لماذا تنقسم المعادن إلى معادن غير حديدية ومعادن حديدية?

تقسيم المعادن إلى الحديدية و غير الحديدية تعتمد الفئات في المقام الأول على محتوى الحديد وما يترتب على ذلك من اختلافات فيهما ملكيات و التطبيقات. هذا التصنيف يبسط فهم خصائص المعدن, سلوك, والاستخدامات المحتملة.

التركيب الكيميائي

المعادن الحديدية تحتوي على كميات كبيرة من الحديد باعتباره المكون الرئيسي لها, يتم دمجها عادةً مع الكربون وأحيانًا عناصر أخرى. على المدى “الحديدية” يأتي من الكلمة اللاتينية حديد, بمعنى الحديد. تشمل الأمثلة الشائعة فُولاَذ (الحديد بكميات متفاوتة من الكربون) و الحديد الزهر.
المعادن غير الحديدية, على الجانب الآخر, لا تحتوي على الحديد بكميات ملحوظة (أو على الإطلاق) وبدلا من ذلك تتكون من معادن أخرى. وتشمل هذه المعادن مثل الألومنيوم, نحاس, الزنك, يقود, والمعادن الثمينة مثل ذهب و فضة.

مقاومة التآكل

المعادن الحديدية معرضة للصدأ عند تعرضها للرطوبة والأكسجين لأن الحديد يتفاعل مع الماء والأكسجين لتكوين أكسيد الحديد (الصدأ). تحد هذه الخاصية من استخدامها في البيئات التي يشكل فيها التآكل مصدر قلق.
المعادن غير الحديدية بشكل عام أكثر مقاومة للتآكل. على سبيل المثال, الألومنيوم يشكل طبقة أكسيد واقية تمنع المزيد من الأكسدة, و نحاس يطور الزنجار الذي يوفر الحماية أيضًا. وهذا يجعل المعادن غير الحديدية أكثر ملاءمة للاستخدام في البيئات البحرية, التطبيقات الكهربائية, والمعدات في الهواء الطلق.

نسبة القوة إلى الوزن

المعادن الحديدية مثل الفولاذ يميل إلى أن يكون أقوى وأكثر متانة ولكنه أيضًا أثقل من العديد من المعادن غير الحديدية. وهذا يجعل المعادن الحديدية مثالية للبناء, الآلات, والتطبيقات الهيكلية حيث القوة لها أهمية قصوى.
المعادن غير الحديدية عادة ما تكون أخف وزنا. على سبيل المثال, الألومنيوم يستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران والسيارات بسبب وزنه المنخفض ونسبة القوة إلى الوزن, وهو أمر ضروري لكفاءة استهلاك الوقود والأداء.

الخصائص المغناطيسية

المعادن الحديدية عادة مغناطيسي (حديد, فُولاَذ, إلخ.), مما يجعلها مفيدة في تطبيقات مثل المحركات الكهربائية, محولات, والأجهزة المغناطيسية.
المعادن غير الحديدية بشكل عام غير مغناطيسية (مع بعض الاستثناءات, يحب النيكل و الكوبالت), مما يجعلها مفيدة في التطبيقات التي قد يكون فيها التداخل المغناطيسي مشكلة, كما هو الحال في الإلكترونيات الحساسة أو في المجال الطبي (آلات التصوير بالرنين المغناطيسي).

صناعة السبائك وتعدد الاستخدامات

المعادن الحديدية غالبًا ما يتم خلطها مع عناصر أخرى لتعديل خصائصها. على سبيل المثال, إضافة الكربون إلى الحديد يشكل الفولاذ, وإضافة الكروم والنيكل يخلق الفولاذ المقاوم للصدأ, وهي مقاومة للتآكل وقوية.
المعادن غير الحديدية يتم أيضًا سبائكها لخصائص محددة, مثل النحاس (النحاس والزنك), البرونز (النحاس والقصدير), و الجنود (القصدير والرصاص), ولكن هذه السبائك تميل إلى أن تكون لها خصائص مختلفة عن السبائك الحديدية.

الاعتبارات الاقتصادية والعملية

المعادن الحديدية, خصوصاً فُولاَذ, وعادة ما تكون أقل تكلفة من المعادن غير الحديدية بسبب وفرة الحديد في القشرة الأرضية وكفاءة عمليات استخراج خام الحديد.. وهذا يجعل المعادن الحديدية المادة المفضلة للبناء والتطبيقات الصناعية على نطاق واسع.
المعادن غير الحديدية, كونها نادرة أو تتطلب عمليات استخراج أكثر تعقيدًا, تميل إلى أن تكون أكثر تكلفة. لكن, خصائصها المحددة - مثل, مثل مقاومة التآكل, الموصلية, والوزن المنخفض – يبرر ارتفاع التكاليف في الصناعات المتخصصة, مثل الالكترونيات, الفضاء الجوي, والتصنيع الراقي.

نقاط الانصهار والمعالجة

المعادن الحديدية بشكل عام نقاط انصهار أعلى (على سبيل المثال, الصلب حوالي 1370 درجة مئوية أو 2500 درجة فهرنهايت), مما يجعلها مناسبة لتطبيقات درجات الحرارة العالية, كما هو الحال في صناعة الآلات, أدوات, والمكونات الهيكلية.
المعادن غير الحديدية عادة ما يكون نقاط انصهار أقل (على سبيل المثال, يذوب الألومنيوم عند حوالي 660 درجة مئوية أو 1220 درجة فهرنهايت), مما يجعلها أسهل في المعالجة والإلقاء. وهذا هو أحد الأسباب وراء تفضيل المعادن غير الحديدية لبعض تطبيقات الصب الدقيقة ولإنتاج مكونات معقدة في صناعات مثل الإلكترونيات.

التأثير البيئي والصحي

المعادن الحديدية غالبًا ما تنطوي على تأثير بيئي أكبر في استخراجها ومعالجتها, لا سيما بسبب استخدام كميات كبيرة من الطاقة وإنتاج الانبعاثات أثناء تعدين خام الحديد وصناعة الصلب.
المعادن غير الحديدية, مثل الألومنيوم, تتطلب طاقة كبيرة للإنتاج, ولكن بعض (مثل النحاس والألومنيوم) للغاية قابلة لإعادة التدوير ويمكن إعادة استخدامها دون خسارة كبيرة في الممتلكات, مما يجعلها أكثر استدامة على المدى الطويل.

ملخص لماذا يوجد التمييز

محتوى الحديد: السبب الأساسي للتصنيف هو ما إذا كان المعدن يحتوي على الحديد بكميات كبيرة أم لا, مما يؤثر على سلوكه واستخداماته.
مقاومة التآكل: تتمتع المعادن غير الحديدية بشكل عام بمقاومة أفضل للتآكل مقارنة بالمعادن الحديدية, مما يجعلها مثالية لبيئات معينة.
الخصائص الميكانيكية: تميل المعادن الحديدية إلى أن تكون أقوى وأكثر متانة, في حين أن المعادن غير الحديدية غالباً ما تكون أخف وزناً وأكثر مقاومة للتآكل والتآكل.
التطبيقات والتكلفة: تعتبر المعادن الحديدية أكثر اقتصادا وتستخدم عادة للأغراض الهيكلية, بينما تستخدم المعادن غير الحديدية في الصناعات المتخصصة حيث تتميز بخصائصها الفريدة (مثل الموصلية الكهربائية, خفة, ومقاومة التآكل) يتم تقديرها.

هذا التصنيف يساعد الصناعات, الشركات المصنعة, ويقوم المهندسون باختيار المواد المناسبة لتطبيقات محددة بناءً على خصائصها الفريدة ومتطلبات الأداء.