إن المعادن من أكثر المواد المستخدمة في التطبيقات الميكانيكية في أي نوع من أنواع الصناعات، ولقد اتجه علم المعادن التقليدي اتجاه بعيد جدًا وذلك في مساعدة المصممين بمجموعة كبيرة جدًا من المعادن ذات الأداء العالي.

هناك العديد من الطرق المختلفة التي تجعل المعادن أكثر قوة مثل تصليب بالتشغيل وصناعة السبائك، وكذلك تصليد بالتشتت وما إلى ذلك، وانه يمكن تحسين خواص العديد من المعادن بشكل كبير.

وذلك من خلال إضافة كميات صغيرة إلى حد ما من الكميات الثانوية والتي عادا ما تكون على شكل جسيمات وأسلاك وأنابيب ثانوية، ومن هنا سوف نتناول موضوع المعادن بشكل مفصل من حيث التعرف على المعادن وأنواعها وخواصها واستخدامها وكذلك أهم المعادن التي تنجذب للمغناطيس.

ما هي المعادن وتعريفها

يمكن أن يتم تعريف المعادن أنها عبارة عن مجموعه مواد كيميائية متوفرة على الأرض بشكلها الطبيعي، وتكون عادًا على شكل مواد صلبة لدرجات الحرارة وأيضًا في الضغط القياسيين وتعد المعادن ذات تركيب كيميائي معين تترتب ذراتها على شكل بلورات.

كما تعتبر المعادن أيضًا مواد ليست عضوية وتتوفر بشكل طبيعي في الطبيعة دون أي تدخل من الإنسان، ومن هذه المعادن: مثل الفولاذ الذي يتصنع على هيئة سبائك وكذلك اللؤلؤ والخشب وهما ناتجين أيضًا من عمل الكائنات الحية. كما تنتشر هذه المعادن على الأرض في مختلف البيئات الطبيعية والجيولوجية، كما يمكن وجودها أيضًا في البحيرات والبراكين والصخور وكذلك في المحيطات.

و على الرغم من انه تتميز المعادن بالعديد من الخصائص التي تشكل هويتها وخواصها وصفاتها ألا انه وجد في الطبيعة بعض المعادن التي تعتبر شاذة في خواصها عن خواص المعادن الأساسية الأخرى، ومنها على سبيل المثال الزئبق حيث يعتبر الزئبق من المعادن ولكنه يتواجد في الحالة السائلة في درجة حرارة الغرفة.

ما هي خصائص المعادن

هنا نوضح أن المعادن تمتاز بالعديد من الخصائص التي تجعلها مختلفة، وهي اللمعان أو ما يعرف بالبريق، وتعمل على عكس الألوان أو تعمل على امتصاصها.

ومن الخصائص التي تميزها أيضًا المغناطيسية، تتميز بالتوصيل الكهربائي وتميزها بالصلابة، الوزن النوعي وقابلية الانقسام.

تصنيف المعادن

إننا نقوم بتصنيف المعادن بشكل أساسي معتمدين على خواصها الفيزيائية التي تتمثل تركيب بلوراتها بالإضافة إلى أهم خصائصها الكيميائية التي تتمثل بتركيبها الكيميائي، وذلك إلى مجموعة من الفئات الرئيسية وهي:

أولًا: العناصر الأصلية المعادن الفلزية

تعد هذه المعادن مشتركة من حيث بنياتها البلورية المتماثلة أي أنها تشترك في بنيتها البلورية، بالإضافة إلى ذلك فالمعادن الفلزية تمتلك خواص فيزيائية متماثلة مثل المطاوعة والمرونة والتوصيل الكهربائي واللمعان ومن هذه المعادن الفلزية النحاس والفضة والذهب.

ثانيًا: أشباه المعادن

 تمتاز هذه المعادن ببساطة التركيب البلوري لها بالإضافة إلى ذلك أنها هشة وتتميز بالعديد من الخواص التي تتوسط بين خواص المعادن الفلزية والمعادن الفلزية، مثل قدرة أشباه المعادن المنخفضة على توصيل كل من الكهرباء والحرارة ومن أمثال أشباه المعادن معدن الأنتيمون والزرنيخ.

ثالثًا المعادن اللافلزية

 تتميز باختلاف خواصها وصفاتها كليًا عن المعادن الفلزية مثل لها: الكبريت والألماس والجرافيت، والتي تمتلك جميعها وتتكون تركيبات كيميائية مختلفة التي تميز في اختلاف صلابتها ووزنها النوعي وجاذبيتها مثل الأكسيد والهيدروكسيدات والكبريتيدات والسلفوساك وسيليكات والكبريتات والفوسفات والنترات والبورات وهاليدات وكربونات.

المعادن التي يجذبها المغناطيس

تعريف المغناطيس يسمى المغناطيس بالماجنت: وهو يعتبر نوع من أنواع الحجارة الموجودة بشكل كبير ومتوفر وطبيعي. كما انه يتميز ويختص هذا النوع من الحجارة بخاصية قوة جذب لبعض المعادن وهذه القوة تسمى بقوة الجذب المغناطيسية وسبب تلك الخاصية المتفردة أنه تمت ملاحظته واكتشافه منذ الزمن القديم.

كما يتكون المغناطيس من قطبين هما القطب الجنوبي والقطب الشمالي، وهذان القطبان يولدان قوة مغناطيسية. كما تتميز هذه القوة المغناطيسية الطبيعية بخاصية الجذب وعدم فقدانه لها مع مرور الوقت، ومن الممكن وبشكل بسيط تصنيع المغناطيس بشكل صناعي من الكوبالت والحديد ألا أنه يوجد بعض الأنواع المصنعة للمغناطيس هذه الأنواع تفقد خصائصها من جوه الجذب مع مرور الوقت.

المغناطيس

مادة يمكن أن تولد حقل مغناطيسي ومن خلالها يمكن أن تنجذب المعادن إليها، ولقد تمكن العلماء في نهاية القرن التاسع عشر على اختبار قدرة كافة العناصر المعروفة، ومعظم المركبات على إظهار الخصائص المغناطيسية.

 وتقسم هذه المواد التي تنجذب إلى المغناطيس إلى نوعان:

• مواد مغناطيسية حديدية: وهذه المواد تنجذب بشدة إلى المغناطيس لذلك يتم استخدامها لصنع المغناطيس المستمر والدائم، ومن أمثلة المواد ذات المغناطيسية الحديدية هي الحديد والنيكل والكوبالت وبعض المعادن النادرة مثل نيوديميوم واسماريوم الجادولينيوم وبعض السبائك الأخرى مثل الصلب السبائك.

• مواد ذات مغناطيسية مسايرة: وهي ما تسمى بـ البارامغناطيسية وهذه المواد تنجذب جدًا للمغناطيس، ولكنها تنجذب بكمية ونسبة بسيطة جدًا بحيث أن هذه النسبة لا يمكن الإحساس بها إلا عن طريق مجموعة من المعدات العلمية الحساسة للغاية ومن هذه المواد ذات المغناطيسية المسايرة الموليبدينوم والتنتالوم والماغنسيوم.

أهم المعادن التي تنجذب للمغناطيس

نجد أن المغناطيس يمكنه جذب بعض أنواع من المعادن وأهم هذه المعادن:

أولًا: معدن الحديد

و هو يقع ضمن قائمة المعادن التي تنجذب بقوة كبيرة جدًا للمغناطيس التي يرجع لتميز ذرات الحديد الفريدة بالعديد من الخصائص، فعند وضع تلك ذرات الحديد في مجال مغناطيسية، فإنها تتأثر وتبدأ تترتب بطريقة معقدة وفريدة مما يصبح لها قطبان: القطب الشمالي والقطب الجنوبي، وذلك من الاتجاهات المختلفة وبالتالي يتم جذب هذا الحديد من قبل المغناطيس.

 و فى حالة كون المجال المغناطيسي قوى جدًا فإنه بالتالي يتحول الحديد من شكل متعادل إلى مغناطيس جديد وتلك هي الطريقة المستخدمة في تصنيع مغناطيس جديد.

 ثانيًا: الفولاذ

و هو عبارة عن مزيج من بعض المعادن ومن الحديد فهو يتوفر ولكن على شكل لوح معين صلب وهو نوع من المعادن أيضًا التي تنجذب إلى المغناطيس ولكن بشكل أقل من الحديد.

ثالثًا: الكوبالت والنيكل

و هما أيضًا من المعادن التي تنجذب للمغناطيس ولكن بشكل أضعف من الحديد.

ما هي استخدامات المغناطيس

·       نجد أن المغناطيس يتوفر بشكل كبير وطبيعي ويمكن تصنيعه بالشكل والحجم والمجال المغناطيسي الذي نريده ومنذ زمن قديم وحتى الآن تعددت استخدامات المغناطيس في الحياة اليومية، وفي الكثير من الصناعات

ومن أهم استخدامات المغناطيس:

·       يدخل المغناطيس في قدرته على تصنيع البوصلة التي تحدد لنا الاتجاهات.

·        يستخدم المغناطيس في العديد من الأجهزة الالكترونية وأجهزة الكمبيوتر وذلك لتخزين البيانات على الأقراص الثابتة.

·       كما تستخدم أيضًا في السماعات الصغيرة التي توجد في الحاسب الآلي وفى أجهزة التلفاز والراديو.

·        يستخدم المغناطيس أيضًا عند استخدام المناجم لألآت الفرز المغناطيسية وذلك من أجل فصل الصخور عن الخامات المعدنية.

·       كما يستخدم المغناطيس أيضًا في مجال الأجهزة الطبية وتستخدم أجهزة الرنين المغناطيسي العديد من الحقول القوية التي تساعدهم على توليد إشارات راديوية تعطي لهم صورة واضحة عن الجسم.

·        يستخدم المغناطيس أيضًا في صناعة مكبرات الصوت والتي تصبح قادرة على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية والعكس. كما يستخدم المغناطيس في صنع الثلاجة حيث انه يساعد على المستخدم مسؤولية إغلاق باب الثلاجة.