسيوم لنسبها العالية من القوة إلى الوزن؛ يمكن للمغنيسيوم أيضًا توفير درع كهرومغناطيسي . [37] [38] هذه المواد مثالية للمواقف التي تكون فيها نسبة القوة إلى الوزن العالية أكثر أهمية من تكلفة المواد، كما هو الحال في مجال الطيران وبعض تطبيقات السيارات. [39]

قد تحتوي السبائك المصممة خصيصًا للتطبيقات شديدة المتطلبات، مثل المحركات النفاثة ، على أكثر من عشرة عناصر.

فئات

يمكن تصنيف المعادن حسب تركيبها أو خصائصها الفيزيائية أو الكيميائية. تشمل الفئات الموضحة في الأقسام الفرعية أدناه المعادن الحديدية وغير الحديدية؛ والمعادن الهشة والمعادن المقاومة للحرارة ؛ والمعادن البيضاء ؛ والمعادن الثقيلة والخفيفة ؛ والمعادن الأساسية والنبيلة والثمينة بالإضافة إلى كل من السيراميك المعدني والبوليمرات.

المعادن الحديدية وغير الحديدية

مصطلح "حديدية" مشتق من الكلمة اللاتينية التي تعني "تحتوي على الحديد". ويمكن أن يشمل ذلك الحديد النقي، مثل الحديد المطاوع ، أو سبيكة مثل الفولاذ . غالبًا ما تكون المعادن الحديدية مغناطيسية ، ولكن ليس بشكل حصري. تفتقر المعادن والسبائك غير الحديدية إلى كميات ملحوظة من الحديد.

معدن عنصري هش

في حين أن جميع المعادن الأولية تقريبًا قابلة للطرق أو السحب، فإن القليل منها - البريليوم والكروم والمنجنيز والغاليوم والبزموت - هشة. [40] الزرنيخ والأنتيمون، إذا تم قبولهما كمعادن، هشين. تشير القيم المنخفضة لنسبة معامل المرونة السائبة إلى معامل القص (معيار بوغ) إلى الهشاشة الجوهرية. [41] تكون المادة هشة إذا كان من الصعب تحريك الخلع، وهو ما يرتبط غالبًا بمتجهات برجر الكبيرة وعدد محدود فقط من مستويات الانزلاق. [42]

المعادن المقاومة للحرارة

المعدن المقاوم للحرارة هو معدن مقاوم جدًا للحرارة والتآكل. وتختلف المعادن التي تنتمي إلى هذه الفئة؛ حيث يشمل التعريف الأكثر شيوعًا النيوبيوم والموليبدينوم والتنتالوم والتنغستن والرينيوم بالإضافة إلى سبائكها. وجميعها لها نقاط انصهار أعلى من 2000 درجة مئوية وصلابة عالية في درجة حرارة الغرفة. كما يتم وصف العديد من المركبات مثل نتريد التيتانيوم بأنها معادن مقاومة للحرارة.

  • بلورات النيوبيوم ومكعب النيوبيوم المؤكسد بحجم 1 سم3 للمقارنة
    بلورات النيوبيوم ومكعب النيوبيوم المؤكسد مقاس 1 سم 3 للمقارنة
  • طباعة ثلاثية الأبعاد لكرات اللحم التابعة لوكالة ناسا، مصنوعة من GRX-810، وهي سبيكة عالية الحرارة معززة بتشتت الأكسيد
    طباعة ثلاثية الأبعاد لكرات اللحم التابعة لوكالة ناسا، مصنوعة من GRX-810، وهي سبيكة عالية الحرارة معززة بتشتت الأكسيد
  • بلورة رينيوم مفردة، وقضيب معاد صهره، ومكعب رينيوم بحجم 1 سم3 للمقارنة
    بلورة رينيوم مفردة، وقضيب معاد صهره، ومكعب رينيوم 1 سم 3 للمقارنة
  • مسحوق نتريد التيتانيوم
    مسحوق نتريد التيتانيوم

المعدن الأبيض

المعدن الأبيض هو أي من مجموعة من السبائك ذات اللون الأبيض ذات نقاط انصهار منخفضة نسبيًا تُستخدم بشكل أساسي لأغراض الزينة. [43] [44] في بريطانيا، تستخدم تجارة الفنون الجميلة مصطلح "المعدن الأبيض" في كتالوجات المزادات لوصف العناصر الفضية الأجنبية التي لا تحمل علامات مكتب التحليل البريطاني، [45] ولكن يُفهم أنها فضة ويتم تسعيرها وفقًا لذلك.

المعادن الثقيلة والخفيفة

المعدن الثقيل هو أي معدن كثيف نسبيًا، سواء كان عنصرًا واحدًا أو عناصر متعددة. [46] تعد سبائك المغنيسيوم والألمنيوم والتيتانيوم معادن خفيفة ذات أهمية تجارية كبيرة. [47] تتراوح كثافاتها البالغة 1.7 و2.7 و4.5 جم/سم 3 من 19 إلى 56 ٪ من كثافات المعادن الهيكلية الأخرى، [48] مثل الحديد (7.9) والنحاس (8.9) وسبائكهما.

المعادن الأساسية والنبيلة والثمينة

يشير مصطلح المعدن الأساسي إلى المعدن الذي يتأكسد أو يتآكل بسهولة ، مثل التفاعل بسهولة مع حمض الهيدروكلوريك المخفف (HCl) لتكوين كلوريد المعدن والهيدروجين . يُستخدم المصطلح عادةً للعناصر، ومن الأمثلة على ذلك الحديد والنيكل والرصاص والزنك. يُعتبر النحاس معدنًا أساسيًا لأنه يتأكسد بسهولة نسبيًا، على الرغم من أنه لا يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك.

مسحوق الروديوم، وأسطوانة الروديوم، وحبيبات الروديوم في صف واحد
الروديوم ، وهو معدن نبيل ، يظهر هنا على شكل 1 جرام من المسحوق، وأسطوانة مضغوطة تزن 1 جرام، وحبيبات تزن 1 جرام

يُستخدم مصطلح المعدن النبيل (أيضًا للعناصر) بشكل شائع في مقابل المعدن الأساسي . المعادن النبيلة أقل تفاعلية ومقاومة للتآكل أو الأكسدة ، [49] على عكس معظم المعادن الأساسية . تميل إلى أن تكون معادن ثمينة، غالبًا بسبب ندرتها المتصورة. تشمل الأمثلة الذهب والبلاتين والفضة والروديوم والإيريديوم والبلاديوم.

في الخيمياء وعلم العملات ، يتناقض مصطلح المعدن الأساسي مع المعدن الثمين ، أي تلك ذات القيمة الاقتصادية العالية. [50] معظم العملات المعدنية اليوم مصنوعة من معادن أساسية ذات قيمة جوهرية منخفضة ؛ في الماضي، كانت العملات المعدنية تستمد قيمتها في كثير من الأحيان من محتواها من المعادن الثمينة ؛ الذهب والفضة والبلاتين والبلاديوم لكل منها رمز عملة ISO 4217. حاليًا، لها استخدامات صناعية مثل البلاتين والبلاديوم في المحولات الحفازة ، وتستخدم في المجوهرات وأيضًا دور كاستثمارات ومخزن للقيمة . [51] اعتبارًا من صيف عام 2024، تم تقييم البلاديوم والبلاتين بأقل من نصف سعر الذهب بقليل، في حين أن الفضة أقل تكلفة بكثير.

معادن الصمامات

في الكيمياء الكهربائية، المعدن الصمامي هو المعدن الذي يمرر التيار في اتجاه واحد فقط بسبب تكوين أي أكسيد عازل لاحقًا. [52]

السيراميك المعدني

مثقاب مطلي بالقصدير

هناك العديد من المركبات الخزفية التي لها توصيل كهربائي معدني، ولكنها ليست تركيبات بسيطة من العناصر المعدنية. (إنها ليست مثل السيراميك المعدني الذي هو عبارة عن مركبات من السيراميك غير الموصل والمعادن الموصلة). مجموعة واحدة، نتريدات المعادن الانتقالية لها طابع أيوني كبير للترابط، لذلك يمكن تصنيفها على أنها سيراميك ومعادن. [9] لديها حالات مملوءة جزئيًا على مستوى فيرمي [9] وبالتالي فهي موصلات حرارية وكهربائية جيدة، وغالبًا ما يكون هناك نقل شحنة كبير من ذرات المعادن الانتقالية إلى النيتروجين. [9] ومع ذلك، على عكس معظم المعادن الأولية، غالبًا ما لا تكون المعادن الخزفية مطاوعة بشكل خاص. استخداماتها واسعة النطاق، على سبيل المثال، يستخدم نتريد التيتانيوم في الأجهزة التقويمية [53] وكطلاء مقاوم للتآكل. [54] في كثير من الحالات تعتمد فائدتها على وجود طرق ترسيب فعالة حتى يمكن استخدامها كطلاءات رقيقة. [55]

البوليمرات المعدنية

العديد من البوليمرات الموصلة [56]

هناك العديد من البوليمرات التي تتمتع بالتوصيل الكهربائي المعدني، [57] [58] والتي ترتبط عادةً بالمكونات العطرية الممتدة مثل البوليمرات الموضحة في الشكل. إن توصيل المناطق العطرية يشبه توصيل الجرافيت، وبالتالي فهو اتجاهي للغاية. [59]

نصف المعدن

نصف المعدن هو أي مادة تعمل كموصل للإلكترونات ذات اتجاه دوران واحد ، ولكنها تعمل كعازل أو شبه موصل للإلكترونات ذات الاتجاه المعاكس. وقد تم وصفها لأول مرة في عام 1983، كتفسير للخصائص الكهربائية لسبائك هوسلر القائمة على المنغنيز . [60] على الرغم من أن جميع أنصاف المعادن مغناطيسية حديدية (أو مغناطيسية حديدية )، إلا أن معظم المغناطيسات الحديدية ليست أنصاف معادن. العديد من الأمثلة المعروفة لأنصاف المعادن هي أكاسيد أو كبريتيدات أو سبائك هوسلر . [61]

شبه معدني

شبه المعدن هو مادة ذات تداخل طاقة صغير بين أسفل نطاق التوصيل وأعلى نطاق التكافؤ ، لكنهما لا يتداخلان في مساحة الزخم . [62] وعلى عكس المعدن العادي، تحتوي أشباه المعادن على حاملات شحنة من كلا النوعين (ثقوب وإلكترونات)، على الرغم من أن حاملات الشحنة توجد عادةً بأعداد أصغر بكثير من تلك الموجودة في المعدن الحقيقي. في هذا الصدد، تشبه أشباه الموصلات المتحللة . وهذا يفسر سبب وجود الخصائص الكهربائية لأشباه المعادن في منتصف الطريق بين خصائص المعادن وأشباه الموصلات . هناك أنواع إضافية، وخاصة أشباه معادن ويل وديراك . [63]

العناصر شبه المعدنية الكلاسيكية هي الزرنيخ والأنتيمون والبزموت والقصدير ألفا (القصدير الرمادي) والجرافيت . هناك أيضًا مركبات كيميائية ، مثل تيلوريد الزئبق (HgTe)، [64] وبعض البوليمرات الموصلة . [65]

دورة الحياة

تشكيل

المعادن الموجودة في قشرة الأرض:
  • ف
  • ت
  • هـ
الوفرة والحدوث الرئيسي أو المصدر، حسب الوزن [ن 1]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 ح هو
2 لي يكون ب ج ن ا ف ني
3 نا ملغ ال سي ص س كل ع
4 ك كا س تي الخامس كر من في كو ني نحاس الزنك جا جي مثل سي بر كر
5 ر ب سيد ي زر ملحوظة شهر رو ر.ح ب د أج قرص مضغوط في سن سب تي  أنا  زي
6 سي اس با 1 نجمة لو هف تا و يكرر نظام التشغيل إير نقطة اوو زئبق ت.ل الرصاص بي
7 1 نجمة
 
1 نجمة لا سي العلاقات العامة اختصار الثاني سم انا جيد السل دي هو ار تم ي ب
1 نجمة ذ و
 
   الأكثر وفرة (حتى(82000 جزء في المليون)
   وفير (100 –(999 جزء في المليون)
   غير شائع (1–99 جزء في المليون)
   نادر (0.01 –0.99 جزء في المليون)
   نادر جدًا (0.0001 –0.0099 جزء في المليون)
 
المعادن الموجودة على يسار الخط الفاصل توجد (أو يتم الحصول عليها) بشكل أساسي على شكل معادن محبة للصخور ؛ أما تلك الموجودة على اليمين، فهي معادن محبة للكاليكو باستثناء الذهب ( محب للحديد ) والقصدير (محب للصخور).

يتم تصنيع العناصر المعدنية حتى تلك القريبة من الحديد (في الجدول الدوري) إلى حد كبير عن طريق التخليق النووي النجمي . في هذه العملية، تخضع العناصر الأخف من الهيدروجين إلى السيليكون لتفاعلات اندماج متتالية داخل النجوم، مما يؤدي إلى إطلاق الضوء والحرارة وتكوين عناصر أثقل ذات أعداد ذرية أعلى. [66]

لا تتشكل العناصر الأثقل عادةً بهذه الطريقة لأن تفاعلات الاندماج التي تنطوي على مثل هذه النوى تستهلك الطاقة بدلاً من إطلاقها. [67] بدلاً من ذلك، يتم تصنيعها إلى حد كبير (من عناصر ذات عدد ذري ​​أقل) عن طريق التقاط النيوترون ، مع وجود طريقتين رئيسيتين لهذا الالتقاط المتكرر هما عملية s وعملية r . في عملية s ("s" تعني "بطيئة")، يتم فصل عمليات الالتقاط المفردة بسنوات أو عقود، مما يسمح للنوى الأقل استقرارًا بالتحلل بيتا ، [68] بينما في عملية r ("السريعة")، تحدث عمليات الالتقاط بشكل أسرع مما يمكن للنوى أن تتحلل به. لذلك، تأخذ عملية s مسارًا واضحًا إلى حد ما: على سبيل المثال، يتم قصف نوى الكادميوم 110 المستقرة على التوالي بالنيوترونات الحرة داخل النجم حتى تشكل نوى الكادميوم 115 غير المستقرة والتي تتحلل لتكوين الإنديوم 115 (وهو مستقر تقريبًا، مع عمر نصف يبلغ 10 ...30000 مرة عمر الكون). تلتقط هذه النوى النيوترونات وتشكل الإنديوم-116، وهو غير مستقر، ويتحلل لتكوين القصدير-116، وهكذا. [66] [69] [ n 2] على النقيض من ذلك، لا يوجد مثل هذا المسار في عملية r. تتوقف عملية s عند البزموت بسبب عمر النصف القصير للعنصرين التاليين، البولونيوم والأستاتين، اللذين يتحللان إلى البزموت أو الرصاص. عملية r سريعة جدًا لدرجة أنها يمكن أن تتخطى منطقة عدم الاستقرار هذه وتستمر في تكوين عناصر أثقل مثل الثوريوم واليورانيوم. [71]

تتكثف المعادن في الكواكب نتيجة لعمليات التطور النجمي والتدمير. تفقد النجوم الكثير من كتلتها عندما يتم إخراجها في وقت متأخر من حياتها، وأحيانًا بعد ذلك نتيجة لاندماج نجم نيوتروني ، [72] [n 3] مما يزيد من وفرة العناصر الأثقل من الهيليوم في الوسط بين النجوم . عندما يتسبب الجذب الجاذبي في اندماج هذه المادة وانهيارها، تتشكل نجوم وكواكب جديدة . [74]

الوفرة والحدوث

عينة من الشتات
عينة من الدياسبور ، وهو معدن هيدروكسيد أكسيد الألومنيوم، α-AlO(OH)

تتكون قشرة الأرض من حوالي 25% من العناصر المعدنية من حيث الوزن، منها 80% معادن خفيفة مثل الصوديوم والمغنيسيوم والألمنيوم. وعلى الرغم من ندرة بعض المعادن الثقيلة مثل النحاس بشكل عام، إلا أنها قد تتركز بكميات يمكن استخراجها اقتصاديًا نتيجة لبناء الجبال أو التآكل أو غير ذلك من العمليات الجيولوجية.

توجد العناصر المعدنية في المقام الأول كعناصر محبة للصخور أو كعناصر محبة للخام. والعناصر المحبة للصخور هي في الأساس عناصر الكتلة s، وهي الأكثر تفاعلية بين عناصر الكتلة d وعناصر الكتلة f. ولديها تقارب قوي مع الأكسجين وتوجد في الغالب كمعادن سيليكات منخفضة الكثافة نسبيًا. أما العناصر المحبة للكالكوفيل فهي في الأساس عناصر الكتلة d الأقل تفاعلية ومعادن الكتلة p في الفترة 4-6. وعادة ما توجد في معادن الكبريتيد (غير القابلة للذوبان). ولأنها أكثر كثافة من العناصر المحبة للصخور، وبالتالي تغوص إلى عمق أعمق في القشرة وقت تصلبها، فإن الكالكوفيل تميل إلى أن تكون أقل وفرة من العناصر المحبة للصخور.

من ناحية أخرى، الذهب هو عنصر محب للحديد. فهو لا يشكل بسهولة مركبات مع الأكسجين أو الكبريت. وفي وقت تشكل الأرض، وباعتباره أنبل العناصر المعدنية (خاملة)، غاص الذهب في قلب الأرض بسبب ميله إلى تكوين سبائك معدنية عالية الكثافة. وبالتالي، فهو نادر نسبيًا. ويمكن اعتبار بعض العناصر الأخرى (الأقل نبلاً) ـ الموليبدينوم، والرينيوم، ومعادن مجموعة البلاتين (الروثينيوم، والروديوم، والبلاديوم، والأوزميوم، والإيريديوم، والبلاتين)، والجرمانيوم، والقصدير ـ من العناصر المحبة للحديد ولكن فقط من حيث وجودها الأساسي في الأرض (اللب، والوشاح، والقشرة)، بل في القشرة. أما هذه العناصر فتوجد في القشرة، بكميات صغيرة، وبشكل رئيسي كعناصر محبة للحديد (بدرجة أقل في شكلها الأصلي). [n 4]

يُعتقد أن اللب الخارجي السائل الدوار للجزء الداخلي من الأرض، والذي يتكون في الغالب من الحديد، هو مصدر المجال المغناطيسي الواقي للأرض. [n 5] يقع اللب فوق اللب الداخلي الصلب للأرض وأسفل وشاحها. إذا كان من الممكن إعادة ترتيبه في عمود يبلغ ارتفاعه 5 أمتار مربعة (54 قدمًا مربعًا) فسيكون ارتفاعه حوالي 700 سنة ضوئية. يحمي المجال المغناطيسي الأرض من الجسيمات المشحونة للرياح الشمسية والأشعة الكونية التي من شأنها أن تجرد الغلاف الجوي العلوي (بما في ذلك طبقة الأوزون التي تحد من انتقال الأشعة فوق البنفسجية).

اِستِخلاص

غالبًا ما يتم استخراج العناصر المعدنية من الأرض عن طريق استخراج الخامات التي تعد مصادر غنية بالعناصر المطلوبة، مثل البوكسيت . يتم تحديد موقع الخامات من خلال تقنيات التنقيب ، تليها عمليات استكشاف وفحص الرواسب. تنقسم مصادر المعادن عمومًا إلى مناجم سطحية ، يتم استخراجها عن طريق الحفر باستخدام معدات ثقيلة، ومناجم تحت السطح . في بعض الحالات، يجعل سعر بيع المعدن (المعادن) المعنية من الممكن اقتصاديًا استخراج مصادر ذات تركيز أقل.

بمجرد استخراج الخام، يجب استخراج العناصر ، عادةً عن طريق الاختزال الكيميائي أو الكهربائي. تستخدم عملية التعدين الحراري درجات حرارة عالية لتحويل الخام إلى معادن خام، بينما تستخدم عملية التعدين المائي الكيمياء المائية لنفس الغرض.

عندما يكون الخام المعدني مركبًا أيونيًا، فيجب عادةً صهر الخام —تسخينه باستخدام عامل اختزال— لاستخراج المعدن النقي. يتم صهر العديد من المعادن الشائعة، مثل الحديد، باستخدام الكربون كعامل اختزال. بعض المعادن، مثل الألومنيوم والصوديوم ، ليس لها عامل اختزال عملي تجاريًا، ويتم استخراجها باستخدام التحليل الكهربائي بدلاً من ذلك. [75] [76]

لا يتم تحويل خامات الكبريتيد مباشرة إلى المعدن ولكن يتم تحميصها في الهواء لتحويلها إلى أكاسيد.

إعادة التدوير

كومة من قصاصات الفولاذ المضغوطة
كومة من قصاصات الفولاذ المضغوطة، جاهزة لإعادة التدوير

يرتبط الطلب على المعادن ارتباطًا وثيقًا بالنمو الاقتصادي نظرًا لاستخدامها في البنية التحتية والبناء والتصنيع والسلع الاستهلاكية. خلال القرن العشرين، نما تنوع المعادن المستخدمة في المجتمع بسرعة. واليوم، يعمل تطور الدول الكبرى، مثل الصين والهند، والتقدم التكنولوجي، على تغذية الطلب المتزايد على نحو متزايد. والنتيجة هي أن أنشطة التعدين تتوسع، وأن المزيد والمزيد من مخزونات المعادن في العالم موجودة فوق الأرض قيد الاستخدام، بدلاً من أن تكون تحت الأرض كاحتياطيات غير مستخدمة. ومن الأمثلة على ذلك مخزون النحاس قيد الاستخدام . بين عامي 1932 و1999، ارتفع استخدام النحاس في الولايات المتحدة من 73 جرامًا إلى 238 جرامًا للفرد. [77]

المعادن قابلة لإعادة التدوير بطبيعتها، وبالتالي يمكن استخدامها من حيث المبدأ مرارًا وتكرارًا، مما يقلل من هذه التأثيرات البيئية السلبية ويوفر الطاقة. على سبيل المثال، يتم توفير 95% من الطاقة المستخدمة في صنع الألومنيوم من خام البوكسيت باستخدام المواد المعاد تدويرها. [78]

على مستوى العالم، يكون إعادة تدوير المعادن منخفضًا بشكل عام. في عام 2010، نشرت اللجنة الدولية للموارد ، التي استضافها برنامج الأمم المتحدة للبيئة، تقارير عن مخزونات المعادن الموجودة داخل المجتمع [79] ومعدلات إعادة تدويرها. [77] لاحظ مؤلفو التقرير أن مخزونات المعادن في المجتمع يمكن أن تكون بمثابة مناجم ضخمة فوق الأرض. وحذروا من أن معدلات إعادة تدوير بعض المعادن النادرة المستخدمة في تطبيقات مثل الهواتف المحمولة وحزم البطاريات للسيارات الهجينة وخلايا الوقود منخفضة للغاية لدرجة أنه ما لم يتم زيادة معدلات إعادة التدوير في نهاية العمر بشكل كبير في المستقبل، فإن هذه المعادن الحرجة ستصبح غير متاحة للاستخدام في التكنولوجيا الحديثة.

تاريخ

ما قبل التاريخ

ربما كان النحاس، الذي يوجد في شكله الطبيعي، أول معدن تم اكتشافه نظرًا لمظهره المميز وثقله وقابليته للطرق. كما تم اكتشاف الذهب والفضة والحديد (مثل الحديد النيزكي) والرصاص في عصور ما قبل التاريخ. نشأت أشكال النحاس الأصفر ، وهو سبيكة من النحاس والزنك مصنوعة عن طريق صهر خامات هذه المعادن في نفس الوقت، من هذه الفترة (على الرغم من أن الزنك النقي لم يتم عزله حتى القرن الثالث عشر). أدت قابلية المعادن الصلبة للطرق إلى المحاولات الأولى لصنع الزخارف المعدنية والأدوات والأسلحة. تم اكتشاف الحديد النيزكي المحتوي على النيكل من وقت لآخر، وفي بعض النواحي كان هذا متفوقًا على أي فولاذ صناعي تم تصنيعه حتى ثمانينيات القرن التاسع عشر عندما أصبح الفولاذ السبائكي بارزًا. [80]

العصور القديمة

راجع التسمية التوضيحية
تمثال برونزي من أرتميسيون [رقم 6] يظهر إما بوسيدون أو زيوس ، حوالي عام 460 قبل الميلاد، المتحف الأثري الوطني ، أثينا . يبلغ ارتفاع التمثال أكثر من مترين.

مكّن اكتشاف البرونز (سبائك النحاس مع الزرنيخ أو القصدير) الناس من إنشاء أشياء معدنية كانت أكثر صلابة ومتانة مما كان ممكنًا في السابق. كانت الأدوات البرونزية والأسلحة والدروع ومواد البناء مثل البلاط الزخرفي أكثر صلابة ومتانة من سابقاتها من الحجر والنحاس (" العصر النحاسي "). في البداية، كان البرونز مصنوعًا من النحاس والزرنيخ ( تكوين برونز الزرنيخ ) عن طريق صهر خامات النحاس والزرنيخ المختلطة بشكل طبيعي أو صناعي. [81] تأتي أقدم القطع الأثرية المعروفة حتى الآن من الهضبة الإيرانية في الألفية الخامسة قبل الميلاد. [82] لم يتم استخدام القصدير إلا في وقت لاحق ، ليصبح المكون الرئيسي غير النحاسي للبرونز في أواخر الألفية الثالثة قبل الميلاد. [83] تم عزل القصدير النقي نفسه لأول مرة في عام 1800 قبل الميلاد من قبل عمال المعادن الصينيين واليابانيين.

كان الزئبق معروفًا لدى الصينيين والهنود القدماء قبل عام 2000 قبل الميلاد، وتم العثور عليه في المقابر المصرية التي يعود تاريخها إلى عام 1500 قبل الميلاد.

أقدم إنتاج معروف للصلب، وهو سبيكة من الحديد والكربون، يظهر في قطع من الأدوات الحديدية المستخرجة من موقع أثري في الأناضول ( كامان كاليهويوك ) والتي يبلغ عمرها ما يقرب من 4000 عام، ويعود تاريخها إلى عام 1800 قبل الميلاد. [84] [85]

منذ حوالي 500 قبل الميلاد، كان صانعو السيوف في طليطلة بإسبانيا يصنعون أشكالًا مبكرة من الفولاذ السبائكي عن طريق إضافة معدن يسمى ولفراميت ، والذي يحتوي على التنغستن والمنجنيز، إلى خام الحديد (والكربون). لفت فولاذ طليطلة الناتج انتباه روما عندما استخدمه هانيبال في الحروب البونيقية . سرعان ما أصبح الأساس لتسليح الجيوش الرومانية؛ كانت مثل هذه السيوف "أقوى في التركيب من أي سيف موجود، ولأنها... [لن تنكسر]، فقد وفرت ميزة نفسية للجندي الروماني". [86]

في أمريكا ما قبل كولومبوس ، بدأ إنتاج الأشياء المصنوعة من التومباجا ، وهو سبيكة من النحاس والذهب، في بنما وكوستاريكا بين عامي 300 و500 ميلادي. كانت المنحوتات المعدنية الصغيرة شائعة وكانت مجموعة واسعة من زخارف التومباجا (والذهب) تتألف من الزينة المعتادة للأشخاص ذوي المكانة العالية.

في نفس الوقت تقريبًا، كان السكان الأصليون للإكوادور يجمعون الذهب مع سبيكة بلاتينية طبيعية تحتوي على كميات صغيرة من البلاديوم والروديوم والإيريديوم، لإنتاج مجسمات وأقنعة من سبيكة من الذهب الأبيض والبلاتين. كان عمال المعادن المعنيون يسخنون الذهب مع حبيبات سبيكة البلاتين حتى يذوب الذهب. بعد التبريد، يتم دق التكتل الناتج وإعادة تسخينه بشكل متكرر حتى يصبح متجانسًا، وهو ما يعادل ذوبان جميع المعادن (كان الوصول إلى نقاط انصهار معادن مجموعة البلاتين المعنية أمرًا يتجاوز تكنولوجيا ذلك اليوم). [87] [n 7]

  • قطرة من القصدير المنصهر المتصلب
    قطرة من القصدير المنصهر المتصلب
  • سائل فضي يشبه الدبس يُسكب في وعاء دائري يبلغ ارتفاعه على حافته ما يعادل ارتفاع عملة معدنية أصغر حجمًا
  • كان الإلكتروم، وهو سبيكة طبيعية من الفضة والذهب، يستخدم غالبًا في صناعة العملات المعدنية. ويظهر على الوجه الإله الروماني أبولو، وعلى الوجه الآخر حامل ثلاثي القوائم من دلفي (حوالي 310-305 قبل الميلاد).
    كان الإلكتروم، وهو سبيكة طبيعية من الفضة والذهب، يستخدم غالبًا في صناعة العملات المعدنية. ويظهر على الوجه الإله الروماني أبولو، وعلى الوجه الآخر حامل ثلاثي القوائم من دلفي ( حوالي  310 - 305 قبل الميلاد).
  • صفيحة مصنوعة من القصدير، وهو خليط من 85-99% من القصدير و(عادةً) النحاس. استُخدم القصدير لأول مرة في بداية العصر البرونزي في الشرق الأدنى.
    صفيحة مصنوعة من القصدير ، وهو سبيكة من 85-99% من القصدير و(عادةً) النحاس. استُخدم القصدير لأول مرة في بداية العصر البرونزي في الشرق الأدنى.
  • صدرية (درع زخرفي) مصنوعة من التومباجا، وهي سبيكة من الذهب والنحاس
    صدرية (صدرية زخرفية) مصنوعة من التومباجا ، وهي سبيكة من الذهب والنحاس

العصور الوسطى

الذهب للسيدة، والفضة للخادمة،
والنحاس للحرفي الماهر في مهنته.
قال البارون وهو جالس في قاعته: "حسنًا!"،
"لكن الحديد - الحديد البارد - هو سيدهم جميعًا".

كان الكيميائيون العرب والكيميائيون في العصور الوسطى يعتقدون أن جميع المعادن والمواد تتكون من مبدأ الكبريت، أبو جميع المعادن والذي يحمل خاصية الاشتعال، ومبدأ الزئبق، أم جميع المعادن [n 8] والحامل لخصائص السيولة والانصهار والتقلب. لم تكن هذه المبادئ بالضرورة هي المواد الشائعة الكبريت والزئبق الموجودة في معظم المختبرات. عززت هذه النظرية الاعتقاد بأن جميع المعادن مقدر لها أن تصبح ذهبًا في أحشاء الأرض من خلال التركيبات المناسبة للحرارة والهضم والوقت والتخلص من الملوثات، وكلها يمكن تطويرها وتسريعها من خلال معرفة وطرق الكيمياء. [n 9]

اشتهرت الزرنيخ والزنك والأنتيمون والبزموت، على الرغم من أنها كانت تسمى في البداية شبه معادن أو معادن غير شرعية بسبب عدم قابليتها للطرق. يُعتقد أن ألبرتوس ماغنوس كان أول من عزل الزرنيخ من مركب في عام 1250، عن طريق تسخين الصابون مع ثلاثي كبريتيد الزرنيخ . تم عزل الزنك المعدني، الذي يكون هشًا إذا كان غير نقي، في الهند بحلول عام 1300 بعد الميلاد. أول وصف لإجراء عزل الأنتيمون موجود في كتاب De la pirotechnia لعام 1540 من تأليف فانوشيو بيرينجوتشيو . وصف أجريكولا البزموت في De Natura Fossilium (حوالي عام 1546)؛ وقد تم الخلط بينه في العصور المبكرة والقصدير والرصاص بسبب تشابهه مع تلك العناصر.

  • الزرنيخ، محكم الغلق في حاوية لمنع التشويه
    الزرنيخ، محكم الغلق في حاوية لمنع التشويه
  • شظايا الزنك ومكعب 1 سم3
    شظايا الزنك ومكعب 1 سم 3
  • الإثمد يظهر بريقه الرائع
    الإثمد يظهر بريقه الرائع
  • البزموت في شكل بلوري، مع طبقة أكسدة رقيقة جدًا، ومكعب بزموت بحجم 1 سم3
    البزموت في شكل بلوري، مع طبقة أكسدة رقيقة جدًا، ومكعب بزموت بحجم 1 سم 3

عصر النهضة

الصفحة الرئيسية لكتاب De re metalica، والذي كتب باللغة اللاتينية
دي ري ميتاليكا ، 1555
راجع التسمية التوضيحية
بلورات البلاتين
قرص من اليورانيوم يحمله شخص يرتدي قفازات
قرص من اليورانيوم عالي التخصيب تم استعادته من الخردة التي تمت معالجتها في مجمع الأمن القومي Y-12 في أوك ريدج بولاية تينيسي
السيريوم فائق النقاء تحت الأرجون
سيريوم فائق النقاء تحت الأرجون، 1.5 جرام

كان أول نص منهجي عن فنون التعدين والمعادن هو De la Pirotechnia (1540) بقلم Vannoccio Biringuccio ، والذي يتناول فحص المعادن ودمجها ومعالجتها.

وبعد ستة عشر عامًا، نشر جورجيوس أجريكولا كتاب De Re Metallica في عام 1556، وهو سرد لمهنة التعدين وعلم المعادن والفنون والعلوم الإضافية، وهي أطروحة موسعة عن الصناعة الكيميائية خلال القرن السادس عشر.

وقد أعطى الوصف التالي للمعدن في كتابه De Natura Fossilium (1546):

المعدن جسم معدني، وهو بطبيعته إما سائل أو صلب إلى حد ما، وقد يذوب بحرارة النار، ولكن عندما يبرد مرة أخرى ويفقد كل الحرارة، فإنه يصبح صلبًا مرة أخرى ويستعيد شكله الطبيعي. وهو في هذا يختلف عن الحجر الذي يذوب في النار، لأنه على الرغم من استعادة صلابته، إلا أنه يفقد شكله الأصلي وخصائصه.

تقليديا هناك ستة أنواع مختلفة من المعادن، وهي الذهب والفضة والنحاس والحديد والقصدير والرصاص. وهناك بالفعل أنواع أخرى، فالزئبق معدن، وإن كان الخيميائيون يختلفون معنا في هذا الموضوع، والبزموت معدن أيضا. ويبدو أن الكتاب اليونانيين القدماء كانوا يجهلون البزموت، ولذلك يقول أمونيوس بحق إن هناك العديد من أنواع المعادن والحيوانات والنباتات التي لا نعرفها. وعندما يصهر الاستيبيوم في بوتقة ويكرر، فإنه يتمتع بنفس الحق في اعتباره معدناً حقيقياً كما يمنح الكتاب الرصاص. وإذا أضيفت نسبة معينة من القصدير إلى القصدير عند صهره، فإنه ينتج سبيكة يستخدمها بائعو الكتب لصنع الحروف التي يستخدمها أولئك الذين يطبعون الكتب على الورق.

"إن كل معدن له شكله الخاص الذي يحتفظ به عندما يفصل عن تلك المعادن التي اختلطت به. لذلك لا يكون الإلكتروم ولا القصدير في حد ذاته معدنًا حقيقيًا، بل هو مزيج من معدنين. الإلكتروم مزيج من الذهب والفضة، والقصدير مزيج من الرصاص والفضة. ومع ذلك، إذا انفصلت الفضة عن الإلكتروم، فإن الذهب يبقى وليس الإلكتروم؛ وإذا انتزعت الفضة من القصدير، فإن الرصاص يبقى وليس القصدير."

ولكن لا يمكن التأكد على وجه اليقين مما إذا كان النحاس الأصفر موجودًا كمعادن طبيعية أم لا. فنحن لا نعرف سوى النحاس الأصفر الاصطناعي، الذي يتكون من النحاس المصبوغ بلون معدن الكالامين . ومع ذلك، إذا تم استخراج أي منه، فسيكون معدنًا حقيقيًا. ويبدو أن النحاس الأسود والأبيض يختلفان عن النحاس الأحمر.

إن المعدن بطبيعته إما أن يكون صلبًا، كما ذكرت، أو سائلًا، كما في حالة الزئبق الفريدة.

ولكن يكفي الآن الحديث عن الأنواع البسيطة. [89]

تم اكتشاف البلاتين، ثالث المعادن الثمينة بعد الذهب والفضة، في الإكوادور خلال الفترة من 1736 إلى 1744 بواسطة عالم الفلك الإسباني أنطونيو دي أولوا وزميله عالم الرياضيات خورخي خوان إي سانتاسيليا. وكان أولوا أول من كتب وصفًا علميًا للمعدن في عام 1748.

في عام 1789، عزل الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث أكسيد اليورانيوم، والذي اعتقد أنه المعدن نفسه. ثم نُسب إلى كلابروث لاحقًا الفضل في اكتشاف اليورانيوم. ولم يتمكن الكيميائي الفرنسي يوجين ميلكيور بيليجوت من تحضير أول عينة من معدن اليورانيوم إلا في عام 1841. ثم اكتشف هنري بيكريل النشاط الإشعاعي في عام 1896 باستخدام اليورانيوم.

في تسعينيات القرن الثامن عشر، لاحظ جوزيف بريستلي والكيميائي الهولندي مارتينوس فان ماروم تأثير الأسطح المعدنية على نزع الهيدروجين من الكحول، وهو التطور الذي أدى لاحقًا، في عام 1831، إلى تركيب حمض الكبريتيك على نطاق صناعي باستخدام محفز البلاتين.

في عام 1803، كان السيريوم أول معادن اللانثانيد التي تم اكتشافها، في مدينة باستناس بالسويد بواسطة يونس جاكوب بيرزيليوس وويلهلم هيسينجر، وعلى نحو مستقل بواسطة مارتن هاينريش كلابروث في ألمانيا. كانت معادن اللانثانيد تعتبر غريبة حتى ستينيات القرن العشرين عندما تم تطوير أساليب لفصلها عن بعضها البعض بكفاءة أكبر. وقد وجدت هذه المعادن بعد ذلك استخدامات في الهواتف المحمولة، والمغناطيس، والليزر، والإضاءة، والبطاريات، والمحولات الحفازة، وفي تطبيقات أخرى تمكن التقنيات الحديثة.

ومن المعادن الأخرى التي تم اكتشافها وإعدادها خلال هذه الفترة الكوبالت، والنيكل، والمنجنيز، والموليبدينوم، والتنجستن، والكروم؛ وبعض معادن مجموعة البلاتين ، والبلاديوم، والأوزميوم، والإيريديوم، والروديوم.

العناصر المعدنية الخفيفة

كانت جميع المعادن الأولية التي تم اكتشافها قبل عام 1809 ذات كثافة عالية نسبيًا؛ وكان وزنها يعتبر معيارًا مميزًا. ومنذ عام 1809 فصاعدًا، تم عزل المعادن الخفيفة مثل الصوديوم والبوتاسيوم والسترونشيوم. وقد تحدت كثافتها المنخفضة الحكمة التقليدية فيما يتعلق بطبيعة المعادن. ومع ذلك، فقد تصرفت كيميائيًا كمعادن، وتم الاعتراف بها لاحقًا على هذا النحو.

تم اكتشاف الألومنيوم في عام 1824 ولكن لم يتم تطوير طريقة الإنتاج الصناعي على نطاق واسع حتى عام 1886. انخفضت أسعار الألومنيوم وأصبح الألومنيوم يستخدم على نطاق واسع في المجوهرات والأشياء اليومية وإطارات النظارات والأجهزة البصرية وأدوات المائدة والرقائق المعدنية في تسعينيات القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. وفرت قدرة الألومنيوم على تكوين سبائك صلبة وخفيفة مع معادن أخرى للمعدن العديد من الاستخدامات في ذلك الوقت. خلال الحرب العالمية الأولى، طالبت الحكومات الكبرى بشحنات كبيرة من الألومنيوم لهياكل الطائرات الخفيفة والقوية.

في حين تم تحضير التيتانيوم المعدني النقي (99.9%) لأول مرة في عام 1910، إلا أنه لم يتم استخدامه خارج المختبر حتى عام 1932. في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي، كان الاتحاد السوفييتي رائدًا في استخدام التيتانيوم في التطبيقات العسكرية والغواصات كجزء من البرامج المتعلقة بالحرب الباردة. بدءًا من أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، بدأ استخدام التيتانيوم في الطيران العسكري، وخاصة في الطائرات النفاثة عالية الأداء، بدءًا من طائرات مثل F-100 Super Sabre و Lockheed A-12 و SR-71 .

تم إنتاج الإسكنديوم المعدني لأول مرة في عام 1937. وتم إنتاج أول رطل من معدن الإسكنديوم النقي بنسبة 99% في عام 1960. وبدأ إنتاج سبائك الألومنيوم والسكانديوم في عام 1971 بعد براءة اختراع أمريكية. كما تم تطوير سبائك الألومنيوم والسكانديوم في الاتحاد السوفييتي.

  • قطع من الصوديوم
    قطع من الصوديوم
  • لآلئ البوتاسيوم تحت زيت البارافين، حجم أكبر لؤلؤة هو 0.5 سم.
    لآلئ البوتاسيوم تحت زيت البارافين، حجم أكبر لؤلؤة هو 0.5 سم.
  • بلورات السترونشيوم
    بلورات السترونشيوم
  • قطعة ألمنيوم، 2.6 جرام، 1 × 2 سم
    قطعة ألمنيوم،
    2.6 جرام، 1 × 2 سم
  • شريط من بلورات التيتانيوم
    شريط من بلورات التيتانيوم
  • سكانديوم، بما في ذلك مكعب 1 سم3
    سكانديوم، بما في ذلك مكعب 1 سم 3

عصر الفولاذ

يتدفق الفولاذ الساخن للغاية مثل الماء من فرن كهربائي يبلغ وزنه 35 طنًا، في شركة Allegheny Ludlum Steel Corporation، في براكينريدج ، بنسلفانيا .

بدأ العصر الحديث في صناعة الصلب مع تقديم عملية بسمر التي ابتكرها هنري بسمر في عام 1855، وكانت المادة الخام المستخدمة فيها هي الحديد الزهر. وقد أتاحت له طريقته إنتاج الصلب بكميات كبيرة وبتكلفة زهيدة، وبالتالي أصبح الصلب المطاوع يستخدم في معظم الأغراض التي كان يستخدم فيها الحديد المطاوع سابقًا. كانت عملية جيلكريست توماس (أو عملية بسمر الأساسية ) تحسينًا لعملية بسمر، حيث تم تصنيعها عن طريق تبطين المحول بمادة أساسية لإزالة الفوسفور.

بسبب قوتها العالية في الشد وتكلفتها المنخفضة ، أصبحت الفولاذ مكونًا رئيسيًا يستخدم في المباني والبنية التحتية والأدوات والسفن والسيارات والآلات والأجهزة والأسلحة .

في عام 1872، حصل الإنجليزيان كلارك وودز على براءة اختراع لسبائك تعتبر اليوم من الفولاذ المقاوم للصدأ . وقد تم الاعتراف بمقاومة التآكل لسبائك الحديد والكروم في عام 1821 من قبل عالم المعادن الفرنسي بيير بيرتييه . وقد لاحظ مقاومتها للهجوم من قبل بعض الأحماض واقترح استخدامها في أدوات المائدة. لم يتمكن علماء المعادن في القرن التاسع عشر من إنتاج مزيج من الكربون المنخفض والكروم العالي الموجود في معظم الفولاذ المقاوم للصدأ الحديث، وكانت السبائك عالية الكروم التي يمكنهم إنتاجها هشة للغاية بحيث لا تكون عملية. لم يحدث تصنيع سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ حتى عام 1912 في إنجلترا وألمانيا والولايات المتحدة.

آخر العناصر المعدنية المستقرة

بحلول عام 1900، بقي ثلاثة معادن ذات أعداد ذرية أقل من الرصاص (#82)، أثقل المعادن استقراراً، لم يتم اكتشافها بعد: العناصر 71، 72، 75.

أثبت فون ويلسباخ في عام 1906 أن الإيتربيوم القديم يحتوي أيضًا على عنصر جديد (#71)، والذي أطلق عليه اسم الكاسيويبيوم . أثبت أوربان ذلك في نفس الوقت، لكن عيناته كانت غير نقية للغاية ولم تحتوي إلا على كميات ضئيلة من العنصر الجديد. وعلى الرغم من ذلك، تم اعتماد اسمه المختار اللوتيتيوم .

في عام 1908، وجد أوغاوا العنصر 75 في الثوريانيت لكنه صنفه على أنه العنصر 43 بدلاً من 75 وأطلق عليه اسم النيبونيوم . في عام 1925، أعلن والتر نوداك وإيدا إيفا تاكي وأوتو بيرج عن انفصاله عن الغادولينيت وأطلقوا عليه الاسم الحالي، الرينيوم .

ادعى جورج أوربان أنه وجد العنصر 72 في بقايا العناصر الأرضية النادرة، بينما وجده فلاديمير فيرنادسكي بشكل مستقل في أورثيت. لم يتم تأكيد أي من الادعاءين بسبب الحرب العالمية الأولى، ولا يمكن تأكيد أي منهما لاحقًا، حيث أن الكيمياء التي أبلغوا عنها لا تتطابق مع الكيمياء المعروفة الآن للهافنيوم . بعد الحرب، في عام 1922، وجده كوستر وهيفسي عن طريق التحليل الطيفي بالأشعة السينية في الزركون النرويجي. وبالتالي كان الهافنيوم آخر عنصر مستقر يتم اكتشافه، على الرغم من أن الرينيوم كان آخر عنصر تم التعرف عليه بشكل صحيح.

  • اللوتيتيوم، بما في ذلك مكعب 1 سم3
    اللوتيتيوم بما في ذلك مكعب 1 سم 3
  • الرينيوم بما في ذلك مكعب 1 سم3
    رينيوم، بما في ذلك مكعب 1 سم 3
  • الهافنيوم على شكل قضيب وزنه 1.7 كجم
    الهافنيوم على شكل قضيب وزنه 1.7 كجم

بحلول نهاية الحرب العالمية الثانية، تمكن العلماء من تصنيع أربعة عناصر بعد اليورانيوم، وكلها معادن مشعة (غير مستقرة): النبتونيوم (في عام 1940)، والبلوتونيوم (1940-1941)، والكوريوم والأمريسيوم (1944)، والتي تمثل العناصر من 93 إلى 96. وقد تم العثور على أول عنصرين من هذه العناصر في الطبيعة أيضًا. كان الكوريوم والأمريسيوم من المنتجات الثانوية لمشروع مانهاتن، الذي أنتج أول قنبلة ذرية في العالم في عام 1945. كانت القنبلة تعتمد على الانشطار النووي لليورانيوم، وهو معدن يُعتقد أنه تم اكتشافه لأول مرة قبل حوالي 150 عامًا.

التطورات بعد الحرب العالمية الثانية

السبائك الفائقة

معالجة حرارية لشفرات التوربينات المصنوعة من سبائك فائقة

تم تطوير السبائك الفائقة المكونة من مجموعات من Fe و Ni و Co و Cr وكميات أقل من W و Mo و Ta و Nb و Ti و Al بعد فترة وجيزة من الحرب العالمية الثانية لاستخدامها في المحركات عالية الأداء التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة (فوق 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت)). تحتفظ هذه السبائك بمعظم قوتها في ظل هذه الظروف لفترات طويلة، وتجمع بين قابلية التصلب الجيدة في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة التآكل أو الأكسدة. يمكن الآن العثور على السبائك الفائقة في مجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك التوربينات البرية والبحرية والفضائية والمصانع الكيميائية والبترولية.

معادن ترانسكوريوم

أدى التطوير الناجح للقنبلة الذرية في نهاية الحرب العالمية الثانية إلى مزيد من الجهود لتصنيع عناصر جديدة، والتي كانت جميعها تقريبًا معادن، أو من المتوقع أن تكون كذلك، وجميعها مشعة. لم يتم تصنيع العنصر 97 ( البركيليوم )، الذي يليه العنصر 96 ( الكوريوم )، إلا في عام 1949 بإطلاق جسيمات ألفا على هدف أميريسيوم. في عام 1952، تم العثور على العنصر 100 ( الفيرميوم ) في حطام أول انفجار للقنبلة الهيدروجينية؛ تم تحديد الهيدروجين، وهو عنصر غير معدني، كعنصر قبل ذلك بنحو 200 عام. منذ عام 1952، تم تصنيع العناصر 101 ( المندليفيوم ) إلى 118 ( الأوجانيسون ).

نظارات معدنية بكميات كبيرة

زجاج معدني فيترلوي 4

الزجاج المعدني (المعروف أيضًا باسم المعدن غير المتبلور أو الزجاجي) هو مادة معدنية صلبة، وعادة ما تكون سبيكة، ذات بنية ذرية غير منظمة. تحتوي معظم المعادن النقية والمسبكة، في حالتها الصلبة، على ذرات مرتبة في بنية بلورية عالية الترتيب. وعلى النقيض من ذلك، تتمتع هذه المعادن ببنية تشبه الزجاج غير البلوري. ولكن على عكس الزجاج الشائع، مثل زجاج النوافذ، والذي يكون عادةً عوازل كهربائية، تتمتع المعادن غير المتبلورة بموصلية كهربائية جيدة. يتم إنتاج المعادن غير المتبلورة بعدة طرق، بما في ذلك التبريد السريع للغاية، والترسيب البخاري الفيزيائي، والتفاعل في الحالة الصلبة، والإشعاع الأيوني، والسبائك الميكانيكية. كان أول زجاج معدني تم الإبلاغ عنه عبارة عن سبيكة (Au 75 Si 25 ) تم إنتاجها في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 1960. وفي الآونة الأخيرة، تم إنتاج دفعات من الفولاذ غير المتبلور بقوة ثلاثة أضعاف سبائك الفولاذ التقليدية. حاليًا، تعتمد التطبيقات الأكثر أهمية على الخصائص المغناطيسية الخاصة لبعض الزجاج المعدني المغناطيسي. يتم استخدام فقدان المغناطيسية المنخفض في المحولات عالية الكفاءة. غالبًا ما تستخدم بطاقات الهوية الخاصة بمكافحة السرقة وأنظمة مراقبة المواد الأخرى زجاجًا معدنيًا بسبب هذه الخصائص المغناطيسية.

سبائك الذاكرة الشكلية

إن السبائك التي تتذكر شكلها الأصلي (SMA) هي السبائك التي "تتذكر" شكلها الأصلي وعندما تتشوه تعود إلى شكلها السابق للتشوه عند تسخينها. وفي حين تم ملاحظة تأثير ذاكرة الشكل لأول مرة في عام 1932، في سبيكة Au-Cd، لم يبدأ البحث بجدية حتى عام 1962، مع الاكتشاف العرضي للتأثير في سبيكة Ni-Ti، وقبل عشر سنوات أخرى من ظهور التطبيقات التجارية. تستخدم السبائك التي تتذكر شكلها في صناعات الروبوتات والسيارات والفضاء والطب الحيوي. هناك نوع آخر من السبائك التي تتذكر شكلها، يسمى سبيكة ذاكرة الشكل المغناطيسية الحديدية (FSMA)، والتي تغير شكلها تحت المجالات المغناطيسية القوية. هذه المواد ذات أهمية لأن الاستجابة المغناطيسية تميل إلى أن تكون أسرع وأكثر كفاءة من الاستجابات الناجمة عن درجة الحرارة.

سبائك شبه بلورية

مجسم اثني عشري منتظم معدني
شبه بلورة إيكوهادرانية من Ho-Mg-Zn مكونة من اثني عشر وجهًا خماسيًا ، وهو الشكل الثنائي للإيكوهادرون

في عام 1984، اكتشف عالم المعادن الإسرائيلي دان شيختمان سبيكة من الألومنيوم والمنغنيز ذات تماثل خماسي، في خرق لاتفاقية علم البلورات في ذلك الوقت والتي كانت تنص على أن الهياكل البلورية لا يمكن أن يكون لها سوى تماثلين أو ثلاثة أو أربعة أو ستة أضعاف. وبسبب التحفظات بشأن رد فعل المجتمع العلمي، استغرق الأمر عامين لنشر النتائج التي مُنح عنها جائزة نوبل في الكيمياء عام 2011. ومنذ ذلك الوقت، تم الإبلاغ عن مئات البلورات شبه البلورية وتأكيدها. توجد في العديد من السبائك المعدنية (وبعض البوليمرات). توجد شبه البلورات غالبًا في سبائك الألومنيوم (Al-Li-Cu وAl-Mn-Si وAl-Ni-Co وAl-Pd-Mn وAl-Cu-Fe وAl-Cu-V وما إلى ذلك)، ولكن هناك العديد من التركيبات الأخرى المعروفة أيضًا (Cd-Yb وTi-Zr-Ni وZn-Mg-Ho وZn-Mg-Sc وIn-Ag-Yb وPd-U-Si وما إلى ذلك). تحتوي شبه البلورات فعليًا على خلايا وحدة كبيرة بلا حدود. تم اكتشاف إيكوساهيدريت Al 63 Cu 24 Fe 13 ، أول شبه بلورة تم العثور عليها في الطبيعة، في عام 2009. تتمتع معظم شبه البلورات بخصائص تشبه السيراميك بما في ذلك الموصلية الكهربائية المنخفضة (القيم القريبة من تلك الموجودة في العوازل) والموصلية الحرارية المنخفضة والصلابة العالية والهشاشة ومقاومة التآكل وخصائص عدم الالتصاق. وقد استُخدمت شبه البلورات في تطوير مواد العزل الحراري، ومصابيح LED، ومحركات الديزل، ومواد جديدة تحول الحرارة إلى كهرباء. وقد تستفيد التطبيقات الجديدة من معامل الاحتكاك المنخفض وصلابة بعض المواد شبه البلورية، على سبيل المثال تضمين الجسيمات في البلاستيك لصنع تروس بلاستيكية قوية ومتينة ومنخفضة الاحتكاك. وتشمل التطبيقات المحتملة الأخرى امتصاصات الطاقة الشمسية الانتقائية لتحويل الطاقة، والعاكسات ذات الطول الموجي العريض، وتطبيقات إصلاح العظام والأطراف الصناعية حيث تكون التوافق البيولوجي والاحتكاك المنخفض ومقاومة التآكل مطلوبة.

سبائك معدنية معقدة

السبائك المعدنية المعقدة (CMAs) هي مركبات بين معدنية تتميز بخلايا وحدة كبيرة تضم عشرات الآلاف من الذرات؛ ووجود مجموعات محددة جيدًا من الذرات (غالبًا مع تناسق عشريني الوجوه)؛ واضطراب جزئي داخل شبكاتها البلورية. وهي تتكون من عنصرين معدنيين أو أكثر، وأحيانًا مع إضافة أشباه الفلزات أو الكالكوجينيدات . وتشمل، على سبيل المثال، NaCd2، مع 348 ذرة صوديوم و768 ذرة كادميوم في الخلية الوحدوية. حاول لينوس بولينج وصف بنية NaCd2 في عام 1923، لكنه لم ينجح حتى عام 1955. في البداية، أطلق عليها "بلورات الخلية الوحدوية العملاقة"، ولم يكتسب الاهتمام بـ CMAs، كما أصبح يُطلق عليها، حتى عام 2002، مع نشر ورقة بحثية بعنوان "أطوار السبائك المعقدة هيكليًا"، والتي ألقيت في المؤتمر الدولي الثامن حول شبه البلورات. تشمل التطبيقات المحتملة لـ CMAs العزل الحراري؛ والتدفئة الشمسية؛ والثلاجات المغناطيسية؛ واستخدام الحرارة المهدرة لتوليد الكهرباء؛ والطلاء لشفرات التوربينات في المحركات العسكرية.

سبائك عالية الإنتروبيا

تتكون السبائك عالية الإنتروبيا (HEAs) مثل AlLiMgScTi من كميات متساوية أو شبه متساوية من خمسة معادن أو أكثر. وبالمقارنة بالسبائك التقليدية التي تحتوي على معدن واحد أو اثنين فقط من المعادن الأساسية، فإن السبائك عالية الإنتروبيا تتمتع بنسب قوة إلى وزن أفضل بكثير، وقوة شد أعلى، ومقاومة أكبر للتشقق والتآكل والأكسدة. وعلى الرغم من وصف السبائك عالية الإنتروبيا في وقت مبكر من عام 1981، إلا أن الاهتمام الكبير بها لم ينشأ حتى عام 2010؛ ولا تزال تشكل محورًا للبحث في علوم وهندسة المواد بسبب خصائصها المرغوبة.

المرحلة القصوى


أمثلة على سبائك الطور MAX
الأعلى م أ إكس
HF 2 SnC هف سن ج
تيتانيوم 4 ألنيوم 3 تي ال ن
تيتانيوم 3 سيك 2 تي سي ج
تيتانيوم 2 أليوم تي ال ج
الكروم 2 الألومنيوم 2 كر ال ج
تيتانيوم 3 ألومنيوم 2 تي ال ج

في مرحلة ماكس، M هو معدن انتقالي مبكر، A هو عنصر من المجموعة A (في الغالب المجموعة IIIA و IVA، أو المجموعتين 13 و 14)، و X هو إما كربون أو نيتروجين. ومن الأمثلة على ذلك Hf 2 SnC و Ti 4 AlN 3 . تتمتع هذه السبائك بموصلية كهربائية وحرارية عالية، ومقاومة للصدمات الحرارية، وتحمل التلف، وقابلية التصنيع، وصلابة مرنة عالية، ومعاملات تمدد حراري منخفضة. [90] يمكن تلميعها إلى لمعان معدني بسبب موصليتها الكهربائية الممتازة. أثناء الاختبار الميكانيكي، وجد أن أسطوانات Ti 3 SiC 2 متعددة البلورات يمكن ضغطها مرارًا وتكرارًا في درجة حرارة الغرفة، حتى إجهادات تصل إلى 1 جيجا باسكال، وتتعافى تمامًا عند إزالة الحمل. تتمتع بعض مراحل ماكس أيضًا بمقاومة عالية للهجوم الكيميائي (على سبيل المثال Ti 3 SiC 2 ) والأكسدة عالية الحرارة في الهواء (Ti 2 AlC و Cr 2 AlC 2 و Ti 3 AlC 2 ). تتضمن التطبيقات المحتملة لسبائك الطور MAX ما يلي: كمواد حرارية صلبة وقابلة للتصنيع ومقاومة للصدمات الحرارية؛ وعناصر تسخين عالية الحرارة؛ وطلاءات للاتصالات الكهربائية؛ وأجزاء مقاومة للإشعاع النيوتروني للتطبيقات النووية.

انظر أيضا

ملحوظة

  1. ^ العناصر النزرة التي لها وفرة تساوي أو تقل كثيرًا عن جزء واحد لكل تريليون (وهي Tc و Pm و Po و At و Ra و Ac و Pa و Np و Pu ).
  2. ^ في بعض الحالات، على سبيل المثال في وجود أشعة جاما عالية الطاقة أو في بيئة غنية بالهيدروجين ذات درجة حرارة عالية جدًا ، قد تتعرض النوى الخاضعة للتجربة لفقدان النيوترونات أو اكتساب البروتونات مما يؤدي إلى إنتاج نظائر تفتقر إلى النيوترونات (نادرة نسبيًا) . [70]
  3. ^ يُعزى طرد المادة عند اصطدام نجمين نيوترونيين إلى تفاعل قوى المد والجزر ، والاضطراب القشري المحتمل، والتسخين الناتج عن الصدمة (وهو ما يحدث إذا قمت بضغط دواسة الوقود في السيارة عندما يكون المحرك باردًا). ​​[73]
  4. ^ الحديد والكوبالت والنيكل والقصدير هي أيضًا مواد محبة للحديد من منظور الأرض بأكملها.
  5. ^ هناك دور آخر للحديد يساعد على دعم الحياة وهو أنه أحد المكونات الأساسية للهيموجلوبين ، الذي يمكّن من نقل الأكسجين من الرئتين إلى باقي أجزاء الجسم.
  6. ^ البرونز هو سبيكة تتكون في المقام الأول من النحاس، وعادة مع حوالي 12٪ من القصدير وغالبا مع إضافة معادن أخرى (مثل الألومنيوم أو المنغنيز أو النيكل أو الزنك) وأحيانا اللافلزات أو أشباه الفلزات مثل الزرنيخ أو الفوسفور أو السيليكون.
  7. ^ في دمشق، سوريا، كان الحدادون يصنعون السكاكين والسيوف بنمط سطح مميز يتألف من أنماط دوامية من المناطق المحفورة بالضوء على خلفية سوداء تقريبًا. كانت هذه النصال تتمتع بقدرات قطع أسطورية. كان الحديد الذي كان الحدادون يستخدمونه مستوردًا من الهند، وكان يحتوي على عنصر أو أكثر من عناصر تشكيل الكربيد، مثل V وMo وCr وMn وNb. أظهر التحليل الحديث لهذه الأسلحة أن هذه العناصر تدعم التكوين التحفيزي لأنابيب الكربون النانوية، والتي بدورها عززت تكوين أسلاك نانوية من السمنتيت (Fe 3 C). كانت قابلية أنابيب الكربون النانوية للطرق تعوض عن الطبيعة الهشة للسمنتيت، وتمنح الفولاذ الناتج مزيجًا فريدًا من القوة والمرونة. انقرضت معرفة كيفية صنع ما أصبح يسمى بالفولاذ الدمشقي في القرن الثامن عشر ربما بسبب استنفاد مصادر الخام مع التركيبة الصحيحة من الشوائب. لم يتم إعادة اكتشاف التقنيات المستخدمة حتى عام 2009.
  8. ^ في العصور القديمة، كان الرصاص يعتبر أبا لجميع المعادن.
  9. ^ أضاف باراسيلسوس ، وهو كاتب ألماني من عصر النهضة في وقت لاحق ، المبدأ الثالث للملح، الذي يحمل خصائص غير متطايرة وغير قابلة للاشتعال، في عقيدته الثلاثية الأولية . احتفظت هذه النظريات بالعناصر الأربعة الكلاسيكية باعتبارها الأساس لتكوين الكبريت والزئبق والملح.

مراجع

  1. ^ abcd Kittel, Charles (2018). Introduction to solid state physics . Paul McEuen (Global edition, [9th edition] ed.). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-1-119-45416-8.
  2. ^ abcdefgh أشكروفت، نيل دبليو؛ ميرمين، ن. ديفيد (1976). فيزياء الحالة الصلبة . نيويورك: هولت، رينهارت ووينستون. ISBN 978-0-03-083993-1.
  3. ^ أ ب ج د كاليستر، ويليام د. (1997). علم وهندسة المواد: مقدمة (الطبعة الرابعة). نيويورك: جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 978-0-471-13459-6.
  4. ^ Chiang, CK (1977). "النقل والخصائص البصرية لبروميدات البوليثيازيل: (SNBr 0.4 )x". Solid State Communications . 23 (9): 607– 612. Bibcode :1977SSCom..23..607C. doi :10.1016/0038-1098(77)90530-0.؛ جرينوود، ن. ن.؛ إيرنشو، أ. (1998). كيمياء العناصر . أكسفورد: باتروورث-هاينمان. ص. 727. رقم ISBN 978-0-7506-3365-9.؛ Mutlu, H; Theato, P (2021). "البوليمرات ذات الروابط الكبريتية النيتروجينية". في Zhang, X; Theato, P (المحررون). البوليمرات المحتوية على الكبريت: من التركيب إلى المواد الوظيفية . Weinheim: Wiley-VCH. ص. 191-234 (191). ISBN 978-3-527-34670-7.
  5. ^ يونيزاوا، ف. (2017). فيزياء انتقالات الفلزات واللافلزات . أمستردام: مطبعة آي أو إس. ص. 257. رقم ISBN 978-1-61499-786-3كتب السير نيفيل موت (1905-1996) رسالة إلى زميله الفيزيائي، البروفيسور بيتر ب. إدواردز ، حيث لاحظ... لقد فكرت كثيرًا في "ما هو المعدن؟" وأعتقد أنه لا يمكن الإجابة على السؤال إلا عند درجة حرارة تساوي 0 (الصفر المطلق لدرجة الحرارة). هناك يوصل المعدن الكهرباء ولا يوصل اللافلزات الكهرباء.
  6. ^ مارتن، جون سي. "ما نتعلمه من محتوى المعدن في النجم". الصفحة الرئيسية لجون سي مارتن . تم الاسترجاع في 25 مارس 2021 .
  7. ^ مارتن، جون سي؛ موريسون، هيذر إل. (18 مايو 1998) [1998]. "تحليل جديد لحركية RR Lyrae في جوار الشمس". المجلة الفلكية . 116 (4) (نُشر في 1 أكتوبر 1998): 1724– 1735. arXiv : astro-ph/9806258 . رمز Bibcode : 1998AJ....116.1724M. doi : 10.1086/300568. S2CID  18530430 – عبر IOPscience.
  8. ^ Roe, J.; Roe, M. (1992). "عملات العالم تستخدم 24 عنصرًا كيميائيًا". أخبار العملات العالمية . 19 (4، 5): 24- 25، 18- 19.
  9. ^ abcd Stampfl, C.; Mannstadt, W.; Asahi, R.; Freeman, AJ (2001). "البنية الإلكترونية والخصائص الفيزيائية لمونوناتريدات الفلزات الانتقالية المبكرة: نظرية الكثافة الوظيفية LDA وGGA وحسابات LDA FLAPW ذات التبادل المحمي بالشاشة". Physical Review B. 63 ( 15): 155106. Bibcode :2001PhRvB..63o5106S. doi :10.1103/PhysRevB.63.155106.
  10. ^ abc مورتيمر، تشارلز إي. (1975). الكيمياء: نهج مفاهيمي (الطبعة الثالثة). نيويورك: شركة دي فان نوسترا.
  11. ^ مولر، ب. نيكس، جي آر (1994). خصائص الانشطار لأثقل العناصر (PDF) . ندوة داي 2 كاي هادورون تاتايكي نو للمحاكاة، توكاي مورا، إيباراكي، اليابان. جامعة شمال تكساس . تم الاسترجاع 2020-02-16 .
  12. ^ Benedyk, JC (2010-01-01), Mallick, PK (ed.), "3 - سبائك الألومنيوم للهياكل خفيفة الوزن للسيارات"، المواد والتصميم والتصنيع للمركبات خفيفة الوزن ، سلسلة Woodhead Publishing في علوم وهندسة المركبات، Woodhead Publishing، ص  79- 113، doi :10.1533/9781845697822.1.79، ISBN 978-1-84569-463-0تم الاسترجاع بتاريخ 2024-07-23
  13. ^ لي ، شوانغ – شوانغ ؛ يو، شين؛ لي، تشينغ يوان؛ بنغ، هو لي. دونغ، باي-شين؛ ليو، تيان شو؛ يانغ، هونغ يو؛ فان، يونيو؛ شو، شي لي؛ تشيو فنغ. جيانغ ، تشي تشوان (2023/11/01). “تطوير وتطبيقات سبائك الألومنيوم لصناعة الطيران”. مجلة أبحاث المواد والتكنولوجيا . 27 : 944– 983. دوى : 10.1016/j.jmrt.2023.09.274 . ISSN  2238-7854.
  14. ^ جوبتا، م.؛ وونغ، دبليو إل إي (2015-07-01). "المركبات النانوية القائمة على المغنيسيوم: مواد خفيفة الوزن للمستقبل". توصيف المواد . 105 : 30– 46. doi :10.1016/j.matchar.2015.04.015. ISSN  1044-5803.
  15. ^ أوغاوا، يوكيكو؛ أندو، دايسوكي؛ سوتو، يوجي؛ كويكي، جونيتشي (2016-07-22). "سبائك المغنيسيوم خفيفة الوزن التي تحفظ شكلها". العلوم . 353 (6297): 368– 370. رمز Bibcode :2016Sci...353..368O. doi :10.1126/science.aaf6524. ISSN  0036-8075. PMID  27463668.
  16. ^ abc Weertman, Johannes; Weertman, Julia R. (1992). Elementary dislocation theory . نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-506900-6.
  17. ^ تيموشينكو، ستيفن (1983-01-01). تاريخ قوة المواد: مع شرح موجز لتاريخ نظرية المرونة ونظرية الهياكل. كورير كوربوريشن. رقم ISBN 978-0-486-61187-7.
  18. ^ هولمان، إيه إف؛ ويبرغ، إي. (2001). الكيمياء غير العضوية . سان دييغو: أكاديميك بريس. رقم ISBN 0-12-352651-5.
  19. ^ Koster, G. (2015). النمو الطلائي لأكسيدات المعادن المعقدة . بوسطن، ماساتشوستس: إلسفير. ISBN 978-1-78242-245-7.
  20. ^ شيف، ليونارد (1959). ميكانيكا الكم (PDF) . ماكجرو هيل .
  21. ^ ab Solymar, L.; Walsh, D. (2004). Electrical properties of materials (7th ed.). Oxford؛ New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-926793-4.
  22. ^ هيكر، سيغفريد س. (2000). "البلوتونيوم وسبائكه: من الذرات إلى البنية الدقيقة" (PDF) . لوس ألاموس ساينس . 26 : 290– 335. مؤرشف من الأصل (PDF) في 24 فبراير 2009. تم الاسترجاع في 15 فبراير 2009 .
  23. ^ تسيوفكين ، يو. يو؛ لوكويانوف، أ.ف. شوريكوف، AO. تسيوفكينا، إل يو؛ دياتشينكو، أأ؛ بيستروشكين، VB. كوروتين، MA؛ أنيسيموف، السادس؛ دريموف، في في (2011). "المقاومة الكهربائية لمعادن ما بعد اليورانيوم النقية تحت الضغط". مجلة المواد النووية . 413 (1): 41– 46. بيب كود :2011JNuM..413...41T. دوى :10.1016/j.jnucmat.2011.03.053. ISSN  0022-3115.
  24. ^ Koester, D; Chanmugam, G (1990). "فيزياء النجوم القزمة البيضاء". تقارير عن التقدم في الفيزياء . 53 (7): 837– 915. doi :10.1088/0034-4885/53/7/001. ISSN  0034-4885.
  25. ^ Skośkiewicz, T. (2005). "Thermal Conductivity at Low Temperatures". موسوعة فيزياء المادة المكثفة . Elsevier. ص.  159– 164. doi :10.1016/b0-12-369401-9/01168-2. ISBN 978-0-12-369401-0.
  26. ^ "جائزة نوبل في الكيمياء 2000". NobelPrize.org . تم الاسترجاع في 2024-07-23 .
  27. ^ بيرك، كيرون (2007). "أبجديات DFT" (PDF) .
  28. ^ Gross, Eberhard KU; Dreizler, Reiner M. (2013). Density Functional Theory. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4757-9975-0.
  29. ^ Bockris, J. O'M; Reddy, Amulya KN (1977). Modern electrochemistry. 2 (3. print ed.). New York: Plenum Pr. ISBN 978-0-306-25002-6.
  30. ^ كيلي، روبرت جي؛ سكالي، جون آر؛ شوزسميث، ديفيد؛ بوخيت، رودولف جي. (2002-09-13). التقنيات الكهروكيميائية في علوم وهندسة التآكل (طبعة 0). مطبعة CRC. doi :10.1201/9780203909133. ISBN 978-0-203-90913-3.
  31. ^ جرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر (الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان . رقم ISBN 978-0-08-037941-8.
  32. ^ ab Siekierski, S.; Burgess, J. (2002). Concise Chemistry of the Elements . Horwood. ص  60- 66. ISBN 978-1-898563-71-6.
  33. ^ Mewes, Jan-Michael; Smits, Odile Rosette; Jerabek, Paul; Schwerdtfeger, Peter (25 July 2019). "Oganesson is a Semiconductor: On the Relativistic Band-Gap Narrowing in the Heaviest Noble-Gas Solids". Angewandte Chemie . 58 (40): 14260– 14264. doi :10.1002/anie.201908327. PMC 6790653. PMID 31343819  . 
  34. ^ Liu, CT; Stiegler, JO (1984-11-09). "Ductile Ordered Intermetallic Alloys". Science . 226 (4675): 636– 642. Bibcode :1984Sci...226..636L. doi :10.1126/science.226.4675.636. ISSN  0036-8075. PMID  17774926.
  35. ^ سينكا، نوريا؛ ليما، كارلوس روبرتو كاميلو؛ جيليماني، خوسيه ماريا (2013). "نظرة عامة على أبحاث وتطبيقات المواد بين المعدنية: حالة الطلاء بالرش الحراري". مجلة أبحاث وتكنولوجيا المواد . 2 (1): 75- 86. doi : 10.1016/j.jmrt.2013.03.013 . ISSN  2238-7854.
  36. ^ "استخدام الفولاذ حسب القطاع". worldsteel.org . تم الاسترجاع في 2024-09-18 .
  37. ^ جانج، جيه إم؛ لي، إتش إس؛ سينغ، جيه كيه (17 ديسمبر 2020). "أداء الحماية الكهرومغناطيسية للطلاءات المعدنية المختلفة المترسب بواسطة عملية الرش الحراري بالقوس الكهربائي". المواد . 13 (24): 5776. رمز Bibcode : 2020Mate...13.5776J. doi : 10.3390/ma13245776 . PMC 7767199. PMID  33348891 . 
  38. ^ "نظرة عامة على برنامج المعادن" (PDF) . arpa-e.energy.gov . تم الاسترجاع في 4 يونيو 2024 .
  39. ^ جيالانيلا، ستيفانو؛ مالاندروكولو، أليسيو (2020). سبائك الفضاء الجوي. مواضيع في التعدين وعلم المعادن وهندسة المواد. شام: سبرينغر إنترناشيونال للنشر. doi :10.1007/978-3-030-24440-8. ISBN 978-3-030-24439-2.
  40. ^ راسل، إيه إم؛ لي، كيه إل (2005). العلاقات بين البنية والخصائص في المعادن غير الحديدية . هوبوكين، نيوجيرسي: جون وايلي وأولاده. ص. 100. رمز الكتاب : 2005srnm.book.....R. ISBN 978-0-471-64952-6.
  41. ^ Senkov, ON; Miracle, DB (2021-02-25). "تعميم معايير اللدونة إلى الهشاشة الجوهرية بواسطة Pugh وPettifor للمواد ذات البنية البلورية المكعبة". التقارير العلمية . 11 (1): 4531. Bibcode :2021NatSR..11.4531S. doi :10.1038/s41598-021-83953-z. ISSN  2045-2322. PMC 7907099. PMID 33633140  . 
  42. ^ مقدمة في الخلع. إلسفير. 2001. doi :10.1016/b978-0-7506-4681-9.x5000-7. ISBN 978-0-7506-4681-9.
  43. ^ "Belmont Metals - White Metals". Belmont Metals . 2019-04-17 . تم الاسترجاع في 2024-07-08 .
  44. ^ رودن، أرابيلا (2019-11-04). "نظرة أقرب إلى عالم المعادن البيضاء". jewellermagazine.com . تم الاسترجاع في 2024-07-08 .
  45. ^ إرشادات عملية فيما يتعلق بقانون الدمغ لعام 1973 (PDF) . مكاتب التحليل في بريطانيا العظمى.
  46. ^ التلوث المعدني. طبعات كواي. 2006. ردمك 978-2-7592-0011-5.
  47. ^ Brandes EA & Brook GB (eds) 1998, Light Metals Handbook, Butterworth Heinemann, Oxford, ISBN 0-7506-3625-4 , ص. viii 
  48. ^ بولمير الأول 2006، السبائك الخفيفة: من السبائك التقليدية إلى البلورات النانوية، الطبعة الرابعة، باتروورث هاينمان، أكسفورد، ISBN 0-7506-6371-5 ، ص 1 
  49. ^ توناي، أولكاي؛ كابداسلي، إيشيك؛ أرسلان-ألاتون، إيديل؛ أولميز هانسي، توغبا (2010). تطبيقات الأكسدة الكيميائية لمياه الصرف الصناعي. ايوا للنشر. رقم ISBN 978-1-84339-307-8.
  50. ^ والثر، جون ف. (2013). الموارد الطبيعية للأرض. دار جونز وبارتليت للنشر. رقم ISBN 978-1-4496-3234-2.
  51. ^ عبد الرحمن، يحيى (2014). فن الخدمات المصرفية والتمويل الإسلامي الخالي من الربا: أدوات وتقنيات للخدمات المصرفية المجتمعية. جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 978-1-118-77096-2.
  52. ^ ياسودا، كوجي؛ ماكاك، جان م؛ بيرجر، ستيفن؛ جيكوف، أندريه؛ شموكي، باتريك (2007). "الجوانب الميكانيكية لعملية التنظيم الذاتي لتكوين أنابيب أكسيد النانو على معادن الصمامات". مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 154 (9): C472. رمز Bibcode :2007JElS..154C.472Y. doi :10.1149/1.2749091.
  53. ^ فان هوف، رود ب.؛ سيريفلت، إنجر ن.؛ فان روين، باريند ج.؛ نولتي، بيتر أ. (2015). "طلاء نتريد التيتانيوم للغرسات العظمية: مراجعة للأدبيات". BioMed Research International . 2015 : 1– 9. doi : 10.1155/2015/485975 . ISSN  2314-6133. PMC 4637053. PMID 26583113  . 
  54. ^ Santecchia, Eleonora; Hamouda, AMS; Musharavati, Farayi; Zalnezhad, Erfan; Cabibbo, Marcello; Spigarelli, Stefano (2015). "دراسة مقاومة التآكل للطلاءات القائمة على نيتريد التيتانيوم". Ceramics International . 41 (9, الجزء أ): 10349– 10379. doi :10.1016/j.ceramint.2015.04.152. ISSN  0272-8842.
  55. ^ ماثيوز، أ. (1985). "تكنولوجيا طلاء نيتريد التيتانيوم بتقنية الترسيب الفيزيائي للبخار". هندسة السطح . 1 (2): 93– 104. doi :10.1179/sur.1985.1.2.93. ISSN  0267-0844.
  56. ^ K, Namsheer; Rout, Chandra Sekkha (2021). "Conducting polymers: a overall review on recent progress in synthesis, properties and applications". RSC Advances . 11 (10): 5659– 5697. Bibcode :2021RSCAd..11.5659K. doi :10.1039/D0RA07800J. PMC 9133880. PMID  35686160 . 
  57. ^ Das, Tapan K.; Prusty, Smita (2012). "Review on Conducting Polymers and Their Applications". Polymer-Plastics Technology and Engineering . 51 (14): 1487– 1500. doi :10.1080/03602559.2012.710697. ISSN  0360-2559.
  58. ^ Swager, Timothy M. (2017). "منظور الذكرى السنوية الخمسين: البوليمرات المترافقة الموصلة/شبه الموصلة. منظور شخصي للماضي والمستقبل". Macromolecules . 50 (13): 4867– 4886. Bibcode :2017MaMol..50.4867S. doi :10.1021/acs.macromol.7b00582. hdl : 1721.1/116306 . ISSN  0024-9297.
  59. ^ Beygisangchin, Mahnoush; Abdul Rashid, Suraya; Shafie, Suhaidi; Sadrolhosseini, Amir Reza; Lim, Hong Ngee (2021-06-18). "تحضيرات وخصائص وتطبيقات البولي أنيلين والأغشية الرقيقة من البولي أنيلين - مراجعة". Polymers . 13 (12): 2003. doi : 10.3390/polym13122003 . ISSN  2073-4360. PMC 8234317. PMID 34207392  . 
  60. ^ de Groot, RA; Mueller, FM; Engen, PG van; Buschow, KHJ (1983-06-20). "فئة جديدة من المواد: المغناطيسات الحديدية نصف المعدنية". Physical Review Letters . 50 (25): 2024– 2027. Bibcode :1983PhRvL..50.2024D. doi :10.1103/PhysRevLett.50.2024. ISSN  0031-9007.
  61. ^ Coey, JMD; Venkatesan, M. (2002-05-15). "المغناطيسية الحديدية نصف المعدنية: مثال على CrO2 (مدعو)". مجلة الفيزياء التطبيقية . 91 (10): 8345– 8350. doi :10.1063/1.1447879. ISSN  0021-8979.
  62. ^ تشاي، إنزي؛ ليانغ، تيانيو؛ ليو، رويزي؛ كاي، مينغيانغ؛ لي، ران؛ شاو، تشيمينغ؛ سو، كونغ؛ لين ، يوكسوان كوسمي (2024/08/01). “صعود الإلكترونيات شبه المعدنية”. مراجعات الطبيعة الهندسة الكهربائية . 1 (8): 497-515 . دوى :10.1038 / s44287-024-00068-z. ISSN  2948-1201.
  63. ^ Armitage, NP; Mele, EJ; Vishwanath, Ashvin (2018-01-22). "أشباه معادن ويل وديراك في المواد الصلبة ثلاثية الأبعاد". مراجعات الفيزياء الحديثة . 90 (1): 015001. arXiv : 1705.01111 . Bibcode :2018RvMP...90a5001A. doi :10.1103/RevModPhys.90.015001. ISSN  0034-6861.
  64. ^ وانج، يانج؛ ن. منصور؛ أ. سالم؛ كيه إف برينان وبي بي رودين (1992). "دراسة نظرية لكاشف ضوئي محتمل منخفض الضوضاء قائم على شبه معدني للانهيارات الجليدية". مجلة IEEE للإلكترونيات الكمومية . 28 (2): 507– 513. رمز Bibcode :1992IJQE...28..507W. doi :10.1109/3.123280.
  65. ^ بوبنوفا، أولغا؛ زيا، أولا خان؛ وانج، هوي (2014). "البوليمرات شبه المعدنية". مواد الطبيعة . 13 (2): 190– 4. رمز Bibcode :2014NatMa..13..190B. doi :10.1038/nmat3824. PMID  24317188. S2CID  205409397.
  66. ^ ab Cox 1997، ص 73-89
  67. ^ كوكس 1997، ص 32، 63، 85
  68. ^ بودوسيك 2011، ص 482
  69. ^ بادمانابهان 2001، ص 234
  70. ^ ريدر 2010، ص 32، 33
  71. ^ هوفمان 2002، ص 23-24
  72. ^ هادهازي 2016
  73. ^ Choptuik, Lehner & Pretorias 2015، ص 383
  74. ^ كوكس 1997، ص 83، 91، 102-103
  75. ^ "مختبر لوس ألاموس الوطني – الصوديوم" . تم استرجاعه في 2007-06-08 .
  76. ^ "مختبر لوس ألاموس الوطني – الألومنيوم" . تم استرجاعه في 2007-06-08 .
  77. ^ ab معدلات إعادة تدوير المعادن: تقرير حالة محفوظ في 2016-01-01 على موقع Wayback Machine 2010، لجنة الموارد الدولية ، برنامج الأمم المتحدة للبيئة
  78. ^ احذروا: هجوم الألمنيوم كارولين فراي، Guardian.co.uk، 22 فبراير/شباط 2008.
  79. ^ مخزونات المعادن في المجتمع: التوليف العلمي محفوظ في 2016-01-01 على موقع واي باك مشين 2010، لجنة الموارد الدولية ، برنامج الأمم المتحدة للبيئة
  80. ^ ريردون، آرثر سي. (2011). علم المعادن لغير المتخصصين في علم المعادن. ماتريالز بارك، أوهايو: إيه إس إم إنترناشيونال. ص  73- 84. رقم ISBN 978-1-61503-845-9. OCLC  780082219.
  81. ^ Tylecote, RF (1992). تاريخ علم المعادن، الطبعة الثانية. لندن: Maney Publishing، لصالح معهد المواد. ISBN  978-1-902653-79-2. تم أرشفة النسخة الأصلية في 2015-04-02.
  82. ^ ثورنتون، سي؛ لامبرج-كارلوفسكي، سي سي؛ ليزرز، إم؛ يونج، إس إم إم (2002). "على المحك: تتبع تطور صناعة السبائك القائمة على النحاس في تيبي يحيى، إيران، عبر تحليل ICP-MS للعناصر الشائعة". مجلة العلوم الأثرية . 29 (12): 1451– 1460. رمز Bibcode :2002JArSc..29.1451T. doi :10.1006/jasc.2002.0809.
  83. ^ كوفمان، بريت. "علم المعادن والتغيرات الأثرية في الشرق الأدنى القديم". مجلة باك ديرت: المراجعة السنوية . 2011 : 86.
  84. ^ أكينوما، هـ. (2005). "أهمية تركيب شظايا الحديد المستخرجة من الطبقة الثالثة في موقع كامان-كاليهويوك، تركيا". دراسات الآثار الأناضولية . 14. طوكيو: المعهد الياباني للآثار الأناضولية: 147-158 .
  85. ^ "قطعة من الأواني الحديدية المكتشفة في تركيا تبين أنها أقدم قطعة من الفولاذ". الهندوسية . تشيناي، الهند. 2009-03-26. مؤرشف من الأصل في 2009-03-29 . تم الاسترجاع في 2009-03-27 .
  86. ^ غابرييل، ر. أ. (1990). ثقافة الحرب: الاختراع والتطور المبكر . ويستبورت، كونيتيكت: مجموعة جرينوود للنشر. ص. 108. رقم ISBN 978-0-313-26664-5.
  87. ^ Knauth, P. (1976). The Metalsmiths, revision edition . London: Time-Life International. ص 133، 137.
  88. ^ نُشر في The Delineator ، سبتمبر 1909. وأعيد طبعه كمقدمة لكتاب Rewards and Fairies في عام 1910.
  89. ^ جورجيوس أجريكولا، De Re Metallica (1556) ترجمة هربرت كلارك هوفر ولو هنري هوفر (1912)؛ حاشية تستشهد بـ De Natura Fossilium (1546)، ص 180
  90. ^ Hanaor, DAH; Hu, L.; Kan, WH; Proust, G.; Foley, M.; Karaman, I.; Radovic, M. (2016). "الأداء الانضغاطي وانتشار الشقوق في مركبات سبائك الألومنيوم/التيتانيوم وكربونات الكالسيوم". علوم وهندسة المواد: أ . 672 : 247– 256. arXiv : 1908.08757 . doi :10.1016/j.msea.2016.06.073.

قراءة إضافية

  • Choptuik MW ، Lehner L. & Pretorias F. 2015، "استكشاف جاذبية المجال القوي من خلال المحاكاة العددية"، في A. Ashtekar ، BK Berger ، J. Isenberg & M. MacCallum (المحررون)، النسبية العامة والجاذبية: منظور المئوية ، مطبعة جامعة كامبريدج، كامبريدج، ISBN 978-1-107-03731-1 . 
  • كوكس، بي إيه (1997). العناصر: أصلها ووفرتها وتوزيعها . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. رقم ISBN 978-0-19-855298-7.
  • Crow JM 2016، "سبائك مستحيلة: كيفية صنع معادن لم يسبق رؤيتها من قبل"، مجلة New Scientist، 12 أكتوبر
  • Hadhazy A. 2016, "Galactic 'Gold Mine' Explains the Origin of Nature's Heaviest Elements", Science Spotlights ، 10 مايو 2016، تم الوصول إليه في 11 يوليو 2016.
  • هوفمان س. 2002، ما وراء اليورانيوم: رحلة إلى نهاية الجدول الدوري ، تايلور وفرانسيس ، لندن، ISBN 978-0-415-28495-0 . 
  • بادمانابهان ت. 2001، الفيزياء الفلكية النظرية ، المجلد 2، النجوم والأنظمة النجمية، مطبعة جامعة كامبريدج ، كامبريدج، ISBN 978-0-521-56241-6 . 
  • باريش آر في 1977، العناصر المعدنية، لونجمان، لندن، رقم ISBN 978-0-582-44278-8 
  • Podosek FA 2011، "الغازات النبيلة"، في HD Holland & KK Turekian (المحرران)، الكيمياء الجيولوجية النظيرية: من أطروحة الكيمياء الجيولوجية ، Elsevier، أمستردام، ص 467-492، ISBN 978-0-08-096710-3 . 
  • ريموند ر. 1984، من الفرن الناري: تأثير المعادن على تاريخ البشرية، ماكميلان أستراليا، ملبورن، ISBN 978-0-333-38024-6 
  • ريدر د. 2010، الكيمياء في الفضاء: من المادة بين النجوم إلى أصل الحياة ، وايلي-في سي إتش، وينهايم، ISBN 978-3-527-32689-1 . 
  • Russell AM & Lee KL 2005، العلاقات بين البنية والخصائص في المعادن غير الحديدية، John Wiley & Sons، Hoboken، New Jersey، ISBN 978-0-471-64952-6 
  • ستريت أ. وألكسندر دبليو. 1998، المعادن في خدمة الإنسان، الطبعة الحادية عشرة ، كتب بنغوين، لندن، رقم ISBN 978-0-14-025776-2 
  • ويلسون أيه جيه 1994، الصخرة الحية: قصة المعادن منذ أقدم العصور وتأثيرها على الحضارة النامية ، دار وودهيد للنشر، كامبريدج، رقم ISBN 978-1-85573-154-7 
يحتوي موقع Wikiquote على اقتباسات متعلقة بـ المعدن .
ويكي مصدر لديه نص 1879 American Cyclopædia مقالة - سلعة معدنية .
  • الموقع الرسمي لـ ASM International (المعروفة سابقًا باسم الجمعية الأمريكية للمعادن)
  • الموقع الرسمي لجمعية المعادن والفلزات والمواد
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Metal&oldid=1258380470"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate