ما هي أقسى المعادن على سطح الأرض؟
تحتوي الأرض على كمية كبيرة من المعادن، لكن ما هي أقسى المعادن على سطح الأرض؟
1. التنغستن
يتميز التنغستن بأعلى درجة انصهار (3422 درجة مئوية) وقوة شد قصوى (9983 كغ/سم مربع) بين المعادن الطبيعية. وقد استُخدم التنغستن وسبائكه في صناعة خيوط المصابيح المتوهجة وأنابيب التلفزيون.
تبلغ صلابة هذا المعدن النادر، بمفرده، 7.5 على مقياس موس (صلادة الماس 10)، لكن مركب كربيد التنغستن أكثر صلابة (9.5) ويستخدم في صناعة الأدوات.
2. الفولاذ
الفولاذ سبيكة من عنصرين: الحديد (معدن) والكربون (لا فلزي). وتختلف سبائك الفولاذ في نسبة الحديد إلى الفولاذ، وكذلك في أي معادن أخرى موجودة.
على سبيل المثال، لإنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ، يمزج الفولاذ مع الكروم. يحتوي الفولاذ الكربوني على نسبة أعلى من الكربون، مما يجعله أقوى من سبائك الفولاذ الأخرى.
3. الأوزميوم
يعد الأوزميوم أحد أكثر المعادن كثافةً في العالم. ومع ذلك، يعدّ الأوزميوم هشًا للغاية، لذا يستخدم عادةً باعتدال في السبائك. يُمكنك العثور على الأوزميوم في مكونات الدوائر الكهربائية.
4. الكروم
إذا كنت تفكّر في القوة كصلابة، فقد تعتبر الكروم أقوى معدن في العالم. بتصنيف صلابة 8.5 على مقياس موس، يعدّ الكروم أصلب معدن على وجه الأرض. كما أنه يقاوم التآكل، ومن هنا جاءت شعبية طلاء الكروم.
5. التيتانيوم
سمّيَ التيتانيوم تيمنًا بجبابرة الأساطير اليونانية، ويتميز بأعلى نسبة قوة شد إلى كثافة بين أي معدن على وجه الأرض. تتميز سبائك التيتانيوم (مزيج من التيتانيوم ومعادن أخرى) بأعلى نسبة قوة إلى وزن بين أي معدن على وجه الأرض.
التيتانيوم النقي قوي كالفولاذ، ولكنه أخف وزنًا بنسبة 45%.
جعلت نسبة القوة إلى الوزن المذهلة التي يتمتّع بها التيتانيوم من سبائك التيتانيوم المواد المُفضّلة لمحركات وهياكل الطائرات والصواريخ والقذائف – أي تطبيق تحتاج فيه المكونات المعدنية إلى أن تكون متينة وخفيفة الوزن قدر الإمكان.
على الرغم من أنه ليس معدنًا نادرًا، إلا أنه باهظ الثمن نظرًا لتكلفة استخراجه وإنتاجه.
تحتوي طائرة إيرباص A380، أكبر طائرة ركاب في العالم، على 77 طنًا (70 طنًا متريًا) من التيتانيوم، معظمها في محركاتها الضخمة.
بفضل ابتكار معدني في ثلاثينيات القرن الماضي يسمى “عملية نوكس”، ازدهرت عمليات التشكيل التجاري للتيتانيوم في أربعينيات وخمسينيات القرن الماضي.
كان أول استخدام له في الطائرات العسكرية والغواصات (الأمريكية والروسية)، ثم في الطائرات التجارية في ستينيات القرن الماضي.
إقرأ أيضاً… ما هي أكثر المعادن شيوعاً في الأرض؟
اكتشاف التيتانيوم
في عام 1791، اكتشف عالم معادن بريطاني هاوٍ وقس كنيسة، ويليام غريغور، رمالًا سوداء غريبة في مجرى مائي بالقرب من مدينة كورنوال. كان بعض الرمال مغناطيسيًا، وقد حدد غريغور أنه أكسيد الحديد، لكن المادة الأخرى كانت غامضة.
كان أكسيدًا آخر بالتأكيد، ولكنه ليس من بين الأكسيدات المسجلة في سجلات الجمعية الجيولوجية الملكية.
أعاد الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث اكتشاف هذا الأكسيد الغريب عام ١٧٩٥، وأطلق عليه اسمه الأسطوري، أكسيد التيتانيوم، تيمّنًا بالآلهة التي سبقت الأولمبيين في الأساطير اليونانية.
على الرغم من اكتشافه في أواخر القرن الثامن عشر، لم يعزل التيتانيوم النقي من أكسيده حتى عام ١٩١٠، عندما اكتشف الكيميائي الأمريكي ماثيو هانتر، الذي كان يعمل لدى شركة جنرال إلكتريك، كيفية نزع هذا المعدن الفضي من أكسيده تحت حرارة وضغط عاليين داخل “قنبلة” محكمة الغلق.
التيتانيوم لا يصدأ
التآكل عملية كهروكيميائية تدمّر معظم المعادن ببطء مع مرور الوقت. عندما تتعرض المعادن للأكسجين، سواء في الهواء أو تحت الماء، يجذب الأكسجين الإلكترونات، مكوّنًا ما نُسميه “أكاسيد” معدنية.
يعد أكسيد الحديد، المعروف أيضًا باسم الصدأ، أحد أكثر الأكاسيد المسببة للتآكل شيوعًا.
ولكن ليست كل الأكاسيد تعرّض المعدن الذي تحته للتآكل. عند ملامسة التيتانيوم للأكسجين، يشكّل طبقة رقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) على سطحه.
تحمي هذه الطبقة الأكسيدية التيتانيوم الأساسي من التآكل الناتج عن معظم الأحماض والقلويات والتلوث والمياه المالحة.
خصائص التيتانيوم الطبيعية المضادة للتآكل تجعله المادة المثالية ليس فقط للطائرات، بل أيضًا للمكونات الموجودة تحت سطح البحر والمعرضة لمياه مالحة شديدة التآكل.
تصنع مراوح السفن في أغلب الأحيان من التيتانيوم، وكذلك أنظمة الصابورة والأنابيب الداخلية للسفينة، بالإضافة إلى المعدات الموجودة على متنها المعرضة لمياه البحر.
المصادر والمراجع:
[1] What are the Strongest and Hardest Metals on Earth? – tampasteel.com
