معدن

📅 آخر تحديث: ١٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 58 صور
الموسوعة الحرة

انظر إلى التعليق
الحديد ، الموضح هنا على شكل شظايا ومكعب طول  ضلعه 1 سم ، هو مثال على عنصر كيميائي من المعادن.
إناء معدني لصلصة اللحم
إناء معدني على شكل وعاء مرق مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وهو سبيكة تتكون في الغالب من الحديد والكروم والنيكل

المعدن ( من اليونانية القديمة μέταλλον ( métallon ) بمعنى " منجم، محجر، معدن " ) هو مادة تظهر عند صقلها أو كسرها مظهرًا لامعًا، وتتميز بتوصيلها الجيد نسبيًا للكهرباء والحرارة . ترتبط هذه الخصائص بوجود إلكترونات متاحة عند مستوى فيرمي ، على عكس المواد غير المعدنية التي لا تحتوي على هذه الإلكترونات. [ 1 ] : الفصلان 8 و19 [ 2 ] : الفصلان 7 و8. تتميز المعادن عادةً بخاصيتي السحب (يمكن سحبها إلى سلك) والطرق (يمكن تشكيلها بالدق أو الكبس). [ 3 ] 

قد يكون المعدن عنصرًا كيميائيًا ، مثل الحديد ، أو سبيكة ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، أو مركبًا جزيئيًا، مثل نتريد الكبريت البوليمري . [ 4 ] يُطلق على علم المعادن العام اسم علم المعادن ، وهو فرع من علم المواد ؛ كما تندرج جوانب خصائصها الإلكترونية والحرارية ضمن نطاق فيزياء المادة المكثفة وكيمياء الحالة الصلبة ، نظرًا لكونه موضوعًا متعدد التخصصات . في الاستخدام الشائع، تُسمى مواد مثل سبائك الصلب بالمعادن، بينما تُسمى مواد أخرى، مثل البوليمرات والخشب والسيراميك، بمواد غير معدنية .

يُوصِّل المعدن الكهرباء عند درجة حرارة الصفر المطلق ، [ 5 ] وهذا نتيجة لوجود حالات غير متمركزة عند مستوى فيرمي. [ 1 ] [ 2 ] وتتحول العديد من العناصر والمركبات إلى فلزات تحت ضغوط عالية؛ فعلى سبيل المثال، يتحول اليود تدريجيًا إلى فلز عند ضغط يتراوح بين 40 و170 ألف ضعف الضغط الجوي .

عند مناقشة الجدول الدوري وبعض الخصائص الكيميائية، يُستخدم مصطلح "الفلز" غالبًا للدلالة على العناصر التي تُعتبر فلزات في حالتها النقية وفي الظروف القياسية، وذلك من حيث التوصيل الكهربائي المذكور آنفًا. كما يُمكن استخدام مصطلح "فلزي" لوصف أنواع ذرات التطعيم أو عناصر السبائك.

أدت قوة بعض المعادن ومتانتها إلى استخدامها بكثرة في العديد من التطبيقات، مثل بناء ناطحات السحاب والجسور ، بالإضافة إلى معظم المركبات، والعديد من الأجهزة المنزلية ، والأدوات، والأنابيب، وخطوط السكك الحديدية. وقد استُخدمت المعادن النفيسة تاريخيًا في سك العملات ، ولكن في العصر الحديث، امتد استخدام المعادن في سك العملات ليشمل ما لا يقل عن 23 عنصرًا كيميائيًا. [ 6 ] كما يُستخدم على نطاق واسع المعادن متعددة العناصر، مثل نتريد التيتانيوم [ 7 ] أو أشباه الموصلات المتدهورة، في صناعة أشباه الموصلات.

يُعتقد أن تاريخ المعادن المكررة بدأ باستخدام النحاس قبل حوالي 11000 عام. كما استُخدم الذهب والفضة والحديد (كالحديد النيزكي) والرصاص والنحاس الأصفر قبل الظهور الأول المعروف للبرونز في الألفية الخامسة قبل الميلاد. وشملت التطورات اللاحقة إنتاج أشكال مبكرة من الفولاذ؛ واكتشاف الصوديوم - أول معدن خفيف - عام 1809؛ وظهور سبائك الفولاذ الحديثة ؛ ومنذ نهاية الحرب العالمية الثانية، تطوير سبائك أكثر تطوراً.

ملكيات

الشكل والبنية

بلورات الغاليوم على طاولة
بلورات الغاليوم

معظم المعادن لامعة وبراقة ، على الأقل عند صقلها أو كسرها. تبدو صفائح المعدن التي يزيد سمكها عن بضعة ميكرومترات معتمة، لكن ورق الذهب ينقل الضوء الأخضر. ويعود ذلك إلى الإلكترونات المتحركة بحرية والتي تعكس الضوء. [ 1 ] [ 2 ]

على الرغم من أن معظم المعادن الأولية تتمتع بكثافة أعلى من اللافلزات ، [ 8 ] إلا أن هناك تباينًا كبيرًا في كثافتها، حيث يُعد الليثيوم الأقل كثافة (0.534  جم/سم³ ) والأوزميوم الأكثر كثافة (22.59  جم/سم³ ) . من المتوقع أن تكون بعض المعادن الانتقالية من السلسلة 6d أكثر كثافة من الأوزميوم، لكن نظائرها المعروفة غير مستقرة للغاية بحيث يتعذر إنتاجها بكميات كبيرة. [ 9 ] يُعد المغنيسيوم والألومنيوم والتيتانيوم معادن خفيفة ذات أهمية تجارية كبيرة. يمكن مقارنة كثافتها، 1.7 و2.7 و4.5  جم/سم³ على التوالي ، بكثافات المعادن الهيكلية القديمة، مثل الحديد (7.9 جم/سم³) والنحاس (8.9 جم /  سم³ ). تُعد سبائك الألومنيوم [ 10 ] [ 11 ] والمغنيسيوم [ 12 ] [ 13 ] من أكثر المعادن الخفيفة شيوعًا .

الشكل التخطيطي لقضبان معدنية دائرية بعد اختبار الشد. (أ) كسر هش (ب) كسر مطيلي (ج) كسر مطيلي كامل

تتميز المعادن عادةً بقابليتها للطرق والسحب، حيث تتشوه تحت الضغط دون أن تنفصل . [ 8 ] تُسهم الطبيعة غير الاتجاهية للروابط المعدنية في ليونة معظم المواد الصلبة المعدنية، حيث يكون إجهاد بايرلز منخفضًا نسبيًا مما يسمح بحركة الانخلاعات ، كما توجد العديد من تركيبات المستويات والاتجاهات للتشوه اللدن . [ 14 ] نظرًا لترتيب ذراتها المتقارب، فإن متجه بورغرز للانخلاعات يكون صغيرًا نسبيًا، مما يعني أيضًا أن الطاقة اللازمة لإنتاج انخلاع واحد تكون صغيرة. [ 3 ] [ 14 ] في المقابل، في مركب أيوني مثل ملح الطعام، تكون متجهات بورغرز أكبر بكثير، وتكون الطاقة اللازمة لتحريك الانخلاع أعلى بكثير. [ 3 ] يمكن وصف التشوه المرن العكوس في المعادن جيدًا بقانون هوك لقوى الاستعادة، حيث يتناسب الإجهاد خطيًا مع الانفعال ، حتى حد التناسب للمادة. [ 15 ] [ 16 ]

قد يؤدي تغير درجة الحرارة إلى تحرك العيوب البنيوية في المعدن، مثل حدود الحبيبات ، والفراغات النقطية ، والانخلاعات الخطية واللولبية ، وأخطاء التراص ، والتوائم ، في كل من المعادن البلورية وغير البلورية . وقد ينتج عن ذلك أيضًا انزلاق داخلي ، وزحف ، وإجهاد المعدن . [ 3 ] [ 14 ]

تتخذ ذرات المواد المعدنية البسيطة عادةً أحد ثلاثة هياكل بلورية شائعة ، وهي: المكعب ذو المركز الجسمي (bcc)، والمكعب ذو المركز الوجهي (fcc)، والسداسي المتراص (hcp). في بنية bcc، تقع كل ذرة في مركز مكعب مكون من ثماني ذرات أخرى. أما في بنيتي fcc وhcp، فتُحاط كل ذرة باثنتي عشرة ذرة أخرى، لكن ترتيب الطبقات يختلف. وتتخذ بعض المعادن هياكل مختلفة تبعًا لدرجة الحرارة. [ 17 ]

تمتلك العديد من المعادن الأخرى ذات العناصر المختلفة هياكل أكثر تعقيدًا، مثل هيكل ملح الصخور في نتريد التيتانيوم أو هيكل البيروفسكايت في بعض النيكلات. [ 18 ]

الكهرباء والحرارة

مستويات الطاقة المتاحة للإلكترونات في أنواع مختلفة من المواد الصلبة عند التوازن الديناميكي الحراري .
 
هنا، يمثل الارتفاع الطاقة، بينما يمثل العرض كثافة الحالات المتاحة لطاقة معينة في المادة المذكورة. ويتبع التظليل توزيع فيرمي-ديراك ( أسود = جميع الحالات ممتلئة، أبيض = لا توجد حالات ممتلئة).
 
مستوى فيرمي ( E<sub> F </sub>) هو مستوى الطاقة الذي تكون فيه الإلكترونات قادرة على التفاعل مع مستويات الطاقة الأعلى منها. في المعادن وأشباه المعادن، يقع مستوى فيرمي ( E<sub> F</sub>) داخل نطاق واحد على الأقل من نطاقات الطاقة.
 
في العوازل وأشباه الموصلات يكون مستوى فيرمي داخل فجوة النطاق ؛ ومع ذلك، في أشباه الموصلات تكون النطاقات قريبة بما يكفي من مستوى فيرمي ليتم ملؤها حرارياً بالإلكترونات أو الثقوب .

تُعدّ البنية الإلكترونية للمعادن موصلات جيدة للكهرباء . عمومًا، تمتلك الإلكترونات في المادة زخمًا مختلفًا ، يؤول متوسطه إلى الصفر عند غياب الجهد الخارجي . في المعادن، عند تطبيق جهد كهربائي، تنتقل بعض الإلكترونات إلى مستويات ذات زخم أعلى قليلًا في اتجاه المجال الكهربائي، بينما تتباطأ الإلكترونات الأخرى قليلًا. يُولّد هذا سرعة انجراف صافية تؤدي إلى تيار كهربائي. [ 1 ] [ 2 ] [ 19 ] يتضمن هذا تغيرات طفيفة في الدوال الموجية التي تتواجد فيها الإلكترونات، لتتحول إلى تلك ذات الزخم الأعلى. وفقًا لمبدأ استبعاد باولي ، لا يمكن لإلكترونين أن يشغلا نفس الحالة الكمومية. [ 20 ] لذلك، لكي تنتقل الإلكترونات إلى مستويات ذات زخم أعلى، يجب أن تكون هذه المستويات غير مشغولة. في المعادن، تتوفر هذه المستويات الإلكترونية غير المتمركزة الفارغة عند طاقات قريبة من أعلى المستويات المشغولة، كما هو موضح في الشكل.

على النقيض من ذلك، تحتوي أشباه الموصلات مثل السيليكون واللافلزات مثل تيتانات السترونتيوم على فجوة طاقة بين أعلى مستويات الإلكترونات الممتلئة (نطاق التكافؤ) وأدنى مستويات الإلكترونات الفارغة (نطاق التوصيل). لا يكفي مجال كهربائي صغير لإثارة الإلكترونات عبر هذه الفجوة، مما يجعل هذه المواد موصلات كهربائية رديئة. [ 19 ] مع ذلك، يمكن لأشباه الموصلات أن تحمل بعض التيار عند تطعيمها بعناصر تُدخل مستويات طاقة إضافية مشغولة جزئيًا، أو عندما يُتيح التحفيز الحراري للإلكترونات عبور فجوة الطاقة. [ 21 ]

تتراوح قيم الموصلية الكهربائية للمعادن الأساسية من 6.9 × 10³ سيمنز /سم للمنجنيز إلى 6.3 × 10⁵ سيمنز /سم للفضة . في المقابل، تبلغ الموصلية الكهربائية لشبه فلز موصل ، مثل البورون، 1.5 × 10⁻⁶ سيمنز /سم. عادةً، تنخفض الموصلية الكهربائية للمعادن مع التسخين لأن زيادة الحركة الحرارية للذرات تُصعّب تدفق الإلكترونات. [ 22 ] وبشكل استثنائي، تزداد الموصلية الكهربائية للبلوتونيوم عند تسخينه في نطاق درجة حرارة يتراوح بين -175 و+125 درجة مئوية تقريبًا، مع معامل تمدد حراري كبير بشكل غير طبيعي وتغير طوري من أحادي الميل إلى مكعب مركزي الوجوه بالقرب من 100 درجة مئوية. [ 23 ] يُعزى هذا السلوك، إلى جانب ظواهر مماثلة لوحظت في عناصر أخرى عابرة لليورانيوم، إلى تفاعلات نسبية ودورانية أكثر تعقيدًا لا يمكن تمثيلها في النماذج البسيطة. [ 24 ]  

كثافة الحالات لمركب TiN، مع تظليل الحالات المشغولة باللون الأزرق ومستوى فيرمي عند نقطة الأصل على المحور السيني. تظهر جميع الحالات، بالإضافة إلى تلك المرتبطة بذرات التيتانيوم والنيتروجين.

جميع السبائك المعدنية، بالإضافة إلى السيراميك الموصل والبوليمرات، تُعتبر معادن وفقًا للتعريف نفسه؛ فعلى سبيل المثال، يحتوي نتريد التيتانيوم على حالات غير متمركزة عند مستوى فيرمي. وتتمتع هذه المواد بموصلية كهربائية مماثلة لتلك الخاصة بالمعادن العنصرية. كما تُعتبر الأشكال السائلة موصلات معدنية للكهرباء، مثل الزئبق . في الظروف العادية، لا تُعتبر الغازات موصلات معدنية. ومع ذلك، تُعد البلازما موصلًا معدنيًا، وتتشابه الجسيمات المشحونة فيها في العديد من الخصائص مع خصائص الإلكترونات في المعادن العنصرية، وخاصةً في النجوم القزمة البيضاء. [ 25 ]

تُعدّ المعادن موصلات جيدة نسبيًا للحرارة ، التي تنتقل فيها الحرارة بشكل رئيسي بواسطة إلكترونات التوصيل. [ 26 ] عند درجات حرارة أعلى، يمكن للإلكترونات أن تشغل مستويات طاقة أعلى قليلاً وفقًا لإحصاءات فيرمي-ديراك . [ 2 ] [ 21 ] تمتلك هذه الإلكترونات زخمًا ( طاقة حركية ) أعلى قليلاً، ويمكنها نقل الطاقة الحرارية. ينص قانون ويدمان-فرانز التجريبي على أن نسبة التوصيل الحراري إلى التوصيل الكهربائي في العديد من المعادن تتناسب طرديًا مع درجة الحرارة، مع ثابت تناسب متقارب لجميع المعادن. [ 2 ]

وحدة تجريبية للبطاريات المصنوعة من البوليمرات الموصلة، من تصميم الحائز على جائزة نوبل آلان ماكديارميد
وحدة عرض البطاريات للبوليمرات الموصلة التي بناها الحائز على جائزة نوبل آلان ماكديارميد [ 27 ]

يمكن حساب مساهمة إلكترونات المعدن في سعته الحرارية وموصليته الحرارية، بالإضافة إلى موصليته الكهربائية، تقريبًا باستخدام نموذج الإلكترون الحر . [ 2 ] مع ذلك، لا يأخذ هذا النموذج في الحسبان البنية التفصيلية لشبكة أيونات المعدن. يُتيح أخذ الجهد الموجب الناتج عن ترتيب نوى الأيونات في الاعتبار دراسة بنية نطاقات الطاقة الإلكترونية وطاقة الربط للمعدن. تتوفر نماذج مختلفة قابلة للتطبيق، أبسطها نموذج الإلكترون شبه الحر . [ 2 ] وتُستخدم عادةً طرق حديثة مثل نظرية الكثافة الوظيفية . [ 28 ] [ 29 ]

المواد الكيميائية

تُكوّن العناصر المكونة للمعادن عادةً كاتيوناتٍ من خلال فقدان الإلكترونات. [ 8 ] يتفاعل معظمها مع الأكسجين في الهواء لتكوين أكاسيد على مدى فترات زمنية متفاوتة ( يحترق البوتاسيوم في ثوانٍ بينما يصدأ الحديد على مدى سنوات) وتعتمد هذه الفترات على ما إذا كان الأكسيد الأصلي يُشكّل طبقة تخميل تعمل كحاجز انتشار . [ 30 ] [ 31 ] بعض العناصر الأخرى، مثل البلاديوم والبلاتين والذهب ، لا تتفاعل مع الغلاف الجوي على الإطلاق؛ يمكن للذهب أن يُكوّن مركبات عند اكتسابه إلكترونًا (الأوريدات، مثل أوريد السيزيوم ). غالبًا ما تكون أكاسيد المعادن الأساسية قاعدية . مع ذلك، فإن الأكاسيد ذات حالات الأكسدة العالية جدًا مثل CrO3 و Mn2O7 و OsO4 غالبًا ما تُظهر تفاعلات حمضية بحتة ؛ ويمكن لأكاسيد المعادن الأقل كهرجابية مثل BeO وAl2O3 و PbO أن تُظهر خصائص قاعدية وحمضية. تُسمى هذه الأخيرة بالأكاسيد المذبذبة .

توزيع العناصر المعدنية في الجدول الدوري

العناصر التي تُشكّل هياكل معدنية حصرية في الظروف العادية مُوضّحة باللون الأصفر في الجدول الدوري أدناه. أما العناصر المتبقية، فتُشكّل إما هياكل شبكية تساهمية (أزرق فاتح)، أو هياكل تساهمية جزيئية (أزرق داكن)، أو تبقى على شكل ذرات منفردة (بنفسجي). [ 32 ] الأستاتين (At) والفرانسيوم (Fr) والعناصر بدءًا من الفيرميوم (Fm) مُوضّحة باللون الرمادي لأنها شديدة الإشعاع ولم تُنتج بكميات كبيرة. تشير الأدلة النظرية والتجريبية إلى أن هذه العناصر غير المدروسة يجب أن تكون معادن، [ 33 ] باستثناء الأوغانيسون (Og) الذي تُشير حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) إلى أنه شبه موصل. [ 34 ]

  • v
  • ت
  • هـ
روابط المواد البسيطة في الجدول الدوري
123456789101112131415161718
المجموعة  →
↓ فترة 
1حهو
2لييكونبجشمالياFني
3ناالمغنيسيومالنعمPSClأر
4ككاليفورنياالعلومتيVCrالمنغنيزFeشركةنيالنحاسالزنكجاجيمثلسيبركر
5RbكبيرYزركونيومملاحظةشهرTcروRhPdالزراعةقرص مضغوطفيسنSbتيأنازين
6جبالاسيبرواختصار الثانيمساءًصغيرالاتحاد الأوروبياللهالسلديهوإيه™YbلوHfتادبليويكررنظام التشغيلإيرنقطةأسترالياالزئبقتي إلالرصاصثنائي الجنسبوفيممرضة مسجلة
7الأبرعأذبايوNpبوأكونسمكتابانظرإسإف إمماريلاندلااليسارالترددات الراديويةقاعدة البياناتسنغافورةبهHsجبلدي إسRgسننيو هامبشايرفلوريدامكالمستوىتسأوغ

يتغير الوضع بتغير الضغط: ففي الضغوط العالية للغاية، يُتوقع أن تتحول جميع العناصر (بل وجميع المواد) إلى الحالة المعدنية. [ 33 ] يمتلك الزرنيخ (As) شكلاً معدنياً مستقراً وشكلاً شبه موصل غير مستقر في الظروف القياسية. وينطبق وضع مماثل على الكربون (C): فالجرافيت معدني، بينما الماس ليس كذلك.

السبائك

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

في سياق المعادن، السبيكة هي مادة ذات خصائص معدنية تتكون من عنصرين أو أكثر . غالبًا ما يكون أحد هذه العناصر على الأقل عنصرًا معدنيًا؛ ويُستخدم مصطلح "السبيكة" أحيانًا بشكل أعم كما في سبائك السيليكون والجرمانيوم . قد يكون للسبيكة تركيب متغير أو ثابت. على سبيل المثال، يشكل الذهب والفضة سبيكة يمكن فيها تغيير نسب الذهب أو الفضة؛ بينما يشكل التيتانيوم والسيليكون سبيكة TiSi₂ حيث تكون نسبة المكونين ثابتة (وتُعرف أيضًا باسم المركب بين الفلزي [ 35 ] [ 36 ] ) .

تمثال معدني
تمثال مصبوب من النيكل الفضي - وهو سبيكة من النحاس والنيكل والزنك تشبه الفضة

معظم المعادن النقية إما لينة جدًا أو هشة أو شديدة التفاعل الكيميائي، مما يجعلها غير عملية للاستخدام. يؤدي دمج نسب مختلفة من المعادن والعناصر الأخرى في السبائك إلى تعديل خصائصها لإنتاج سمات مرغوبة، مثل زيادة الليونة والصلابة ومقاومة التآكل، أو الحصول على لون ولمعان أفضل. 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. [ 37 ] ينتج عن خلط الحديد بنسب مختلفة من الكربون أنواعًا من الفولاذ منخفض ومتوسط ​​وعالي الكربون، حيث تؤدي زيادة مستويات الكربون إلى انخفاض الليونة والمتانة. ينتج عن إضافة السيليكون حديد زهر، بينما تؤدي إضافة الكروم والنيكل والموليبدينوم إلى الفولاذ الكربوني ( بنسبة تزيد عن 10%) إلى إنتاج فولاذ مقاوم للصدأ ذي مقاومة محسّنة للتآكل.

من بين السبائك المعدنية الهامة الأخرى سبائك الألومنيوم والتيتانيوم والنحاس والمغنيسيوم . عُرفت سبائك النحاس منذ عصور ما قبل التاريخ - وقد سُمّي العصر البرونزي باسمه - ولها استخدامات عديدة اليوم، أهمها في الأسلاك الكهربائية. أما سبائك المعادن الثلاثة الأخرى فقد طُوّرت حديثًا نسبيًا؛ ونظرًا لتفاعليتها الكيميائية، فهي تتطلب عمليات استخلاص إلكتروليتية . تُقدّر سبائك الألومنيوم والتيتانيوم والمغنيسيوم لنسبة قوتها إلى وزنها العالية؛ كما يُمكن للمغنيسيوم توفير حماية كهرومغناطيسية . [ 38 ] [ 39 ] تُعدّ هذه المواد مثاليةً للحالات التي تكون فيها نسبة القوة إلى الوزن العالية أهم من تكلفة المواد، كما هو الحال في صناعة الطيران وبعض تطبيقات السيارات. [ 40 ]

قد تحتوي السبائك المصممة خصيصًا للتطبيقات عالية المتطلبات، مثل محركات الطائرات 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

يُشتق مصطلح "الحديدية" من الكلمة اللاتينية التي تعني "المحتوي على الحديد". وقد يشمل ذلك الحديد النقي، مثل الحديد المطاوع ، أو سبيكة مثل الفولاذ . غالبًا ما تكون المعادن الحديدية مغناطيسية ، ولكن ليس بالضرورة. أما المعادن والسبائك غير الحديدية فتفتقر إلى كميات ملحوظة من الحديد.

معدن عنصري هش

بينما تتميز جميع المعادن الأساسية تقريبًا بقابليتها للطرق أو السحب، فإن بعضها - كالبيريليوم والكروم والمنغنيز والغاليوم والبزموت - هش. [ 41 ] ويُعتبر الزرنيخ والأنتيمون، إن صُنّفا كمعادن، هشين. وتشير القيم المنخفضة لنسبة معامل المرونة الحجمية إلى معامل القص ( معيار بو ) إلى الهشاشة الذاتية. [ 42 ] وتكون المادة هشة إذا كان من الصعب على الانخلاعات التحرك فيها، وهو ما يرتبط غالبًا بمتجهات بورغرز الكبيرة وعدد محدود من مستويات الانزلاق. [ 43 ]

معدن مقاوم للحرارة

المعدن المقاوم للحرارة هو معدن يتميز بمقاومته العالية للحرارة والتآكل. وتختلف المعادن التي تنتمي إلى هذه الفئة؛ ويشمل التعريف الأكثر شيوعًا النيوبيوم والموليبدينوم والتنتالوم والتنغستن والرينيوم، بالإضافة إلى سبائكها. تتميز جميعها بنقاط انصهار أعلى من 2000 درجة مئوية، وصلابة  عالية في درجة حرارة الغرفة. كما تُصنف بعض المركبات، مثل نتريد التيتانيوم، ضمن المعادن المقاومة للحرارة.

معدن أبيض

المعدن الأبيض هو أيٌّ من مجموعة سبائك بيضاء اللون ذات درجات انصهار منخفضة نسبيًا، وتُستخدم أساسًا لأغراض الزينة. [ 44 ] [ 45 ] في بريطانيا، يستخدم تجار الفنون الجميلة مصطلح "المعدن الأبيض" في كتالوجات المزادات لوصف القطع الفضية الأجنبية التي لا تحمل علامات مكتب الفحص البريطاني، [ 46 ] ولكنها مع ذلك تُعتبر فضةً ويتم تسعيرها وفقًا لذلك.

المعادن الثقيلة والخفيفة

المعدن الثقيل هو أي معدن كثيف نسبيًا، سواء كان عنصرًا واحدًا أو متعدد العناصر. [ 47 ] تُعدّ سبائك المغنيسيوم والألومنيوم والتيتانيوم معادن خفيفة ذات أهمية تجارية كبيرة. [ 48 ] تتراوح كثافتها، 1.7 و2.7 و4.5 غ/سم³ على التوالي ، بين 19 و56% من كثافة المعادن الإنشائية الأخرى، [ 49 ] مثل الحديد (7.9) والنحاس (8.9) وسبائكهما.

المعادن الأساسية والنبيلة والثمينة

يشير مصطلح "الفلز الأساسي" إلى الفلز الذي يتأكسد أو يتآكل بسهولة ، مثل تفاعله السريع مع حمض الهيدروكلوريك المخفف (HCl) لتكوين كلوريد الفلز والهيدروجين . يُستخدم هذا المصطلح عادةً للإشارة إلى العناصر، ومن أمثلتها الحديد والنيكل والرصاص والزنك . يُعتبر النحاس فلزًا أساسيًا لأنه يتأكسد بسهولة نسبية، على الرغم من أنه لا يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك.

مسحوق الروديوم، وأسطوانة من الروديوم، وحبيبة من الروديوم في صف واحد
الروديوم ، وهو معدن نبيل ، يظهر هنا على شكل 1  غرام من المسحوق، و1  غرام من الأسطوانة المضغوطة، و1  غرام من الحبيبات

يُستخدم مصطلح "المعادن النبيلة " (ويشمل العناصر أيضًا) عادةً في مقابل " المعادن الأساسية" . تتميز المعادن النبيلة بانخفاض تفاعليتها ومقاومتها للتآكل والأكسدة ، [ 50 ] على عكس معظم المعادن الأساسية . وغالبًا ما تكون من المعادن النفيسة، نظرًا لندرتها. ومن أمثلتها الذهب والبلاتين والفضة والروديوم والإيريديوم والبلاديوم.

في الخيمياء وعلم المسكوكات ، يُستخدم مصطلح "المعادن الخسيسة" في مقابل " المعادن النفيسة" ، أي تلك ذات القيمة الاقتصادية العالية. [ 51 ] تُصنع معظم العملات المعدنية اليوم من معادن خسيسة ذات قيمة جوهرية منخفضة ؛ في الماضي، كانت العملات تستمد قيمتها في الغالب من محتواها من المعادن النفيسة؛ فالذهب والفضة والبلاتين والبلاديوم لكل منها رمز عملة ISO 4217. تُستخدم هذه المعادن حاليًا في الصناعة ، مثل البلاتين والبلاديوم في المحولات الحفزية ، وفي صناعة المجوهرات ، كما تُستخدم كاستثمارات ومخزن للقيمة . [ 52 ] في صيف عام 2024، قُدّرت قيمة البلاديوم والبلاتين بأقل بقليل من نصف سعر الذهب، بينما تُعدّ الفضة أقل تكلفة بكثير.

معادن الصمامات

في الكيمياء الكهربائية، يُعرف المعدن الصمام بأنه معدن يمرر التيار في اتجاه واحد فقط بسبب تكوّن طبقة أكسيد عازلة لاحقاً. [ 53 ]

السيراميك المعدني

مثقاب مطلي بالتيتانيوم

توجد العديد من المركبات الخزفية التي تتمتع بالتوصيل الكهربائي المعدني، ولكنها ليست مجرد تركيبات بسيطة من العناصر المعدنية. (فهي تختلف عن الخزف المعدني (السيرميت ) الذي يتكون من سيراميك غير موصل ومعدن موصل). تتميز مجموعة منها، وهي نتريدات المعادن الانتقالية، بطابع أيوني بارز في روابطها، لذا يمكن تصنيفها كخزف ومعادن في آن واحد. [ 7 ] تحتوي هذه المركبات على مستويات طاقة غير مكتملة عند مستوى فيرمي [ 7 ]، مما يجعلها موصلات حرارية وكهربائية جيدة، وغالبًا ما يحدث انتقال كبير للشحنة من ذرات المعدن الانتقالي إلى النيتروجين. [ 7 ] ومع ذلك، وعلى عكس معظم المعادن العنصرية، فإن المعادن الخزفية ليست مطاوعة بشكل خاص. تتعدد استخداماتها، فعلى سبيل المثال، يُستخدم نتريد التيتانيوم في الأجهزة التقويمية [ 54 ] وكطلاء مقاوم للتآكل. [ 55 ] في كثير من الحالات، يعتمد استخدامها على وجود طرق ترسيب فعالة تسمح باستخدامها كطلاءات رقيقة. [ 56 ]

البوليمرات المعدنية

العديد من البوليمرات الموصلة [ 57 ]

توجد العديد من البوليمرات التي تتميز بالتوصيل الكهربائي المعدني، [ 58 ] [ 59 ] وعادةً ما يرتبط ذلك بمكونات عطرية ممتدة كما هو الحال في البوليمرات الموضحة في الشكل. ويُشابه توصيل المناطق العطرية توصيل الجرافيت، لذا فهو ذو اتجاهية عالية. [ 60 ]

نصف معدني

الفلز النصف هو أي مادة تعمل كموصل للإلكترونات ذات اتجاه دوران معين ، ولكنها عازلة أو شبه موصلة للإلكترونات ذات اتجاه الدوران المعاكس. وُصفت هذه المواد لأول مرة عام 1983، كتفسير للخواص الكهربائية لسبائك هويسلر القائمة على المنغنيز . [ 61 ] على الرغم من أن جميع الفلزات النصف مغناطيسية حديدية (أو مغناطيسية حديدية مضادة )، فإن معظم المواد المغناطيسية الحديدية ليست فلزات نصفية. العديد من الأمثلة المعروفة للفلزات النصفية هي أكاسيد أو كبريتيدات أو سبائك هويسلر. [ 62 ]

شبه فلز

أشباه الفلزات هي مواد ذات تداخل طاقي ضئيل بين قاع نطاق التوصيل وأعلى نطاق التكافؤ ، لكنهما لا يتداخلان في فضاء الزخم . [ 63 ] على عكس الفلزات العادية، تحتوي أشباه الفلزات على حاملات شحنة من كلا النوعين (الفجوات والإلكترونات)، مع أن عدد حاملات الشحنة عادةً ما يكون أقل بكثير مما هو عليه في الفلزات الحقيقية. من هذا المنطلق، تُشبه أشباه الفلزات أشباه الموصلات المتدهورة . وهذا يُفسر سبب كون الخصائص الكهربائية لأشباه الفلزات متوسطة بين خصائص الفلزات وأشباه الموصلات . وهناك أنواع أخرى، ولا سيما أشباه فلزات فايل وديراك . [ 64 ]

تشمل العناصر شبه الفلزية الكلاسيكية الزرنيخ ، والأنتيمون ، والبزموت ، والقصدير ألفا (القصدير الرمادي)، والجرافيت . وهناك أيضًا مركبات كيميائية ، مثل تيلوريد الزئبق (HgTe)، [ 65 ] وبعض البوليمرات الموصلة . [ 66 ]

دورة الحياة

تشكيل

المعادن الموجودة في قشرة الأرض:
  • v
  • ت
  • هـ
الوفرة والوجود الرئيسي أو المصدر، حسب الوزن [ ن 1 ]
123456789101112131415161718
1حهو
2لييكونبجشمالياFني
3ناالمغنيسيومالنعمPSClأر
4ككاليفورنياالعلومتيVCrالمنغنيزFeشركةنيالنحاسالزنكجاجيمثلسيبركر
5RbكبيرYزركونيومملاحظةشهرروRhPdالزراعةقرص مضغوطفيسنSbتيأنازين
6جبانجمة واحدةلوHfتادبليويكررنظام التشغيلإيرنقطةأسترالياالزئبقتي إلالرصاصثنائي الجنس
7نجمة واحدة
 
نجمة واحدةلاسيبرواختصار الثانيصغيرالاتحاد الأوروبياللهالسلديهوإيه™Yb
نجمة واحدةذيو
 
   الأكثر وفرة (حتى82000 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 جداً (0.0001 –(0.0099 جزء في المليون)
 
توجد المعادن الواقعة على يسار خط الفصل (أو يتم الحصول عليها) بشكل رئيسي على أنها محبة للصخور ؛ أما تلك الموجودة على اليمين، فهي محبة للكبريت باستثناء الذهب ( محب للحديد ) والقصدير (محب للصخور).

تُصنع العناصر المعدنية حتى مستوى الحديد (في الجدول الدوري) في الغالب عن طريق التخليق النووي النجمي . في هذه العملية، تخضع العناصر الأخف، من الهيدروجين إلى السيليكون، لتفاعلات اندماج متتالية داخل النجوم، مطلقةً الضوء والحرارة ومكونةً عناصر أثقل ذات أعداد ذرية أعلى. [ 67 ]

لا تتشكل العناصر الأثقل عادةً بهذه الطريقة، لأن تفاعلات الاندماج التي تشمل هذه النوى تستهلك الطاقة بدلاً من إطلاقها. [ 68 ] بل يتم تصنيعها في الغالب (من عناصر ذات عدد ذري ​​أقل) عن طريق التقاط النيوترونات ، حيث يتمثل النمطان الرئيسيان لهذا الالتقاط المتكرر في عملية s وعملية r . في عملية s ("البطيئة")، تفصل بين عمليات الالتقاط الفردية سنوات أو عقود، مما يسمح للنوى الأقل استقرارًا بالتحلل بيتا ، [ 69 ] بينما في عملية r ("السريعة")، تحدث عمليات الالتقاط أسرع من معدل تحلل النوى. لذلك، تسلك عملية s مسارًا واضحًا إلى حد ما: على سبيل المثال، تتعرض نوى الكادميوم-110 المستقرة للقصف المتتالي بالنيوترونات الحرة داخل نجم حتى تُشكل نوى الكادميوم-115 غير المستقرة التي تتحلل لتكوين الإنديوم-115 (وهو شبه مستقر، وله عمر نصف).(عمرها يعادل 30000 ضعف عمر الكون). تلتقط هذه النوى النيوترونات لتكوين الإنديوم-116، وهو عنصر غير مستقر، ويتحلل بدوره إلى القصدير-116، وهكذا. [ 67 ] [ 70 ] [ n2 ] في المقابل، لا يوجد مسار مماثل في عملية الالتقاط السريع للنيوترونات (r-process). تتوقف عملية الالتقاط البطيء للنيوترونات (s-process) عند البزموت نظرًا لقصر أعمار النصف للعنصرين التاليين، البولونيوم والأستاتين، اللذين يتحللان إلى بزموت أو رصاص. تتميز عملية الالتقاط السريع للنيوترونات (r-process) بسرعتها الفائقة التي تمكنها من تجاوز منطقة عدم الاستقرار هذه والاستمرار في تكوين عناصر أثقل مثل الثوريوم واليورانيوم. [ 72 ]

تتكثف المعادن في الكواكب نتيجةً لعمليات تطور النجوم وتدميرها. تفقد النجوم جزءًا كبيرًا من كتلتها عند قذفها في أواخر حياتها، وأحيانًا بعد ذلك نتيجةً لاندماج النجوم النيوترونية ، [ 73 ] [ n3 ] مما يزيد من وفرة العناصر الأثقل من الهيليوم في الوسط بين النجوم . عندما يتسبب التجاذب الثقالي في اندماج هذه المادة وانهيارها، تتشكل نجوم وكواكب جديدة . [ 75 ]

الوفرة والانتشار

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

تتكون قشرة الأرض من حوالي 25% من العناصر المعدنية وزناً، منها 80% معادن خفيفة مثل الصوديوم والمغنيسيوم والألومنيوم. وعلى الرغم من ندرة بعض المعادن الثقيلة كالنحاس، إلا أنها قد تتركز بكميات قابلة للاستخراج اقتصادياً نتيجة لتكوّن الجبال أو التعرية أو غيرها من العمليات الجيولوجية.

توجد العناصر المعدنية بشكل أساسي في صورة عناصر محبة للصخور (ليثوفيلية) أو عناصر محبة للكبريت (كالكوفيلية). تشمل العناصر الليثوفيلية بشكل رئيسي عناصر المجموعة s، وعناصر المجموعة d الأكثر نشاطًا، وعناصر المجموعة f. تتميز هذه العناصر بميلها الشديد للأكسجين، وتوجد في الغالب على شكل معادن سيليكاتية منخفضة الكثافة نسبيًا. أما العناصر الكالكوفيلية، فتشمل بشكل رئيسي عناصر المجموعة d الأقل نشاطًا، ومعادن المجموعة p في الدورات من 4 إلى 6. وتوجد عادةً في معادن الكبريتيد (غير القابلة للذوبان). ونظرًا لكون العناصر الكالكوفيلية أكثر كثافة من العناصر الليثوفيلية، وبالتالي تغوص إلى أعماق أكبر في القشرة الأرضية عند تصلبها، فإنها عادةً ما تكون أقل وفرة من العناصر الليثوفيلية.

من جهة أخرى، يُعدّ الذهب عنصرًا محبًا للحديد، أي أنه لا يُكوّن مركبات بسهولة مع الأكسجين أو الكبريت. عند تكوّن الأرض، وباعتباره أنبل (خامل) العناصر المعدنية، غرق الذهب في لبّها نظرًا لميله لتكوين سبائك معدنية عالية الكثافة. ونتيجةً لذلك، فهو نادر نسبيًا. بعض العناصر الأخرى (الأقل نبلًا) - مثل الموليبدينوم، والرينيوم، ومعادن مجموعة البلاتين (الروثينيوم، والروديوم، والبلاديوم، والأوزميوم، والإيريديوم، والبلاتين)، والجرمانيوم، والقصدير - يمكن اعتبارها عناصر محبة للحديد، ولكن فقط من حيث وجودها الأساسي في الأرض (اللبّ، والوشاح، والقشرة)، وليس القشرة الأرضية. توجد هذه العناصر في القشرة الأرضية بكميات قليلة، بشكل رئيسي كعناصر محبة للكبريت (وبشكل أقل في صورتها الأصلية). [ n 4 ]

يُعتقد أن اللب الخارجي السائل الدوار لباطن الأرض، والمكون في معظمه من الحديد، هو مصدر المجال المغناطيسي الواقي للأرض. [ n 5 ] يقع هذا اللب فوق اللب الداخلي الصلب للأرض وتحت غلافها. ولو أمكن إعادة ترتيبه على شكل عمود بمساحة 5 أمتار مربعة (54 قدمًا مربعًا )، لكان ارتفاعه يقارب 700 سنة ضوئية. يحمي المجال المغناطيسي الأرض من الجسيمات المشحونة للرياح الشمسية، والأشعة الكونية التي قد تُزيل الغلاف الجوي العلوي (بما في ذلك طبقة الأوزون التي تحد من نفاذ الأشعة فوق البنفسجية).   

اِستِخلاص

تُستخرج العناصر المعدنية عادةً من باطن الأرض عن طريق تعدين الخامات الغنية بهذه العناصر، مثل البوكسيت . ويتم تحديد مواقع الخامات باستخدام تقنيات التنقيب ، يليها استكشاف الرواسب ودراستها. تُقسم مصادر المعادن عمومًا إلى مناجم سطحية ، تُستخرج منها المعادن عن طريق الحفر باستخدام معدات ثقيلة، ومناجم تحت سطحية . وفي بعض الحالات، قد يُشجع سعر بيع المعدن (أو المعادن) المستخرجة على استخراج المعادن من مصادر ذات تركيز منخفض.

بعد استخراج الخام، يجب استخلاص العناصر ، عادةً عن طريق الاختزال الكيميائي أو التحليلي الكهربائي. تستخدم عملية التعدين الحراري درجات حرارة عالية لتحويل الخام إلى معادن خام، بينما تستخدم عملية التعدين المائي الكيمياء المائية للغرض نفسه.

عندما يكون الخام المعدني مركباً أيونياً، فإنه عادةً ما يُصهر - أي يُسخّن مع عامل مُختزل - لاستخلاص المعدن النقي. تُصهر العديد من المعادن الشائعة، كالحديد، باستخدام الكربون كعامل مُختزل. أما بعض المعادن، كالألومنيوم والصوديوم ، فلا يوجد لها عامل مُختزل عملي تجارياً، ولذا تُستخلص باستخدام التحليل الكهربائي . [ 76 ] [ 77 ]

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

إعادة التدوير

كومة من خردة الصلب المضغوطة
كومة من خردة الصلب المضغوطة، جاهزة لإعادة التدوير

يرتبط الطلب على المعادن ارتباطًا وثيقًا بالنمو الاقتصادي نظرًا لاستخدامها في البنية التحتية والبناء والتصنيع والسلع الاستهلاكية. خلال القرن العشرين، ازداد تنوع المعادن المستخدمة في المجتمع بشكل سريع. واليوم، يُسهم تطور الدول الكبرى، مثل الصين والهند، والتقدم التكنولوجي، في زيادة الطلب باستمرار. ونتيجة لذلك، تتوسع أنشطة التعدين، ويُستغل جزء متزايد من مخزون المعادن العالمي فوق سطح الأرض، بدلًا من بقائه تحت الأرض كاحتياطيات غير مستغلة. ومن الأمثلة على ذلك مخزون النحاس المُستغل . فبين عامي 1932 و1999، ارتفع استهلاك النحاس في الولايات المتحدة من 73 غرامًا إلى 238 غرامًا للفرد. [ 78 ]

المعادن قابلة لإعادة التدوير بطبيعتها، لذا من حيث المبدأ، يمكن استخدامها مرارًا وتكرارًا، مما يقلل من هذه الآثار البيئية السلبية ويوفر الطاقة. على سبيل المثال، يتم توفير 95% من الطاقة المستخدمة في صناعة الألومنيوم من خام البوكسيت باستخدام المواد المعاد تدويرها. [ 79 ]

على الصعيد العالمي، تُعدّ إعادة تدوير المعادن منخفضة عمومًا. ففي عام 2010، نشرت الهيئة الدولية للموارد ، التابعة لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة، تقارير عن مخزونات المعادن الموجودة في المجتمعات [ 80 ] ومعدلات إعادة تدويرها. [ 78 ] ولاحظ مُعدّو التقرير أن مخزونات المعادن في المجتمعات تُشبه مناجم ضخمة فوق سطح الأرض. وحذّروا من أن معدلات إعادة تدوير بعض المعادن النادرة المستخدمة في تطبيقات مثل الهواتف المحمولة وبطاريات السيارات الهجينة وخلايا الوقود منخفضة للغاية، لدرجة أنه ما لم يتم رفع معدلات إعادة التدوير بشكل كبير في المستقبل، ستصبح هذه المعادن الحيوية غير متاحة للاستخدام في التكنولوجيا الحديثة.

تاريخ

ما قبل التاريخ

ربما كان النحاس، الموجود في حالته الطبيعية، أول معدن تم اكتشافه نظرًا لمظهره المميز وثقله وقابليته للطرق. كما تم اكتشاف الذهب والفضة والحديد (كحديد نيزكي) والرصاص في عصور ما قبل التاريخ. وتعود أصول أشكال النحاس الأصفر ، وهو سبيكة من النحاس والزنك تُصنع بصهر خامات هذه المعادن معًا، إلى هذه الفترة (مع أن الزنك النقي لم يُعزل إلا في القرن الثالث عشر). وقد أدت قابلية المعادن الصلبة للطرق إلى المحاولات الأولى لصنع الحلي والأدوات والأسلحة المعدنية. واكتُشف الحديد النيزكي المحتوي على النيكل من حين لآخر، وكان هذا الحديد، من بعض النواحي، متفوقًا على أي فولاذ صناعي تم تصنيعه حتى ثمانينيات القرن التاسع عشر، عندما برزت سبائك الفولاذ. [ 81 ]

العصور القديمة

انظر إلى التعليق
تمثال أرتميسيون البرونزي [ رقم 6 ] الذي يصور إما بوسيدون أو زيوس ، حوالي  460  قبل الميلاد، المتحف الأثري الوطني ، أثينا  . يبلغ ارتفاع التمثال أكثر من مترين.

أتاح اكتشاف البرونز (سبيكة من النحاس مع الزرنيخ أو القصدير) للناس صناعة أدوات معدنية أكثر صلابة ومتانة من ذي قبل. فقد كانت الأدوات والأسلحة والدروع ومواد البناء المصنوعة من البرونز، كالبلاط المزخرف، أكثر صلابة ومتانة من نظيراتها المصنوعة من الحجر والنحاس (" العصر النحاسي "). في البداية، كان البرونز يُصنع من النحاس والزرنيخ (مكونًا برونز الزرنيخ ) عن طريق صهر خامات النحاس والزرنيخ المختلطة طبيعيًا أو صناعيًا. [ 82 ] تعود أقدم القطع الأثرية المعروفة حتى الآن إلى الهضبة الإيرانية في الألفية الخامسة قبل الميلاد. [ 83 ] لم يُستخدم القصدير إلا لاحقًا، ليصبح المكون الرئيسي غير النحاسي في البرونز في أواخر الألفية الثالثة قبل الميلاد. [ 84 ] وقد عُزل القصدير النقي لأول مرة عام 1800 قبل الميلاد على يد 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.

يُشاهد أقدم إنتاج معروف للصلب، وهو سبيكة من الحديد والكربون، في قطع من الأدوات الحديدية التي تم التنقيب عنها في موقع أثري في الأناضول ( كامان-كالهويوك ) والتي يعود تاريخها إلى ما يقرب من 4000 عام، أي إلى عام 1800 قبل الميلاد. [ 85 ] [ 86 ]

منذ حوالي عام 500 قبل الميلاد، كان صانعو السيوف في طليطلة بإسبانيا يصنعون أشكالًا بدائية من الفولاذ السبائكي بإضافة معدن يُسمى الولفراميت ، الذي يحتوي على التنجستن والمنغنيز، إلى خام الحديد (والكربون). لفت فولاذ طليطلة الناتج انتباه روما عندما استخدمه حنبعل في الحروب البونيقية . وسرعان ما أصبح أساسًا لتسليح الفيالق الرومانية؛ إذ كانت هذه السيوف "أقوى في تركيبها من أي سيف موجود آنذاك، ولأنها... لا تنكسر، فقد منحت الجندي الروماني ميزة نفسية". [ 87 ]

في أمريكا ما قبل كولومبوس ، بدأ إنتاج الأشياء المصنوعة من التومباغا ، وهي سبيكة من النحاس والذهب، في بنما وكوستاريكا بين عامي 300 و500 ميلادي. كانت المنحوتات المعدنية الصغيرة شائعة، وشكّلت مجموعة واسعة من الحلي المصنوعة من التومباغا (والذهب) الزي الرسمي المعتاد للأشخاص ذوي المكانة الرفيعة.

في نفس الفترة تقريبًا، كان سكان الإكوادور الأصليون يمزجون الذهب مع سبيكة بلاتينية طبيعية تحتوي على كميات ضئيلة من البلاديوم والروديوم والإيريديوم، لإنتاج تماثيل وأقنعة من سبيكة الذهب الأبيض والبلاتين. كان عمال المعادن يقومون بتسخين الذهب مع حبيبات سبيكة البلاتين حتى ينصهر الذهب. بعد التبريد، كان المزيج الناتج يُطرق ويُعاد تسخينه مرارًا وتكرارًا حتى يصبح متجانسًا، وهو ما يعادل صهر جميع المعادن (كان الوصول إلى درجات انصهار معادن مجموعة البلاتين المعنية يتجاوز إمكانيات التكنولوجيا في ذلك الوقت). [ 88 ] [ حاشية 7 ]

اليونان القديمة

تمثال حجري لرأس رجل ملتحي
قام الفيلسوف اليوناني أرسطو (384-322 قبل الميلاد) بتصنيف المواد الموجودة في الأرض إما كمعادن أو معادن.

حوالي عام 340 قبل الميلاد، في الكتاب الثالث من أطروحته "علم الأرصاد الجوية" ، صنّف الفيلسوف اليوناني القديم أرسطو المواد الموجودة في باطن الأرض إلى معادن وعناصر معدنية. وشملت الفئة الأخيرة معادن متنوعة مثل الريالغار ، والمغرة ، والرودل ، والكبريت، والزنجفر ، ومواد أخرى أشار إليها باسم "الأحجار التي لا يمكن صهرها". [ 89 ]

العصور الوسطى

الذهب للسيدة، والفضة للخادمة، والنحاس للحرفي الماهر في مهنته. قال البارون جالساً في قاعته: "جيد! لكن الحديد - الحديد البارد - هو سيدها جميعاً."

اعتقد الكيميائيون العرب وعلماء العصور الوسطى أن جميع المعادن والمواد تتكون من مبدأ الكبريت، وهو أصل جميع المعادن وحامل خاصية الاحتراق، ومبدأ الزئبق، وهو أصل جميع المعادن [ حاشية 8 ] وحامل خصائص السيولة والانصهار والتقلب. لم تكن هذه المبادئ بالضرورة هي المواد الشائعة، الكبريت والزئبق ، الموجودة في معظم المختبرات. عززت هذه النظرية الاعتقاد بأن جميع المعادن مُقدَّر لها أن تتحول إلى ذهب في باطن الأرض من خلال التوليفات المناسبة من الحرارة والهضم والوقت وإزالة الشوائب، وكلها عوامل يمكن تطويرها وتسريعها من خلال معارف وأساليب الكيمياء القديمة. [ حاشية 9 ]

عُرفت عناصر الزرنيخ والزنك والأنتيمون والبزموت، على الرغم من أنها كانت تُسمى في البداية أشباه فلزات أو فلزات غير نقية نظرًا لعدم قابليتها للطرق. يُعتقد أن ألبرتوس ماغنوس كان أول من عزل الزرنيخ من مركب عام 1250، وذلك بتسخين الصابون مع ثلاثي كبريتيد الزرنيخ . عُزل الزنك المعدني، الذي يكون هشًا إذا كان غير نقي، في الهند بحلول عام 1300 ميلادي. أول وصف لطريقة عزل الأنتيمون ورد في كتاب " دي لا بيروتيكنيا" لفانوتشيو بيرينغوتشيو عام 1540. وصف أغريكولا البزموت في كتابه "دي ناتورا فوسيليوم" (حوالي 1546)؛ وقد اختلط في العصور القديمة بالقصدير والرصاص لتشابهه مع هذين العنصرين.

عصر النهضة

صفحة العنوان لكتاب "De re metallica"، المكتوبة باللاتينية
دي ري ميتاليكا ، 1555
انظر إلى التعليق
بلورات البلاتين
قرص من اليورانيوم تمسكه أيادٍ ترتدي قفازات
قرص من اليورانيوم عالي التخصيب تم استخراجه من خردة تمت معالجتها في مجمع الأمن القومي Y-12 في أوك ريدج، تينيسي.
سيريوم فائق النقاء تحت غاز الأرجون
سيريوم فائق النقاء تحت غاز الأرجون، 1.5 جم

كان أول نص منهجي عن فنون التعدين والمعادن هو كتاب De la Pirotechnia (1540) لفانوتشيو بيرينغوتشيو ، والذي يتناول فحص المعادن وصهرها وتشكيلها.

وبعد ستة عشر عامًا، نشر جورجيوس أغريكولا كتاب "دي ري ميتاليكا" في عام 1556، وهو عبارة عن سرد لمهنة التعدين وعلم المعادن والفنون والعلوم المساعدة، وهو عبارة عن أطروحة واسعة النطاق حول الصناعة الكيميائية خلال القرن السادس عشر.

وقدّم الوصف التالي لأحد المعادن في كتابه "De Natura Fossilium" (1546):

المعدن مادة معدنية، بطبيعتها إما سائلة أو صلبة نوعًا ما. يمكن صهر المعدن الصلب بفعل حرارة النار، ولكن عندما يبرد ويفقد حرارته، يعود إلى حالته الصلبة ويستعيد شكله الأصلي. في هذا يختلف المعدن عن الحجر الذي ينصهر في النار، فمع أن الحجر يستعيد صلابته، إلا أنه يفقد شكله وخصائصه الأصلية.

تقليديًا، توجد ستة أنواع مختلفة من المعادن، وهي الذهب والفضة والنحاس والحديد والقصدير والرصاص. لكن في الحقيقة، هناك معادن أخرى، فالزئبق معدن، مع أن الخيميائيين القدماء يخالفوننا الرأي في هذا الشأن، وكذلك البزموت . ويبدو أن الكتّاب اليونانيين القدماء كانوا يجهلون البزموت، ولذلك ذكر أمونيوس بحق أن هناك أنواعًا عديدة من المعادن والحيوانات والنباتات غير معروفة لنا. ويُعتبر الإسبتميوم، عند صهره في البوتقة وتكريره، معدنًا حقيقيًا تمامًا كما يُعتبر الرصاص كذلك عند الكتّاب. وإذا أُضيف إليه جزء معين من الإسبتميوم إلى القصدير عند صهره، يُنتج سبيكة تُستخدم في صناعة حروف الطباعة التي يستخدمها بائعو الكتب.

لكل معدن شكله الخاص الذي يحتفظ به عند فصله عن المعادن التي اختلط بها. لذلك، لا يُعدّ كلٌّ من الإلكتروم والقصدير (ليس المقصود هنا القصدير) معدنًا حقيقيًا بحد ذاته، بل هما سبيكة من معدنين. الإلكتروم سبيكة من الذهب والفضة، والقصدير سبيكة من الرصاص والفضة. ومع ذلك، إذا فُصلت الفضة عن الإلكتروم، يبقى الذهب وليس الإلكتروم؛ وإذا أُخذت الفضة من القصدير، يبقى الرصاص وليس القصدير.

لا يمكن الجزم بوجود النحاس الأصفر كمعدن طبيعي أم لا. كل ما نعرفه هو النحاس الأصفر الصناعي، وهو عبارة عن نحاس مصبوغ بلون معدن الكالامين . ومع ذلك، إذا تم استخراجه، فسيكون معدنًا حقيقيًا. ويبدو أن النحاس الأسود والأبيض يختلفان عن النحاس الأحمر.

لذلك، فإن المعدن بطبيعته إما صلب، كما ذكرت، أو سائل، كما هو الحال الفريدة للزئبق.

لكن يكفي الآن الحديث عن الأنواع البسيطة. [ 91 ]

اكتُشف البلاتين، ثالث المعادن النفيسة بعد الذهب والفضة، في الإكوادور خلال الفترة من 1736 إلى 1744 على يد الفلكي الإسباني أنطونيو دي أولوا وزميله عالم الرياضيات خورخي خوان إي سانتاسيليا . وكان أولوا أول من كتب وصفًا علميًا للمعدن، وذلك في عام 1748.

في عام ١٧٨٩، عزل الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث أكسيد اليورانيوم، معتقدًا أنه المعدن نفسه. ونُسب الفضل لاحقًا إلى كلابروث في اكتشاف اليورانيوم. وفي عام ١٨٤١، حضّر الكيميائي الفرنسي يوجين ميلشيور بيليجو أول عينة من معدن اليورانيوم. ثم اكتشف هنري بيكريل النشاط الإشعاعي عام ١٨٩٦ باستخدام اليورانيوم.

في تسعينيات القرن الثامن عشر، لاحظ جوزيف بريستلي والكيميائي الهولندي مارتينوس فان ماروم تأثير الأسطح المعدنية على نزع الهيدروجين من الكحول، وهو تطور أدى لاحقًا، في عام 1831، إلى التخليق الصناعي لحمض الكبريتيك باستخدام محفز البلاتين.

في عام 1803، كان السيريوم أول فلزات اللانثانيدات التي تم اكتشافها، وذلك في باستناس بالسويد على يد يونس ياكوب بيرزيليوس وويلهلم هيسينجر ، وبشكل مستقل على يد مارتن هاينريش كلابروث في ألمانيا. وظلت فلزات اللانثانيدات تُعتبر غريبة حتى ستينيات القرن العشرين، حين طُوّرت طرق لفصلها عن بعضها بكفاءة أكبر. ومنذ ذلك الحين، وجدت هذه الفلزات استخدامات في الهواتف المحمولة، والمغناطيس، والليزر، والإضاءة، والبطاريات، والمحولات الحفزية، وفي تطبيقات أخرى تُسهم في تطوير التقنيات الحديثة.

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

عناصر معدنية خفيفة

كانت جميع المعادن الأولية المكتشفة قبل عام 1809 ذات كثافة عالية نسبيًا؛ واعتُبرت كثافتها معيارًا مميزًا لها. ومنذ عام 1809 فصاعدًا، تم عزل معادن خفيفة مثل الصوديوم والبوتاسيوم والسترونتيوم. وقد شكّلت كثافتها المنخفضة تحديًا للمفاهيم السائدة حول طبيعة المعادن. إلا أنها أظهرت سلوكًا كيميائيًا مماثلًا للمعادن، وتم التعرف عليها لاحقًا على هذا النحو.

اكتُشف الألومنيوم عام ١٨٢٤، ولكن لم تُطوَّر طريقة إنتاج صناعية واسعة النطاق له إلا عام ١٨٨٦. انخفضت أسعار الألومنيوم، وأصبح استخدامه واسع النطاق في صناعة المجوهرات، والأدوات اليومية، وإطارات النظارات، والأجهزة البصرية، وأدوات المائدة، والرقائق المعدنية في تسعينيات القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين. وقد أتاحت قدرة الألومنيوم على تكوين سبائك صلبة وخفيفة الوزن مع معادن أخرى استخدامات عديدة له في ذلك الوقت. وخلال الحرب العالمية الأولى، طلبت الحكومات الكبرى كميات كبيرة من الألومنيوم لصناعة هياكل طائرات خفيفة ومتينة.

على الرغم من أن التيتانيوم المعدني النقي (99.9%) قد تم تحضيره لأول مرة عام 1910، إلا أنه لم يُستخدم خارج المختبر حتى عام 1932. وفي خمسينيات وستينيات القرن العشرين، كان الاتحاد السوفيتي رائدًا في استخدام التيتانيوم في التطبيقات العسكرية والغواصات كجزء من برامج متعلقة بالحرب الباردة. وبدءًا من أوائل خمسينيات القرن العشرين، دخل التيتانيوم حيز الاستخدام في الطيران العسكري، لا سيما في الطائرات النفاثة عالية الأداء، بدءًا بطائرات مثل إف-100 سوبر سيبر ولوكهيد إيه-12 وإس آر-71 .

أُنتج السكانديوم المعدني لأول مرة عام 1937. وأُنتج أول رطل من معدن السكانديوم بنسبة نقاء 99% عام 1960. وبدأ إنتاج سبائك الألومنيوم والسكانديوم عام 1971 بعد حصول الولايات المتحدة على براءة اختراع. كما طُوّرت سبائك الألومنيوم والسكانديوم في الاتحاد السوفيتي.

عصر الصلب

يتدفق الفولاذ الأبيض الساخن كالماء من فرن كهربائي يزن 35 طنًا، في شركة Allegheny Ludlum Steel Corporation، في براكنريدج ، بنسلفانيا .

بدأ العصر الحديث في صناعة الصلب مع إدخال هنري بسمر لعملية بسمر عام 1855، والتي كانت المادة الخام فيها هي الحديد الزهر. سمحت له طريقته بإنتاج الصلب بكميات كبيرة وبتكلفة منخفضة، ولذلك أصبح الصلب الطري يُستخدم في معظم الأغراض التي كان يُستخدم فيها الحديد المطاوع سابقًا. أما عملية جيلكريست-توماس (أو عملية بسمر الأساسية ) فكانت تطويرًا لعملية بسمر، حيث تم تبطين المحول بمادة قاعدية لإزالة الفوسفور.

بسبب قوة الشد العالية والتكلفة المنخفضة ، أصبح الفولاذ مكونًا رئيسيًا يستخدم في المباني والبنية التحتية والأدوات والسفن والسيارات والآلات والأجهزة والأسلحة .

في عام 1872، حصل الإنجليزيان كلارك وودز على براءة اختراع لسبيكة تُصنف اليوم ضمن الفولاذ المقاوم للصدأ . وكان عالم المعادن الفرنسي بيير بيرتييه قد اكتشف مقاومة سبائك الحديد والكروم للتآكل عام 1821 ، حيث لاحظ مقاومتها لبعض الأحماض واقترح استخدامها في صناعة أدوات المائدة. لم يتمكن علماء المعادن في القرن التاسع عشر من إنتاج مزيج منخفض الكربون وعالي الكروم الموجود في معظم أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الحديثة، وكانت سبائك الكروم العالية التي استطاعوا إنتاجها هشة للغاية وغير عملية. ولم يبدأ تصنيع سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق صناعي إلا في عام 1912 في إنجلترا وألمانيا والولايات المتحدة.

آخر العناصر المعدنية المستقرة

بحلول عام 1900، كان لا يزال يتعين اكتشاف ثلاثة معادن ذات أعداد ذرية أقل من الرصاص (#82)، وهو أثقل المعادن المستقرة: العناصر 71 و72 و75.

أثبت فون ويلسباخ ، عام 1906، أن الإيتربيوم القديم يحتوي أيضًا على عنصر جديد (رقم 71)، أطلق عليه اسم الكاسوبيوم . وأثبت أوربان ذلك في الوقت نفسه، لكن عيناته كانت غير نقية للغاية ولم تحتوي إلا على كميات ضئيلة من العنصر الجديد. ومع ذلك، فقد تم اعتماد الاسم الذي اختاره، وهو اللوتيتيوم .

في عام 1908، اكتشف أوغاوا العنصر 75 في الثوريانيت، لكنه نسبه إلى العنصر 43 بدلاً من 75 وأطلق عليه اسم نيبونيوم . وفي عام 1925، أعلن والتر نوداك وإيدا إيفا تاكي وأوتو بيرغ فصله عن الغادولينيت وأطلقوا عليه اسمه الحالي، الرينيوم .

ادّعى جورج أوربان أنه عثر على العنصر 72 في مخلفات العناصر الأرضية النادرة، بينما عثر عليه فلاديمير فيرنادسكي بشكل مستقل في الأورثيت. لم يتم تأكيد أي من الادعاءين بسبب الحرب العالمية الأولى، ولم يكن من الممكن تأكيد أي منهما لاحقًا، لأن التركيب الكيميائي الذي أبلغوا عنه لا يتطابق مع التركيب المعروف حاليًا للهافنيوم . بعد الحرب، في عام 1922، اكتشفه كوستر وهيفيسي بواسطة التحليل الطيفي بالأشعة السينية في الزركون النرويجي. وبذلك، كان الهافنيوم آخر عنصر مستقر يتم اكتشافه، على الرغم من أن الرينيوم كان آخر عنصر يتم التعرف عليه بشكل صحيح.

بحلول نهاية الحرب العالمية الثانية، تمكن العلماء من تخليق أربعة عناصر ما بعد اليورانيوم، جميعها معادن مشعة (غير مستقرة): النبتونيوم (عام 1940)، والبلوتونيوم (1940-1941)، والكوريوم والأمريكيوم (عام 1944)، والتي تمثل العناصر من 93 إلى 96. وقد وُجد العنصران الأولان منها في الطبيعة لاحقًا. أما الكوريوم والأمريكيوم فكانا من نواتج مشروع مانهاتن، الذي أنتج أول قنبلة ذرية في العالم عام 1945. واعتمدت هذه القنبلة على الانشطار النووي لليورانيوم، وهو معدن يُعتقد أنه اكتُشف قبل ذلك بنحو 150 عامًا.

تطورات ما بعد الحرب العالمية الثانية

السبائك الفائقة

معالجة شفرات التوربينات المصنوعة من السبائك الفائقة حرارياً

طُوِّرت السبائك الفائقة، المُكوَّنة من مزيج من الحديد والنيكل والكوبالت والكروم، مع كميات أقل من التنجستن والموليبدينوم والتنتالوم والنيوبيوم والتيتانيوم والألومنيوم، بعد الحرب العالمية الثانية بفترة وجيزة، لاستخدامها في المحركات عالية الأداء التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة (أعلى من 650  درجة  مئوية). وتحتفظ هذه السبائك بمعظم قوتها في ظل هذه الظروف لفترات طويلة، وتجمع بين ليونة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة للتآكل والأكسدة. وتُستخدم السبائك الفائقة اليوم في نطاق واسع من التطبيقات، بما في ذلك التوربينات البرية والبحرية والجوية، ومصانع الكيماويات والبترول.

المعادن العابرة للحدود

أدى النجاح في تطوير القنبلة الذرية في نهاية الحرب العالمية الثانية إلى بذل المزيد من الجهود لتخليق عناصر جديدة، معظمها معادن أو يُتوقع أن تكون كذلك، وجميعها مشعة. لم يتم تخليق العنصر 97 ( بيركليوم )، الذي يلي العنصر 96 ( كوريوم )، إلا في عام 1949، وذلك عن طريق إطلاق جسيمات ألفا على هدف من الأمريسيوم. وفي عام 1952، عُثر على العنصر 100 ( فيرميوم ) في حطام أول انفجار لقنبلة هيدروجينية؛ وكان الهيدروجين، وهو عنصر لا فلزي، قد تم التعرف عليه كعنصر قبل ذلك بنحو 200 عام. ومنذ عام 1952، تم تخليق العناصر من 101 ( مندليفيوم ) إلى 118 ( أوغانيسون ).

زجاج معدني بالجملة

زجاج معدني فيتريلوي 4

الزجاج المعدني (المعروف أيضًا باسم المعدن غير المتبلور أو الزجاجي) هو مادة معدنية صلبة، عادةً ما تكون سبيكة، ذات بنية ذرية غير منتظمة. تتميز معظم المعادن النقية والمخلوطة، في حالتها الصلبة، بترتيب ذراتها في بنية بلورية عالية التنظيم. في المقابل، يتميز الزجاج المعدني ببنية غير بلورية تشبه الزجاج. ولكن على عكس أنواع الزجاج الشائعة، مثل زجاج النوافذ، التي تُعد عادةً عوازل كهربائية، تتمتع المعادن غير المتبلورة بموصلية كهربائية جيدة. تُنتج المعادن غير المتبلورة بعدة طرق، منها التبريد السريع للغاية، والترسيب الفيزيائي للبخار، والتفاعل في الحالة الصلبة، والتشعيع الأيوني، والخلط الميكانيكي. أول زجاج معدني تم الإبلاغ عنه كان سبيكة (Au 75 Si 25 ) أُنتجت في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) عام 1960. وفي الآونة الأخيرة، تم إنتاج دفعات من الفولاذ غير المتبلور بقوة تفوق قوة سبائك الفولاذ التقليدية بثلاثة أضعاف. حاليًا، تعتمد أهم التطبيقات على الخصائص المغناطيسية الخاصة لبعض أنواع الزجاج المعدني المغناطيسي. ويُستخدم انخفاض فقد المغنطة في المحولات عالية الكفاءة. تستخدم بطاقات تعريف مكافحة السرقة وغيرها من أنظمة مراقبة المواد الزجاج المعدني في كثير من الأحيان بسبب هذه الخصائص المغناطيسية.

سبائك الذاكرة الشكلية

سبيكة الذاكرة الشكلية (SMA) هي سبيكة "تتذكر" شكلها الأصلي، وعند تشويهها تعود إلى شكلها الأصلي عند تسخينها. ورغم أن ظاهرة الذاكرة الشكلية رُصدت لأول مرة عام 1932 في سبيكة من الذهب والكادميوم، إلا أن الأبحاث الجادة لم تبدأ إلا عام 1962، مع الاكتشاف العرضي لهذه الظاهرة في سبيكة من النيكل والتيتانيوم، وعشر سنوات أخرى قبل ظهور التطبيقات التجارية. تُستخدم سبائك الذاكرة الشكلية في مجالات الروبوتات والسيارات والفضاء والصناعات الطبية الحيوية. وهناك نوع آخر من سبائك الذاكرة الشكلية، يُسمى سبيكة الذاكرة الشكلية المغناطيسية الحديدية (FSMA)، والتي يتغير شكلها تحت تأثير المجالات المغناطيسية القوية. وتكتسب هذه المواد أهمية خاصة لأن استجابتها المغناطيسية تميل إلى أن تكون أسرع وأكثر كفاءة من استجابتها الناتجة عن تغيرات درجة الحرارة.

سبائك شبه بلورية

مجسم معدني منتظم ذو اثني عشر وجهًا
تشكّلت شبه بلورة عشرينية الوجوه من نوع Ho-Mg-Zn على هيئة مجسم خماسي الأضلاع ذي اثني عشر وجهًا ، وهو الشكل الثنائي للمجسم العشرين وجهًا .

في عام 1984، اكتشف عالم المعادن الإسرائيلي دان شيختمان سبيكة من الألومنيوم والمنغنيز ذات تناظر خماسي، مخالفًا بذلك الأعراف البلورية السائدة آنذاك التي كانت تنص على أن البنى البلورية لا يمكن أن تمتلك إلا تناظرًا ثنائيًا أو ثلاثيًا أو رباعيًا أو سداسيًا. [ 92 ] ونظرًا للتحفظات بشأن رد فعل المجتمع العلمي، استغرق شيختمان عامين لنشر النتائج  التي نال عنها جائزة نوبل في الكيمياء عام 2011. [ 93 ] ومنذ ذلك الحين، تم الإبلاغ عن مئات من أشباه البلورات وتأكيد وجودها. وتوجد هذه البلورات في العديد من السبائك المعدنية (وبعض البوليمرات). توجد أشباه البلورات غالبًا في سبائك الألومنيوم (Al-Li-Cu، Al-Mn-Si، Al-Ni-Co، Al-Pd-Mn، Al-Cu-Fe، Al-Cu-V، إلخ)، ولكن توجد أيضًا تركيبات أخرى عديدة (Cd-Yb، Ti-Zr-Ni، Zn-Mg-Ho، Zn-Mg-Sc، In-Ag-Yb، Pd-U-Si، إلخ). [ 94 ] تتميز أشباه البلورات بخلايا وحدة كبيرة جدًا. تم اكتشاف إيكوساهيدريت Al63Cu24Fe13 ، أول شبه بلورة تم العثور عليها في الطبيعة، في عام 2009. تتمتع معظم أشباه البلورات بخصائص شبيهة بالسيراميك ، بما في ذلك الموصلية الكهربائية المنخفضة (التي تقترب من القيم الموجودة في العوازل) والموصلية الحرارية المنخفضة، والصلابة العالية، والهشاشة، ومقاومة التآكل، وخصائص عدم الالتصاق. استُخدمت أشباه البلورات في تطوير مواد العزل الحراري، ومصابيح LED، ومحركات الديزل، ومواد جديدة لتحويل الحرارة إلى كهرباء. وقد تستفيد تطبيقات جديدة من معامل الاحتكاك المنخفض وصلابة بعض المواد شبه البلورية، على سبيل المثال، تضمين جزيئات في البلاستيك لصنع تروس بلاستيكية قوية ومتينة ومنخفضة الاحتكاك. وتشمل التطبيقات المحتملة الأخرى ماصات الطاقة الشمسية الانتقائية لتحويل الطاقة، وعاكسات الموجات الواسعة، وتطبيقات ترميم العظام والأطراف الاصطناعية التي تتطلب التوافق الحيوي، وانخفاض الاحتكاك، ومقاومة التآكل. [ 94 ] 

سبائك معدنية معقدة

تُعدّ السبائك المعدنية المعقدة مركبات بين فلزية تتميز بخلايا وحدة كبيرة تضم عشرات إلى آلاف الذرات، ووجود تجمعات ذرية محددة جيدًا (غالبًا ما تكون ذات تناظر عشريني الوجوه)، واضطراب جزئي داخل شبكاتها البلورية. تتكون هذه السبائك من عنصرين معدنيين أو أكثر، وأحيانًا تُضاف إليها أشباه فلزات أو كالكوجينيدات . ومن أمثلتها NaCd2، الذي يحتوي على 348 ذرة صوديوم و768 ذرة كادميوم في خلية الوحدة. حاول لينوس باولينغ وصف بنية NaCd2 في عام 1923، [ 95 ] لكنه لم ينجح حتى عام 1955. [ 96 ] تشمل التطبيقات المحتملة للسبائك المعدنية المعقدة العزل الحراري، والتدفئة الشمسية، والثلاجات المغناطيسية، واستخدام الحرارة المهدرة لتوليد الكهرباء، وطلاء شفرات التوربينات في المحركات العسكرية. [ 94 ]

سبائك عالية الإنتروبيا

تتكون سبائك الإنتروبيا العالية (HEAs)، مثل سبيكة AlLiMgScTi، من كميات متساوية أو شبه متساوية من خمسة معادن أو أكثر. وقد صاغ مصطلح "سبائك الإنتروبيا العالية" العالم التايواني جين-وي ييه [ 97 ] ، لأن الزيادة في الإنتروبيا الناتجة عن الخلط تكون أعلى بكثير عند زيادة عدد العناصر في الخليط، وتقارب نسبها. [ 98 ] وتُستخدم في الأدبيات العلمية أسماء بديلة أخرى، مثل السبائك متعددة المكونات، والسبائك ذات التركيب المعقد، وسبائك العناصر الرئيسية المتعددة. [ 99 ] [ 100 ] وتحظى هذه السبائك حاليًا باهتمام كبير في علوم وهندسة المواد نظرًا لخصائصها المرغوبة المحتملة. [ 101 ] علاوة على ذلك، تشير الأبحاث إلى أن بعض سبائك الإنتروبيا العالية تتمتع بنسب قوة إلى وزن أفضل بكثير ، مع مقاومة أعلى للكسر ، وقوة شد ، ومقاومة للتآكل والأكسدة مقارنةً بالسبائك التقليدية. [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] على الرغم من أن الدراسات المتعلقة بالمواد عالية الأداء قد بدأت منذ ثمانينيات القرن العشرين، إلا أن البحث تسارع بشكل كبير بدءًا من العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين. [ 101 ] [ 105 ]

المرحلة القصوى

أمثلة على سبائك طور MAX
الأعلىمأX
Hf 2 SnCHfسنج
Ti 4 AlN 3تيالشمال
Ti 3 SiC 2تينعمج
Ti 2 AlCتيالج
Cr 2 AlC 2Crالج
Ti 3 AlC 2تيالج

في طور MAX، يُمثل M فلزًا انتقاليًا مبكرًا، و A عنصرًا من عناصر المجموعة A (غالبًا من المجموعتين IIIA وIVA، أو المجموعتين 13 و14)، و X إما الكربون أو النيتروجين. ومن الأمثلة على ذلك Hf₂SnC و Ti₄AlN₃ . تتميز هذه السبائك بموصلية كهربائية وحرارية عالية، ومقاومة للصدمات الحرارية، وتحمل للتلف، وقابلية للتشكيل، وصلابة مرنة عالية، ومعاملات تمدد حراري منخفضة. [ 106 ] ويمكن صقلها للحصول على لمعان معدني نظرًا لموصليتها الكهربائية الممتازة. كما تتميز بعض أطوار MAX بمقاومة عالية للهجوم الكيميائي (مثل Ti₃SiC₂ ) والأكسدة في درجات الحرارة العالية في الهواء (Ti₂AlC وCr₂AlC₂ وTi₃AlC₂ ) . تشمل التطبيقات المحتملة لسبائك طور MAX : مواد حرارية متينة وقابلة للتشكيل ومقاومة للصدمات الحرارية ؛ وعناصر تسخين عالية الحرارة؛ وطلاءات للموصلات الكهربائية؛ وأجزاء مقاومة للإشعاع النيوتروني للتطبيقات النووية. [ 107 ] [ 108 ]

انظر أيضاً

ملحوظة

  1. ↑ العناصر النزرة التي تساوي وفرتها أو تقل بكثير عن جزء واحد لكل تريليون (وهي Tc و Pm و Po و At و Ra و Ac و Pa و Np و Pu ) غير معروضة.
  2. ↑ في بعض الحالات، على سبيل المثال في وجود أشعة غاما عالية الطاقة أو في بيئة غنية بالهيدروجين ذات درجة حرارة عالية جدًا ، قد تتعرض النوى المعنية لفقدان النيوترونات أو اكتساب البروتونات مما يؤدي إلى إنتاج نظائر (نادرة نسبيًا) تفتقر إلى النيوترونات . [ 71 ]
  3. ↑ يُعزى قذف المادة عند اصطدام نجمين نيوترونيين إلى تفاعل قوى المد والجزر بينهما ، واحتمالية حدوث تمزق في القشرة الأرضية، والتسخين الناتج عن الصدمة (وهو ما يحدث عند الضغط على دواسة الوقود في السيارة عندما يكون المحرك باردًا). ​​[ 74 ]
  4. ↑ الحديد والكوبالت والنيكل والقصدير هي أيضًا عناصر محبة للحديد من منظور الأرض ككل.
  5. ↑ ومن الأدوار الأخرى التي تُمكّن الحياة للحديد كونه مكونًا رئيسيًا للهيموجلوبين ، الذي يُمكّن من نقل الأكسجين من الرئتين إلى باقي أجزاء الجسم.
  6. ↑ البرونز عبارة عن سبيكة تتكون أساسًا من النحاس، وعادة ما تحتوي على حوالي 12٪ من القصدير، وغالبًا ما يتم إضافة معادن أخرى (مثل الألومنيوم أو المنغنيز أو النيكل أو الزنك) وأحيانًا مواد غير فلزية أو أشباه فلزات مثل الزرنيخ أو الفوسفور أو السيليكون.
  7. في دمشق، سوريا، كان الحدادون يصنعون السكاكين والسيوف بنقوش سطحية مميزة تتألف من أنماط حلزونية من مناطق محفورة بضوء خفيف على خلفية سوداء تقريبًا. تميزت هذه الشفرات بقدرات قطع أسطورية. كان الحديد الذي يستخدمه الحدادون يُستورد من الهند، ويحتوي على عنصر واحد أو أكثر من العناصر المكونة للكربيدات، مثل الفاناديوم والموليبدينوم والكروم والمنغنيز والنيوبيوم. أظهرت التحليلات الحديثة لهذه الأسلحة أن هذه العناصر ساهمت في التكوين التحفيزي لأنابيب الكربون النانوية، والتي بدورها عززت تكوين أسلاك نانوية من السمنتيت (Fe3C ) . عوضت ليونة أنابيب الكربون النانوية هشاشة السمنتيت، ومنحت الفولاذ الناتج مزيجًا فريدًا من القوة والمرونة. اندثرت معرفة كيفية صنع ما أصبح يُعرف باسم فولاذ دمشق في القرن الثامن عشر، ربما بسبب استنفاد مصادر الخام التي تحتوي على المزيج المناسب من الشوائب. لم تُكتشف التقنيات المستخدمة في هذه الصناعة مجددًا إلا في عام 2009.
  8. ↑ في العصور القديمة، كان يُنظر إلى الرصاص على أنه أبو جميع المعادن.
  9. أضاف باراسيلسوس ، وهو كاتب ألماني من عصر النهضة المتأخر ، المبدأ الثالث للملح، الذي يتميز بخواص عدم التطاير وعدم الاحتراق، في مذهبه "تريا بريما" . وقد حافظت هذه النظريات على العناصر الكلاسيكية الأربعة باعتبارها أساس تركيب الكبريت والزئبق والملح.

مراجع

  1. 1 2 3 4 كيتل، تشارلز (2018). مقدمة في فيزياء الحالة الصلبة . بول ماكوين (الطبعة العالمية، [الطبعة التاسعة]  محرر). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. ISBN 978-1-119-45416-8.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 أشكرُفت، نيل دبليو؛ ميرمين، ن. ديفيد (1976). فيزياء الحالة الصلبة . نيويورك: هولت، راينهارت ووينستون. ISBN 978-0-03-083993-1.
  3. 1 2 3 4 كاليستر، ويليام د. (1997). علم وهندسة المواد: مقدمة (الطبعة الرابعة ). نيويورك: جون وايلي وأولاده. ISBN  978-0-471-13459-6.
  4. ↑ تشيانغ، سي كيه (1977). "خواص النقل والخواص البصرية لبروميدات البوليثيازيل: (SNBr 0.4 )x". اتصالات الحالة الصلبة . 23 (9): 607-612 . رمز Bibcode : 1977SSCom..23..607C . doi : 10.1016/0038-1098(77)90530-0 .غرينوود ، ن.ن.؛ إيرنشو، أ. (1998). كيمياء العناصر . أكسفورد: باتروورث-هاينمان. ص 727. ISBN  978-0-7506-3365-9.موتلو ، هـ؛ ثياتو، ب (2021). "البوليمرات ذات الروابط الكبريتية النيتروجينية". في: تشانغ، إكس؛ ثياتو، ب (محرران). البوليمرات المحتوية على الكبريت: من التخليق إلى المواد الوظيفية . فاينهايم: وايلي-في سي إتش. ص 191-234 (191). ISBN  978-3-527-34670-7.
  5. ↑ يونيزاوا، ف. (2017). فيزياء التحولات بين الفلزات واللافلزات . أمستردام: دار نشر IOS. ص 257. ISBN  978-1-61499-786-3كتب السير نيفيل موت (1905-1996) رسالةً إلى زميله الفيزيائي، البروفيسور بيتر ب. إدواردز ، أشار فيها إلى: "لقد فكرت ملياً في ماهية المعدن، وأعتقد أنه لا يمكن الإجابة على هذا السؤال إلا عند درجة حرارة تساوي الصفر المطلق ( T = 0). عند هذه الدرجة، يكون المعدن موصلاً للكهرباء، بينما يكون اللافلز غير موصل."
  6. ↑ رو، ج.؛ رو، م. (1992). "تستخدم العملات المعدنية في العالم 24 عنصرًا كيميائيًا". أخبار العملات المعدنية العالمية . 19 (4، 5): 24-25 ، 18-19 .
  7. 1 2 3 4 ستامبفل، سي.؛ مانشتات، دبليو.؛ أساهي، آر.؛ فريمان، إيه جيه (2001). "البنية الإلكترونية والخواص الفيزيائية لأحادي نتريدات المعادن الانتقالية المبكرة: حسابات نظرية الكثافة الوظيفية LDA وGGA وLDA FLAPW ذات التبادل المحجوب" . مجلة Physical Review B. 63 ( 15) 155106. Bibcode : 2001PhRvB..63o5106S . doi : 10.1103/PhysRevB.63.155106 .
  8. 1 2 3 مورتيمر، تشارلز إي. (1975). الكيمياء: مدخل مفاهيمي ( الطبعة الثالثة). نيويورك: شركة دي فان نوستراد. 
  9. ^ 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 .
  10. ↑ بينيديك، جيه سي (2010-01-01)، "3 - سبائك الألومنيوم لهياكل السيارات خفيفة الوزن" ، في ماليك، بي كيه (محرر)، المواد والتصميم والتصنيع للمركبات خفيفة الوزن ، سلسلة وود هيد للنشر في علوم وهندسة المواد المركبة، وود هيد للنشر، الصفحات 79-113 ، doi : 10.1533/9781845697822.1.79 ، ISBN  978-1-84569-463-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يوليو 2024
  11. ^ 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 . ردمك 2238-7854 . 
  12. ↑ غوبتا، م.؛ وونغ، و. ل. إ. (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 . 
  13. ↑ أوغاوا، يوكيكو؛ أندو، دايسوكي؛ سوتو، يوجي؛ كويكي، جونيتشي (22 يوليو 2016). "سبيكة مغنيسيوم خفيفة الوزن ذات ذاكرة شكلية" . مجلة ساينس . 353 (6297): 368-370 . Bibcode : 2016Sci...353..368O . doi : 10.1126/science.aaf6524 . ISSN 0036-8075 . PMID 27463668 .  
  14. 1 2 3 ويرتمان، يوهانس؛ ويرتمان، جوليا ر. (1992). نظرية الخلع الأولية . نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-506900-6.
  15. ↑ تيموشينكو، ستيفن (1983-01-01). تاريخ مقاومة المواد: مع نبذة مختصرة عن تاريخ نظرية المرونة ونظرية الإنشاءات . دار نشر كورير. رقم ISBN 978-0-486-61187-7.
  16. ↑ رويانس، ديفيد (23-08-2001). "منحنيات الإجهاد والانفعال" (ملف PDF) . ص 2. 
  17. ↑ هولمان، أ. ف.؛ ويبرغ، إ. (2001). الكيمياء غير العضوية . سان دييغو: أكاديميك برس. ISBN 0-12-352651-5.
  18. ↑ كوستر، ج. (2015). النمو المتناحي لأكاسيد المعادن المعقدة . بوسطن، ماساتشوستس: إلسيفير. ISBN 978-1-78242-245-7.
  19. 1 2 سيمون، ستيفن هـ. (21-06-2013). أساسيات الحالة الصلبة من أكسفورد . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. ص 173-174 . ISBN  978-0-19-150210-1.
  20. ↑ شيف، ليونارد (1959). ميكانيكا الكم (ملف PDF) . ماكجرو هيل .
  21. 1 2 سوليمار، ل.؛ والش، د. (2004). الخصائص الكهربائية للمواد (الطبعة السابعة ). أكسفورد؛ نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN  978-0-19-926793-4.
  22. ↑ كابر، بيتر؛ كاساب، صفا، محرران. (2017). دليل سبرينغر للمواد الإلكترونية والضوئية . أدلة سبرينغر (الطبعة الثانية، 2017 ). تشام: دار نشر سبرينغر الدولية : اسم الطبعة: سبرينغر. ص 23. ISBN    978-3-319-48933-9.
  23. ↑ هيكر، سيغفريد س. (2000). "البلوتونيوم وسبائكه: من الذرات إلى البنية المجهرية" (ملف PDF) . مجلة لوس ألاموس للعلوم . 26 : 290-335 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 24 فبراير 2009. تم الاطلاع عليه في 15 فبراير 2009 .
  24. ↑ 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 . 
  25. ↑ كوستر، د؛ تشانموغام، ج (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 . 
  26. ↑ سكوسكيويتش، ت. (2005). "التوصيل الحراري عند درجات الحرارة المنخفضة". موسوعة فيزياء المادة المكثفة . إلسيفير. ص 159-164 . doi : 10.1016/b0-12-369401-9/01168-2 . ISBN  978-0-12-369401-0.
  27. ↑ "جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2000" . NobelPrize.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يوليو 2024 .
  28. ↑ بيرك، كيرون (2007). "مبادئ نظرية الكثافة الوظيفية" (ملف PDF) .
  29. ↑ غروس، إيبرهارد كيه يو؛ درايزلر، راينر إم. (2013). نظرية الكثافة الوظيفية . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 978-1-4757-9975-0.
  30. ↑ بوكريس، ج. أوم؛ ريدي، أموليا ك.ن. (1977). الكيمياء الكهربائية الحديثة. 2 (الطبعة الثالثة المطبوعة ). نيويورك: مطبعة بلينوم. ISBN  978-0-306-25002-6.
  31. ↑ كيلي، روبرت ج.؛ سكولي، جون ر.؛ شوزميث، ديفيد؛ بوخايت، رودولف ج. (13 سبتمبر 2002). التقنيات الكهروكيميائية في علم وهندسة التآكل (الطبعة 0 ). مطبعة سي آر سي. doi : 10.1201/9780203909133 . ISBN  978-0-203-90913-3.
  32. ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN  978-0-08-037941-8.
  33. 1 2 سيكيرسكي، س.؛ بورغيس، ج. (2002). الكيمياء الموجزة للعناصر . هوروود. ص 60-66 . ISBN  978-1-898563-71-6.
  34. ↑ ميوز، يان-مايكل؛ سميتس، أوديل روزيت؛ جيرابيك، بول؛ شفيردتفيغر، بيتر (25 يوليو 2019). " الأوغانيسون شبه موصل: حول تضييق فجوة النطاق النسبي في أثقل المواد الصلبة من الغازات النبيلة" . Angewandte Chemie . 58 (40): 14260–14264 . doi : 10.1002/anie.201908327 . PMC 6790653. PMID 31343819 .  
  35. ↑ ليو، سي تي؛ ستيغلر، جي أو (9 نوفمبر 1984). "سبائك بين فلزية مرتبة مطيلة" . مجلة ساينس . 226 (4675): 636-642 . رمز Bibcode : 1984Sci...226..636L . doi : 10.1126/science.226.4675.636 . ISSN 0036-8075 . PMID 17774926 .  
  36. ↑ سينكا، نوريا؛ ليما، كارلوس روبرتو كاميلو؛ غيليماني، خوسيه ماريا (2013). "نظرة عامة على أبحاث وتطبيقات المركبات بين الفلزية: حالة الطلاءات بالرش الحراري" . مجلة أبحاث وتكنولوجيا المواد . 2 (1): 75-86 . doi : 10.1016/j.jmrt.2013.03.013 . ISSN 2238-7854 . 
  37. ↑ "استخدام الصلب حسب القطاع" . worldsteel.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-09-2024 .
  38. ↑ جانغ، جيه إم؛ لي، إتش إس؛ سينغ، جيه كيه (17 ديسمبر 2020). "أداء الحماية الكهرومغناطيسية لطلاءات معدنية مختلفة مُرَسَّبة بعملية الرش الحراري القوسي" . المواد . 13 ( 24): 5776. Bibcode : 2020Mate...13.5776J . doi : 10.3390/ma13245776 . PMC 7767199. PMID 33348891 .  
  39. ↑ "نظرة عامة على برنامج المعادن" (ملف PDF) . arpa-e.energy.gov . تم الاطلاع عليه في 4 يونيو 2024 .
  40. ↑ جيالانيللا، ستيفانو؛ مالاندروكولو، أليسيو (2020). سبائك الفضاء الجوي . موضوعات في التعدين، وعلم المعادن، وهندسة المواد. تشام: دار نشر سبرينغر الدولية. doi : 10.1007/978-3-030-24440-8 . ISBN 978-3-030-24439-2.
  41. ↑ راسل، أ.م.؛ لي، ك.ل. (2005). علاقات التركيب والخواص في المعادن غير الحديدية . هوبوكين، نيوجيرسي: جون وايلي وأولاده. الصفحات. متفرقة. رمز Bibcode : 2005srnm.book.....R . ISBN  978-0-471-64952-6.
  42. ↑ سينكوف، أ.ن.؛ ميراكل، د.ب. (25-02-2021). "تعميم معايير الليونة إلى الهشاشة الجوهرية لبو وبيتيفور 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 .   
  43. ↑ مقدمة في الانخلاعات . إلسيفير. 2001. doi : 10.1016/b978-0-7506-4681-9.x5000-7 . ISBN 978-0-7506-4681-9.
  44. ↑ "معادن بلمونت - المعادن البيضاء" . معادن بلمونت . 17-04-2019 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-07-2024 .
  45. ↑ رودن، أرابيلا (2019-11-04). "نظرة فاحصة على عالم المعادن البيضاء" . jewellermagazine.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-07-08 .
  46. ↑ إرشادات عملية تتعلق بقانون دمغ المعادن الثمينة لعام 1973 (ملف PDF) . مكاتب فحص المعادن الثمينة في بريطانيا العظمى.
  47. ↑ التلوث المعدني . طبعات كواي. 2006. ردمك 978-2-7592-0011-5.
  48. ↑ براندس إي إيه وبروك جي بي (محرران) 1998، دليل المعادن الخفيفة، باتروورث هاينمان، أكسفورد، رقم ISBN 0-7506-3625-4، ص.  8
  49. ↑ بولمير الأول 2006، السبائك الخفيفة: من السبائك التقليدية إلى البلورات النانوية، الطبعة الرابعة، باتروورث هاينمان، أكسفورد، رقم ISBN 0-7506-6371-5، ص.  1
  50. ^ 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.
  51. ↑ والثر، جون ف. (2013). الموارد الطبيعية للأرض . دار نشر جونز وبارتليت. رقم ISBN 978-1-4496-3234-2.
  52. ↑ عبد الرحمن، يحيى (2014). فن الصيرفة والتمويل الإسلامي الخالي من الربا: أدوات وتقنيات للصيرفة المجتمعية . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-1-118-77096-2.
  53. ↑ ياسودا، كوجي؛ ماكاك، يان م.؛ بيرغر، ستيفن؛ غيكوف، أندريه؛ شمكي، باتريك (2007). "الجوانب الآلية لعملية التنظيم الذاتي لتكوين الأنابيب النانوية الأكسيدية على معادن الصمامات" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 154 (9): C472. Bibcode : 2007JElS..154C.472Y . doi : 10.1149/1.2749091 .
  54. ↑ فان هوف، رود ب.؛ سيريفيلت، إنجر ن.؛ فان رويين، باريند ج.؛ نولتي، بيتر أ. (2015). " طلاء غرسات العظام بنتريد التيتانيوم: مراجعة للأدبيات" . مجلة البحوث الطبية الحيوية الدولية . 2015 : 1-9 . doi : 10.1155/2015/485975 . ISSN 2314-6133 . PMC 4637053. PMID 26583113 .   
  55. ↑ سانتيكيا، إليونورا؛ حمودة، أ.م.س؛ مشرفاتي، فراي؛ زالنجاد، عرفان؛ كابيبو، مارسيلو؛ سبيغاريلي، ستيفانو (2015). "دراسة مقاومة التآكل للطلاءات القائمة على نتريد التيتانيوم" . مجلة السيراميك الدولية . 41 (9، الجزء أ): 10349-10379 . doi : 10.1016/j.ceramint.2015.04.152 . ISSN 0272-8842 . 
  56. ↑ ماثيوز، أ. (1985). "تقنية طلاء نتريد التيتانيوم بتقنية الترسيب الفيزيائي للبخار" . هندسة الأسطح . 1 (2): 93-104 . doi : 10.1179/sur.1985.1.2.93 . ISSN 0267-0844 . 
  57. ↑ ك، نامشير؛ روت، تشاندرا سيخا (2021). "البوليمرات الموصلة: مراجعة شاملة لأحدث التطورات في التركيب والخواص والتطبيقات" . RSC Advances . 11 (10): 5659–5697 . Bibcode : 2021RSCAd..11.5659K . doi : 10.1039/D0RA07800J . PMC 9133880. PMID 35686160 .  
  58. ↑ داس، تابان ك.؛ بروستي، سميتا (2012). "مراجعة حول البوليمرات الموصلة وتطبيقاتها" . تكنولوجيا وهندسة البوليمرات والبلاستيك . 51 (14): 1487-1500 . doi : 10.1080/03602559.2012.710697 . ISSN 0360-2559 . 
  59. ↑ سواغر، تيموثي م. (2017). "منظور الذكرى الخمسين: البوليمرات المترافقة الموصلة/شبه الموصلة. منظور شخصي حول الماضي والمستقبل" . الجزيئات الكبيرة . 50 (13): 4867-4886 . Bibcode : 2017MaMol..50.4867S . doi : 10.1021/acs.macromol.7b00582 . hdl : 1721.1/116306 . ISSN 0024-9297 . 
  60. ↑ بيجيسانغشين، ماهنوش؛ عبد الرشيد، ثريا؛ شافعي، سهيدي؛ صدر الحسيني، أمير رضا؛ ليم، هونغ نغي (2021-06-18). " تحضيرات وخصائص وتطبيقات البولي أنيلين والأغشية الرقيقة من البولي أنيلين - مراجعة" . بوليمرات . 13 (12): 2003. doi : 10.3390/polym13122003 . ISSN 2073-4360 . PMC 8234317. PMID 34207392 .   
  61. ↑ دي غروت، ر. أ.؛ مولر، ف. م.؛ إنجن، ب. ج. فان؛ بوشو، ك. هـ. ج. (20 يونيو 1983). "فئة جديدة من المواد: المواد المغناطيسية الحديدية شبه المعدنية" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 50 (25): 2024-2027 . Bibcode : 1983PhRvL..50.2024D . doi : 10.1103/PhysRevLett.50.2024 . hdl : 11370/e3946f6b-8acb-4e0a-80cf-735506203f25 . ISSN 0031-9007 . 
  62. ↑ كوي، جيه إم دي؛ فينكاتيسان، إم. (15 مايو 2002). "المغناطيسية الحديدية شبه المعدنية: مثال على CrO2 (مقال مدعو)" . مجلة الفيزياء التطبيقية . 91 (10): 8345-8350 . doi : 10.1063/1.1447879 . ISSN 0021-8979 . 
  63. ^ 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 . 
  64. ↑ أرميتاج، ن.ب.؛ ميلي، إ.ج.؛ فيشواناث، أشڤين (22 يناير 2018). "أشباه المعادن من نوعي فايل 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 . 
  65. ↑ وانغ، يانغ؛ ن. منصور؛ أ. سالم؛ ك. ف. برينان؛ ب. ب. رودن (1992). "دراسة نظرية لكاشف ضوئي انهياري محتمل منخفض الضوضاء قائم على أشباه المعادن". مجلة IEEE للإلكترونيات الكمية . 28 (2): 507-513 . Bibcode : 1992IJQE...28..507W . doi : 10.1109/3.123280 .
  66. ↑ بوبنوفا، أولغا؛ ضياء، الله خان؛ وانغ، هوي (2014). "البوليمرات شبه المعدنية" . مجلة نيتشر ماتيريالز . 13 (2): 190-194 . Bibcode : 2014NatMa..13..190B . doi : 10.1038/nmat3824 . PMID: 24317188. S2CID : 205409397 .  
  67. 1 2 كوكس 1997 ، الصفحات 73-89 
  68. ↑ كوكس 1997 ، الصفحات 32، 63، 85 
  69. ↑ بودوسيك 2011 ، ص 482 
  70. ↑ بادمانابهان 2001 ، ص 234 
  71. ↑ ريدر 2010 ، ص 32، 33
  72. ↑ هوفمان 2002 ، الصفحات 23-24 
  73. ↑ هادهازي 2016
  74. ↑ تشوبتويك، لينر وبريتورياس 2015 ، ص 383
  75. ↑ كوكس 1997 ، الصفحات 83، 91، 102-103 
  76. ↑ "مختبر لوس ألاموس الوطني - الصوديوم" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2007-06-08 .
  77. ↑ "مختبر لوس ألاموس الوطني - الألومنيوم" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2007-06-08 .
  78. 1 2 معدلات إعادة تدوير المعادن: تقرير حالة مؤرشف بتاريخ 1 يناير 2016 على موقع Wayback Machine ، 2010، الفريق الدولي للموارد ، برنامج الأمم المتحدة للبيئة
  79. ↑ اتّبعوا الحذر: هجوم بالألمنيوم، بقلم كارولين فراي، Guardian.co.uk، 22 فبراير 2008.
  80. ↑ مخزونات المعادن في المجتمع: توليف علمي (مؤرشف في 1 يناير 2016 على موقع Wayback Machine) 2010، الفريق الدولي للموارد ، برنامج الأمم المتحدة للبيئة
  81. ↑ ريردون، آرثر سي. (2011). علم المعادن لغير المتخصصين . ماتيريالز بارك، أوهايو: الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية. الصفحات 73-84 . ISBN  978-1-61503-845-9. OCLC 780082219 . 
  82. ↑ تايلكوت، آر إف (1992). تاريخ علم المعادن، الطبعة الثانية . لندن: دار ماني للنشر، لصالح معهد المواد. ISBN 978-1-902653-79-2تمت أرشفة النسخة الأصلية بتاريخ 2015-04-02.
  83. ↑ ثورنتون، سي.؛ لامبرغ-كارلوفسكي، سي سي؛ ليزرز، إم.؛ يونغ، إس إم إم (2002). "على أطراف الأصابع: تتبع تطور صناعة السبائك النحاسية في تلة يحيى، إيران، من خلال تحليل ICP-MS للأدوات الشائعة". مجلة العلوم الأثرية . 29 (12): 1451-1460 . Bibcode : 2002JArSc..29.1451T . doi : 10.1006/jasc.2002.0809 .
  84. ↑ كوفمان، بريت. "علم المعادن والتغيرات الأثرية في الشرق الأدنى القديم". باكديرت: مراجعة سنوية . 2011 : 86.
  85. ↑ أكانوما، هـ. (2005). "أهمية تكوين شظايا الحديد المستخرجة من الطبقة الثالثة في موقع كامان-كالهويوك، تركيا". دراسات أثرية أناضولية . 14. طوكيو: المعهد الياباني لآثار الأناضول: 147-158 .
  86. ↑ «اكتشاف قطعة حديدية في تركيا تبين أنها أقدم قطعة فولاذية» . صحيفة ذا هندو . تشيناي، الهند. ٢٦ مارس ٢٠٠٩. مؤرشف من الأصل في ٢٩ مارس ٢٠٠٩. تم الاطلاع عليه في ٢٧ مارس ٢٠٠٩ .
  87. ↑ غابرييل، ر. أ. (1990). ثقافة الحرب: الاختراع والتطور المبكر . ويستبورت، كونيتيكت: مجموعة غرينوود للنشر. ص 108. ISBN  978-0-313-26664-5.
  88. ↑ كناوث، ب. (1976). صانعو المعادن، طبعة منقحة . لندن: تايم-لايف إنترناشونال. ص 133، 137. 
  89. ↑ جوردان، جيه إم (أبريل 2016). "«المعرفة القديمة» وطبيعة الأحافير: تصحيح لخطأ علمي حديث . تاريخ وفلسفة علوم الحياة . 38 (1): 90-116 . doi : 10.1007/s40656-015-0094-6 . ISSN 0391-9714 . 
  90. ↑ نُشر في مجلة The Delineator ، سبتمبر 1909. وأعيد طبعه كمقدمة لكتاب Rewards and Fairies في عام 1910.
  91. ↑ جورجيوس أغريكولا، دي ري ميتاليكا (1556) ترجمة هربرت كلارك هوفر ولو هنري هوفر (1912)؛ حاشية تقتبس من دي ناتورا فوسيليوم (1546)، ص 180
  92. ↑ شيختمان، د.؛ بليخ، إ.؛ غراتياس، د.؛ كان، ج. (1984). "طور معدني ذو ترتيب اتجاهي طويل المدى وبدون تناظر انتقالي" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 53 (20): 1951-1953 . Bibcode : 1984PhRvL..53.1951S . doi : 10.1103/PhysRevLett.53.1951 .
  93. ↑ جيرلين، أندريا (5 أكتوبر 2011). "شيختمان من شركة تكنيون يفوز بجائزة نوبل في الكيمياء لاكتشافه البلورات شبه الدورية" . بلومبيرغ . مؤرشف من الأصل في 5 ديسمبر 2014. تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2019 .
  94. 1 2 3 دوبوا، جان ماري (24-09-2012). "خصائص وتطبيقات أشباه البلورات والسبائك المعدنية المعقدة" . مجلة الجمعية الكيميائية . 41 (20): 6760-6777 . doi : 10.1039/C2CS35110B . ISSN 1460-4744 . 
  95. ↑ باولينغ، لينوس (1923). "البنية البلورية لستانيد المغنيسيوم". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 45 (12). الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS): 2777-2780 . doi : 10.1021/ja01665a001 . ISSN 0002-7863 . 
  96. ↑ باولينغ، لينوس (1955). "الطريقة العشوائية وبنية البروتينات". العالم الأمريكي . 43 (2): 285-297 . JSTOR 27826614 . 
  97. ↑ يه، جيه.-دبليو.؛ تشين، إس.-كيه.؛ لين، إس.-جيه.؛ غان، جيه.-واي.؛ تشين، تي.-إس.؛ شون، تي.-تي.؛ تساو، سي.-إتش.؛ تشانغ، إس.-واي. (مايو 2004). "سبائك عالية الإنتروبيا ذات بنية نانوية مع عناصر رئيسية متعددة: مفاهيم ونتائج تصميم سبائك جديدة". مواد هندسية متقدمة . 6 (5): 299-303 . doi : 10.1002/adem.200300567 . ISSN 1438-1656 . S2CID 137380231 .  
  98. ↑ يي، واي إف؛ وانغ، كيو؛ لو، جيه؛ ليو، سي تي؛ يانغ، واي. (يوليو 2016). "سبائك عالية الإنتروبيا: التحديات والآفاق" . مجلة المواد اليوم . 19 (6): 349-362 . doi : 10.1016/j.mattod.2015.11.026 .
  99. ↑ ميراكل، د.ب.؛ سينكوف، أ.ن. (يناير 2017). "مراجعة نقدية لسبائك الإنتروبيا العالية والمفاهيم ذات الصلة" . أكتا ماتيريليا . 122 : 448-511 . Bibcode : 2017AcMat.122..448M . doi : 10.1016/j.actamat.2016.08.081 . ISSN 1359-6454 . 
  100. ↑ جورج، إيسو ب.؛ رابي، ديرك؛ ريتشي، روبرت أو. (18 يونيو 2019). "سبائك عالية الإنتروبيا". مجلة Nature Reviews Materials . 4 (8): 515–534 . Bibcode : 2019NatRM...4..515G . doi : 10.1038/s41578-019-0121-4 . ISSN 2058-8437 . OSTI 1550755. S2CID 196206754 .   
  101. 1 2 تساي، مينغ-هونغ؛ ييه، جين-وي (30 أبريل 2014). "سبائك عالية الإنتروبيا: مراجعة نقدية" . رسائل بحوث المواد . 2 (3): 107-123 . doi : 10.1080/21663831.2014.912690 .
  102. ^ راب، ديرك. تاسان، جمال جيم؛ سبرينغر، هوك. باوش ، مايكل (21/07/2015). “من السبائك ذات الإنتروبيا العالية إلى الفولاذ عالي الإنتروبيا”. الدولية لأبحاث الصلب . 86 (10): 1127-1138 . دوى : 10.1002/srin.201500133 . ردمك 1611-3683 . S2CID 53702488 .  
  103. ↑ غلودوفاتز، بيرند؛ هوهنوارتر، أنطون؛ كاتور، ديراج؛ تشانغ، إدوين هـ.؛ جورج، إيسو ب.؛ ريتشي، روبرت أو. (2014-09-05). " سبيكة عالية الإنتروبيا مقاومة للكسر للتطبيقات المبردة" . مجلة ساينس . 345 (6201): 1153-1158 . Bibcode : 2014Sci...345.1153G . doi : 10.1126/science.1254581 . ISSN 0036-8075 . PMID 25190791. S2CID 1851195 .   
  104. ↑ لي، زيزو؛ تشاو، شيتنغ؛ ريتشي، روبرت أو.؛ ​​مايرز، مارك أ. (2019-05-01). "الخواص الميكانيكية لسبائك عالية الإنتروبيا مع التركيز على السبائك المكعبة ذات المراكز الوجهية" . التقدم في علوم المواد . 102 : 296-345 . doi : 10.1016/j.pmatsci.2018.12.003 . ISSN 0079-6425 . OSTI 1634203. S2CID 140083145 .   
  105. ↑ لافين، م.س. (4 سبتمبر 2014). "سبيكة معدنية تزداد قوتها عند البرودة". مجلة ساينس . 345 (6201): 1131. رمز Bibcode : 2014Sci...345Q1131L . doi : 10.1126/science.345.6201.1131-b .
  106. ↑ هاناور، د.أ.هـ؛ هو، ل.؛ كان، و.هـ؛ بروست، ج.؛ فولي، م.؛ كرمان، إ.؛ رادوفيتش، م. (2016). "أداء الانضغاط وانتشار الشقوق في مركبات سبائك الألومنيوم/Ti2AlC" . علم وهندسة المواد: أ . 672 : 247-256 . arXiv : 1908.08757 . doi : 10.1016/j.msea.2016.06.073 .
  107. ↑ غونزاليس-جوليان، خيسوس (2021). "معالجة أطوار MAX: من التركيب إلى التطبيقات" . مجلة الجمعية الأمريكية للخزف . 104 (2): 659-690 . doi : 10.1111/jace.17544 . ISSN 1551-2916 . 
  108. ↑ دالكفيست، مارتن؛ بارسوم، ميشيل و.؛ روزن، جوهانا (2024-01-01). "مراحل ماكس - الماضي والحاضر والمستقبل" . مواد اليوم . 72 : 1-24 . doi : 10.1016/j.mattod.2023.11.010 . ISSN 1369-7021 . 

للمزيد من القراءة

  • تشوبتويك، إم دبليو ، ولينر، إل، وبريتورياس، إف. 2015، "استكشاف جاذبية المجال القوي من خلال المحاكاة العددية"، في أ. أشتيكار ، وب. ك. بيرغر ، وج. إيزنبرغ، وم. ماك كالوم (محررون)، النسبية العامة والجاذبية: منظور مئوي ، مطبعة جامعة كامبريدج، كامبريدج، ISBN 978-1-107-03731-1.
  • كوكس، ب. أ. (1997). العناصر: أصلها ووفرتها وتوزيعها . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-855298-7.
  • كرو، جيه إم، 2016، " سبائك مستحيلة: كيفية صنع معادن لم يسبق لها مثيل "، مجلة نيو ساينتست، 12 أكتوبر
  • هادهازي أ. 2016، " منجم الذهب المجري يفسر أصل أثقل العناصر في الطبيعة "، 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، رقم 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، لونغمان، لندن، رقم ISBN 978-0-582-44278-8
  • بودوسيك، ف. أ. 2011، "الغازات النبيلة"، في: هولاند، هـ. د. وتوريكيان، ك. ك. (محرران)، جيوكيمياء النظائر: من كتاب "مقدمة في الجيوكيمياء" ، إلسيفير، أمستردام، ص  467-492، رقم ISBN 978-0-08-096710-3.
  • ريموند ر. 1984، من أتون النار: أثر المعادن على تاريخ البشرية، ماكميلان أستراليا، ملبورن، رقم ISBN 978-0-333-38024-6
  • ريدر د. 2010، الكيمياء في الفضاء: من المادة بين النجوم إلى أصل الحياة ، وايلي-في سي إتش، فاينهايم، رقم ISBN 978-3-527-32689-1.
  • راسل إيه إم ولي كيه إل 2005، علاقات التركيب والخواص في المعادن غير الحديدية، جون وايلي وأولاده، هوبوكين، نيو جيرسي، رقم ISBN 978-0-471-64952-6
  • ستريت أ. وألكسندر و. 1998، المعادن في خدمة الإنسان، الطبعة الحادية عشرة ، دار بنجوين للنشر، لندن، رقم ISBN 978-0-14-025776-2
  • ويلسون، أ. ج.، 1994، الصخرة الحية: قصة المعادن منذ أقدم العصور وتأثيرها على تطور الحضارة ، دار وودهيد للنشر، كامبريدج، رقم ISBN 978-1-85573-154-7