عنصر الحديد

عنصر كيميائي فلزي، وهو أحد أقدم المعادن اكتشافا. رمزه الحديد (من اللاتينية: FERRUM ) وعدده الذري 26 . يقع بالمجموعة الثامنة والدورة الرابعة من الجدول الدوري.

هو ضروري لحياة الإنسان والحيوان كونه يدخل في تركيب خضاب الدم ، كونه وكذلك النباتات لحياة أحد العناصر الضرورية لتكوين الكلوروفيل ، ويدخل في كل شيء تقريبا.

هو رابع العناصر تواجدا في القشرة الأرضية، غالبا ما يتواجد في الطبيعة في صورة أكاسيد. في هيئته العنصرية هو فلز قابل للطرق والسحب. ويعتبر الحديد وسبائكه أكثر المواد المعدنية استخداما على الإطلاق . يعتبر الحديد البرنامج المفضل أكثر كمآ العناصر الكيميائية استقرارا على الإطلاق بسبب توازن القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية داخل نواة الذرة ، فالعناصر الأخف وزنا يمكنها من خلال الاندماج النووي – والعناصر الأثقل وزنا من خلال الانشطار النووي – أن يصبحوا أقرب في صفاتهم للحديد. تحتوي النيازك الساقطة على الأرض على كميات من الحديد قد تصل إلى 90٪ من كتلة النيازك او الشهب.

الحديد في الأصل فضي اللون، إلا أنه يتأكسد في الهواء. ويعد الحديد أقوى الفلزات على الإطلاق وأكثرها أهمية للأغراض الهندسية شرط حمايته من الصدأ ( أي التفاعل مع الأكسجين ). وهناك عدة طرق لحماية الحديد من الصدأ وأبسطها على الإطلاق منع تماس الأكسجين أو الرطوبة عن الحديد وذلك بتغليف الحديد بمادة عازلة مثل استخدام الأصباغ أو عوازل PVC مثلا. ومن أفضل الطرق المستخدمة لحمايته هي استخدام نظام الحماية الكاثودية لحماية الحديد من الصدأ والتآكل .

العصر الحديدي

حصل إنسان ما قبل التاريخ على الحديد من النيازك ، ومن ثم استخدمه في صناعة العدد والأسلحة ومكونات أخرى . وكلمة حديد تعني في العديد من اللغات القديمة ( فلز من السماء ) . ولقد استخدم حديد النيازك في فترات قديمة جدا يعتقد أنها تصل إلى أربعة آلاف عام قبل الميلاد . ولكن لا توجد أي أدلة مؤكدة تبين بداية استخدام الحديد المستخلص بالصهر والاختزال من الخامات الأرضية ، أو تشير إلى المكان الذي بدأ استخلاص الحديد فيه لأول مرة .

ويعتقد أن الحيثيين هم أول من عرف الحديد بكميات ضخمة . وقد عاشوا فيما يعرف الآن باسم تركيا. وفي عام 1400 ق.م. اكتشف الحيثيون كيفية تصنيع الحديد وأساليب تصليد العدد والأسلحة الحديدية . وحول هذه الفترة نفسها تقريبا طور سكان كل من الصين والهند طرقا وأساليب لاستخلاص الحديد . وعندما وصل العالم إلى القرن العاشر قبل الميلاد كانت معظم الحضارات القديمة حينذاك قد توصلت إلى تقنيات تصنيع الحديد ، وهكذا بدأ العصر الحديدي.

صناعة الحديد

أفران إستخلاص الحديد اتسمت الأولية بالضحالة وعدم العمق . وكانت مجمراتها تشبه الطبق، وكان يسخن خام الحديد مع الفحم النباتي في مجمرة الفرن . وبعد مرور عدة ساعات على بدء التسخين يفقد خام الحديد أكسجينه إلى الكربون الساخن المحيط به ، ويتحول الخام إلى فلز الحديد في صورة لامعة . ولم يكن يستخدم فلز الحديد الناتج مباشرة، ولكن يعاد تسخينه مرارا وفي كل مرة يطرق للتخلص من بقية الشوائب القصيفة الصلدة وعل الأخص الكربون الذي يجعل الحديد هشا . وتمكن صناع الحديد نحو عام 1200 م من إعادة تسخين وتبريد وتشكيل الحديد المستخلص لانتاج وتصنيع الحديد المطاوع. وقد كانت خواص الحديد المطاوع الناتج تشبه إلى حد بعيد خواص الفولاذ الكربوني المنتج في العصور الحديثة حيث يحتوي على كمية قليلة من الكربون .

الحديد في الطبيعة

الحديد هو السادس من حيث وفرة من العناصر الكيميائية في الكون ، وهو يتكون خلال الخطوة الأخيرة من عملية احتراق السيليكون في النجوم العملاقة . ونادرا ما يتواجد الحديد في حالته كعنصر ( الحديد ) على سطح الأرض لأنه يميل إلى التأكسد، ولكن أكاسيده منتشرة وتمثل خاماته الأولية. بالرغم من أنه يمثل نحو 5٪ من القشرة الأرضية، إلا أنه يعتقد أن سبيكة من الحديد والنيكل في باطن الأرض تمثل 35 ٪ من كتلة الأرض ككل. لذا، فالحديد هو العنصر الأكثر وفرة على سطح الأرض، لكنه العنصر الرابع الأكثر وفرة في القشرة الأرضية.

انتاج الحديد

إنتاج الحديد أو الصلب هو عملية تتضمن مرحلتين أساسيتين، ما لم يكن المنتج المطلوب هو الحديد الزهر. المرحلة الأولى هي إنتاج الحديد الخام في الفرن العالي، أو بالاختزال المباشر، والمرحلة الثانية هي جعل إنتاج الحديد المطاوع أو الصلب من الحديد الغفل من خلال عمليات أخرى.

في بعض الأحيان مثل لإنتاج المغناطيس الكهربي، وينتج الحديد النقي بواسطة التحليل الكهربائي للزاج الأخضر

النهاية