الكيمياء غير العضويه

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.

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 .

عنصر الحديد رابع أكثر العناصر شيوعًا في قشرة الأرض من حيث الوزن
عنصر الحديد رابع أكثر العناصر شيوعًا في قشرة الأرض من حيث الوزن

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 2s2p6   3s3p6   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.

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

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.

حقائق الحديد المتنوعة:

 يشتق الحديد اسمه من كلمة iren ‘ الأنجلوسكسونية . تم اختصار رمز العنصر Fe من الكلمة اللاتينية ” ferrum ” التي تعني “الثبات“.

  • الحديد هو العنصر الرابع الأكثر وفرة في القشرة الأرضية. يُعتقد أن نواة الأرض تتكون أساسًا من الحديد.
  • الحديد النقي يتفاعل كيميائيا ويتآكل بسرعة، وخاصة في الهواء الرطب أو في درجات حرارة مرتفعة.
  • خام الحديد الأكثر شيوعا هو الهيماتيت (Fe 2 O 3 في الغالب). يوجد الحديد أيضًا في المجنتيت (Fe 3 O 4 ) و التاكونيت (صخر رسوبي يحتوي على أكثر من 15٪ من الحديد الممزوج بالكوارتز).
  • الدول الثلاث الأولى التي تقوم بتعدين الحديد هي أوكرانيا وروسيا والصين. وتتصدر الصين وأستراليا والبرازيل العالم في إنتاج الحديد.
  • وقد وجد أن العديد من النيازك تحتوي على مستويات عالية من الحديد.
  • ويوجد الحديد في الشمس والنجوم الأخرى.
  • يستخدم الحديد في تصنيع الفولاذ وغيره من السبائك المهمة في البناء والتصنيع.
  • الحديد ضروري لتطور نمو الدماغ. الأطفال الذين يعانون من نقص الحديد يظهرون قدرة أقل على التعلم.
  • يحترق الحديد بلون ذهبي في اختبار اللهب .
  • يستخدم الحديد في الألعاب النارية لإحداث الشرر. يعتمد لون الشرر على درجة حرارة المكواة.
  • تمتلك بعض الحيوانات حاسة سادسة – الحاسة المغناطيسية. تم العثور على المجنتيت في مجموعة واسعة من الحيوانات، بما في ذلك النحل والحمام الزاجل والدلافين. هذه الحيوانات حساسة للمجال المغناطيسي للأرض، مما يساعدها على التنقل.
  • نيزك هوبا في ناميبيا هو أكبر قطعة حديد طبيعية في العالم، ويزن أكثر من 60 طنًا. وهو يتكون من 82-83% من الحديد، و16-17% من النيكل، وحوالي 1% من الكوبالت، وكميات ضئيلة جدًا من العناصر الأخرى. نيزك هوبا هو أكبر نيزك منفرد تم العثور عليه على الإطلاق.
  • الحديد مادة حديدية مغناطيسية. والحديدية المغناطيسية هي أقوى أنواع المغناطيسية. ومن المعادن الحديدية المغناطيسية الشائعة الأخرى النيكل والكوبالت.
  • يمكن صنع مغناطيسات قوية جدًا باستخدام الحديد أو النيكل أو الكوبالت بالاشتراك مع معادن الأرض النادرة. تم اختراع مغناطيسات NIB (نيوديميوم – حديد – بورون) في أوائل الثمانينيات. وهي عبارة عن سبيكة بنسب Nd 2 Fe 14 B. تُستخدم في أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة والمعدات الطبية والألعاب والمحركات وطواحين الهواء وأنظمة الصوت.

ما هي الاستخدامات الشائعة للحديد؟

1- يستخدم الحديد في تصنيع أنواع مختلفة من الفولاذ عن طريق السبائك مع عناصر أخرى مثل الكربون و النيكل و الكروم والتنجستن لصنع معدات القطع وسلاسل الدراجات وبراميل البنادق وأبراج النقل وعوارض الجسور والخرسانة المسلحة  .

2-يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على نسبة عالية من الحديد إلى جانب معادن أخرى وله قوة هائلة ووظيفة أفضل مفيدة في صناعة الأدوات الجراحية ومشابك الورق وأدوات المائدة والمحامل الكروية والمجوهرات.
3-الحديد المطاوع هو  شكل آخر من الحديد  يتم الحصول عليه عن طريق الصهر ويستخدم في صنع أدوات النجار، وخطافات الرفع، والسلاسل، والسياج، والبوابات .
يحتوي الحديد المطاوع على بضعة أعشار بالمائة فقط من الكربون وهو قابل للطرق وصلب وأقل قابلية للانصهار من الحديد الزهر. عادة ما يكون للحديد المطاوع بنية ليفية.
4- تُستخدم حشوات الحديد في تجارب علوم الكهرومغناطيسية لتقييم قوة المغناطيس وكذلك في علم المعادن، والأعمال الفنية، والألعاب النارية، والتفجير الرملي.
5- يعمل الحديد كمحفز فعال في بعض العمليات الكيميائية الصناعية مثل عملية هابر_بوش  و عملية فيشر تروبش  .
 

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.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى