العلومعلوم الأرض والفلك

معدن الحديد

اقرأ في هذا المقال
  • الحديد.
  • استخدامات الحديد.
  • أنواع الحديد.
  • خصائص الحديد.
  • صدأ الحديد.
  • طرق حماية الحديد من الصدأ.

الحديد:

هو أحد العناصر الكيميائيّة، يقع في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة من الجدول الدوريّ، تمَّ اكتشافه منذ القدم لذلك يُعدّ من أقدم المعادن التي تمَّ استخدامها، له رمز خاص به”Fe”، له عدد ذري يساوي 26.

تحتاج الطاقة اللازمة حتى يتم تكوين الحديد إلى كميّات كبيرة من الطَّاقة تكون أكبر من طاقة الشمس، لذلك تمَّ العثور على معدن الحديد بشكل طبيعي حيث أنّه لم يتشكل في الأرض ولا حتى في المجموعة الشمسيّة، لكنَّه أُنزل من السماء وهذا دليل على قوله تعالى:” وأنزلنا الحديد فيه بأسٌ شديد ومنافعٌ للناس”.

يُصنّف الحديد على أنّه من الفلزات، يتواجد بكميّات كبيرة جداً على سطح الأرض، حيث أنّه من أقدم وأهم المواد التي استخدمها الإنسان، إضافةً إلى قدرته على الانجذاب نحو المغناطيس.

لا يُمكن اعتبار معدن الحديد من المعادن الأرضيّة، أي أنّه خارج المجموعة الشمسيّة، يُشكّل حوالي”90%” من كتلة النيازك، حيث يظهر الحديد في جوف النجوم العملاقة عندما تنتهي دورة حياتها، كما أنّه يتكوّن نتيجة احتراق السيليكون، حيث ينشأ نتيجة اتحاد ذرة الكروم مع ذرة الهيليوم حتى تتكوّن ذرة حديد غير مُستقرة.

يتواجد معدن الحديد في جميع أنحاء العالم؛ فعلى سبيل المثال تم اكتشافه في المملكة الأردنية الهاشمية خاصةً في مدينة عجلون؛ حيث يوجد فيها كهف يحتوي على الحديد الأحمر الشبيه بالورود، ممّا دفع الرومان إلى بناء قلعة عجلون حتى يتمُّ السيطرة على مناجم الحديد الموجودة فيها.

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.

ومع زيادة تأثير الطبيعة والعوامل الطبيعيّة على الصخور زاد إنتاج كميّات كبيرة من أكسيد الحديد القابل للذوبان، حيث تمَّ جرف هذه الكميّات ونقلها عن طريق الأنهار حتى وصلت إلى البحر.

هذا وقد تحتوي المُحيطات على كميّات قليلة من الحديد، ومع زيادة تساقط النيازك على سطح الأرض زاد تراكم الحديد على الأرض وفي الصخور، ونتيجة تساقط الأمطار على هذه الصخور ذابت كميّات الحديد الموجودة وتم حمل أيوناته ونقلها إلى المحيط.

وفي أثناء حدوث عمليّة البناء الضوئيّ للبكتيريا الزرقاء أُطلقت كميّات كبيرة من الأكسجين حتى وصلت إلى المياه، ممّا أدى إلى حدوث تأكسد لمعدن الحديد وتكوُّن حديد ثنائيّ التكافؤ بالإضافة إلى تشكّل كميّات ضخمة من رواسب الحديد.

هذا وقد يُعدّ معدن الحديد من العناصر الانتقاليّة، لذا كانت له أهميّة كبيرة في حياة الإنسان حيث قام الإنسان باستخدامه لصناعة رؤوس الحراب وغيرها العديد من الصناعات.

يُعتبر الحديد مُهماً في تشكيل العديد من المركبات خاصةً الأكاسيد التي تظهر في ثلاث أنواع هي: أكسيد الحديد الذي يمتاز بلونه الأخضر والمُستخدم في صبغ النظارات، وأكسيد الفيرو فيريريك يظهر على شكل بلورات سوداء وحمراء له خصائص مغناطيسيّة مُميزة، إضافةُ إلى أكسيد الحديديك يظهر على شكل مسحوق لونه يميل إلى البني المحروق أو الأسود حيث يعمل هذا الأكسيد على تكوين عدد من الهيدرات ذات التركيب المُتغير كصدأ الحديد.

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.
  • يدخل في تركيب هيموغلوبين الدم.
  • يقوم الحديد بتزويد الجسم بالأكسجيبن، كما أنّه يقوي من مناعته؛ حيث يمكن الحصول على الحديد عن طريق تناول الأطعمة المُختلفة كالسَّبانخ والبقوليات.
  • 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.
  • يقي الجسم من الأمراض خاصةً نقص الحديد لذلك يجب تناول الأغذية الغنيّة بالحديد.
  • يتمُّ استخدام الحديد في صناعة المواقد ومُشعات التدفئة إضافةً إلى صناعة الأعمدة الكهربائيّة
  • يُعتبر معدن الحديد مهم في الصناعات العضويّة.

أنواع الحديد:

  • 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.
  • 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.
  • الحديد الصلب(الفولاذ): يمتاز بانخفاض تكلفة انتاجه، وقابليته للتصنيع واللحام، مُقاوم للتآكل، يدخل في انتاج السبائك الفولاذيّة طبقاً للمواصفات والمعايير المطلوبة.

خصائص الحديد:

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

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.

المصدر
IronHow Rust and Corrosion WorkIron Formation

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

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

زر الذهاب إلى الأعلى