الحديد في شكله النقي هو معدن رمادي مطاوع يمكن معالجته بسهولة. ومع ذلك، بالنسبة للبشر، يعد عنصر الحديد أكثر عملية عند دمجه مع الكربون والشوائب الأخرى التي تسمح بتكوين السبائك المعدنية - الفولاذ والحديد الزهر. 95% - هذا هو بالضبط مقدار ما تحتويه جميع المنتجات المعدنية المنتجة على الكوكب من الحديد كعنصر رئيسي.

الحديد: التاريخ

يرجع تاريخ أول منتجات الحديد التي صنعها الإنسان من قبل العلماء إلى الألفية الرابعة قبل الميلاد. هـ ، وقد أظهرت الدراسات أنه تم استخدام الحديد النيزكي الذي يتميز بمحتوى النيكل بنسبة 5-30 بالمائة في إنتاجها. إنه أمر مثير للاهتمام، ولكن حتى أتقنت البشرية استخراج الحديد عن طريق صهره، كانت قيمة الحديد أعلى من الذهب. وقد تم تفسير ذلك من خلال حقيقة أن الفولاذ الأقوى والأكثر موثوقية كان أكثر ملاءمة لتصنيع الأدوات والأسلحة من النحاس والبرونز.

لقد تعلم الرومان القدماء كيفية إنتاج أول حديد الزهر: حيث استطاعت أفرانهم أن ترفع درجة حرارة الخام إلى 1400 درجة مئوية، في حين كانت درجة حرارة 1100-1200 درجة مئوية كافية لإنتاج الحديد الزهر. وبعد ذلك، حصلوا أيضًا على الفولاذ النقي، وهو نقطة انصهار الحديد الزهر. وهي كما هو معروف 1535 درجة مئوية.

الخواص الكيميائية للحديد

مع ماذا يتفاعل الحديد؟ يتفاعل الحديد مع الأكسجين الذي يصاحبه تكوين الأكاسيد. مع الماء في وجود الأكسجين. مع أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك:

• 3Fe+2O2 = Fe3O4
• 4Fe+3O2 +6H2O = 4Fe(OH) 3
• Fe+H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
• Fe+2HCl = FeCl2 +H2

كما أن الحديد يتفاعل مع القلويات فقط إذا كانت مصهورة بعوامل مؤكسدة قوية. لا يتفاعل الحديد مع العوامل المؤكسدة في درجات الحرارة العادية، ولكنه يبدأ دائمًا بالتفاعل عندما تزيد.

استخدام الحديد في البناء

من المستحيل المبالغة في تقدير استخدام الحديد في صناعة البناء والتشييد اليوم، لأن الهياكل المعدنية هي أساس أي مبنى حديث على الإطلاق. في هذا المجال، يتم استخدام الحديد في الفولاذ المشترك والحديد الزهر والحديد المطاوع. تم العثور على هذا العنصر في كل مكان، من الهياكل الهامة إلى مسامير التثبيت والمسامير.

إن تشييد هياكل البناء المصنوعة من الفولاذ أرخص بكثير، ويمكننا أيضًا التحدث عن معدلات بناء أعلى. وهذا يزيد بشكل ملحوظ من استخدام الحديد في البناء، في حين أن الصناعة نفسها تتبنى استخدام سبائك جديدة وأكثر كفاءة وموثوقة تعتمد على الحديد.

استخدام الحديد في الصناعة

يعد استخدام الحديد وسبائكه - الحديد الزهر والصلب - أساسًا للآلات الحديثة والطائرات وصناعة الأدوات وتصنيع المعدات الأخرى. تعمل صناعة الدهانات والورنيش بفضل سيانيد وأكاسيد الحديد، وتستخدم كبريتات الحديد في معالجة المياه. الصناعة الثقيلة لا يمكن تصورها على الإطلاق دون استخدام السبائك القائمة على Fe+C. باختصار، الحديد هو معدن لا غنى عنه، ولكن في نفس الوقت يمكن الوصول إليه وغير مكلف نسبيا، والذي، كجزء من سبائكه، لديه نطاق غير محدود تقريبا من التطبيق.

استخدام الحديد في الطب

ومن المعروف أن كل شخص بالغ يحتوي على ما يصل إلى 4 جرامات من الحديد. هذا العنصر مهم للغاية لعمل الجسم، وخاصة لصحة الدورة الدموية (الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء). هناك العديد من الأدوية التي تحتوي على الحديد والتي يمكن أن تزيد مستويات الحديد لمنع تطور فقر الدم بسبب نقص الحديد.

حديد- المعدن الذي لا حدود لاستخدامه في الصناعة والحياة اليومية. تبلغ حصة الحديد في إنتاج المعادن العالمي حوالي 95٪. يتم تحديد استخدامه، مثل أي مادة أخرى، من خلال خصائص معينة.

لعب الحديد دورًا كبيرًا في تطور الحضارة الإنسانية. بدأ الإنسان البدائي في استخدام الأدوات الحديدية منذ آلاف السنين قبل الميلاد. في ذلك الوقت، كان المصدر الوحيد لهذا المعدن هو النيازك التي سقطت على الأرض، والتي كانت تحتوي على حديد نقي إلى حد ما. أدى هذا إلى ظهور أساطير بين العديد من الشعوب حول الأصل السماوي للحديد.

في منتصف الألفية الثانية قبل الميلاد. وفي مصر، تم إتقان استخراج الحديد من خامات الحديد. ويعتقد أن هذا كان بمثابة بداية العصر الحديدي في تاريخ البشرية، الذي حل محل العصرين الحجري والبرونزي. ومع ذلك، منذ 3-4 آلاف عام، قام سكان منطقة البحر الأسود الشمالية - السيميريون - بصهر الحديد من خام المستنقع.

لم يفقد الحديد أهميته حتى يومنا هذا. هذا هو المعدن الأكثر أهمية في التكنولوجيا الحديثة. نظرًا لقوته المنخفضة ، لا يتم استخدام الحديد عمليًا في شكله النقي. ومع ذلك، في الحياة اليومية، غالبا ما تسمى منتجات الصلب أو الحديد الزهر "الحديد". بعد كل شيء، المواد الهيكلية الهامة - الفولاذ والحديد الزهر - هي سبائك من الحديد والكربون. مصنوعة منها مجموعة واسعة من العناصر.

تم بناء القاعدة المثمنة للنصب التذكاري للأمير فلاديمير من الطوب ومبطنة بالحديد الزهر.

كان النموذج الأولي للهيكل العملاق للأتوميوم في بروكسل عبارة عن نموذج لشبكة بلورية حديدية. بعد إعادة الإعمار، أصبح الأتوميوم مفتوحًا للجمهور مرة أخرى. الغطاء الأصلي لكل كرة بمساحة 240 مترًا مربعًا مصنوع من 720 لوح ألومنيوم مثلث. الآن تم استبدالها بـ 48 لوحًا من الفولاذ المقاوم للصدأ.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون الحديد أحد مكونات السبائك المعتمدة على معادن أخرى، مثل النيكل. تحتوي السبائك المغناطيسية أيضًا على الحديد.

يتم إنشاء مواد أساسها الحديد يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية والمنخفضة والفراغ والضغوط العالية. لقد نجحوا في مقاومة البيئات العدوانية والجهد المتناوب والإشعاع الإشعاعي وما إلى ذلك.

يتزايد إنتاج الحديد وسبائكه باستمرار. هذه المواد عالمية ومتقدمة تقنيًا ويمكن الوصول إليها ورخيصة الثمن بكميات كبيرة. قاعدة المواد الخام للحديد كبيرة جدًا. سوف تستمر احتياطيات خام الحديد المستكشفة بالفعل لمدة قرنين من الزمان على الأقل. لذلك، سيظل الحديد لفترة طويلة "أساس" الحضارة.

لقد تم استخدام الحديد منذ فترة طويلة كمادة فنية في مصر وبلاد ما بين النهرين والهند. منذ العصور الوسطى، تم الحفاظ على العديد من المنتجات الفنية للغاية المصنوعة من سبائك الحديد. يستخدم الفنانون المعاصرون أيضًا سبائك الحديد على نطاق واسع. المواد من الموقع

من بين العديد من المنتجات الفنية، من المستحيل أن نترك "نخلة ميرتسالوف" بعيدا عن الأنظار - وهو عمل فني للسادة الأوكرانيين. تم تزويرها بواسطة أليكسي ميرتسالوف في مصنع يوزوفسكي للمعادن في عام 1886. تم الاعتراف بها على أنها تستحق الجائزة الكبرى للمعرض الصناعي والفني لعموم روسيا في نيجني نوفغورود. في عام 1900، حصلت "بالما ميرتسالوفا"، كجزء من معرض مصنع يوزوفسكي، على أعلى جائزة في المعرض العالمي في باريس.

وفي القرن الحادي والعشرين. من الصعب العثور على صناعة لا تستخدم الحديد. ولم تتضاءل أهميتها مع تحول العديد من الوظائف المعدنية إلى المواد الاصطناعية التي تنتجها الصناعة الكيميائية.

أهداف الدرس:

• تكوين فكرة عن الخواص الفيزيائية والكيميائية للحديد اعتمادًا على درجة الأكسدة التي يتعرض لها وطبيعة العامل المؤكسد؛
• تطوير التفكير النظري لدى الطلاب وقدرتهم على التنبؤ بخصائص المادة بناءً على معرفة بنيتها؛
• تطوير التفكير المفاهيمي لعمليات مثل التحليل والمقارنة والتعميم والتنظيم؛
• تطوير صفات التفكير مثل الموضوعية والإيجاز والوضوح وضبط النفس والنشاط.

أهداف الدرس:

• تحديث معارف الطلاب حول موضوع: "بنية الذرة"؛
• تنظيم العمل الجماعي للطلاب بدءًا من تحديد مهمة التعلم وحتى النتيجة النهائية (ارسم مخططًا مرجعيًا للدرس)؛
• تلخيص المادة حول موضوع: "المعادن" والنظر في خصائص الحديد وتطبيقاته؛
• تنظيم أعمال بحثية مستقلة في أزواج لدراسة الخواص الكيميائية للحديد؛
• تنظيم الرقابة المتبادلة للطلاب في الدرس.

نوع الدرس:تعلم مواد جديدة.

الكواشف والمعدات:

• الحديد (مسحوق، لوحة، مشبك الورق)،
• الكبريت,
• حامض الهيدروكلوريك،
• كبريتات النحاس (II).
• شعرية الكريستال الحديد,
• ملصقات اللعبة,
• مغناطيس،
• مجموعة مختارة من الرسوم التوضيحية حول الموضوع،
• أنابيب الإختبار،
• مصباح الكحول,
• اعواد الكبريت،
• ملعقة لحرق المواد القابلة للاشتعال،
• الخرائط الجغرافية.

هيكل الدرس

1. الجزء التمهيدي.
2. تعلم مواد جديدة.
3. رسالة الواجبات المنزلية.
4. توحيد المواد المدروسة.

خلال الفصول الدراسية

1. الجزء التمهيدي

تنظيم الوقت.

التحقق من توافر الطلاب.

رسالة موضوع الدرس. - تسجيل الموضوع على السبورة وفي دفاتر الطلاب.

2. تعلم مواد جديدة

- برأيك ماذا سيكون موضوع درسنا اليوم؟

1. ظهور الحديديمثل بداية العصر الحديدي في الحضارة الإنسانية.

ومن أين حصل القدماء على الحديد في وقت لم يعرفوا بعد كيفية استخراجه من الخام؟ الحديد، المترجم من اللغة السومرية، هو معدن "سقط من السماء سماوياً". أول حديد واجهته البشرية كان الحديد من النيازك. لأول مرة ثبت أن "الحجارة الحديدية تسقط من السماء" عام 1775 على يد العالم الروسي ب.س. بالاس الذي أحضر إلى سانت بطرسبرغ كتلة من النيزك الحديدي الأصلي تزن 600 كجم. وأكبر نيزك حديدي هو نيزك “جوبا” الذي عثر عليه عام 1920 في جنوب غرب أفريقيا، ويزن حوالي 60 طنا، ولنتذكر مقبرة توت عنخ آمون: ذهب، ذهب. العمل الرائع يبهج، والتألق يبهر العيون. ولكن هذا ما كتبه ك. كيرام في كتاب "الآلهة والمقابر والعلماء" عن التميمة الحديدية الصغيرة لتوت عنخ آمون: "التميمة هي واحدة من أقدم المنتجات في مصر، و... في مقبرة مليئة تقريبًا بالسعة الذهب، كان هذا الاكتشاف المتواضع هو الذي كان له القيمة الأكبر من وجهة نظر التاريخ الثقافي. ولم يتم العثور في مقبرة الفرعون إلا على عدد قليل من العناصر الحديدية، من بينها تميمة حديدية للإله حورس، وخنجر صغير ذو نصل حديدي ومقبض ذهبي، ومقعد حديدي صغير “أورس”.

يشير العلماء إلى أن بلدان آسيا الصغرى، حيث عاشت القبائل الحيثية، كانت موطن صناعة الحديد والصلب. جاء الحديد إلى أوروبا من آسيا الصغرى بالفعل في الألفية الأولى قبل الميلاد؛ هكذا بدأ العصر الحديدي في أوروبا.

تم صنع الفولاذ الدمشقي الشهير (أو الفولاذ الدمشقي) في الشرق في زمن أرسطو (القرن الرابع قبل الميلاد). لكن تكنولوجيا تصنيعها ظلت سرية لعدة قرون.

حلمت بنوع مختلف من الحزن
عن الفولاذ الدمشقي الرمادي.
رأيت كيف تم تخفيف الفولاذ
مثل أحد العبيد الشباب
اختاروه وأطعموه،
حتى يكتسب جسده القوة.
انتظرت الموعد المحدد
ثم النصل الأحمر الساخن
لقد انغمسوا في اللحم العضلي ،
تم إخراج الشفرة النهائية.
أقوى من الفولاذ، لم يراها الشرق،
أقوى من الفولاذ وأشد مرارة من الحزن.

نظرًا لأن الفولاذ الدمشقي عبارة عن فولاذ ذو صلابة ومرونة عالية جدًا، فإن المنتجات المصنوعة منه لديها القدرة على عدم أن تصبح باهتة عند شحذها. كشف عالم المعادن الروسي P. P. عن سر الفولاذ الدمشقي. أنوسوف. لقد قام بتبريد الفولاذ الساخن ببطء شديد في محلول خاص من الزيت التقني الذي تم تسخينه إلى درجة حرارة معينة؛ أثناء عملية التبريد، تم تشكيل الفولاذ.

(عرض للرسومات.)

الحديد معدن فضي رمادي	الحديد معدن فضي رمادي
هذه المسامير مصنوعة من الحديد	يستخدم الفولاذ في صناعة السيارات
يستخدم الفولاذ في صناعة الأدوات الطبية	ويستخدم الفولاذ في صناعة القاطرات
	جميع المعادن عرضة للتآكل
جميع المعادن عرضة للتآكل

2. موقف الحديد في PSHEM.

نكتشف موضع الحديد في PSCEM وشحنة النواة وتوزيع الإلكترونات في الذرة.

3. الخصائص الفيزيائية للحديد.

– ما هي الخصائص الفيزيائية للحديد التي تعرفها؟

الحديد معدن أبيض فضي مع نقطة انصهار تبلغ 1539 درجة مئوية. وهو شديد اللدونة، لذلك يسهل معالجته وتشكيله ولفه وختمه. يمتلك الحديد القدرة على مغنطته وإزالة مغنطته، لذلك يتم استخدامه كنواة كهرومغناطيسية في مختلف الآلات والأجهزة الكهربائية. ويمكن إعطاؤه قوة وصلابة أكبر بالطرق الحرارية والميكانيكية، على سبيل المثال عن طريق التصلب والدحرجة.

هناك الحديد النقي كيميائيا والنقي تجاريا. من الناحية الفنية، الحديد النقي هو في الأساس فولاذ منخفض الكربون؛ فهو يحتوي على 0.02-0.04% من الكربون، وحتى كمية أقل من الأكسجين والكبريت والنيتروجين والفوسفور. يحتوي الحديد النقي كيميائيًا على أقل من 0.01% من الشوائب. الحديد النقي كيميائيامعدن رمادي فضي لامع، يشبه إلى حد كبير مظهر البلاتين. الحديد النقي كيميائيًا مقاوم للتآكل (تذكر ما هو التآكل؟ عرض مسمار متآكل) ويقاوم الأحماض جيدًا. ومع ذلك، فإن كميات ضئيلة من الشوائب تحرمها من هذه الخصائص الثمينة.

4. الخواص الكيميائية للحديد.

بناءً على معرفتك بالخواص الكيميائية للمعادن، ما هي الخواص الكيميائية التي تعتقد أن الحديد سيمتلكها؟

عرض التجارب.

• تفاعل الحديد مع الكبريت .

العمل التطبيقي.

• تفاعل الحديد مع حمض الهيدروكلوريك.
• تفاعل الحديد مع كبريتات النحاس (II).

5. استخدام الحديد.

محادثة حول الأسئلة:

- ما رأيك في توزيع الحديد في الطبيعة؟

الحديد هو أحد العناصر الأكثر شيوعًا في الطبيعة. تبلغ نسبة كتلته في القشرة الأرضية 5.1٪، ووفقًا لهذا المؤشر فهو في المرتبة الثانية بعد الأكسجين والسيليكون والألمنيوم. ويوجد أيضًا الكثير من الحديد في الأجرام السماوية، وفقًا لما يحدده التحليل الطيفي. وفي عينات التربة القمرية التي سلمتها محطة لونا الأوتوماتيكية، تم العثور على الحديد في حالة غير مؤكسدة.

خامات الحديد منتشرة على نطاق واسع على الأرض. أسماء الجبال في جبال الأورال تتحدث عن نفسها: Vysokaya، Magnitnaya، Zheleznaya. يجد الكيميائيون الزراعيون مركبات الحديد في التربة.

– في أي شكل يوجد الحديد في الطبيعة؟

الحديد هو أحد مكونات معظم الصخور. للحصول على الحديد، يتم استخدام خامات الحديد التي تحتوي على نسبة حديد تتراوح بين 30-70٪ أو أكثر. خامات الحديد الرئيسية هي: المغنتيت - Fe 3 O 4 يحتوي على 72٪ حديد، وتوجد رواسب في جبال الأورال الجنوبية، الشذوذ المغناطيسي كورسك؛ الهيماتيت - يحتوي Fe 2 O 3 على ما يصل إلى 65٪ من الحديد، وتوجد هذه الرواسب في منطقة كريفوي روج؛ الليمونيت – Fe 2 O 3 * nH 2 O يحتوي على ما يصل إلى 60٪ من الحديد، وتوجد رواسب في شبه جزيرة القرم؛ البيريت - FeS 2 يحتوي على ما يقرب من 47٪ من الحديد، وتوجد الرواسب في جبال الأورال. (العمل بالخرائط الكنتورية).

– ما هو دور الحديد في حياة الإنسان والنبات؟

اكتشف علماء الكيمياء الحيوية الدور المهم للحديد في حياة النباتات والحيوانات والبشر. كونه جزءًا من مركب عضوي معقد للغاية يسمى الهيموجلوبين، يحدد الحديد اللون الأحمر لهذه المادة، والذي بدوره يحدد لون دم الإنسان والحيوان. يحتوي جسم الشخص البالغ على 3 جرام من الحديد النقي، 75% منه جزء من الهيموجلوبين. الدور الرئيسي للهيموجلوبين هو نقل الأكسجين من الرئتين إلى الأنسجة، وفي الاتجاه المعاكس - ثاني أكسيد الكربون.

تحتاج النباتات أيضًا إلى الحديد. وهو جزء من السيتوبلازم ويشارك في عملية التمثيل الضوئي. النباتات المزروعة على ركيزة لا تحتوي على الحديد لها أوراق بيضاء. إضافة كمية صغيرة من الحديد إلى الركيزة وتتحول إلى اللون الأخضر. علاوة على ذلك، فإن الأمر يستحق تلطيخ ورقة بيضاء بمحلول ملح يحتوي على حديد، وسرعان ما تتحول المنطقة الملطخة إلى اللون الأخضر.

لذلك، لنفس السبب - وجود الحديد في العصائر والأنسجة - تتحول أوراق النباتات إلى اللون الأخضر المبهج وتحمر خدود الشخص بشكل مشرق.

ما يقرب من 90٪ من المعادن التي تستخدمها البشرية هي سبائك ذات أساس حديدي. يتم صهر الكثير من الحديد في العالم، حوالي 50 مرة أكثر من الألومنيوم، ناهيك عن المعادن الأخرى. تعتبر السبائك القائمة على الحديد عالمية ومتقدمة تقنيًا ويمكن الوصول إليها ورخيصة الثمن. سيظل الحديد أساس الحضارة لفترة طويلة.

3. نشر المواد المنزلية

14، السابقين. رقم 6، 8، 9 (استنادًا إلى كتاب العمل الخاص بالكتاب المدرسي من تأليف O. S. Gabrielyan "الكيمياء 9"، 2003).

4. توحيد المادة المدروسة

1. باستخدام الرسم التخطيطي المرجعي المكتوب على السبورة، استنتج: ما هو الحديد وما هي خصائصه؟
2. الإملاء الرسومي (قم بإعداد أوراق ورقية بخط مستقيم مرسوم مسبقًا، مقسمة إلى 8 أجزاء ومرقمة وفقًا لأسئلة الإملاء. ضع علامة "^" على المقطع على رقم الموضع الذي يعتبر صحيحًا).

الخيار 1.

1. الحديد هو معدن قلوي تفاعلي.
2. من السهل تزوير الحديد.
3. الحديد جزء من سبيكة البرونز.
4. يحتوي مستوى الطاقة الخارجي لذرة الحديد على إلكترونين.
5. يتفاعل الحديد مع الأحماض المخففة.
6. مع الهالوجينات تشكل هاليدات بحالة أكسدة +2.
7. الحديد لا يتفاعل مع الأكسجين.
8. يمكن الحصول على الحديد عن طريق التحليل الكهربائي لملح الحديد المنصهر.

1	2	3	4	5	6	7	8

الخيار 2.

1. الحديد معدن أبيض فضي.
2. الحديد ليس لديه القدرة على الممغنطة.
3. تظهر ذرات الحديد خصائص مؤكسدة.
4. يوجد إلكترون واحد في مستوى الطاقة الخارجي لذرة الحديد.
5. يحل الحديد محل النحاس من محاليل أملاحه.
6. مع الهالوجينات يشكل مركبات ذات حالة أكسدة +3.
7. بمحلول حمض الكبريتيك يتكون كبريتات الحديد (III).
8. الحديد لا يتآكل.

1	2	3	4	5	6	7	8

بعد الانتهاء من المهمة، يقوم الطلاب بتبادل أعمالهم والتحقق منها (يتم نشر الإجابات على الأعمال على السبورة، أو تظهر من خلال جهاز العرض).

معايير وضع العلامات:

• "5" - 0 أخطاء،
• "4" - 1-2 أخطاء،
• "3" - 3-4 أخطاء،
• "2" - 5 أخطاء أو أكثر.

كتب مستخدمة

1. غابرييليان أو إس. الكيمياء الصف التاسع. - م: حبارى، 2001.
2. غابرييليان أو إس. كتاب للمعلمين. - م: حبارى، 2002.
3. غابرييليان أو إس. الكيمياء الصف التاسع. دفتر العمل. - م: حبارى، 2003.
4. صناعة التعليم . ملخص المقالات. العدد 3. - م: MGIU، 2002.
5. Malyshkina V. الكيمياء الترفيهية. – سانت بطرسبرغ، “تريجون”، 2001.
6. البرمجيات والمواد المنهجية. صفوف الكيمياء 8-11. - م: حبارى، 2001.
7. ستيبين بي دي، أليكبروفا إل يو. كتاب الكيمياء للقراءة المنزلية. - م: الكيمياء، 1995.
8. أنا ذاهب إلى صف الكيمياء. كتاب للمعلمين. - م: «الأول من سبتمبر»، 2000.

التطبيقات

هل تعرف أن؟

حديد - من أهم عناصر الحياة. يحتوي الدم على الحديد، وهذا هو الذي يحدد لون الدم، وكذلك ممتلكاته الرئيسية - القدرة على ربط وإطلاق الأكسجين. يمتلك هذه القدرة مركب معقد - الهيم - وهو جزء لا يتجزأ من جزيء الهيموجلوبين. بالإضافة إلى الهيموجلوبين، يحتوي جسمنا أيضًا على الحديد في الميوجلوبين، وهو البروتين الذي يخزن الأكسجين في العضلات. هناك أيضًا إنزيمات تحتوي على الحديد.

يوجد بالقرب من دلهي في الهند عمود حديدي لا توجد فيه أدنى ذرة صدأ، رغم أن عمره يقارب 2800 عام. وهو عمود كتب الشهير، ويبلغ ارتفاعه حوالي سبعة أمتار، ووزنه 6.5 طن، ويشير النقش الموجود على العمود إلى أنه تم تشييده في القرن التاسع. قبل الميلاد ه. ويرتبط صدأ الحديد - تكوين ميتاهيدروكسيد الحديد - بتفاعله مع الرطوبة والأكسجين الموجود في الهواء.

ومع ذلك، فإن هذا التفاعل لا يحدث في غياب الشوائب المختلفة في الحديد، وعلى رأسها الكربون والسيليكون والكبريت. كان العمود مصنوعًا من معدن نقي جدًا: نسبة الحديد في العمود كانت 99.72٪. وهذا ما يفسر متانته ومقاومته للتآكل.

في عام 1934 ظهر مقال "تحسين الحديد والصلب من خلال ... الصدأ في الأرض" في مجلة التعدين. إن طريقة تحويل الحديد إلى صلب عن طريق الصدأ في الأرض معروفة لدى الناس منذ القدم. على سبيل المثال، قام الشركس في القوقاز بدفن شريط الحديد في الأرض، وبعد حفره بعد 10-15 سنة، قاموا بصياغة سيوفهم منه، والتي يمكن أن تقطع ماسورة البندقية أو الدرع أو عظام العدو.

الهيماتيت

الهيماتيت، أو خام الحديد الأحمر – الخام الرئيسي للمعدن الرئيسي في عصرنا – الحديد. تصل نسبة الحديد فيه إلى 70%. الهيماتيت معروف منذ فترة طويلة. في بابل ومصر القديمة، تم استخدامه في المجوهرات، لصنع الأختام، وكان بمثابة مادة مفضلة كحجر منحوت، إلى جانب العقيق الأبيض. كان لدى الإسكندر الأكبر خاتم مرصع بالهيماتيت، والذي كان يعتقد أنه يجعله غير معرض للخطر في المعركة. وفي العصور القديمة والعصور الوسطى، عرف الهيماتيت كدواء يوقف الدم. تم استخدام مسحوق هذا المعدن في صناعة الذهب والفضة منذ العصور القديمة.

اسم المعدن يأتي من اليونانية تفاصيل– الدم المرتبط باللون الكرزي أو الأحمر الشمعي لمسحوق هذا المعدن.

من السمات المهمة للمعدن القدرة على تخزين اللون باستمرار ونقله إلى معادن أخرى تحتوي على خليط صغير على الأقل من الهيماتيت. اللون الوردي لأعمدة الجرانيت في كاتدرائية القديس إسحاق هو لون الفلسبار، والذي بدوره ملون بالهيماتيت المشتت بدقة. الأنماط الخلابة من اليشب المستخدمة في الانتهاء من محطات مترو العاصمة، والعقيق البرتقالي والوردي في شبه جزيرة القرم، والطبقات المرجانية الحمراء من السيلفيت والكارناليت في الطبقات المالحة - كلها تدين بلونها للهيماتيت.

منذ فترة طويلة يتم تصنيع الطلاء الأحمر من الهيماتيت. جميع اللوحات الجدارية الشهيرة التي تم صنعها منذ 15 إلى 20 ألف عام - البيسون الرائع من كهف التاميرا والماموث من كهف كيب الشهير - مصنوعة من أكاسيد الحديد البني وهيدروكسيدات.

المغنتيت

المغنتيت، أو خام الحديد المغناطيسي – معدن يحتوي على 72% حديد. هذا هو أغنى خام الحديد. إن الشيء الرائع في هذا المعدن هو مغناطيسيته الطبيعية - الخاصية التي تم اكتشافه بسببها.

كما أفاد العالم الروماني بليني، أن الماجنتيت سمي على اسم الراعي اليوناني ماغنيس. كان ماغنيس يرعى قطيعه بالقرب من التل فوق النهر. الهندوسية في ثيساليا. وفجأة، تم سحب عصا ذات طرف حديدي وصندل مبطن بالمسامير نحو نفسها بواسطة جبل مصنوع من الحجر الرمادي الصلب. أعطى معدن المغنتيت بدوره اسمه للمغناطيس والمجال المغناطيسي وظاهرة المغناطيسية الغامضة بأكملها، والتي تمت دراستها عن كثب منذ زمن أرسطو وحتى يومنا هذا.

ولا تزال الخصائص المغناطيسية لهذا المعدن تُستخدم حتى يومنا هذا، وذلك في المقام الأول للبحث عن الرواسب. هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف رواسب الحديد الفريدة في منطقة شذوذ كورسك المغناطيسي (KMA). المعدن ثقيل: عينة من المغنتيت بحجم تفاحة تزن 1.5 كجم.

في العصور القديمة، تم منح المغنتيت بجميع أنواع الخصائص العلاجية والقدرة على صنع المعجزات. تم استخدامه لاستخراج المعدن من الجروح، واحتفظ إيفان الرهيب ببلوراته غير المميزة بين كنوزه إلى جانب الحجارة الأخرى.

البيريت هو معدن يشبه النار

البيريت - أحد تلك المعادن التي عندما تراها تريد أن تصرخ: "هل هذا ما حدث حقًا؟" من الصعب تصديق أن أعلى مستوى من القطع والتلميع الذي يذهلنا في المنتجات المصنوعة يدويًا، في بلورات البيريت، هو هدية سخية من الطبيعة.

حصل البيريت على اسمه من الكلمة اليونانية "pyros" - النار، والتي ترتبط بخاصية إثارة الشرارة عند اصطدامها بأشياء فولاذية. يذهل هذا المعدن الجميل بلونه الذهبي ولمعانه الساطع على الحواف الواضحة دائمًا تقريبًا. نظرًا لخصائصه، فقد عرف البيريت منذ العصور القديمة، وخلال أوبئة حمى الذهب، قلب بريق البيريت في عروق الكوارتز أكثر من رأس ساخن. حتى الآن، غالبًا ما يخلط عشاق الحجر المبتدئين بين البيريت والذهب.

البيريت معدن موجود في كل مكان: فهو يتكون من الصهارة، ومن الأبخرة والمحاليل، وحتى من الرواسب، في كل مرة بأشكال ومجموعات محددة. هناك حالة معروفة عندما تحول جسد عامل منجم سقط في منجم إلى بيريت على مدار عدة عقود. يوجد الكثير من الحديد في البيريت - 46.5٪، لكن استخراجه مكلف وغير مربح.

الحديد عنصر كيميائي معروف. إنه ينتمي إلى معادن ذات نشاط كيميائي متوسط. سننظر في خصائص واستخدامات الحديد في هذه المقالة.

انتشار في الطبيعة

هناك عدد كبير جدًا من المعادن التي تحتوي على الحديد. بادئ ذي بدء، هو المغنتيت. ونسبة الحديد فيه اثنان وسبعون بالمائة. صيغته الكيميائية هي Fe3O4. ويسمى هذا المعدن أيضًا خام الحديد المغناطيسي. لونه رمادي فاتح، وأحيانًا باللون الرمادي الداكن، وحتى الأسود، مع لمعان معدني. يقع أكبر وديعة لها بين دول رابطة الدول المستقلة في جبال الأورال.

المعدن التالي الذي يحتوي على نسبة عالية من الحديد هو الهيماتيت - ويتكون من سبعين بالمائة من هذا العنصر. صيغته الكيميائية هي Fe2O3. ويسمى أيضًا خام الحديد الأحمر. لها لون يتراوح من الأحمر البني إلى الأحمر الرمادي. يقع أكبر إيداع في بلدان رابطة الدول المستقلة في Krivoy Rog.

المعدن الثالث الذي يحتوي على الحديد هو الليمونيت. يمثل الحديد هنا ستين بالمائة من الكتلة الإجمالية. هذه هي هيدرات بلورية، أي أن جزيئات الماء منسوجة في شبكتها البلورية، وصيغتها الكيميائية هي Fe 2 O 3 .H 2 O. كما يوحي الاسم، فإن هذا المعدن له لون أصفر-بني، وأحيانًا بني. وهو أحد المكونات الرئيسية للمغرة الطبيعية ويستخدم كصبغة. ويسمى أيضًا خام الحديد البني. أكبر المواقع هي شبه جزيرة القرم وجزر الأورال.

يحتوي السيديريت، وهو ما يسمى بخام الحديد الصاري، على ثمانية وأربعين بالمائة من الحديد. صيغته الكيميائية هي FeCO3. هيكلها غير متجانس ويتكون من بلورات ذات ألوان مختلفة متصلة ببعضها البعض: الرمادي والأخضر الفاتح والرمادي والأصفر والبني والأصفر وما إلى ذلك.

آخر معدن شائع يحتوي على نسبة عالية من الحديد في الطبيعة هو البيريت. وله الصيغة الكيميائية التالية: FeS 2. ويحتوي على الحديد بنسبة ستة وأربعين بالمائة من الكتلة الإجمالية. بفضل ذرات الكبريت، يكون لهذا المعدن لون أصفر ذهبي.

يتم استخدام العديد من المعادن التي تمت مناقشتها للحصول على الحديد النقي. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم الهيماتيت في صناعة المجوهرات من الأحجار الطبيعية. قد تكون شوائب البيريت موجودة في مجوهرات اللازورد. بالإضافة إلى ذلك، يوجد الحديد في الطبيعة في الكائنات الحية - وهو أحد أهم مكونات الخلايا. يجب توفير هذا العنصر الدقيق لجسم الإنسان بكميات كافية. ترجع الخصائص العلاجية للحديد إلى حد كبير إلى حقيقة أن هذا العنصر الكيميائي هو أساس الهيموجلوبين. ولذلك فإن استخدام الحديد له تأثير جيد على حالة الدم، وبالتالي الجسم كله ككل.

الحديد: الخصائص الفيزيائية والكيميائية

دعونا نلقي نظرة على هذين القسمين الكبيرين بالترتيب. الحديد هو مظهره وكثافته ونقطة انصهاره وما إلى ذلك. أي جميع السمات المميزة للمادة المرتبطة بالفيزياء. الخصائص الكيميائية للحديد هي قدرته على التفاعل مع المركبات الأخرى. لنبدأ بالأولى.

الخصائص الفيزيائية للحديد

في شكله النقي في الظروف العادية يكون مادة صلبة. لها لون رمادي فضي وبريق معدني واضح. تشتمل الخواص الميكانيكية للحديد على مستوى صلابة قدره أربعة (متوسط). يتمتع الحديد بالتوصيل الكهربائي والحراري الجيد. الميزة الأخيرة يمكن الشعور بها عند لمس جسم حديدي في غرفة باردة. ولأن هذه المادة توصل الحرارة بسرعة، فإنها تزيل معظمها من جلدك في فترة زمنية قصيرة، ولهذا السبب تشعر بالبرد.

إذا لمست الخشب، على سبيل المثال، ستلاحظ أن الموصلية الحرارية له أقل بكثير. وتشمل الخصائص الفيزيائية للحديد نقاط الانصهار والغليان. الأولى 1539 درجة مئوية، والثانية 2860 درجة مئوية. يمكننا أن نستنتج أن الخصائص المميزة للحديد هي الليونة الجيدة والانصهار. ولكن هذا ليس كل شيء.

أيضا، الخصائص الفيزيائية للحديد تشمل المغناطيسية الحديدية. ما هو؟ الحديد، الذي يمكننا ملاحظة خصائصه المغناطيسية في الأمثلة العملية كل يوم، هو المعدن الوحيد الذي يتمتع بمثل هذه الميزة المميزة الفريدة. ويفسر ذلك حقيقة أن هذه المادة قادرة على المغنطة تحت تأثير المجال المغناطيسي. وبعد انتهاء عمل الأخير، يظل الحديد، الذي تم تشكيل خصائصه المغناطيسية للتو، مغناطيسًا لفترة طويلة. يمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال حقيقة أنه يوجد في بنية هذا المعدن العديد من الإلكترونات الحرة القادرة على الحركة.

من وجهة نظر كيميائية

ينتمي هذا العنصر إلى المعادن ذات النشاط المتوسط. لكن الخواص الكيميائية للحديد نموذجية لجميع المعادن الأخرى (باستثناء تلك التي تقع على يمين الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية). إنها قادرة على التفاعل مع العديد من فئات المواد.

لنبدأ بالأشياء البسيطة

يتفاعل الحديد مع الأكسجين والنيتروجين والهالوجينات (اليود والبروم والكلور والفلور) والفوسفور والكربون. أول شيء يجب مراعاته هو التفاعلات مع الأكسجين. عند حرق الحديد تتشكل أكاسيده. اعتمادًا على ظروف التفاعل والنسب بين المشاركين، يمكن أن تختلف. وكمثال على هذا النوع من التفاعل يمكن إعطاء معادلات التفاعل التالية: 2Fe + O 2 = 2FeO؛ 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3؛ 3Fe + 2O 2 = الحديد 3 O 4. ويمكن أن تختلف خصائص أكسيد الحديد (الفيزيائية والكيميائية) حسب نوعه. تحدث هذه الأنواع من التفاعلات عند درجات حرارة عالية.

والشيء التالي هو التفاعل مع النيتروجين. ويمكن أن يحدث أيضًا فقط في حالة التسخين. إذا أخذنا ستة مولات من الحديد ومولًا واحدًا من النيتروجين، فسنحصل على مولين من نيتريد الحديد. ستبدو معادلة التفاعل كما يلي: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

عند التفاعل مع الفوسفور، يتكون الفوسفيد. لتنفيذ التفاعل، هناك حاجة إلى المكونات التالية: لثلاثة مولات من الحديد - مول واحد من الفوسفور، ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مول واحد من الفوسفيد. يمكن كتابة المعادلة على النحو التالي: 3Fe + P = Fe 3 P.

بالإضافة إلى ذلك، من بين التفاعلات مع المواد البسيطة، يمكن أيضًا تمييز التفاعل مع الكبريت. في هذه الحالة، يمكن الحصول على كبريتيد. يشبه المبدأ الذي تحدث به عملية تكوين هذه المادة تلك الموصوفة أعلاه. وهي حدوث رد فعل بالإضافة. تتطلب جميع التفاعلات الكيميائية من هذا النوع ظروفًا خاصة، وخاصة درجات الحرارة المرتفعة، وفي كثير من الأحيان المواد الحفازة.

التفاعلات بين الحديد والهالوجينات شائعة أيضًا في الصناعة الكيميائية. هذه هي الكلورة والبرومة واليود والفلورة. وكما هو واضح من أسماء التفاعلات نفسها، فإن هذه هي عملية إضافة ذرات الكلور/البروم/اليود/الفلور إلى ذرات الحديد لتكوين كلوريد/بروميد/يوديد/فلورايد، على التوالي. وتستخدم هذه المواد على نطاق واسع في مختلف الصناعات. بالإضافة إلى ذلك، الحديد قادر على الاندماج مع السيليكون عند درجات حرارة عالية. بسبب الخصائص الكيميائية المتنوعة للحديد، فإنه غالبا ما يستخدم في الصناعة الكيميائية.

الحديد والمواد المعقدة

من المواد البسيطة ننتقل إلى تلك التي تتكون جزيئاتها من عنصرين كيميائيين مختلفين أو أكثر. أول شيء يجب ذكره هو تفاعل الحديد مع الماء. هذا هو المكان الذي تظهر فيه الخصائص الأساسية للحديد. عندما يتم تسخين الماء، فإنه يتشكل مع الحديد (وهذا ما يسمى لأنه عندما يتفاعل مع نفس الماء فإنه يشكل هيدروكسيد، وبعبارة أخرى، قاعدة). لذلك، إذا تناولت مولًا واحدًا من كلا المكونين، فإن مواد مثل ثاني أكسيد الحديد والهيدروجين تتشكل في شكل غاز ذو رائحة نفاذة - أيضًا بنسب مولية واحدة. يمكن كتابة معادلة هذا النوع من التفاعل على النحو التالي: Fe + H 2 O = FeO + H 2. واعتمادًا على النسب التي يتم بها خلط هذين المكونين، يمكن الحصول على ثنائي أو ثالث أكسيد الحديد. كلتا هاتين المادتين شائعتان جدًا في الصناعة الكيميائية وتستخدمان أيضًا في العديد من الصناعات الأخرى.

مع الأحماض والأملاح

وبما أن الحديد يقع على يسار الهيدروجين في سلسلة النشاط الكهروكيميائي للمعادن، فهو قادر على إزاحة هذا العنصر من المركبات. مثال على ذلك هو تفاعل الإزاحة الذي يمكن ملاحظته عند إضافة الحديد إلى الحمض. على سبيل المثال، إذا قمت بخلط الحديد وحمض الكبريتات (المعروف أيضًا باسم حمض الكبريتيك) بتركيز متوسط ​​بنسب مولية متساوية، فإن النتيجة هي كبريتات الحديد (II) والهيدروجين بنسب مولية متساوية. ستبدو معادلة هذا التفاعل كما يلي: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

عند التفاعل مع الأملاح، تظهر خصائص الحد من الحديد. أي أنه يمكن استخدامه لعزل معدن أقل نشاطًا من الملح. على سبيل المثال، إذا أخذت مولًا واحدًا ونفس الكمية من الحديد، فيمكنك الحصول على كبريتات الحديد (II) والنحاس النقي بنفس النسب المولية.

أهميته للجسم

أحد العناصر الكيميائية الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية هو الحديد. لقد نظرنا إليها بالفعل، والآن دعونا نتعامل معها من وجهة نظر بيولوجية. يؤدي Ferrum وظائف مهمة للغاية سواء على المستوى الخلوي أو على مستوى الكائن الحي بأكمله. بادئ ذي بدء، الحديد هو أساس هذا البروتين مثل الهيموجلوبين. وهو ضروري لنقل الأكسجين عبر الدم من الرئتين إلى جميع الأنسجة والأعضاء وإلى كل خلية في الجسم، وبشكل أساسي إلى الخلايا العصبية في الدماغ. لذلك، لا يمكن المبالغة في تقدير الخصائص المفيدة للحديد.

بالإضافة إلى التأثير على تكوين الدم، فإن الحديد مهم أيضًا للعمل الكامل للغدة الدرقية (وهذا لا يتطلب اليود فقط، كما يعتقد البعض). ويشارك الحديد أيضًا في عملية التمثيل الغذائي داخل الخلايا وينظم المناعة. ويوجد الحديدوم أيضًا بكميات كبيرة بشكل خاص في خلايا الكبد، لأنه يساعد على تحييد المواد الضارة. وهو أيضًا أحد المكونات الرئيسية للعديد من أنواع الإنزيمات في أجسامنا. يجب أن يحتوي النظام الغذائي اليومي للشخص على ما بين عشرة إلى عشرين ملليغرام من هذا العنصر الدقيق.

الأطعمة الغنية بالحديد

هناك العديد منهم. هم من أصل نباتي وحيواني. الأول هو الحبوب، البقوليات، الحبوب (خاصة الحنطة السوداء)، التفاح، الفطر (الأبيض)، الفواكه المجففة، الوركين، الكمثرى، الخوخ، الأفوكادو، اليقطين، اللوز، التمر، الطماطم، البروكلي، الملفوف، التوت الأزرق، التوت الأسود، الكرفس، إلخ. والثاني هو الكبد واللحوم. استهلاك الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد مهم بشكل خاص خلال فترة الحمل، لأن جسم الجنين النامي يحتاج إلى كميات كبيرة من هذا العنصر النزر للنمو والتطور الكامل.

علامات نقص الحديد في الجسم

أعراض دخول القليل من الحديد إلى الجسم هي التعب، والتجميد المستمر لليدين والقدمين، والاكتئاب، وهشاشة الشعر والأظافر، وانخفاض النشاط الفكري، واضطرابات الجهاز الهضمي، وانخفاض الأداء، واختلال وظائف الغدة الدرقية. إذا لاحظت العديد من هذه الأعراض، فقد يكون من المفيد زيادة كمية الأطعمة التي تحتوي على الحديد في نظامك الغذائي أو شراء الفيتامينات أو المكملات الغذائية التي تحتوي على الحديد. ويجب عليك أيضًا استشارة الطبيب إذا شعرت بأي من هذه الأعراض بشكل حاد جدًا.

استخدام الحديد في الصناعة

ترتبط استخدامات وخصائص الحديد ارتباطًا وثيقًا. نظرًا لطبيعته المغناطيسية الحديدية، يتم استخدامه لصنع المغناطيس - سواء الأضعف منها للأغراض المنزلية (مغناطيس الثلاجة التذكاري، وما إلى ذلك) والأقوى للأغراض الصناعية. نظرًا لأن المعدن المعني يتمتع بقوة وصلابة عالية، فقد تم استخدامه منذ العصور القديمة في صناعة الأسلحة والدروع وغيرها من الأدوات العسكرية والمنزلية. بالمناسبة، حتى في مصر القديمة، كان الحديد النيزكي معروفًا، وكانت خصائصه متفوقة على خصائص المعدن العادي. تم استخدام هذا الحديد الخاص أيضًا في روما القديمة. تم صنع أسلحة النخبة منه. لا يمكن أن يمتلك الدرع أو السيف المصنوع من معدن النيزك إلا شخص ثري ونبيل للغاية.

بشكل عام، المعدن الذي نتناوله في هذه المقالة هو الأكثر تنوعًا بين جميع المواد الموجودة في هذه المجموعة. بادئ ذي بدء، يتم تصنيع الفولاذ والحديد الزهر منه، والتي تستخدم لإنتاج جميع أنواع المنتجات اللازمة سواء في الصناعة أو في الحياة اليومية.

الحديد الزهر عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون، حيث يوجد الأخير من 1.7 إلى 4.5 بالمائة. وإذا كانت الثانية أقل من 1.7 بالمائة، فإن هذا النوع من السبائك يسمى الفولاذ. إذا كان هناك حوالي 0.02 في المائة من الكربون في التركيبة، فهذا بالفعل حديد تقني عادي. يعد وجود الكربون في السبيكة ضروريًا لمنحها قوة أكبر ومقاومة للحرارة ومقاومة للصدأ.

بالإضافة إلى ذلك، قد يحتوي الفولاذ على العديد من العناصر الكيميائية الأخرى كشوائب. وهذا يشمل المنغنيز والفوسفور والسيليكون. كما يمكن إضافة الكروم والنيكل والموليبدينوم والتنغستن والعديد من العناصر الكيميائية الأخرى إلى هذا النوع من السبائك لمنحه صفات معينة. تُستخدم أنواع الفولاذ التي تحتوي على كمية كبيرة من السيليكون (حوالي أربعة بالمائة) كفولاذ محول. يتم استخدام تلك التي تحتوي على الكثير من المنغنيز (ما يصل إلى اثني عشر إلى أربعة عشر بالمائة) في تصنيع أجزاء السكك الحديدية والمطاحن والكسارات وغيرها من الأدوات التي تتعرض أجزاء منها للتآكل السريع.

يضاف الموليبدينوم إلى السبيكة لجعلها أكثر مقاومة للحرارة، ويستخدم مثل هذا الفولاذ كفولاذ للأدوات. بالإضافة إلى ذلك، للحصول على الفولاذ المقاوم للصدأ، المشهور والذي يستخدم غالبًا في الحياة اليومية على شكل سكاكين وأدوات منزلية أخرى، من الضروري إضافة الكروم والنيكل والتيتانيوم إلى السبيكة. ومن أجل الحصول على فولاذ مرن ومقاوم للصدمات وعالي القوة، يكفي إضافة الفاناديوم إليه. من خلال إضافة النيوبيوم إلى التركيبة، يمكن تحقيق مقاومة عالية للتآكل والمواد العدوانية كيميائيًا.

يعد معدن المغنتيت الذي تم ذكره في بداية المقال ضروريًا لتصنيع محركات الأقراص الصلبة وبطاقات الذاكرة والأجهزة الأخرى من هذا النوع. نظرًا لخصائصه المغناطيسية، يمكن العثور على الحديد في المحولات والمحركات والمنتجات الإلكترونية وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إضافة الحديد إلى سبائك المعادن الأخرى لمنحها قوة أكبر واستقرارًا ميكانيكيًا. يتم استخدام كبريتات هذا العنصر في البستنة لمكافحة الآفات (مع كبريتات النحاس).

لا غنى عنها لتنقية المياه. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام مسحوق المغنتيت في الطابعات بالأبيض والأسود. الاستخدام الرئيسي للبيريت هو الحصول على حمض الكبريتيك منه. تحدث هذه العملية في ظروف المختبر على ثلاث مراحل. في المرحلة الأولى، يتم حرق بيريت الحديد لإنتاج أكسيد الحديد وثاني أكسيد الكبريت. في المرحلة الثانية، يتم تحويل ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيده بمشاركة الأكسجين. وفي المرحلة النهائية، يتم تمرير المادة الناتجة في وجود المحفزات، وبالتالي إنتاج حمض الكبريتيك.

الحصول على الحديد

يتم استخراج هذا المعدن بشكل رئيسي من معدنين رئيسيين: الماجنتيت والهيماتيت. ويتم ذلك عن طريق اختزال الحديد من مركباته بالكربون على شكل فحم الكوك. ويتم ذلك في الأفران العالية التي تصل درجة حرارتها إلى ألفي درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، هناك طريقة لاختزال الحديد بالهيدروجين. للقيام بذلك، ليس من الضروري أن يكون لديك فرن الانفجار. لتنفيذ هذه الطريقة، يتم أخذ الطين الخاص، وخلطه مع الخام المسحوق ومعالجته بالهيدروجين في فرن العمود.

خاتمة

وتتنوع خصائص واستخدامات الحديد. ربما يكون هذا هو المعدن الأكثر أهمية في حياتنا. بعد أن أصبحت معروفة للبشرية، أخذت مكان البرونز، الذي كان في ذلك الوقت المادة الرئيسية لصناعة جميع الأدوات، وكذلك الأسلحة. يتفوق الفولاذ والحديد الزهر في كثير من النواحي على سبائك النحاس والقصدير من حيث خصائصهما الفيزيائية ومقاومتهما للضغط الميكانيكي.

بالإضافة إلى ذلك، الحديد موجود على كوكبنا أكثر من العديد من المعادن الأخرى. فهو ما يقرب من خمسة بالمائة في القشرة الأرضية. وهو رابع أكثر العناصر الكيميائية وفرة في الطبيعة. كما أن هذا العنصر الكيميائي مهم جدًا للعمل الطبيعي لجسم الحيوانات والنباتات، وذلك في المقام الأول لأن الهيموجلوبين مبني على أساسه. الحديد هو عنصر تتبع أساسي، واستهلاكه مهم للحفاظ على الصحة والأداء الطبيعي للأعضاء. بالإضافة إلى ما سبق، هذا هو المعدن الوحيد الذي له خصائص مغناطيسية فريدة من نوعها. من المستحيل أن نتخيل حياتنا بدون حديد.

الحديد هو المادة الهيكلية الرئيسية. يتم استخدام المعدن حرفيًا في كل مكان - بدءًا من الصواريخ والغواصات وحتى أدوات المائدة وزخارف الشوايات المصنوعة من الحديد المطاوع. إلى حد كبير، يتم تسهيل ذلك من خلال عنصر في الطبيعة. لكن السبب الحقيقي هو قوتها ومتانتها.

في هذه المقالة سوف نصف الحديد كمعدن ونشير إلى خصائصه الفيزيائية والكيميائية المفيدة. بشكل منفصل، نخبرك لماذا يسمى الحديد بالمعادن الحديدية وكيف يختلف عن المعادن الأخرى.

ومن الغريب أن السؤال حول ما إذا كان الحديد معدنًا أم غير معدني لا يزال يطرح في بعض الأحيان. الحديد هو أحد عناصر المجموعة 8، الدورة 4 من جدول D.I. Mendeleev. الوزن الجزيئي هو 55.8، وهو مرتفع جدًا.

هذا معدن رمادي فضي، ناعم للغاية، قابل للسحب، وله خصائص مغناطيسية. في الواقع، نادرًا ما يتم العثور على الحديد النقي واستخدامه، نظرًا لأن المعدن نشط كيميائيًا ويخضع لمجموعة متنوعة من التفاعلات.

سيخبرك هذا الفيديو ما هو الحديد:

المفهوم والميزات

يُطلق على الحديد عادة سبيكة تحتوي على نسبة صغيرة من الشوائب - تصل إلى 0.8٪، والتي تحتفظ بجميع خصائص المعدن تقريبًا. حتى هذا الخيار لا يستخدم على نطاق واسع، ولكن الفولاذ والحديد الزهر. لقد حصلوا على اسمهم - المعدن الحديدي أو الحديد أو بشكل أكثر دقة نفس الحديد الزهر والصلب - بفضل لون الخام - الأسود.

اليوم، تسمى سبائك الحديد المعادن الحديدية: الصلب، الحديد الزهر، الفريت، وكذلك المنغنيز، وأحيانا الكروم.

الحديد عنصر شائع جدًا. من حيث المحتوى الموجود في القشرة الأرضية فهو يحتل المرتبة الرابعة وأدنى من الأكسجين و. يحتوي باطن الأرض على 86% من الحديد، و14% فقط في الوشاح. تحتوي مياه البحر على كمية قليلة جدًا من المادة - تصل إلى 0.02 ملجم / لتر، وتحتوي مياه النهر على كمية أكبر قليلاً - تصل إلى 2 ملجم / لتر.

الحديد معدن نموذجي، وهو أيضًا نشط جدًا. يتفاعل مع الأحماض المخففة والمركزة، ولكن تحت تأثير عوامل مؤكسدة قوية جدًا يمكن أن يشكل أملاح حمض الحديديك. في الهواء، يصبح الحديد مغطى بسرعة بطبقة من الأكسيد، مما يمنع المزيد من التفاعل.

ومع ذلك، في وجود الرطوبة، يظهر الصدأ بدلاً من فيلم الأكسيد، والذي، بسبب هيكله الفضفاض، لا يمنع المزيد من الأكسدة. هذه الميزة، التآكل في وجود الرطوبة، هي العيب الرئيسي لسبائك الحديد. ومن الجدير بالذكر أن الشوائب تثير التآكل، في حين أن المعدن النقي كيميائيا مقاوم للماء.

المعلمات الهامة

الحديد المعدني النقي مرن تمامًا، وسهل التشكيل ويصعب صبه. ومع ذلك، فإن الشوائب الصغيرة من الكربون تزيد بشكل كبير من صلابته وهشاشته. وأصبحت هذه الجودة أحد أسباب إزاحة الأدوات البرونزية للأدوات الحديدية.

• إذا قارنا سبائك الحديد، ومن تلك التي كانت معروفة في العالم القديم، فمن الواضح أنه سواء من حيث مقاومة التآكل، وبالتالي، من حيث المتانة. ومع ذلك، أدى النطاق الهائل إلى استنفاد مناجم القصدير. وبما أنه أقل بكثير من , واجه علماء المعادن في الماضي مسألة الاستبدال. وحل الحديد محل النحاس . تم استبدال الأخير بالكامل عندما ظهر الفولاذ: لا يوفر البرونز مثل هذا المزيج من الصلابة والمرونة.
• يشكل الحديد ثالوثًا حديديًا مع الكوبالت. خصائص العناصر متقاربة جدًا، أقرب من نظائرها التي لها نفس بنية الطبقة الخارجية. تتمتع جميع المعادن بخصائص ميكانيكية ممتازة: حيث يمكن معالجتها ولفها وسحبها بسهولة وتزويرها وختمها. يعتبر الكوبالت أقل تفاعلاً وأكثر مقاومة للتآكل من الحديد. ومع ذلك، فإن قلة وفرة هذه العناصر لا تسمح باستخدامها على نطاق واسع مثل الحديد.
• "المنافس" الرئيسي للأجهزة من حيث مجال الاستخدام هو. ولكن في الواقع، تتمتع كلتا المادتين بصفات مختلفة تمامًا. وهي ليست بقوة الحديد تقريبًا، كما أنها أقل سهولة في سحبها، ولا يمكن تزويرها. من ناحية أخرى، المعدن أخف وزنًا بكثير، مما يجعل الهيكل أخف بكثير.

الموصلية الكهربائية للحديد متوسطة جدًا، بينما يأتي الألومنيوم في هذا المؤشر في المرتبة الثانية بعد الفضة والذهب. الحديد هو مغناطيسية حديدية، أي أنه يحتفظ بالمغنطة في غياب المجال المغناطيسي، ويتم سحبه إلى المجال المغناطيسي.

تؤدي هذه الخصائص المختلفة إلى مجالات تطبيق مختلفة تمامًا، لذلك نادرًا ما "تقاتل" مواد البناء، على سبيل المثال، في إنتاج الأثاث، حيث تتناقض خفة شكل الألومنيوم مع قوة الفولاذ.

وتناقش مزايا وعيوب الحديد أدناه.

المميزات والعيوب

الميزة الرئيسية للحديد مقارنة بالمعادن الإنشائية الأخرى هي وفرته وسهولة صهره نسبيًا. ولكن، بالنظر إلى كمية الحديد المستخدمة، فهذا عامل مهم للغاية.

مزايا

تشمل مزايا المعدن صفات أخرى.

• القوة والصلابة مع الحفاظ على المرونة - نحن لا نتحدث عن الحديد النقي كيميائيًا، بل عن السبائك. علاوة على ذلك، تختلف هذه الصفات بشكل كبير اعتمادًا على درجة الفولاذ وطريقة المعالجة الحرارية وطريقة الإنتاج وما إلى ذلك.
• تتيح لك مجموعة متنوعة من الفولاذ والفريت إنشاء واختيار مادة لأي مهمة حرفيًا - من إطار الجسر إلى أداة القطع. تعد القدرة على الحصول على خصائص محددة عن طريق إضافة شوائب صغيرة جدًا ميزة كبيرة بشكل غير عادي.
• تتيح سهولة التصنيع إمكانية الحصول على منتجات من مجموعة متنوعة من الأنواع: القضبان والأنابيب والمنتجات المشكلة والعوارض والصفائح الحديدية وما إلى ذلك.
• الخصائص المغناطيسية للحديد تجعل المعدن هو المادة الرئيسية في إنتاج المحركات المغناطيسية.
• تعتمد تكلفة السبائك، بالطبع، على التركيب، ولكنها لا تزال أقل بكثير من معظم السبائك غير الحديدية، وإن كانت ذات خصائص قوة أعلى.
• توفر قابلية الحديد للطرق للمواد قدرات زخرفية عالية جدًا.

عيوب

عيوب سبائك الحديد كبيرة.

• بادئ ذي بدء، هذه مقاومة غير كافية للتآكل. تتمتع أنواع خاصة من الفولاذ - الفولاذ المقاوم للصدأ - بهذه الجودة المفيدة، ولكنها أيضًا أكثر تكلفة. في كثير من الأحيان، يتم حماية المعدن باستخدام طلاء - المعدن أو البوليمر.
• الحديد قادر على تخزين الكهرباء، وبالتالي فإن المنتجات المصنوعة من سبائكه تخضع للتآكل الكهروكيميائي. يجب حماية أغلفة الأدوات والآلات وخطوط الأنابيب بطريقة ما - الحماية الكاثودية، والحماية القربانية، وما إلى ذلك.
• المعدن ثقيل، لذا فإن الهياكل الحديدية تثقل كاهل جسم البناء بشكل كبير - مبنى، عربة سكة حديد، سفينة بحرية.

التكوين والهيكل

يوجد الحديد في 4 تعديلات مختلفة، تختلف عن بعضها البعض في معلمات الشبكة وبنيتها. يعد وجود المراحل أمرًا بالغ الأهمية حقًا للصهر، نظرًا لأن التحولات الطورية واعتمادها على عناصر صناعة السبائك هي التي تضمن تدفق العمليات المعدنية في هذا العالم. لذلك نحن نتحدث عن المراحل التالية:

• المرحلة α مستقرة حتى +769 درجة مئوية ولها شبكة مكعبة مركزية الجسم. الطور α هو مغنطيسي حديدي، أي أنه يحتفظ بالمغنطة في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي. درجة الحرارة 769 مئوية هي نقطة كوري للمعدن.
• توجد المرحلة β من +769 درجة مئوية إلى +917 درجة مئوية. هيكل التعديل هو نفسه، ولكن معلمات الشبكة مختلفة بعض الشيء. في هذه الحالة، يتم الحفاظ على جميع الخواص الفيزيائية تقريبًا باستثناء الخصائص المغناطيسية: يصبح الحديد مغناطيسيًا.
• تظهر المرحلة γ في النطاق من +917 إلى +1394 درجة مئوية. ولها شبكة مكعبة محورها الوجه.
• توجد المرحلة δ فوق درجة حرارة +1394 درجة مئوية ولها شبكة مكعبة مركزية الجسم.

هناك أيضًا تعديل ε، والذي يظهر عند الضغط العالي، وكذلك نتيجة التنشيط بعناصر معينة. تحتوي المرحلة ε على شبكة سداسية متقاربة.

سيخبرك هذا الفيديو عن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للحديد:

الخصائص والخصائص

يعتمد الكثير على نقائه. الفرق بين خصائص الحديد النقي كيميائيًا والتقنية العادية، وحتى سبائك الفولاذ، كبير جدًا. وكقاعدة عامة، يتم إعطاء الخصائص الفيزيائية للحديد التقني مع نسبة شوائب تبلغ 0.8٪.

من الضروري التمييز بين الشوائب الضارة والمواد المضافة إلى صناعة السبائك. الأول - الكبريت والفوسفور، على سبيل المثال، يضفي هشاشة على السبيكة دون زيادة الصلابة أو المقاومة الميكانيكية. يزيد الكربون الموجود في الفولاذ من هذه المعلمات، أي أنه مكون مفيد.

• تعتمد كثافة الحديد (جم/سم3) إلى حد ما على الطور. وبالتالي، تبلغ كثافة α-Fe 7.87 جم/متر مكعب. سم عند درجة الحرارة العادية و7.67 جم/سم3. سم عند +600 درجة مئوية. كثافة الطور γ أقل - 7.59 جم/مكعب. سم، والمرحلة δ أقل - 7.409 جم/سم مكعب.
• درجة انصهار المادة هي +1539 درجة مئوية. الحديد معدن مقاوم للحرارة إلى حد ما.
• نقطة الغليان – +2862 درجة مئوية.
• يتم تنظيم القوة، أي مقاومة أنواع مختلفة من الأحمال - الضغط والتوتر والانحناء، لكل درجة من الفولاذ والحديد الزهر والفريت، لذلك من الصعب التحدث عن هذه المؤشرات بشكل عام. وبالتالي، فإن الفولاذ عالي السرعة لديه قوة انحناء تبلغ 2.5-2.8 جيجا باسكال. ونفس معلمة الحديد التقني العادي هي 300 ميجا باسكال.
• الصلابة على مقياس موس هي 4-5. يحقق الفولاذ الخاص والحديد النقي كيميائيًا أداءً أعلى بكثير.
• المقاومة الكهربائية النوعية هي 9.7·10-8 أوم·م. يوصل الحديد تيارًا أسوأ بكثير من النحاس أو الألومنيوم.
• الموصلية الحرارية أيضًا أقل من تلك الخاصة بهذه المعادن وتعتمد على تكوين الطور. عند 25 درجة مئوية يكون 74.04 واط/(م ك)، وعند 1500 درجة مئوية يكون 31.8 [واط/(م ك)].
• يتم تشكيل الحديد بشكل مثالي، سواء في درجات الحرارة العادية أو المرتفعة. يمكن صب الحديد الزهر والصلب.
• لا يمكن تسمية المادة بأنها خاملة بيولوجيًا. ومع ذلك، سميتها منخفضة جدا. ومع ذلك، لا يرتبط هذا كثيرًا بنشاط العنصر بقدر ما يرتبط بعدم قدرة جسم الإنسان على استيعابه جيدًا: الحد الأقصى هو 20٪ من الجرعة المتلقاة.

لا يمكن تصنيف الحديد على أنه مادة بيئية. ومع ذلك، فإن الضرر الرئيسي الذي يلحق بالبيئة لا ينجم عن نفاياتها، حيث أن الحديد يصدأ بسرعة كبيرة، ولكن بسبب نفايات الإنتاج - الخبث والغازات المنبعثة.

إنتاج

الحديد عنصر شائع جدًا، لذا فهو لا يتطلب نفقات كبيرة. يتم تطوير الودائع باستخدام طرق الحفرة المفتوحة والتعدين. في الواقع، تحتوي جميع خامات التعدين على الحديد، ولكن يتم تطوير الخامات التي تكون فيها نسبة المعدن كبيرة بدرجة كافية فقط. هذه هي الخامات الغنية - خام الحديد الأحمر والمغناطيسي والبني بحصة حديد تصل إلى 74٪، والخامات ذات المحتوى المتوسط ​​- الماركاسيت، على سبيل المثال، والخامات منخفضة الجودة بحصة حديد لا تقل عن 26٪ - السيديريت.

يتم إرسال الخام الغني على الفور إلى المصنع. يتم إثراء الصخور ذات المحتوى المتوسط ​​والمنخفض.

هناك عدة طرق لإنتاج سبائك الحديد. كقاعدة عامة، ينطوي صهر أي فولاذ على إنتاج الحديد الزهر. ويتم صهره في فرن لافح عند درجة حرارة 1600 درجة مئوية. ويتم تحميل الشحنة - التكتل والكريات، مع التدفق في الفرن ونفخها بالهواء الساخن. في هذه الحالة، يذوب المعدن ويحترق فحم الكوك، مما يسمح لك بحرق الشوائب غير المرغوب فيها وفصل الخبث.

لإنتاج الفولاذ، عادة ما يتم استخدام الحديد الزهر الأبيض - حيث يرتبط الكربون بمركب كيميائي مع الحديد. الطرق الثلاثة الأكثر شيوعًا:

• الموقد المفتوح - يتم صهر الحديد الزهر المنصهر مع إضافة الخام والخردة عند درجة حرارة 2000 مئوية من أجل تقليل محتوى الكربون. تتم إضافة مكونات إضافية، إن وجدت، في نهاية الذوبان. بهذه الطريقة يتم الحصول على الفولاذ عالي الجودة.
• يعد محول الأكسجين طريقة أكثر إنتاجية. في الفرن، يتم نفخ سماكة الحديد الزهر بالهواء تحت ضغط 26 كجم/م2. انظر: يمكن استخدام خليط من الأكسجين والهواء أو الأكسجين النقي لتحسين خصائص الفولاذ؛
• الصهر الكهربائي – يستخدم في كثير من الأحيان لإنتاج سبائك الفولاذ الخاصة. يتم حرق الحديد الزهر في فرن كهربائي عند درجة حرارة 2200 درجة مئوية.

ويمكن أيضًا الحصول على الفولاذ بالطريقة المباشرة. للقيام بذلك، يتم تحميل الكريات التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد في فرن ذو عمود وتطهيرها بالهيدروجين عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية. وهذا الأخير يختزل الحديد من الأكسيد دون مراحل وسيطة.

نظرًا لخصائص المعادن الحديدية، يتم بيع الخام الذي يحتوي على محتوى معين من الحديد أو المنتجات النهائية - الحديد الزهر والصلب والفريت. أسعارها تختلف بشكل كبير. ويبلغ متوسط ​​تكلفة خام الحديد في عام 2016 - الغني الذي يحتوي على عناصر تزيد عن 60% - 50 دولارا للطن.

تعتمد تكلفة الفولاذ على العديد من العوامل، مما يجعل ارتفاع الأسعار وانخفاضها في بعض الأحيان غير قابل للتنبؤ على الإطلاق. في خريف عام 2016، ارتفعت تكلفة التركيبات والصلب المدلفن على الساخن والبارد بشكل حاد بسبب الارتفاع الحاد بنفس القدر في أسعار فحم الكوك، وهو مشارك لا غنى عنه في الصهر. وفي نوفمبر، عرضت الشركات الأوروبية لفائف الصلب المدرفلة على الساخن بسعر 500 يورو للطن.

منطقة التطبيق

نطاق استخدام الحديد وسبائك الحديد هائل. من الأسهل الإشارة إلى المكان الذي لا يستخدم فيه المعدن.

• البناء - بناء جميع أنواع الإطارات، من إطار الجسر الحامل إلى إطار الموقد المزخرف في الشقة، لا يمكن الاستغناء عنه من الفولاذ من مختلف الدرجات. التركيبات، والقضبان، والعوارض، والقنوات، والزوايا، والأنابيب: يتم استخدام جميع المنتجات ذات الأشكال والقطاعات في البناء. وينطبق الشيء نفسه على الصفائح المعدنية: فهي مصنوعة من التسقيف، وما إلى ذلك.
• الهندسة الميكانيكية - من حيث القوة ومقاومة التآكل، هناك القليل جدًا مما يمكن مقارنته بالفولاذ، وبالتالي فإن أجزاء جسم الغالبية العظمى من الآلات مصنوعة من الفولاذ. خاصة في الحالات التي يجب أن تعمل فيها المعدات في ظل ظروف درجات الحرارة والضغط المرتفعة.
• الأدوات – بمساعدة عناصر السبائك والتصلب، يمكن إعطاء المعدن صلابة وقوة قريبة من الماس. الفولاذ عالي السرعة هو أساس أي أدوات تصنيع.
• في الهندسة الكهربائية، يكون استخدام الحديد محدودًا أكثر، وذلك على وجه التحديد لأن الشوائب تؤدي إلى تفاقم خصائصه الكهربائية المنخفضة بشكل ملحوظ. لكن المعدن لا غنى عنه في إنتاج الأجزاء المغناطيسية للمعدات الكهربائية.
• خطوط الأنابيب - الاتصالات من أي نوع ونوع مصنوعة من الفولاذ والحديد الزهر: التدفئة، وأنظمة إمدادات المياه، وخطوط أنابيب الغاز، بما في ذلك الخطوط الرئيسية، وأغلفة كابلات الطاقة، وخطوط أنابيب النفط، وما إلى ذلك. فقط الفولاذ يمكنه تحمل مثل هذه الأحمال الهائلة والضغط الداخلي.
• الاستخدام المنزلي – يُستخدم الفولاذ في كل مكان: من التركيبات وأدوات المائدة إلى حديد الأبواب والأقفال. قوة المعدن ومقاومة التآكل تجعله لا يمكن الاستغناء عنه.

يجمع الحديد وسبائكه بين القوة والمتانة ومقاومة التآكل. بالإضافة إلى ذلك، فإن إنتاج المعدن رخيص نسبياً، مما يجعله مادة لا غنى عنها للاقتصاد الوطني الحديث.

سيخبرك هذا الفيديو عن سبائك الحديد مع معادن حديدية غير حديدية وثقيلة:

كان الحديد معروفًا في عصور ما قبل التاريخ، لكنه وجد استخدامًا واسع النطاق في وقت لاحق، لأنه نادر للغاية في الطبيعة في حالة حرة، وأصبح إنتاجه من الخامات ممكنًا فقط عند مستوى معين من التطور التكنولوجي. ربما، لأول مرة، تعرف الإنسان على نيزك الحديد، كما يتضح من أسمائه في لغات الشعوب القديمة: "بيني بيت" المصرية القديمة تعني "الحديد السماوي"؛ يرتبط Sideros اليوناني القديم بالسيدوس اللاتيني (جنس Sideris) - النجم، الجسم السماوي. في النصوص الحثية في القرن الرابع عشر قبل الميلاد. ه. وذكر الحديد كمعدن نزل من السماء. في اللغات الرومانسية، تم الحفاظ على جذر الاسم الذي قدمه الرومان (على سبيل المثال، الفرنسية Ferr، الإيطالية Ferro).

تم اختراع طريقة الحصول على الحديد من الخامات في غرب آسيا في الألفية الثانية قبل الميلاد. هـ؛ وبعد ذلك انتشر استخدام الحديد إلى بابل ومصر واليونان. تم استبدال العصر البرونزي بالعصر الحديدي. يقول هوميروس (في الأغنية الثالثة والعشرين من الإلياذة) أن أخيل منح قرصًا مصنوعًا من الحديد للفائز في مسابقة رمي القرص. في أوروبا وروسيا القديمة، لعدة قرون، تم الحصول على الحديد من خلال عملية صنع الجبن. تم اختزال خام الحديد بالفحم في مسبك مبني في حفرة. تم ضخ الهواء إلى المسبك باستخدام المنفاخ، وتم فصل منتج الاختزال، الكريتسا، عن الخبث بواسطة ضربات المطرقة وتم تشكيل منتجات مختلفة منه. مع تحسن طرق النفخ وزيادة ارتفاع الموقد، زادت درجة حرارة العملية وتم كربنة جزء من الحديد، أي تم الحصول على الحديد الزهر؛ كان هذا المنتج الهش نسبيًا يعتبر نفايات إنتاجية. ومن هنا جاء اسم الحديد الزهر "الحديد الخام" و "الحديد الخام" - باللغة الإنجليزية. حديد خام. في وقت لاحق، لوحظ أنه عند تحميل الحديد الزهر، بدلا من خام الحديد، تم الحصول على قشرة حديدية منخفضة الكربون أيضا، وتبين أن هذه العملية المكونة من مرحلتين أكثر ربحية من عملية نفخ الجبن. في القرنين الثاني عشر والثالث عشر، كانت طريقة الصراخ منتشرة على نطاق واسع بالفعل.

في القرن الرابع عشر، بدأ صهر الحديد الزهر ليس فقط كمنتج وسيط لمزيد من المعالجة، ولكن أيضًا كمواد لصب المنتجات المختلفة. يعود تاريخ إعادة بناء الموقد إلى فرن ذو عمود ("domnitsa")، ثم إلى فرن لافح، إلى نفس الوقت أيضًا. وفي منتصف القرن الثامن عشر، بدأ استخدام عملية البوتقة لإنتاج الفولاذ في أوروبا، والتي كانت معروفة في سوريا في أوائل العصور الوسطى، لكنها تم نسيانها فيما بعد. بهذه الطريقة، تم إنتاج الفولاذ عن طريق صهر شحنة معدنية في أوعية صغيرة (بوتقات) من كتلة شديدة المقاومة للحرارة. في الربع الأخير من القرن الثامن عشر، بدأت عملية تحويل الحديد الزهر إلى حديد على موقد فرن عاكس ناري في التطور. أدت الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر، واختراع المحرك البخاري، وبناء السكك الحديدية والجسور الكبيرة والأسطول البخاري إلى خلق حاجة كبيرة للحديد وسبائكه. ومع ذلك، فإن جميع الطرق الحالية لإنتاج الحديد لا يمكنها تلبية احتياجات السوق. بدأ الإنتاج الضخم للصلب فقط في منتصف القرن التاسع عشر، عندما تم تطوير عمليات بيسيمر وتوماس والموقد المفتوح. وفي القرن العشرين، ظهرت عملية صناعة الفولاذ الكهربائي وانتشرت على نطاق واسع، مما أدى إلى إنتاج فولاذ عالي الجودة.

توزيع الحديد في الطبيعة.من حيث المحتوى في الغلاف الصخري (4.65٪ بالكتلة)، يحتل الحديد المرتبة الثانية بين المعادن (يحتل الألومنيوم المرتبة الأولى). يهاجر بقوة في القشرة الأرضية، مكونًا حوالي 300 معدن (أكاسيد، كبريتيدات، سيليكات، كربونات، تيتانات، فوسفات، إلخ). يلعب الحديد دورًا نشطًا في العمليات المنصهرة والحرارية المائية والجينات الفائقة، والتي ترتبط بتكوين أنواع مختلفة من رواسب الحديد. الحديد هو معدن موجود في أعماق الأرض، ويتراكم في المراحل الأولى من تبلور الصهارة، في الصخور فوق القاعدية (9.85%) والأساسية (8.56%) (في الجرانيت تبلغ نسبته 2.7%) فقط. في المحيط الحيوي، يتراكم الحديد في العديد من الرواسب البحرية والقارية، مكونًا الخامات الرسوبية.

تلعب تفاعلات الأكسدة والاختزال دورًا مهمًا في جيوكيمياء الحديد - انتقال الحديد ثنائي التكافؤ إلى الحديد ثلاثي التكافؤ والعكس. في المحيط الحيوي، في وجود المواد العضوية، يتم تقليل Fe 3+ إلى Fe 2+ ويهاجر بسهولة، وعندما يواجه الأكسجين الجوي، يتأكسد Fe 2+، ويشكل تراكمات من هيدروكسيدات الحديدوز. مركبات الحديدوز المنتشرة على نطاق واسع هي الأحمر والأصفر والبني. يحدد هذا لون العديد من الصخور الرسوبية واسمها - "التكوين الأحمر" (الطين والطين الأحمر والبني والرمال الصفراء وما إلى ذلك).

الخصائص الفيزيائية للحديد.لا تتحدد أهمية الحديد في التكنولوجيا الحديثة فقط من خلال توزيعه على نطاق واسع في الطبيعة، ولكن أيضًا من خلال مجموعة من الخصائص القيمة للغاية. إنه من البلاستيك، يسهل تشكيله في الحالات الباردة والساخنة، ويمكن دحرجته وختمه وسحبه. تعمل القدرة على إذابة الكربون والعناصر الأخرى كأساس لإنتاج مجموعة متنوعة من سبائك الحديد.

يمكن أن يتواجد الحديد على شكل شبكتين بلوريتين: مكعبة محورها الجسم (bcc) وα- وγ، ومكعبة محورها الوجه (fcc). أقل من 910 درجة مئوية، يكون α-Fe مع شبكة مخفية مستقرًا (a = 2.86645Å عند 20 درجة مئوية). بين 910 درجة مئوية و1400 درجة مئوية، يكون تعديل γ مع شبكة fcc مستقرًا (a = 3.64 Å). فوق 1400 درجة مئوية، يتم تشكيل الشبكة bcc δ-Fe (a = 2.94Å) مرة أخرى، وتكون مستقرة حتى درجة حرارة الانصهار (1539 درجة مئوية). α-Fe ذو مغناطيسية حديدية تصل إلى 769 درجة مئوية (نقطة كوري). تعديلات γ-Fe وδ-Fe هي مغناطيسية.

تم اكتشاف التحولات المتعددة الأشكال للحديد والصلب عند التسخين والتبريد في عام 1868 على يد د.ك.تشرنوف. يشكل الكربون محاليل صلبة خلالية مع الحديد، حيث توجد ذرات C، ذات نصف قطر ذري صغير (0.77 Å)، في فجوات الشبكة البلورية للمعدن، والتي تتكون من ذرات أكبر (نصف القطر الذري Fe 1.26 Å). يُطلق على المحلول الصلب للكربون في γ-Fe اسم الأوستينيت، وفي α-Fe - الفريت. يحتوي المحلول الصلب المشبع للكربون في γ-Fe على 2.0% C بالكتلة عند 1130 درجة مئوية؛ يذوب α-Fe فقط 0.02-0.04% درجة مئوية عند 723 درجة مئوية، وأقل من 0.01% عند درجة حرارة الغرفة. لذلك، عندما يتصلب الأوستينيت، يتشكل المارتنسيت - وهو محلول صلب مفرط التشبع من الكربون في α-Fe، وهو شديد الصلابة وهش. إن الجمع بين التصلب والتلطيف (التسخين إلى درجات حرارة منخفضة نسبيًا لتقليل الضغوط الداخلية) يسمح للصلب بالحصول على المزيج المطلوب من الصلابة والليونة.

الخصائص الفيزيائية للحديد تعتمد على نقائه. وفي المواد الحديدية الصناعية، يصاحب الحديد عادة شوائب من الكربون والنيتروجين والأكسجين والهيدروجين والكبريت والفوسفور. وحتى عند التركيزات المنخفضة جدًا، فإن هذه الشوائب تغير خصائص المعدن بشكل كبير. وبالتالي، فإن الكبريت يسبب ما يسمى الهشاشة الحمراء، الفوسفور (حتى 10 -2٪ ف) - هشاشة باردة؛ الكربون والنيتروجين يقللان من الليونة، والهيدروجين يزيد من هشاشة الحديد (ما يسمى هشاشة الهيدروجين). يؤدي تقليل محتوى الشوائب إلى 10-7-10-9% إلى تغييرات كبيرة في خصائص المعدن، ولا سيما زيادة الليونة.

فيما يلي الخصائص الفيزيائية للحديد، والتي تشير في المقام الأول إلى معدن يحتوي على نسبة شوائب إجمالية أقل من 0.01% بالوزن:

نصف القطر الذري 1.26 أنجستروم

نصف القطر الأيوني Fe 2+ 0.80Å، Fe 3+ 0.67Å

الكثافة (20 درجة مئوية) 7.874 جم / سم 3

نقطة الغليان حوالي 3200 درجة مئوية

معامل درجة حرارة التمدد الخطي (20 درجة مئوية) 11.7·10 -6

الموصلية الحرارية (25 درجة مئوية) 74.04 واط/(م ك)

تعتمد السعة الحرارية للحديد على بنيته وتتغير بطريقة معقدة مع درجة الحرارة؛ متوسط ​​السعة الحرارية النوعية (0-1000 درجة مئوية) 640.57 جول/(كجم ك).

المقاومة الكهربائية (20 درجة مئوية) 9.7 10 -8 أوم م

معامل درجة حرارة المقاومة الكهربائية (0-100 درجة مئوية) 6.51·10 -3

معامل يونج 190-210 10 3 MN/m2 (19-21 10 3 كجم قوة/مم2)

معامل درجة الحرارة لمعامل يونج 4·10 -6

معامل القص 84.0 10 3 مليون نيوتن / م 2

قوة الشد على المدى القصير 170-210 مليون نيوتن/م2

استطالة 45-55%

صلابة برينل 350-450 مليون/م2

قوة الخضوع 100 مليون/م2

قوة التأثير 300 مليون نيوتن/م2

الخواص الكيميائية للحديد.تكوين الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة هو 3d 6 4s 2. يظهر الحديد تكافؤًا متغيرًا (المركبات المكونة من الحديد ثنائي التكافؤ وثلاثي التكافؤ هي الأكثر استقرارًا). مع الأكسجين، يشكل الحديد أكسيد (II) FeO، وأكسيد (III) Fe 2 O 3 وأكسيد (II، III) Fe 3 O 4 (مركب FeO مع Fe 2 O 3 له بنية الإسبنيل). في الهواء الرطب عند درجات الحرارة العادية، يصبح الحديد مغطى بالصدأ السائب (Fe 2 O 3 nH 2 O). بسبب مساميته، فإن الصدأ لا يمنع وصول الأكسجين والرطوبة إلى المعدن وبالتالي لا يحميه من المزيد من الأكسدة. يتم فقدان ملايين الأطنان من الحديد سنويًا نتيجة لأنواع مختلفة من التآكل. عندما يتم تسخين الحديد في الهواء الجاف إلى درجة حرارة أعلى من 200 درجة مئوية، يصبح مغطى بطبقة رقيقة من الأكسيد، مما يحمي المعدن من التآكل في درجات الحرارة العادية؛ وهذا هو أساس الطريقة التقنية لحماية الحديد - الصبغ. عند تسخينه في بخار الماء، يتأكسد الحديد ليشكل Fe 3 O 4 (أقل من 570 درجة مئوية) أو FeO (أعلى من 570 درجة مئوية) ويطلق الهيدروجين.

يتكون هيدروكسيد Fe(OH)2 على شكل راسب أبيض تحت تأثير القلويات الكاوية أو الأمونيا على المحاليل المائية لأملاح Fe2+ في جو من الهيدروجين أو النيتروجين. عند ملامسته للهواء، يتحول Fe(OH) 2 أولاً إلى اللون الأخضر، ثم يتحول إلى اللون الأسود، وفي النهاية يتحول سريعًا إلى هيدروكسيد بني محمر Fe(OH) 3. يُظهر أكسيد Fe O الخصائص الأساسية. أكسيد Fe 2 O 3 مذبذب وله وظيفة حمضية ضعيفة؛ يتفاعل مع أكاسيد أكثر أساسية (على سبيل المثال، مع MgO، فإنه يشكل الفريت - مركبات مثل Fe 2 O 3 nMeO، التي لها خصائص مغناطيسية حديدية وتستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات الراديوية. يتم التعبير عن الخصائص الحمضية أيضًا في الحديد سداسي التكافؤ الموجود في شكل من الفرات، على سبيل المثال K 2 FeO 4، وأملاح حمض الحديد التي لا يتم إطلاقها في الحالة الحرة.

يتفاعل الحديد بسهولة مع الهالوجينات وهاليدات الهيدروجين، مما يعطي أملاحًا مثل كلوريدات FeCl 2 وFeCl 3. عندما يتم تسخين الحديد مع الكبريت، يتم تشكيل كبريتيدات FeS و FeS 2. كربيدات الحديد - Fe 3 C (سمنتيت) وFe 2 C (كربيد إلكتروني) - تترسب من المحاليل الصلبة للكربون في الحديد عند التبريد. يتم إطلاق Fe 3 C أيضًا من محاليل الكربون في الحديد السائل بتركيزات عالية من C. ويعطي النيتروجين، مثل الكربون، محاليل صلبة خلالية مع الحديد؛ يتم إطلاق النتريدات Fe 4 N و Fe 2 N. مع الهيدروجين، ينتج الحديد فقط هيدريدات غير مستقرة، لم يتم تحديد تركيبها بدقة. عند تسخينه، يتفاعل الحديد بقوة مع السيليكون والفوسفور، مكونًا مبيدات السيليكات (على سبيل المثال، Fe 3 Si والفوسفيدات (على سبيل المثال، Fe 3 P).

مركبات الحديد التي تحتوي على العديد من العناصر (O، S وغيرها)، التي تشكل بنية بلورية، لها تركيبة متغيرة (على سبيل المثال، يمكن أن يختلف محتوى الكبريت في أحادي الكبريتيد من 50 إلى 53.3٪). هذا بسبب عيوب في التركيب البلوري. على سبيل المثال، في أكسيد الحديد (II)، يتم استبدال بعض أيونات Fe 2+ في مواقع الشبكة بأيونات Fe 3+؛ للحفاظ على الحياد الكهربائي، تظل بعض مواقع الشبكة التي تنتمي إلى أيونات Fe 2+ فارغة.

جهد القطب الطبيعي للحديد في المحاليل المائية لأملاحه للتفاعل Fe = Fe 2+ + 2e هو -0.44 V، وللتفاعل Fe = Fe 3+ + 3e هو -0.036 V. وهكذا، في سلسلة الأنشطة، يقع الحديد على يسار الهيدروجين. يذوب بسهولة في الأحماض المخففة مع إطلاق H 2 وتكوين أيونات Fe 2+. تفاعل الحديد مع حمض النيتريك غريب. يعمل HNO 3 المركز (الكثافة 1.45 جم/سم 3) على تخميل الحديد بسبب ظهور طبقة أكسيد واقية على سطحه؛ المزيد من HNO 3 المخفف يذيب الحديد لتكوين أيونات Fe 2+ أو Fe 3+، ويختزل إلى NH 3 أو N 2 وN 2 O. محاليل أملاح الحديد ثنائية التكافؤ في الهواء غير مستقرة - يتأكسد Fe 2+ تدريجيًا إلى Fe 3+. المحاليل المائية لأملاح الحديد لها تفاعل حمضي بسبب التحلل المائي. إن إضافة أيونات الثيوسيانات SCN- إلى محاليل أملاح Fe 3+ تعطي لونًا أحمر دمويًا ساطعًا بسبب تكوين Fe(SCN) 3، مما يجعل من الممكن اكتشاف وجود جزء واحد Fe 3+ في حوالي 10 6 أجزاء من الماء. يتميز الحديد بتكوين مركبات معقدة.

الحصول على الحديد.يتم الحصول على الحديد النقي بكميات صغيرة نسبيًا عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لأملاحه أو عن طريق اختزال أكاسيده بالهيدروجين. يتزايد إنتاج الحديد النقي بدرجة كافية تدريجيًا عن طريق الاختزال المباشر له من مركزات الخام بالهيدروجين أو الغاز الطبيعي أو الفحم في درجات حرارة منخفضة نسبيًا.

تطبيق الحديد.الحديد هو المعدن الأكثر أهمية في التكنولوجيا الحديثة. لا يتم استخدام الحديد في شكله النقي عمليا بسبب قوته المنخفضة، على الرغم من أنه في الحياة اليومية غالبا ما تسمى منتجات الصلب أو الحديد الزهر "الحديد". يتم استخدام الجزء الأكبر من الحديد في شكل سبائك تختلف تمامًا في التركيب والخصائص. تمثل سبائك الحديد حوالي 95٪ من جميع المنتجات المعدنية. يتم صهر السبائك الغنية بالكربون (أكثر من 2% من الوزن) - الحديد الزهر - في أفران الصهر من الخامات الغنية بالحديد. يتم صهر درجات مختلفة من الفولاذ (محتوى الكربون أقل من 2% بالوزن) من الحديد الزهر في الأفران والمحولات الكهربائية المكشوفة عن طريق أكسدة (حرق) الكربون الزائد، وإزالة الشوائب الضارة (أساسًا S، P، O) وإضافة عناصر صناعة السبائك. يتم صهر الفولاذ عالي السبائك (الذي يحتوي على نسبة عالية من النيكل والكروم والتنغستن وعناصر أخرى) في القوس الكهربائي وأفران الحث. لإنتاج الفولاذ وسبائك الحديد للأغراض الحرجة بشكل خاص، يتم استخدام عمليات جديدة - الفراغ، وإعادة صهر الخبث الكهربائي، وذوبان شعاع البلازما والإلكترون، وغيرها. يتم تطوير طرق لصهر الفولاذ في وحدات تعمل بشكل مستمر، مما يضمن جودة عالية للمعادن وأتمتة العملية.

بناءً على الحديد، يتم إنشاء مواد يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية والمنخفضة، والفراغ والضغوط العالية، والبيئات العدوانية، والفولتية المتناوبة العالية، والإشعاع النووي، وما إلى ذلك. وينمو إنتاج الحديد وسبائكه باستمرار.

تم استخدام الحديد كمادة فنية منذ العصور القديمة في مصر وبلاد ما بين النهرين والهند. منذ العصور الوسطى، تم الحفاظ على العديد من المنتجات الفنية للغاية المصنوعة من الحديد في الدول الأوروبية (إنجلترا وفرنسا وإيطاليا وروسيا وغيرها) - الأسوار المزورة، ومفصلات الأبواب، وأقواس الحائط، ودوارات الطقس، وتركيبات الصدر، والأضواء. تتميز المنتجات المصنوعة من القضبان والمنتجات المصنوعة من صفائح الحديد المثقبة (غالبًا ببطانة من الميكا) بأشكال مسطحة وصورة ظلية رسومية خطية واضحة ويمكن رؤيتها بشكل فعال على خلفية الهواء الخفيف. وفي القرن العشرين، تم استخدام الحديد في صناعة الشبك والأسوار والفواصل الداخلية المخرمة والشمعدانات والآثار.

الحديد في الجسم .الحديد موجود في أجسام جميع الحيوانات والنباتات (في المتوسط ​​حوالي 0.02٪)؛ وهو ضروري بشكل أساسي لاستقلاب الأكسجين وعمليات الأكسدة. هناك كائنات حية (ما يسمى بالمركزات) قادرة على تجميعها بكميات كبيرة (على سبيل المثال، بكتيريا الحديد - ما يصل إلى 17-20٪ من الحديد). يرتبط كل الحديد الموجود في الحيوانات والنباتات تقريبًا بالبروتينات. يسبب نقص الحديد تأخر النمو والإصابة بالكلور في النباتات المرتبطة بانخفاض تكوين الكلوروفيل. وللحديد الزائد أيضًا تأثير ضار على نمو النبات، حيث يسبب، على سبيل المثال، عقم زهور الأرز والإصابة بالكلور. في التربة القلوية تتشكل مركبات الحديد التي لا يمكن لجذور النباتات امتصاصها، ولا تحصل عليها النباتات بكميات كافية؛ وفي التربة الحمضية يتحول الحديد إلى مركبات قابلة للذوبان بكميات زائدة. عندما يكون هناك نقص أو زيادة في مركبات الحديد القابلة للامتصاص في التربة، يمكن ملاحظة أمراض النبات على مساحات واسعة.

يدخل الحديد إلى جسم الحيوان والإنسان مع الغذاء (أغنى مصادره هي الكبد، واللحوم، والبيض، والبقوليات، والخبز، والحبوب، والسبانخ، والبنجر). عادة، يتلقى الشخص 60-110 ملغ من الحديد في نظامه الغذائي، وهو ما يتجاوز بشكل كبير احتياجاته اليومية. يتم امتصاص الحديد الذي يتم الحصول عليه من الطعام في الجزء العلوي من الأمعاء الدقيقة، حيث يدخل إلى الدم على شكل مرتبط بالبروتين ويحمل مع الدم إلى الأعضاء والأنسجة المختلفة، حيث يترسب على شكل حديد. مجمع البروتين - الفريتين. المستودع الرئيسي للحديد في الجسم هو الكبد والطحال. بسبب الفيريتين، يتم تخليق جميع المركبات التي تحتوي على الحديد في الجسم: يتم تصنيع الهيموجلوبين الصباغ التنفسي في نخاع العظم، ويتم تصنيع الميوجلوبين في العضلات، ويتم تصنيع السيتوكرومات والإنزيمات الأخرى المحتوية على الحديد في الأنسجة المختلفة. يتم إطلاق الحديد من الجسم بشكل رئيسي عبر جدار الأمعاء الغليظة (عند البشر، حوالي 6-10 ملغ يوميًا) وبدرجة صغيرة عن طريق الكلى. تتغير حاجة الجسم للحديد مع تقدم العمر والحالة البدنية. لكل 1 كجم من الوزن، يحتاج الأطفال إلى 0.6، والبالغين 0.1، والنساء الحوامل 0.3 ملغ من الحديد يوميًا. في الحيوانات، تكون متطلبات الحديد تقريبًا (لكل 1 كجم من المادة الجافة في النظام الغذائي): لأبقار الألبان - 50 مجم على الأقل، للحيوانات الصغيرة - 30-50 مجم؛ للخنازير - ما يصل إلى 200 ملغ، للخنازير الحوامل - 60 ملغ.

يحتوي جسم الإنسان على حوالي 5 جرام من الحديد، معظمه (70%) جزء من هيموجلوبين الدم.

الخصائص الفيزيائية

الحديد في حالته الحرة هو معدن أبيض فضي مع مسحة رمادية. الحديد النقي مطاوع وله خصائص مغناطيسية. في الممارسة العملية، عادة ما تستخدم سبائك الحديد - الحديد الزهر والصلب.

الحديد هو العنصر الأكثر أهمية والأكثر وفرة في المعادن التسعة d للمجموعة الفرعية الثامنة. ويشكل مع الكوبالت والنيكل "عائلة الحديد".

عند تكوين مركبات مع عناصر أخرى، غالبًا ما يستخدم 2 أو 3 إلكترونات (B = II، III).

الحديد، مثل جميع عناصر المجموعة الثامنة تقريبًا، لا يُظهر تكافؤًا أعلى يساوي رقم المجموعة. يصل الحد الأقصى للتكافؤ إلى VI ويظهر نادرًا للغاية.

المركبات الأكثر شيوعًا هي تلك التي تكون فيها ذرات الحديد في حالات الأكسدة +2 و +3.

طرق الحصول على الحديد

1. يتم الحصول على الحديد التقني (المخلوط بالكربون والشوائب الأخرى) عن طريق الاختزال الكربوثيرمي لمركباته الطبيعية وفق المخطط التالي:

يتم التعافي تدريجيًا على ثلاث مراحل:

1) 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

2) الحديد 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

ويحتوي الحديد الزهر الناتج عن هذه العملية على أكثر من 2% من الكربون. بعد ذلك، يتم استخدام الحديد الزهر لإنتاج الصلب - سبائك الحديد التي تحتوي على أقل من 1.5٪ من الكربون.

2. يتم الحصول على الحديد النقي جداً بإحدى الطرق التالية:

أ) تحلل الحديد خماسي الكربونيل

الحديد (CO) 5 = الحديد + 5СО

ب) تخفيض FeO النقي بالهيدروجين

FeO + H2 = Fe + H2O

ج) التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لأملاح الحديد +2

FeC 2 O 4 = الحديد + 2CO 2

أكسالات الحديد (II).

الخواص الكيميائية

الحديد معدن ذو نشاط متوسط ​​ويظهر خصائص عامة مميزة للمعادن.

الميزة الفريدة هي القدرة على "الصدأ" في الهواء الرطب:

في غياب الرطوبة مع الهواء الجاف، يبدأ الحديد في التفاعل بشكل ملحوظ فقط عند درجة حرارة T> 150 درجة مئوية؛ عند التكليس يتكون "مقياس الحديد" Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = الحديد 3 O 4

الحديد لا يذوب في الماء في غياب الأكسجين. عند درجات حرارة عالية جدًا، يتفاعل الحديد مع بخار الماء، مما يؤدي إلى إزاحة الهيدروجين من جزيئات الماء:

3 Fe + 4H2O(g) = 4H2

آلية الصدأ هي التآكل الكهروكيميائي. يتم تقديم منتج الصدأ في شكل مبسط. في الواقع، يتم تشكيل طبقة فضفاضة من خليط من الأكاسيد والهيدروكسيدات ذات التركيب المتغير. وعلى عكس طبقة Al 2 O 3، فإن هذه الطبقة لا تحمي الحديد من المزيد من التدمير.

أنواع التآكل

حماية الحديد من التآكل

1. التفاعل مع الهالوجينات والكبريت عند درجات الحرارة العالية.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

الحديد + أنا 2 = الحديد 2

تتشكل المركبات التي يسود فيها نوع الرابطة الأيونية.

2. التفاعل مع الفوسفور والكربون والسيليكون (لا يتحد الحديد مباشرة مع N2 و H2 ولكنه يذوبهم).

Fe + P = Fe x P y

الحديد + C = الحديد × C ذ

الحديد + سي = الحديد × سي ذ

تتشكل مواد ذات تركيب متغير، مثل البيرثوليدات (الطبيعة التساهمية للرابطة هي السائدة في المركبات)

3. التفاعل مع الأحماض "غير المؤكسدة" (HCl، H 2 SO 4 dil.)

الحديد 0 + 2H + → الحديد 2+ + H 2

بما أن الحديد يقع في سلسلة النشاط على يسار الهيدروجين (E° Fe/Fe 2+ = -0.44 V)، فهو قادر على إزاحة H 2 من الأحماض العادية.

الحديد + 2HCl = FeCl2 + H2

الحديد + ح 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. التفاعل مع الأحماض "المؤكسدة" (HNO 3, H 2 SO 4 conc.)

الحديد 0 - 3e - → الحديد 3+

الحديد المركز HNO 3 وH 2 SO 4 "خامل"، لذلك في درجات الحرارة العادية لا يذوب المعدن فيها. مع التسخين القوي، يحدث الذوبان البطيء (دون إطلاق H 2).

في القسم يذوب الحديد HNO 3، ويتحول إلى محلول على شكل كاتيونات Fe 3+ ويتم تقليل الأنيون الحمضي إلى NO*:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H2O

شديد الذوبان في خليط من حمض الهيدروكلوريك وHNO3

5. العلاقة بالقلويات

لا يذوب الحديد في المحاليل المائية للقلويات. يتفاعل مع القلويات المنصهرة فقط عند درجات حرارة عالية جدًا.

6. التفاعل مع أملاح المعادن الأقل نشاطا

الحديد + CuSO4 = FeSO4 + النحاس

الحديد 0 + النحاس 2+ = الحديد 2+ + النحاس 0

7. التفاعل مع أول أكسيد الكربون الغازي (t = 200°C, P)

Fe (مسحوق) + 5CO (جم) = Fe 0 (CO) 5 خماسي كربونيل الحديد

مركبات الحديد (III).

Fe 2 O 3 - أكسيد الحديد (III).

مسحوق بني محمر، ن. ر. في H 2 O. في الطبيعة - "خام الحديد الأحمر".

طرق الحصول على:

1) تحلل هيدروكسيد الحديد (III).

2Fe(OH) 3 = الحديد 2 O 3 + 3H 2 O

2) إطلاق البيريت

4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) تحلل النترات

الخواص الكيميائية

Fe 2 O 3 هو أكسيد أساسي مع علامات الأمفوتريتي.

I. تتجلى الخصائص الرئيسية في القدرة على التفاعل مع الأحماض:

Fe2O3 + 6H + = 2Fe3+ + ZN2O

Fe2O3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2O

Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O

ثانيا. خصائص حمض ضعيفة. لا يذوب الحديد 2 O 3 في المحاليل المائية للقلويات، ولكن عند دمجه مع الأكاسيد الصلبة والقلويات والكربونات، تتشكل الفريت:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg(FeO 2) 2 + CO 2

ثالثا. Fe 2 O 3 - مادة خام لإنتاج الحديد في صناعة المعادن:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO أو Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH) 3 - هيدروكسيد الحديد (III).

طرق الحصول على:

تم الحصول عليه عن طريق عمل القلويات على أملاح Fe 3+ القابلة للذوبان:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3NaCl

في وقت التحضير، يكون Fe(OH) 3 عبارة عن رواسب مخاطية غير متبلورة ذات لون بني أحمر.

يتكون هيدروكسيد Fe(III) أيضًا أثناء أكسدة Fe وFe(OH)2 في الهواء الرطب:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3

4Fe(OH) 2 + 2H2O + O 2 = 4Fe(OH) 3

هيدروكسيد الحديد (III) هو المنتج النهائي للتحلل المائي لأملاح الحديد 3+.

الخواص الكيميائية

Fe(OH) 3 عبارة عن قاعدة ضعيفة جدًا (أضعف بكثير من Fe(OH) 2). يظهر خصائص حمضية ملحوظة. وهكذا، Fe(OH) 3 له طابع مذبذب:

1) تحدث التفاعلات مع الأحماض بسهولة:

2) يذوب الراسب الطازج من Fe(OH)3 في المحلول الساخن. محاليل KOH أو NaOH مع تكوين مجمعات هيدروكسيو:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

في المحلول القلوي، يمكن أكسدة Fe(OH) 3 إلى الحديدات (أملاح حمض الحديد H 2 FeO 4 غير متحررة في الحالة الحرة):

2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H2O

أملاح الحديد 3+

والأكثر أهمية من الناحية العملية هي: Fe 2 (SO 4) 3، FeCl 3، Fe(NO 3) 3، Fe(SCN) 3، K 3 4 - ملح الدم الأصفر = Fe 4 3 الأزرق البروسي (راسب أزرق داكن)

ب) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 ثيوسيانات Fe(III) (محلول أحمر الدم)