الحديد: ماهيته وخصائصه واستخداماته والحصول عليه

ا حديد هو معدن انتقالي يقع في المجموعة 8 من الجدول الدوري ، برمز Fe والرقم الذري 26 والكتلة الذرية 55.847 ش.

خصائصه الرئيسية هي: معدن لامع ، ذو مظهر أبيض فضي ، بخصائص مغناطيسية ويصدأ بسهولة عند ملامسته للبيئات الرطبة.

إنه المعدن الأكثر استخدامًا في العالم والأكثر تصديرًا من البرازيل. يتمثل الاستخدام الرئيسي للحديد في إنتاج الفولاذ المستخدم ، على سبيل المثال ، في الإنشاءات المدنية وتصنيع السيارات والأجهزة المنزلية.

يوجد الحديد في الخامات بشكل رئيسي على شكل أكاسيد وهيدروكسيدات. لذلك ، يصنع الحديد المستخدم تجارياً من استخلاص وتنقية هذه المواد. الدول التي لديها أكبر رواسب من خام الحديد هي: أستراليا ، روسيا ، البرازيل ، الصين والهند.

خصائص الحديد

• نقطة الانصهار: 1،538 درجة مئوية
• نقطة الغليان: 2861 درجة مئوية
• الحالة الفيزيائية عند 20 درجة مئوية: صلبة
• الكثافة: 7.874 جم / سم مكعب
• حالات الأكسدة: +2 ، +3 ، +4 ، +6
• التوزيع الإلكتروني: [عربي] 3d⁶4 ثانية²
• النظائر الطبيعية: ⁵⁶Fe (أكثر استقرارًا) ، ⁵⁴إيمان، ⁵⁷الإيمان و ⁵⁸إيمان

استخدامات الحديد وتطبيقاته

يعتبر الاستخدام الرئيسي للحديد كمادة خام لإنتاج الفولاذ ، وهو سبيكة معدنية رئيسية لهذا العنصر وحيث يتم توجيه 98٪ من المعدن المستخرج من الطبيعة.

الصلب هو سبيكة معدنية من الحديد ، وتتراوح مقاديره من 0.5 إلى 1.7٪ ، إضافة إلى إضافة كميات صغيرة من العناصر الكيميائية الأخرى.

الأنواع المختلفة من الفولاذ المصنعة لها خصائص مختلفة لأنه يتم تنظيم نسبة الكربون ، ويتم تضمين عناصر أخرى ويتم إجراء معالجات حرارية محددة.

أمثلة على سبائك الحديد:

• الكربون الصلب: سبائك من الحديد والكربون والمنغنيز والسيليكون وآثار من العناصر الأخرى ؛
• الفولاذ المقاوم للصدأ: سبيكة من الحديد والكروم والكربون وآثار من العناصر الأخرى ؛
• الحديد الزهر: سبيكة من الحديد والكربون والسيليكون وقد تحتوي على آثار من عناصر أخرى.

كانت الاستخدامات الأولى للحديد هي صنع أدوات للزراعة وأسلحة للصيد والحرب. اليوم ، يوجد الحديد في المواد اليومية المختلفة ، مثل أدوات المطبخ ، والخرسانة المسلحة ، والعوارض في البناء ، ووسائل النقل ، وأكثر من ذلك بكثير.

لا يزال الحديد يستخدم كمحفز لتفاعلات الحديد. تعتبر الأمونيا من أكثر المواد الكيميائية إنتاجًا ، وهي مادة خام مهمة لإنتاج الأسمدة.

مزيج من غازات الهيدروجين والنيتروجين تحت ظروف ضغط ودرجة حرارة عالية في تخليق تصبح شركة Haber-Bosch لإنتاج الأمونيا فعالة مع إضافة الحديد كمحفز لتسريع تفاعل.

حدوث الحديد

الحديد (Fe) هو رابع أكثر العناصر وفرة في الطبيعة ، بعد الأكسجين والسيليكون والألمنيوم. تشكل 5٪ من قشرة الأرض ونادرًا ما توجد خالية في الطبيعة.

الخامات المعدنية الأكثر استغلالا والأكثر أهمية من الناحية الاقتصادية هي:

• الهيماتيت (Fe₂ا₃)
• المغنتيت (Fe₃ا₄)
• تاكونيت (Fe₃ا₃)
• الجيوثايت (Fe₂O3.H₂س)
• ليمونيت (2Fe₂ا₃.3H₂س)

على الرغم من أنه من المقدر أن هناك أكثر من 300 خام مع هذا العنصر في التركيبة ، فإن تلك التي تحتوي على كمية كافية من الحديد للمعالجة تكون في شكل أكاسيد (O_x). وتتكون خامات الحديد الأخرى من الكبريتات والسيليكات والكربونات.

البرازيل هي ثاني أكبر منتج للحديد في العالم بعد أستراليا ، وخام هذا المعدن هو الأكثر تصديرًا من البرازيل ، بحوالي 68٪ من صادرات البلاد.

تقع المناطق ذات الاستغلال الأكبر للخام في الأراضي البرازيلية في:

• مربع الحديد (ميناس جيرايس)
• بورتيرينها (ميناس جيرايس)
• مقاطعة كاراجاس المعدنية (بارا)
• منطقة كورومبا (ماتو جروسو دو سول)

بينما في الطبقة الخارجية من الأرض ، يكون الحديد هو ثاني أكثر المعادن وفرة ، في قلب الكوكب يحتوي العنصر على أعلى نسبة في تكوينه ، حيث يتكون الهيكل من سبيكة حديد و النيكل.

لذلك ، إذا نظرنا إلى الكوكب ككل ، فإن الحديد يمثل حوالي 30 ٪ من التركيب الكيميائي للأرض.

أهمية الحديد

الحديد عنصر كيميائي متعدد الاستخدامات وهام للعمليات الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية.

نظرًا لكونه معدنًا وفيرًا وسهل الحصول عليه وقابل للطرق ومقاوم ، يستخدم الحديد على نطاق واسع في تصنيع المعدات.

الحديد معدن موجود أيضًا في جسم الإنسان. الإنسان البالغ لديه حوالي 2 إلى 4 جرام من الحديد.

وهو المكون الرئيسي للهيموجلوبين في الدم ، وهو بروتين مسؤول عن نقل الأكسجين من الرئتين إلى أجزاء أخرى من الجسم. هذا ممكن فقط لأن ذرة الحديد ترتبط بسهولة بالأكسجين وبالتالي يتم نقلها بواسطة خلايا الدم الحمراء.

نظرًا لأن الحديد مهم لإنتاج الجزيئات العضوية ونمو الفرد وتطوره ، فمن الضروري أن يكون موجودًا في النظام الغذائي.

تتراوح الكمية الموصى بتناولها من الحديد للبالغين بين 10 و 15 مجم ويمكن الحصول عليها من خلالها الأطعمة الغنية بالمعادن مثل الفول واللحوم الحمراء والمحار ومسحوق الكاكاو وبذور اليقطين و سبانخ.

يتسبب نقص الحديد في الجسم في أكثر أنواع فقر الدم شيوعًا ، ومن الأعراض الرئيسية الشحوب والتعب وعدم انتظام دقات القلب والصداع وفقدان الشعر والتهيج.

أصل وتاريخ الحديد

عصر المعادن ، هو المرحلة الأخيرة من عصور ما قبل التاريخ ويعرض الحديد باعتباره آخر معدن في تلك الفترة يستخدمه البشر ، بشكل أساسي لإنتاج الأدوات والأسلحة.

وقع العصر الحديدي بين 1500 قبل الميلاد. سي 300 أ. C. ، ولكن تم بالفعل العثور على أجسام معدنية تعود إلى 3500 قبل الميلاد. ج. في مصر.

تم قياس جودة الحديد من خلال محتوى الكربون الموجود ، حيث تم استخدام مركبات هذا العنصر لصهر الحديد. لذلك ، كلما انخفضت كمية الكربون ، زادت جودة الحديد.

كان الحديد أيضًا أهم معدن للمرحلة الأولى من الثورة الصناعية.

اكتساب المزيد من المعرفة بالمحتويات:

• العناصر الكيميائية
• سبائك معدنية
• ما هي المعادن والأمثلة والخصائص

مراجع ببليوغرافية

ATKINS ، PW ؛ جونز ، لوريتا. مبادئ الكيمياء: التساؤل عن الحياة الحديثة والبيئة. 3. ed. بورتو أليجري: بوكمان ، 2006.

فيلتري ، ريكاردو. أساسيات الكيمياء: المجلد. غير مرتبطة. الطبعة الرابعة. ساو باولو: موديرنا ، 2005.

لي ، ج. د. كيمياء غير عضوية ليست موجزة جدا. ترجمة الطبعة الخامسة. إنجليزي. الناشر Edgard Blucher Ltd. 1999.