منصة عظم ~ معلومات عن الحديد

معلومات عن الحديد

الحديد :

الحديد (بالإنجليزية: Iron) وهو عنصر كيميائي معدني، موجود في المجموعة الثامنة في الجدول الدوري، وهو المعدن الأكثر استخداماً، ويشكل 5% من قشرة الأرض
كما أنّه أكثر المعادن وفرةً، وهو مادة صلبة هشة، يتآكل الحديد في شكله النقي بسرعة عند تعرضه للهواء الرطب، وارتفاع درجات الحرارة

فإنه عنصر حيوي لبقاء الكائنات الحية، كما أنه يلعب دوراً مهماً في إنتاج الكلوروفيل في النباتات، وهو أحد مكونات الهيموجلوبين في الدم، وهو البروتين الموجود في الدم، والذي يعمل على نقل الأكسجين من الرئتين إلى أنسجة الجسم.

مصادر الحديد :

يعتبر الحديد العنصر الرابع الأكثر وفرةً بعد الأكسجين والسيليكون والألمنيوم، وهو العنصر الأكثر وفرة في الأرض كاملة، كما أنه وفير نسبياً في الشمس، والنجوم الأخرى
كما أنه يتشكل في الترسبات الأرضية، وفي النيازك، ويتم استخراجه عن طريق صهر الكربون والحجر الجيري.

مُعظم رواسب الحديد الخام تتواجد على شكل صخور تُعرّف هذه الصخور بالصخور الرسوبيّة، حيث تحتوي على طبقات مُتتاليّة من المعادن الغنيّة بالحديد إضافةً إلى احتوائها على حُبيبات السيليكا والمعروفة باسم الصوان.

استخدامات الحديد:

يتم استخدام مركبات الحديد لصناعة الأمونيا وإنتاج الوقود؛ وذلك عن طريق تحويل أول أكسيد الكربون إلى هيدروكربونات.

تمّ استخدام كبريتات الحديد الثنائي في صناعة الإسمنت؛ من خلال اختزال لأملاح الكرومات.

تدخل كبريتات الحديد في تنقية مياه الصهاريج؛ وذلك عن طريق ترسيب الجسيمات الدقيقة.

تم مُعالجة وتنقيّة مياه الصرف الصحيّ عن طريق استخدام كلوريد الحديد الثلاثي.

يتمُّ استخدام الحديد في صناعة المواقد ومُشعات التدفئة إضافةً إلى صناعة الأعمدة الكهربائيّة يُعتبر معدن الحديد مهم في الصناعات العضويّة.

صناعة الجولان والسبائك، وهي مواد مهمة في الأعمال الإنشائية والصناعية.

استخدم الحديد لأغراض تزيينية وكسلاح منذ اقدم العصور.

يستخدم الحديد في صنع العربات كالسيارات والشاحنات والحافلات.

يستخدم في صناعة الطائرات والسفن الحربية. ويدخل في صناعة الحاسبات.

ويستخدم كذلك في صناعة مستلزمات المكتب كالدبابيس والمسامير ومشابك الورق

أنواع الحديد:

1-الحديد النقي:

هو أحد أنواع الحديد والذي يتميز بلونه الأبيض الفضي اللامع، ونادرًا ما يتم إيجاد الحديد النقي في الطبيعة بشكلٍ حر، فعادةً ما يتواجد في خاماته؛ كأكاسيد الهيماتيت المغنتيت وكربونات الحديد، وجدير بالذكر أن نسبة الكربون في الحديد النقي تتراوح ما بين 0.1 إلى 0.2%، وأقل من 0.5% من الشوائب المكونة للحديد النقي

2 -الحديد الزهر:

ينتج عن طريق صهره مع الجير ووضعه في أفران عالية الحرارة ومن ثمَّ صبُّه في قوالب، حيث يُعدّ من الأنواع سهلة الكسر وغير قابل للتشكيل

كما يحتوي هذا النوع على نسب مُتفاوتة من الكربون والسيليكون والمنغنيز، ممّا يجعل له دور في صناعة الأنابيب وأدوات الطهي

3-الحديد المطاوع:

يحتوي على كميّات قليلة من الكربون، يتمُّ استخدامه في صناعة قضبان التسليح المُستخدمة في البناء، يمتاز هذا النوع بليونته ممّا يجعله يدخل في صناعة المغناطيسات الكهربائيّة الموجودة في الأجهزة الكهربائيّة.

4-الحديد الصلب(الفولاذ):

يمتاز بانخفاض تكلفة إنتاجه، وقابليته للتصنيع واللحام، مُقاوم للتآكل، يدخل في انتاج السبائك الفولاذيّة طبقاً للمواصفات والمعايير المطلوبة.

خصائص الحديد:

يُعدّ واحد من المعادن الصَّلبة، سطحه لامع وناعم الملمس.
له قدرة على السَّحب والطرق بسبب ليونته ولدونته
. ينتمي لمجموعة العناصر الانتقاليّة، ممّا يجعله يظهر باللون الفضي المُتميّز
قابل للتمغنط عند وجود درجات حرارة عادية
. يتفاعل مع عدد من الحموض ممّا يؤدِّي إلى تكوين أكسيد الحديد المغناطيسيّ.
يُقاوم جميع التأثيرات الخارجيّة التي يتعرَّض لها دون أن ينكسر أو يتغيّر شكله شكله الخارجي.
له القدرة على استجابة جميع عمليات التسخين.
يتفاعل بسرعة مع الهواء الرطب مكوّناً طبقة هشة رقيقة تسمى الصدأ.

استخدامات عنصر الحديد في البناء :

1-الهندسة المعمارية والتصنيع

يتم استخدام الحديد في الهندسة المعمارية بشكل بارز وفي صناعة كل من المحامل الكروية وأدوات المائدة والأدوات الجراحية، ويفضل استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ - وهو من أشكال الفولاذ الكربوني ويحتوي على كمية من الكروم بنسبة 10% من كتلته وفي صناعة هذه الأدوات وذلك بسبب متانته ومحافظته على مظهره اللامع لفترات طويلة وتعود هذه الميزات بسبب أنه مقاوم للتآكل، وعادةً ما تكون الأدوات المصنوعة منه لامعة بشكل يمكِّن الرائي من رؤية انعكاسه عليها.

صناعة النوافير وواجهات المباني :

يتم استخدام الحديد في صناعة النوافير وفي المباني التجارية، وعادةً ما يفضل استخدام الحديد الزهر في هذه الصناعات وذلك لما يتميز به بأنه مقاوم للحرائق كما أن شكل واجهات المباني التي يدخل في صناعتها تكون كالجليد،

و بالإضافة إلى أنه يمكنه الذوبان في درجات الحرارة العالية حينها يمكن صب الحديد السائل في قوالب وعندما يبرد الحديد الزهر يتصلب فيتم إزالته من القالب بعدما يكون أخذ شكله، فيمكن إنتاج كميات كبيرة من المنتج المصنوع من الحديد الزهر بإعادة استخدام القالب نفسه، كما أن الحديد الزهر رخيص السعر

صدأ الحديد:

يعود هذا المفهوم إلى أكاسيد الحديد أو إلى سبائكه خاصَّةً سبائك الفولاذ، يتكوّن الصدأ نتيجة تفاعل الأكسجين مع الحديد بشرط وجود الماء، حيث يظهر بعدَّة ألوان كالأحمر أو الأصفر أو البرتقالي، كما أنّه يتطلب وجود هواء رطب حتى يتكون، ففي حال كان الهواء جافاً فإنّه لا يتكوّن

تُعدّ عمليّة الصدأ مثالاً على التآكل، حيث يُشكِّل عمليّة كهروكيميائيّة تتكون من مصعد ومهبط، إضافةً إلى وجود الإلكتروليت المهم في تحريك الالكترونات، ففي حال حدث تآكل للمعدن فإنّ هذا الالكتروليت يقوم بتزويد المصعد بكميات الأكسجين الضرورية.

وفي أثناء تكوّن الحديد فإنّ الماء يتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء حتى يتمَّ تكوين حمض الكربونيك الضعيف، وبعد الانتهاء من تكوين هذا الحمض يبدأ الماء بالتحلُّل إلى بعض مكوِّناته الأساسيّة كالأكسجين والهيدروجين، ممّا يؤدِّي إلى ارتباط الأكسجين بالحديد حتى يتشكّل أكسيد الحديد.

طرق حماية الحديد من الصدأ :

الكلفنة: وهي عمليّة يتم فيها طلاء الفولاذ وتغليفه بطبقة رقيقة بمعدن آخر، ومن أهمِّ المعادن التي تُستخدم في هذه الطريقة هو معدن الزِّنك؛ لالتصاقه المُحكم بالفولاذ.

الحماية المهبطيّة: يتم وضع المعدن الموجود في المصعد كالزنك أو المغنيسيوم بالقرب من الحديد الموجود في المهبط، ووضع كميّة من الماء ومُلامستها للحديد ممَّا يؤدِّي بشكل تلقائي إلى مُلامسة المعدن الموضوع بالقرب منه، وبالتالي يتدفَّق تيار الإلكترونات الموجود بين القطبين، والذي بدوره يؤدِّي إلى حماية الحديد من الصدأ وبالتالي تآكل الزِّنك أو المغنيسيوم.

التخميل:وهي عملية يتمُّ فيها تغليف الحديد بطبقة غير مُتفاعلة تمنع تآكله، حيث تتكوَّن هذه الطبقة من الأكاسيد أو النيترويد، كما تُعدّ هذه الطبقة غير مُنفِّذة للماء والهواء

الوقاية: مثال ذلك الحفاظ على نظافة السيارات من الأوساخ والمُخلَّفات التي بدورها تحجز الرطوبة، كما أنّه يجب تجفيفها بعد الانتهاء من غسلها، وتعريضها للشمس حتى تتعرض للهواء الجاف.

التشحيم: تتمُّ هذه الطريقة عن طريق استخدام زيوت خاصَّة لطلاء الأجزاء القابلة للتآكل والموجودة في هياكل السيارات والسُّفن، حيث أنّ هذه الزيوت تحتوي على مواد كيميائيّة تمنع تكوّن الصدأ