أنواع المعادن في الجدول الدوري

عندما تفكر في كلمة "معادن" ، فمن المرجح أن تفكر في الأشياء اليومية ووظائفها كما تفكر في الكيمياء أو أي شيء آخر متعلق بالعلوم. معظم الآلات والعديد من الهياكل ، على سبيل المثال ، مصنوعة من واحد من أكثر من المعادن بسبب المتانة والصلابة التي توفرها هذه المواد. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقييم بعض المعادن لمظهرها ، وتكلف قدرًا كبيرًا من المال لكل وحدة كتلة ويتم تصنيفها حرفيًا على أنها "معادن ثمينة" ؛ ربما يكون الذهب والفضة أشهر الأمثلة.

لكن المعادن تمثل أيضًا أحد الأنواع الثلاثة للعناصر في الكيمياء ، والنوعان الآخران هما اللافلزات والفلزات. تمثل المعادن في الواقع غالبية العناصر في الطبيعة ، على الرغم من أنك من المحتمل أن تكون قد سمعت عن جزء صغير منها فقط. قبل استكشاف خصائص المعادن ، من المفيد أن تفهم فقط ما هو معروف بمصطلح "عنصر" وكيف يتم استخدام الجدول الدوري لهيكلة العناصر الموجودة على الجدول.

في الحياة اليومية ، "العنصر" هو أحد مكونات الكل. للكلمة تعريف مشابه ولكنه أكثر صرامة في الكيمياء: العنصر هو شيء مصنوع من نوع معين من الذرة. لا يمكن تقسيمها إلى مكونات أبسط باستخدام الأدوات الكيميائية اليومية. اعتبارًا من عام 2018 ، حدد الكيميائيون 92 عنصرًا طبيعيًا ، إلى جانب 11 عنصرًا غير مستقر تم إنشاؤها في ظروف المختبر. يوجد عنصر معين كمادة صلبة أو سائلة أو غازية في شكلها الأصلي.

الذرة بدورها عبارة عن مجموعة ميكروسكوبية من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في بعض التوليفات. يتكون الهيدروجين ، أبسط ذرة ، من بروتون وإلكترون فقط. يحتوي اليورانيوم ، وهو الأكبر حجمًا ، على 92 بروتونًا و 92 إلكترونًا و 146 نيوترونًا في أحد نظائره. تحتوي الذرة عادةً على نفس عدد البروتونات التي تحمل شحنة موجبة والإلكترونات التي تحمل شحنة سالبة متساوية الحجم. عدد النيوترونات ، التي تشكل مع البروتونات نوى الذرات وليس لها شحنة كهربائية ، تقريبي عدد البروتونات إلى حد ما ، على الرغم من ارتفاع حجم العناصر ، تميل النيوترونات إلى تفوق عدد البروتونات إلى عدد أكبر وأكبر مدى.

الجدول الدوري للكيمياء هو ما هي قائمة المكونات المفهرسة في كتاب الطبخ. أي مركب كيميائي لديك أو يمكنك التفكير فيه ، كبير أو صغير ، يمكن اختزاله إلى مجموعة من العناصر الموجودة في الجدول الدوري.

تم ترتيب العناصر الـ 113 في هذا الجدول بترتيب تصاعدي حسب العدد الذري. هذا الرقم هو مجرد عدد البروتونات التي يمتلكها العنصر. إذا تغير هذا الرقم ، تتغير هوية العنصر. هذا لا ينطبق على النيوترونات أو الإلكترونات. تسمى اختلافات العنصر التي تحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات النظائر من هذا العنصر ، في حين أن العنصر الذي يحتوي على إلكترونات أكثر أو أقل من عدد البروتونات به يسمى بـ أيون ويحمل شحنة كهربائية موجبة أو سالبة.

حصل الجدول الدوري على اسمه لأنه يتضمن فئات من العناصر التي تكرر نفسها بشكل دوري ومتوقع. عندما تنظر إلى جدول دوري (انظر الموارد للحصول على مثال تفاعلي) ، يمكنك أن ترى ذلك تحتوي على بعض الفجوات الغريبة في الصفوف في الجزء العلوي ولكنها تختفي مع الأرقام الأعلى عناصر. هذا لأن العناصر لم يتم ترتيبها فقط بناءً على العدد الذري ؛ لقد تم تقسيمها إلى أنواع بناءً على خصائصها الذرية والكيميائية المختلفة.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، يمكن تجميع العناصر في المعادن و اللافلزات، ولكن هناك ثلاث مجموعات عناصر تقليديًا: المعادن واللافلزات و الفلزات. كما يوحي اسم "الفلزات" ، فإن هذه العناصر لها خصائص شبيهة بالمعادن وغير معدنية.

هناك أيضًا ثلاثة أنواع أساسية من المعادن: الفلزات القلوية والمعادن الأرضية القلوية والمعادن الانتقالية. تشمل المعادن الانتقالية عددًا من الفئات الفرعية الخاصة بها ، والتي سيتم وصفها لاحقًا.

العناصر المصنفة بشكل صارم على أنها غير فلزية قليلة العدد بشكل مدهش ، مع وجود سبعة منهم فقط (H ، C ، N ، O ، P ، S ، Se) منقطة في الجدول الدوري. ومع ذلك ، فإن هذا التصنيف يستبعد المواد اللافلزية التي اكتسبت فئاتها الخاصة ، بما في ذلك الفئات الخمس الهالوجينات (F، Cl، Br، I and At) وستة غازات نبيلة (هو ، ني ، أر ، كر ، إكس ، رع).

نظرًا لوجود سبعة أشباه فلزات و 18 نوعًا من اللافلزات (سبعة لا فلزات في حد ذاتها ، وستة غازات نبيلة وخمسة هالوجينات) ، تم تصنيف 88 عنصرًا من 113 عنصرًا في الجدول الدوري على أنها نوع من أنواع فلز. في حين أن هذه تتفاوت بشكل كبير في خصائصها ، تشترك المعادن في عدد من الخصائص.

المعادن صلبة في درجة حرارة الغرفة مع استثناء ملحوظ للزئبق ، وهو سائل يستخدم في موازين الحرارة القديمة. لها بريق ، مما يعني أنها تعكس الضوء ، وهي خاصية تمنحها غالبًا قيمة (مثل النحاس والفضة). إنها مرنة ، مما يعني أنه يمكن تشكيلها جسديًا إلى صفائح رقيقة دون كسر. عادة ما تكون صلبة ، على الرغم من أن البوتاسيوم والصوديوم ، اللذين يعملان كأيونات نشطة بيولوجيًا في مجرى الدم البشري ، يمكن قطعهما بسكين عادي. إنها مطيلة ، وهي طريقة خيالية للقول إن المعادن يمكن تحويلها إلى أسلاك ؛ هذه الخاصية مريحة لأن معظم المعادن هي موصلات جيدة للكهرباء والحرارة ، مما يجعلها ضرورية للتطبيقات الصناعية الحديثة. الموصلية الخاصة بهم هي نتيجة لامتلاك إلكترونات غير مرتبطة بإحكام بالنواة. أخيرًا ، عادةً ما تكون المعادن كثيفة (أي أن لها كتلة عالية لكل وحدة حجم) ، ولها نقاط غليان وانصهار عالية. يتميز التنغستن بنقطة انصهار عالية بشكل غير عادي ، وليس من قبيل المصادفة أن هذا العنصر يستخدم على نطاق واسع في خيوط المصباح الكهربائي.

الفئات الثلاث للمعادن هي الفلزات القلوية ، الفلزات القلوية الأرضية و الفلزات الانتقالية. ترتيب الجدول الدوري مفيد للحفاظ على هذه المجموعات مجمعة عن كثب ؛ الفلزات القلوية هي العناصر الستة الموجودة مباشرة تحت الهيدروجين (H) في العمود أقصى اليسار من الجدول ، والذي يسمى IA. الفلزات القلوية الترابية هي "الجيران" الستة للمعادن القلوية على الطاولة ، وتحتل كل عمود IIA.

تحتل المعادن الانتقالية الأعمدة من الثالث إلى الثاني عشر والصفوف من 3 إلى 6 في الجدول الدوري ، ليصبح المجموع 40 عنصرًا. 14 اللانثانيدات (العناصر من 58 إلى 71) والعناصر 14 الأكتينيدات (العناصر من 90 إلى 103) تعتبر معادن أرضية نادرة. أخيرًا ، في معظم المخططات ، تعتبر ثمانية عناصر معادن غير محددة بطريقة أخرى ، وبذلك يصبح المجموع الكلي عدد المعادن إلى 6 (قلوي) + 6 (أرض قلوية) + 40 (انتقالي) + 28 (أرض نادرة) + 8 (غير محدد) = 88.

هذه العناصر السبعة ذات الخصائص الشبيهة بالمعادن والخصائص غير المعدنية تشغل أجزاء من الصفوف من 3 إلى 6 في الجدول الدوري ، وتشمل:

• ب
  
• سي
  
• Ge
  
• مثل
  
• سب
  
• تي
  
• بو

هذه المواد صلبة في درجة حرارة الغرفة ومفيدة في مجال تكنولوجيا أشباه الموصلات ، وغالبًا ما تتشكل سبائك، أو معادن مركبة ، مع عناصر معدنية أخرى.