الكيمياء

نبذة تعريفية عن عنصر “الحديد”

1997 موسوعة الكويت العلمية للأطفال الجزء الثامن

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عنصر الحديد الكيمياء

الحديدُ فلزٌ أشهبُ اللونِ، وزنُهُ الذريّ 55,847، وينصهر عند 1535س.

ويُعدّ الحديدُ أول الفلزات التي عرفها الإنسان، فقد عرفه المصريون القدماء، والآشوريون، والإغريق. ولكن يبدو أنّ الإنسان لم يتعلم كيف يستخرج الحديد من خاماتِه حتى عام 1300 قبل الميلاد.

والحديد هو العنصر الرابعُ من حيث وفرتِهِ في قشرةِ الأرض. وهو لا يوجد في حالته الحُرّة عادةً، وغالباً ما يوجد على هيئة أكاسيد في خاماته، وأهمّها الهيماتيت، والليمونيت، والماجنيت.

 

ويَعتقدُ العلماءُ أنَّ مركز الأرض يحتوي على قدرٍ كبيرٍ من الحديد المُنصهر بفعل درجة الحرارة العالية لباطن الأرض.

ويوجدُ الحديدُ في جسم الإنسان في الكبد، كما يوجد في الدّم متحداً بالهيموجلوبين، ويُساعد على نقل الأكسجين من الرئتين إلى جميع خلايا الجسم.

ونحنُ نحصل على الكمية اللازمة لأجسامنا من الحديد، من اللحم، والبيضِ، والفاكهة، وبعض أنواع الخُضر مثل السبانخ والخرشوف، ويُوصف الأفرادُ الذين تقلُّ في أجسامهم نسبة الحديد عن حدّها الطبيعيّ، بأنهم مصابون بالأنيميا، ويمكنُ إعطاؤهم بعض الأدوية التي تحتوي على مركبات الحديد.

 

ويتفاعل الحديدُ ليعطي نوعين من الأملاح؛ أملاح الحديدوز، وتكون فيها ذرَّات الحديد ثنائية التكافؤ (Fe ++) مثل كلوريد الحديدوز ( Fe Cl) ولونه أخضر؛ وأملاح الحديديك، وتكون فيها ذرات الحديديك (Fe Cl3 )  ولونُه بنيّ ضارب إلى الحُمرة.

والحديد سريعاً مايصدأ في الهواء الرطب، وتتكون على سطحه قشور من أكاسيد وكربونات الحديد القاعدية.

ويُستخرج الحديد من خاماتِه بصهرِها مع خليطٍ من الجير وفحم الكوك في فرن خاصّ  يُعرف باسم «الفُرن العالي» أو «الفرن اللافح» وهو عبارة عن برج مرتفع يصلُ ارتفاعُهُ نحو 30 متراً، ويُبطَّن من  الداخل بعدة طبقات من الطوب الحراريّ.

 

ويُدفع الهواءُ الساخنُ من فتحاتٍ خاصةٍ في قاع البُرج، في حين يُضاف خليط الخامات والجير وفحم الكوك من قمة البرجِ.

وعادةَ ما تكون درجة حرارة الهواء الداخل إلى البرج. نحو 1100°س، بعد أن يمرّ خلال أفران خاصةٍ، ويؤدي هذا الهواء الساخن إلى إشعال فحم الكوك وتحويله إلى غاز أول أكسيد الكربون الذي يختزل أكاسيد الحديد إلى فلزّ الحديد، بينما يتفاعل الجير مع الشوائبِ الموجودةِ بالخاماتِ مُكونّاً ما يُعرف بالخبثِ. ويتجمّع فلزُّ الحديد المُنصهر في قاع البُرج، أما الخبثُ فيطفوا فوق سطح الفلز المُنصهر.

ويتمّ استقبال الحديد المُنصهر من فتحةٍ خاصةٍ في قاع البُرج، في بوادقَ خاصة قد تصل سعة كلّ منها إلى نحو 40 طناً، ويُفصلُ الخبثُ من فتحةٍ جانبيةٍ أخرى.

 

وتتمُّ هذه العملية باستمرار، فهناك عرباتٌ خاصةٌ تصعد إلى قمة البُرج وتغَذّيه بكمياتٍ متتابعةٍ من خليط الخامات والجير وفحم الكوك تبعا لنظام خاصّ، بينما يُفصل كلّ من الخبث والفلز المُنصهر من قاع البُرج كلما تجمع منهما نحوَ 2700 طُنٍ من الحديد في اليوم.

وعادةً ما يُصبُّ الحديد الناتج من الفرن العالي في قوالب خاصةٍ تشبه الخِنزير، ولهذا يُسمى هذا الحديد في اللغة الإنجليزية «حديد الخنزير».. ونعرف نحنُ هذه الكتلَ الناتجة في الشرق العربيّ، باسم «تماسيح الحديد الزَّهر».

وعادةً ما يُستفاد من الخبث الناتج من الفُرن العالي في صُنع الأسمنت الحديدي، أو الصوف المعدنيَّ المستخدم في عمليات العزْل الحراريّ.

 

ويتوقف نوعُ الحديدِ على نسبة ما به من كربون، فالحديد الزًّهرُ به نحو 4% من الكربون، ويتميّز بصلابته، ولا يُمكنُ طرقُهُ، ولكن يُمكنُ تشكيله بالصبّ، وهناك نوع آخر من الحديدِ يُعرف باسم الحديد المُطاوع، ولا تزيد نسبة ما به من كربون عن 2,% وهو ليّن إلى حدّ ما، ويُمكنُ طرقُهُ وسحبُهُ.

وعادةً ما يتمُّ تحويل 90% من الحديد الناتج من الفرن العالي إلى صُلب، يُستعملُ في صُنع كثير من مستلزمات حضارتنا اليوم، مثل لوالب السيارات، وقضبان السكك الحديدية، والكباري، وناطحاتِ السحابِ وغيرها.

ويتمّ تحويل الحديد إلى صُلب بعدّة طُرق؛ وأولى هذه الطُرق ابتكرها «هنري بسْمَر» عام 1850، ويوضعُ فيها مصهور الحديد في مُحوّل يُشبه البودقة، يُعرف باسم  «محول بسمر» مبطن بالطوب الحراري، ثم يُمرّرُ فيه تيارٌ من الهواء من فتحات خاصة في قاعِهِ، فيتمّ بذلك إحراق نسبة كبيرة مما بالحديد من كربون، وكذلك إحراق بعض الشوائب الأخرى، مثل المنجنيز والسليكون.

 

ويُمكن تحويل الحديد إلى صُلبٍ أيضاً بطريقة الفُرن المفتوح؛ حيثُ يُسمح للغازات الساخنة الناتجة من حرق الغاز أو الزيت، بلفح سطح الحديد المصهور لإحراق ما به من كربون.

كذلك يمكن استعمال فرن كهربائيّ لهذا الغرض، ترتفعُ فيه درجةُ الحرارة إلى 1800°س. ويُستخدمُ تيّار محسوب من الأكسجين لحرق الكربون والشوائب الأخرى.

ولم يعرف الإنسان صناعةَ الصُلب إلا منذ نحو 500 عام قبل الميلاد، وكان ذلك على الأغلب في بلاد  الهند وفي سوريا، حيث صُنعَت منه السيوف الدمشقية الشهيرة.

 

وهناك أنواع متعددة من الصلب يُستخدم كل منها في أغراض محددةٍ ، فمنه «صُلبُ الكربون» وتُصنع منه هياكل السيارات وعربات السكةِ الحديدية، كذلك هناك «صُلْبُ الأشاباتِ» ( السبائك)، ويحتوي على نسبة مختلفة من بعض الفلزاتِ الأخرى، مثل الكروم، والكوبالت، والمولبدنوم، والتنجستن والفانديوم، .

وتُساعد هذه الإضافات على تحسين صفات الصلب وزيادة صلادتِهِ ومرونته. ويُعرف الصُّلب المحتوي على نسبة من الكروم والنيكل باسم الصلب غير القابل للصدأ ( ستينلس ستيل) ، ويُستعمل في صُنع بعض المعدات الإلكترونية وأدوات المائدة وأواني الطهو،. وبعض أوعية التفاعُل في المصانع الكيميائية.

وهناك نوعٌ من الصلب شديدُ المتانةِ يتحملُ ضغوطاً عالية جداً، ويُستعمل في صُنع بعض الصواريخ وسُفُن الفضاء، ويحتوي على كلّ من النيكل (18%) والكوبالت (9%) والمولبدنوم (5%) مع قليل من التيتانيوم والألمنيوم.

مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪الانتقال عن بُعد في العالم الحقيقي
قلم: أندرو ماي
الانتقال عن بُعد Teleportation هو مفهوم مألوف لدى معظم الناس، وذلك بفضل «الناقل» Transporter الخيالي في سلسلة أفلام ستار تريك Star trek. كما يوحي اسمها، صوّر هذا الأخير ببساطة على أنه شكل آخر من أشكال النقل، وهو نقل شخص ما من النقطة أ إلى ب في أسرع وقت ممكن. لكن إذا فكرت في الأمر، ستجد شيئاً أغرب يحدث. عندما يخطو أحدهم إلى لوحة الناقل، يتفكك جسده تماماً - يتوقف عن الوجود - وما يظهر في مكان بعيد ليس هو الشخص الأصلي، ولكن نسخة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪كتب صنعتني: أنتوني ديفيد
نتوني ديفيد @ProfTonyDavid رئيس قسم الطب النفسي في معهد الطب النفسي Institute of Psychiatry بجامعة كينغز كوليدج لندن King’s College London. وهو طبيب ممارس في مستشفيات مودسلي وبيثليم. وأحدث مؤلفاته كتاب إلى قعر الهاوية Into The Abyss 14.99 £، Oneworld.
عندما كنت في الثامنة أو التاسعة، كانت هناك سلسلة كاملة من كتب كيف ولماذا How And Why books التي تتضمن مواضيع مختلفة من العلوم والتاريخ. وكان كتاب كيف ولماذا عن روائع الجسم البشري How And Why ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪الدماغ في ظروف انعدام الوزن
لدكتورة إليسا رافائيلا فيريه إليسا هي محاضر أول في علم النفس ومدير مختبر التجسيد الدهليزي متعدد الحواس VeME في رويال هولواي، جامعة لندن University of London. أخذها عملها من المختبر إلى السماء في رحلات انعدام الجاذبية، وفي اتجاهات أكثر غرابة من خلال التعاون مع الفنانين والموسيقيين وسلسلة يوغا الفضاء Space Yoga على قناة غوريللا ساينس Guerilla Science على اليوتيوب YouTube.
أجرت معها المقابلة إيمي باريت Amy Barrett. تصوير: أندرو كوتِريلز ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪النظائر المشعة وفوائدها الطبية
لمهندس أمجد قاسم
ترتبط كلمة الإشعاعات لدى كثير من الناس بالأخطار والكوارث النووية، إلا أن الحقيقة تدحض بعض تلك المزاعم، فعلى الرغم من أخطار بعضها، فإن لكثير من تلك الإشعاعات دوراً مفيداً للإنسان، وقدمت خدمات جليلة على امتداد نحو قرن من الزمن. علماً أنه في كل لحظة تخترق أجسامنا آلاف الأنواع من الأشعة، ولم يعرف الإنسان ماهيتها حتى وقت قريب نسبياً، بعد أن تنبه عدد من الباحثين لها، وجرى الكشف عن أنواعها وهويتها وفوائدها وأضرارها.
الإشعاع ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪صعوبات التعلم النمائية لدى الأطفال
. أسامة الدعّاس
صعوبات التعلم نوعان؛ نمائية وأكاديمية، وينضوي تحت كلّ منهما مجموعة من الصعوبات والاضطرابات الخاصة به، أما صعوبة الانتباه فهي من صعوبات التعلم النمائية، وهناك اتّجاه قوي في دراس