ما هو الحديد ومن أين يأتي وكيف يتم تعدينه؟ هذا المعدن المفيد له العديد من التطبيقات. يلعب العنصر الكيميائي دورًا مهمًا في الصناعة العالمية ، ودورة الحديد في الطبيعة مهمة في حياة الكوكب.
ما هو الحديد؟
الحديد عنصر معدني شديد التفاعل كيميائيًا ، خاصةً عندما يتفاعل مع الأكسجين. إنه أحد العناصر الأكثر شيوعًا على الأرض وفي الفضاء. تحتوي ذرات الحديد على 26 بروتونًا في نواتها. يأتي الرمز الكيميائي - Fe (ferum) من الاسم اللاتيني ferum. في شكله النقي ، هو معدن ناعم وهش ، تقوّيه الشوائب. عندما يقترن بالكربون ، يتم إنتاج الفولاذ الذي يستخدم أكثر من 98٪ من خام الحديد المستخرج اليوم.
كل ذرات الحديد في الكون تكونت في لب النجوم خلال المراحل النهائية من الاندماج ثم انطلقت في الفضاء في انفجارات نجمية. إنها رابع أكبرعنصر في قشرة الأرض بعد السيليكون والأكسجين والألمنيوم. ما هو الحديد؟ إنه العنصر الأكثر شيوعًا الذي يتكون منه كوكبنا ، على الرغم من أن معظمه بالكتلة يقع تحت السطح - في قلب الأرض. إنه موجود تقريبًا في جميع صخور القشرة والعباءة كمكون كيميائي لمئات من المعادن المختلفة.
خام الحديد
هذا المعدن نادر في شكله النقي. تحتوي بعض النيازك على عنصر الحديد. يتفاعل هذا العنصر كيميائيًا مع الأكسجين والماء لإنتاج المعادن الحاملة للحديد. أي حجر يحتوي على كمية كافية من هذا المعدن ليتم تعدينها لأغراض اقتصادية يسمى خام الحديد. المعادن الأكثر شيوعًا هي:
- أكسيد الحديد (الصيغة Fe2O3) ، والذي يتكون عند تعرضه للأكسجين ؛
- أكسيد الحديد المائي ، والذي يتكون من تفاعل في الماء.
أهم خامات الحديد هي معادن أكسيد الحديد تسمى الهيماتيت والمغنتيت. التركيز العالي للحديد يجعلها الأكثر تفضيلاً في الصناعة. يُستخرج الحديد من أكبر رواسب خام. غالبًا ما تكون هذه التكوينات عبارة عن صخور رسوبية قديمة. تحتوي على طبقات من معادن أكسيد الحديد (الصيغة Fe2O3) يصل سمكها إلى عدة سنتيمترات.
أين يمكنني أن أجد الحديد؟
في درجة حرارة الغرفة ، هو كذلكصلب. إنه معدن رمادي لامع يصدأ بمرور الوقت عند تعرضه للهواء الرطب. يتحد مع العديد من المعادن الأخرى لتشكيل السبائك. نطاق الحديد واسع جدًا. عندما يتحد مع الكربون ، يصبح صلبًا. يمكن أيضًا دمجها مع معادن أخرى مثل النيكل والكروم والتنغستن. هذه السبائك قوية جدا ويمكن استخدامها لعمل الجسور والمباني
الحديد عنصر قديم جدًا تم استخدامه على الأرض لفترة طويلة. تم العثور على أشياء منه في مصر القديمة. حتى أنه كانت هناك فترة زمنية كاملة (1200-500 قبل الميلاد) سميت باسمه - العصر الحديدي ، عندما تم استخدامه لصنع الأدوات والأسلحة. للعثور على هذا المعدن المفيد ، عليك البحث عنه في أعماق الأرض. توجد في قشرة الأرض وفي قلب الأرض. يوجد حديد على الأرض أكثر من أي معدن آخر. يمكن أيضًا العثور على هذا العنصر على كواكب أخرى ، بما في ذلك قلب المشتري وزحل ، بالإضافة إلى سطح المريخ الأحمر المليء بالغبار (ولهذا أطلق عليه اسم الكوكب الأحمر).
دورة الحديد الأرضية في الطبيعة
الحديد (Fe) يتبع الدورة الجيوكيميائية ، مثل العديد من العناصر الغذائية الأخرى. عادة ما يتم إطلاقه في التربة أو المحيط من خلال تجوية الصخور أو الانفجارات البركانية. في النظام البيئي الأرضي ، تمتص النباتات أولاً الحديد من التربة من خلال جذورها. إنه عنصر غذائي بالغ الأهمية ينتقل بين الكائنات الحية والغلاف الأرضي.
حديدهو عنصر غذائي محدد مهم للنباتات التي تستخدمه لإنتاج الكلوروفيل. يعتمد التمثيل الضوئي على إمدادات كافية من هذا المعدن. تستوعبه النباتات من التربة إلى الجذور. تستهلك الحيوانات النبات وتستخدمه لإنتاج الهيموجلوبين. عندما تموت ، تتحلل وتعيد البكتيريا المعدن إلى التربة.
دورة البحر من الحديد
تشبه الدورة البحرية للحديد في الطبيعة إلى حد بعيد دورة الأرض. تحدث هذه العملية بسبب النشاط الحيوي لبعض الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل على أكسدة المعدن إلى هيدروكسيد والحصول على الكربون من ثاني أكسيد الكربون. تستخرج بكتيريا الحديد في نهر أو بحر أو أي جسم مائي آخر الطاقة لدورة حياتها ، وبعد اكتمالها تستقر في التربة على شكل خام مستنقع.
دور الحديد في النظم البيئية للمحيطات مهم أيضًا. عادة ما يكون المنتجون الرئيسيون الذين يمتصون هذا المعدن هم العوالق النباتية أو البكتيريا الزرقاء. ثم يمتص المستهلكون الحديد عندما يأكلون هذه البكتيريا. دورة الحديد في الطبيعة عملية معقدة للغاية. يعتمد على العديد من العوامل المصاحبة: التفاعلات الكيميائية وأنواع الموائل ومجموعات الميكروبات. كل هذا يربطها مع دورات بيوجيوكيميائية أخرى لا تقل أهمية عن الأرض.
الخصائص العامة
الحديد على شكل خامات مختلفة مركبة هو أحد العناصر الأكثر شيوعًا التي تشكل حوالي 5٪ من قشرة الأرض. أهم المعادن الحاملة للحديد هيأكاسيد وكبريتيدات (الهيماتيت ، المغنتيت ، الجيوثايت ، البيريت ، ماركاسيت). يوجد هذا المعدن أيضًا في النيازك وعلى الكواكب الأخرى وفي الشمس. يوجد الحديد في كل من البحر والمياه العذبة.
حقائق مثيرة للاهتمام
فيما يلي بعض الحقائق المثيرة للاهتمام حول هذا العنصر الكيميائي الذي يبدو بسيطًا:
- الحديد هو لبنة أساسية لتغذية النبات ويساعد على حمل الأكسجين في الدم ، وبالتالي دعم الحياة على الأرض.
- مادة صلبة هشة ، مصنفة كمعدن في المجموعة 8 في الجدول الدوري للعناصر. في شكله النقي يتآكل سريعا نتيجة التعرض للهواء الرطب وارتفاع درجات الحرارة.
- هو رابع أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية من حيث الوزن ، ويُعتقد أن معظم نواة الأرض من الحديد.
- يستخدم معظمها في صناعة الفولاذ ، وسبائك الحديد والكربون ، والتي بدورها تستخدم في التصنيع والبناء ، مثل الخرسانة المسلحة.
- الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على ما لا يقل عن 10.5٪ من الكروم يتميز بمقاومة عالية للتآكل. يستخدم في أدوات المائدة وأدوات المطبخ مثل أواني الستانلس ستيل.
- يمكن أن تزود إضافة عناصر أخرى الفولاذ بخصائص مفيدة جديدة. على سبيل المثال ، يزيد النيكل من متانة السبيكة ويجعلها أكثر مقاومة للحرارة والأحماض.
معلومات موجزة عن العنصر Fe
- رقمالبروتونات في النواة: 26.
- الرمز الذري: Fe.
- متوسط كتلة الذرة: 55.845 جم / مول.
- الكثافة: 7.874 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
- الطور عند درجة حرارة الغرفة: صلب.
- نقطة الانصهار: 15380C.
- نقطة الغليان: 28610C.
- عدد النظائر: 33.
- النظائر المستقرة: 4.
التطبيقات الرئيسية
يستخدم الحديد في العديد من القطاعات مثل الإلكترونيات والتصنيع والسيارات والبناء. فيما يلي تطبيقات الحديد:
- كمكون أساسي من المعادن الحديدية والسبائك والصلب.
- سبيكة تستخدم الكربون والنيكل والكروم وعناصر أخرى مختلفة لإنتاج الحديد أو الفولاذ.
- في المغناطيس.
- في المنتجات المعدنية النهائية.
- في المعدات الصناعية.
- في معدات النقل.
- في الأدوات.
- في اللعب والسلع الرياضية.
يشكل الحديد 5٪ من قشرة الأرض وهو أحد أكثر المعادن شيوعًا والأكثر استخدامًا. يوجد هذا العنصر أيضًا في اللحوم والبطاطس والخضروات وهو ضروري للحيوانات والبشر. إنه جزء لا يتجزأ من الهيموجلوبين. المعدن رمادي في المظهر ومرن للغاية وقابل للطرق. يذوب بسهولة في الأحماض المخففة وهو متفاعل. مناطق تعدين الحديد الرئيسية هي الصين وأستراليا والبرازيل وروسيا وأوكرانيا.
