عنصر الحديد

عنصر الحديد

الحديد مادة صلبة وهشة، مُصنف ضمن المجموعة الثامنة في الجدول الدوري للعناصر . وهو الأكثر وفرة بين جميع المعادن، ويتآكل شكله النقي بسرعة عند تعرضه للهواء الرطب ودرجات الحرارة المرتفعة.

يعد الحديد أرخص المعادن وأهمها على الإطلاق ــ وهو مهم بمعنى أن الحديد هو المعدن الأكثر استخداماً على الإطلاق، حيث يمثل 95% من إنتاج المعادن في جميع أنحاء العالم.

يعد الحديد أيضًا رابع أكثر العناصر شيوعًا في قشرة الأرض من حيث الوزن، ويُعتقد أن جزءًا كبيرًا من لب الأرض يتكون من الحديد. وإلى جانب وجوده بشكل شائع على الأرض، فهو متوفر بكثرة في الشمس والنجوم، وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني . الحديد أمر بالغ الأهمية لبقاء الكائنات الحية، وفقا لمختبر جيفرسون .

وفي النباتات يلعب دوراً في إنتاج الكلوروفيل. وفي الحيوانات، فهو أحد مكونات الهيموجلوبين – وهو بروتين في الدم يحمل الأكسجين من الرئتين إلى الأنسجة في الجسم.

تسعون بالمائة من جميع المعادن التي يتم تكريرها هذه الأيام هي من الحديد، وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء .

ويستخدم معظمه في صناعة الفولاذ – وهو سبيكة من الحديد و الكربون– والذي يستخدم بدوره في التصنيع والهندسة المدنية ، على سبيل المثال، لصنع الخرسانة المسلحة.

الفولاذ المقاوم للصدأ، الذي يحتوي على ما لا يقل عن 10.5 بالمائة من الكروم، يتميز بمقاومة عالية للتآكل.

يتم استخدامه في أدوات المطبخ والأجهزة وأدوات الطهي مثل المقالي والمقالي المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. إضافة عناصر أخرى يمكن أن تزود الفولاذ بصفات مفيدة أخرى.

على سبيل المثال، يزيد النيكل من متانته ويجعله أكثر مقاومة للحرارة والأحماض. المنجنيز يجعلها أكثر متانة، في حين أن التنجستين يساعدها على الحفاظ على الصلابة عند درجات الحرارة المرتفعة، وفقا لمختبر جيفرسون .

التوزيع الإلكتروني للحديد :

Short Form: [Ar]3d⁶4s²

Long Form: 1s² 2s²  2p⁶   3s²  3p⁶   3d⁶    4s²

تاريخ اكتشاف الحديد:

يتآكل الحديد بسهولة، لذا فإن التحف المصنوعة من الحديد من العصور القديمة أكثر ندرة من التحف المصنوعة من الفضة أو الذهب . وهذا يجعل تتبع تاريخ الحديد أصعب من تتبع تاريخ المعادن الأقل تفاعلاً.

1- تم العثور على قطع أثرية مصنوعة من حديد النيزك يعود تاريخها إلى حوالي 5000 قبل الميلاد (أي أن عمرها حوالي 7000 عام) – على سبيل المثال حبات الحديد في القبور في مصر.

2- وفي بلاد ما بين النهرين (العراق) هناك أدلة على أن الناس كانوا يصهرون الحديد حوالي عام 5000 قبل الميلاد.

3- تم العثور على قطع أثرية مصنوعة من الحديد المصهور يعود تاريخها إلى حوالي 3000 قبل الميلاد في مصر وبلاد ما بين النهرين.

في تلك الأوقات، كان الحديد معدنًا احتفاليًا؛ وكان باهظ الثمن للغاية بحيث لا يمكن استخدامه في الحياة اليومية. تخبرنا الكتابات الآشورية أن الحديد كان أكثر قيمة من الذهب بثماني مرات.

4- بدأ العصر الحديدي حوالي عامي 1300 و1200 قبل الميلاد عندما أصبح الحديد رخيصًا بما يكفي ليحل محل البرونز.

5- ربما كان إضافة الكربون إلى الحديد لصنع الفولاذ عرضيًا في البداية – حيث تم دمج الحديد المنصهر والفحم من نار الصهر. ربما حدث هذا حوالي عام 1000 قبل الميلاد.

6- حتى حدث هذا، كانت هناك أسباب تكنولوجية قليلة لإفساح العصر البرونزي المجال للعصر الحديدي؛ كانت هناك حاجة إلى تقنيات تحسين الحديد عن طريق إضافة الكربون (لصنع الفولاذ) والعمل البارد قبل أن يتم تفضيل الحديد بشكل كامل على البرونز.

7- كان الحديد يستخدم على نطاق واسع في العصر الروماني.

وفي القرن الأول الميلادي قال بليني الأكبر: “بمساعدة الحديد نبني المنازل، ونشق الصخور، ونؤدي العديد من الوظائف المفيدة الأخرى في الحياة”. 

 الحديد الزهر

 الحديد الزهر هو سبيكة تحتوي على حوالي 3-5٪ من الكربون، مع كميات متفاوتة من السيليكون والكبريت والفوسفور والمنجنيز.

الحديد الزهر هش وصلب وقابل للانصهار إلى حد ما ويستخدم لإنتاج سبائك الحديد الأخرى ، بما في ذلك الفولاذ .

الفولاذ الكربوني هو سبيكة حديد تحتوي على الكربون وكميات صغيرة من الكبريت والسيليكون والمنجنيز والفوسفور.

الفولاذ السبائكي هو فولاذ كربوني يحتوي على إضافات مثل الكروم و النيكل و الفاناديوم وما إلى ذلك.

الحديد هو الأقل تكلفة والأكثر وفرة والأكثر استخدامًا من بين جميع المعادن.

خواص الحديد:

1- الحديد هو معدن قابل للسحب، رمادي اللون، ناعم نسبيًا، وهو موصل جيد إلى حد ما للحرارة والكهرباء.

2- ينجذب إلى المغناطيس ويمكن مغناطيسيته بسهولة.

3- يعتبر المعدن النقي شديد التفاعل الكيميائي ويصدأ بسهولة في الهواء الرطب، مكونًا أكاسيد حمراء بنية اللون.

4- هناك ثلاثة أشكال متآصلة من الحديد، والمعروفة باسم ألفا، وجاما، ودلتا.

الحديد ألفا، المعروف أيضًا باسم الفريت، هو الشكل المستقر للحديد في درجات الحرارة العادية.

المراجع:

1- موقع https://www.livescience.com/29263-iron.html  أطلعت عليه بتاريخ 6/6/2024.

2- موقع  https://www.thoughtco.com/iron-facts-606548  أطلعت عليه بتاريخ 6/6/2024.

3- موقع  https://www.chemistrylearner.com/iron.html  أطلعت عليه بتاريخ 6/6/2024.

4- موقع https://byjus.com/chemistry/iron/   أطلعت عليه بتاريخ 6/6/2024.

5- موقع https://www.chemicool.com/elements/iron.html أطلعت عليه بتاريخ 6/6/2024.