گرافیت و هماتیت: از نوک مداد تا بدنه خودرو
کانی چیست؟ طبقهبندی ساده
کانیها مواد طبیعی، جامد و بلورینی هستند که ترکیب شیمیایی مشخصی دارند و بخش اصلی سنگها را تشکیل میدهند. موادی مانند شیشه یا آلیاژهای ساخت بشر کانی محسوب نمیشوند. کانیها را بر اساس کاربرد و ترکیب به دستههای مختلفی تقسیم میکنند:
| دسته اصلی | زیردسته و مثال | توضیح |
|---|---|---|
| کانیهای فلزی | هماتیت، مگنتیت، طلا | هدف اصلی استخراج فلز از آنهاست. سنگآهن نمونه بارز آن است. |
| کانیهای صنعتی (غیرفلزی) | گرافیت، الماس، کوارتز، نمک | به خاطر خواص ویژهشان (مانند نرمی، درخشش، مقاومت) مستقیماً استفاده میشوند. |
| سوختنی (آلی) | زغالسنگ، نفت | گرافیت و زغالسنگ گرچه منشأ آلی دارند، اما امروزه کانی درنظر گرفته میشوند. |
هماتیت: کانی سرخ رنگ و پرآهن
هماتیت مهمترین سنگآهن دنیاست. نام آن از واژه یونانی «هیما» به معنای خون گرفته شده، زیرا خاکه آن قرمز رنگ است. فرمول شیمیایی آن $Fe_2O_3$ است.
ویژگی جالب هماتیت این است که ممکن است به رنگ سیاه فلزی دیده شود، اما وقتی آن را روی یک صفحه سفید (مثلاً یک قطعه سرامیک لعابنخورده) بکشید، خاکه یا «رد» قرمز-قهوهای از خود به جای میگذارد. این ویژگی، کلید شناسایی آن است.
گرافیت: الماس سیاه و نرم
گرافیت شکلی از کربن خالص است. جالب است بدانید الماس نیز کربن خالص است، اما به دلیل آرایش متفاوت اتمها، سختترین کانی طبیعت است. در گرافیت، اتمهای کربن در لایههایی چیده شدهاند که به راحتی روی هم میلغزند و این دلیل نرمی و خاصیت روانکاری آن است.
اگر یک تکه گرافیت را لمس کنید، احساس چرب بودن میکند. همچنین به راحتی روی کاغذ رد سیاه به جا میگذارد. از همه جالبتر، گرافیت رسانای جریان برق است.
کاربردهای شگفتانگیز در زندگی ما
این دو کانی به ظاهر معمولی، تقریباً در همه جای زندگی مدرن حاضرند.
کاربردهای هماتیت:
- تولید فولاد: بیش از ۹۰٪ آهن استخراجی در آمریکای شمالی از هماتیت بهدست میآید. فولاد حاصل از آن در ساختمانها، پلها، خودروها و ریل قطارها استفاده میشود.
- رنگسازی: از گونه پودری و قرمز رنگ هماتیت (خاک سرخ) از دیرباز به عنوان رنگدانه استفاده میشده است. رنگ قرمز انبارهای چوبی معروف (Red Barns) در آمریکا از همین ماده است. در ایران، خاک سرخ جزیره هرمز شهرت جهانی دارد و در هنرهای محیطی و نقاشی استفاده میشود.
- ساینده و جواهر: از گونه سخت آن برای پولیش فلزات و از بلورهای درخشان آن در ساخت زیورآلات استفاده میشود.
کاربردهای گرافیت:
- مغز مداد: مخلوط پودر گرافیت، خاک رس و آب، همان مغز سیاه مداد شماست.
- باتریها: یکی از اجزای اصلی الکترود باتریهای لیتیوم-یون در تلفنهمراه و خودروهای برقی است.
- روانساز: به صورت پودر در قفلها یا صنایع برای کاهش اصطکاک به کار میرود.
- صنایع نسوز: در تولید بوتههای ذوب فلزات و صفحات گرافنی پیشرفته کاربرد دارد.
| ویژگی | گرافیت (کانی صنعتی) | هماتیت (کانی فلزی) |
|---|---|---|
| ترکیب شیمیایی | کربن خالص (C) | اکسید آهن ($Fe_2O_3$) |
| رنگ | سیاه فلزی تا خاکستری | خاکستری فلزی (بلور) تا قرمز-قهوهای (پودر) |
| سختی (از ۱۰) | بسیار نرم (حدود ۱-۲) | نسبتاً سخت (حدود ۵.۵-۶.۵) |
| کاربرد اصلی | مغز مداد، باتری، روانساز | تولید فولاد، رنگدانه |
| مشخصه شناسایی | رد سیاه روی کاغذ، احساس چرب بودن | رد قرمز-قهوهای روی سرامیک |
پرسشهای متداول
پاسخ: بله، ارتباط مستقیمی دارد. زنگ آهن در واقع یک شکل از اکسید آهن آبدار است. هماتیت نیز نوعی اکسید آهن (بدون آب) است. میتوان گفت زنگ آهن، هماتیتِ ناخالص و نرمتری است که در مجاورت رطوبت تشکیل میشود.
پاسخ: تفاوت در آرایش سهبعدی اتمهای کربن است. در الماس، هر اتم کربن با چهار اتم دیگر پیوند محکم دارد و شبکهای بسیار قوی میسازد. در گرافیت، اتمها در لایههای ششضلعی قرار دارند. پیوند بین این لایهها ضعیف است و لایهها به راحتی روی هم میلغزند.
پاورقی
۱کانی (Mineral): مادهای طبیعی، جامد، بلوری و دارای ترکیب شیمیایی مشخص که اجزای سازنده سنگها هستند.
۲هماتیت (Hematite): مهمترین کانی سنگ آهن با فرمول شیمیایی $Fe_2O_3$ که نام آن از واژه یونانی به معنای «خون» گرفته شده است.
۳گرافیت (Graphite): یکی از آلوتروپهای نرم کربن خالص که به دلیل ساختار لایهای، رسانای الکتریسیته است و در مداد و باتریها کاربرد دارد.
۴رد یا خاکه (Streak): رنگ پودر یک کانی که با کشیدن آن روی یک صفحه سفید و خشن (صفحه سرامیک بیلعاب) مشخص میشود و از ویژگیهای مهم شناسایی کانیهاست.
