خواص الحديد

الحديد

الحديد (بالإنجليزيّة: Iron) هو عنصرٌ كيميائيٌّ رمزه الكيميائيّ (Fe)، ويقع في المجموعة الثامنة في الدورة الرابعة من الجدول الدوريّ، وعدده الذريّ 26، ويصنّف من المعادن ، وتكون حالته الفيزيائية صلبة عند درجة الحرارة الغرفة. ومعدن الحديد لامع، لونه فضي أو رماديّ، يصدأ في الهواء الرطب، أما تسميته، فتعود إلى شعب أنجلو ساكسون (بالإنجليزية: Anglo-Saxon) الألماني الذي سكن بريطانيا، أما تسميته، فتعود إلى شعب أنجلو ساكسون (بالإنجليزية: Anglo-Saxon) الألماني الذي سكن بريطانيا، يعود اكتشاف الحديد إلى 5000 سنة من الآن على الأقل، ويعدّ من أرخص المعادن وأكثرها وفرة في الطبيعة؛ إذ يشكل ما يقارب 5.6% من سطح القشرة الأرضية، كما أن لبّ الأرض الداخلي يتكون بالكامل من الحديد تقريباً، يأتي الحديد ثانياً بعد الألمنيوم من ناحية وفرة المعادن، ويأتي رابعاً بعد الأكسجين والسيليكون والألمنيوم من ناحية وفرة العناصر بشكل عامّ.

خواصّ الحديد

الخواصّ الفيزيائيّة

الخاصيّة الفيزيائية (بالإنجليزية: Physical Property) هي تلك الخاصيّة التي يمكن توثيقها أو قياسها دون تغيير للتركيب الداخلي للمادة، وتستخدم الخصائص الفيزيائية لمراقبة ووصف المادة، من الأمثلة على الخصائص الفيزيائية للحديد:

• درجة انصهاره (1535) درجة مئويّة.
• درجة غليانه (2750) درجة مئويّة.
• كثافته (7.874) غرام/سم.
• كتلته الذرية (55.845) غرام/مولٍ

الخواصّ الكيميائيّة

الخاصيّة الكيميائية (بالإنجليزية: Chemical Property) هي تلك الخاصيّة التي يمكن رصدها فقط إذا حدث تغيّر كيميائي يغير من التركيب الداخلي للمادة، وتستخدم لوصف سلوك المادة عند تعريضها لبعض المواد مثل الهواء والماء والحموض والقواعد وغيرها، ومن الأمثلة على الخصائص الكيميائية: يأتي الحديد ثانياً بعد الألمنيوم من ناحية وفرة المعادن، ويأتي رابعاً بعد الأكسجين والسيليكون والألمنيوم من ناحية وفرة العناصر بشكل عامّ.

• يتفاعل مع الكبريت والفسفور والسيليكون والكربون والبورون والهالوجينات كالفلور، والكلور، والبروم، واليود.
• يتفاعل مع الحموض المخففة.
• يصدأ عند تعرضه للهواء الرطب وبوجود ثاني أكسيد الكربون والأكسجين مكوناً صدأ الحديد (بالإنجليزيّة: Iron Rust) او ما يعرف بأكسيد الحديديك المائيّ (بالإنجليزيّة: Hydrated Ferric Oxide).

الخواصّ الميكانيكيّة

الخاصيّة الميكانيكيّة (بالإنجليزيّة: Mechanical Property) هي تلك الخاصيّة التي توضح كيف تستجيب المادة عند تعرُّضها لإجهاد أو ضغط احاديّ ؛ أي ضغط باتجاه واحدٍ، ومن الأمثلة على الخصائص الميكانيكيّة:

• المرونة (بالإنجليزية Elasticity:) 200 Mpa
• الصلادة (بالإنجليزيّة: Hardness) على مقياس برينيل تساوي 146 وعلى مقياس فيكيرز 150 وعلى مقياس روكويل أ 49 وعلة مقياس روكويل ب 79.
• قوة المقاومة (بالانجليزية :Strength) 540 Mpa

استخدامات الحديد

يستخدم الحديد في العديد من القطاعات مثل الإلكترونيات والتصنيع والسيارات والبناء والتشييد، 90% من المعادن المكررة في الوقت الحالي هو الحديد. فيما يأتي بعض الأمثلة على استخدامات الحديد:

• صناعة الفولاذ الكربوني (بالإنجليزيّة: Steel) وهو من أنواع السبائك المكونة من الحديد والكربون بنسب مختلفة، ويستخدم في الهندسة المدنية لصناعة قضبان التسليح.
• صناعة الفولاذ الكربوني المدمج مع عناصر أخرى (بالإنجليزيّة: Alloy Steel) مثل النيكل والكروم والفاناديوم والتنغستن والمنغنيز، وهو أقوى وأكثر صلابة من الفولاذ الكربوني ويستخدم في صناعة الجسور وأعمدة الكهرباء وسلاسل الدراجات وأدوات القطع وبراميل البندقية.
• صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ (بالإنجليزيّة: Stainless Steel) يحتوي على 10.5% من الكروم ومعادن أخرى مثل النيكل، الموليبدينوم، التيتانيوم والنحاس تضاف لزيادة قوتها وتستخدم في العمارة، المحامل، أدوات المائدة، الأدوات الجراحية والمجوهرات.
• صناعة الحديد الصبّ (بالإنجليزيّة: Cast Iron) والذي يحتوي على 3-5% من الكربون. يتم استخدامه في صناعة الأنابيب والصمامات والمضخات. والجدير بالذكر أنّه ليس صلبا مثل الفولاذ ولكنه أرخص بكثير.
• صناعة المغناطيس من الحديد وسبائكه ومركباته.
• تُستخدم محفزات الحديد (بالإنجليزيّة: Iron Catalysts) في عملية هابر (بالإنجليزيّة: Haber process) لإنتاج الأمونيا، وفي عملية فيشر – تروبش بالإنجليزيّة: Fischer–Tropsch process) لتحويل الغاز الخام (مزيجٌ من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) إلى وقود سائل.
• يستخدم في صناعة وسائل النقل.
• صناعة الألعاب والمعدات الرياضية.
• صناعة الآلات الصناعية.

دور الحديد البيولوجيّ

الحديد عنصر مهمًّ لجميع أشكال الحياة بشكل عامّ وهو عنصرٌ غير سامٍ، ويحتوي جسم الإنسان الطبيعيّ على حوالي 4 غرامات من الحديد ويحتاج جسم الإنسان إلى جرعةٍ تتراوح بين 10-18 ملغ من الحديد كل يوم، وتجدر الإشارة إلى أنّ نقص الحديد في الجسم يؤدي إلى الإصابة بمرض فقر الدّم (بالإنجليزية:Anemia)، وهناك العديد من الأطعمة التي تحتوي على كميّةٍ كبيرةٍ من الحديد مثل اللحوم، مثل لحم البقر، الديك الرومي، الدجاج المأكولات البحرية مثل الجمبري والمحار والتونة والخضروات، مثل: السبانخ، والبازيلاء، والقرنبيط، والبطاطا الحلوة، والفاصوليا، والخبز، والحبوب مثل: خبز القمح الكامل، والأرز المخصب، والأطعمة الأخرى مثل: الفول، والعدس، ومعجون الطماطم، والتوفو، والدبس.

الحديد يعدّ من أهم مكونات الهيموغلوبين (بالإنجليزيّة: Hemoglobin) الموجود في خلايا الدم الحمراء، إذ يتكون الهيموجلوبين بشكل رئيسيّ من الحديد والبروتين، وتتمثّل وظيفة الهيموغلوبين بحمل الأكسجين من الرئتين إلى خلايا الجسم المختلفة. كما يَستَخدِم جسمُ الإنسان الحديدَ لإنتاج جزيئات (ATP) التي تمثّل المصدر الرئيسي للطاقة في جسم الإنسان، والانخفاض في مستويات الحديد سيؤدي إلى نقص الطاقة، وسيشعر الشخص بالإرهاق والتعب. وإضافةً إلى ذلك بما أن كمية الأكسجين التي سوف تصل إلى خلايا الجسم المختلفة ستكون أقلّ، فإن عمليات خلايا الجسم المختلفة ستتأثر بشكل سلبيّ.

يُبقي الحديد النباتات والحيوانات على قيد الحياة، وله دورٌ مهمٌّ في تكوين صبغة الكلوروفيل في النباتات، وتُستخدَم كبريتات الحديد (FeSO4) لعلاج مرض فقر الدمّ.

الوفرة الطبيعية للحديد

أكثر خامات الحديد انتشاراً هو خام الهيماتايت (بالإنجليزيّة: hematite)، ولكن يمكن استخراج الحديد من خامات اخرى مثل المغنتايت والتاكونايت. يتم استخراج وإنتاج الحديد بكميات تجارية باستخدام فرن الصهر (بالإنجليزيّة: Blast Furnace) بحيث يسخّن خامُ الهيماتايت أو المغنتايت مع فحم الكوك (الكربون) والحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) فيَنتُج الحديد الخنزير (بالإنجليزيّة: Pig Iron) الذي يحتوي على حوالي 3% من الكربون والشوائب الأخرى.