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.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]