معلومات عن كثافة الحديد

الحديد يعتبر عنصر من العناصر الهامة حيث أن لونه يكون فضي وقد تم اكتشافه منذ القدم، وهو معدن فلزي منتقل ورمزه هو eF, وهو يشتق من الاسم اللاتيني والذي يكون متواجدا في الدورة الرابعة.

وقد يكون المجموعة الثامنة من الجدول الدوري، حيث أنه يكون له الكثير من الأعداد الذرية ومنها العدد الذري 62، وبما أنه فلز فقد يكون لامعًا وصلبًا، كما أنه يكون موصًلا للحرارة والكهرباء فيكون قابلًا للطرق ووسائل السحب، وفي هذا المقال سوف نوضح لكم معلومات عن كثافة الحديد.

معلومات عن الحديد

• قد يكون الحديد متواجدًا في الطبيعة وفي معظم الوقت يكون على شكل أكاسيد، وقد يكون ذلك موجودًا في القشرة الأرضية.
  • حيث أن الحديد يكون ذات استقرارًا بشكل كبير، وقد يتفاعل مع الأكسجين ويكون به شكل صدأ الحديد أي أكسيد الحديد.
  • ومن الممكن منعه من التفاعل مع الأكسجين بالعمل على تغليفه وذلك من خلال مواد عازلة وطلائية.
• وقد قام الإنسان بالاستفادة من الحديد وهذا منذ القدم وهذا يكون في العديد من المجالات.
  • ومن هنا بدأت في استخلاص خاماته وقد يتم صهره عند درجات حرارة عالية ويتم إعادة تشكيله.
•  حيث أن تاريخ الحديد يعود عندما وصل إلى الأرض وذلك من خلال النيازك بمعني أنه أتي من السماء.
  • وذلك قد ورد في سورة الحديد في كتاب الله الكريم، فقد قال الله تعالى، بسم الله الرحمن الرحيم.
  • لقد أرسلنا رسلنا بالبينات وأنزلنا معهم الكتاب والميزان ليقوم الناس بالقسط وأنزلنا الحديد فيه بأس شديد ومنافع للناس وليعلم الله من ينصره ورسله بالغيب إن الله قوي عزيز، صدق الله العظيم.
•  وذلك يعني أن الحديد له أهمية كبيرة وفائدة الحديد ودخول الحديد في تركيب العديد من المركبات والأحياء.
  • ذلك مثل: دخول الحديد في خضاب الدم، والميوغلوبين، والأنزيمات، والمركبات العضوية.
  • وذلك في الكائنات الحية مثل عضو حيوي أساسي فيها، وأن الحديد له أعداد تأكسد في مركباته، وهي: 2+ أو 3+، ويسمي ذلك أيضا بأعداد التكافؤ.

شاهد أيضًا: ما هي السلسلة الحديدية المسننة التي تدخل في بعض الصناعات

انتشار الحديد بكثرة

• قد يكون الحديد له استخدامات كثيرة وذلك عندما يتم استخدامه في صناعة الأدوات المعدنية والأسلحة وذلك في أحد العصور قد تم تسمية ذلك العصر بأنه العصر الحديدي.
•  ومن هنا قد تم استخدامه في صناعة الفولاذ، ومن هنا حيث أن الحديد في هذا الوقت يدخل في صناعة هياكل السيارات والسفن، كما أنه يدخل في صناعة الأبواب.
•  وأيضا يدخل الحديد في صناعة الأسلحة والسبائك وكذلك يدخل في البناء.
  • حيث أن الحديد قد يزيد صلابته في سبيكة الحديد وذلك عندما يحتوي على عنصر الكربون.
• عنصر الحديد من العناصر كغيره من العناصر التي لها خصائص فلزية، وقد يتميز عن غيره من العناصر الأخرى.
  • حيث أنه صلب قد يبلغ كثافته حوالي 478،7 غم/ سم مكعب، وذلك عند درجة حرارة الغرفة.
  • وكتلته الذرية تكون 548،55غم/ مول، وقد يتوفر ذلك ويكون ذات العدد الكتلي 65.

كثافة الحديد

• يعتبر كثافة الحديد هو: 478،7 جرام/ سم مكعب.
• الرمز الذري: e
• والعدد الذري للحديد هو: 6
• كما أن فئة العنصر هو: المعادن الانتقالية.
• نقطة الانصهار هو: 0082 درجة فهرنهايت بمعدل 8351 درجة مئوية.
• أما نقطة الغليان فهي: 2815 درجة فهرنهايت وذلك بمعدل 2682 درجة مئوية.
• الصلابة هي: 4.

تابع كثافة الحديد

• كثافة الحديد هي عبارة عن كتلة الجسم التي تكون مقسومة على حجمه ووحدتها غم/ سم مكعب.
• حيث أنها صفة فيزيائية للمواد التي لا يمكن أن تتغير بتغير كمية المادة.
• وقد تعبر ذلك عن كتلة وحدة الحجم من المادة والتي يتم اعتمادها على درجة حرارة والضغط.

الكثافة المطلقة للحديد

• أما عن الكثافة المطلقة للحديد فهي عبارة عن كثافة المادة وذلك عند درجة الحرارة والضغط القياسيين.
  • كما يعد عنصر الحديد من المواد ذات الكثافة العالية، حيث تتحكم الكثافة بطبيعة المادة.
  • وقد يعني ذلك أنه كلما زادت كثافة الحديد فقد زادت صلابته.
• كما أن خامات الحديد قد تحتوي على الحديد وذلك بشكل أساسي، مثل: الهمتايت، وأكسيد الحديد الأسود، والماغنيت وغيرها.
  • كما أن له مركبات مثل: كلوريد الحديد الثلاثي الذي يتم استخدامه في العمل على تنقية الماء ومعالجته.
  • وهناك في الأصباغ وغيرها، وهناك كبريتات الحديد الثنائية التي قد يتم استخدامه في صناعة الأسمنت.
•  وبوجه عام قد يتم استخدام مركبات الحديد في الصناعة وإنتاج الوقود، كما أنها تكون بمثابة عامل محفز في التفاعلات الأخرى.
  • وقد يتواجد الحديد في التكوينات الحجرية وذلك على هيئة أكاسيد، وهو يكون الأكثر توفيرًا على سطح الأرض.
  • وقد يوجد الحديد وكأنه عنصرًا رئيسيًا وهاما لجسم الإنسان وذلك في اللحوم الحمراء والأسماك والخضار وغيرها.

استخدامات الحديد

• يتم استخدام عنصر الحديد منذ قديم الأزل وعلى الرغم من القيام باستخدام سبائك النحاس.
  • والتي قد يكون لها درجات حرارة انصهار مختلفة ومتنوعة وقد يعد الحديد من العناصر النقية.
• حيث أنه لا يمكن الحصول على عنصر الحديد من خلال الصهر وذلك نظرا لأن ذلك قد يتم تقويع بطريقة ملحوظة وذلك عن طريق استخدام الشوائب وبالأخص الكربون.
• ومن خلال عملية الصهر فقد يتم إنتاج نسب محددة من الكربون وذلك بين 200.0% و1.2%، الصلب.
  • وهي التي قد يتم وصولها إلى ألف مرة، وهي أكثر صعوبة من الحديد النقي، ومن ثم القيام بإنتاج معدن الحديد الخام وذلك في أفران صخرية.
• وقد يكون تخفيض الخام من الحديد وذلك عن طريق فحم الكوك حتى حديد الخنزير، وهو الذي قد يحتوي على نسب كبيرة من الكربون.
  • وخليطا من التنقية مع الأكسجين والذي يعمل على التقليل من نسبة الكربون إلى النسبة الصحيحة حتى يجعله صلبا.
• وقد يتم اعتبار الفولاذ وسبائك الحديد التي تتكون من معادن أخرى، هي من أكثر المعادن الصناعية التي يتم التعارف عليها بشكل كبير.
  • وذلك نظرًا إلى وجود مجموعة كبيرة من الخصائص التي يكون مرغوبا فيه والصخور التي تحمل الكثير.
  • حيث أنه يتم استخدام مركبات الحديد الكيميائية في الكثير من الاستخدامات.
• ومن الممكن أن يتم إشعال أكسيد الحديد الذي يتم خلطه بمسحوق الألومنيوم وذلك لخلق تفاعل الثرمايت.
  • الذي قد يستخدم في لحام وخامات التنقية والحديد الذي يقوم بتشكيل المركبات الثنائية مع الهالوجينات، ومن بين المركبات الفلزية العضوية هو الفيروزين.

خصائص الحديد

• الحديد من المواد التي قد يلعب دورًا هامًا في علم الأحياء والذي يكون مركبات مع أكسجين جزيئي في الهيموجلوبين والميوغلوبين.
  • فهذان المركبان هما بروتينات نقل الأكسجين التي تعرف في الفقتريات.
• وعنصر الحديد هو يعتبر معدن ويكون ذلك للكثير من الإنزيمات الخاصة بالأكسدة والاختزال الهام.
  • وهو الذي قد يتعامل مع التنفس الخلوي والأكسدة والعمل على الحد من النباتات والحيوانات.
  • وقد يكون الذكور الذين يبلغوا حوالي 8.3 غرام من الحديد، و3.2 غرام في الإناث.
• وقد يتم توزيع الحديد له في الهيموغلوبين وكافة أنحاء الجسم، وقد يتم اعتبار عنصر الحديد.
  • أنه من العناصر الذي يكون حاسمًا وفارقًا في عملية التمثيل الغذائي وذلك لمئات من البروتينات والإنزيمات.
• وقد يعمل على المشاركة في وظائف الجسم المتنوعة والمختلفة، مثل: العمل على نقل الأكسجين وتخليق الحمض النووي.
  • وأيضًا العمل على تقييم الخواص الميكانيكية للحديد وسبائكه وذلك عن طريق استخدام مجموعة كبيرة مختلفة.
  • ومتنوعة من الاختبارات، مثل اختبار برينل، واختبار روكويل، واختبار صلابة فيكرز.
• حيث أن البيانات التي تكون على الحديد متناسبة وذلك بحيث قد يتم استخدامها للقيام بمعايرة القياسات أو للقيام بمقارنة الاختبارات.
  • ومع ذلك الخواص الميكانيكية للحديد والذي قد يتأثر بصورة كبيرة بنقاوة العينة، وبلورات واحدة من مادة الحديد.
• كما أنه في الواقع أنه أكثر ليونة من الالومنيوم، وقد يكون أنقي أنواع الحديد الصناعي بنسبة 999 %.
  • وقد يكون عنده صلابة من عشرين وثلاثين برينل، وقد يؤدي هذا إلى الزيادة في المحتوي الخاص بمادة الكربون.
  • والذي يؤدي أيضًا إلى زيادة معنوية في صلابته وأنه يكون مقاومة الحديد.
• وقد يتم تحقيق أقصى صلابة لمحتوى كربوني وذلك بنسبة 6.0 %، وبالرغم من أن سبيكة مقاومة الشد تكون منخفضة.
  • وذلك بسبب نعومة الحديد، فإنه قد يكون من السهل العمل مع روثينيوم الأوزان الثقيلة والأوزميوم.

شاهد أيضًا: ما هي خواص الحديد

الحديد الزهر

• يعتبر الحديد الزهر هو نوعًا من الحديد السبك أو الحديد الصب، وهو نوع من أنواع الحديد الذي ينتج من الأفران العالية والتي تبلغ كثافته حوالي 68.7 % جم/ سم مكعب.
  • ويكون درجة انصهاره ما بين 572،1 إلى 505،1 درجة مئوية، وهو يكون سهل الانكسار ولا يكون قابل للتشكيل.
  • حيث يرجع هشاشة حديد الزهر إلى وجود النسبة الكبيرة من الكربون في حديد الزهر، وهي نسبة قد تكون أعلى من 60 و2%.
• وقد يشمل حديد الزهر على نسبة كربون قد تكون عالية في ذوبانه وذلك في طور الأوستنيت عند درجة حرارة اليوتكتي.
  • قد ينفصل الكربون على هيئة قشور أو شبه كريات، فحديد الزهر يكون لونه رمادي أو قد يكون إسمنتيًا أي حديد زهر لونه أبيض.
• وقد يتم إجراء الكثير من الطرق التي يتم تصنيعها للفولاذ وهو نسبة خفض الكربون من حديد الزهر، ومن هذه الطرق هي: طريقة بسمر، وطريقة فرن أكسجين قاعدي، وطريقة فرن القوس الكهربي.

الفرق بين الصلب والحديد الزهر

الصلب يكون مقابل الحديد المصبوب

• حيث أن الحديد هو معدن من المعادن رمادي الصلب، وهو من المعادن الثقيلة من أي عنصر أخر موجودًا على الأرض، وأثناء تلك العملية شوائب أو الخبث إزالة من الحديد والتي تم تحويلها إلى سبائك الصلب.
•  وقد يؤكد ذلك أن الصلب هو عبارة عن سبيكة بينما أن الحديد هو من العناصر الموجودة في الحديد في الأشكال الطبيعية، وقد وجد العلماء أنه في الصخور النيزكية مثل ذلك.
•  وقد يكون هناك فرق أساسي بين هذين العنصرين، وهو أن الصلب قد ينتج من خلاله المعادن وهو خام الحديد والخردة، وقد يسمى سبيكة من الحديد والكربون مع رقابة.
•  بينما يكون حوالي أربعة بالمائة من مادة الكربون موجودا في الحديد يكون من الحديد الزهر، وأقل من إثنين بالمائة من مادة الكربون الذي يجعل من الصلب.
• مادة الحديد الزهر هو أرخص من الصلب حيث أن نقطة انصهاره تكون منخفضة وذلك مع القدرة على العفن وذلك إلى أى شكل.
  • أو الشكل لأنه لا يتأثر من شدة البرودة، حيث أنه يتم الصلب مع كمية قد يسيطر عليها من الكربون.
• وقد يكون ذلك بينما أن الحديد من العناصر التي يمكنها أن يكون أي كمية من الكربون، وقد يتم إضافة الكربون وغيره من المعادن.
  • مثل: الكروم إلى الحديد وذلك لإنتاج السبائك والنوعيات المختلفة والمتنوعة أو الدرجات من الصلب مثل: الفولاذ الذي يكون مقاوما للصدأ.

وقد يكون هناك فرقا آخر بين الصلب والحديد الزهر وما يملكونه، وقد يكون له خصائص مختلفة ومتعددة ومنها ما يلي:

خصائص الصلب

• من خصائص الصلب إنه يكون معتدلا، حيث أنه من الصعب المدلي بها وقد يكون لها اللزوجة العالية بشكل نسبي.
• قد يقوم الصلب بإنتاج رقائق وقد يكون هناك مطحون منه، ولا يكون قابلا للطرق.

خصائص الحديد الزهر

• الحديد الزهر يكون هشا، ويكون له مزيدا من التخميد وقد يعمل على امتصاص الاهتزازات والضوضاء وذلك في شكل المنصهر.
• الحديد الزهر من الأنواع التي قد يعمل على إلقاء أي نوع من مكونات الآلات المختلفة إلى الأشكال المعقدة.
  • مثل: الحديد الزهر، أو الأثاث الحديد المطاوع، أو البوابات، ويكون من الأشياء المدمرة بشكل قليل على الحفر.
  • وقد يعمل على إنتاج مسحوقا، وقد لا ينحني حيث أنه من الصعوبة بشكل كبير، ولكنه من السهل أن ينكسر.
• البعض يعتقد أن الصلب هو أقوي من الحديد الزهر، وهناك آخرون يرون أن الحديد والصلب هو شيئا واحدا.
  • ولكنه قد يكون الحديد الزهر قد يمتلك قوة ضاغطة بينما الصلب هو أكثر الشد.
  • وإذا تمت المقارنة بين الحديد الزهر وبين الصلب، فقد نجد أن الصلب يكون هو المفضل حيث أنه لا يصدأ.
• وقد يتم استخدام الحديد الزهر والصلب ومواد البناء، وقد يتم استخدام جميعهما في الهيكل للمباني.
  • حيث يتم استخدام الفولاذ لكي يجعل الحزم والأبواب التي يتم صدها من الحديد والتي قد يتم استخدامها حتى نجعل خطوط الأنابيب والمزاريب في الوقت السابق.
  • حيث أنه قد يتم استخدامه إلى الآن وذلك في صنع أغطية فتحات الصرف الصحي، وكتل أسطوانة في محركات السيارة.
  • وأواني الطبخ الثقيلة جدا والتي تكون عالية الثمن وعلاوة على ذلك الإستخدامات التالية مثل مادة البناء.
• وقد يكون من المفضل أن الصلب في صناعة السيارات وذلك لجعل أجزاء من الصلب والمكونات والتي قد يتم استخدامها في مختلف الصناعات الأخرى حتى يتم تصنيع الأدوات والسكاكين والأطر والمسامير، وغيرها.
• وقد يكون من المتعارف عليه أن الفولاذ هو عبارة عن سبيكة، وأن الحديد الزهر هو عبارة عن معدن رمادي ثابت.
• الحديد المصبوب يكون أرخص من الصلب وقد يكون لها نقطة انصهار منخفضة وذلك مع القدرة على العفن بشكل سهل جدا.
• يعتبر الصلب من المواد الخفيفة جدا وقد يكون صعبا في المدلي بها وقد يفقد اللزوجة.

يتم إستخدام الحديد الزهر للقيام في صناعة غطاء فتحات الصرف الصحي والأنابيب والمرازيب.

أنواع الحديد

هناك لمعدن الحديد أنواعا كثيرة منها:

المعادن الحديدية

وهذه المعادن قد تحتوي على المعادن الحديدية لكل من الحديد الزهر والحديد المطاوع، والصلب، والصلب الذي لا يمكن أن يصدأ، وقد يكون هناك أنواعا هامة ومكونات وخواص للمعادن الحديدية ومنها:

 الحديد الزهر

وهذا الحديد هو عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون والماغنسيوم والفسفور ويكون مادة الكربون فيها من 7.1 % إلى 4%، وقد يتبين أن أنواعه حيث الشكل وتوزيع جزيئات الكربون في سبيكة الحديد والزهر وقد ينقسم ذلك إلى أربعة أنواع مثل:

• حديد زهر ذات اللون الرمادي.
• حديد زهر ذات اللون الأبيض.
• وحديد زهر مطاوع.
• حديد زهر مرن.

شاهد أيضًا: ما هي كثافة الحديد ؟

 الحديد المطاوع

• وهو حديد يكون عبارة عن حديد خام ويحتوي على 50 % كربون، وقد يصل إجهاد الشد للحديد المطاوع من ثلاثة آلاف إلى ثلاثة آلاف وأربعمائة كجم/ سم مربع.
• وقد يكون نسبة الاستطالة تصل إلى ثلاثين إلى أربعين في المائة، وقد تم استبدال استخدامات الحديد المطاوع الآن باستخدام الصلب المطاوع.