حديد

حديد-أ؛ تزوج

1. العنصر الكيميائي (Fe) ، معدن فضي اللون قابل للطرق يتكون من الفولاذ والحديد الزهر مع الكربون.

2. الاسم الشائع للصلب الطري ، معدن فضي اللون. فورج دبليو. تقرع الريح حديد السقف.

3. حول ما هو قوي وصلب وقوي (حول الصفات الجسدية الخارجية). يديك - حسنا! // حول ما هو صعب لا ينضب (حول الصفات الأخلاقية الداخلية). شخصيته جيدة.

4. الانتشار.عن دواء يحتوي على مواد غدية. الجسم يفتقر إلى الحديد. اشرب جيدا. يحتوي التفاح على w.

5. الانتشار. تقنية.أجهزة الكمبيوتر (على عكس البرامج). شراء الحديد المفقود.

◊ يحترق بالحديد الساخن. اقتطع من جذوره ، دمر شيئًا ما ، بإجراءات متطرفة وغير عادية. اطرق على المكواة وهي ساخنة (انظر الضرب).

◁ حديد؛ غدي؛ حديد؛ الحديد (انظر).

(لات. فيروم) ، عنصر كيميائي من المجموعة الثامنة من النظام الدوري. معدن أبيض فضي لامع. أشكال تعديلات متعددة الأشكال. عند درجة الحرارة العادية ، يكون α-Fe مستقرًا (شعرية بلورية - مكعبة محور الجسم) بكثافة 7.874 جم / سم 3. α-Fe حتى 769 درجة مئوية (نقطة كوري) هي مغناطيسية مغناطيسية ؛ رالنائب 1535 درجة مئوية. يتأكسد في الهواء - يصبح مغطى بالصدأ السائب. من حيث وفرة العناصر في الطبيعة ، يحتل الحديد المرتبة الرابعة ؛ تشكل حوالي 300 معدن. تشكل سبائك الحديد مع الكربون وعناصر أخرى حوالي 95٪ من جميع المنتجات المعدنية (الحديد الزهر والصلب والسبائك الحديدية). في شكله النقي ، لا يتم استخدامه عمليًا (في الحياة اليومية ، غالبًا ما تسمى منتجات الفولاذ أو الحديد الزهر بالحديد). إنه ضروري للنشاط الحيوي للكائنات الحية ؛ وهو جزء من الهيموجلوبين.

الحديد (لات. فيروم) ، الحديد ("الحديد") ، عنصر كيميائي ، العدد الذري 26 ، الكتلة الذرية 55.847. لم يتم تحديد أصل كل من الأسماء اللاتينية والروسية للعنصر بشكل لا لبس فيه. الحديد الطبيعي هو خليط من أربعة نويدات (سم.نوكليد)بأعداد الكتلة 54 (المحتوى في الخليط الطبيعي 5.82٪ بالوزن) 56 (91.66٪) 57 (2.19٪) 58 (0.33٪). تكوين طبقتين من الإلكترون الخارجيين 3 س 2 ص 6 د 6 4 ثانية 2 ... عادة ما تشكل مركبات في حالات الأكسدة +3 (التكافؤ الثالث) و +2 (التكافؤ الثاني). ومن المعروف أيضًا المركبات التي تحتوي على ذرات حديد في حالات الأكسدة +4 ، +6 وبعض المركبات الأخرى.
في النظام الدوري لمندليف ، يتم تضمين الحديد في المجموعة VIIIB. في الفترة الرابعة ، التي ينتمي إليها الحديد أيضًا ، تضم هذه المجموعة أيضًا الكوبالت (سم.كوبالت)والنيكل (سم.نيكل)... هذه العناصر الثلاثة تشكل ثالوثًا ولها خصائص متشابهة.
يبلغ نصف قطر ذرة الحديد المحايدة 0.126 نانومتر ، ونصف قطر Fe 2+ أيون 0.080 نانومتر ، والأيون Fe 3+ 0.067 نانومتر. طاقات التأين المتتالية لذرة الحديد هي 7.893 ، 16.18 ، 30.65 ، 57 ، 79 فولت. تقارب الإلكترون هو 0.58 فولت. على مقياس باولينج ، تبلغ القدرة الكهربية للحديد حوالي 1.8.
الحديد عالي النقاوة هو معدن لامع ، فضي رمادي ، مطيل يناسب طرق المعالجة المختلفة.
التواجد في الطبيعة
ينتشر الحديد في القشرة الأرضية بدرجة كافية - فهو يمثل حوالي 4.1٪ من كتلة القشرة الأرضية (المرتبة الرابعة بين جميع العناصر ، والثانية بين المعادن). من المعروف وجود عدد كبير من خامات الحديد والمعادن. تعتبر خامات الحديد الأحمر (خام الهيماتيت) ذات أهمية عملية كبيرة (سم.الهيماتيت)، Fe 2 O 3 ؛ يحتوي على ما يصل إلى 70٪ Fe) ، خام الحديد المغناطيسي (خام المغنتيت (سم.مغناطيسي)، Fe 3 O 4 ؛ يحتوي على 72.4٪ حديد) ، خام الحديد البني (خام الهيدروجي إيثيت Н FeO2 ن H 2 O) ، وكذلك خامات الحديد الصاري (خام السديريت (سم.سيديريت)، كربونات الحديد ، FeCO 3 ؛ يحتوي على حوالي 48٪ حديد). هناك أيضًا رواسب كبيرة من البيريت في الطبيعة. (سم.بيريت) FeS 2 (أسماء أخرى - بيريت ، بيريت الحديد ، ثاني كبريتيد الحديد وغيرها) ، لكن الخامات التي تحتوي على نسبة عالية من الكبريت ليست ذات أهمية عملية بعد. من حيث احتياطيات خام الحديد ، تحتل روسيا المرتبة الأولى في العالم. في مياه البحر 1 · 10 -5 -1 · 10 -8٪ حديد.
تاريخ إنتاج الحديد
لعب الحديد ويلعب دورًا استثنائيًا في التاريخ المادي للبشرية. ربما كان أول حديد معدني سقط في يد الإنسان من أصل نيزكي. تنتشر خامات الحديد على نطاق واسع وغالبًا ما توجد حتى على سطح الأرض ، لكن الحديد الأصلي الموجود على السطح نادر للغاية. ربما ، قبل بضعة آلاف من السنين ، لاحظ شخص أنه بعد حرق النار ، في بعض الحالات ، لوحظ تكوين الحديد من تلك القطع من الركاز التي انتهى بها المطاف في النار عن طريق الخطأ. عندما يحترق الحريق ، يحدث اختزال الحديد من الخام نتيجة تفاعل الخام مع الفحم مباشرة ومع أول أكسيد الكربون (II) CO المتكون أثناء الاحتراق. سهلت إمكانية الحصول على الحديد من الخامات إلى حد كبير اكتشاف حقيقة أنه عندما يتم تسخين الخام بالفحم ، يتشكل المعدن ، والذي يمكن بعد ذلك تكريره بشكل أكبر أثناء عملية التشكيل. تم اختراع استخراج الحديد من الخام باستخدام عملية النفخ الخام في غرب آسيا في الألفية الثانية قبل الميلاد. NS. الفترة من القرن التاسع إلى القرن السابع. قبل الميلاد قبل الميلاد ، عندما تطورت المعادن الحديدية بين العديد من قبائل أوروبا وآسيا ، سميت بالعصر الحديدي ، (سم.العصر الحديدي)التي حلت محل العصر البرونزي (سم.العمر البرونزي)... أدى تحسين طرق النفخ (تم استبدال الغاطس الطبيعي بالفراء) وزيادة ارتفاع الحدادة (الأفران المنخفضة - ظهرت أفران الصهر) إلى إنتاج الحديد الزهر ، الذي بدأ صهره على نطاق واسع في أوروبا الغربية منذ القرن الرابع عشر. تم تحويل الحديد الزهر الناتج إلى صلب. منذ منتصف القرن الثامن عشر ، تم استخدام فحم الكوك بدلاً من الفحم في عملية الفرن العالي. (سم.فحم الكوك)... في المستقبل ، تم تحسين طرق الحصول على الحديد من الخامات بشكل كبير ، وفي الوقت الحالي يتم استخدام أجهزة خاصة لهذا الغرض - أفران الصهر ومحولات الأكسجين وأفران القوس الكهربائي.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
في درجات حرارة تتراوح من درجة حرارة الغرفة إلى 917 درجة مئوية ، وكذلك في نطاق درجة الحرارة 1394-1535 درجة مئوية ، يوجد a-Fe مع شعرية مكعبة مركزها الجسم ، في درجة حرارة الغرفة المعلمة شعرية أ = 0.286645 نانومتر. عند درجات حرارة 917-1394 درجة مئوية ، يكون b Fe مع شعرية مكعبة مركزية الوجه T (أ = 0.36468 نانومتر) مستقرة. في درجات حرارة تتراوح من درجة حرارة الغرفة إلى 769 درجة مئوية (ما يسمى نقطة كوري (سم.كوري بوينت)) الحديد له خصائص مغناطيسية قوية (يقال أنه مغناطيسي مغناطيسي) ، في درجات حرارة أعلى ، يتصرف الحديد مثل البارامغناطيس. في بعض الأحيان ، يعتبر البارامغناطيسي a-Fe مع شعرية مكعبة محور الجسم ، ومستقرة عند درجات حرارة من 769 إلى 917 درجة مئوية ، بمثابة تعديل g للحديد ، و b-Fe ، مستقر عند درجات حرارة عالية (1394-1535 درجة مئوية) ، يُطلق عليه تقليديًا d- Fe (ظهرت فكرة وجود أربعة تعديلات للحديد - a و b و g و d- عندما لم يكن التحليل الإنشائي للأشعة السينية موجودًا بعد ولم تكن هناك معلومات موضوعية حول البنية الداخلية لـ حديد). نقطة الانصهار 1535 درجة مئوية ، نقطة الغليان 2750 درجة مئوية ، الكثافة 7.87 جم / سم 3. الإمكانات القياسية لزوج Fe 2+ / Fe 0 هي –0.447V ، وزوج Fe 3+ / Fe 2+ + 0.771V.
عند تخزين الحديد في الهواء عند درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية ، يتم تغطيته تدريجياً بغشاء أكسيد كثيف ، مما يمنع المزيد من أكسدة المعدن. في الهواء الرطب ، يتم تغطية الحديد بطبقة فضفاضة من الصدأ ، مما لا يمنع وصول الأكسجين والرطوبة للمعدن وتدميرها. لا يحتوي الصدأ على تركيبة كيميائية ثابتة ، ويمكن كتابة صيغته الكيميائية تقريبًا على هيئة Fe 2 O 3 xH 2 O.
يتفاعل الحديد مع الأكسجين عند تسخينه. عندما يتم حرق الحديد في الهواء ، يتشكل أكسيد Fe 2 O 3 ، وعندما يحترق في أكسجين نقي ، يتشكل أكسيد Fe 3 O 4. إذا تم تمرير الأكسجين أو الهواء عبر الحديد المصهور ، يتشكل أكسيد الحديد O. عندما يتم تسخين الكبريت ومسحوق الحديد ، يتشكل الكبريتيد ، ويمكن كتابة الصيغة التقريبية لها كـ FeS.
يتفاعل الحديد مع الهالوجينات عند تسخينه (سم.الهالوجينات)... نظرًا لأن FeF 3 غير متطاير ، فإن الحديد مقاوم للفلور حتى درجات حرارة تصل إلى 200-300 درجة مئوية. ينتج عن كلورة الحديد (عند درجة حرارة حوالي 200 درجة مئوية) FeCl 3 المتطاير. إذا استمر تفاعل الحديد والبروم عند درجة حرارة الغرفة أو عند التسخين وضغط متزايد من بخار البروم ، يتم تكوين FeBr 3. عند تسخينه ، يقوم FeCl 3 وخاصة FeBr 3 بإزالة الهالوجين وتحويله إلى هاليدات الحديد (II). عندما يتفاعل الحديد واليود ، يتشكل يوديد Fe 3 I 8.
عند تسخينه ، يتفاعل الحديد مع النيتروجين ، مكونًا نيتريد الحديد Fe 3 N ، مع الفوسفور ، مكونًا الفوسفيدات FeP ، Fe 2 P و Fe 3 P ، مع الكربون ، مكونًا كربيد Fe 3 C ، مع السيليكون ، مكونًا العديد من مبيدات السيليكون ، على سبيل المثال ، FeSi .
عند الضغط المرتفع ، يتفاعل الحديد المعدني مع أول أكسيد الكربون CO ، ويتشكل سائل ، في ظل الظروف العادية ، من الحديد المتطاير بسهولة pentacarbonyl Fe (CO) 5. يُعرف أيضًا كربونيل الحديد من التراكيب Fe 2 (CO) 9 و Fe 3 (CO) 12. تعمل مركبات الكربونيل الحديدية كمواد أولية في تركيب مركبات الحديد العضوي ، بما في ذلك فيروسين. (سم.فيروسين)تكوين.
الحديد المعدني النقي مستقر في الماء ويخفف المحاليل القلوية. لا يذوب الحديد في أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة ، لأن فيلم أكسيد قوي يخمد سطحه.
مع الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك المخفف (حوالي 20٪) ، يتفاعل الحديد مع تكوين أملاح الحديد (II):
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
عندما يتفاعل الحديد مع ما يقرب من 70٪ حمض الكبريتيك ، يستمر التفاعل مع تكوين كبريتات الحديد (III):
2Fe + 4H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O
أكسيد الحديد (II) FeO يمتلك خصائص أساسية ؛ القاعدة Fe (OH) 2 تتوافق معه. أكسيد الحديد (III) Fe 2 O 3 مذبذب ضعيف ، وهو يتوافق مع قاعدة أضعف من Fe (OH) 2 ، Fe (OH) 3 ، والتي تتفاعل مع الأحماض:
2Fe (OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O
يُظهِر الحديد (III) هيدروكسيد Fe (OH) 3 خصائص مذبذبة ضعيفة ؛ إنه قادر على التفاعل فقط مع المحاليل القلوية المركزة:
Fe (OH) 3 + KOH = K.
تكون مجمعات هيدروكسو الحديد (III) الناتجة مستقرة في المحاليل القلوية القوية. عندما يتم تخفيف المحاليل بالماء ، يتم إتلافها ، ويترسب هيدروكسيد الحديد (III) Fe (OH) 3.
يتم تقليل مركبات الحديد (III) في المحاليل بواسطة الحديد المعدني:
Fe + 2FeCl 3 = 3 FeCl 2
أثناء تخزين المحاليل المائية لأملاح الحديد (II) ، لوحظ أكسدة الحديد (II) إلى الحديد (III):
4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe (OH) Cl 2
من أملاح الحديد (II) في المحاليل المائية ، يكون ملح Mohr ثابتًا - كبريتات مزدوجة من الأمونيوم والحديد (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.
الحديد (III) قادر على تكوين كبريتات مزدوجة مع كاتيونات أحادية الشحنة مثل الشب ، على سبيل المثال ، KFe (SO 4) 2 - شب حديد البوتاسيوم ، (NH 4) Fe (SO 4) 2 - شب حديد الأمونيوم ، إلخ.
تحت تأثير الكلور الغازي أو الأوزون على المحاليل القلوية لمركبات الحديد (III) ، تتشكل مركبات الحديد (VI) - ferrates ، على سبيل المثال ، ferrate البوتاسيوم (VI) K 2 FeO 4. هناك تقارير عن تحضير مركبات الحديد (VIII) تحت تأثير المؤكسدات القوية.
للكشف عن مركبات الحديد (III) في المحلول ، يتم استخدام تفاعل نوعي من Fe 3+ أيونات مع أيونات ثيوسيانات الجهاز العصبي المركزي. عندما تتفاعل Fe 3+ أيونات مع الجهاز العصبي المركزي - الأنيونات ، يتم تكوين ثيوسيانات الحديد الأحمر الساطع (CNS) 3. كاشف آخر لأيونات Fe 3+ هو سداسي فرات البوتاسيوم (II) K 4 (في وقت سابق كانت هذه المادة تسمى ملح الدم الأصفر). عندما تتفاعل Fe 3+ و 4- أيونات ، تتشكل ترسبات زرقاء لامعة.
يمكن أن يعمل محلول هيكساسيانوفيرات البوتاسيوم (III) K 3 ، ​​والذي كان يُسمى سابقًا بملح الدم الأحمر ، ككاشف لأيونات Fe 2+ في المحلول. عندما تتفاعل Fe 3+ و 3- أيونات ، يتشكل راسب أزرق لامع من نفس التركيبة كما في حالة تفاعل Fe 3+ و 4- أيونات.
سبائك الحديد بالكربون
يستخدم الحديد بشكل أساسي في السبائك ، وبشكل أساسي في السبائك التي تحتوي على الكربون - مختلف أنواع الحديد المصبوب والفولاذ. في الحديد الزهر ، يكون محتوى الكربون أعلى من 2.14٪ بالوزن (عادة عند مستوى 3.5-4٪) ، في الفولاذ يكون محتوى الكربون أقل (عادة عند مستوى 0.8-1٪).
يتم إنتاج الحديد الزهر في أفران الصهر. الفرن العالي عبارة عن مخروط مبتور (يصل ارتفاعه إلى 30-40 مترًا) ، مجوف من الداخل. جدران الفرن العالي مبطنة بالطوب الحراري من الداخل ، ويبلغ سمك البناء عدة أمتار. من الأعلى إلى الفرن العالي ، يتم تحميل العربات بخام الحديد المخصب (الخالي من النفايات الصخرية) ، مما يؤدي إلى اختزال فحم الكوك (فحم من درجات خاصة ، يخضع لفحم الكوك - التسخين عند درجة حرارة تبلغ حوالي 1000 درجة مئوية دون الوصول إلى الهواء) ، مثل وكذلك صهر المواد (الحجر الجيري وغيرها) التي تساهم في فصل الشوائب المعدنية المصهورة - الخبث. يتم تغذية الانفجار (الأكسجين النقي أو الهواء الغني بالأكسجين) في الفرن العالي من الأسفل. عندما يتم خفض المواد المحملة في الفرن العالي ، ترتفع درجة حرارتها إلى 1200-1300 درجة مئوية. نتيجة لتفاعلات الاختزال التي تتم بشكل أساسي بمشاركة فحم الكوك C و CO:
Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO ؛
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2
يتكون الحديد المعدني المشبع بالكربون ويتدفق لأسفل.
يتم إطلاق هذا المصهور بشكل دوري من الفرن العالي من خلال ثقب خاص - فتحة صنبور - ويسمح للذوبان بالتصلب في أشكال خاصة. الحديد الزهر أبيض ، ما يسمى بحديد التحويل (يستخدم في صناعة الفولاذ) والرمادي ، أو الحديد الزهر. الحديد الزهر الأبيض هو محلول صلب من الكربون الموجود في الحديد. في البنية المجهرية لحديد الزهر الرمادي ، يمكن تمييز بلورات الجرافيت الدقيقة. بسبب وجود الجرافيت ، يترك الحديد الزهر الرمادي علامة على الورق الأبيض.
يعتبر الحديد الزهر هشًا ، حيث يتم ثقبه عند ضربه ، لذلك لا يمكن تصنيع الينابيع والينابيع وأي منتجات يجب أن تعمل في الانحناء منه.
الحديد الزهر الصلب أخف من الحديد المصهور ، لذلك عندما يتصلب ، لا ينكمش (كما هو معتاد عند تصلب المعادن والسبائك) ، بل يتوسع. تتيح هذه الميزة إمكانية عمل مصبوبات متنوعة من حديد الزهر ، بما في ذلك استخدامه كمواد للصب الفني.
إذا تم تقليل محتوى الكربون في الحديد الزهر إلى 1.0-1.5٪ ، يتم تشكيل الفولاذ. الفولاذ كربوني (في مثل هذا الفولاذ لا توجد مكونات أخرى إلى جانب الحديد وجيم) وسبائك (يحتوي هذا الفولاذ على إضافات من الكروم والنيكل والموليبدينوم والكوبالت والمعادن الأخرى التي تعمل على تحسين الخصائص الميكانيكية وغيرها من الخواص للفولاذ).
يتم الحصول على الفولاذ عن طريق معالجة الحديد الخام والخردة المعدنية في محول الأكسجين ، في قوس كهربائي أو فرن مفتوح. تقلل هذه المعالجة من محتوى الكربون في السبيكة إلى المستوى المطلوب ، ويُقال إن الكربون الزائد يتم حرقه.
تختلف الخصائص الفيزيائية للصلب اختلافًا كبيرًا عن خصائص الحديد الزهر: الفولاذ مرن ، ويمكن تشكيله ، ولفه. نظرًا لأن الفولاذ ، على عكس الحديد الزهر ، يتم ضغطه أثناء التصلب ، فإن مصبوبات الفولاذ الناتجة تتعرض للضغط في مصانع الدرفلة. بعد التدحرج ، تختفي الفراغات والتجاويف التي تظهر أثناء تصلب المواد المنصهرة في حجم المعدن.
إنتاج الصلب في روسيا له تقليد طويل وعميق ، والفولاذ الذي حصل عليه أخصائيو المعادن لدينا ذو جودة عالية.
استخدام الحديد وسبائكه ومركباته
إن استخدام الحديد النقي محدود نوعًا ما. يتم استخدامه في تصنيع نوى المغناطيس الكهربائي ، كمحفز للعمليات الكيميائية ، لعدة أغراض أخرى. لكن سبائك الحديد - الحديد الزهر والصلب - تشكل أساس التكنولوجيا الحديثة. كما يتم استخدام العديد من مركبات الحديد على نطاق واسع. لذلك ، يتم استخدام كبريتات الحديد (III) في معالجة المياه ، وتعمل أكاسيد الحديد والسيانيد كأصباغ في صناعة الأصباغ ، وما إلى ذلك.
الحديد في الجسم
الحديد موجود في الكائنات الحية لجميع النباتات والحيوانات كعنصر ضئيل ، (سم.العناصر الدقيقة)أي بكميات صغيرة جدًا (في المتوسط ​​حوالي 0.02٪). ومع ذلك ، فإن بكتيريا الحديد (سم.بكتيريا الحديد)استخدام طاقة أكسدة الحديد (II) إلى الحديد (III) من أجل التخليق الكيميائي (سم.الكيميائيات)يمكن أن يتراكم ما يصل إلى 17-20٪ من الحديد في خلاياهم. تتمثل الوظيفة البيولوجية الرئيسية للحديد في المشاركة في نقل الأكسجين وعمليات الأكسدة. يؤدي الحديد هذه الوظيفة في تكوين البروتينات المعقدة - البروتينات الدموية (سم.الهيموبروتيدات)، والمجموعة الاصطناعية منها مركب البورفيرين الحديدي - الهيم (سم.جوهرة)... من بين أهم البروتينات الدموية هي أصباغ الجهاز التنفسي الهيموجلوبين (سم.الهيموغلوبين)والميوغلوبين ، (سم.ميوغلوبين)حاملات عالمية للإلكترونات في تفاعلات التنفس الخلوي والأكسدة والتمثيل الضوئي للسيتوكروم ، (سم.السيتوكروم)إنزيمات الكاتالوز والبيروكسيد وغيرها. في بعض اللافقاريات ، تحتوي أصباغ الجهاز التنفسي المحتوية على الحديد مثل الهيلوريثرين والكلوروكورين على بنية مختلفة عن الهيموجلوبين. أثناء التخليق الحيوي للبروتينات الدموية ، يتم نقل الحديد إليهم من بروتين فيريتين (سم.فيريتين)، القيام بتخزين ونقل الحديد. يتركز هذا البروتين ، الذي يحتوي جزيء واحد منه على حوالي 4500 ذرة حديد ، في الكبد والطحال ونخاع العظام والغشاء المخاطي المعوي للثدييات والبشر. يتم تغطية حاجة الإنسان اليومية من الحديد (6-20 مجم) بكثرة بالغذاء (اللحوم والكبد والبيض والخبز والسبانخ والبنجر وغيرها غنية بالحديد). يحتوي جسم الشخص العادي (وزن الجسم 70 كجم) على 4.2 جرام من الحديد ، في 1 لتر من الدم - حوالي 450 مجم. مع نقص الحديد في الجسم ، يتطور فقر الدم الغدي الذي يتم علاجه بمستحضرات تحتوي على الحديد. تستخدم مستحضرات الحديد أيضًا كعوامل تصالحية. يمكن أن تكون الجرعة الزائدة من الحديد (200 مجم أو أكثر) سامة. الحديد ضروري أيضًا للتطور الطبيعي للنباتات ، لذلك توجد أسمدة تحتوي على مغذيات دقيقة تعتمد على مستحضرات الحديد.

قاموس موسوعي. 2009 .

تعرف على الأجهزة الموجودة في القواميس الأخرى:

تزوج القاعة (القاعات) zo الجنوب. والغرب. معدن ، حمأة ، مصهورة من الخام على شكل حديد زهر ، ومزورة من هذا الأخير تحت مطرقة الانفجار. عندما يقترن بالكربون ، فإنه يشكل الفولاذ. يتم بيع الحديد في شكل: شريط أو جودة عالية ؛ أولا على التوالي ... قاموس دال التوضيحي

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

الانتشار في الطبيعة

يوجد عدد كبير نسبيًا من المعادن التي تشمل الحديد. بادئ ذي بدء ، إنه أكسيد الحديد الأسود. هو اثنان وسبعون بالمائة حديد. صيغته الكيميائية هي Fe 3 O 4. يسمى هذا المعدن أيضًا بخام الحديد المغناطيسي. لونه رمادي فاتح ، أحيانًا يكون رمادي غامق ، حتى أسود ، مع لمعان معدني. يقع أكبر إيداع لها بين بلدان رابطة الدول المستقلة في جبال الأورال.

المعدن التالي الذي يحتوي على نسبة عالية من الحديد هو الهيماتيت ، والذي يمثل سبعين بالمائة من هذا العنصر. صيغته الكيميائية هي Fe 2 O 3. ويسمى أيضا خام الحديد الأحمر. له لون يتراوح من الأحمر-البني إلى الأحمر-الرمادي. يقع أكبر إيداع على أراضي بلدان رابطة الدول المستقلة في Krivoy Rog.

ثالث أكثر المعادن الحديدية هو الليمونيت. هنا يمثل الحديد ستين بالمائة من الكتلة الكلية. إنه هيدرات بلورية ، أي أن جزيئات الماء متشابكة في شبكتها البلورية ، وصيغتها الكيميائية هي Fe 2 O 3 .H 2 O. كما يوحي الاسم ، هذا المعدن له لون أصفر مائل للبني ، وأحيانًا بني. إنه أحد المكونات الرئيسية للمغرة الطبيعية ويستخدم كصبغة. ويسمى أيضا خام الحديد البني. أكبر أماكن حدوثها هي شبه جزيرة القرم وجزر الأورال.

في سيديريت ، ما يسمى بخام الحديد الصاري ، ثمانية وأربعون بالمائة من الحديد. صيغته الكيميائية هي FeCO 3. هيكلها غير متجانس ويتكون من بلورات ذات ألوان مختلفة مرتبطة ببعضها البعض: الرمادي والأخضر الشاحب والرمادي والأصفر والبني والأصفر ، إلخ.

آخر معدن طبيعي يحتوي على نسبة عالية من الحديد هو البيريت. لها الصيغة الكيميائية التالية FeS 2. الحديد فيه ستة وأربعون بالمائة من الكتلة الكلية. بسبب ذرات الكبريت ، فإن هذا المعدن له لون أصفر ذهبي.

يتم استخدام العديد من المعادن المدروسة للحصول على الحديد النقي. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم الهيماتيت في صناعة المجوهرات من الأحجار الطبيعية. يمكن العثور على أزهار البيريت في مجوهرات اللازورد. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد الحديد في الطبيعة في الكائنات الحية - وهو أحد أهم مكونات الخلية. يجب أن يدخل عنصر التتبع هذا بالضرورة إلى جسم الإنسان بكميات كافية. تعود الخصائص العلاجية للحديد إلى حد كبير إلى حقيقة أن هذا العنصر الكيميائي هو أساس الهيموجلوبين. لذلك ، فإن استخدام الحديد له تأثير جيد على حالة الدم ، وبالتالي على الكائن الحي ككل.

الحديد: الخصائص الفيزيائية والكيميائية

دعنا 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 بالأول.

الخصائص الفيزيائية للحديد

في شكله النقي في ظل الظروف العادية ، فهو صلب. لها لون رمادي فضي وبريق معدني واضح. تشتمل الخصائص الميكانيكية للحديد على مستوى صلابة يبلغ أربعة (متوسط). يتمتع الحديد بموصلية كهربائية وحرارية جيدة. يمكن الشعور بالميزة الأخيرة عن طريق لمس جسم حديدي في غرفة باردة. نظرًا لأن هذه المادة توصل الحرارة بسرعة ، فإنها تأخذ معظمها من بشرتك في فترة زمنية قصيرة ، وبالتالي تشعر بالبرودة.

عند لمس شجرة ، على سبيل المثال ، يمكنك ملاحظة أن الموصلية الحرارية لها أقل من ذلك بكثير. الخصائص الفيزيائية للحديد هي درجة انصهاره وغليانه. الأول 1539 درجة مئوية ، والثاني 2860 درجة مئوية. يمكن الاستنتاج أن الخصائص المميزة للحديد هي اللدونة والانصهار الجيد. لكن هذا ليس كل شيء.

تشمل الخصائص الفيزيائية للحديد أيضًا المغناطيسية الحديدية. ما هذا؟ الحديد ، الذي يمكن أن نلاحظ خصائصه المغناطيسية في الأمثلة العملية كل يوم ، هو المعدن الوحيد الذي يتمتع بمثل هذه الميزة المميزة الفريدة. هذا يرجع إلى حقيقة أن هذه المادة قادرة على المغنطة تحت تأثير المجال المغناطيسي. وبعد إنهاء عمل الأخير ، يظل الحديد ، الذي تكونت خواصه المغناطيسية للتو ، مغناطيسًا لفترة طويلة. يمكن تفسير هذه الظاهرة بحقيقة أنه يوجد في بنية هذا المعدن العديد من الإلكترونات الحرة القادرة على الحركة.

من حيث الكيمياء

ينتمي هذا العنصر إلى معادن متوسط ​​النشاط. لكن الخصائص الكيميائية للحديد نموذجية لجميع المعادن الأخرى (باستثناء تلك الموجودة على يمين الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية). إنه قادر على التفاعل مع العديد من فئات المواد.

لنبدأ بكل بساطة

يتفاعل Ferrum مع الأكسجين والنيتروجين والهالوجينات (اليود والبروم والكلور والفلور) والفوسفور والكربون. أول شيء يجب مراعاته هو التفاعلات مع الأكسجين. عندما يتم حرق الحديد ، تتشكل أكاسيده. اعتمادًا على ظروف التفاعل والنسب بين المشاركين ، يمكن أن تتنوع. يمكن الاستشهاد بمعادلات التفاعل التالية كمثال على هذه التفاعلات: 2Fe + O 2 = 2FeO؛ 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3 ؛ 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. ويمكن أن تتنوع خواص أكسيد الحديد (الفيزيائية والكيميائية) حسب نوعه. تحدث هذه الأنواع من التفاعلات في درجات حرارة عالية.

التالي هو التفاعل مع النيتروجين. يمكن أن يحدث أيضًا فقط إذا تم تسخينه. إذا أخذنا ستة مولات من الحديد ومول واحد من النيتروجين ، نحصل على مولين من نيتريد الحديد. ستبدو معادلة التفاعل كما يلي: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

عند التفاعل مع الفوسفور يتكون الفوسفيد. لإجراء التفاعل ، هناك حاجة إلى المكونات التالية: لثلاث مولات من الحديد - مول واحد من الفوسفور ، ونتيجة لذلك ، يتم تكوين 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 الكبريتيد. يشبه المبدأ الذي تحدث من خلاله عملية تكوين مادة معينة تلك المذكورة أعلاه. وهي تحدث تفاعل الإضافة. تتطلب جميع التفاعلات الكيميائية من هذا النوع شروطًا خاصة ، ودرجات حرارة عالية بشكل أساسي ، وغالبًا ما تكون محفزات.

التفاعلات بين الحديد والهالوجينات شائعة أيضًا في الصناعة الكيميائية. هذه هي المعالجة بالكلور ، المعالجة بالبروم ، المعالجة باليود ، الفلورة. كما هو واضح من أسماء التفاعلات نفسها ، فهذه هي عملية إضافة ذرات الكلور / البروم / اليود / الفلور إلى ذرات الحديد لتشكيل الكلوريد / البروميد / اليوديد / الفلورايد ، على التوالي. تستخدم هذه المواد على نطاق واسع في مختلف الصناعات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ferrum قادر على الارتباط بالسيليكون في درجات حرارة عالية. نظرًا للخصائص الكيميائية المتنوعة للحديد ، فإنه غالبًا ما يستخدم في الصناعة الكيميائية.

الفيروم والمواد المعقدة

دعنا ننتقل من المواد البسيطة إلى تلك التي تتكون جزيئاتها من عنصرين كيميائيين مختلفين أو أكثر. أول شيء يجب ذكره هو تفاعل الحديد مع الماء. هذا هو المكان الذي تتجلى فيه الخصائص الأساسية للحديد. عندما يتم تسخين الماء ، فإنه يتشكل مع الحديد (يطلق عليه ذلك لأنه عند التفاعل مع نفس الماء فإنه يشكل هيدروكسيد ، بمعنى آخر ، قاعدة). لذلك ، إذا أخذت مولًا واحدًا من كلا المكونين ، فإن المواد مثل ثاني أكسيد الحديد والهيدروجين تتشكل على شكل غاز برائحة نفاذة - أيضًا بنسب مولية من واحد إلى واحد. يمكن كتابة معادلة هذا النوع من التفاعل على النحو التالي: Fe + H 2 O = FeO + H 2. اعتمادًا على النسب التي يتم فيها 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

نظرًا لأن الحديد يقع على يسار الهيدروجين في النطاق الكهروكيميائي للنشاط المعدني ، فإنه قادر على إزاحة هذا العنصر من المركبات. مثال على ذلك هو تفاعل الاستبدال الذي يمكن ملاحظته عند إضافة الحديد إلى حمض. على سبيل المثال ، إذا قمت بخلط نفس النسب المولية من الحديد وحمض الكبريتات (المعروف أيضًا باسم الكبريت) بتركيز متوسط ​​، تكون النتيجة هي كبريتات الحديد (II) والهيدروجين بنفس النسب المولية. ستبدو معادلة مثل هذا التفاعل كما يلي: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

عند التفاعل مع الأملاح ، تتجلى خصائص تقليل الحديد. أي بمساعدة منه ، يمكن عزل معدن أقل نشاطًا عن الملح. على سبيل المثال ، إذا أخذت مولًا واحدًا ونفس الكمية من الحديد ، فيمكنك الحصول على كبريتات الحديد (II) والنحاس النقي بنفس النسب المولية.

أهمية للجسم

الحديد هو أحد أكثر العناصر الكيميائية شيوعًا في القشرة الأرضية. لقد درسناها بالفعل ، والآن سنتعامل معها من وجهة نظر بيولوجية. يؤدي Ferrum وظائف مهمة جدًا على المستوى الخلوي وعلى مستوى الكائن الحي بأكمله. بادئ ذي بدء ، الحديد هو أساس بروتين مثل الهيموغلوبين. إنه ضروري لنقل الأكسجين عبر الدم من الرئتين إلى جميع الأنسجة والأعضاء إلى كل خلية من خلايا الجسم ، وبشكل أساسي إلى الخلايا العصبية في الدماغ. لذلك ، لا يمكن المبالغة في تقدير الخصائص المفيدة للحديد.

بالإضافة إلى حقيقة أنه يؤثر على تكوين الدم ، فإن الحديد مهم أيضًا للعمل الكامل للغدة الدرقية (وهذا لا يتطلب اليود فقط ، كما يعتقد البعض). أيضا ، الحديد يشارك في التمثيل الغذائي داخل الخلايا ، وينظم المناعة. يوجد الفيروم أيضًا بكميات كبيرة بشكل خاص في خلايا الكبد ، حيث يساعد في تحييد المواد الضارة. كما أنه أحد المكونات الرئيسية لأنواع عديدة من الإنزيمات في أجسامنا. يجب أن يحتوي النظام الغذائي اليومي للشخص على ما بين عشرة إلى عشرين ملليغرامًا من هذا العنصر الدقيق.

الأطعمة الغنية بالحديد

هناك العديد منهم. هم من أصل نباتي وحيواني. الأولى هي الحبوب والبقوليات والحبوب (خاصة الحنطة السوداء) والتفاح والفطر (بورسيني) والفواكه المجففة ووركين الورد والكمثرى والخوخ والأفوكادو واليقطين واللوز والتمر والطماطم والبروكلي والملفوف والتوت والتوت والكرفس. الخ الثاني - الكبد واللحوم. يعد تناول الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد أمرًا مهمًا بشكل خاص أثناء الحمل ، حيث يتطلب جسم الجنين النامي كمية كبيرة من هذا العنصر النزف للنمو والتطور الكاملين.

علامات نقص الحديد في الجسم

أعراض نقص الحديد الذي يدخل الجسم هي التعب ، والتجميد المستمر لليدين والقدمين ، والاكتئاب ، وهشاشة الشعر والأظافر ، وانخفاض النشاط الفكري ، واضطرابات الجهاز الهضمي ، وسوء الأداء ، واضطرابات الغدة الدرقية. إذا لاحظت بعض هذه الأعراض ، ففكر في زيادة كمية الحديد في نظامك الغذائي أو شراء الفيتامينات أو المكملات التي تحتوي على الحديد. تحتاج أيضًا إلى زيارة الطبيب إذا شعرت بأي من هذه الأعراض كثيرًا.

استخدام Ferrum في الصناعة

يرتبط استخدام وخصائص الحديد ارتباطًا وثيقًا. نظرًا لطبيعته المغناطيسية الحديدية ، يتم استخدامه لصنع مغناطيس ، سواء أضعف للأغراض المنزلية (مغناطيس الثلاجة التذكارية ، إلخ) ، وأقوى للأغراض الصناعية. نظرًا لحقيقة أن المعدن المعني يتمتع بقوة وصلابة عالية ، فقد تم استخدامه منذ العصور القديمة لتصنيع الأسلحة والدروع والأدوات العسكرية والمنزلية الأخرى. بالمناسبة ، حتى في مصر القديمة ، كان الحديد النيزكي معروفًا ، وخصائصه تفوق خصائص المعدن العادي. أيضا ، تم استخدام مثل هذا الحديد الخاص في روما القديمة. تم صنع أسلحة النخبة منه. يمكن فقط لشخص غني ونبيل أن يمتلك درعًا أو سيفًا مصنوعًا من معدن النيزك.

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

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

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يحتوي الفولاذ على العديد من العناصر الكيميائية الأخرى مثل الشوائب. هذا هو المنغنيز والفوسفور والسيليكون. أيضًا ، يمكن إضافة الكروم والنيكل والموليبدينوم والتنغستن والعديد من العناصر الكيميائية الأخرى إلى هذا النوع من السبائك لمنحه صفات معينة. يتم استخدام درجات الصلب التي تحتوي على كمية كبيرة من السيليكون (حوالي أربعة بالمائة) كمحولات. تلك التي تحتوي على الكثير من المنجنيز (تصل إلى اثني عشر إلى أربعة عشر بالمائة) تجد تطبيقها في تصنيع أجزاء للسكك الحديدية والمطاحن والكسارات وغيرها من الأدوات ، والتي تخضع أجزاء منها للمسح السريع.

يُضاف الموليبدينوم إلى السبيكة لجعلها أكثر مقاومة للحرارة - حيث يتم استخدام مثل هذا الفولاذ كأدوات من الفولاذ. بالإضافة إلى ذلك ، للحصول على كل ما هو معروف جيدًا وغالبًا ما يستخدم في الحياة اليومية في شكل سكاكين وأدوات منزلية أخرى ، يجب إضافة الفولاذ المقاوم للصدأ إلى سبائك الكروم والنيكل والتيتانيوم. ومن أجل الحصول على فولاذ مطيل ومقاوم للصدمات وعالي القوة ، يكفي إضافة الفاناديوم إليه. عند إضافته إلى تركيبة النيوبيوم ، من الممكن تحقيق مقاومة عالية للتآكل وتأثيرات المواد العدوانية كيميائيًا.

المغنتيت المعدني الذي ورد ذكره في بداية المقال ضروري لتصنيع الأقراص الصلبة وبطاقات الذاكرة وغيرها من الأجهزة 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 من معادن أخرى لمنحها قوة أكبر واستقرارًا ميكانيكيًا. تستخدم كبريتات هذا العنصر في البستنة لمكافحة الآفات (جنبًا إلى جنب مع كبريتات النحاس).

لا يمكن الاستغناء عنها في تنقية المياه. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم مسحوق المغنتيت في الطابعات بالأبيض والأسود. الطريقة الرئيسية لاستخدام البيريت هي الحصول على حامض الكبريتيك منه. تتم هذه العملية في ظروف معملية 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 ثلاثي أكسيده بمشاركة الأكسجين. وفي المرحلة النهائية ، يتم تمرير المادة الناتجة في وجود محفزات ، وبالتالي الحصول على حامض الكبريتيك.

الحصول على الحديد

في الأساس ، يتم استخراج هذا المعدن من معدنيه الرئيسيين: أكسيد الحديد الأسود والهيماتيت. يتم ذلك عن طريق اختزال الحديد من مركباته بالكربون على شكل فحم الكوك. يتم ذلك في أفران الصهر ، حيث تصل درجة الحرارة إلى ألفي درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك ، هناك طريقة لاستعادة الحديد مع الهيدروجين. هذا لا يتطلب فرن صهر. لتنفيذ هذه الطريقة ، يأخذون طينًا خاصًا ، ويخلطونه بالخام المسحوق ويعالجونه بالهيدروجين في فرن عمود.

استنتاج

تتنوع خصائص واستخدامات الحديد. ربما يكون هذا هو أهم معدن في حياتنا. بعد أن أصبح معروفًا للبشرية ، حل محل البرونز ، والذي كان في ذلك الوقت المادة الرئيسية لتصنيع جميع الأدوات ، وكذلك الأسلحة. يتفوق الفولاذ والحديد الزهر من نواح كثيرة على سبائك النحاس والقصدير من حيث الخصائص الفيزيائية ومقاومة الإجهاد الميكانيكي.

بالإضافة إلى ذلك ، يوجد الحديد على كوكبنا أكثر من العديد من المعادن الأخرى. في قشرة الأرض ما يقرب من خمسة في المئة. إنه رابع أكثر العناصر الكيميائية شيوعًا في الطبيعة. أيضًا ، هذا العنصر الكيميائي مهم جدًا للتشغيل الطبيعي للكائن الحي للحيوانات والنباتات ، وذلك أساسًا لأن الهيموجلوبين مبني على أساسه. يعتبر الحديد من المغذيات الدقيقة الأساسية الضرورية للحفاظ على الصحة ووظيفة الأعضاء الطبيعية. بالإضافة إلى ما سبق ، هذا هو المعدن الوحيد الذي يتمتع بخصائص مغناطيسية فريدة. من المستحيل تخيل حياتنا بدون حديد.

كان الحديد معروفًا حتى في عصور ما قبل التاريخ ، ولكنه وجد استخدامه على نطاق واسع في وقت لاحق ، لأنه نادر جدًا في الطبيعة في حالة حرة ، وأصبح إنتاجه من الخامات ممكنًا فقط عند مستوى معين من التطور التكنولوجي. ربما ، لأول مرة تعرف الإنسان على الحديد النيزكي ، كما يتضح من أسمائها في لغات الشعوب القديمة: المصري القديم "beni-pet" تعني "الحديد السماوي" ؛ يرتبط sideros اليوناني القديم باللاتينية sidus (جنس sideris) - نجم ، جسم سماوي. في النصوص الحثية من القرن الرابع عشر قبل الميلاد. NS. يذكر الحديد كمعدن سقط من السماء. في اللغات الرومانسية ، تم الحفاظ على جذر الاسم الذي قدمه الرومان (على سبيل المثال ، الفرنسية fer ، الإيطالية ferro).

تم اختراع طريقة الحصول على الحديد من الخامات في الجزء الغربي من آسيا في الألفية الثانية قبل الميلاد. NS ؛ بعد ذلك ، انتشر استخدام الحديد إلى بابل ومصر واليونان ؛ تم استبدال العصر البرونزي بالعصر الحديدي. يقول هومر (في الأغنية الثالثة والعشرين للإلياذة) إن أخيل منح الفائز في مسابقة رمي القرص بقرص مصنوع من بلورة حديدية. في أوروبا وروسيا القديمة ، لعدة قرون ، تم الحصول على الحديد من خلال عملية نفخ الجبن. تم استعادة خام الحديد بالفحم في فرن في حفرة ؛ تم ضخ الهواء في المسبك باستخدام منفاخ ، نتاج الاختزال - تم فصل الكريتسا عن الخبث بضربات المطرقة وتم تشكيل العديد من المنتجات منه. مع تحسن طرق التفجير وزيادة ارتفاع الموقد ، زادت درجة حرارة العملية وكربن جزء من الحديد ، أي تم الحصول على الحديد الزهر ؛ يعتبر هذا المنتج الهش نسبيًا منتج نفايات. ومن هنا جاء اسم الحديد الزهر "الخنزير" ، "الزهر" - إنجليزي. حديد خام. في وقت لاحق ، لوحظ أنه عند التحميل ليس خام الحديد ، ولكن الحديد الزهر في الصياغة ، يتم أيضًا الحصول على قشرة حديدية منخفضة الكربون ، واتضح أن هذه العملية ذات المرحلتين أكثر ربحية من عملية النفخ الخام. في القرنين الثاني عشر والثالث عشر ، كانت طريقة الصراخ منتشرة بالفعل.

في القرن الرابع عشر ، بدأ صهر الحديد الزهر ليس فقط كمنتج وسيط لمزيد من المعالجة ، ولكن أيضًا كمواد لصب المنتجات المختلفة. كما أن إعادة بناء الموقد وتحويله إلى فرن رمح ("فرن الصهر") ثم إلى فرن صهر يعود أيضًا إلى نفس الوقت. في منتصف القرن الثامن عشر ، بدأ استخدام عملية بوتقة الحصول على الفولاذ في أوروبا ، والتي كانت معروفة في سوريا في الفترة المبكرة من العصور الوسطى ، ولكن تبين فيما بعد أنها أصبحت منسية. في هذه الطريقة ، يتم الحصول على 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 تتطور في موقد الفرن العاكس الناري. أدت الثورة الصناعية في القرنين الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر ، واختراع المحرك البخاري ، وإنشاء السكك الحديدية ، والجسور الكبيرة ، وأسطول البخار إلى زيادة الطلب على الحديد وسبائكه. ومع ذلك ، فإن جميع الطرق الحالية لإنتاج الحديد لا يمكن أن تلبي احتياجات السوق. بدأ الإنتاج الضخم للصلب فقط في منتصف القرن التاسع عشر ، عندما تم تطوير عمليات Bessemer و Thomas و Open Hearth. في القرن العشرين ، نشأت عملية صهر القوس الكهربائي وانتشرت على نطاق واسع ، مما أدى إلى إنتاج فولاذ عالي الجودة.

توزيع الحديد في الطبيعة.من حيث محتواه في الغلاف الصخري (4.65٪ بالكتلة) ، يحتل الحديد المرتبة الثانية بين المعادن (الألومنيوم هو الأول). تهاجر بقوة في قشرة الأرض ، وتشكل حوالي 300 معدن (أكاسيد ، كبريتيد ، سيليكات ، كربونات ، تيتانات ، فوسفات ، إلخ). يلعب الحديد دورًا نشطًا في عمليات الصهارة والحرارة المائية والجينات الفائقة ، والتي ترتبط بتكوين أنواع مختلفة من رواسبها. الحديد هو معدن من أعماق الأرض ، يتراكم في المراحل المبكرة من تبلور الصهارة ، في الصخور فوق السطحية (9.85٪) والصخور الأساسية (8.56٪) (في الجرانيت 2.7٪ فقط). في المحيط الحيوي ، يتراكم الحديد في العديد من الرواسب البحرية والقارية ، مكونًا خامات رسوبية.

تلعب تفاعلات الأكسدة والاختزال دورًا مهمًا في الكيمياء الجيولوجية للحديد - انتقال الحديد ثنائي التكافؤ إلى ثلاثي التكافؤ والعكس صحيح. في المحيط الحيوي ، في ظل وجود مادة عضوية ، يتم تقليل Fe 3+ إلى Fe 2+ وهاجر بسهولة ، وعندما يواجه الأكسجين الجوي ، يتأكسد Fe 2+ ، مكونًا تراكمات من هيدروكسيدات الحديد ثلاثي التكافؤ. المركبات المنتشرة للحديد ثلاثي التكافؤ هي الأحمر والأصفر والبني. هذا يحدد لون العديد من الصخور الرسوبية واسمها - "تشكيل أحمر اللون" (الطين الأحمر والبني والطين ، والرمال الصفراء ، وما إلى ذلك).

الخصائص الفيزيائية للحديد.يتم تحديد قيمة الحديد في التكنولوجيا الحديثة ليس فقط من خلال توزيعه الواسع في الطبيعة ، ولكن أيضًا من خلال مجموعة من الخصائص القيمة للغاية. إنه بلاستيك ، يمكن تشكيله بسهولة في حالة البرودة والحرارة ، ويمكن استخدامه للدحرجة والختم والرسم. تعمل القدرة على إذابة الكربون والعناصر الأخرى كأساس للحصول على مجموعة متنوعة من سبائك الحديد.

يمكن أن يتواجد الحديد على شكل شبكتين بلوريتين: مكعب مركزي ألفا وبيتا (bcc) ومكعب محوره الوجه (fcc). أقل من 910 درجة مئوية ، تكون α-Fe مع شعرية bcc مستقرة (أ = 2.86645 Å عند 20 درجة مئوية). بين 910 درجة مئوية و 1400 درجة مئوية ، يكون تعديل γ بشبكة fcc (أ = 3.64 Å) مستقرًا. فوق 1400 درجة مئوية ، تتشكل شبكة شعرية مخفية من δ-Fe (أ = 2.94 Å) مرة أخرى ، وهي مستقرة حتى نقطة الانصهار (1539 درجة مئوية). α-Fe هو مغنطيسي مغناطيسي يصل إلى 769 درجة مئوية (نقطة كوري). تعد تعديلات γ-Fe و δ-Fe مغناطيسية.

تم اكتشاف التحولات متعددة الأشكال للحديد والصلب أثناء التدفئة والتبريد في عام 1868 من قبل دي كي تشيرنوف. يشكل الكربون محاليل صلبة بينية 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 قطر ذري Fe 1.26 Å). يسمى محلول صلب من الكربون في γ-Fe الأوستينيت ، وفي α-Fe يسمى الفريت. يحتوي المحلول الصلب المشبع من الكربون في-Fe على 2.0٪ بالوزن عند 1130 درجة مئوية ؛ يذوب α-Fe فقط 0.02-0.04٪ C عند 723 درجة مئوية ، وأقل من 0.01٪ في درجة حرارة الغرفة. لذلك ، عند تبريد الأوستينيت ، يتشكل مارتينسيت - محلول صلب مفرط التشبع من الكربون في α-Fe ، شديد الصلابة وهش. يسمح الجمع بين التبريد والتلطيف (التسخين إلى درجات حرارة منخفضة نسبيًا لتقليل الضغوط الداخلية) بإعطاء الفولاذ المزيج المطلوب من الصلابة والليونة.

تعتمد الخصائص الفيزيائية للحديد على نقاوته. في مواد الحديد الصناعية ، عادة ما يكون الحديد مصحوبًا بشوائب من الكربون والنيتروجين والأكسجين والهيدروجين والكبريت والفوسفور. حتى في التركيزات المنخفضة للغاية ، فإن هذه الشوائب تغير خصائص المعدن بشدة. لذلك ، يسبب الكبريت ما يسمى الهشاشة الحمراء ، الفوسفور (حتى 10-2٪ P) - هشاشة باردة ؛ يقلل الكربون والنيتروجين من الليونة ، بينما يزيد الهيدروجين من هشاشة الحديد (ما يسمى بهشاشة الهيدروجين). يؤدي انخفاض محتوى الشوائب إلى 10 -7-10-9٪ إلى تغيرات كبيرة في خواص المعدن ، لا سيما زيادة اللدونة.

فيما يلي الخواص الفيزيائية للحديد ، والتي تتعلق أساسًا بالمعدن الذي يحتوي على نسبة شوائب كلية أقل من 0.01٪ بالوزن:

نصف القطر الذري 1.26Å

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

الكثافة (20 درجة مئوية) 874 جم / سم 3

بالة 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 هيكلها وتتغير بطريقة معقدة مع درجة الحرارة ؛ متوسط ​​الحرارة النوعية (0-1000 درجة مئوية) 640.57 جول / (كجم · كلفن).

مقاومة كهربائية محددة (20 درجة مئوية) 9.7 · 10 -8 أوم · م

معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية (0-100 درجة مئوية) 6.51 · 10 -3

معامل يونج 190-210 · 10 3 مليون نيوتن / م 2 (19-21 × 10 3 كجم ثقلي / مم 2)

معامل درجة الحرارة لمعامل يونغ 4 · 10 -6

معامل القص 84.0 · 10 3 MN / م 2

قوة الشد قصيرة المدى 170-210 MN / م 2

استطالة 45-55٪

صلابة برينل 350-450 مليون / م 2

قوة الغلة 100 مليون / م 2

قوة التأثير 300 مليون / م 2

الخواص الكيميائية للحديد.تكوين غلاف الإلكترون الخارجي للذرة هو 3d 6 4s 2. يُظهر الحديد تكافؤًا متغيرًا (أكثر المركبات ثباتًا هي الحديد 2 و 3 التكافؤ). مع الأكسجين ، يشكل الحديد أكسيد (II) FeO ، وأكسيد (III) Fe 2 O 3 وأكسيد (II ، III) Fe 3 O 4 (مركب من FeO مع Fe 2 O 3 له هيكل إسبينيل). في الهواء الرطب في درجات الحرارة العادية ، يصبح الحديد مغطى بالصدأ السائب (Fe 2 O 3 · nH 2 O). بسبب مساميته ، الصدأ لا يعيق وصول الأكسجين والرطوبة إلى المعدن وبالتالي لا يحميه من المزيد من الأكسدة. نتيجة لأنواع مختلفة من التآكل ، يتم فقدان ملايين الأطنان من الحديد كل عام. عندما يتم تسخين الحديد في هواء جاف فوق 200 درجة مئوية ، يتم تغطيته بأرق طبقة أكسيد ، مما يحمي المعدن من التآكل في درجات الحرارة العادية ؛ هذا هو أساس الطريقة التقنية للحماية من الحديد - الصبغة الزرقاء. عند تسخينه بالبخار ، يتأكسد الحديد بتكوين Fe 3 O 4 (أقل من 570 درجة مئوية) أو FeO (أعلى من 570 درجة مئوية) وتطور الهيدروجين.

يتكون هيدروكسيد Fe (OH) 2 على شكل راسب أبيض تحت تأثير القلويات الكاوية أو الأمونيا على المحاليل المائية لأملاح Fe 2+ في جو من الهيدروجين أو النيتروجين. عند ملامسته للهواء ، يتحول Fe (OH) 2 أولاً إلى اللون الأخضر ، ثم يتحول إلى اللون الأسود ، ويتحول أخيرًا بسرعة إلى هيدروكسيد Fe (OH) 3. يعرض أكسيد الحديد O الخصائص الأساسية. أكسيد Fe 2 O 3 مذبذب وله وظيفة حمضية معبر عنها بشكل ضعيف ؛ يتفاعل مع المزيد من الأكاسيد الأساسية (على سبيل المثال ، مع MgO ، فإنه يشكل حديدي - مركبات من النوع Fe 2 O 3 nMeO ، والتي لها خصائص مغناطيسية حديدية وتستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات. يتم التعبير عن الخصائص الحمضية أيضًا في الحديد 6 التكافؤ ، الموجود في شكل حديدي ، على سبيل المثال K 2 FeO 4 ، أملاح حمض الحديديك غير معزولة في الحالة الحرة.

يتفاعل الحديد بسهولة مع الهالوجينات وهاليدات الهيدروجين ليعطي أملاحًا مثل الكلوريدات FeCl 2 و FeCl 3. عند تسخين الحديد بالكبريت ، تتشكل كبريتيدات FeS و FeS 2. كربيدات الحديد - Fe 3 C (سمنتيت) و Fe 2 C (e-carbide) - 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. النيتروجين ، مثل الكربون ، يعطي محاليل خلالية صلبة مع الحديد ؛ منها يتم إطلاق نيتريد Fe 4 N و Fe 2 N. مع الهيدروجين ، يعطي الحديد فقط هيدرات غير مستقرة ، والتي لا يتم تحديد تركيبها بدقة. عند تسخينه ، يتفاعل الحديد بقوة مع السيليكون والفوسفور لتكوين مبيدات سليكونية (على سبيل المثال ، Fe 3 Si والفوسفيدات (على سبيل المثال ، Fe 3 P).

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

جهد القطب الطبيعي للحديد في المحاليل المائية لأملاحه للتفاعل Fe = Fe 2+ + 2e هو -0.44 فولت ، وللتفاعل Fe = Fe 3+ + 3e هو -0.036 فولت. وهكذا ، في سلسلة الأنشطة ، يكون الحديد على يسار الهيدروجين. يذوب بسهولة في الأحماض المخففة مع إطلاق H 2 وتشكيل Fe 2+ أيونات. تفاعل الحديد مع حمض النيتريك غريب. HNO 3 المركز (كثافة 1.45 جم / سم 3) يخمد الحديد بسبب ظهور طبقة أكسيد واقية على سطحه ؛ HNO 3 المخفف أكثر يذوب الحديد بتكوين Fe 2+ أو Fe 3+ أيونات ، ويختزل إلى NH 3 أو N 2 و N 2 O. محاليل أملاح الحديد ثنائي التكافؤ في الهواء غير مستقرة - يتأكسد Fe 2+ تدريجيًا إلى Fe 3+. المحاليل المائية لأملاح الحديد الناتجة عن التحلل المائي لها تفاعل حمضي. تعطي إضافة أيونات SCN- ثيوسيانات إلى محلول ملح Fe 3+ لونًا أحمر دمويًا ساطعًا بسبب ظهور Fe (SCN) 3 ، مما يسمح بوجود جزء واحد من Fe 3+ في حوالي 10 6 أجزاء من الماء كن مكتشف. 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 تقليل أكاسيده بالهيدروجين. يتزايد إنتاج الحديد النقي إلى حد ما تدريجياً عن طريق اختزاله المباشر من مركزات الخام بالهيدروجين أو الغاز الطبيعي أو الفحم عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا.

استخدام الحديد.الحديد هو أهم معدن في التكنولوجيا الحديثة. في شكله النقي ، لا يتم استخدام الحديد عمليًا بسبب قوته المنخفضة ، على الرغم من أنه في الحياة اليومية غالبًا ما يطلق على منتجات الفولاذ أو الحديد الزهر اسم "الحديد". يستخدم الجزء الأكبر من الحديد في شكل سبائك ذات تكوين وخصائص مختلفة جدًا. تمثل سبائك الحديد حوالي 95٪ من جميع المنتجات المعدنية. السبائك الغنية بالكربون (أكثر من 2٪ من حيث الوزن) هي من الحديد الزهر ، مصهر في أفران الصهر من الخامات الغنية بالحديد. يتم صهر الفولاذ من مختلف الدرجات (محتوى الكربون أقل من 2٪ بالكتلة) من الحديد الزهر في الموقد المفتوح والأفران والمحولات الكهربائية عن طريق أكسدة (حرق) الكربون الزائد ، وإزالة الشوائب الضارة (بشكل أساسي S ، P ، O) وإضافة عناصر صناعة السبائك. يتم صهر الفولاذ عالي السبائك (الذي يحتوي على نسبة عالية من النيكل والكروم والتنغستن وعناصر أخرى) في أفران القوس الكهربائي وأفران الحث. تُستخدم العمليات الجديدة - الفراغ ، وإعادة الصهر بالكهرباء ، وذوبان البلازما والشعاع الإلكتروني ، وغيرها - لإنتاج الفولاذ وسبائك الحديد لأغراض حرجة بشكل خاص. يتم تطوير طرق لصهر الفولاذ في وحدات التشغيل المستمر التي تضمن جودة عالية للمعادن وأتمتة العمليات.

على أساس الحديد ، يتم إنشاء المواد التي يمكنها تحمل تأثيرات درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة ، والفراغ والضغوط العالية ، والوسائط العدوانية ، والجهد المتناوب العالي ، والإشعاع النووي ، وما إلى ذلك. يتزايد 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 العالية المصنوعة من الحديد في أوروبا (إنجلترا وفرنسا وإيطاليا وروسيا وغيرها) - الأسوار المزورة ، ومفصلات الأبواب ، وأقواس الحائط ، وريشة الطقس ، وتركيبات الصدر ، والكرات. يتم تشكيلها من خلال منتجات من قضبان ومنتجات من صفائح مثقوبة (غالبًا مع بطانة من الميكا) وتتميز بأشكال مستوية وصورة ظلية خطية واضحة وتكون مرئية بشكل فعال على خلفية الهواء الخفيف. في القرن العشرين ، استخدم الحديد في صناعة المشابك والأسوار والجدران الداخلية المخرمة والشمعدانات والمعالم الأثرية.

الحديد في الجسم.يوجد الحديد في الكائنات الحية لجميع الحيوانات والنباتات (في المتوسط ​​، حوالي 0.02٪) ؛ إنه ضروري بشكل أساسي لعملية التمثيل الغذائي للأكسجين وعمليات الأكسدة. هناك كائنات حية (تسمى المكثفات) يمكنها أن تتراكم بكميات كبيرة (على سبيل المثال ، بكتيريا الحديد - ما يصل إلى 17-20٪ من الحديد). تقريبا كل الحديد في الكائنات الحية للحيوانات والنباتات يرتبط بالبروتينات. يتسبب نقص الحديد في تأخر النمو وظاهرة اصفرار النبات المرتبطة بانخفاض تكوين الكلوروفيل. كما أن فائض الحديد له تأثير ضار على نمو النباتات ، حيث يتسبب ، على سبيل المثال ، في عقم أزهار الأرز والكلور. في التربة القلوية ، تتشكل مركبات الحديد التي يتعذر الوصول إليها لجذور النباتات ، ولا تستقبلها النباتات بكميات كافية ؛ في التربة الحمضية ، ينتقل الحديد إلى مركبات قابلة للذوبان بشكل زائد. مع نقص أو زيادة مركبات الحديد القابلة للامتصاص في التربة ، يمكن ملاحظة أمراض النبات في مناطق واسعة.

يدخل الحديد إلى جسم الحيوان والإنسان بالطعام (أغنى ما فيه الكبد ، واللحوم ، والبيض ، والبقوليات ، والخبز ، والحبوب ، والسبانخ ، والبنجر). عادة ، يتلقى الشخص 60-110 ملغ من الحديد مع نظام غذائي ، والذي يتجاوز احتياجاته اليومية بشكل كبير. يحدث امتصاص الحديد المزود بالطعام في الجزء العلوي من الأمعاء الدقيقة ، حيث يدخل الدم بشكل مرتبط بالبروتينات وينقل مع الدم إلى الأعضاء والأنسجة المختلفة ، حيث يترسب على شكل مركب بروتين الحديد - فيريتين. مستودع الحديد الرئيسي في الجسم هو الكبد والطحال. بسبب الفيريتين ، يتم تصنيع جميع المركبات المحتوية على الحديد في الجسم: يتم تصنيع الهيموجلوبين الصبغي التنفسي في نخاع العظام ، ويتم تصنيع الميوغلوبين في العضلات ، ويتم تصنيع السيتوكرومات والأنزيمات الأخرى المحتوية على الحديد في الأنسجة المختلفة. يُفرز الحديد من الجسم بشكل رئيسي من خلال جدار الأمعاء الغليظة (عند الإنسان ، حوالي 6-10 مجم في اليوم) وإلى حدٍ ما عن طريق الكلى. تتغير حاجة الجسم للحديد مع تقدم العمر والحالة الجسدية. لكل كيلوغرام من الوزن ، يحتاج الأطفال 0.6 ، والبالغون - 0.1 والنساء الحوامل - 0.3 ميلي غرام من الحديد يوميًا. في الحيوانات ، تكون الحاجة إلى الحديد تقريبًا (لكل 1 كجم من المادة الجافة في النظام الغذائي): للأبقار الحلوب - 50 مجم على الأقل ، للحيوانات الصغيرة - 30-50 مجم ؛ للخنازير - ما يصل إلى 200 مجم ، للخنازير الحامل - 60 مجم.

تسمى أكاسيد الحديد مركبات الحديد بالأكسجين.

ثلاثة أكاسيد حديد معروفة بشكل أفضل: أكسيد الحديد (II) - FeO ، أكسيد الحديد (III) - Fe 2 O 3 وأكسيد الحديد (II ، III) - Fe 3 O 4.

أكسيد الحديد الثنائي

الصيغة الكيميائية لأكسيد الحديدوز -الحديد O ... هذا الاتصال أسود.

الحديد O يتفاعل بسهولة مع حمض الهيدروكلوريك المخفف وحمض النيتريك المركز.

FeO + 2HCl → FeCl 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 → Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

لا يتفاعل مع الماء والأملاح.

عند التفاعل مع الهيدروجين عند درجة حرارة 350 درجة مئوية وفحم الكوك عند درجة حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية ، يتم اختزاله إلى حديد نقي.

FeO + H 2 → Fe + H 2 O

FeO + C → Fe + CO

يتم الحصول على أكسيد الحديد الثنائي بطرق مختلفة:

1. نتيجة تفاعل اختزال أكسيد الحديديك بأول أكسيد الكربون.

Fe 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. تسخين الحديد بضغط أكسجين منخفض

2Fe + O 2 → 2 FeO

3. تحلل أكسالات الحديدوز في فراغ

FeC 2 O 4 → FeO + CO + CO 2

4. تفاعل الحديد مع أكاسيد الحديد عند درجة حرارة 900-1000 تقريباً

Fe + Fe 2 O 3 → 3 FeO

Fe + Fe 3 O 4 → 4 FeO

في الطبيعة ، يوجد أكسيد الحديدوز كمعدن نبتة.

في الصناعة يتم استخدامه في صهر الحديد الخام في أفران الصهر ، في عملية اسوداد (أزرق) من الفولاذ. يتم تضمينه في تكوين الأصباغ والسيراميك.

أكسيد الحديد الثلاثي

صيغة كيميائية Fe 2 O 3 ... إنه مركب من الحديد مع الأكسجين. إنه مسحوق أحمر بني. في الطبيعة ، يحدث على شكل الهيماتيت المعدني.

Fe 2 O 3 له أسماء أخرى: أكسيد الحديد ، الرصاص الأحمر ، الزعفران ، صبغة حمراء 101 ، تلوين طعامE172 .

لا تتفاعل مع الماء. يمكن أن تتفاعل مع كل من الأحماض والقلويات.

Fe 2 O 3 + 6HCl → 2 FeCl 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 2 NaOH → 2NaFeO 2 + H 2 O

يستخدم أكسيد الحديد (III) لطلاء مواد البناء: الطوب ، الأسمنت ، السيراميك ، الخرسانة ، ألواح الرصف ، المشمع. يضيفونه كصبغة للدهانات والمينا ، لطباعة الدهانات. يستخدم أكسيد الحديد كعامل مساعد في إنتاج الأمونيا. في صناعة المواد الغذائية ، يُعرف باسم E172.

أكسيد الحديد (الثاني والثالث)

صيغة كيميائية Fe 3 O 4 ... يمكن كتابة هذه الصيغة بطريقة أخرى: FeO Fe 2 O 3.

في الطبيعة ، يحدث كمغنتيت معدني ، أو خام الحديد المغناطيسي. إنه موصل جيد للتيار الكهربائي ومغناطيسي. تتكون عن طريق حرق الحديد وفعل البخار المحمص على المكواة.

3Fe + 2 O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

يؤدي التسخين عند درجة حرارة 1538 درجة مئوية إلى تحللها

2Fe 3 O 4 → 6FeO + O 2

يتفاعل مع الأحماض

Fe 3 O 4 + 8HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 10HNO 3 → 3Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

يتفاعل مع القلويات عند الاندماج

Fe 3 O 4 + 14 NaOH → Na 3 FeO 3 + 2Na 5 FeO 4 + 7H 2 O

يتفاعل مع الأكسجين الجوي

4 Fe 3 O 4 + O 2 → 6Fe 2 O 3

يحدث الاختزال عن طريق التفاعل مع الهيدروجين وأول أكسيد الكربون

Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 4CO → 3Fe + 4CO 2

وجدت الجسيمات النانوية المغناطيسية لأكسيد Fe 3 O 4 تطبيقًا في التصوير بالرنين المغناطيسي. كما أنها تستخدم في إنتاج الوسائط المغناطيسية. أكسيد الحديد Fe 3 O 4 هو جزء من الدهانات التي يتم إنتاجها خصيصًا للسفن الحربية والغواصات والمعدات الأخرى. يستخدم المغنتيت المنصهر لصنع أقطاب لبعض العمليات الكهروكيميائية.

الحديد معدن متوسط ​​النشاط الكيميائي. وهو جزء من العديد من المعادن: أكسيد الحديد الأسود ، والهيماتيت ، والليمونيت ، والسيدريت ، والبيريت.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية للحديد

في الظروف العادية وفي شكله النقي ، يكون الحديد مادة صلبة فضية اللون ذات بريق معدني لامع. الحديد موصل جيد للكهرباء والحرارة. يمكن الشعور بذلك عن طريق لمس جسم حديدي في غرفة باردة. نظرًا لأن المعدن ينقل الحرارة بسرعة ، فإنه يأخذ معظم الحرارة من جلد الإنسان في فترة زمنية قصيرة ، لذلك عندما تلمسه ، تشعر بالبرودة.

نقطة انصهار الحديد هي 1538 درجة مئوية ، ونقطة الغليان 2862 درجة مئوية. الخصائص المميزة للحديد هي ليونة جيدة وانصهار.

يتفاعل مع المواد البسيطة: الأكسجين ، الهالوجينات (البروم ، اليود ، الفلور) ، الفوسفور ، الكبريت. عندما يتم حرق الحديد ، تتشكل أكاسيد المعادن. اعتمادًا على ظروف التفاعل والنسب بين المشاركين ، يمكن أن تتنوع أكاسيد الحديد. معادلات التفاعل:

2Fe + O₂ = 2FeO ؛

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃ ؛

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄.

تحدث تفاعلات مماثلة في درجات حرارة عالية. سوف تتعلم ما هي التجارب على دراسة خصائص الحديد التي يمكن إجراؤها في المنزل.

تفاعل الحديد مع الأكسجين

التسخين المسبق ضروري حتى يتفاعل الحديد مع الأكسجين. يحترق الحديد بلهب مسبب للعمى ، وتشتت - جزيئات ساخنة حمراء من مقياس الحديد Fe₃O₄. يحدث نفس تفاعل الحديد والأكسجين في الهواء ، عندما يكون الجو حارًا جدًا أثناء المعالجة.

عندما يتم حرق الحديد في الأكسجين (أو في الهواء) ، يتشكل مقياس الحديد. معادلة التفاعل:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

3Fe + 2O₂ = FeO Fe₂O₃.

مقياس الحديد مركب فيه الحديد قيم تكافؤ مختلفة.

الحصول على أكاسيد الحديد

أكاسيد الحديد هي نتاج تفاعل الحديد مع الأكسجين. أشهرها FeO و Fe₂O₃ و Fe₃O₄.

أكسيد الحديد (III) Fe₂O₃ عبارة عن مسحوق برتقالي أحمر يتكون أثناء أكسدة الحديد في الهواء.

تتشكل المادة عن طريق تحلل ملح الحديديك في الهواء عند درجة حرارة عالية. يتم سكب القليل من كبريتات الحديد (III) في بوتقة من الخزف ، ثم يتم تكليسها على نار الموقد الغازي. يتحلل التحلل الحراري لكبريتات الحديد إلى أكسيد الكبريت وأكسيد الحديد.

يتكون أكسيد الحديد (II ، III) Fe₃O₄ عندما يتم حرق مسحوق الحديد في الأكسجين أو في الهواء. للحصول على أكسيد ، يُسكب القليل من مسحوق الحديد الناعم الممزوج بنترات الصوديوم أو البوتاسيوم في بوتقة من الخزف. يُشعل الخليط بموقد غاز. عند تسخينها ، تتحلل نترات البوتاسيوم والصوديوم مع إطلاق الأكسجين. يحترق الحديد الموجود في الأكسجين لتكوين أكسيد Fe₃O. بعد انتهاء الاحتراق ، يبقى الأكسيد الناتج في قاع الكوب الخزفي على شكل مقياس حديدي.

انتباه! لا تجرب هذه التجارب بنفسك!

أكسيد الحديد (II) FeO عبارة عن مسحوق أسود يتكون من تحلل أكسالات الحديد في جو خامل.