الموسوعة العربية

ابحث عن أي موضوع يهمك

هل الحديد عنصر .. خصائص الحديد وأنواعه وإستخداماته

بواسطة: نشر في: 1 ديسمبر، 2020
mosoah
هل الحديد عنصر

يلعب الحديد دورا هام في تكوين القشرة الأرضية حيث انه يمثل 5% منها، بالإضافة إلى تواجده في المجموعة الثامنة في الجدول الدوري بخانة الفلزات، ويعتبر الحديد أحد المكونات الهامة في هيموجلوبين الدم، لذلك سنعرض لكم في مقالنا عبر موسوعة ونعرف هل الحديد عنصر.

كما أن الحديد ضروري للكائنات الحية والنباتات حيث انه يؤثر على إنتاج الكلوروفيل في النباتات، إذ يتواجد في دم الكائن الحي بصورة بروتين التي لا غني عنه، كما يوجد بكثرة في الطبيعة فهو يعتبر في المستوى الثاني من وفرته بعد الألمنيوم وفي المستوى الرابع بعد الأكسحين والسيليكون والألومنيوم.

تم اكتشاف الحديد من قبل 5000 سنة من النيازك فهو أكثر المعادن استكشاف ، حيث انه يعتبر اللب الداخلي للأرض، كما أن الحديد يدخل في كثير من الصناعات و له استخدامات عديدة، يعد الحديد مصدر هام للأعمال الهندسية والمعمارية فمن خلالة يتم بناء البيوت والمصانع و الجوامع وغيرها من مباني ويدخل في الكثير من الصناعات المصرية، فيجب استغلال تلك الثروة الموجودة بمصر بشكل صحيح وبشكل أكثر أنتاجية له للتقدم نحو الأمام.

هل الحديد عنصر

يعد الحديد عنصر كيميائي يقع في المجموعة الثامنة من الجدول الدوري الحديث، وتم تصنيفه ضمن المعادن الأكثر شهرة فهو منتشر في الصناعات، حيث إنه رابع العناصر الموجودة في القشرة الأرضية، يتواجد في الطبيعة في هيئته العنصرية في صورة أكاسيد و سبائك معدنية تختلط بمعادن أخرى لتصنع منها كثيرا من المنتجات المستخدمة بشكل يومي متكرر.

تاريخ تكوين الحديد

  • توصل الإنسان إلى اكتشاف الحديد بواسطة النيازك، والنجوم فهو متواجد بكثرة وذلك قبل 5000 سنة.
  • يقال إن أول من عرفوا الحديد هم الحيثيون وذلك في عام 1400 ق.م، وقاموا باكتشاف طرق كثيرة وأساليب مبتكرة لتطويره واستخدامه في الأسلحة الحربية قديما للدفاع عن نفسهم، وقدموا الصين والهند خلال هذه الفترة كثر من الأساليب والطرق لاستخراج الحديد واستخلاصه.
  • عرفت الحضارات القديمة الحديد وتوصلت إلى طرق تصنيعه واستخدامه بشكل سليم وذلك عند بداية القرن العاشر قبل الميلاد.
  • توصلت البشرية إلى إعادة تسخين وتبريد الحديد وتشكيله المستخلص لإنتاج الحديد المطاوع والتخلص من الشوائب به خصوصا الكربون وذلك عن طريق تسخين خام الحديد مع عنصر الفحم النباتي في فرن وكان الفرن عبارة عن مجمرة تسبه الطبق، وعند النظر بعد ساعات من عملية التسخين نجد انه الحديد فقد الأكسجين ويتحول إلى كربون يتطاير في الهواء، حينئذ يتحول الحديد فلز الحديد ويصبح ذو مظهر لامع.
  •  تم تطوير الفرن من قبل سكان منطقة كتالونيا والوصول إلى فرن يقوم بضغط الهواء إلى الداخل عند قاعدة الفرن ويدفع إلى الدخل وتتم هذه العملية بواسطة استخدام الطاقة المائية، مما أدى إلى تقدم كبير في الإنتاج والصناعة.
  • عانى البريطانيون في القرن 18 الميلادي من نقص في الأخشاب  لذلك بدؤوا أن يستبدلوا الكوك عن الفحم النباتي، بينما لم تتطور دولة أوروبا في تشكيل الحديد واكتشاف طرق جديدة لاستكشافه.

أنواع الحديد

يختلف شكل تواجد الحديد من صورة إلى أخرى، حيث انه يوجد في جسم الإنسان على صورة بروتين، وفي النبات يلعب دورا هام حيث انه يساعد الكلوروفيل المسؤول عن عملية البناء الضوئي على امتصاص أشعة الشمس، كما يدخل في العديد من الصناعات والمجالات المختلفة، تنتج المصانع أنواع مختلفة من الحديد وهي حديد السبائك، حديد الصلب، حديد المشغول.

حديد السبائك

يطلق عليه حديد الزهر، يحتوي هذا النوع على نسبة عالية من الحديد، ويدخل في تركيب السبيكة عناصر أخرى مثل الكربون والماغنسيوم والفسفور، كما انه يصب في قوالب ويترك حتي يبرد ويصبح على هيئته صلبة وقبل أن يصب يكون على هيئة سائل، ويوجد منه اربع أنواع هما حديد زهر رمادي و حديد زهر ابيض وجديد زهر مطاوع وحديد زهر مرن.

يتميز حديد السبائك عن غيره في العديد من المميزات أهمها:

  • يستخدم بكثرة في البناء نظرا لهيئته و شكله، فمن خلاله يمكن بناء جسر حديدي.
  • يمكن من خلاله صناعة الفولاذ، حيث يتم صهر الحديد في الفرن وعند درجات انصهار معينة تحول الحديد إلى الفولاذ.
  • استخدم في صناعة مبني الكابيتول في العاصمة واشنطن.
  • يمكن استخدامه في صناعة الأدوات الغير قابلة للكسر نظرا لإنه هش وغير مقاوم للصدأ مثل أنابيب المياه وأنابيب الغاز.

الحديد المطاوع

يحتوي الحديد المطاوع على كربون بنسبة 0.15%، ويعد نوع من أنواع الحديد الغير نقي، ويعتبر المعماري غوستاف إيفل هو أول من استخدم الحديد المطاوع في البناء.

يأتي الحديد المطاوع من صهر حديد الزهر مع الجير عند درجة حرارة معينة ثم يصب الخليط في قوالب، كما يعرف باسم الحديد المشغول، ويتميز بخصائص تميزه عن غيره وهي:

  • يدخل الحديد المطاوع في العديد من الاستخدامات أهمها صناعة المواد المعدنية والمسامير التي نستخدمها بشكل يومي والتي تدخل في صناعة مواد أخرى، كما يستخدم في صناعة الأبواب.
  • يمكن تشكيل الحديد المطاوع بسهولة، حيث إنه يمتلك قوة شد عالية عن التي توجد في حديد السبائك ويكون إجهاد الشد به من (3400-3000) كجم/سم2.
  • يدخل في صناعة قضبان التسليح التي تستخدم في البناء.
  • يستخدم في الأجهزة الكهربائية في صناعة المغناطيسات الكهربائية.

حديد الصلب

يطلق عليه اسم الفولاذ أو الحديد الخام، يتم الحصول عليه عن طريق تسخين خام الحديد في فرن يشبه الأسطوانة، حيث يكون ارتفاع الفرن من 30 إلى 60 متر، سمي بهذا الاسم لأنه يصب عند إنتاجه بشكل معين، وصنف من ضمن أكثر أنواع الحديد صعوبة عن التشكيل. من خصائصه:

  • يحتوي على عنصر الكربون بنسبة 3-5%.
  • يدخل الحديد من نوعه الصلب في صناعة الصمامات، كما يستخدم في صناعة الأنابيب.
  • يتم تنقية الحديد من الشوائب الموجودة بداخلة وذلك بخلط الحديد الصلب مع الحجر الجيري.

هل الفولاذ عنصر

يعرف الفولاذ انه سبيكة مكونة من عنصري الكربون مع الحديد بنسب مختلفة، حيث تتراوح نسبة الكربون به من 0.2 :2.1%، لا يوجد له عنصر كيميائي يعبر عنه، يوجد أنواع مختلفة من الفولاذ مثل الفولاذ الكربوني، الفولاذ السبائكي، بالإضافة إلى الستانلس، وفولاذ العدد، وتبين لنا سابقا أن الحديد عنصر، ولكن عند خلط الكربون مع الحديد يصبح نوع من أنواع الفولاذ، ومن خصائص الفولاذ الآتي:

  • كثافته: تقدر كثافته بنحو (1.0519) kg/dm3
  • التوصيل الحراري له:11.2 ÷ 48.3 W/mK

خصائص الحديد

تحتوي القشرة الأرضية على عدد لا حصر له من عناصر الفلزات، حيث تتميز الفلزات بقدرتها على التوصيل الكهربي وتوصيل الحرارة من خلالها لذلك تدخل في العديد من الاستخدامات، كما أن الحديد له خواص كأي عنصر آخر في الجدول الدوري منها، وتنقسم تلك الخواص إلى ثلاث أنواع وهما خواص ميكانيكية، وخواص كيميائية، وخواص فيزيائية:

الخواص الميكانيكية للحديد

تعني الخواص الميكانيكية تأثير كل من الضغط والإجهاد التي تتعرض له المادة وكيف تستجيب لهما، مثل:

المرونة

تعرف المرونة على أنها مقدرة الحديد من تغير شكله عندما تؤثر عليه قوة خارجية أو إجهاد خارجي، حيث عند إزاله القوة يرجع إلى وضعه الأصلي.

الصلابة والمتانة

هي قدرة الحديد على مقاومة الإجهاد الخارجي المعرض له لعدم حدوث تآكل أو خدش.

اللدونة

قابلية الحديد على الطرق والتشكيل.

المقاومة

هي قدرة الحديد على مقاومة الإجهادات الخارجية من قوة مؤثرة أو حمل دون أن يغير من حالته كحدوث قص أو كسر.

معالجة حرارية

هي استجابة الحديد لبعض العمليات التي تقام عليه مثل التبريد و التسخين وذلك لإكساب الحديد صفات جديدة.

الخواص الكيميائية للحديد

هي الخواص التي تظهر على المادة عند تفاعلها مع مواد أخرى عند حدوث تغير كيميائي في تركيبها الداخلي، بالإضافة إلى معرفة سلوك المادة ووصفها في حالة تعرضها لبعض المواد التي من الممكن أن تتفاعل معها مثل الماء، والقواعد، والحوامض، والاكاسيد وغيرها ،مثل:

  • تفاعل الحديد مع الأكسجين وثاني اكسد الكربون التي يتواجدون في الهواء مكونا ما يعرف بصدأ الحديد.
  • يتفاعل الحديد مع الأحماض المخففة مثل حمض Hcl ويذوب.
  • يتفاعل الحديد مع الكلور والسيليكون والألومنيوم لتكوين السبائك الحديدية.
  • تنتج أكاسيد الحديد الثلاثة المستخدمة في الصناعة من اتحاد الحديد مع عدد من ذرات الأكسحين.

الخواص الفيزيائية للحديد

هي الخواص التي يمكن من خلالها وصف المادة، حيث يتم تقديرها بدون حدوث اي تغير للمادة، مثل:

  • كتلته: 55.845 جرام/مول.
  • العدد الذري له: 26
  • درجة الانصهار: ينصهر الحديد عند 1.538 درجة مئوية.
  • كثافته: 7.874 جرام/سم3
  • درجة الغليان: يغلي الحديد عند 2.861 درجة مئوية.
  • تكافؤ الحديد: يتراوح بين -2 و +6

استخدامات الحديد

أشارت إحصائيات في كثير من الدول التي تتمتع بتقدم اقتصادي انه يوجد علاقة طردية بين كمية استهلاك المجتمع من الحديد واستخداماته والتقدم الاقتصادي، حيث كلما زاد معدل الإنتاج من الحديد يزداد تقدم و تطور المجتمع، كما يقوم الحديد بدور هام ورئيسي في الصناعة، إذ تتنوع استخداماته نظرا لتعدد صورة المتواجد عليها و سهولة تشكله

تعتبر صناعة الحديد والصلب من أهم الصناعات الاستراتيجية حيث تقوم بدور رئيسي في التنمية الصناعية والاقتصادية حيث توضح البيانات الإحصائية على مدار فترات زمنية في العديد من الدول ذات المستوى الاقتصادي المتباين وجود علاقة طردية بين كمية الاستهلاك من منتجات الصلب والنمو الاقتصادي للدولة، من أبرز استخداماته:

استخدام حديد السبائك في الصناعة

  • يستخدم حديد السبائك المقاوم المتين في صناعات كثيرة أهمها الصناعات المنزلية، حيث يدخل في صناعة المزاريب المستخدم لطرد المياه، والمواقد، ويستخدم في تركيب أعمدة الإنارة.

الحديد في مجالات متنوعة

  • يدخل الحديد في الصناعات المختصة بالمجالات الرياضة، حيث أنه يتم صنع الألعاب والمعدات الرياضية والأجهزة المساعدة للتخلص من الوزن من خلاله.
  • بالإضافة إلى دخول الحديد في صناعة وسائل النقل مثل السيارة والاتوبيس والدراجة.
  • لا غنى عن في المصانع فبدون الحديد لم تتمكن المصانع من استخدام الآلات ذات كفاءة ومتانة وقوة تتحمل القوة والتأثيرات الكبيرة المحيطة بها.
  • يصنع المغناطيس المستخدم في الأدوات الكهربية من الحديد وسبائكه.
  • تصنع كراسي الحدائق العامة المريحة من الحديد لتقاوم الحمل والتغيرات المناخية التي تطرأ عليها.
  • يدخل الحديد في صناعة المعالم الأثرية مثل التماثيل، والمباني القديمة ذات التراث العريق، حيث يتم الحفاظ عليها من الزوال.

استخدامات أكاسيد الحديد

  • يلعب اكسيد الحديد الثلاثي دور هام في صناعة المركبات الكيميائية الصناعية، بالإضافة انه يدخل في تركيب بعض من أنواع الطلاء، كما يمكن استخدامه في صناعة شرائط الكاست.
  • يتم الحصول على الصبغة الخضراء المستخدمة في تلوين الزجاج عن طريق استخدام أكسيد الحديد الثنائي، حيث يجعلها مريحاً للنظر من خلالها، واستخدمها في زجاج البيوت بشكل آمن و سلسل.

صناعة الفولاذ

  • يستخدم الحديد في صناعة الفولاذ المتعدد الاستخدامات، حيث انه مقاوم للتآكل والصدء لذلك يستخدم بكثرة في صناعة المجوهرات وأدوات المطبخ، بالإضافة إلى أدوات الجراحة و المحامل.
  • يعد الفولاذ الكربوني في مجال الهندسة عنصر قيم، إذ يعتبر الفولاذ الكربون سبيكة تتكون من الحديد والكربون، يمكن خلط الفولاذ الكربوني مع الكروم أو النيكل واستخدامه بشكل مباشر في الأعمدة الكهربية، وصناعة أدوات القطع.

عنصر الحديد في الجسم

  • لونه: يختلف لونه إما أن يكون رمادي أو فضي.
  • للحديد أهمية قصوى في جسم الكائن الحي فهو المسؤول عن نقل الأكسحين القادم من الرئتين ثم حمله عبر الدم إلى مختلف خلايا الجسم، ومن ثم عند وصول الأكسحين إلى الخلايا يترك الحديد الأكسحين ويقوم بحمل ثاني أوكسيد الكربون ونقله إلى الرئتين لخروجه خارج الجسم.
  • إلى جانب إنتاج خلايا الدم الحمراء في جسم الإنسان، حيث يحتاج إليه الجسم بكميات محدودة وتختلف نسب تلك الكميات من جسم إلى أخر.
  • نقص الحديد في الجسم يسبب أمراض ومشاكل صحية كثيرة مما يستدعي الأمر إلى تدخل الطبيب، حيث من بعض المشاكل التي يسببها الشعور بالتعب والإرهاق الشديد مما يؤدي إلى حدوث هبوط مفاجئ، بالإضافة إلى فقر الدم وضعف المناعة.
  • يلعب الحديد دورا هاما في تكوين الهيموجلوبين بالدم، بالإضافة إلى نقل وتوفير الأكسحين اللازم لجسم الإنسان.
  • الرمز الكيميائي الموجود بداخل الجدول الدوري للحديد هو fe، اختصار لكلمة ferrum وهي كلمة لاتينية.

عرضنا من خلال مقالنا كل ما يخص عنصر الحديد التي لا غني عنه، ويصعب على البشرية العيش بالقليل منه فهو ضروري وذو أهمية كبرى للكائنات الحية وغيرها، كما أدركنا هل الحديد عنصر بالإضافة إلى ترتيبه في الجدول الدوري وأهميته بالنسبة للإنسان والكائن الحي واستخداماته العديدة المختلفة في مجالات واسعة لا حصر لها من خلال الموسوعة العربية الشاملة.

1-كيف تجعل الحديد فولاذ والفرق بين كل منهما

2-فوائد الحديد وأهم مصادره الطبيعية