متفرقات

حديد | العنصر ، التواجد ، الاستخدامات ، الخصائص ، والمركبات

الحديد (Fe) ، عنصر كيميائي ، معدن المجموعة 8 (VIIIb) من الجدول الدوري ، المعدن الأكثر استخدامًا والأرخص.

مفهوم العمل الفني على الجدول الدوري للعناصر.
مسابقة بريتانيكا
118 أسماء ورموز مسابقة الجدول الدوري
يتكون الجدول الدوري من 118 عنصرًا. ما مدى معرفتك برموزهم؟ في هذا الاختبار ، ستظهر لك جميع الرموز الكيميائية الـ 118 ، وستحتاج إلى اختيار اسم العنصر الكيميائي الذي يمثله كل واحد.
خصائص العنصر
العدد الذري 26
الوزن الذري 55.847
نقطة الانصهار 1،538 درجة مئوية (2800 درجة فهرنهايت)
نقطة الغليان 3000 درجة مئوية (5432 درجة فهرنهايت)
جاذبية معينة 7.86 (20 درجة مئوية)
الأكسدة +2 ، +3 ، +4 ، +6
التوزيع الإلكترون [عربي] 3 د 6 4 ث 2

التواجد والاستخدامات والخصائص

الحديد تشكل 5 في المئة من الأرض القشرة الصورة ويحتل المركز الثاني في الوفرة إلى الألومنيوم بين المعادن والرابع في وفرة وراء الأكسجين ، السليكون ، والألومنيوم بين العناصر. الحديد ، وهو المكون الرئيسي لبُلب الأرض ، هو العنصر الأكثر وفرة في الأرض ككل (حوالي 35 بالمائة) وهو متوفر نسبيًا في الشمس والنجوم الأخرى . نادرًا ما يكون المعدن الحر في القشرة موجودًا على شكل حديد أرضي (مخلوط بنسبة 2-3 في المائة من النيكل ) فيالصخور البازلتية في جرينلاند وكربوني الرواسب في الولايات المتحدة (ميسوري) وكحديد نيزكي منخفض النيكل (5-7 في المائة نيكل) ، كاماسيت . يوجد النيكل والحديد ، وهو سبيكة أصلية ، في الرواسب الأرضية (21-64 في المائة حديد ، 77-34 في المائة نيكل) وفيالنيازك على شكل تينايت (62-75 بالمائة حديد ، 37-24 بالمائة نيكل). (للحصول على الخصائص المعدنية للحديد الأصلي وحديد النيكل ، انظر العناصر الأصلية [الجدول].) يتم تصنيف النيازك على أنها حديد أو حجر حديد أو صخري وفقًا للنسبة النسبية لمحتواها من الحديد ومعدن السيليكات. يوجد الحديد أيضًا مع عناصر أخرى في مئات المعادن. ذات أهمية قصوى مثل خام الحديد الهيماتيت (أكسيد الحديديك ، Fe 2 O 3 ) ، المغنتيت (ثلاثي أكسيد رباعي أكسيد الحديد ، Fe 3 O 4 ) ، ليمونيت (هيدروكسيد أكسيد الحديد المائي ، FeO (OH) n H 2O) ، و Siderite ( كربونات الحديدوز ، FeCO 3 ). يبلغ متوسط ​​محتوى الصخور النارية حوالي 5 في المائة من محتوى الحديد. يتم استخراج المعادن من قبل الصهر مع الكربون ( الفحم ) و الحجر الجيري . (للحصول على معلومات محددة عن تعدين وإنتاج الحديد ، انظر معالجة الحديد .)

خام الحديد
بلد إنتاج المناجم 2006 (طن متري) * ٪ من إنتاج المناجم في العالم الاحتياطيات المثبتة لعام 2006 (طن متري) * ** ٪ من الاحتياطيات العالمية المثبتة
*مقدر.
** محتوى الحديد.
*** التفاصيل لا تضيف إلى المجموع المعطى بسبب التقريب.
المصدر: وزارة الداخلية الأمريكية ، ملخصات السلع المعدنية 2007.
الصين 520.000.000 30.8 15.000.000.000 8.3
البرازيل 300.000.000 17.8 41.000.000.000 22.8
أستراليا 270.000.000 16.0 25.000.000.000 13.9
الهند 150.000.000 8.9 6،200،000،000 3.4
روسيا 105.000.000 6.2 31.000.000.000 17.2
أوكرانيا 73.000.000 4.3 20،000،000،000 11.1
الولايات المتحدة الأمريكية 54.000.000 3.2 4،600،000،000 2.6
جنوب أفريقيا 40.000.000 2.4 1،500،000،000 0.8
كندا 33.000.000 2.0 2،500،000،000 1.4
السويد 24.000.000 1.4 5،000،000،000 2.8
إيران 20،000،000 1.2 1،500،000،000 0.8
فنزويلا 20،000،000 1.2 3،600،000،000 2.0
كازاخستان 15.000.000 0.9 7،400،000،000 4.1
موريتانيا 11،000،000 0.7 1،000،000،000 0.6
المكسيك 13.000.000 0.8 900.000.000 0.5
بلدان اخرى 43.000.000 2.5 17.000.000.000 9.4
مجموع العالم 1،690،000،000 100 *** 180.000.000.000 100 ***

يبلغ متوسط ​​كمية الحديد في جسم الإنسان حوالي 4.5 جرام (حوالي 0.004 في المائة) ، منها ما يقرب من 65 في المائة في شكلالهيموغلوبين ، الذي ينقل الأكسجين الجزيئي من الرئتين في جميع أنحاء الجسم ؛ 1 في المائة في الإنزيمات المختلفة التي تتحكم في الأكسدة داخل الخلايا ؛ ومعظم ما تبقى مخزنة في الجسم ( الكبد ، الطحال ، نخاع العظم ) لتحويل المستقبل لالهيموغلوبين. اللحوم الحمراء وصفار البيض والجزر والفواكه والقمح الكامل والخضروات الخضراء تساهم في معظم 10-20 ملليغرام من الحديد التي يحتاجها الشخص البالغ يوميًا. لعلاج فقر الدم الناقص الصبغي (الناجم عننقص الحديد )، أي من عدد كبير من الحديد العضوي أو غير العضوية (عادة الحديدية) مركبات تستخدم.

يحتوي الحديد ، كما هو متاح بشكل شائع ، دائمًا على كميات صغيرة من الكربون ، والتي يتم التقاطها من فحم الكوك أثناء الصهر. تعمل هذه التعديلات على تعديل خصائصها ، من الحديد المصبوب الصلب والهش الذي يحتوي على ما يصل إلى 4 في المائة من الكربون إلى الفولاذ الأقل كربونًا القابل للطرق والذي يحتوي على أقل من 0.1 في المائة من الكربون.

احصل على اشتراك Britannica Premium وتمتع بالوصول إلى محتوى حصري. إشترك الآن

تحدث ثلاثة تآصلات حقيقية للحديد في شكله النقي. يتميز حديد دلتا ، الذي يتميز بهيكل بلوري مكعب محوره الجسم ، بأنه مستقر فوق درجة حرارة تبلغ 1،390 درجة مئوية (2،534 درجة فهرنهايت). تحت درجة الحرارة هذه هناك انتقال إلىحديد جاما ، الذي له هيكل مكعب محوره الوجه (أو مكعب مترابط) وهو مغناطيسي (قادر على أن يكون ممغنطًا بشكل ضعيف فقط طالما أن المجال الممغنط موجودًا) ؛ قدرتها على تشكيل حلول صلبة مع الكربون مهمة في صناعة الصلب. عند 910 درجة مئوية (1،670 درجة فهرنهايت) هناك انتقال إلى المغناطيسيةحديد ألفا ، وهو أيضًا مكعب متمركز حول الجسم في الهيكل. تحت 773 درجة مئوية (1423 درجة فهرنهايت)، ألفا الحديد يصبح المغناطيسية (أي قابلة للمغنطة بشكل دائم)، مما يشير إلى تغيير في التركيب الإلكتروني ولكن أي تغيير في التركيب البلوري. فوق 773 درجة مئوية (نقطة كوري الخاصة بها) ، تفقد مغناطيسيتها الحديدية تمامًا. حديد ألفا معدن ناعم ، مطيل ، لامع ، رمادي-أبيض ذو قوة شد عالية .

الحديد النقي هو رد الفعل تماما. في حالة الانقسام الدقيق للغاية يكون الحديد المعدني قابل للاشتعال (أي يشتعل تلقائيًا). فهو يجمع بين بشدة مع الكلور على التدفئة خفيفة وأيضا مع مجموعة متنوعة من اللافلزات الأخرى، بما في ذلك جميع الهالوجينات ، الكبريت ، الفوسفور ، البورون والكربون والسليكون (كربيد ومراحل السيليسيد تلعب أدوارا رئيسية في التعدين الفني الحديد). يذوب الحديد المعدني بسهولة في الأحماض المعدنية المخففة . مع الأحماض غير المؤكسدة وفي غياب الهواء ، يتم الحصول على الحديد في حالة الأكسدة +2 . مع وجود الهواء أو عند تخفيف حامض النيتريك الدافئيتم استخدام بعض الحديد في المحلول مثل Fe 3+ أيون. إن الوسائط المؤكسدة بشدة - على سبيل المثال ، حمض النيتريك المركز أو الأحماض المحتوية على ثنائي كرومات - يخمد الحديد (أي يتسبب في فقد نشاطه الكيميائي الطبيعي) ، مع ذلك ، بقدر ما يفعل الكروم . الماء الخالي من الهواء والهيدروكسيدات الخالية من الهواء المخففة لها تأثير ضئيل على المعدن ، ولكن يتم مهاجمتها بواسطة هيدروكسيد الصوديوم المركّز على الساخن .

الحديد الطبيعي عبارة عن مزيج من أربعة نظائر مستقرة: حديد -56 (91.66 بالمائة) ، حديد -54 (5.82 بالمائة) ، حديد -57 (2.19 بالمائة) ، حديد -58 (0.33 بالمائة).

مركبات الحديد قابلة للدراسة من خلال الاستفادة من ظاهرة تعرف باسم تأثير موسباور (ظاهرة امتصاص أشعة جاما وإعادة إشعاعها بواسطة نواة بدون ارتداد). على الرغم من ملاحظة تأثير Mössbauer لحوالي ثلث العناصر ، إلا أنه على وجه الخصوص بالنسبة للحديد (وبدرجة أقل القصدير ) كان التأثير أداة بحث رئيسية للكيميائي. في حالة الحديد ، يعتمد التأثير على حقيقة أن نواة الحديد -57 يمكن أن تستثار إلى حالة طاقة عالية بامتصاص إشعاع غاما بتردد محدد للغاية يتأثر بحالة الأكسدة وتكوين الإلكترون والمواد الكيميائية. بيئةمن ذرة الحديد وبالتالي يمكن استخدامها كمسبار لسلوكها الكيميائي. تم استخدام تأثير موسباور الملحوظ للحديد -57 في الدراسةالمغناطيسية ومشتقات الهيموجلوبين ولصنع ساعة نووية دقيقة للغاية .