مكونات القشرة الأرضية

بسم الله و الصلاة و السلام
على رسول الله

السلام عليكم و رحمة الله و بركاته

أسعد الله
أوقاتكم بكل خير أخواني و أخواتي الأعزاء

يسعدني أن أكون معكم
أخواني و أخواتي من جديد في مكونات القشرة الأرضية بعد أن تعرفنا سويا على
نشأة الكرة الأرضية في موضوعنا السابق ، و أسأل الله عز و جل أن تعم
الفائدة المرجوة من الموضوع للجميع

بسم الله
نبدأ

تتكون المادة الصلبة للقشرة الأرضية من المعادن و الصخور ، و
المعادن هي الوحدات التركيبية للصخور ، بمعنى أن كل صخر يتكون في العادة من
عدة معادن ، و لفهم التعريف العلمي الجيولوجي لكلمة معدن يجب توضيح بعض
الأمور المتعلقة بطبيعة المادة مثل : التكوين الذري للمادة ، و تعريف
العناصر و نظائرها ، و التركيب الجزيئي للمركبات الكيميائية ، و حالات
المادة الغازية و السائلة و الصلبة ، و خليط المركبات الكيميائية في الحالة
الغازية و السائلة ( المحاليل ) ، و الحالة الصلبة البلورية و المحاليل
الصلبة .

أولا – طبيعة المادة :-
=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=
(
1 ) التركيب الذري للمادة :-
-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-
يتكون
الكون من مادة و طاقة ، و الطاقة هي الخاصية الكامنة في الكون و التي تتسبب
في إحداث تغيرات المادة . أما المادة فتتكون من ذرات Atoms ، و لكل عنصر
Element في الطبيعة نوع خاص من الذرات .
و تتكون الذرات جميعها من ثلاثة
أنواع من الوحدات التركيبية ، و هي :-
البروتونات Protons : و هي ذات
حجم كبير نسبيا موجب الشحنة ( + ) .
النيترونات Neutrons : و هي أيضا
ذات حجم كبير ، و لكنها تختلف عن البروتونات في عدم وجود شحنة كهربائية
عليها ( متعادلة ) .
الإلكترونات Electrons : و هي صغيرة الحجم و تدور
حول النواة في مدارات محدودة العدد و الاتساع ، و شحنتها الكهربية سالبة ( -
) .
هذا و يتساوى عدد الإلكترونات السالبة مع عدد البروتونات الموجبة
في كل ذرة لعنصر معين ، بحيث تكون الذرة نفسها متعادلة .
لكل عنصر رقم
ذري Atomic Number يعمل على تحديد عدد البروتونات الموجودة في الذرة لهذا
العنصر ، و يتراوح هذا العدد الذري من 1-92 في حالة العناصر الطبيعية ، و
لكن يمكن أن يحتوي العدد الذري على عددا مختلفا من النيترونات للعنصر
الواحد و بالتالي يسبب اختلافا في الوزن الذري للعنصر الواحد ، لذلك يقال
أن لكل عنصر نظائر Isotopes ، و كل نظير لعنصر معين له رقم كتلة Mass
Number يحدد عدد البروتونات و النيترونات في النواة .
يوجد في الطبيعة
نظائر لبعض العناصر غير الثابتة ،و تفقد هذه النظائر بعض البروتونات أو
النيترونات لتتحول إلى عناصر أخرى تعرف هذه النظائر باسم النظائر المشعة
Radioactive Isotopes ، و هذه النظائر المشعة توجد في بعض المعادن في
الطبيعة التي تشكل مصادر هامة للطاقة الذرية ، إذ أن هذه العناصر تشع أيضا
كمية كبيرة من الطاقة عندما تفقد البروتونات و النيترونات .
أما
الإلكترونات فتدور حول النواة في مدارات Orbitals معينة على مسافات ثابتة
بالنسبة لمركز الذرة ، و ترتب هذه المدارات في مجاميع متقاربة تكون كل
مجموعة منها غلافا Shell ، و في كل مدار عدة أغلفة . و قد استخدم العالم
الروسي ماندليف هذه الخواص المتعلقة بترتيب الإلكترونات لتصنيف العناصر في
الجدول المعروف باسم جدول مندليف الدوري Periodic Table of Mendeleev ، و
يشرح ترتيب العناصر في هذا الجدول كثيرا من الخواص الطبيعية و الكيميائية
للذرات و العناصر المختلفة .
( 2 ) الخواص الكيميائية لذرات
العناصر ( المركبات الكيميائية و الأيونات ) :-
0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-
يحدد
وضع العنصر في جدول مندليف كل الخواص الكيميائية لهذا العنصر ، فالعناصر
التي تقع في العمود رقم 1 مثلا لها نفس الخصائص الكيميائية ، و هناك نوعان
من العناصر القابلة للتفاعل الكيميائي :-
أ. عناصر لديها القدرة على
إعطاء إلكترونات ، و هي العناصر التي تحتوي عددا قليلا من الإلكترونات في
أغلفتها الخارجية غير المشبعة ، و تقع هذه العناصر في العمود الأول حتى
العمود الخامس في جدول مندليف . و تسمى هذه العناصر بالفلزات Metals ،و
يتحدد تكافؤ العنصر من عدد الإلكترونات التي يمكن أن يقدمها للعناصر الأخرى
،و هذه الإلكترونات هي التي توجد في الأغلفة غير المشبعة .
ففي حالة
الهيدروجين و الليثيوم و الصوديوم يكون التكافؤ أحادي لأنها تستطيع إعطاء
إلكترون واحد لتكسب شحنة موجبة ، أما في حالة البريليوم و المغنيسيوم و
الكالسيوم فالتكافؤ يكون ثنائي ، و البورون و الألمونيوم يكون التكافؤ
فيهما ثلاثي ، و الكربون و السليكون تكفؤها رباعي ، أما النيتروجين فتكافؤه
ثلاثي فقط و ليس خماسي لأنه لا يفقد سوى الإلكترونات الموجودة في الغلاف
2ب و عددها 3

ب. عناصر لديها القدرة
على أخذ إلكترونات ،وهي العناصر التي تحتوي على عددا كبيرا من الإلكترونات
، و لا ينقصها إلا القليل لاتمام غلافها غير المشبع ،و تقع هذه العناصر في
العمودين 6 و 7 لجدول مندليف ، و هي مثل الأكسجين و الفلورين والكلورين و
تسمى هذه العناصر باللافلزات Non Metals .

و توجد عناصر تختلف في
قدرتها على التفاعل بحسب كمية الطاقة المتيسرة لها ، و بذلك يمكنها اكتساب
تكافؤات مختلفة ، و لمعظم هذه العناصر رقم كتلة كبير نسبيا ، و تقع في
مجموعة العناصر الانتقالية .
و في معظم الأحيان تتفاعل عدة ذرات في
الطبيعة لتكوين مركبات كيميائية Chemical Compound لها صفات معينة و ثابتة ،
و يتكون الجزء الأكبر من مادة الأرض و أغلفتها المختلفة من مركبات
كيميائية ، و يعتبر الجزيء Molecule أصغر جزء من المركب الكيميائي النقي
Pure Chemical Compound و الذي له الصفات الكيميائية المميزة لهذا المركب .
فمثلا
تتفاعل ذرة من الصوديوم مع ذرة من الكلور ، و كلاهما أحادي التكافؤ ،
لإعطاء جزيء من كلوريد الصوديوم ، و هو عبارة عن مركب كيميائي .
و في
كثير من التفاعلات الكيميائية تفقد بعض الذرات الإلكترونات التي تحدد
تكافؤها تماما و تصبح الذرة الخالية من الإلكترونات أيونا Ion . فمثلا ذرة
الصوديوم تكون أيونا موجبا Positive Ion له شحنة موجبة واحدة ،و يكون حجم
هذا الأيون الموجب ( و الذي يسمى أحيانا كاتيون Cation ) أصغر من حجم
الذرة نفسها لأن تكوينه يتطلب فقدان مدار خارجي .
و هناك بعض الذرات
التي تكتسب إلكترونات فتكون أيونات سالبة ، تسمى أنيونات Anions و مثال ذلك
ذرة الكلور التي تكون أيونا سالبا من الكلوريد ، و يكون حجم الأنيون قريبا
من حجم الذرة الأصلي لأن اكتساب الإلكترون لا يتطلب تكوين مدار جديد .
كما
يوجد في الطبيعة عدد كبير جدا من المركبات الكيميائية التي تسمى أملاحا ،
تتكون جزيئاتها من شطرين :-
1. جزء موجب يمكن تمثيله على هيئة أيون فلزي
، صغير الحجم مثل : Fe++ , Mg ++ , Ca++ , Na+ .
2. جزء سالب ، و
يمكن تمثيله على هيئة أيون لا فلزي ، كبير الحجم مثل : Cl- , F- . و في
كثير من الأحيان يكون هذا الجزء معقدا في تركيبه الذري ، إذ أن تتحد ذرات
بعض العناصر اللافلزية لتكوين أيون سالب مثل : Co3-- , So4--, SiO4---- .
و
يسمى الجزء السالب للأملاح بالشق الحامضي و الجزء الموجب بالشق القاعدي ، و
ذلك لأن تفاعل هذه الأملاح بالماء يعطي عادة مادتين ، أحدهما قاعدية و
الثانية حامضية ، كما هو مبين في المعادلات التالية :-
Na Cl + H2O
===> NaOH + HCl
فـ NaOH قاعدة و HCl حمض .
CaCo3 + 2H2O
===> Ca(OH)2 + H2CO3
فـ Ca(OH)2 قاعدة و H2CO3 حمض
و تعتبر
الأملاح نتيجة لتفاعل حمض مع قاعدة كما في المعادلة التالية :-
Ca(OH)2
+ H2CO3 ===> CaCO3 + 2H2O
و يمكن تمثيل الكثير من المعادن في
الطبيعة كيميائيا على هيئة أملاح ، و ذلك باستثناء الأكاسيد والكبريتيدات
Oxydes and Sulfides التي يتكون شقها السالب من الأكسجين أو الكبريت غير
القابلي للتأين .

( 3 ) حالات المادة :-
-0-0-0-0-0-0-0-0-0-
تتحرك
جزيئات المركبات الكيميائية عادة طبقا لكمية الطاقة المتوفرة فيها ،و يمكن
القول إن الطاقة الحرارية ، أي درجة الحرارة ليست إلا مقياسا لتحرك
الجزيئات ، فإذا زادت حركة الجزيئات بحيث يصعب تحديد المسافة بينها يكون
المركب الكيميائي في الحالة الغازية . و تعتمد درجة الحرارة المطلوبة
لتوصيل مركب كيميائي معين إلى الحالة الغازية على نوعية المركب ، و تعتبر
قوة الترابط الكهرو مغناطيسية الموجودة بين الجزيئات و الوزن الجزيئي
للمركب Molecular Wight of The Compound أهم خواص المركب التي تعتمد عليها
درجة غليانه Boliling Point . و الوزن الجزيئي لأي مركب هو مجموع الأوزان
الذرية للذرات المكونة لجزيئات المركب .
فالوزن الجزيئي للماء الذي
يتكون من ذرة أكسجين و ذرتين هيدروجين ) هو 2 + 16 = 18 لأن رقم كتلة ذرة
الهيدروجين واحد أما الأكسجين 16 .
و في الحالة الغازية يمكن أن تمتزج
جميع المركبات الكيميائية التي تتشابه في درجة غليانها ، و في هذه الحالة
تنتشر جزيئات المركبات المتمازجة بانتظامفي الفراغ الذي يشغله الغاز .

يكون المركب في
الحالة السائلة عندما لا تكفي حركة الجزيئات ، لمركب كيميائي معين لمقاومة
القوة الكهرومغناطيسية التي تربط بين الجزيئات مع كفاية هذه القوة لتحرك
الجزيئات بحرية ، بحيث لا تختلف المسافات بينها اختلافا كبيرا . و هناك
سوائل يمكن اختلاط جزيئاتها و تكون في هذه الحالة مخاليط من السوائل
الممتزجة Mixture of Miscible Liquids ، فالماء و الكحول مثلا سائلان
قابلان للامتزاج ، و هناك سوائل غير قابلة للامتزاج Immiscible Liquids مثل
الماء و الزيت .
و السوائل لديها القدرة على فك الراوبط
الكهرومغناطيسية التي تضم الجزيئات في بعض المواد الصلبة ( الأملاح ) و
بذلك تنتشر الجزيئات أو الأيونات المكونة للمادة الصلبة في السائل لتكوين
محاليل حقيقة True Solutions ، و حينما تصبح هذه المحاليل مشبعة Saturated (
أي أنها لا تستطيع أن تتحمل كمية إضافية من المادة المذابة ) تترسب المادة
المذابة على هيئة بلورات Crystals ، و تتكون معظم المعادن التي تبلورت قرب
سطح الأرض من محاليل مائية حقيقة .
و هناك نوع آخر من المحاليل تكون
فيه المادة المذابة الصلبة عبارة عن فتات دقيق جدا و لكنه ليس على هيئة
أيونات أو جزيئات بل على هيئة تجمع بلوري من الذرات ، و تبقى هذه الحبيبات
المتجمعة متعلقة نتيجة لوجود شحنة كهربائية على سطح الحبيبات تجذبها
للمحلول ، و تنشأ هذه الشحنة عن امتصاص الحبيبات لبعض الأيونات الموجودة في
المذيب Solvent ، و أي تغير في هذه الشحنة – الذي يسببه تغيرات في
الأيونات المذابة في المذيب – يسبب ترسب المادة الفتاتية العالقة . و تسمى
هذه المحاليل محاليل غروية Colloidal Solutions ، و تترسب في هذه الحالات
المادة العالقة على هيئة مادة خفية التبلور Cryptocrystalline ، إذ يصعب
الكشف عن الصفات البلورية لهذه المادة بواسطة الطرق العادية ( أي بواسطة
الميكروسكوب الذي يستعمل الضوء المستقطب Polarized Light ) ، و توجد في
الطبيعة معادن تكونت نتيجة للترسيب من مثل هذه المحاليل ، و منأمثرها
انتشارا الصوان Chert الذي يوجد على هيئة جلاميد أو طبقات في كثير من
الرسوبيات ، و الذي كان يستعمله الإنسان في صناعة الأدوات و الأسلحة أثناء
العصور الحجرية .

يتحول المركب السائل إلى
الحالة الصلبة Solid State عندما يقل مقدار الطاقة الحرارية لديه بحيث لا
تتعدى حركة كل جزيء في هذا المركب التذبذب حول نقطة محددة على مسافات ثابتة
من الجزيئات الأخرى ، و الصهير البركاني في الطبيعة عبارة عن مزيج ( خليط )
من المواد السائلة المختلفة ، و تنفصل هذه المواد عن بعضها على هيئة معادن
مختلفة عندما تبرد الصهارة و تتجمد ، و تبلورت معظم المعادن التي تنتمي
إلى مجموعة السليكات من مثل هذه الصهارة التي توجد عند أعماق كبيرة في باطن
الأرض تحت القشرة الأرضية .
و لكل مركب كيميائي في ظروف معينة نظام
مفضل لترتيب الذرات المكونة لجزيئاته في الحالة الصلبة . فالترتيب المنظم
لذرات و جزيئات المركبات الكيميائية في الحالة الصلبة يكون أكثر ثباتا إذا
شغل أقل فراغ ممكن ، و يحدد هذا الترتيب الحجم النسبي للذرات المكونة
للجزيء في هذا المركب .
و إذا تمكنت ذرات مركب كيميائي معين من أن تنتظم
لتكون ترتيبا ثابتا ، فإن هذا المركب يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة
الصلبة ، و يصبح المركب الصلب في الحالة البلورية Crystalline State ، و
معظم المعادن التي تكون القشرة الأرضية موجودة في الحالة البلورية .
و
ليكن يحدث أحيانا أن يكون التحول من الحالة السائلة إلى الحالةا لصلبة
سريعا بحيث لا تتمكن الذرات من أن تنتظم لتشكل البنيان الثابت الخاص بها ، و
حينئذ تصبح المادة الصلبة الناتجة عن هذا التحول السريع في الحالة
الزجاجية ( أي غير البلورية Non Crystalline ) و مثال ذلك في المعدان
الطبيعية الأوبسيديان Obsidian ، و هي مادة زجاجية بركانية داكنة اللون .

ثانيا – بعض خواص الحالة
البلورية :-
=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=

( 1 ) المحافظة
على نسبة الذرات في الجزيء المتعادل للمركب الكيميائي المتبلور :-
-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-
يمكننا
أن ناقش ترتيب الذرات في بلورات الملح الصخري ( Halite ) توضيح بعض الخواص
المميزة للحالة البلورية ، حيث نجد أن كل ذرة صوديوم محاطة بستة ذرات من
الكلور ، و كل ذرة كلور محاطة بستة ذرات من الصوديوم ، بحيث أن عدد ذرات
الكلور و الصوديوم متساويان ، و بذلك يحافظ هذا البنيان على نسبة الذرتين
التي تكون جزيئا متعادلا من كلوريد الصوديوم .

صورة للملح الصخري

رسم يوضح ترتيب الذرات في الملح الصخري

الكرات
الصفراء تمثل الصوديوم الكرات الخضراء تمثل الكلور

» الكرة الأرضية و الكون