معدن يستخدم في بناء السفن
يستخدم الفولاذ في صناعة السفن والقضبان والجسور والهياكل والمباني الشاهقة. سبائك الحديد الصلب، وهي خليط من الحديد ومواد أخرى مثل: النيكل والكروم، لجعل السبيكة أكثر مقاومة للصدأ أو جعلها أكثر صلابة.
العصر الحديدي
- حصل رجل ما قبل التاريخ على الحديد من النيازك، ثم استخدمه في صنع الأدوات والأسلحة والمكونات الأخرى، وكلمة الحديد في العديد من اللغات القديمة تعني معدنًا من السماء، وقد استخدم الحديد النيزكي في العصور القديمة جدًا، ويُعتقد أنه يصل إلى أربعة ألف سنة ق.
- يُعتقد أن الحيثيين كانوا أول من عرف الحديد بكميات كبيرة، وعاشوا فيما يعرف الآن بتركيا (1400 قبل الميلاد). وصل العالم إلى القرن العاشر قبل الميلاد، وقد ابتكرت معظم الحضارات القديمة في ذلك الوقت تقنيات لصنع الحديد، وبالتالي بدأ العصر الحديدي.
- كانت أفران استخلاص الحديد الأولية ضحلة وضحلة بدا نحاسها مثل الصفيحة، وتم تسخين خام الحديد والفحم في الفرن.لم يتم استخدام المعدن الحديدي الناتج بشكل مباشر، ولكن تم إعادة تسخينه مرارًا وتكرارًا وفي كل مرة يتم التخلص منه ؛ للتخلص من الشوائب المتصلبة المتبقية وخاصة الكربون مما يجعل الحديد هشاً.
- تمكن صانعو الحديد منذ حوالي 1200 ميلادي من إعادة تسخين وتشكيل وتبريد الحديد المستخرج لإنتاج الحديد المطاوع وتصنيعه. كانت خصائص الحديد المطاوع الناتج مشابهة جدًا لخصائص الفولاذ الكربوني المنتج في العصر الحديث، حيث يحتوي على كمية صغيرة من الكربون.
- سرعان ما تعلم صانعو الحديد نفخ الهواء من خلال قضبان أو أحواض في الفرن، مما أدى إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير وكان لهذا الاكتشاف تأثير كبير على تحسين جودة الحديد المنتج. استخدم صانعو الحديد فيما بعد أداة أو جهازًا يسمى منفاخًا يدفع الهواء عبر القضبان إلى الفرن.
- حوالي عام (700 م)، تمكن صانعو الحديد في منطقة كاتالونيا – التي تقع الآن في شمال شرق إسبانيا – من الحصول على أفضل صورة لفرن استخراج الحديد، وكان هذا الفرن معروفًا في ذلك الوقت باسم Corktlán، وكان الهواء مضغوطًا عند قاعدة الفرن وإجبارها من الداخل باستخدام الطاقة الكهرومائية، تبلغ الطاقة الإنتاجية لشركة Corectlan حوالي 160 كجم من ألياف الحديد كل خمس ساعات، وهذا الإنتاج أكبر بكثير من الأفران السابقة.
مركبات الحديد
- غالبًا ما تكون مركبات الحديد +2 أو +3، وتسمى مركبات الحديد ثنائية التكافؤ (الحديدية) مثل أكسيد الحديد (FeO)، ومركبات الحديد ثلاثية التكافؤ (الحديديك) مثل أكسيد الحديديك، Fe2O3.
- قد يصبح تكافؤ مركبات الحديد سداسي التكافؤ في شكل رباعي هيدرات البوتاسيوم (K2FeO4). مركبات الحديد التي تدخل في تفاعلات الأكسدة الكيميائية هي رباعي التكافؤ، وتتواجد مركبات الحديد المعدني بتكافؤ أحادي إيجابي أو سلبي، وحتى الحديد يوجد أحيانًا في حالته العرقية داخل جسم الإنسان.
- تستخدم بعض الأنواع لطباعة الأوراق الموجودة في بعض الرسومات الهندسية. يشير الحديدوز 2+ في الكيمياء، إلى مركبات الحديد ثنائية التكافؤ (+2 حالات أكسدة)، مركبات حديديك غير متجانسة (حديديك)، والتي تشير إلى مركبات الحديد ثلاثية التكافؤ (+3 حالات أكسدة)، خارج الكيمياء خاصية الحديد المستخدمة للإشارة إلى وجود حديد. كلمة ferrous مشتقة من الكلمة اللاتينية (ferrum) “حديد” والتي تشمل المعادن الحديدية والصلب وخام الحديد.
- تعتبر كبريتات الحديدوز المائية واحدة من أكثر المصادر المتاحة لأكسيد الحديدوز (FeO)، لكنها أكثر عرضة للأكسدة في الهواء من NH4 (2Fe (SO4) 2 6H2O). بشكل عام، تميل مركبات الحديد ثنائية التكافؤ إلى التأكسد في الهواء لتصبح مركبات حديدية ثلاثية التكافؤ. .
رواسب خام الحديد
- تشكلت أكبر رواسب خام الحديد في العالم نتيجة العمليات المختلفة التي بدأت منذ أكثر من ملياري سنة، وبدأت عمليات تكوين الخام في بعض مناطق العالم، ثم تحولت هذه المناطق إلى بحار سطحية ضحلة، حيث تترسب مركبات الحديد تدريجياً من مياه البحر إلى القاع. في قاع البحر، تم ربط خام الحديد المترسب بالرمل والحبيبات الدقيقة للطمي في شكل صخري.
- بعد ذلك، أدت الزلازل وتحولات قشرة الأرض إلى ارتفاع الصخور المتكونة في قاع البحر إلى مستوى سطح البحر، وتشكلت خامات الحديد بتركيزات عالية جدًا في بعض مناطق العالم، نتيجة تساقط المياه عبر البحر. صخور، حيث أذابت المياه المتساقطة الكثير من الرمال الصخرية، تاركة وراءها تركيزات عالية من الخامات.
الحديد في الطبيعة
- يتم دمج معظم الحديد الموجود في قشرة الأرض مع الأكسجين لتكوين أكاسيد الحديد، وهي خامات الحديد الطبيعية، مثل الهيماتيت والمغنتيت. يوجد الحديد بكثرة في بعض التكوينات الحجرية. هذه التكوينات الجيولوجية هي نوع من الصخور يتكون من طبقات رقيقة من أكاسيد الحديد، إما من أكسيد الحديد الأسود (Fe3O4) أو الهيماتيت (Fe2O3)، بالتناوب مع طبقات من الحجارة وطمي فقير في الحديد، وقد تشكلت هذه التكوينات بين 3700 إلى 1800 مليون سنة مضت، هناك أيضًا أشكال أخرى من خامات الحديد مثل ليمونيت بيريت، إلمنيت، وسيدريت، حوالي 1 من 20 نيزك يتكون من معادن غنية بالحديد والنيكل مثل تينيت (35-80٪ حديد) وكاماسيت (90-95٪ حديد) ). على الرغم من ندرتها، إلا أن النيازك الحديدية هي المصدر. الحديد الرئيسي على سطح الأرض.
تقليل من التلوث
- الاستفادة من الغازات الضارة المنبعثة من أسطح الأفران، في عملية استعادتها وإعادة شحنها مرة أخرى، ومعالجة المياه من وحدات التصنيع حيث يمكن إعادة استخدامها أو إهدارها، وجمع الغبار المتصاعد، وإمكانية استعادة المواد الصلبة المفيدة وإعادة استخدامها في التصنيع، غالبًا ما يتم إطلاق الغازات بدرجات حرارة عالية، مما يعني أنها تحتفظ بالطاقة المخزنة فيها، ومن المستحسن استعادة الطاقة بدلاً من فقدها، وجمع أول أكسيد الكربون واستخدامه كوقود في المواقد.
استخدامات عناصر الحديد
- حديد الزهر: يحتوي على 2-4٪ كربون، 0.3-3٪ سيليكون، 0.2-1.2٪ منجنيز، ويستخدم في صناعة المواسير وأواني الطبخ.
- والحديد المطاوع: يحتوي على قدر ضئيل من الكربون بنسبة 0.01-2٪، ويستخدم في صناعة قضبان التسليح المستخدمة في البناء، ونظراً لنعومتها، فهي تستخدم في صنع المغناطيسات الكهربائية التي تستخدم في الأجهزة الكهربائية.
- الحديد الصلب (الصلب): يحتوي على 0.1-1.5٪ كربون وكبريت وفوسفور ومعادن أخرى مثل الكروم والنيكل. يتم استخدامه في صناعة الجسور ومسارات السكك الحديدية وأجسام السفن والسيارات.
استخدامات مركبات الحديد
- تستخدم كبريتات الحديد (II) في صناعة الأسمنت حيث تعمل على تقليل أملاح الكرومات. تدخل كبريتات الحديد في تنقية مياه الخزان عن طريق ترسيب الجسيمات الدقيقة. يدخل كلوريد الحديد (II) في الصناعات العضوية. يشارك كلوريد الحديد (III) في معالجة وتنقية المياه والصرف الصحي والصباغة وتنظيف النحاس.
الحديد في جسم الإنسان
- يدخل الحديد في تركيبة الهيموجلوبين في الدم (خلايا الدم الحمراء)، حيث تقدر كميته في الجسم بجرامين، كما أنه يمد الجسم بالأكسجين ويقوي المناعة، كما أنه متوفر في الصيدليات على شكل أجهزة لوحية. يسبب نقص الحديد الشديد فقر الدم، لذلك يجب على الشخص أن يحرص على تناول الأطعمة الغنية بالحديد وهناك مركبات عضوية أخرى من الحديد، مثل الميوجلوبين (أو الميوجلوبين)، وهو بروتين يحتوي تركيبه على الأكسجين والحديد ويشارك في تصنيعه. من ألياف العضلات، إنزيم السيتوكروم (الهيموجلوبين) والنيتروجيناز، وهو إنزيم يساهم في تثبيت النيتروجين.
في هذا المقال، حددنا إجابة سؤال المعدن المستخدم في بناء السفن، وتحدثنا عن العصر الحديدي، ومركبات الحديد، ورواسب خام الحديد، والحديد في الطبيعة، وتقليل التلوث، واستخدامات الحديد وعناصر الحديد. في جسم الإنسان.