خصائص الحديد

الحديد

ما هو عنصر الحديد؟

يعد الحديد أحد العناصر الكيميائية التابعة للجدول الدوري ذو الرقم الذري 26 والرمز Fe، ويصنف على أنه أحد المعادن التي تنتمي إلى الفلزات الانتقالية، ويعد الحديد أيضًا رابع أكثر العناصر انتشارًا في قشرة الأرض، وعادةً ما يتواجد الحديد في خامات متعددة، حيث يتطلب فصل الحديد عن خاماته أفران ذات درجات حرارة مرتفعة جدًا يمكن أن تصل إلى 1500 درجة مئوية، ولقد بدأ البشر في استخلاص الحديد من خاماته منذ 2000 سنة قبل الميلاد، ومن ثم قاموا بتصنيع الأدوات والأسلحة الحديدية، مما أدى إلى الانتقال من العصر البرونزي إلى العصر الحديدي، وأما بالنسبة للوقت الحالي فيعد الحديد هو المعدن الصناعي الأكثر شيوعًا، وذلك بسبب خصائصه المختلفة وتكلفته المنخفضة، حيث يدخل الحديد في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية والطبية وفي البحوثات وغيرها من المجالات.^[١]

خصائص الحديد

يتمتع معدن الحديد بالعديد من الخصائص التي تجعله مناسبًا للتطبيقات الهيكلية والميكانيكية وغيرها، كما ساعدت قابليته للتسخين والصهر وإعادة التشكيل في جعله معدنًا مناسبًا للاستخدام في العديد من المجالات^[٢]، وفيما يأتي أبرز الخصائص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية لمعدن الحديد :

الخصائص الفيزيائية

ما أبرز الخصائص الفيزيائية لعنصر الحديد؟

يتميز معدن الحديد يالعديد من الخصائص الفيزيائية، إذ يعرف بأنه معدن مرن فضي اللون وقابل للسحب، وعادةً ما يتواجد الحديد في الطبيعة بالحالة الصلبة، وفيما يأتي أبرز الخصائص الفيزيائية لعنصر الحديد:^[٣]

• تكون كثافة الحديد عند 25 درجة مئوية مساويةً لـِ7.870 جم/سم مكعب.
• تساوي الكثافة عند نقطة الانصهار للحديد 6.98 جم / سم مكعب.
• يكون الثقل النوعي للحديد عند 20 درجة مئوية مساويًا لـِ7.874.
• تساوي نقطة الانصهار للحديد1811 كلفن.
• تعادل نقطة الغليان للحديد 3133.35 كلفن.
• تساوي حرارة الانصهار للحديد 14.9 كيلو جول/مول.
• تعادل حرارة التبخير للحديد 351 كيلو جول/مول.
• تعادل السعة الحرارية المولية للحديد 25.1 جول/مول.كلفن.
• تكون الحرارة النوعية للحديد عند 20 درجة مئوية مساويةً لـِ0.443 جول/جم ·كلفن.

الخصائص الكيميائية

كم نوعًا لمركبات الحديد الكيميائية؟

يعد العائق الرئيس للحديد هو تفاعله السريع مع الهواء والماء، حيث ينتج عن هذا التفاعل مادة بنية محمرة تعرف باسم الصدأ، كما يتفاعل الحديد مع العديد من العناصر الأخرى التي تشمل كل من الكربون والكبريت والسيليكون والهالوجينات، ويتم تقسيم مركبات الحديد الكيميائية إلى مجموعتين تعرفان باسم ferrous أو ferric، بحيث ينتمي الحديد (II) إلى مجموعة ferrous، بحيث يدخل هذا النوع في تركيب أكسيد الحديد (FeO) الذي يستخدم في التلوين وكلوريد الحديد (FeCl2) الذي يستخدم في الطب وكبريتات الحديد (FeSO4) التي تستخدم في الصبغات، بينما ينتمي الحديد (III) إلى مجموعة ferric، بحيث يدخل هذا النوع في تركيب كلوريد الحديد (FeCl3) الذي يستخدم في تصنيع العديد من الكيماويات الصناعية وأكسيد الحديد (Fe2O3) الذي يستخدم في الطلاء والمواد الممغنطة كأشرطة الكاسيت ومحركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر^[٤]، وفيما يأتي بعض الخصائص الكيميائية الأخرى للحديد:^[٥]

• جهد القطب: -0.0400 فولت.
• نصف القطر الأيوني: 0.640 أنغستروم.
• الكهربية: 1.83.
• حافة امتصاص الأشعة السينية: 1.743 أنغستروم.
• المكافئ الكهروكيميائي: 0.695 جم/أمبير/ساعة.

الخصائص الميكانيكية

ما أبرز الخصائص الميكانيكة لعنصر الحديد؟

يعرف الحديد النقي بأنه معدن انتقالي لين نسبيًا وقابل للسحب والتشكيل، ولا تعد الخصائص الميكانيكية للحديد شديدة الأهمية بالمقارنة مزاياه المتعلقة بالتكلفة والأداء المميز في الصناعات المختلفة^[٦]، وفيما يأتي أبرز الخصائص الميكانيكية المرتبطة بمعدن الحديد:^[٥]

• قوة الشد عند الكسر: 540 ميجا باسكال.
• قوة العائد: 50 ميجا باسكال.
• نسبة بواسون: 0.291.
• معامل المرونة 200 جيجا باسكال.
• معامل القص 77.5 جيجا باسكال.
• صلادة برينل: 146.
• صلادة فيكرز: 150.
• صلادة روكويل أ: 49.
• صلادة روكويل ب: 79.

المراجع

1. ↑ "Iron", www.wikiwand.com, Retrieved 2020-08-18. Edited.
2. ↑ "Iron", eng.libretexts.org, Retrieved 2020-08-18. Edited.
3. ↑ "Iron Facts", www.thoughtco.com, Retrieved 2020-08-18. Edited.
4. ↑ "Iron and steel", www.explainthatstuff.com, Retrieved 2020-08-18. Edited.
5. ^ ^{أ ب} "Iron (Fe) - Properties, Applications", www.azom.com, Retrieved 2020-08-25. Edited.
6. ↑ "What are mechanical properties of iron metal?", www.quora.com, Retrieved 2020-08-18. Edited.