موضوع متكامل حول المعادن...

المعادن

. Iتعريف المعدن:

يمكن تعريف المعدن بانه جسم بسيط يمتلك خاصية المعادن وهو ناقل للحرارة و الكهرباء يمتاز بالصلابة في درجات الحرارة العادية ما عدا الزئبق الذي يعتبر المعدن الوحيد الذي يكون في حالة سائلة في درجات الحرارة العادية ،و يمتاز المعدن على العموم باتجاه شاردة موجبة و بخصائص ميكانيكية و فيزيائية منها:قابلية التصفيح و التسليك و التمدد و الصلابة ...الخ.

. IIمصدر المعدن:

تأتي معظم المعادن من الصخور المنجمية سواء من أعماق الأرض او أعماق البحار و أيضا ما هو على سطح الأرض ،و هناك معادن أخرى تسمى بالخلائط و نتحصل عليها بواسطة تقنيات المزج بين المعادن بعد التنقية والتصفية و ذلك تحت درجات حرارة و نسب مؤوية محددة .اما الصخور المنجمية التي تتوفر على نسب معتبرة من المعادن هي عبارة عن مواد تتكون عامة من الأملاح كالكبريتات و تتواجد في أعماق الأرض على العموم ،و منها ما يحتوي على الحديد ،النحاس ،الزنك،الكربون،الذهب،النيكل،الفضة،البلاتين.

. III الاستخلاص والاستخراج:

ان اكتشاف الإنسان للنار نتج عنه اكتشافه للمعادن حيث انشأ المناجم لاستخراجها و كان هذا سنة 7000ق.م حيث اكتشف النحاس و شرع في استخلاصه من صخرة تسمى ملاكيت Malachite صيغتها الكيميائية(Cu2(CO3[OH]2)) ،وقد نتج عنه ما يسمى بعلم المعادن وهو مجموع التكنولوجيات التي تعنى باستخلاص و تنقية المعادن ودراسة خصائصها.

. IVالخصائص العامة للمعادن:

1. الانصهارية:وهي الجودة التي تمتلكها المعادن التي لها القدرة على التحول من الحالة الصلبة الى الحالة السائلة تحت درجة حرارة معينة.
و تسمى درجة الحرارة عند بداية لذوبان بنقطة الانصهار و لها جانب تطبيقي هام ،مثلا"الرصاص والقصدير" هما معدنين نقطتي انصهارهما منخفضة لذا يستعملان كلحام في الإلكترونيك علة عكس التنغستن فهو معدن يتحمل درجة حرارة عالية لذا فهو يستخدم في صناعة المصابيح الكهربائية حيث تقدر نقطة انصهاره ب:3640 م.
كما ان معدن الغليوم يذوب في اليد.
2. التمدد: قابلية المعدن للتمدد هي انه يصير اقل قطرا ليصبح على شكل سلك معدني مثل:أسلاك الكهرباء و الهاتف.
3. التصفيح :قابلية المعدن للتصفيح هي انه يصير اقل سمكا ليصبح صفيحة او رقاقة و هذا تحت تأثير ضغط او صدمة مثل :الطرق.
4. الناقلية الكهربائية والحرارية:هي قدرة المعدن على نقل الشحنات الكهربائية او الحرارة و يعتبر معدن الفضة أحسن ناقل للحرارة والكهرباء و النحاس في المرتبة الثانية.
5. الكثافة: يقصد بها الكتلة النوعية للمعدن و هي حاصل قسمة كتلة حجم معين من المعدن على نفس حجمه من الماء في الشروط النظامية كـ = ك معدن/ ك الماء (نفس الحجم).
و تصنف المعادن حسب الكثافة الى :
* معادن خفيفة: كثافة اقل من 3 حيث ان الليثيوم هو اخف معدن.
* معادن ثقيلة: كثافة أكثر من 10 حيث ان ايريديوم هو أثقل معدن.
ان المعادن الأكثر استعمالا هي التي تملك كثافة تعادل 8.
6. التلحيم: هي خاصية ضم القطع المعدنية بخليط من المعدن نفسه مع معدن آخر مناسب بنسب معينة و في درجة حرارة اقل من درجة انصهار المعدن المراد ضم قطعه.
7. التماسك: مقاومة الشد و الضغط والقص.
8. الصلابة :هي مقاومة المعدن استعمال الأدوات عليه،و العوامل الخارجية المؤثرة فيه مثل:الخدش .
9. المرونة: هي خاصية التأثير على قطعة معدنية و بعد اختفاء سبب التأثير تعود الى حالتها الأولى.
10الهشاشة وقابلية الانكسار:هي تأثر المعدن بفعل الصدمات و ينكسر بسهولة.

المبحث الثاني: المعادن غير الحديدية

. I المعادن الصافية :

1. النحاس: رمزه الكيميائي Cu .
يمتلك النحاس معامل قوي للتمدد والتصفيح غير ان استعمالاته محدودة فهو يفتقد للصلابة ،لذا يخلط مع الزنك للحصول على النحاس الأصفر الذي يتميز بالصلابة.
2. الزنك: رمزه الكيميائي Zn .
اكتشف في الصخور المختلطة بالنحاس و المسماة كبريتات الزنك و التي تسمى كذلك الصخور المدرعة و هو احد خلائط النحاس الأصفر .
3. الرصاص:رمزه الكيميائي Pb .
عرف الرصاص منذ القدم فاستعمله المصريون في الحليات و المرايا ،و من خصائصه انه يتحدى الوقت حيث العناصر التالية :ماء وغاز وكربون المتواجدة في الطبيعة تكسبه غطاء يحميه بفعالية فائقة .
4. القصدير :رمزه الكيميائي Sn .
هو معدن له لون مائل الى البياض نجده في الصخور المنجمية على شكل أكسيد القصدير OSn حيث يمكننا تحويله الى أوراق صغيرة السمك ،و يستعمل في صناعة المرايا و تغليف المواد الغذائية ...
5. النيكل: رمزه الكيميائي Ni .
هو معدن لونه ابيض يميل الى الرمادي يتواجد في الطبيعة في تركيبة الكبريت او الزرنيخ الكبريتي ،يستعمل بكثرة في التحليل المائي و الكهربائي و يستعمل في صناعة النقود .


6. الكروم : رمزه الكيميائي Cr .
هو معدن ابيض اللون صلب و لا يتأكسد اكتشف سنة 1797 من طرف كيميائي فرنسي،و يستعمل في صناعة مدرج الكريات و أدوات الجراحة .

. IIخلائط المعادن:

1. تعريف الخليط: هو الناتج المتحصل عليه بإذابة مزيج من معدنين او أكثر وتكون هذه المعادن معلومة و بنسب محددة .
2. مركبات الخلائط :
ان خصائص الخلائط تتعلق بطبيعة و خصائص مركبات هذا الخليط و كذلك بنيتها الفيزيائية حيث توجد على شكل بلوري .
و للخلائط ثلاث أنواع تركيبية:
• التركيبة غير المتجانسة .
• التركيبة المتجانسة .
• التركيبة المركبة حيث يكون جزء منها ممزوج و الآخر مركب.
3 . أمثلة عن الخلائط :
خلائط النحاس :
البروز:هو خليط من معدنين هما: النحاس و القصدير حيث تكون نسبة القصدير اقل من 20% و يأخذ ثلاثة ألوان : الأصفر ،الأحمر ،الأبيض و ذلك حسب نسبة القصدير الداخلة في الخليط ،نقطة انصهاره تقارب 900م° ومن بين استعمالاته صناعة القطع المعدنية قليلة التأكسد مثل :المضخات و يقاوم الاحتكاك.
النحاس الأصفر:هو خليط يتكون من معدنين هما : النحاس و الزنك حيث نسبة الزنك تتراوح ما بين 30% و 50% ،يتخذ اللون الأصفر و يكتسب خصائص فيزيائية منها:
- قابلية التمدد و التصفيح
- قليل الأكسدة.
و يستعمل في صناعة قطع التلفاز و المذياع و صناعة البراغي و اللوالب و يدخل في صناعة اللحام مثل لحام الفضة .
المايشور :هو خليط يتكون من النحاس ،الزنك،النيكل وله لون فضي من خصائصه الفيزيائية انه لا يتأكسد ،قابل للتمدد و التصفيح و ناقل رديء للحرارة و الكهرباء.و يستعمل في صناعة الآلات الدقيقة و قطع الحليات و الأشياء الفنية.
برونز الألمنيوم:هو خليط معدني يتكون من النحاس والألمنيوم حيث تكون نسبة الألمنيوم 10% له لون اصفر ذهبي ،من خصائصه الفيزيائية انه يأخذ شكل القوالب و لا يتأكسد و يستعمل هذا المعدن خاصة في صناعة آلات الكتابة والخياطة.
النحاس الأبيض: هو خليط يتكون من النحاس و الزنك و الزرنيخ يستعمل في صناعة الأواني المنزلية خاصة.
خلائط القصدير:
يمكن للقصدير ان يمتزج مع الرصاص و النحاس و الزنك.
خلائط الزنك:
يمكن للزنك ان يمتزج مع النحاس مشكلا بذلك النحاس الأصفر كما يمكنه ان يرتبط بالمعادن التالية :
نحاس + ألمنيوم + حديد + نيكل او مغنيزيوم مشكلا بذلك النحاس الأصفر الخاص. حيث يستعمل هذا الأخير في الميكروميكانيك و الطيران.
مقارنة الخلائط مع المعادن الصافية:
وظف علماء المعادن الخلائط لإدراك النقص و العيوب الموجودة في المعادن الصافية و ذلك في الخصائص الفيزيائية و الميكانيكية لهذه المعادن خاصة ضعف الصلابة و التماسك و أيضا بالنسبة للانصهارية و اللون والمقاومة و الانقطاع.


المبحث الثالث: المعادن الثمينة

. Iالذهب

1. تاريخ الذهب:

عرف الذهب منذ القديم فظهر في العصر " النيو ليتي" في شرق البحر الأبيض المتوسط في شكل حليات و قبب المقابر حيث أطلق عليه باللاتينية الفجر اللامع auror eclatant ،كما ان هذه الشعوب اختلفت في استعماله و توظيفه فمنهم من يعبده ومنهم من شن حروبا وأباد شعوبا مثل شعب الهنود القدامى لأنهم استحوذوا على كميات كبيرة من الذهب في القرن الرابع عشر ميلادي لكنه الآن أصبح يستعمل في مجالات عديدة منها صناعة الحلي.

2. مصدر الذهب:

يتواجد الذهب في الطبيعة في الحالة الخامية إما حرا في حالة معدن نقي او ممزوجا مع معدن الفضة و معدن تلور tellure ذو اللون الأبيض المزرق .
و يتواجد الذهب أيضا بنسب قليلة مبعثرا في الطبيعة ،اما في أعماق الأرض فنجده بنسب متوسطة تعادل 1سغ في الطن الواحد،كما نجده في مياه البحار بنسبة 1مغ على 2مغ في 1م3 من الماء،و يستخرج من الصخور المنجمية بنسب ضئيلة جدا وتسمى هذه الصخور minerais.

3. طرق استخلاص الذهب :هناك طريقتان لاستخلاصه :

• الطريقة القديمة :
استعملت أولا في أمريكا بطريقة الغربلة حول الأنهار و الوديان حيث تعتمد على تفرقة الجزيئات الصغيرة من الذهب عن الرمال ،و استعملت أيضا طريقة قاذفة المياه و التي تحول الصخور الى مسحوق دقيق جدا يفرز منه الذهب الخالص،كما توجد طريقة أخرى تعتمد على ثقل المعدن حيث يتم استخراج الصخور المنجمية ثم تسحق وتفتت ويوضع المتحصل عليه في حوض مائي فيتفرق المعدن عن المواد الأخرى كالتربة وذلك بفعل كثافة الذهب العالية التي تجعله يسقط في قاع الحوض .

• الطريقة الحديثة:
ان الطريقة الأكثر استعمالا الآن هي طريقة تكسير الصخور المنجمية بالألغام وبعدها تسحق وتغمر في الماء فنحصل على أوحال و بقايا السحق تأخذ المتحصل عليه و نضعه فوق طاولة نحاسية ونضيف إليه كمية من الزئبق الذي يلعب دور المثبت للذهب فنحصل على مزيج من معدنين يمكننا تفرقتهما بواسطة التقطير حيث نسخن المزيج جزئيا و بعد ذلك نميع الغاز المتحصل عليه فتعطينا هذه العملية بقايا نضيف إليها حمض سيندريك فينتج عن ذلك ذهب خالص.

4.خصائص الذهب:

أ . الخصائص الكيميائية :

• رمزه الكيميائي Au .
• عنصر كيميائي رقم 79.
• كتلته الذرية مساوية لـ:196.96 غ.
• بناؤه بلوري مكعب .
• درجة انصهاره تقارب 1064 م° .
• لا يتأثر بالعوامل الطبيعية مثل الهواء والماء.

ب . الخصائص الفيزيائية والميكانيكية:

• لون اصفر براق .
• كثافة تساوي 19.3 .
• من أحسن النواقل للحرارة والكهرباء.
• صلابة تقدر بـ2.5 .
• قابل للتصفيح حيث يمكن ان نصل الى صفيحة سمكها 1/10000 مم.
• قابل للتسليك حيث ان 1غ يمكن تحويله الى سلك طوله 3500 م.


. IIالفضة :

1. تاريخ الفضة :

ينتمي معدن الفضة الى عائلة المعادن الثمينة حيث يرجع تاريخه الى أولى السلالات المصرية القديمة 3500 سنة قبل الميلاد ،حظي بعناية خاصة لاستعماله كعملة نقدية في التبادلات التجارية.

2. مصدر الفضة :

يوجد على سطح الأرض مبعثرا وهو جد نادر ،ويوجد في المياه ذات التركيز المتساوي للكلوريد بنسبة 10غ/ل،وتوجد الفضة في الطبيعة في ثلاث مجموعات هي:
• الفضة النقية :تتواجد بكميات قليلة غالبا ما تكون ممزوجة بالذهب.
• الفضة الكبريتية:تتواجد في الصخور الموجودة في أعماق البحار.
• الفضة الموجودة في الصخور المنجمية الهالوجينية:و الهالوجين هو جسم من عائلة الكلور،فليور،بروم حيث يرتبط بهم معدن الفضة و تواجد هذا النوع على سطح الأرض.

3 .خصائص الفضة:

أ . الخصائص الكيميائية :

• رمزه الكيميائي Ag.
• كتلته الذرية 107.86 غ.
• عنصر كيميائي رقم 47.
• بناؤه بلوري مكعب .

ب . الخصائص الفيزيائية والميكانيكية:
• لون ابيض براق .
• كثافة تساوي 10.5.
• أفضل ناقل للحرارة والكهرباء.
• درجة انصهاره تساوي960م°.
• قابل للتصفيح والتسليك.

. IIIالبلاتين:

1. استعمالاته:

ان معدن البلاتين اقل استعمالا من الذهب والفضة في صناعة الحلي لكنه نادر وباهض الثمن بسبب نقاوته وصفاته ولمعانه كما يستعمل في صناعة المزهريات، البوتقات و الآلات الدقيقة ويستعمل في مجال الطب .

2. خصائص البلاتين:

الخصائص الكيميائية:

• رمزه الكيميائي Pt.
• عنصر كيميائي رقم 78.
• كتلته الذرية تساوي 195.09 غ.
• بناؤه البلوري مكعب .

خصائصه الفيزيائية والميكانيكية:

• لون ابيض رمادي براق .
• كثافة تساوي 21.5.
• من أحسن المعادن ناقلية للحرارة والكهرباء.
• درجة انصهاره 1735 م°.
• قابل للتصفيح والتسليك.
• صلابة جد عالية .
3. إضافات :

• لا يتأكسد في أي درجة حرارة.
• لا يتمدد بسهولة عند تسخينه .
• اشد كثافة من الذهب و يقاوم التآكل.
• في صناعة الحلي يمزج البلاتين مع معدنين فقط هما Ruthénium و Iridium لزيادة الصلابة .

. IVالنحاس :

1.تاريخ النحاس :

اكتشف النحاس و استطاع ان يصنع به مادة صلب الحديد منذ حوالي 7000 ق م ، وفي سنة 4000 ق م شرع في استخلاص النحاس من صخرة تسمى ملاكيت صياغتها الكيميائية و(Cu2(CO3[OH]2)) و استعمل في إنتاج البرونز الذي صنعت منه الأواني و التحف الفنية.

2. مصدر النحاس:

يتواجد في الطبيعة في الحالة النقية او يكون مرتبط مع أجسام مختلفة خاصة الكبريت و نجده في طبقات الأرض و يستخرج من الصخور المنجمية .

3. خصائص النحاس :

الخصائص الكيميائية :

• رمزه الكيميائي Cu.
• عنصر كيميائي رقم 29.
• كتلته الذرية مساوية ل 63.54غ.

الخصائص الفيزيائية والميكانيكية:

• لون احمر مائل للون الأسمر.
• كثافة تساوي 8.96.
• أحسن معدن ناقل للحرارة و الكهرباء بعد الفضة .
• درجة انصهاره تقارب 1083.م° .
• قابل للتصفيح والتسليك.
• يفتقد الصلابة.

4.إضافات:

• لا يفسد بتأثير الماء و بخار الماء.
• يدخل في عدة خلائط منها النحاس الأصفر ،الذهب ، الفضة، البرونز،برونز الألمنيوم.
المبحث الرابع:التلوين بالميناء و الترصيع بالمرجان

. Iالميناء:

1. تاريخ الميناء:

ان كلمة email تعني اللون الأزرق ،استعمل في القرن الأول بعد لميلاد في الفخار و لم يستعمل على المعادن الا بعد بداية القرن الخامس للميلاد و ذلك بطريقة سميت بـ :champ levé حيث كانت تعتمد على وضع ثقوب على سطح الشيء المراد تزيينه بالطلاء الزخرفي و ملا تلك الثقوب بمسحوق و من بعد ذلك وضعه في الفرن و نتحصل بعد ذلك على تحفة مزينة .
وفي القرن الثالث و الرابع صنعت مزهريات من البرونز المزينة بالطلاء الزخرفي و كانت قطع فريدة من نوعها .
ان صياغة الحلي المطلي بـ:الميناء كان شائعا بالمغرب العربي في ثلاثة مناطق :
- القبائل الكبرى بالجزائر خاصة منطقة ايت يني حيث يستعملون بكثرة الألوان التالية :الأصفر و الأخضر والأزرق.
- في جزيرة جربة و مقنين بتونس يستعملون اللون الأحمر.
- في تيزنيت بالمغرب الأقصى استعملوا اللون الأصفر و الأخضر.
- و في عصرنا الحالي بعد رحيل اليهود فان ورشات العمل في مقنين و جربة قد أصبحت مغلقة و توقف إنتاجها بينما في المغرب الأقصى نقص الإنتاج ،اما في القبائل الكبرى الجزائرية حافظت على تقنية الطلاء الزخرفي و لم نتخلى عنه.

2. مصدر الميناء:

لمدة طويلة كان الطلاء الزخرفي الأزرق يستورد من تونس على شكل قريصات دائرية في حين كانت الألوان الأصلية الأخضر و الأصفر تستخرج من سحق حجارة اللؤلؤ المصمت المسمى النمل و كان يجلب من مورانو MURANO اما الآن تستورده القبائل الكبرى من فرنسا مباشرة او على مستوى مؤسسة AGENOR الموجودة في ثلاث مناطق من الوطن : الجزائر ،قسنطينة و وهران.
ان الطلاء الزخرفي email هو شبيه بالحبيبات الرملية و لتحصيل ألوانه يكفي إضافة مؤكسدات مناسبة لكل لون.

3. مفهوم الميناء كيميائيا:

اذا أردنا ان نعرف الميناء من الناحية الكيميائية هو تلك الخلاصة الذروية (صفة مسحوق ) التي تتركب عامة من :
• رمل سيليسي .
• مينيوم.
• بوتاس.
• سود (كاربونات الصوديوم).
ان هذه المادة أي email يصبح شفافا لامعا عند تعريضه الى الحرارة تفوق 800م° .

4. تحضير ألوان الميناء:

من اجل تحضير الألوان يلزمنا مؤكسدات مناسبة هي كلالتي :
• نستعمل أكسيد الكروم من اجل اللون الأخضر القاتم translucide .
• نستعمل أكسيد الكوبالت من اجل اللون الأخضر Opaque .
• نستعمل بيوكسيد النحاس من اجل اللون الأزرق Translucide .
• نستعمل كرومات الرصاص من اجل اللون الأصفر Opaque .
Translucide :هي خاصية اللون الذي يسمح للضوء بالمرور من خلاله ويعطي لمعانا واضحا.
Opaque :هي خاصية اللون المكثف الذي لا يسمح للضوء بالمرور من خلاله.

5. تصفية الميناء :

ان الميناء يوجد على شكل مسحوق و قبل استعماله يلزمنا تصفيته من بعض الشوائب و التي تلاحظ خلال مزجه بالماء (طبقة بيضاء معكرة)و المراحل كالآتي:
• نضع المسحوق في ملاط (نوع من الإناء الفخاري ) (mortier) نضيف قليلا من الماء ثم نسحق الكل بمدق (pilon en agate) فنحصل على طلاء جد رطب .
• نضع هذا الطلاء في كاس ثم نملأه بالماء و نمزجه جيدا ثم نترك المحتوى يهدا فيترسب الطلاء في الأسفل و نتخلص من الماء بواسطة محقنة ،بحيث نعيد العملية ستة مرات بعد ذلك نضيف خمسة قطرات من حمض النتريك و نتركه يتفاعل لمدة دقيقة مع الطلاء و نضيف بعد ذلك الماء و نحرك المزيج بواسطة أداة من الزجاج ونكرر العملية ستة مرات.
• نضيف الماء المقطر و نحرك جيدا مع الميناء و نقوم بنفس العملية السابقة ستة مرات و هكذا نتحصل على ميناء رطب قابل للاستعمال.

6. الطهي في الفرن:

بعد وضع الميناء في الأماكن المختارة في الحلي و ذلك بواسطة ريشة خاصة نذهب به الى فرن خاص حيث يوجد بعض الميناء الصلبة التي تطهى في درجة تقارب 950م° و أخرى متوسطة الصلابة تطهى في درجة تتراوح ما بين 750م° و 800م° و هذه الأخيرة هي التي تستعمل بكثرة.
ان زمن طهي email يتحدد بعوامل التالية:
• صلابة الميناء .
• سمك القطعة المطلية.
• درجة حرارة الفرن.
عندما تنتهي عملية الطهي نخرج القطعة من الفرن و نتركها تبرد.

7. التنبؤات:

• لمعان الميناء .
• شفافية الميناء.
• وحدة الميناء.
• صلابة الميناء.
ملاحظة:من الأفضل استخدام معادن تكون درجة انصهارها اكبر من درجة طهي الميناء و هذا لتجنب ذوبان القطع المعدنية مثل الفضة معيرة ،فضة معايرة وذهب قيراط 18...