يحتوي جسم الإنسان على حوالي 5 جرام من الحديد ، معظمه (70٪) جزء من الهيموجلوبين في الدم.

الخصائص الفيزيائية

في الحالة الحرة ، الحديد هو معدن أبيض فضي مع صبغة رمادية. الحديد النقي بلاستيك ومغناطيسي. في الممارسة العملية ، عادة ما تستخدم سبائك الحديد - الحديد الزهر والصلب.

Fe هو العنصر الأكثر أهمية والأكثر وفرة في المعادن d التسعة للمجموعة الفرعية الجانبية للمجموعة الثامنة. جنبا إلى جنب مع الكوبالت والنيكل ، فإنه يشكل "الأسرة الحديدية".

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

الحديد ، مثله مثل جميع عناصر المجموعة الثامنة تقريبًا ، لا يُظهر أعلى تكافؤ مساوٍ لرقم المجموعة. يصل الحد الأقصى للتكافؤ إلى السادس وهو نادر للغاية.

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

طرق الحصول على الحديد

1. يتم الحصول على الحديد التقني (في سبيكة من الكربون وشوائب أخرى) عن طريق الاختزال الكربوني لمركباته الطبيعية وفقًا للمخطط التالي:

يحدث التعافي تدريجيًا ، على 3 مراحل:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) الحديد O + CO = Fe + CO 2

يحتوي الحديد الزهر الناتج على أكثر من 2٪ كربون. بعد ذلك ، يتم الحصول على الفولاذ من الحديد الزهر - سبائك الحديد التي تحتوي على أقل من 1.5٪ كربون.

2. يتم الحصول على الحديد النقي بإحدى الطرق التالية:

أ) تحلل الحديد الخماسي

Fe (CO) 5 = Fe + 5СО

ب) اختزال الهيدروجين للحديد O نقي

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

ج) التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لأملاح الحديد + 2

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

أكسالات الحديد (II)

الخواص الكيميائية

الحديد معدن ذو نشاط متوسط ​​، يظهر خصائص عامة مميزة للمعادن.

ميزة فريدة هي القدرة على "الصدأ" في الهواء الرطب:

في حالة عدم وجود رطوبة بالهواء الجاف ، يبدأ الحديد في التفاعل بشكل ملحوظ فقط عند T> 150 درجة مئوية ؛ عند المكلس ، يتشكل Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

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

3 Fe + 4H 2 O (g) = 4H 2

عملية الصدأ هي ، من خلال آليتها ، التآكل الكهروكيميائي. يتم تقديم منتج الصدأ بشكل مبسط. في الواقع ، يتم تشكيل طبقة فضفاضة من خليط من الأكاسيد والهيدروكسيدات ذات التركيب المتغير. على عكس فيلم Al 2 O 3 ، فإن هذه الطبقة لا تحمي الحديد من المزيد من الدمار.

أنواع التآكل

حماية الحديد ضد التآكل

1. التفاعل مع الهالوجينات والكبريت في درجات حرارة عالية.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF3

Fe + I 2 = FeI 2

تتشكل المركبات التي يسود فيها النوع الأيوني من الرابطة.

2. التفاعل مع الفوسفور والكربون والسيليكون (الحديد لا يتحد بشكل مباشر مع N 2 و H 2 ولكنه يذوبها).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

تتشكل مواد ذات تركيبة متغيرة ، منذ ذلك الحين berthollides (تسود الطبيعة التساهمية للرابطة في المركبات)

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

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

نظرًا لأن Fe يقع في خط النشاط على يسار الهيدروجين (E ° Fe / Fe 2+ = -0.44V) ، فإنه قادر على إزاحة H 2 من الأحماض العادية.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

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

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

HNO 3 و H 2 SO 4 المركزة حديد "يخمد" ، لذلك في درجات الحرارة العادية لا يذوب المعدن فيها. مع التسخين القوي ، يحدث انحلال بطيء (بدون إطلاق H 2).

في كسر. يذوب الحديد HNO 3 ويذهب إلى محلول على شكل Fe 3+ كاتيونات ويتم تقليل الأنيون الحمضي إلى NO *:

Fe + 4HNO 3 = Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

يذوب جيدًا في خليط من HCl و HNO 3

5. علاقتها بالقلويات

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

6. التفاعل مع أملاح المعادن الأقل نشاطًا

Fe + CuSO 4 = FeSO4 + النحاس

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

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

Fe (مسحوق) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 بنتاكربونيل حديد

مركبات الحديد (III)

Fe 2 O 3 - أكسيد الحديد (III).

مسحوق أحمر بني ، ن. تم العثور على R. في H 2 O. في الطبيعة - "خام الحديد الأحمر".

طرق الحصول على:

1) تحلل هيدروكسيد الحديد (III)

2Fe (OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2) إطلاق البيريت

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

3) تحلل النترات

الخواص الكيميائية

Fe 2 O 3 هو أكسيد قاعدي مع علامات تذبذب.

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

Fe 2 О 3 + 6Н + = 2Fe 3+ + 2 О

Fe 2 О 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2 О 3 + 6HNO 3 = 2Fe (NO 3) 3 + 3H 2 O

ثانيًا. خصائص حمضية ضعيفة. في المحاليل المائية للقلويات ، لا يذوب Fe 2 O 3 ، ولكن عندما يتم خلطه بأكاسيد صلبة وقلويات وكربونات ، يتشكل الفريت:

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

Fe 2 О 3 + 2 NaOH = 2NaFeО 2 + H 2 O

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

ثالثا. Fe 2 O 3 - مادة أولية لإنتاج الحديد في علم المعادن:

Fe 2 О 3 + ЗС = 2Fe + ЗСО أو Fe 2 О 3 + ЗСО = 2Fe + ЗСО 2

Fe (OH) 3 - هيدروكسيد الحديد (III)

طرق الحصول على:

يتم الحصول عليها عن طريق عمل القلويات على أملاح Fe 3+ القابلة للذوبان:

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

في لحظة تلقي Fe (OH) 3 - رواسب مخاطية غير متبلورة حمراء اللون.

يتكون Fe (III) hydroxide أيضًا أثناء أكسدة Fe و Fe (OH) 2 في الهواء الرطب:

4Fe + 6H 2 O + 3O 2 = 4Fe (OH) 3

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

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

الخواص الكيميائية

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

1) التفاعلات مع الأحماض سهلة:

2) يذوب راسب Fe (OH) 3 الطازج في الخلطة الساخنة. محاليل KOH أو NaOH بتكوين معقدات هيدروكسو:

Fe (OH) 3 + 3KOH = K 3

في محلول قلوي ، يمكن أكسدة Fe (OH) 3 إلى حديدي (أملاح حمض الحديدوز H 2 FeO 4 لم تتحرر في الحالة الحرة):

2Fe (OH) 3 + 10KON + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

أملاح Fe 3+

الأكثر 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 أزرق بروسي (راسب أزرق غامق)

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

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

في هذه المقالة ، سنصف الحديد بأنه معدن ، ونوضح خواصه الفيزيائية والكيميائية المفيدة. بشكل منفصل ، نقول لماذا يسمى الحديد معدنًا حديديًا ، وكيف يختلف عن المعادن الأخرى.

قد يبدو الأمر غريبًا ، لكن السؤال الذي يطرح نفسه أحيانًا هو ما إذا كان الحديد معدنًا أم غير معدني. الحديد عنصر من عناصر المجموعة 8 ، 4 فترات من جدول D.I.Mendeleev. الوزن الجزيئي 55.8 ، وهو كثير جدًا.

إنه معدن فضي رمادي ، ناعم إلى حد ما ، مطيل ، ومغناطيسي. في الواقع ، يوجد الحديد النقي ويستخدم نادرًا جدًا ، نظرًا لأن المعدن نشط كيميائيًا ويدخل في مجموعة متنوعة من التفاعلات.

سيخبرك هذا الفيديو ما هو الحديد:

المفهوم والميزات

يُطلق على الحديد عادةً سبيكة تحتوي على نسبة صغيرة من الشوائب - تصل إلى 0.8٪ ، والتي تحتفظ تقريبًا بجميع خصائص المعدن. ليس هذا الخيار هو الذي يستخدم على نطاق واسع ، ولكن الصلب والحديد الزهر. اسمها - معدن حديد ، حديد ، أو بالأحرى ، كل نفس الحديد الزهر والصلب ، حصل بسبب لون الخام - أسود.

اليوم ، تسمى المعادن الحديدية سبائك الحديد: الصلب ، والحديد الزهر ، والفريت ، وكذلك المنغنيز ، وأحيانًا الكروم.

الحديد عنصر شائع جدًا. من حيث المحتوى في قشرة الأرض ، فإنها تحتل المرتبة الرابعة ، وتنتج الأكسجين ، و. يحتوي قلب الأرض على 86٪ من الحديد ، و 14٪ فقط في الوشاح. في مياه البحر ، تحتوي المادة على كمية قليلة جدًا - تصل إلى 0.02 مجم / لتر ، في مياه النهر أكثر قليلاً - تصل إلى 2 مجم / لتر.

الحديد معدن نموذجي ، كما أنه نشط للغاية. يتفاعل مع الأحماض المخففة والمركزة ، ولكن تحت تأثير المؤكسدات القوية جدًا يمكن أن يشكل أملاح حمض الحديديك. في الهواء ، يتم تغطية الحديد بسرعة بطبقة أكسيد ، مما يمنع حدوث المزيد من التفاعل.

ومع ذلك ، في وجود الرطوبة ، بدلاً من فيلم أكسيد ، يظهر الصدأ ، والذي ، بسبب بنيته الفضفاضة ، لا يتداخل مع مزيد من الأكسدة. هذه الميزة - التآكل في وجود الرطوبة ، هو العيب الرئيسي لسبائك الحديد. وتجدر الإشارة إلى أن الشوائب تسبب التآكل ، بينما المعدن النقي كيميائياً مقاوم للماء.

معلمات مهمة

الحديد المعدني النقي مطيل تمامًا ، وهو يفسح المجال بشكل جيد للتزوير والصب السيئ. ومع ذلك ، فإن الشوائب الصغيرة من الكربون تزيد بشكل كبير من صلابته وهشاشته. أصبحت هذه الجودة أحد أسباب إزاحة أدوات العمل البرونزية بأدوات حديدية.

• إذا قارنا سبائك الحديد وسبائك الحديد المعروفة في العالم القديم ، فمن الواضح أن ، سواء في مقاومة التآكل ، وبالتالي في المتانة. ومع ذلك ، فإن النضوب الهائل لمناجم القصدير. ولأنه أقل بكثير من ذلك ، بقيت مسألة الاستبدال أمام علماء المعادن في الماضي. وحل محل الحديد البرونز. تم استبدال الأخير تمامًا عند ظهور الفولاذ: لا يعطي البرونز مزيجًا من الصلابة والمرونة.
• يتشكل الحديد مع الكوبالت والثالوث الحديدي. خصائص العناصر قريبة جدًا ، وأقرب من تلك الخاصة بنظيراتها بنفس بنية الطبقة الخارجية. تتمتع جميع المعادن بخصائص ميكانيكية ممتازة: تتم معالجتها بسهولة ، ولفها ، وشدها ، ويمكن تشكيلها وختمها. الكوبالت أقل تفاعلًا وأكثر مقاومة للتآكل من الحديد. ومع ذلك ، فإن انخفاض معدل انتشار هذه العناصر لا يسمح باستخدامها على نطاق واسع مثل الحديد.
• "المنافس" الرئيسي للأجهزة من حيث الاستخدام. لكن في الواقع ، كلتا المادتين لهما صفات مختلفة تمامًا. ليس بقوة الحديد ، فهو يمتد بشكل أسوأ ، ولا يصلح للتزوير. من ناحية أخرى ، يكون المعدن أخف وزنًا بكثير ، مما يجعل الهيكل أخف بكثير.

الموصلية الكهربائية للحديد متوسطة للغاية ، بينما يأتي الألمنيوم في المرتبة الثانية بعد الفضة والذهب في هذا المؤشر. الحديد عبارة عن مغناطيس حديدي ، أي أنه يحتفظ بمغناطيسه في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي ، ويتم سحبه إلى المجال المغناطيسي.

تحدد مثل هذه الخصائص المختلفة مجالات مختلفة تمامًا للتطبيق ، بحيث نادرًا ما "تقاتل" مواد البناء ، على سبيل المثال ، في إنتاج الأثاث ، حيث تتعارض خفة شكل الألومنيوم مع قوة الفولاذ.

تناقش مزايا وعيوب الحديد أدناه.

المميزات والعيوب

الميزة الرئيسية للحديد على المعادن الإنشائية الأخرى هي الانتشار والسهولة النسبية للصهر. ولكن بالنظر إلى كمية الحديد المستخدمة ، فإن هذا عامل مهم للغاية.

مزايا

تشمل مزايا المعدن صفات أخرى.

• القوة والصلابة مع الحفاظ على المرونة - نحن لا نتحدث عن الحديد النقي كيميائيًا ، ولكن عن السبائك. علاوة على ذلك ، تختلف هذه الصفات في نطاق واسع إلى حد ما ، اعتمادًا على درجة الفولاذ وطريقة المعالجة الحرارية وطريقة الإنتاج وما إلى ذلك.
• تتيح لك مجموعة متنوعة من الفولاذ والفريتات إنشاء واختيار المواد لأي مهمة حرفيًا - من إطار الجسر إلى أداة القطع. تعتبر القدرة على الحصول على الخصائص المرغوبة عن طريق إضافة شوائب صغيرة جدًا ميزة كبيرة بشكل غير عادي.
• تتيح لك سهولة المعالجة الحصول على منتجات من مجموعة متنوعة من الأنواع: قضبان ، وأنابيب ، وتركيبات ، وعوارض ، وصفائح معدنية ، وما إلى ذلك.
• الخصائص المغناطيسية للحديد تجعل المعدن هو المادة الرئيسية في إنتاج المحركات المغناطيسية.
• تعتمد تكلفة السبائك ، بالطبع ، على التركيب ، لكنها لا تزال أقل بكثير من تكلفة معظم السبائك غير الحديدية ، وإن كانت ذات خصائص قوة أعلى.
• توفر مرونة الحديد للمادة إمكانيات زخرفية عالية جدًا.

سلبيات

عيوب سبائك الحديد كبيرة.

• بادئ ذي بدء ، هذه مقاومة للتآكل غير كافية. تتمتع أنواع خاصة من الفولاذ - غير القابل للصدأ ، بهذه الجودة المفيدة ، ولكنها أيضًا تكلف أكثر من ذلك بكثير. غالبًا ما يكون المعدن محميًا بطبقة - معدن أو بوليمر.
• الحديد قادر على تخزين الكهرباء ، لذا فإن المنتجات المصنوعة من سبائكه عرضة للتآكل الكهروكيميائي. يجب حماية مساكن الأجهزة والآلات وخطوط الأنابيب بطريقة ما - الحماية الكاثودية والحماية وما إلى ذلك.
• المعدن ثقيل ، لذا فإن الهياكل الحديدية تجعل جسم البناء أثقل بكثير - مبنى ، عربة سكة حديد ، سفينة بحرية.

التكوين والهيكل

يوجد الحديد في 4 تعديلات مختلفة ، تختلف عن بعضها البعض في معايير الشبكة وهيكلها. يعد وجود المراحل أمرًا مهمًا حقًا للصهر ، نظرًا لأن انتقالات الطور واعتمادها على عناصر صناعة السبائك هي التي توفر تدفق العمليات المعدنية في هذا العالم. لذلك نحن نتحدث عن المراحل التالية:

• المرحلة α مستقرة حتى +769 درجة مئوية ، ولها شعرية مكعبة محورها الجسم. إن المرحلة α مغنطيسية ، أي أنها تحتفظ بمغناطيسها في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي. درجة حرارة 769 درجة مئوية هي نقطة كوري للمعادن.
• توجد المرحلة من +769 درجة مئوية إلى +917 درجة مئوية. بنية التعديل هي نفسها ، لكن معلمات الشبكة مختلفة نوعًا ما. في الوقت نفسه ، يتم الاحتفاظ بجميع الخصائص الفيزيائية تقريبًا باستثناء الخصائص المغناطيسية: يصبح الحديد مغناطيسًا.
• تظهر المرحلة γ في النطاق من +917 إلى +1394 C. بالنسبة لها ، تكون الشخصية عبارة عن شعرية مكعبة محورها الوجه.
• توجد المرحلة فوق درجة حرارة +1394 درجة مئوية ، ولها شعرية مكعبة محورها الجسم.

يتميز التعديل ε أيضًا ، والذي يظهر عند ضغط عالٍ ، وكذلك نتيجة لخلط بعض العناصر. تحتوي المرحلة على شبكة سداسية معبأة بشكل وثيق.

سيخبرك هذا الفيديو عن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للحديد:

الخصائص والخصائص

تعتمد كثيرا على نقاوتها. يعتبر الاختلاف بين خصائص الحديد النقي كيميائيًا وخصائص التقنية العادية ، وحتى الفولاذ المخلوط بدرجة أكبر ، أمرًا بالغ الأهمية. كقاعدة عامة ، يتم إعطاء الخصائص الفيزيائية للحديد التقني بنسبة شوائب تبلغ 0.8٪.

من الضروري التمييز بين الشوائب الضارة ومضافات السبائك. السابق ، الكبريت والفوسفور ، على سبيل المثال ، يضفي هشاشة على السبيكة دون زيادة الصلابة أو المقاومة الميكانيكية. يزيد الكربون في الفولاذ من هذه المعلمات ، أي أنه مكون مفيد.

• تعتمد كثافة الحديد (جم / سم 3) إلى حد ما على المرحلة. لذلك ، فإن α-Fe لها كثافة تساوي 7.87 جم / سم مكعب. سم عند درجة الحرارة العادية و 7.67 جم / متر مكعب. سم عند +600 درجة مئوية. كثافة المرحلة γ أقل - 7.59 جم / مكعب. انظر ومرحلة δ أقل - 7.409 جم / سم مكعب.
• درجة انصهار المادة هي +1539 درجة مئوية. ينتمي الحديد إلى معادن مقاومة للحرارة بدرجة معتدلة.
• درجة الغليان هي +2862 درجة مئوية.
• القوة ، أي مقاومة الأحمال من مختلف الأنواع - الضغط والتوتر والانحناء ، يتم تنظيمها لكل درجة من الفولاذ والحديد الزهر والفريت ، لذلك من الصعب التحدث عن هذه المؤشرات بشكل عام. وبالتالي ، فإن الفولاذ عالي السرعة لديه قوة انثناء تبلغ 2.5 - 2.8 جيجا باسكال. ونفس المعلمة للحديد التقني العادي هي 300 ميجا باسكال.
• الصلابة على مقياس موس هي 4-5. يحقق الفولاذ الخاص والحديد النقي كيميائياً معدلات أعلى بكثير.
• المقاومة الكهربائية المحددة هي 9.7 10-8 أوم م. يؤدي الحديد إلى تيار أسوأ بكثير من النحاس أو الألومنيوم.
• الموصلية الحرارية أقل أيضًا من تلك المعادن وتعتمد على تكوين المرحلة. عند 25 درجة مئوية ، يكون 74.04 واط / (م · كلفن). ، عند 1500 درجة مئوية - 31.8 درجة مئوية [واط / (مللي كلفن)].
• يتم تشكيل الحديد بشكل مثالي ، في درجات الحرارة العادية والمرتفعة. يلائم الحديد الزهر والصلب أنفسهم للصب.
• لا يمكن تسمية مادة خاملة بيولوجيا. ومع ذلك ، فإن سميته منخفضة للغاية. ومع ذلك ، فإن هذا لا يرجع إلى نشاط العنصر ، ولكن إلى عدم 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 ينتج عن نفاياتها ، حيث يصدأ الحديد بسرعة إلى حد ما ، ونفايات الإنتاج - الخبث والغازات المنبعثة.

إنتاج

الحديد هو أحد العناصر الأكثر شيوعًا ، لذا فهو لا يتطلب نفقات كبيرة. يتم تطوير الودائع من خلال طرق التعدين والحفرة المفتوحة. في الواقع ، تحتوي جميع خامات الجبال على الحديد ، ولكن فقط تلك التي تكون نسبة المعدن فيها كبيرة بما يكفي يتم استخراجها. هذه خامات غنية - خام الحديد الأحمر والمغناطيسي والبني بمحتوى حديد يصل إلى 74٪ ، وخامات ذات درجة متوسطة - ماركاسيت ، على سبيل المثال ، وخامات فقيرة بمحتوى حديد بنسبة 26٪ على الأقل - سيديريت.

يتم إرسال الخام الغني على الفور إلى المصنع. يتم إثراء السلالات المتوسطة والمنخفضة الدرجة.

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

للحصول على الفولاذ ، يستخدم الحديد الزهر الأبيض عادةً - حيث يتم ربط الكربون بمركب كيميائي بالحديد. هناك ثلاث طرق شائعة:

• موقد مفتوح - يتم صهر الحديد الزهر المصهور مع إضافة الخام والخردة عند 2000 درجة مئوية لتقليل محتوى الكربون. تضاف المكونات الإضافية ، إن وجدت ، في نهاية الذوبان. وبالتالي ، يتم الحصول على أعلى جودة من الفولاذ.
• محول الأكسجين هو وسيلة أكثر إنتاجية. في الفرن ، يتم نفخ سمك الحديد الزهر بالهواء تحت ضغط 26 كجم / متر مربع. see يمكن استخدام خليط من الأكسجين مع الهواء أو الأكسجين النقي لتحسين خصائص الفولاذ ؛
• الصهر الكهربائي - غالبًا ما يستخدم للحصول على سبائك فولاذية خاصة. يتم حرق الحديد الزهر في فرن كهربائي عند درجة حرارة 2200 درجة مئوية.

يمكن أيضًا الحصول على الفولاذ بطريقة مباشرة. للقيام بذلك ، يتم تحميل الكريات التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد في فرن العمود وتطهيرها بالهيدروجين عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية. هذا الأخير يقلل الحديد من الأكسيد دون خطوات وسيطة.

نظرًا لخصائص المعادن الحديدية ، يتم بيع خام المعادن المحتوي على محتوى معين من الحديد أو المنتجات النهائية - الحديد الزهر والصلب والفريت. سعرها مختلف جدا. متوسط ​​تكلفة خام الحديد في عام 2016 - غني ، بمحتوى عنصر أكثر من 60 ٪ ، هو 50 دولارًا للطن.

تعتمد تكلفة الصلب على العديد من العوامل ، مما يجعل أحيانًا صعود وهبوط الأسعار غير متوقع تمامًا. في خريف عام 2016 ، ارتفعت تكلفة حديد التسليح والحديد المدرفل على البارد والساخن بشكل حاد بسبب الارتفاع الحاد في أسعار فحم الكوك ، وهو مشارك لا غنى عنه في عملية الصهر. في نوفمبر ، تقدم الشركات الأوروبية لفائف الصلب المدرفلة على الساخن بسعر 500 يورو للطن.

منطقة التطبيق

نطاق استخدام سبائك الحديد والحديد ضخم. من الأسهل تحديد مكان عدم استخدام المعدن.

• البناء - بناء جميع أنواع الإطارات ، من الإطار الداعم للجسر ، إلى صندوق الموقد المزخرف في الشقة ، لا يمكن الاستغناء عن الفولاذ من درجات مختلفة. التركيبات ، والقضبان ، والحزم I ، والقنوات ، والزوايا ، والأنابيب: يتم استخدام جميع المنتجات عالية الجودة وذات الشكل على الإطلاق في البناء. الأمر نفسه ينطبق على الصفائح المعدنية: السقف مصنوع منها وهكذا.
• الهندسة الميكانيكية - من حيث القوة ومقاومة التآكل مع الفولاذ ، هناك القليل جدًا الذي يمكن مقارنته ، لذا فإن أجزاء جسم الغالبية العظمى من الآلات مصنوعة من الفولاذ. خاصة في الحالات التي يجب أن تعمل فيها المعدات في درجات حرارة وضغوط عالية.
• الأدوات - بمساعدة عناصر السبائك والصلابة ، يمكن إعطاء المعدن صلابة وقوة قريبة من الماس. الفولاذ عالي السرعة هو العمود الفقري لجميع أدوات التصنيع.
• في الهندسة الكهربائية ، يكون استخدام الحديد أكثر محدودية ، على وجه التحديد لأن الشوائب تضعف بشكل كبير خصائصه الكهربائية ، وهي صغيرة بالفعل. لكن المعدن لا غنى عنه في إنتاج الأجزاء المغناطيسية للمعدات الكهربائية.
• خطوط الأنابيب - الاتصالات من أي نوع وأنواع مصنوعة من الفولاذ والحديد الزهر: التدفئة وخطوط أنابيب المياه وخطوط أنابيب الغاز ، بما في ذلك خطوط الأنابيب الرئيسية وأغلفة كابلات الطاقة وأنابيب النفط وما إلى ذلك. فقط الفولاذ قادر على تحمل مثل هذه الأحمال الهائلة والضغط الداخلي.
• الاستخدام المنزلي - يستخدم الفولاذ في كل شيء بدءًا من التركيبات وأدوات المائدة وحتى الأبواب والأقفال الحديدية. قوة المعدن ومقاومة التآكل تجعله لا يمكن الاستغناء عنه.

يجمع الحديد وسبائكه بين القوة والمتانة ومقاومة التآكل. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر تصنيع المعدن رخيصًا نسبيًا ، مما يجعله مادة لا غنى عنها للاقتصاد الحديث.

سيخبرك هذا الفيديو عن سبائك الحديد مع معادن غير حديدية ومعادن حديدية ثقيلة:

أهداف الدرس:

• لتكوين فكرة عن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للحديد ، اعتمادًا على درجة الأكسدة التي تظهرها وطبيعة العامل المؤكسد ؛
• لتطوير التفكير النظري للطلاب وقدرتهم على التنبؤ بخصائص مادة ما ، بناءً على معرفة هيكلها ؛
• لتطوير التفكير المفاهيمي لعمليات مثل التحليل والمقارنة والتعميم والتنظيم ؛
• تطوير صفات التفكير مثل الموضوعية والإيجاز والوضوح وضبط النفس والنشاط.

أهداف الدرس:

• لتحديث معرفة الطلاب حول موضوع: "بنية الذرة" ؛
• تنظيم العمل الجماعي للطلاب من صياغة المهمة التعليمية إلى النتيجة النهائية (رسم مخطط مرجعي للدرس) ؛
• تلخيص المادة حول موضوع: "المعادن" والنظر في خصائص الحديد وتطبيقه ؛
• تنظيم عمل بحثي مستقل في أزواج لدراسة الخصائص الكيميائية للحديد ؛
• تنظيم التحكم المتبادل للطلاب في الدرس.

نوع الدرس:تعلم مواد جديدة.

الكواشف والمعدات:

• الحديد (مسحوق ، لوحة ، مشبك ورق) ،
• كبريت ،
• حامض الهيدروكلوريك،
• كبريتات النحاس (II) ،
• شعرية بلورية من الحديد ،
• ملصقات للعبة
• مغناطيس،
• مجموعة مختارة من الرسوم التوضيحية حول الموضوع ،
• أنابيب الإختبار،
• مصباح الروح،
• اعواد الكبريت،
• ملعقة لحرق المواد القابلة للاشتعال ،
• الخرائط الجغرافية.

هيكل الدرس

1. جزء تمهيدي.
2. تعلم مواد جديدة.
3. رسالة الواجب المنزلي.
4. توحيد المادة المدروسة.

خلال الفصول

1. جزء تمهيدي

تنظيم الوقت.

التحقق من وجود الطلاب.

رسالة موضوع الدرس. كتابة الموضوع على السبورة وفي دفاتر الطالب.

2. تعلم مواد جديدة

- كيف تعتقد أن موضوع درسنا اليوم سيبدو؟

1. ظهور الحديدفي الحضارة البشرية كانت بداية العصر الحديدي.

من أين حصل القدماء على الحديد في وقت لم يعرفوا بعد كيفية استخراجه من الركاز؟ الحديد ، المترجم من اللغة السومرية ، معدن "سقط من السماء أيها السماوي". كان أول الحديد الذي واجهته البشرية هو الحديد المصنوع من النيازك. لأول مرة أثبت أن "حجارة حديدية تتساقط من السماء" عام 1775 قام العالم الروسي ب. القصر ، الذي جلب إلى سانت بطرسبرغ كتلة من نيزك الحديد الأصلي وزنها 600 كجم. أكبر نيزك حديدي هو نيزك "جوبا" الذي اكتشف في عام 1920 في جنوب غرب إفريقيا ووزنه حوالي 60 طناً ، لنتذكر مقبرة توت عنخ آمون: ذهب ، ذهب. العمل الرائع يبهج ، اللمعان يبهر العيون. ولكن إليكم ما كتبه ك. كرام في كتاب "الآلهة والمقابر والعلماء" عن التميمة الحديدية الصغيرة لتوت عنخ آمون: من تاريخ الثقافة ". تم العثور على عدد قليل من العناصر الحديدية في قبر الفرعون ، من بينها التميمة الحديدية للإله حورس ، وخنجر صغير بشفرة حديدية ومقبض ذهبي ، ومقعد حديدي صغير "أورس".

يقترح العلماء أن بلدان آسيا الصغرى ، حيث تعيش القبائل الحثية ، هي مسقط رأس علم المعادن الحديدية. جاء الحديد إلى أوروبا من آسيا الصغرى بالفعل في الألفية الأولى قبل الميلاد ؛ هكذا بدأ العصر الحديدي في أوروبا.

صُنع الفولاذ الدمشقي الشهير (أو الصلب الدمشقي) في الشرق حتى في زمن أرسطو (القرن الرابع قبل الميلاد). لكن تقنية تصنيعها ظلت سرية لعدة قرون.

حلمت بحزن مختلف
حول الصلب دمشق الرمادي.
رأيت الفولاذ يتشدد
كما من صغار عبيد واحد
اختاروا ، أطعموه ،
حتى يكتسب لحم قوته.
في انتظار تاريخ الاستحقاق
ثم نصل أحمر حار
لقد انغمسوا في اللحم العضلي ،
أخرجوا النصل النهائي.
أقوى من الفولاذ لم أر الشرق
أقوى من الصلب ومر من الحزن.

نظرًا لأن الصلب الدمشقي عبارة عن فولاذ يتمتع بصلابة ومرونة عالية جدًا ، فإن المنتجات المصنوعة منه لديها القدرة على عدم البهتان ، حيث يتم شحذها بشكل حاد. قام عالم المعادن الروسي P.P. أنوسوف. قام ببطء شديد بتبريد الفولاذ الساخن في محلول خاص من الزيت التقني المسخن إلى درجة حرارة معينة ؛ أثناء عملية التبريد ، تم تزوير الفولاذ.

(عرض للرسومات.)

الحديد - معدن رمادي فضي	الحديد - معدن رمادي فضي
هذه المسامير مصنوعة من الحديد	يستخدم الفولاذ في صناعة السيارات
يستخدم الفولاذ في صناعة الأدوات الطبية	يستخدم الفولاذ في صناعة القاطرات
	تتآكل جميع المعادن
تتآكل جميع المعادن

2. موقف الحديد في بسكيم.

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 من البلاستيك للغاية ، وبالتالي يمكن معالجته بسهولة ، وتزويره ، ودحرجته ، وختمه. يمتلك الحديد القدرة على المغنطة وإزالة المغناطيسية ، لذلك يتم استخدامه كنواة للمغناطيسات الكهربائية في مختلف الآلات والأجهزة الكهربائية. يمكن إعطاؤه قوة وصلابة أكبر بالطرق الحرارية والميكانيكية ، على سبيل المثال ، عن طريق التبريد والدرفلة.

يميز بين الحديد النقي كيميائياً والحديد النقي تقنياً. الحديد النقي من الناحية الفنية ، في الواقع ، هو فولاذ منخفض الكربون ، ويحتوي على 0.02-0.04٪ كربون ، وأكسجين ، وكبريت ، ونيتروجين وفوسفور - حتى أقل. يحتوي الحديد النقي كيميائياً على أقل من 0.01٪ شوائب. حديد نقي كيميائيا -معدن لامع رمادي فضي يشبه إلى حد بعيد البلاتين في المظهر. الحديد النقي كيميائيًا مقاوم للتآكل (تذكر ، ما هو التآكل؟ مظاهرة تآكل الأظافر) ويقاوم الأحماض جيدًا. ومع ذلك ، فإن نسب ضئيلة من الشوائب تحرمها من هذه الخصائص الثمينة.

4. الخواص الكيميائية للحديد.

بناءً على معرفتك بالخصائص الكيميائية للمعادن ، ما الخصائص الكيميائية التي تعتقد أن الحديد سيحتوي عليها؟

مظاهرة للتجارب.

• 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 أكثر العناصر وفرة في الطبيعة. في القشرة الأرضية ، نسبة كتلتها 5.1٪ ، وفقًا لهذا المؤشر ، فهي تأتي في المرتبة الثانية بعد الأكسجين والسيليكون والألمنيوم. يوجد الكثير من الحديد أيضًا في الأجرام السماوية ، والذي تم إنشاؤه عن طريق التحليل الطيفي. في عينات التربة القمرية التي تم تسليمها بواسطة المحطة الأوتوماتيكية "لونا" ، تم العثور على الحديد في حالة غير مؤكسدة.

خامات الحديد منتشرة على نطاق واسع على الأرض. أسماء الجبال في جبال الأورال تتحدث عن نفسها: عالية ، مغناطيسية ، حديدية. يجد الكيميائيون الزراعيون مركبات الحديد في التربة.

- في شكل أي مركبات يتواجد الحديد في الطبيعة؟

يوجد الحديد في معظم الصخور. للحصول على الحديد ، يتم استخدام خامات الحديد التي تحتوي على نسبة 30-70 ٪ أو أكثر. خامات الحديد الرئيسية هي: المغنتيت - Fe 3 O 4 يحتوي على 72٪ حديد ، توجد رواسب في جنوب الأورال ، شذوذ مغناطيسي كورسك ؛ الهيماتيت - يحتوي Fe 2 O 3 على ما يصل إلى 65 ٪ من الحديد ، وتوجد هذه الرواسب في منطقة Krivoy Rog ؛ الليمونيت - يحتوي Fe 2 O 3 * nH 2 O على ما يصل إلى 60 ٪ من الحديد ، وتوجد رواسب في شبه جزيرة القرم ؛ البيريت - يحتوي FeS 2 على حوالي 47 ٪ من الحديد ، وتوجد رواسب في جبال الأورال. (العمل مع الخرائط الكنتورية).

- ما هو دور الحديد في حياة الإنسان والنبات؟

اكتشف علماء الكيمياء الحيوية الدور المهم للحديد في حياة النباتات والحيوانات والبشر. كجزء من مركب عضوي شديد التعقيد 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٪ منها جزء من الهيموجلوبين. يتمثل الدور الرئيسي للهيموجلوبين في نقل الأكسجين من الرئتين إلى الأنسجة ، وفي الاتجاه المعاكس - ثاني أكسيد الكربون.

تحتاج النباتات أيضًا إلى الحديد. إنه جزء من السيتوبلازم ويشارك في عملية التمثيل الضوئي. النباتات المزروعة على ركيزة خالية من الحديد لها أوراق بيضاء. إضافة صغيرة من الحديد إلى الركيزة - وتتحول إلى اللون الأخضر. علاوة على ذلك ، يجدر تلطيخ ورقة بيضاء بمحلول ملح يحتوي على الحديد ، وسرعان ما تتحول المنطقة الملطخة إلى اللون الأخضر.

لذلك من نفس السبب - وجود الحديد في العصائر والأنسجة - تتحول أوراق النباتات إلى اللون الأخضر بمرح ويتحول لون خدود الشخص إلى اللون الأحمر الزاهي.

حوالي 90٪ من المعادن التي يستخدمها البشر هي سبائك أساسها الحديد. هناك الكثير من الحديد المصهور في العالم ، أكثر من الألمنيوم بحوالي 50 مرة ، ناهيك عن المعادن الأخرى. سبائك الحديد متعددة الاستخدامات ومتقدمة تقنيًا ومتوفرة ورخيصة الثمن. سيبقى الحديد أساس الحضارة لفترة طويلة قادمة.

3. نشر الأشياء في المنزل

14 ، تمرين. № 6 ، 8 ، 9 (وفقًا لمصنف الكتاب المدرسي O.S. Gabrielyan "Chemistry 9" ، 2003).

4. توحيد المواد المدروسة

1. باستخدام الدائرة المرجعية المكتوبة على السبورة ، استنتج: ما هو الحديد وما خصائصه؟
2. إملاء رسومي (تحضير الأوراق مسبقًا بخط مرسوم ، مقسم إلى 8 أجزاء ومرقمة وفقًا لأسئلة الإملاء. حدد رقم الموضع ، الذي يعتبر صحيحًا ، باستخدام الكوخ "^" على المقطع).

الخيار 1.

1. الحديد معدن قلوي نشط.
2. الحديد سهل التشكيل.
3. الحديد جزء من سبيكة من البرونز.
4. عند مستوى الطاقة الخارجية لذرة الحديد ، يوجد إلكترونان.
5. يتفاعل الحديد مع الأحماض المخففة.
6. تشكل هاليدات مع هالوجينات مع حالة أكسدة +2.
7. لا يتفاعل الحديد مع الأكسجين.
8. يمكن الحصول على الحديد عن طريق التحليل الكهربائي لذوبان الملح.

الخيار 2.

1. الحديد معدن أبيض فضي.
2. لا يمتلك الحديد القدرة على أن يكون ممغنطًا.
3. تظهر ذرات الحديد خصائص مؤكسدة.
4. على مستوى الطاقة الخارجية لذرة الحديد ، يوجد إلكترون واحد.
5. يزيح الحديد النحاس من محاليل أملاحه.
6. يشكل مركبات بهالوجينات بحالة الأكسدة +3.
7. تشكل كبريتات الحديد (III) بمحلول حامض الكبريتيك.
8. الحديد لا يتآكل.

بعد الانتهاء من المهمة ، يقوم الطلاب بتغيير عملهم والتحقق منها (يتم نشر إجابات الأعمال على السبورة ، أو عرضها من خلال جهاز عرض).

معايير الدرجة:

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

كتب مستخدمة

1. غابريليان أو إس. كيمياء الصف 9. - م: بوستارد ، 2001.
2. غابريليان أو إس. كتاب للمعلم. - م: بوستارد ، 2002.
3. غابريليان أو إس. كيمياء الصف 9. دفتر العمل. - م: بوستارد ، 2003.
4. صناعة التعليم. ملخص المقالات. العدد 3. - م: MGIU ، 2002.
5. Malyshkina V. كيمياء مسلية. - سانت بطرسبرغ ، "Trigon" ، 2001.
6. مواد منهجية البرنامج. الكيمياء للصفوف 8-11. - م: بوستارد ، 2001.
7. Stepin B.D. ، Alikberova L.Yu. كتاب الكيمياء للقراءة في المنزل. - م: الكيمياء ، 1995.
8. أنا ذاهب إلى درس الكيمياء. كتاب للمعلم. - م: "الأول من سبتمبر" 2000.

التطبيقات

هل تعرف أن؟

حديد - من أهم مقومات الحياة. يحتوي الدم على الحديد ، وهذا هو الذي يحدد لون الدم ، وكذلك خاصيته الرئيسية - القدرة على الارتباط بالأكسجين وإطلاقه. هذه القدرة يمتلكها مركب معقد - الهيم - وهو جزء لا يتجزأ من جزيء الهيموجلوبين. بالإضافة إلى الهيموجلوبين ، يحتوي جسمنا أيضًا على الحديد في الميوجلوبين ، وهو بروتين يخزن الأكسجين في العضلات. هناك أيضًا إنزيمات تحتوي على الحديد.

يوجد بالقرب من مدينة دلهي في الهند عمود حديدي بدون أدنى ذرة من الصدأ ، على الرغم من أن عمره يقارب 2800 عام. هذا عمود كوتوبسكايا الشهير يبلغ ارتفاعه حوالي سبعة أمتار ويزن 6.5 أطنان ، وتشير الكتابة الموجودة على العمود إلى أنه تم تشييده في القرن التاسع. قبل الميلاد NS. صدأ الحديد - تكوين ميتاهيدروكسيد الحديد - يرتبط بتفاعله مع الرطوبة والأكسجين في الهواء.

ومع ذلك ، فإن هذا التفاعل لا يستمر في حالة عدم وجود شوائب مختلفة في الحديد ، وقبل كل شيء الكربون والسيليكون والكبريت. العمود مصنوع من معدن نقي جدا: كان الحديد في العمود 99.72٪. هذا ما يفسر متانته ومقاومته للتآكل.

في عام 1934 ، ظهر مقال بعنوان "تحسين الحديد والصلب عن طريق ... الصدأ في الأرض" في "مجلة التعدين". طريقة تحويل الحديد إلى صلب من خلال الصدأ في الأرض معروفة للناس منذ العصور القديمة. على سبيل المثال ، قام الشركس في القوقاز بدفن قطعة حديد في الأرض ، وبعد أن حفروها بعد 10-15 سنة ، قاموا بتزوير سيوفهم منها ، والتي يمكن أن تقطع حتى برميل البندقية ، والدرع ، وعظام العدو.

الهيماتيت

الهيماتيت ، أو خام الحديد الأحمر - الخام الرئيسي للمعدن الرئيسي في عصرنا - الحديد. يصل محتوى الحديد فيه إلى 70٪. الهيماتيت معروف منذ فترة طويلة. في بابل ومصر القديمة ، تم استخدامه في المجوهرات ، لصنع الأختام ، إلى جانب العقيق الأبيض ، كان بمثابة مادة مفضلة كحجر منحوت. كان الإسكندر الأكبر يمتلك خاتمًا به إدراج من الهيماتيت ، والذي يعتقد أنه جعله محصنًا في المعركة. في العصور القديمة وفي العصور الوسطى ، عُرف الهيماتيت بأنه دواء يوقف الدم. تم استخدام مسحوق هذا المعدن منذ العصور القديمة للعناصر الذهبية والفضية.

يأتي اسم المعدن من اليونانية التفاصيل- الدم المرتبط بلون الكرز أو الشمع الأحمر لمسحوق هذا المعدن.

من السمات المهمة لهذا المعدن القدرة على تخزين اللون بشكل مستمر ونقله إلى معادن أخرى ، والتي تحتوي على الأقل على خليط صغير من الهيماتيت. اللون الوردي لأعمدة كاتدرائية القديس إسحاق هو لون الفلسبار ، والذي بدوره مطلي بهيماتيت مشتت بدقة. أنماط رائعة من اليشب المستخدمة في زخرفة محطات المترو في العاصمة ، والعقيق البرتقالي والوردي في شبه جزيرة القرم ، والطبقات البينية من المرجان الأحمر من السيلفين والكرناليت في طبقات الملح - كلها تدين بألوانها للهيماتيت.

منذ العصور القديمة ، تم صنع الطلاء الأحمر من الهيماتيت. جميع اللوحات الجدارية الشهيرة التي تم صنعها منذ 15 إلى 20 ألف عام - البيسون الرائع لكهف التامير والماموث من كهف كيب الشهير - مصنوعة من أكاسيد الحديد البني وهيدروكسيدات.

المغنتيت

المغنتيت ، أو خام الحديد المغناطيسي - معدن يحتوي على 72٪ حديد. إنه أغنى خام الحديد. اللافت في هذا المعدن هو مغناطيسيته الطبيعية - الخاصية التي تم اكتشافها بفضلها.

كما ذكر العالم الروماني بليني ، تم تسمية أكسيد الحديد الأسود على اسم الراعي اليوناني ماغنس. قطيع ماغنيس بالقرب من التل فوق النهر. الهندوس في ثيساليا. وفجأة ، تم سحب العصا ذات الرؤوس الحديدية والصنادل المبطنة بالمسامير باتجاه نفسها من قبل الجبل ، المكون من حجر رمادي صلب. المغنتيت المعدني ، بدوره ، أعطى الاسم للمغناطيس ، المجال المغناطيسي وكامل ظاهرة المغناطيسية الغامضة ، والتي تمت دراستها عن كثب من وقت أرسطو حتى يومنا هذا.

لا تزال الخصائص المغناطيسية لهذا المعدن تستخدم حتى اليوم ، 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 بحجم تفاحة من أكسيد الحديد الأسود تزن 1.5 كجم.

في العصور القديمة ، كان المغنتيت يتمتع بجميع أنواع الخصائص العلاجية والقدرة على عمل المعجزات. تم استخدامه لاستخراج المعادن في حالة الجروح ، واحتفظ إيفان الرهيب من بين كنوزه ، إلى جانب الحجارة الأخرى ، ببلوراته غير الملحوظة.

البيريت معدن مثل النار

البيريت - أحد تلك المعادن ، الذي تريد أن تصيح به: "هل هو كذلك حقًا؟" من الصعب تصديق أن أعلى فئة من التقطيع والتلميع ، والتي تذهلنا في المنتجات التي من صنع الإنسان ، في بلورات البيريت ، هي هدية سخية من الطبيعة.

اشتق اسم البايرايت من الكلمة اليونانية "pyros" - النار ، والتي ترتبط بقدرتها على الشرارة عند اصطدامها بأجسام فولاذية. يضرب هذا المعدن الجميل بلونه الذهبي ، ولمعانه اللامع على الحواف الصافية دائمًا تقريبًا. نظرًا لخصائصه ، فقد عُرف البيريت منذ العصور القديمة ، وخلال أوبئة اندفاع الذهب ، يتألق البيريت في وريد الكوارتز أكثر من رأس ساخن. حتى الآن ، غالبًا ما يخطئ عشاق الأحجار المبتدئين في استخدام البايريت على أنه ذهب.

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

حديد، الحديد ، العنصر الكيميائي ، الوزن الذري 55.84 ، الرقم التسلسلي 26 ؛ تقع في المجموعة الثامنة من الجدول الدوري في نفس الصف مع الكوبالت والنيكل ، نقطة الانصهار - 1529 درجة مئوية ، نقطة الغليان - 2450 درجة مئوية ؛ في الحالة الصلبة يكون لونه فضي مزرق. يوجد الحديد الحر فقط في النيازك ، والتي تحتوي على شوائب من Ni و P و C وعناصر أخرى. في الطبيعة ، تنتشر مركبات الحديد في كل مكان (التربة ، المعادن ، الهيموغلوبين الحيواني ، الكلوروفيل النباتي) ، الفصل. arr. على شكل أكاسيد وأكاسيد هيدرات ومركبات كبريتية وكذلك كربونات الحديد التي تتكون منها معظم خامات الحديد.

يتم الحصول على الحديد النقي كيميائيًا عن طريق تسخين الحديد الأكسالي ، وعند درجة حرارة 440 درجة مئوية ، في البداية ، يتم الحصول على مسحوق غير لامع من أكسيد الحديد ، والذي له القدرة على الاشتعال في الهواء (ما يسمى بالحديد التلقائي الاشتعال) ؛ مع الاختزال اللاحق لأكسيد النيتروز ، يكتسب المسحوق الناتج لونًا رماديًا ويفقد خصائصه التلقائية الاشتعال ، ويمر إلى الحديد المعدني. عندما يتم تقليل أكسيد الحديد عند 700 درجة مئوية ، يتم إطلاق الحديد على شكل بلورات صغيرة ، والتي يتم دمجها بعد ذلك في فراغ. هناك طريقة أخرى للحصول على حديد نقي كيميائيًا تتمثل في التحليل الكهربائي لمحلول أملاح الحديد ، على سبيل المثال FeSO 4 أو FeCl 3 ممزوجًا مع MgSO 4 أو CaCl 2 أو NH 4 Cl (عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية). ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يحتوي الحديد على كمية كبيرة من الهيدروجين الإلكتروليتي ، مما يجعله صعبًا. عند المكلس إلى 700 درجة مئوية ، يتم إطلاق الهيدروجين ، ويصبح الحديد ناعمًا ويتم تقطيعه بسكين ، مثل الرصاص (صلابة على مقياس موس - 4.5). يمكن الحصول على حديد نقي جدًا بطريقة الألمنيوم من أكسيد الحديد النقي. (انظر Aluminothermy). بلورات الحديد جيدة التكوين نادرة. تتشكل بلورات ثماني السطوح أحيانًا في تجاويف القطع الكبيرة من الحديد الزهر. تتمثل الخاصية المميزة للحديد في تليينه وليونته وقابليته للتطويع عند درجة حرارة أقل بكثير من نقطة الانصهار. عندما يعمل حمض النيتريك القوي (الذي لا يحتوي على أكاسيد نيتروجين منخفضة) على الحديد ، يصبح الحديد مغطى بأكاسيد ويصبح غير قابل للذوبان في حمض النيتريك.

مركبات الحديد

يتحد بسهولة مع الأكسجين ، ويشكل الحديد عدة أكاسيد: FeO - أكسيد الحديدوز ، Fe 2 O 3 - أكسيد الحديد ، FeO 3 - أنهيدريد حمض الحديديك و FeO 4 - أنهيدريد حمض سوبرايرون. بالإضافة إلى ذلك ، يشكل الحديد أيضًا أكسيدًا من النوع المختلط Fe 3 O 4 - أكسيد أكسيد الحديد ، ما يسمى. مقياس الحديد. ومع ذلك ، في الهواء الجاف ، لا يتأكسد الحديد ؛ الصدأ هو أكسيد الحديد المائي الذي يتكون بمشاركة رطوبة الهواء وثاني أكسيد الكربون. أكسيد الحديدوز FeO يتوافق مع الهيدرات Fe (OH) 2 وعدد من الأملاح الحديدية ، التي يمكن أن تتحول أثناء الأكسدة إلى أملاح أكسيد الحديدوز ، Fe 2 O 3 ، حيث يظهر الحديد نفسه كعنصر ثلاثي التكافؤ ؛ في الهواء ، تتأكسد هيدرات أكسيد الحديدوز ، والتي لها خصائص اختزال قوية ، بسهولة لتكوين هيدرات أكسيد الحديدوز. هيدرات أكسيد الحديدوز قابلة للذوبان بشكل طفيف في الماء ، وهذا المحلول له تفاعل قلوي واضح ، مما يشير إلى الطبيعة الأساسية للحديد الحديدية. تم العثور على أكسيد الحديد في الطبيعة (انظر. الرصاص الأحمر) ، ولكن بشكل مصطنع م. يتم الحصول عليها على شكل مسحوق أحمر عن طريق تكليس مسحوق الحديد وعن طريق تكليس البيريت للحصول على ثاني أكسيد الكبريت. أكسيد الحديد اللامائي ، Fe 2 O 3 ، m. ب. تم الحصول عليها في تعديلين ، ويحدث انتقال أحدهما إلى الآخر عند التسخين ويرافقه إطلاق كبير للحرارة (التسخين الذاتي). عندما يتكلس بشدة ، يطلق Fe 2 O 3 الأكسجين ويتحول إلى أكسيد أكسيد مغناطيسي ، Fe 3 O 4. تحت تأثير القلويات على محاليل أملاح الحديد ، يترسب راسب من Fe 4 O 9 H 6 hydrate (2Fe 2 O 3 · 3H 2 O) ؛ عند الغليان بالماء ، يتشكل الهيدرات Fe 2 O 3 · H 2 O ، والذي يصعب إذابته في الأحماض. يتكون الحديد من مركبات مع الفلزات المختلفة: مع C ، P ، S ، مع الهالوجينات ، وكذلك مع المعادن ، على سبيل المثال ، مع Mn ، Cr ، W ، Cu ، إلخ.

تنقسم أملاح الحديد إلى حديدية - حديدية (أملاح حديدية) وأكسيد - حديد ثلاثي التكافؤ (أملاح حديدية).

أملاح حديدية . كلوريد الحديديك، FeCl 2 ، يتم الحصول عليها عن طريق عمل الكلور الجاف على الحديد ، في شكل أوراق عديمة اللون ؛ عندما يذوب الحديد في حمض الهيدروكلوريك ، يتم الحصول على كلوريد الحديديك في شكل هيدرات FeCl 2 · 4H 2 O ويستخدم في شكل محاليل مائية أو كحولية في الطب. يتم الحصول على يوديد الحديد ، FeJ 2 ، من الحديد واليود تحت الماء على شكل أوراق خضراء ويستخدم في الطب (Sirupus ferri jodati) ؛ مع مزيد من عمل اليود ، يتكون FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati).

كبريتات الحديدوز ، كبريتات الحديدوز، FeSO 4 · 7H 2 O (بلورات خضراء) يتكون في الطبيعة نتيجة لأكسدة البيريت والكبريت البيريت ؛ يتكون هذا الملح أيضًا كمنتج ثانوي في إنتاج الشب ؛ عند التجوية أو عند تسخينه إلى 300 درجة مئوية ، يتحول إلى ملح أبيض لا مائي - FeSO 4 ؛ تشكل أيضًا هيدرات مع جزيئات الماء 5 و 4 و 3 و 2 و 1 ؛ يذوب بسهولة في الماء البارد (في الماء الساخن حتى 300٪) ؛ يحتوي المحلول على تفاعل حمضي بسبب التحلل المائي ؛ يتأكسد في الهواء ، وخاصة بسهولة في وجود مادة مؤكسدة أخرى ، على سبيل المثال ، أملاح حمض الأكساليك ، والتي يشتمل عليها FeSO 4 في تفاعل أكسدة مترافق ، يغير لون KMnO 4 ؛ تستمر العملية وفقًا للمعادلة التالية:

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 2 + 8H 2 O.

لهذا الغرض ، ومع ذلك ، يتم استخدام ملح Mohr المزدوج (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O ، وهو أكثر ثباتًا في الهواء. يتم استخدام كبريتات الحديد في تحليل الغاز لتحديد أكسيد النيتروجين الممتص بواسطة محلول FeSO4 بتكوين لون بني داكن لمركب (FeNO) SO 4 ، وكذلك لإنتاج الحبر (مع أحماض التانيك) ، كمادة للصباغة ، لربط الغازات النتنة (H 2 S ، NH 3 ) في المراحيض ، إلخ.

تُستخدم أملاح نيتروز الحديد في التصوير الفوتوغرافي نظرًا لقدرتها على تقليل مركبات الفضة في صورة كامنة تم التقاطها على لوحة فوتوغرافية.

كربونات الحديد، FeCO 3 ، يحدث بشكل طبيعي في شكل السديريت أو الصاري الحديدي ؛ كربونات الحديد التي يتم الحصول عليها عن طريق ترسيب المحاليل المائية لأملاح الحديد الحديدية مع الكربونات تفقد بسهولة ثاني أكسيد الكربون وتتأكسد في الهواء إلى Fe 2 O 3.

بيكربونات الحديد، H 2 Fe (CO 3) 2 ، قابل للذوبان في الماء ويحدث بشكل طبيعي في مصادر حديدية ، والتي تتأكسد منها ، وتتحرر على سطح الأرض على شكل هيدرات أكسيد الحديد ، Fe (OH) 3 ، الذي يتحول إلى خام الحديد البني.

فوسفات الحديد، Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O ، راسب أبيض ؛ يحدث في الطبيعة ، ملون قليلاً ، بسبب أكسدة الحديد ، باللون الأزرق ، على شكل فيفيانيت.

أملاح أكسيد الحديد ... يتم الحصول على كلوريد الحديديك ، FeCl 3 (Fe 2 Cl 6) ، عن طريق عمل الكلور الزائد على الحديد في شكل صفائح حمراء سداسية ؛ كلوريد الحديديك ينتشر في الهواء. يتبلور من الماء على شكل FeCl 3 · 6H 2 O (بلورات صفراء) ؛ المحاليل حمضية أثناء غسيل الكلى ، يتحلل تدريجياً إلى النهاية تقريبًا بتكوين محلول غرواني من هيدرات Fe (OH) 3. يذوب FeCl 3 في الكحول وفي خليط من الكحول مع الأثير ، عند تسخينه ، يتحلل FeCl 3 · 6H 2 O إلى HCl و Fe 2 O 3 ؛ يتم استخدامه كعامل لاذع وكعامل مرقئ (Liquor ferri sesquichlorati).

كبريتات الحديد، Fe 2 (SO 4) 3 ، في الحالة اللامائية له لون مصفر ، يتحلل بقوة في محلول ؛ عندما يتم تسخين المحلول ، تترسب الأملاح الأساسية ؛ شب الحديد ، MFe (SO 4) 2 · 12H 2 O ، M - معدن قلوي أحادي التكافؤ ؛ شب الأمونيوم ، NH 4 Fe (SO 4) 2 12H 2 O. يتبلور بشكل أفضل على الإطلاق.

أكسيد FeO 3 هو أنهيدريد حمض الحديد ، وكذلك هيدرات هذا الأكسيد هو H 2 FeO 4 - حمض الحديد- في دولة حرة لا م ب. تم الحصول عليها بسبب هشاشتها الشديدة ؛ ولكن في المحاليل القلوية ، يمكن أن توجد أملاح حمض الحديد ، الحديد (على سبيل المثال ، K 2 FeO 4) ، التي تتشكل عند تسخين مسحوق الحديد بالنترات أو KClO 3. معروف أيضًا بملح الباريوم قليل الذوبان لحمض الحديد BaFeO 4 ؛ وبالتالي ، فإن حمض الحديد يشبه إلى حد بعيد أحماض الكبريتيك والكروم في بعض النواحي. في عام 1926 ، وصف الكيميائي في كييف جورالفيتش مركبات أكسيد الحديد الثماني التكافؤ - أنهيدريد فوق الغدد FeO 4 الناتج عن اندماج Fe 2 O 3 مع نترات أو ملح بيرثوليت على شكل ملح بوتاسيوم لحمض سوبرايرون K 2 FeO 5 ؛ FeO 4 مادة غازية لا تشكل حمض فوقييرون H 2 FeO 5 مع الماء ، ومع ذلك ، يمكن استخدامها. معزولة في حالة حرة عن طريق التحلل الحمضي لملح K 2 FeO 5. تم الحصول على ملح الباريوم BaFeO 5 · 7Н 2 ، وكذلك أملاح الكالسيوم والسترونتيوم بواسطة Goralevich على شكل بلورات بيضاء غير قابلة للتحلل تطلق الماء فقط عند 250-300 درجة مئوية وتتحول إلى اللون الأخضر في نفس الوقت.

يعطي الحديد مركبات: بالنيتروجين - نيتروجين الحديد(نيتريد) Fe 2 N عندما يتم تسخين مسحوق الحديد في تيار من NH 3 ، مع كربيد الكربون Fe 3 C عند تشبع الحديد بالفحم في فرن كهربائي. بالإضافة إلى ذلك ، تمت دراسة عدد من مركبات الحديد مع أول أكسيد الكربون - كاربونيل الحديد، على سبيل المثال ، pentacarbonyl Fe (CO) 5 - سائل ملون قليلاً بحوالي 102.9 درجة مئوية (عند 749 مم ، جاذبية نوعية 1.4937) ، ثم مادة صلبة برتقالية Fe 2 (CO) 9 ، غير قابلة للذوبان في الأثير والكلوروفورم ، مع جاذبية معينة 2.085.

لها أهمية كبيرة سيانيد الحديد... بالإضافة إلى السيانيد البسيط Fe (CN) 2 و Fe (CN) 3 ، يشكل الحديد عددًا من المركبات المعقدة مع أملاح السيانيد ، مثل أملاح حمض الفيروسيانيد H 4 Fe (CN) 6 وأملاح حمض الفيروسيانيد H 3 Fe (CN) 6 ، على سبيل المثال ، ملح الدم الأحمر ، والذي يدخل بدوره في تفاعلات التحلل التبادلي مع أملاح أكسيد الحديدوز والحديديك ، مكونًا مركبات زرقاء اللون - الأزرق البروسي والأزرق القطبي. عندما يتم استبدال مجموعة CN واحدة بمجموعات أحادية التكافؤ (NO ، NO 2 ، NH 3 ، SO 3 ، CO) في أملاح حمض التآزر الحديدية H 4 Fe (CN) 6 ، تتشكل أملاح Prusso ، على سبيل المثال ، نتروبروسيد الصوديوم (صوديوم تآزري مع نيترو-حديدوز) Na 2 2H 2 O ، تم الحصول عليه عن طريق تدخين HNO 3 على K 4 Fe (CN) 6 ، متبوعًا بالتعادل بالصودا ، في شكل بلورات ياقوتية حمراء مفصولة عن طريق التبلور من النترات تشكلت في نفس الوقت يتبلور حمض السيانيد النيترو-الحديد المقابل H 2 أيضًا في شكل بلورات حمراء داكنة. يستخدم نتروبروسيد الصوديوم ككاشف حساس لكبريتيد الهيدروجين ومعادن الكبريتيد ، حيث يعطي الدم الأحمر ، ثم يتحول إلى اللون الأزرق. عندما تعمل كبريتات النحاس على نيتروبروسيد الصوديوم ، يتشكل راسب أخضر شاحب ، غير قابل للذوبان في الماء والكحول ، والذي يستخدم لاختبار الزيوت الأساسية.

من الناحية التحليلية ، يتم الكشف عن الحديد من خلال عمل ملح الدم الأصفر على أملاحه ، في محلول قلوي. تشكل أملاح الحديديك رواسب زرقاء بروسية زرقاء. تشكل الأملاح الحديدية ترسبات زرقاء من تورنبول الأزرق عند تعرضها لملح الدم الأحمر. مع الأمونيوم ثيوسيانات NH 4 CNS ، تشكل أملاح الحديديك حديد رودان Fe (CNS) 3 القابل للذوبان في الماء مع تلوين أحمر الدم ؛ تشكل أملاح أكسيد الحديد حبرًا مع التانين. الأملاح النحاسية لحمض الحديدوز ، التي تستخدم (طريقة الأشعة فوق البنفسجية) في التصوير الفوتوغرافي الملون ، لها أيضًا لون مكثف. من مركبات الحديد المستخدمة في الطب ، بالإضافة إلى مركبات هاليد الحديد المذكورة أعلاه ، مهمة: الحديد المعدني (F. hydrogenio reductum) ، وحمض الستريك (F. pomatum) ، وألبومين الحديد (Liquor ferri albuminatum) ، والفيراتين هو مركب بروتيني يحتوي على 6 ٪ من الحديد ؛ الفراتوز - محلول الفراتين ، كارنيفرين - مركب من الحديد مع النوكلين (30٪ حديد) ؛ الفراتوجين من نواة الخميرة (1٪ حديد) ، الهيماتوجين - محلول 70٪ من الهيموجلوبين في الجلسرين ، الهيمول - الهيموجلوبين المختزل بغبار الزنك.

الخصائص الفيزيائية للحديد

تتقلب البيانات الرقمية المتوفرة في الأدبيات التي تميز الخصائص الفيزيائية المختلفة للحديد بسبب صعوبة الحصول على الحديد في حالة نقية كيميائيًا. لذلك ، الأكثر موثوقية هي البيانات التي تم الحصول عليها للحديد الإلكتروليتي ، حيث لا يتجاوز المحتوى الكلي للشوائب (C ، Si ، Mn ، S ، P) 0.01-0.03 ٪. البيانات الواردة أدناه في معظم الحالات تشير إلى مثل هذه الغدة. بالنسبة لها ، تبلغ درجة الانصهار 1528 درجة مئوية ± 3 درجات مئوية (Ruer and Klesper ، 1914) ، ونقطة الغليان هي ≈ 2450 درجة مئوية. في الحالة الصلبة ، يوجد الحديد في أربعة تعديلات مختلفة - α و و γ و ، والتي تم تحديد حدود درجة الحرارة التالية بدقة تامة:

يتم الكشف عن انتقال الحديد من تعديل إلى آخر على منحنيات التبريد والتسخين بنقاط حرجة ، والتي تم اعتماد التعيينات التالية لها:

هذه النقاط الحرجة موضحة في الشكل. 1 مع منحنيات التدفئة والتبريد التخطيطية. يعتبر وجود تعديلات δ- و γ- و α-Fe حاليًا أمرًا لا جدال فيه ، في حين أن الوجود المستقل لـ β-Fe متنازع عليه بسبب الاختلاف الحاد غير الكافي بين خصائصه وخصائص α-Fe. تتبلور جميع تعديلات الحديد في شكل مكعب ، مع α و و لها شبكة مكانية لمكعب مركزي ، و γ-Fe - مكعب ذو وجوه مركزية. تم الحصول على الخصائص البلورية الأكثر تميزًا لتعديلات الحديد على أطياف الأشعة السينية ، كما هو موضح في الشكل. 2 (Westgreen ، 1929). من أنماط حيود الأشعة السينية المذكورة أعلاه ، يتبع ذلك أنه بالنسبة إلى α- و β- و δ-Fe ، فإن خطوط طيف الأشعة السينية هي نفسها ؛ تتوافق مع شبكة المكعب المركزي مع المعلمات 2.87 و 2.90 و 2.93 Ȧ ، وبالنسبة إلى-Fe ، يتوافق الطيف مع شعرية المكعب ذي الوجوه والمعلمات المركزية 3.63-3.68 A.

تتراوح الثقل النوعي للحديد من 7.855 إلى 7.864 (Cross and Gill ، 1927). عند تسخينها ، تنخفض الثقل النوعي للحديد بسبب التمدد الحراري ، الذي تزداد معاملاته مع درجة الحرارة ، كما هو موضح في البيانات في الجدول. 1 (دريزن ، 1914).

يتم تفسير الانخفاض في معاملات التمدد في الفترات 20-800 درجة مئوية ، و 20-900 درجة مئوية ، و 700-800 درجة مئوية و 800-900 درجة مئوية من خلال حالات الشذوذ في التمدد عند المرور عبر النقطتين الحرجتين A C2 و A C3. يصاحب هذا الانتقال انكماش ، وهو واضح بشكل خاص عند النقطة A C3 ، كما هو موضح في منحنيات الضغط والتمدد في الشكل. 3. ترافق ذوبان الحديد مع توسعها بنسبة 4.4٪ (جوندا وإندا ، 1926). تعتبر السعة الحرارية للحديد مهمة جدًا مقارنة بالمعادن الأخرى ويتم التعبير عنها لنطاقات درجات حرارة مختلفة بالقيم من 0.11 إلى 0.20 كالوري ، كما توضح البيانات الواردة في الجدول 1. 2 (Obergoffer and Grosse ، 1927) ورسم منحنى على أساسها (الشكل 4).

في البيانات المقدمة ، تم الكشف عن تحولات А2 ، А3 ، А4 وذوبان الحديد بوضوح بحيث يتم حساب التأثيرات الحرارية بسهولة بالنسبة لهم: А 3 ... + 6.765 Сal ، А4 .. . + 2.531 Сal ، ذوبان الحديد ... - 64.38 Cal (حسب S. Umino ، 1926 ، - 69.20 Cal).

يتميز الحديد بموصلية حرارية أقل بحوالي 6-7 مرات من الفضة ، و 2 مرات أقل من الألومنيوم ؛ أي أن الموصلية الحرارية للحديد تساوي 0 درجة مئوية - 0.2070 ، عند 100 درجة مئوية - 0.1567 ، عند 200 درجة مئوية - 0.1357 وعند 275 درجة مئوية - 0.11120 كالوري / سم · ثانية · درجة مئوية. أكثر الخصائص المميزة للحديد هي المغناطيسية ، معبرًا عنها بعدد من الثوابت المغناطيسية التي تم الحصول عليها خلال دورة كاملة من مغنطة الحديد. يتم التعبير عن هذه الثوابت الخاصة بالحديد الإلكتروليتي بالقيم التالية في جاوس (Gumlich ، 1909 و 1918):

عند المرور عبر النقطة A c2 ، تختفي الخواص المغناطيسية الحديدية للحديد تقريبًا وتختفي m. وجدت فقط بقياسات مغناطيسية دقيقة للغاية. في الممارسة العملية ، تعتبر التعديلات β- و γ- و غير مغناطيسية. الموصلية الكهربائية للحديد عند 20 درجة مئوية تساوي R -1 شهر م / مم 2 (حيث R هي المقاومة الكهربائية للحديد ، تساوي 0.099 Ω مم 2 / م). معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية a0-100 ° x10 5 يتراوح من 560 إلى 660 حيث

العمل على البارد (الدرفلة ، والتزوير ، والتطريز ، والختم) له تأثير ملحوظ للغاية على الخصائص الفيزيائية للحديد. لذلك ، يتم التعبير عن التغير في النسبة المئوية أثناء الدرفلة على البارد بالأرقام التالية (Gerens ، 1911): الجهد القسري + 323٪ ، التباطؤ المغناطيسي + 222٪ ، المقاومة الكهربائية + 2٪ ، الثقل النوعي - 1٪ ، النفاذية المغناطيسية - 65٪. يوضح الظرف الأخير تلك التقلبات الكبيرة في الخصائص الفيزيائية التي لوحظت في باحثين مختلفين: غالبًا ما يضاف تأثير الشوائب إلى تأثير المعالجة الميكانيكية الباردة.

لا يُعرف سوى القليل جدًا عن الخصائص الميكانيكية للحديد النقي. تم الكشف عن سبائك الحديد الالكتروليتي في الفراغ: مقاومة الشد القصوى 25 كجم / مم 2 ، الاستطالة - 60٪ ، ضغط المقطع العرضي - 85٪ ، صلابة برينل - من 60 إلى 70.

يعتمد هيكل الحديد على محتوى الشوائب فيه (وإن كان بكميات ضئيلة) والمعالجة المسبقة للمادة. تتكون البنية المجهرية للحديد ، مثل المعادن النقية الأخرى ، من حبيبات خشنة (بلورات) ، تسمى هنا الفريت

يعتمد حجم وحدّة الخطوط العريضة على الفصل. arr. على معدل تبريد الحديد: كلما كان الأخير أصغر ، كانت الحبوب أكثر تطورًا ، وكلما كانت ملامحها أكثر حدة. من السطح ، غالبًا ما يتم تلوين الحبيبات بشكل مختلف بسبب علم البلورات غير المتكافئ ، واتجاهها وعمل النقش غير المتكافئ للكواشف في اتجاهات مختلفة في البلورة. في كثير من الأحيان ، يتم استطالة الحبوب في اتجاه واحد نتيجة للمعالجة الميكانيكية. إذا تمت المعالجة في درجات حرارة منخفضة ، فإن خطوط القص (خطوط نيومان) تظهر على سطح الحبيبات ، نتيجة لانزلاق الأجزاء الفردية من البلورات على طول مستويات الانقسام. هذه الخطوط هي إحدى علامات تصلب العمل وتلك التغييرات في الخصائص التي تم ذكرها أعلاه.

الحديد في علم المعادن

مصطلح الحديد في علم المعادن الحديث مخصص فقط للحديد المطاوع ، أي منتج منخفض الكربون يتم الحصول عليه في حالة عجينة عند درجة حرارة لا تكفي لصهر الحديد ، ولكنه مرتفع بدرجة كافية بحيث تلتحم جزيئاته الفردية جيدًا معًا ، مما يعطي نعومة متجانسة المنتج بعد تزوير.لا يأخذ تصلب. يتم الحصول على الحديد (بالمعنى المحدد للكلمة): 1) مباشرة من الخام في حالة عجينة من خلال عملية النفخ الخام ؛ 2) بنفس الطريقة ، ولكن عند درجة حرارة منخفضة ، لا يكفي لحام جزيئات الحديد ؛ 3) إعادة توزيع الحديد الزهر من خلال عملية حرجة ؛ 4) إعادة توزيع الحديد الزهر عن طريق البرك.

1) عملية نفخ الجبن في الوقت الحاضر. الوقت يستخدم فقط من قبل الشعوب غير المثقفة وفي المناطق التي لا يمكن فيها اختراق الحديد الأمريكي أو الأوروبي ، الذي تم الحصول عليه بالطرق الحديثة (بسبب عدم وجود طرق اتصال ملائمة). تتم هذه العملية في أفران وأفران نفث الجبن المفتوحة. المواد الخام اللازمة لها هي خام الحديد (عادة خام الحديد البني) والفحم. يُسكب الفحم في الصياغة في نصفه ، حيث يتم توفير الانفجار ، بينما يُسكب الخام في كومة ، من الجانب الآخر. يمر أول أكسيد الكربون ، الذي يتكون في طبقة سميكة من الفحم المحترق ، عبر سمك الخام بالكامل ، ويؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة إلى تقليل الحديد. يتم تقليل الخام تدريجيًا - من سطح القطع الفردية إلى اللب. بدءًا من الجزء العلوي من الكومة ، تتسارع مع تحرك الخام إلى المنطقة الأكثر دفئًا ؛ في الوقت نفسه ، يمر أكسيد الحديد أولاً إلى أكسيد مغناطيسي ، ثم إلى أكسيد النيتروز ، وأخيراً ، يظهر الحديد المعدني على سطح قطع الركاز. في الوقت نفسه ، تتحد شوائب الركاز الترابية (صخور النفايات) مع أكسيد الحديدوز الذي لم يتم اختزاله حتى الآن وتشكل خبثًا حديديًا منخفض الذوبان ، والذي يذوب من خلال شقوق القشرة المعدنية ، والتي تشكل ، كما كانت ، قشرة في كل منها قطعة خام. عند تسخينها إلى درجة حرارة بيضاء شديدة الحرارة ، يتم لحام هذه القذائف ببعضها البعض ، لتشكيل كتلة إسفنجية من الحديد في قاع الموقد - تتخلل كريتسا مع الخبث. للفصل عن الأخير ، يتم تقطيع الكريتسا المأخوذ من الصياغة إلى عدة أجزاء ، كل منها مزور ، مغلي ، بعد تبريده في نفس الصياغة إلى شرائح أو مباشرة إلى منتجات (أدوات منزلية ، أسلحة). في الهند ، يتم تنفيذ عملية نفخ الجبن حتى الآن في أفران نفخ الجبن ، والتي تختلف عن الأفران فقط بارتفاع أعلى قليلاً - حوالي 1.5 متر. جدران الأفران مصنوعة من كتلة الطين (وليس الطوب) وتقدم ذوبانًا واحدًا فقط. يتم إدخال الانفجار في الفرن من خلال أنبوب واحد بواسطة منفاخ مدفوع بالأرجل أو الذراعين. يتم تحميل كمية معينة من الفحم ("الأذن الفارغة") في فرن فارغ ، ثم بالتناوب ، في طبقات منفصلة ، خام وفحم ، وتزداد كمية الأول تدريجيًا حتى تصل إلى تجربة معينة فيما يتعلق بالفحم ؛ يتم تحديد وزن كل الركاز المملوء بالوزن المطلوب للصخر ، والذي يعتبر بشكل عام غير مهم. عملية الاسترداد هي نفسها كما في Forge ؛ لا يتم أيضًا تقليل الحديد تمامًا ، ويحتوي الفتات الناتج في الأسفل على الكثير من الخبث الحديدية. يتم إخراج الدجاج عن طريق تكسير الفرن وتقطيعه إلى قطع بوزن 2-3 كجم. يتم تسخين كل واحد منهم في تشكيل ومعالجة تحت المطرقة ؛ والنتيجة هي حديد طري ممتاز يستخدم ، من بين أشياء أخرى ، كمادة لتصنيع الفولاذ الهندي "wutz" (بولات). تكوينه على النحو التالي (٪):

يتم تفسير المحتوى الضئيل للعناصر - شوائب الحديد - أو غيابها التام من خلال نقاء الخام ، والاختزال غير الكامل للحديد ودرجة الحرارة المنخفضة في الفرن. استهلاك الفحم مرتفع للغاية بسبب صغر حجم المواقد والأفران وتكرار تشغيلها. في فنلندا والسويد وجزر الأورال ، تم صهر الحديد في فرن نفخ الجبن Husgavel ، حيث كان من الممكن تنظيم عملية اختزال وتشبع الحديد بالكربون ؛ استهلاك الفحم فيه - يصل إلى 1.1 لكل وحدة من الحديد ، وصل ناتجها إلى 90 ٪ من محتواها في الخام.

2) في المستقبل ، من الضروري توقع تطور إنتاج الحديد مباشرة من الخام ليس باستخدام عملية النفخ الخام ، ولكن عن طريق تقليل الحديد عند درجة حرارة غير كافية لتشكيل الخبث وحتى لتلبيد نفايات خام الصخور ( 1000 درجة مئوية). تتمثل مزايا هذه العملية في إمكانية استخدام وقود منخفض الدرجة ، والقضاء على التدفق واستهلاك الحرارة لصهر الخبث.

3) يتم إنتاج الحديد المطاوع عن طريق إعادة توزيع الحديد الزهر من خلال عملية حرجة في أفران الصهر في الفصل. arr. في السويد (هنا - في جبال الأورال). لإعادة التوزيع ، يتم صهر الحديد الزهر الخاص ، ما يسمى ب. لانكشاير ، مما يعطي أقل قدر من الهدر. يحتوي على: 0.3-0.45٪ Si ، 0.5-0.6٪ Mn ، 0.02 P ،<0,01% S. Такой чугун в изломе кажется белым или половинчатым. Горючим в кричных горнах может служить только древесный уголь.

العملية جارية. arr.: الحدادة ، المحررة من القشرة ، ولكن مع الخبث الناضج لنهاية العملية المتبقية على اللوح السفلي ، مملوء بالفحم ، الفصل. arr. الصنوبر ، حيث يتم وضع الحديد الزهر الذي يتم تسخينه بواسطة منتجات الاحتراق بكمية 165-175 كجم (بالنسبة إلى 3/8 م 2 من المقطع العرضي للموقد ، يوجد 100 كجم من قفص من الحديد الزهر). عن طريق قلب الصمام في مجرى الهواء ، يتم توجيه الانفجار عبر الأنابيب الموجودة في الفضاء تحت القوس من الموقد ، ويتم تسخينه هنا إلى درجة حرارة 150-200 درجة مئوية ، وبالتالي يتسارع. ذوبان الحديد الزهر. يتم دعم الحديد الزهر طوال الوقت (مع العتلات) على الفحم فوق التويري. خلال هذا العمل ، تتعرض الكتلة الكاملة للحديد الزهر للعمل التأكسدي للأكسجين الجوي وثاني أكسيد الكربون ، مروراً بمنطقة الاحتراق على شكل قطرات. يساهم سطحها الكبير في الأكسدة السريعة للحديد وشوائبه - السيليكون والمنغنيز والكربون. اعتمادًا على محتوى هذه الشوائب ، يفقدها الحديد الزهر بدرجة أكبر أو أقل قبل أن تتراكم في قاع الموقد. نظرًا لأن الحديد الزهر منخفض السيليكون والمنغنيز يتم تحويله في التشكيل السويدي ، فإنه بعد مروره بأفق تويير ، يفقد كل Si و Mn (الذي تشكل أكاسيده الخبث الرئيسي مع أكسيد الحديد) وجزءًا مهمًا من الكربون. يستمر ذوبان الحديد الزهر من 20 إلى 25 دقيقة. في نهاية هذه العملية ، يُسمح بانفجار بارد في الفرن. يبدأ المعدن المترسب في قاع الموقد بالتفاعل مع الخبث الناضج الموجود هناك ، والذي يحتوي على فائض كبير (مقارنة بكمية السيليكا) من أكاسيد الحديد - Fe 3 O 4 و FeO ، مؤكسد الكربون مع إطلاق أول أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى غليان المعدن بالكامل. عندما يزداد سمك المعدن (من فقدان الكربون) و "يتقلص كسلعة" ، يتم رفع الأخير بواسطة العتلات فوق التويري ، ويعود الانفجار الساخن مرة أخرى وتذوب "السلعة".

أثناء الصهر الثانوي ، يتأكسد المعدن بالأكسجين الناتج عن الانفجار والخبث الذي يذوب منه. بعد الصعود الأول ، يسقط المعدن في قاع الصهر ، وهو لين بما يكفي ليتمكن من جمع الكريتسا من أكثر أجزاءه نضجًا. ولكن من قبل ، عند استخدام درجات الصوان من الحديد الزهر ، كان من الضروري اللجوء إلى الارتفاع الثاني وحتى الثالث للبضائع ، مما قلل بالطبع من إنتاجية المطرقة ، وزاد من استهلاك الوقود وإهدار الحديد. تأثرت نتائج العمل بمسافة التويير من الصفيحة السفلية (عمق الموقد) وميل التويير: فكلما كان التويير أكثر انحدارًا وعمق الموقد ضحلاً ، كان تأثير المدخنة أكثر أهمية. المؤكسد على المعدن. الميل الضحل للفتات ، وكذلك العمق الأكبر للموقد ، يقلل من التأثير المباشر لأكسجين الانفجار ، مما يعطي دورًا أكبر لعمل الخبث على شوائب الحديد ؛ الأكسدة بها أبطأ ، ولكن بدون هدر الحديد. في ظل أي ظروف معينة ، يتم تحديد الوضع الأكثر فائدة للتويير بالنسبة للصفيحة السفلية من خلال الخبرة ؛ في الصياغة السويدية الحديثة ، يتم تثبيت عين تويري على مسافة 220 مم من اللوحة السفلية ، ويختلف ميل التويير في حدود قريبة - من 11 إلى 12 درجة.

يحتوي الفتات الناتج في قاع الكسارة على القليل جدًا من الخبث الميكانيكي ، على عكس الخبث المنفوخ ؛ أما بالنسبة للشوائب الكيميائية للحديد ، ثم Si و Mn و C m b. تمت إزالته تمامًا (المحتوى الضئيل من Si و Mn المشار إليه في التحليلات هو جزء من الشوائب الميكانيكية - الخبث) ، ويتأكسد الكبريت جزئيًا فقط عن طريق النفخ أثناء الذوبان. في الوقت نفسه ، يتأكسد الفسفور أيضًا ، ويترك في الخبث على شكل ملح فوسفور-حديد ، لكن الأخير يتم اختزاله بالكربون ، ويمكن أن يحتوي المعدن النهائي على فوسفور أكثر نسبيًا (من نفايات الحديد) من أصلي من الحديد الزهر. لهذا السبب ، من أجل الحصول على معدن من الدرجة الأولى للتصدير في السويد ، فإنهم يأخذون في إعادة التوزيع نقيًا حصريًا من حيث الحديد الزهر P. يتم تقطيع الشواية النهائية المأخوذة من المطرقة إلى ثلاثة أجزاء (كل 50-55 كجم) ويتم ضغطها تحت المطرقة ، مما يعطي مظهرًا متوازي السطوح.

تتراوح مدة عملية إعادة التوزيع في فرن الخفق السويدي من 65 إلى 80 دقيقة ؛ نحصل يوميًا على 2.5 إلى 3.5 طن من القطع المضغوطة "على النار" ، مع استهلاك الفحم فقط 0.32-0.40 لكل وحدة من المواد النهائية وإنتاجها من 89 إلى 93.5٪ من مجموعة الحديد الزهر لإعادة التوزيع. في الآونة الأخيرة ، تم إجراء تجارب ناجحة في السويد لإعادة توزيع الحديد المصهور المأخوذ من أفران الصهر وتسريع عملية الغليان عن طريق تقليب المعدن بمساعدة مجرفة ميكانيكية ؛ في الوقت نفسه ، انخفضت النفايات إلى 7 ٪ ، واستهلاك الفحم - إلى 0.25.

يتم إعطاء التركيب الكيميائي للحديد السويدي وجنوب الأورال من خلال البيانات التالية (٪):

من بين جميع أنواع الحديد التي يتم الحصول عليها بالطرق الصناعية ، فإن krynitsy السويدي هو الأقرب إلى النقي كيميائيًا وبدلاً من الأخير يتم استخدامه في الممارسة المختبرية والعمل البحثي. وهو يختلف عن الحديد الخام بتجانسه ، وعن أنعم معدن مكشوف (الحديد الزهر) بغياب المنغنيز ؛ يتميز بأعلى درجة من قابلية اللحام والليونة والليونة. يُظهر الحديد السويدي مقاومة شد نهائية ضئيلة - فقط حوالي 30 كجم / مم 2 ، مع استطالة بنسبة 40٪ وانخفاض في المقطع العرضي بنسبة 75٪. في الوقت الحاضر ، انخفض الإنتاج السنوي من الحديد الصخري في السويد إلى 50000 طن ، منذ حرب 1914-1918. تم تقليل مجال التطبيقات الصناعية لهذا الحديد بشكل كبير. يذهب أكبر قدر منه إلى التصنيع (في إنجلترا ، الرئيسية. آر. وفي ألمانيا) من أعلى درجات الأدوات والفولاذ الخاص ؛ في السويد نفسها ، يتم استخدامها في صناعة الأسلاك الخاصة ("الزهرة") ، ومسامير حدوة الحصان ، ومزورة جيدًا في الحالة الباردة ، وسلاسل وشريط للأنابيب الملحومة. بالنسبة للغرضين الأخيرين ، فإن خصائص حديد السفع مهمة بشكل خاص: قابلية اللحام الموثوق بها ، وللأنابيب ، بالإضافة إلى ذلك ، أعلى مقاومة للصدأ.

4) تطوير إنتاج الحديد من خلال عملية حاسمة تنطوي على تدمير الغابات ؛ بعد أن تم أخذ هذا الأخير في العديد من البلدان تحت حماية قانون يقصر قطعها على النمو السنوي ، أصبحت السويد ، ثم روسيا - البلدان المشجرة بكثرة في الخامات عالية الجودة - الموردين الرئيسيين للحديد في السوق الدولية طوال القرن الثامن عشر. مئة عام. في عام 1784 ، اخترعت المحكمة الإنجليزية البركة - عملية إعادة توزيع الحديد الزهر على موقد الفرن الناري ، في الفرن الذي تم حرق الفحم فيه. بعد وفاة المحكمة ، أدخل روجرز وجول تحسينات كبيرة في تصميم فرن البرك ، مما ساهم في الانتشار السريع للبلاك في جميع البلدان الصناعية وغيرت تمامًا طبيعة وحجم إنتاجهم من الحديد خلال النصف الأول من القرن التاسع عشر. مئة عام. من خلال هذه العملية ، حصلوا على كتلة المعدن اللازمة لبناء السفن الحديدية والسكك الحديدية والقاطرات والمراجل البخارية والآلات.

وقود البركة هو الفحم طويل اللهب ، ولكن في حالة عدم توفره ، كان علينا اللجوء إلى الفحم البني ، وفي جبال الأورال لدينا - إلى الحطب. يعطي خشب الصنوبر لهبًا أطول من الفحم ؛ يسخن جيدًا ، لكن محتوى الرطوبة في الخشب يجب ألا يتجاوز 12٪. بعد ذلك ، تم تطبيق فرن سيمنز المتجدد على البرك في جبال الأورال. أخيرًا ، في الولايات المتحدة الأمريكية وفي بلدنا (في حوضي الفولغا وكاما) ، تعمل أفران البرك على الزيت الذي يتم رشه مباشرة في مساحة عمل الفرن.

لسرعة المعالجة وتقليل استهلاك الوقود ، من المستحسن أن يكون لديك حديد زهر بارد ؛ عندما يتم صهره على فحم الكوك ، يتم الحصول على الكثير من الكبريت في المنتج (0.2 وحتى 0.3٪) ، ومع نسبة عالية من الفوسفور في الخام - والفوسفور. بالنسبة للدرجات التجارية العادية من الحديد ، فإن هذا الحديد الزهر الذي يحتوي على نسبة منخفضة من السيليكون (أقل من 1٪) ، والذي يسمى حديد التحويل ، كان يُصهر مسبقًا بكميات كبيرة. لم يكن الحديد الزهر بالفحم ، الذي تم تحويله في جبال الأورال ووسط روسيا ، يحتوي على الكبريت وأعطى منتجًا كان يستخدم أيضًا في صناعة حديد التسقيف. في الوقت الحاضر ، يتم استخدام البودنج لإنتاج معدن عالي الجودة وفقًا لمواصفات خاصة ، وبالتالي لا يتم توفير الحديد الزهر العادي لأفران البرك ، ولكن يتم توفيره بجودة عالية ، على سبيل المثال ، المنغنيز أو "الهيماتيت" (منخفض الفوسفور) ، أو ، على العكس من ذلك ، نسبة عالية من الفوسفور لإنتاج حديد الجوز. يوجد أدناه محتوى (بالنسبة المئوية) للعناصر الرئيسية في بعض درجات الحديد الزهر المستخدم في صناعة الحلوى:

عادة ما يحتوي فرن البرك ، في نهاية العملية السابقة ، على كمية طبيعية من الخبث في الموقد للشحنة التالية. عند معالجة الحديد الزهر عالي السليكون ، يبقى الكثير من الخبث في الفرن ، ويجب تصريفه ؛ على العكس من ذلك ، فإن أوراق الحديد الزهر البيضاء "جافة" تحت الفرن ، ويجب أن يبدأ العمل عن طريق رمي الكمية المطلوبة من الخبث على الجانب السفلي ، والتي تؤخذ من تحت المطرقة ("الناضجة" ، الأغنى بالأكسيد المغناطيسي ). يتم إلقاء شحنة من الحديد الزهر على الخبث ، ويتم تسخينها في حديد الزهر (250-300 كجم في المعتاد و 500-600 كجم في الأفران المزدوجة) ؛ ثم يتم إلقاء جزء جديد من الوقود في الفرن ، ويتم تنظيف الشبكات ، ويتم وضع تيار كامل في الفرن. في غضون 25-35 دقيقة. يذوب الحديد الزهر أثناء مروره ب. أو م تغيير كبير في تكوينها. يتأكسد الحديد الزهر الصلب بأكسجين اللهب ، ويعطي الحديد والمنغنيز والسيليكون سيليكات مزدوجة تتدفق إلى أسفل الفرن ؛ يكشف ذوبان الحديد الزهر المزيد والمزيد من طبقات الحديد الزهر الصلب ، والذي يتأكسد ويذوب أيضًا. في نهاية فترة الانصهار ، يتم الحصول على طبقتين سائلتين على الموقد - الحديد الزهر والخبث ، على سطح التلامس ، وإن كان بدرجة ضعيفة ، تحدث عملية أكسدة الكربون بواسطة أكسيد الحديد المغناطيسي ، كما يتضح من فقاعات من أول أكسيد الكربون تتسرب من الحمام. اعتمادًا على محتوى السيليكون والمنغنيز في الحديد الزهر ، تبقى كمية غير متساوية منها في المعدن المنصهر: في الحديد الزهر منخفض السيليكون بالفحم أو الأبيض - صهر فحم الكوك - يحترق السيليكون في معظم الحالات تمامًا أثناء الذوبان ؛ في بعض الأحيان يبقى البعض منه في المعدن (0.3-0.25٪) ، وكذلك المنجنيز. يتأكسد الفوسفور أيضًا في هذا الوقت ، ويمر إلى ملح الحديد والفوسفور. من انخفاض وزن المعدن أثناء احتراق الشوائب المذكورة ، قد يزداد محتوى الكربون ٪ ، على الرغم من احتراق كمية معينة منه بلا شك بواسطة أكسجين اللهب والخبث الذي يغطي الأجزاء الأولى من المعدن المنصهر .

لتسريع نضوب الكميات المتبقية من السيليكون والمنغنيز والكربون ، يلجأون إلى البرك ، أي خلط الحديد الزهر مع الخبث باستخدام مضرب بنهاية منحنية بزاوية قائمة. إذا كان المعدن سائلًا (الحديد الزهر الرمادي ، قوي الكربوني) ، فإن الخلط لا يحقق الهدف ، ويتم جعل الحمام سميكًا بشكل أولي عن طريق رمي الخبث البارد الناضج فيه ، أو عن طريق تقليل الدفع ، يتم ضبط الاحتراق غير الكامل في الفرن ، مصحوبًا بإصدار لهب شديد الدخان (ضعيف). بعد بضع دقائق ، يتم خلالها التقليب المستمر ، تظهر فقاعات وفيرة من أول أكسيد الكربون المحترق على سطح الحمام - ناتج أكسدة كربون الحديد الزهر بواسطة أكسجين أكسيد مغناطيسي مذاب في الخبث الحديدية الرئيسية. مع تقدم العملية ، تشتد أكسدة C وتتحول إلى "غليان" عنيف لكامل كتلة المعدن ، والذي يصاحبه انتفاخ وزيادة كبيرة في الحجم يفيض جزء من الخبث عبر عتبة ثقوب العمل. مع احتراق C ، ترتفع درجة انصهار المعدن ، ومن أجل استمرار الغليان ، تزداد درجة الحرارة في الفرن باستمرار. ينتج الغليان النهائي عند درجة حرارة منخفضة منتجًا خامًا ، أي كتلة إسفنجية عالية الكربون من الحديد ، وغير قادرة على اللحام ؛ في السلع الناضجة فرن ساخن "الجلوس". تبدأ عملية أكسدة شوائب الحديد في فرن البرك على حساب أكسجين الخبث ، وهو سبيكة من الحديد أحادي السيليكا (Fe 2 SiO 4) مع أكسيد مغناطيسي وأكسيد حديدوز بتكوين متغير. في الأفران الإنجليزية ، يتم التعبير عن تركيبة خليط الأكاسيد بالصيغة 5Fe 3 O 4 · 5 FeO ؛ في نهاية الغليان ، يتم التعبير عن نسبة الأكاسيد في الخبث المستنفد بالصيغة Fe 3 O 4 · 5FeO ، أي أن 80٪ من أكسيد الخبث المغناطيسي بأكمله يشارك في عملية الأكسدة. تفاعلات الأكسدة م ب. تمثلها المعادلات الحرارية الكيميائية التالية:

كما يتضح من هذه المعادلات ، فإن أكسدة Si و P و Mn مصحوبة بإطلاق الحرارة ، وبالتالي تسخن الحمام ، بينما تمتص أكسدة C أثناء اختزال Fe 3 O 4 في FeO الحرارة وبالتالي يتطلب درجة حرارة عالية. وهذا ما يفسر ترتيب إزالة شوائب الحديد وحقيقة أن احتراق الكربون ينتهي بالأحرى في فرن ساخن. لا يحدث اختزال في الحديد 3 O 4 إلى المعدن ، لأن هذا يتطلب درجة حرارة أعلى من تلك التي يحدث عندها "الغليان".

"المنتج" المنكمش ، لكي يصبح مكواة قابلة للحام بشكل جيد ، لا يزال بحاجة إلى التبخير: يُترك المنتج لعدة دقائق في الفرن ومن وقت لآخر يتم قلبه بمشابك ، وتوضع أجزائه السفلية أعلى؛ تحت التأثير المشترك لأكسجين اللهب والخبث ، الذي يشرب كتلة الحديد بأكملها ، يستمر الكربون في الاحتراق في هذا الوقت. بمجرد الحصول على كمية معينة من المعدن القابل للحام جيدًا ، تبدأ البلورات في الخروج منه ، وتجنب الأكسدة غير الضرورية. في المجموع ، عندما تنضج البضاعة ، فإنها تتدحرج من 5 إلى 10 كريتز (لا يزيد عن 50 كجم لكل منها) ؛ يتم الاحتفاظ بالفتات (على البخار) عند العتبة في منطقة أعلى درجة حرارة ويتم تغذيتها تحت المطرقة لتقليلها ، مما يحقق تحرير الخبث ، ومنحها شكل قطعة (مقطع من 10x10 إلى 15 × 15 سم) ، مناسب لدحرجة لفات. بدلاً من الكريتات الصادرة ، يتقدمون باتباعهم ، حتى آخرهم. كانت مدة العملية في إنتاج معدن عالي الجودة (الحديد الليفي) من حديد الفحم الناضج (عالي الكربون) في جبال الأورال: 1) زراعة الحديد الزهر - 5 دقائق ، 2) الذوبان - 35 دقيقة ، 3) النقع - 25 دقيقة ، 4) طين (التحريك) - 20 دقيقة ، 5) تبخير البضائع - 20 دقيقة ، 6) دحرجة الفتات وتبخيرها - 40 دقيقة ، 7) إصدار فتات (10-11 قطعة) - 20 دقيقة ؛ المجموع - 165 دقيقة عند العمل على الحديد الزهر الأبيض ، على الحديد التجاري العادي ، تم تقليل مدة العملية (في أوروبا الغربية) إلى 100 أو حتى 75 دقيقة.

أما بالنسبة لنتائج العمل ، فقد اختلفت في المناطق المعدنية المختلفة حسب نوع الوقود ونوعية الحديد الزهر ودرجة الحديد المنتج. أعطت مواقد الأورال التي تعمل بالحطب إنتاجًا من الحديد المناسب لكل 1 م 3 من الحطب من 0.25 إلى 0.3 طن ؛ استهلاكنا للزيت لكل وحدة من الحديد هو 0.33 ، والفحم القاري في الأفران الأوروبية من 0.75 إلى 1.1. كانت الإنتاجية اليومية لأفراننا الكبيرة (شحن الحديد الزهر 600 كجم) عند العمل على الخشب المجفف 4-5 أطنان ؛ كان محصول المادة المناسبة لإنتاج حديد التسقيف 95-93٪ من كمية الحديد الزهر الموردة لإعادة التوزيع. في أوروبا ، تبلغ الإنتاجية اليومية للأفران العادية (شحن 250-300 كجم) حوالي 3.5 طن بنسبة 9٪ احتراق ، وللحديد عالي الجودة - 2.5 طن بنسبة 11٪ احتراق.

من حيث التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية ، فإن حديد البرك هو منتج أسوأ بكثير من الحديد المتفجر ، من ناحية ، والحديد المصبوب المفتوح ، من ناحية أخرى. احتوت الدرجات الشائعة من الحديد التي تم إنتاجها سابقًا في أوروبا الغربية على الكثير من الكبريت والفوسفور ، حيث تم إنتاجهما من مكواة فحم الكوك غير النظيفة ، وكلاهما ينتقل جزئيًا فقط إلى الخبث ؛ كمية الخبث في حديد البرك هي 3-6٪ ، في المعدن عالي الجودة لا تتعدى 2٪. يقلل وجود الخبث بشكل كبير من نتائج الاختبارات الميكانيكية على الحديد المكدس. فيما يلي بعض البيانات في النسبة المئوية التي تميز الحديد البركاني - أوروبا الغربية الشائعة والأورال الجيدة:

من الخصائص القيمة التي يتم دعم إنتاج الحديد فيها الآن هي قابلية اللحام الممتازة ، والتي تكون أحيانًا ذات أهمية خاصة من وجهة نظر السلامة. مواصفات السكك الحديدية. تفرض المجتمعات تصنيع وصلات حديدية ، وقضبان لتحويل السهام والمسامير. نظرًا لمقاومته الأفضل للتأثيرات المسببة للتآكل في الماء ، يتم استخدام الحديد البركاني أيضًا في إنتاج أنابيب المياه. كما أنها تستخدم في صناعة المكسرات (معدن فوسفوري خشن) وحديد ليفي عالي الجودة للمسامير والسلاسل.

يتميز هيكل الحديد المطاوع ، المرئي تحت المجهر حتى عند التكبير المنخفض ، بوجود مكونات سوداء وخفيفة في الصورة الفوتوغرافية ؛ الأول ينتمي إلى الخبث ، والأخير إلى حبيبات أو ألياف الحديد التي يتم الحصول عليها عن طريق سحب المعدن.

حديد تجاري

تنتج مصانع التعدين الحديد نوعين رئيسيين لاحتياجات الصناعة: 1) صاج و 2) حديد عالي الجودة.

يتم لف الصفائح المعدنية حتى عرض 3 أمتار ؛ بسمك 1-3 مم ، نسميها رقيقة ؛ من 3 مم وأكثر (عادةً ما يصل إلى 40 مم) - المرجل ، الخزان ، السفينة ، اعتمادًا على الغرض ، والذي يتوافق مع التركيب والخصائص الميكانيكية للمادة. أنعم هو المرجل الحديد. عادة ما تحتوي على 0.10-0.12٪ C ، 0.4-0.5٪ Mn ، P و S - كل منها لا يزيد عن 0.05٪ ؛ مقاومته المؤقتة للتمزق ليست د. أكثر من 41 كجم / مم 2 (ولكن أيضًا لا تقل عن 34 كجم / مم 2) ، الاستطالة عند الكسر - حوالي 28٪. الحديد الخزان مصنوع أكثر صلابة وأكثر متانة ؛ يحتوي على 0.12-0.15٪ C ؛ 0.5-0.7٪ Mn ولا يزيد عن 0.06٪ من كل من P و S ؛ مقاومة الشد 41-49 كجم / مم 2 ، استطالة 25-28٪. يتم تحديد طول صفائح الغلاية والخزان الحديدية حسب الترتيب وفقًا لأبعاد المنتج المثبت من الألواح (تجنب اللحامات والخردة غير الضرورية) ، ولكن عادةً لا يتجاوز 8 أمتار ، نظرًا لأنه يقتصر على الصفائح الرقيقة التبريد السريع أثناء عملية الدرفلة ، وللصفائح السميكة - بوزن السبيكة ...

تسمى الصفائح المعدنية التي يقل سمكها عن 1 مم الصفيحة السوداء ؛ يتم استخدامه لإنتاج الصفيح المقصدري وكمواد تسقيف. للغرض الأخير ، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، يتم لف الصفائح بأبعاد 1422 × 711 مم ، بوزن 4-5 كجم ، بسمك 0.5-0.625 مم. يتم إنتاج حديد التسقيف من قبل المصانع في عبوات تزن 82 كجم. في الخارج ، يُصنف القصدير الأسود في التجارة بأرقام ذات عيار خاص - من 20 إلى 30 (السماكة العادية للقصدير الألماني من 0.875 إلى 0.22 ملم ، والإنجليزية - من 1.0 إلى 0.31 ملم). القصدير مصنوع من أنعم الحديد الزهر الذي يحتوي على 0.08-0.10٪ C ، 0.3-0.35٪ Mn ، إذا كان مصنوعًا من الحديد الزهر المصهور بالفحم (في بلدنا) ، و 0.4-0.5٪ Mn ، إذا كانت مادة البداية هي حديد فحم الكوك ؛ مقاومة التمزق - من 31 إلى 34 كجم / مم 2 ، استطالة - 28-30٪. مجموعة متنوعة من صفائح الحديد المموج (المموج) الحديد. وهي مقسمة حسب طبيعة الأمواج إلى حديد ذا أمواج منخفضة وعالية ؛ في الأول - تتراوح نسبة الطول الموجي إلى العمق من 3 إلى 4 ، في الثانية - 1-2. يصنع الحديد المموج بسمك 0.75-2.0 مم وعرض لوح من 0.72-0.81 م (مع موجات منخفضة) و 0.4-0.6 م (مع موجات عالية). يستخدم الحديد المموج للأسقف وجدران الهياكل الخفيفة والستائر والموجات العالية ، بالإضافة إلى أنه يستخدم في بناء الأسقف الخشنة.

ينقسم الحديد على شكل قضيب إلى فئتين وفقًا لشكل المقطع العرضي: قضيب عادي وحديد على شكل.

تشتمل الفئة الأولى على حديد دائري (بقطر أقل من 10 مم يسمى السلك) أو مربع أو مسطح أو شريط. الأخير ، بدوره ، ينقسم إلى: الشريط الفعلي - بعرض من 10 إلى 200 مم وسمك يزيد عن 5 مم ؛ الطوق - نفس العرض ، ولكن بسمك من 5 إلى 1 مم ، يشار إليه برقم العيار (من العيار الثالث إلى العيار التاسع عشر الألماني العادي ومن السادس إلى العيار العشرين من العيار الإنجليزي الجديد) ؛ الإطارات - من 38 إلى 51 مم ويصل سمكها إلى 22 مم ؛ عالمي - من 200 إلى 1000 مم وسماكة 6 مم على الأقل (ملفوفة في لفات خاصة - عالمية). يتم إنتاج كل من الإطارات والحديد الدائري بواسطة المصانع في المنحدرات والأسلاك الملفوفة في ملفات ؛ تكون الأصناف الأخرى على شكل شرائح مستقيمة (مستقيمة) ، لا يزيد طولها عادة عن 8 أمتار (عادة - من 4.5 إلى 6 أمتار) ، ولكن بترتيب خاص للهياكل الخرسانية ، يتم قطع الشرائط بطول يصل إلى 18 مم ، و في بعض الأحيان أكثر.

الأنواع الرئيسية للحديد المشكل: الزاوي (متساوي الساقين وغير متساوي) ، صندوق (قناة) ، تي ، عوارض I (عوارض) ، عمود (مربع) وحديد زيتا ؛ هناك أيضًا بعض الأنواع الأخرى الأقل شيوعًا من الحديد المشكل. وفقًا لتشكيلة المقاييس العادية لدينا ، تتم الإشارة إلى أبعاد الحديد المشكل من خلال رقم ملف التعريف (الرقم - الرقم يرى عرض الرف أو أكبر ارتفاع للملف الشخصي). الزاوي غير المتكافئة والحديد المحملة لهما رقم مزدوج ؛ على سبيل المثال ، الرقم 16/8 يعني الزاوي مع أرفف 16 و 8 سم أو على شكل حرف T مع رف 16 سم وارتفاع 8 سم أثقل جوانب من الحديد المشكل قمنا بتدويرها: رقم 15 - الزاوية ، لا 30 - حوض ، رقم 40 - شعاع.

تكوين الحديد العادي الملحوم عالي الجودة: 0.12٪ C ، 0.4٪ Mn ، أقل من 0.05٪ P و S - لكل منهما ؛ قوتها الشد 34-40 كجم / مم 2 ؛ لكن الحديد المستدير للمسامير مصنوع من مادة أكثر نعومة من التركيب: أقل من 0.10٪ C ، 0.25-0.35٪ Mn ، حوالي 0.03٪ P و S - لكل منهما. مقاومة التمزق 32-35 كجم / مم 2 والاستطالة 28-32٪. يحتوي الحديد المشكل غير الملحوم ، ولكن المبرشم ("فولاذ البناء") على: 0.15 - 0.20٪ C ، 0.5٪ Mn ، يصل إلى 0.06٪ P و S - لكل منهما ؛ قوتها الشد 40-50 كجم / مم 2 ، استطالة 25-20٪. لإنتاج المكسرات ، يُصنع الحديد (Tomas ') ، الذي يحتوي على حوالي 0.1٪ C ، ولكن من 0.3 إلى 0.5٪ P (كلما زاد حجم الجوز ، زاد الفوسفور). في الخارج ، لتلبية احتياجات مصانع الدرفلة الخاصة ، يتم تداول منتج نصف نهائي في التجارة - قضبان مربعة ، عادة 50 × 50 مم في المقطع العرضي.

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.

◊ احترق بالحديد الساخن. اقتطع من جذوره ، دمر شيئًا ما ، بإجراءات غير عادية وشديدة. 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 الحيوانية ؛ 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 ، تشمل 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 يتناسب بشكل جيد مع 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 أن عددًا كبيرًا من الخامات والمعادن المحتوية على الحديد. 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 هيدروجوثايت Н FeO2 ن H 2 O) وكذلك خام 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 ، ولكن 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 عند 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 محورها الجسم ، في درجة حرارة الغرفة المعلمة شعرية أ = 0.286645 نانومتر. عند درجات حرارة 917-1394 درجة مئوية ، يكون b Fe مع شعرية مكعبة محورها 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 البارامغناطيسية. 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 على الحديد - 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 تدريجيًا بغشاء أكسيد كثيف ، مما يمنع المزيد من أكسدة المعدن. في الهواء الرطب ، يتم تغطية الحديد بطبقة فضفاضة من الصدأ ، مما لا يعيق 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 ليس متطايرًا ، 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
يُظهر 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 الحديد (III) هيدروكسيد 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 يكون محلول هيكساسيانوفيرات البوتاسيوم (III) K 3 ، ​​الذي كان يُسمى سابقًا ملح الدم الأحمر ، بمثابة كاشف 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 بالحديد المحول (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 الزنبركات والينابيع وأي منتجات يجب أن تعمل في الانحناء منه.
الحديد الزهر الصلب أخف من الحديد المصهور ، لذلك عندما يتصلب ، لا يوجد ضغط (كما هو معتاد مع تصلب المعادن والسبائك) ، ولكن التمدد. 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 باستثناء 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 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 ، ودرفنته. نظرًا لأن الفولاذ ، على عكس الحديد الزهر ، يتقلص أثناء التصلب ، فإن مصبوبات الفولاذ الناتجة تتعرض لتقليل 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
للحديد النقي استخدامات محدودة 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 ، بكتيريا الحديد (سم.بكتيريا الحديد)باستخدام طاقة أكسدة الحديد (II) إلى الحديد (III) للتركيب 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 جنوب. ، غرب. 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 على شكل: شريط أو جودة عالية ؛ أولا على التوالي ... قاموس دال التوضيحي