كان الحديد معروفًا في عصور ما قبل التاريخ، لكنه وجد استخدامًا واسع النطاق في وقت لاحق، لأنه نادر للغاية في الطبيعة في حالة حرة، وأصبح إنتاجه من الخامات ممكنًا فقط عند مستوى معين من التطور التكنولوجي. ربما، لأول مرة، تعرف الإنسان على نيزك الحديد، كما يتضح من أسمائه في لغات الشعوب القديمة: "بيني بيت" المصرية القديمة تعني "الحديد السماوي"؛ يرتبط Sideros اليوناني القديم بالسيد اللاتيني (جنس Sideris) - النجم، الجسم السماوي. في النصوص الحثية في القرن الرابع عشر قبل الميلاد. ه. وذكر الحديد كمعدن نزل من السماء. في اللغات الرومانسية، تم الحفاظ على جذر الاسم الذي قدمه الرومان (على سبيل المثال، الفرنسية Ferr، الإيطالية Ferro).

تم اختراع طريقة الحصول على الحديد من الخامات في غرب آسيا في الألفية الثانية قبل الميلاد. هـ؛ وبعد ذلك انتشر استخدام الحديد إلى بابل ومصر واليونان. تم استبدال العصر البرونزي بالعصر الحديدي. يقول هوميروس (في الأغنية الثالثة والعشرين من الإلياذة) أن أخيل منح قرصًا مصنوعًا من الحديد للفائز في مسابقة رمي القرص. في أوروبا وروسيا القديمة، لعدة قرون، تم الحصول على الحديد من خلال عملية صنع الجبن. تم اختزال خام الحديد بالفحم في مسبك مبني في حفرة؛ تم ضخ الهواء إلى المسبك باستخدام المنفاخ، وتم فصل منتج الاختزال، الكريتسا، عن الخبث بواسطة ضربات المطرقة وتم تشكيل منتجات مختلفة منه. مع تحسن طرق النفخ وزيادة ارتفاع الموقد، زادت درجة حرارة العملية وتم كربنة جزء من الحديد، أي تم الحصول على الحديد الزهر؛ كان هذا المنتج الهش نسبيًا يعتبر نفايات إنتاجية. ومن هنا جاء اسم الحديد الزهر "الحديد الخام" و "الحديد الخام" - باللغة الإنجليزية. حديد خام. في وقت لاحق، لوحظ أنه عند تحميل الحديد الزهر، بدلا من خام الحديد، تم الحصول على قشرة حديدية منخفضة الكربون أيضا، وتبين أن هذه العملية المكونة من مرحلتين أكثر ربحية من عملية نفخ الجبن. في القرنين الثاني عشر والثالث عشر، كانت طريقة الصراخ منتشرة على نطاق واسع بالفعل.

في القرن الرابع عشر، بدأ صهر الحديد الزهر ليس فقط كمنتج شبه لمزيد من المعالجة، ولكن أيضًا كمواد لصب المنتجات المختلفة. يعود تاريخ إعادة بناء الموقد إلى فرن ذو عمود ("domnitsa")، ثم إلى فرن لافح، إلى نفس الوقت أيضًا. وفي منتصف القرن الثامن عشر، بدأ استخدام عملية البوتقة لإنتاج الفولاذ في أوروبا، والتي كانت معروفة في سوريا في أوائل العصور الوسطى، لكنها تم نسيانها فيما بعد. بهذه الطريقة، تم إنتاج الفولاذ عن طريق صهر شحنة معدنية في أوعية صغيرة (بوتقات) من كتلة شديدة المقاومة للحرارة. في الربع الأخير من القرن الثامن عشر، بدأت عملية تحويل الحديد الزهر إلى حديد على موقد فرن عاكس ناري في التطور. الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر - أوائل القرن التاسع عشر، اختراع المحرك البخاري، البناء السكك الحديديةوالجسور الكبيرة والأسطول البخاري خلقت حاجة كبيرة للحديد وسبائكه. ومع ذلك، فإن جميع الطرق الحالية لإنتاج الحديد لا يمكنها تلبية احتياجات السوق. بدأ الإنتاج الضخم للصلب فقط في منتصف القرن التاسع عشر، عندما تم تطوير عمليات بيسيمر وتوماس والموقد المفتوح. وفي القرن العشرين، ظهرت عملية صناعة الفولاذ الكهربائي وانتشرت على نطاق واسع، مما أدى إلى إنتاج فولاذ عالي الجودة.

توزيع الحديد في الطبيعة.من حيث المحتوى في الغلاف الصخري (4.65٪ بالكتلة)، يحتل الحديد المرتبة الثانية بين المعادن (يحتل الألومنيوم المرتبة الأولى). يهاجر بقوة إلى قشرة الأرضوتشكل حوالي 300 معدن (أكاسيد وكبريتيدات وسيليكات وكربونات والتيتانات والفوسفات وغيرها). يلعب الحديد دورًا نشطًا في العمليات المنصهرة والحرارية المائية والجينات الفائقة التي يرتبط بها التكوين أنواع مختلفةودائعها. الحديد هو معدن موجود في أعماق الأرض، ويتراكم في المراحل الأولى من تبلور الصهارة، في الصخور فوق القاعدية (9.85%) والأساسية (8.56%) (في الجرانيت تبلغ نسبته 2.7%) فقط. في المحيط الحيوي، يتراكم الحديد في العديد من الرواسب البحرية والقارية، مكونًا الخامات الرسوبية.

تلعب تفاعلات الأكسدة والاختزال دورًا مهمًا في جيوكيمياء الحديد - انتقال الحديد ثنائي التكافؤ إلى الحديد ثلاثي التكافؤ والعكس. في المحيط الحيوي، إذا كان ذلك متاحا المواد العضويةيتم تقليل Fe 3+ إلى Fe 2+ ويهاجر بسهولة، وعندما يواجه الأكسجين الجوي، يتأكسد Fe 2+، مكونًا تراكمات من هيدروكسيدات الحديدوز. مركبات الحديدوز المنتشرة على نطاق واسع هي الأحمر والأصفر والبني. يحدد هذا لون العديد من الصخور الرسوبية واسمها - "التكوين الأحمر" (الطين والطين الأحمر والبني والرمال الصفراء وما إلى ذلك).

الخصائص الفيزيائية للحديد.لا تتحدد أهمية الحديد في التكنولوجيا الحديثة فقط من خلال توزيعه على نطاق واسع في الطبيعة، ولكن أيضًا من خلال مجموعة من الخصائص القيمة للغاية. إنه من البلاستيك، يسهل تشكيله في الحالات الباردة والساخنة، ويمكن دحرجته وختمه وسحبه. تعمل القدرة على إذابة الكربون والعناصر الأخرى كأساس لإنتاج مجموعة متنوعة من سبائك الحديد.

يمكن أن يتواجد الحديد على شكل شبكتين بلوريتين: مكعبة محورها الجسم (bcc) وα- وγ، ومكعبة محورها الوجه (fcc). أقل من 910 درجة مئوية، يكون α-Fe مع شبكة مخفية مستقرًا (a = 2.86645Å عند 20 درجة مئوية). بين 910 درجة مئوية و1400 درجة مئوية، يكون تعديل γ مع شبكة fcc مستقرًا (a = 3.64Å). فوق 1400 درجة مئوية، يتم تشكيل الشبكة bcc δ-Fe (a = 2.94Å) مرة أخرى، وتكون مستقرة حتى درجة حرارة الانصهار (1539 درجة مئوية). α-Fe ذو مغناطيسية حديدية تصل إلى 769 درجة مئوية (نقطة كوري). التعديلات γ-Fe و δ-Fe هي مغناطيسية.

تم اكتشاف التحولات المتعددة الأشكال للحديد والصلب عند التسخين والتبريد في عام 1868 على يد د.ك.تشرنوف. يشكل الكربون محاليل صلبة خلالية مع الحديد، حيث توجد ذرات C، ذات نصف قطر ذري صغير (0.77 Å)، في فجوات الشبكة البلورية للمعدن، والتي تتكون من ذرات أكبر (نصف القطر الذري Fe 1.26 Å). يُسمى المحلول الصلب للكربون في γ-Fe بالأوستينيت، وفي α-Fe يُسمى الفريت. يحتوي المحلول الصلب المشبع للكربون في γ-Fe على 2.0% C بالكتلة عند 1130 درجة مئوية؛ يذوب α-Fe فقط 0.02-0.04% درجة مئوية عند 723 درجة مئوية، وأقل من 0.01% عند درجة حرارة الغرفة. لذلك، عندما يتصلب الأوستينيت، يتشكل المارتنسيت - وهو محلول صلب مفرط التشبع من الكربون في α-Fe، وهو شديد الصلابة وهش. مزيج من التصلب والتلطيف (التدفئة إلى حد ما درجات الحرارة المنخفضةلتقليل الضغوط الداخلية) يسمح لك بإعطاء الفولاذ المزيج المطلوب من الصلابة والليونة.

الخصائص الفيزيائية للحديد تعتمد على نقائه. وفي المواد الحديدية الصناعية، يصاحب الحديد عادة شوائب من الكربون والنيتروجين والأكسجين والهيدروجين والكبريت والفوسفور. وحتى عند التركيزات المنخفضة جدًا، فإن هذه الشوائب تغير خصائص المعدن بشكل كبير. وبالتالي، فإن الكبريت يسبب ما يسمى الهشاشة الحمراء، الفوسفور (حتى 10 -2٪ ف) - هشاشة باردة؛ الكربون والنيتروجين يقللان من الليونة، والهيدروجين يزيد من هشاشة الحديد (ما يسمى هشاشة الهيدروجين). يؤدي تقليل محتوى الشوائب إلى 10-7-10-9% إلى تغييرات كبيرة في خصائص المعدن، ولا سيما زيادة الليونة.

فيما يلي الخصائص الفيزيائية للحديد، والتي تشير في المقام الأول إلى معدن يحتوي على نسبة شوائب إجمالية أقل من 0.01% بالوزن:

نصف القطر الذري 1.26 أنجستروم

نصف القطر الأيوني Fe 2+ 0.80Å، Fe 3+ 0.67Å

الكثافة (20 درجة مئوية) 7.874 جم / سم 3

نقطة الغليان حوالي 3200 درجة مئوية

معامل درجة حرارة التمدد الخطي (20 درجة مئوية) 11.7·10 -6

الموصلية الحرارية (25 درجة مئوية) 74.04 واط/(م ك)

تعتمد السعة الحرارية للحديد على بنيته وتتغير بطريقة معقدة مع درجة الحرارة؛ متوسط ​​السعة الحرارية النوعية (0-1000 درجة مئوية) 640.57 ي/(كجم ك).

محدد المقاومة الكهربائية(20 درجة مئوية) 9.7 10 -8 أوم م

معامل درجة حرارة المقاومة الكهربائية (0-100 درجة مئوية) 6.51 10 -3

معامل يونغ 190-210 10 3 مليون / م 2 (19-21 10 3 كجم / مم 2)

معامل درجة الحرارة لمعامل يونج 4 10 -6

معامل القص 84.0 10 3 مليون نيوتن / م 2

قوة الشد على المدى القصير 170-210 مليون نيوتن/م2

الاستطالة النسبية 45-55%

صلابة برينل 350-450 مليون نيوتن/م2

قوة الخضوع 100 مليون/م2

قوة التأثير 300 مليون نيوتن/م2

الخواص الكيميائية للحديد.تكوين الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة هو 3d 6 4s 2 . يظهر الحديد تكافؤًا متغيرًا (المركبات المكونة من الحديد ثنائي التكافؤ وثلاثي التكافؤ هي الأكثر استقرارًا). مع الأكسجين، يشكل الحديد أكسيد (II) FeO، وأكسيد (III) Fe 2 O 3 وأكسيد (II، III) Fe 3 O 4 (مركب FeO مع Fe 2 O 3 له بنية الإسبنيل). في الهواء الرطب عند درجات الحرارة العادية، يصبح الحديد مغطى بالصدأ السائب (Fe 2 O 3 nH 2 O). بسبب مساميته، فإن الصدأ لا يمنع وصول الأكسجين والرطوبة إلى المعدن وبالتالي لا يحميه من المزيد من الأكسدة. نتيجة ل أنواع مختلفةيتم فقدان ملايين الأطنان من الحديد سنويًا بسبب التآكل. عندما يتم تسخين الحديد في الهواء الجاف إلى درجة حرارة أعلى من 200 درجة مئوية، يصبح مغطى بطبقة رقيقة من الأكسيد، مما يحمي المعدن من التآكل في درجات الحرارة العادية؛ وهذا هو أساس الطريقة التقنية لحماية الحديد - الصبغ. عند تسخينه في بخار الماء، يتأكسد الحديد ليشكل Fe 3 O 4 (أقل من 570 درجة مئوية) أو FeO (أعلى من 570 درجة مئوية) ويطلق الهيدروجين.

يتشكل هيدروكسيد Fe(OH)2 على شكل راسب أبيض عندما تعمل القلويات الكاوية أو الأمونيا على المحاليل المائية لأملاح Fe2+ في جو من الهيدروجين أو النيتروجين. عند ملامسته للهواء، يتحول Fe(OH) 2 أولاً إلى اللون الأخضر، ثم يتحول إلى اللون الأسود، وفي النهاية يتحول سريعًا إلى هيدروكسيد بني محمر Fe(OH) 3. يُظهر أكسيد Fe O الخصائص الأساسية. أكسيد Fe 2 O 3 مذبذب وله وظيفة حمضية ضعيفة؛ يتفاعل مع أكاسيد أكثر أساسية (على سبيل المثال، مع MgO، فإنه يشكل الفريت - مركبات مثل Fe 2 O 3 nMeO، التي لها خصائص مغناطيسية حديدية وتستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات الراديوية. يتم التعبير عن الخصائص الحمضية أيضًا في الحديد سداسي التكافؤ الموجود في شكل من الفرات، على سبيل المثال K 2 FeO 4، وأملاح حمض الحديد التي لا يتم إطلاقها في الحالة الحرة.

يتفاعل الحديد بسهولة مع الهالوجينات وهاليدات الهيدروجين، مما يعطي أملاحًا مثل كلوريدات FeCl 2 وFeCl 3. عندما يتم تسخين الحديد مع الكبريت، يتم تشكيل كبريتيدات FeS و FeS 2. كربيدات الحديد - Fe 3 C (سمنتيت) وFe 2 C (كربيد إلكتروني) - تترسب من المحاليل الصلبة للكربون في الحديد عند التبريد. يتم إطلاق Fe 3 C أيضًا من محاليل الكربون في الحديد السائل عند تركيزات عاليةج. النيتروجين، مثل الكربون، يعطي محاليل صلبة خلالية مع الحديد؛ يتم إطلاق النتريدات Fe 4 N و Fe 2 N. مع الهيدروجين، ينتج الحديد فقط هيدريدات غير مستقرة، لم يتم تحديد تركيبها بدقة. عند تسخينه، يتفاعل الحديد بقوة مع السيليكون والفوسفور، مكونًا مبيدات السيليكات (على سبيل المثال، Fe 3 Si والفوسفيدات (على سبيل المثال، Fe 3 P).

مركبات الحديد التي تحتوي على العديد من العناصر (O، S وغيرها)، التي تشكل بنية بلورية، لها تركيبة متغيرة (على سبيل المثال، يمكن أن يختلف محتوى الكبريت في أحادي الكبريتيد من 50 إلى 53.3٪). هذا بسبب عيوب في التركيب البلوري. على سبيل المثال، في أكسيد الحديد (II)، يتم استبدال بعض أيونات Fe 2+ في مواقع الشبكة بأيونات Fe 3+؛ للحفاظ على الحياد الكهربائي، تظل بعض مواقع الشبكة التي تنتمي إلى أيونات Fe 2+ فارغة.

جهد القطب الطبيعي للحديد في المحاليل المائية لأملاحه للتفاعل Fe = Fe 2+ + 2e هو -0.44 V، وللتفاعل Fe = Fe 3+ + 3e هو -0.036 V. وهكذا، في سلسلة الأنشطة، يقع الحديد على يسار الهيدروجين. يذوب بسهولة في الأحماض المخففة مع إطلاق H 2 وتكوين أيونات Fe 2+. تفاعل الحديد مع حمض النيتريك غريب. يعمل HNO 3 المركز (الكثافة 1.45 جم/سم 3) على تخميل الحديد بسبب ظهور طبقة أكسيد واقية على سطحه؛ المزيد من HNO 3 المخفف يذيب الحديد لتكوين أيونات Fe 2+ أو Fe 3+، ويختزل إلى NH 3 أو N 2 وN 2 O. محاليل أملاح الحديد ثنائية التكافؤ في الهواء غير مستقرة - يتأكسد Fe 2+ تدريجيًا إلى Fe 3+. المحاليل المائية لأملاح الحديد لها تفاعل حمضي بسبب التحلل المائي. إن إضافة أيونات الثيوسيانات SCN- إلى محاليل أملاح Fe 3+ تعطي لونًا أحمر دمويًا ساطعًا بسبب تكوين Fe(SCN) 3، مما يجعل من الممكن اكتشاف وجود جزء واحد Fe 3+ في حوالي 10 6 أجزاء من الماء. يتميز الحديد بتكوين مركبات معقدة.

الحصول على الحديد.يتم الحصول على الحديد النقي بكميات صغيرة نسبيًا عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لأملاحه أو عن طريق اختزال أكاسيده بالهيدروجين. يتم زيادة إنتاج الحديد النقي بدرجة كافية تدريجياً الانتعاش المباشرمن الخام المركز بالهيدروجين أو الغاز الطبيعي أو الفحم عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا.

استخدام الحديد .الحديد هو المعدن الأكثر أهمية في التكنولوجيا الحديثة. في شكل نقيلا يتم استخدام الحديد عمليا بسبب قوته المنخفضة، على الرغم من أنه في الحياة اليومية غالبا ما تسمى منتجات الصلب أو الحديد الزهر "الحديد". يتم استخدام الجزء الأكبر من الحديد في شكل سبائك تختلف تمامًا في التركيب والخصائص. تمثل سبائك الحديد حوالي 95٪ من جميع المنتجات المعدنية. يتم صهر السبائك الغنية بالكربون (أكثر من 2% من الوزن) - الحديد الزهر - في أفران الصهر من الخامات الغنية بالحديد. يتم صهر درجات مختلفة من الفولاذ (محتوى الكربون أقل من 2% بالوزن) من الحديد الزهر في الأفران والمحولات الكهربائية المكشوفة عن طريق أكسدة (حرق) الكربون الزائد، وإزالة الشوائب الضارة (أساسًا S، P، O) وإضافة عناصر صناعة السبائك. يتم صهر الفولاذ عالي السبائك (الذي يحتوي على نسبة عالية من النيكل والكروم والتنغستن وعناصر أخرى) في القوس الكهربائي وأفران الحث. لإنتاج الفولاذ وسبائك الحديد للأغراض الحرجة بشكل خاص، يتم استخدام عمليات جديدة - الفراغ، وإعادة صهر الخبث الكهربائي، وذوبان شعاع البلازما والإلكترون، وغيرها. ويجري تطوير طرق لصهر الفولاذ في وحدات تعمل بشكل مستمر والتي توفر جودة عاليةأتمتة المعادن والعمليات.

يتم إنشاء مواد أساسها الحديد يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية والمنخفضة والفراغ و الضغوط العاليةالبيئات العدوانية كبيرة الفولتية المتغيرةوالإشعاع النووي وما إلى ذلك. ويتزايد إنتاج الحديد وسبائكه باستمرار.

مثل الحديد مادة فنيةتم استخدامه منذ العصور القديمة في مصر وبلاد ما بين النهرين والهند. منذ العصور الوسطى، تم الحفاظ على العديد من المنتجات الفنية للغاية المصنوعة من الحديد في الدول الأوروبية (إنجلترا وفرنسا وإيطاليا وروسيا وغيرها) - الأسوار المزورة، مفصلات الأبواب، أقواس الحائط، دوارات الطقس، إطارات الصدر، الأضواء. تتميز المنتجات المصنوعة من القضبان والمنتجات المصنوعة من صفائح الحديد المثقبة (غالبًا ببطانة من الميكا) بأشكال مسطحة وصورة ظلية رسومية خطية واضحة ويمكن رؤيتها بشكل فعال على خلفية الهواء الخفيف. وفي القرن العشرين، تم استخدام الحديد في صناعة الشبك والأسوار والفواصل الداخلية المخرمة والشمعدانات والآثار.

الحديد في الجسم .الحديد موجود في أجسام جميع الحيوانات والنباتات (في المتوسط ​​حوالي 0.02٪)؛ وهو ضروري بشكل أساسي لاستقلاب الأكسجين وعمليات الأكسدة. هناك كائنات حية (ما يسمى بالمركزات) قادرة على تجميعها بكميات كبيرة (على سبيل المثال، بكتيريا الحديد - ما يصل إلى 17-20٪ من الحديد). يرتبط كل الحديد الموجود في الحيوانات والنباتات تقريبًا بالبروتينات. يسبب نقص الحديد تأخر النمو والإصابة بالكلور في النباتات المرتبطة بانخفاض تكوين الكلوروفيل. تأثير سيءيؤثر الحديد الزائد أيضًا على نمو النبات، مما يسبب، على سبيل المثال، عقم زهور الأرز والإصابة بالكلور. في التربة القلوية تتشكل مركبات الحديد التي لا يمكن لجذور النباتات امتصاصها، ولا تحصل عليها النباتات بكميات كافية؛ وفي التربة الحمضية يتحول الحديد إلى مركبات قابلة للذوبان بكميات زائدة. عندما يكون هناك نقص أو زيادة في مركبات الحديد القابلة للامتصاص في التربة، يمكن ملاحظة أمراض النبات على مساحات واسعة.

يدخل الحديد إلى جسم الحيوان والإنسان مع الغذاء (أغنى مصادره هي الكبد، واللحوم، والبيض، والبقوليات، والخبز، والحبوب، والسبانخ، والبنجر). عادة، يتلقى الشخص 60-110 ملغ من الحديد في نظامه الغذائي، وهو ما يتجاوز بشكل كبير احتياجاته اليومية. يتم امتصاص الحديد الذي يتم الحصول عليه من الطعام في الجزء العلوي من الأمعاء الدقيقة، حيث يدخل إلى الدم على شكل مرتبط بالبروتين ويحمل مع الدم إلى الأعضاء والأنسجة المختلفة، حيث يترسب على شكل حديد. مجمع البروتين - الفريتين. المستودع الرئيسي للحديد في الجسم هو الكبد والطحال. بسبب الفيريتين، يتم تخليق جميع المركبات التي تحتوي على الحديد في الجسم: يتم تصنيع الهيموجلوبين الصباغ التنفسي في نخاع العظم، ويتم تصنيع الميوجلوبين في العضلات، ويتم تصنيع السيتوكرومات والإنزيمات الأخرى المحتوية على الحديد في الأنسجة المختلفة. يتم إطلاق الحديد من الجسم بشكل رئيسي عبر جدار الأمعاء الغليظة (عند البشر، حوالي 6-10 ملغ يوميًا) وبدرجة صغيرة عن طريق الكلى. تتغير حاجة الجسم للحديد مع تقدم العمر والحالة البدنية. لكل 1 كجم من الوزن، يحتاج الأطفال - 0.6، البالغين - 0.1 والنساء الحوامل - 0.3 ملغ من الحديد يوميا. في الحيوانات، تكون متطلبات الحديد تقريبًا (لكل 1 كجم من المادة الجافة في النظام الغذائي): لأبقار الألبان - 50 مجم على الأقل، للحيوانات الصغيرة - 30-50 مجم؛ للخنازير - ما يصل إلى 200 ملغ، للخنازير الحوامل - 60 ملغ.

الحديد - معروف للجميع عنصر كيميائي. إنه ينتمي إلى معادن ذات نشاط كيميائي متوسط. سننظر في خصائص واستخدامات الحديد في هذه المقالة.

انتشار في الطبيعة

هناك تماما عدد كبير منالمعادن التي تحتوي على الحديد. بادئ ذي بدء، هو المغنتيت. ونسبة الحديد فيه اثنان وسبعون بالمائة. صيغته الكيميائية هي Fe3O4. ويسمى هذا المعدن أيضًا خام الحديد المغناطيسي. لونه رمادي فاتح، وأحيانًا باللون الرمادي الداكن، وحتى الأسود، مع لمعان معدني. يقع أكبر وديعة لها بين دول رابطة الدول المستقلة في جبال الأورال.

المعدن التالي الذي يحتوي على نسبة عالية من الحديد هو الهيماتيت - ويتكون من سبعين بالمائة من هذا العنصر. صيغته الكيميائية هي Fe2O3. ويسمى أيضًا خام الحديد الأحمر. لها لون يتراوح من الأحمر البني إلى الأحمر الرمادي. يقع أكبر إيداع في بلدان رابطة الدول المستقلة في Krivoy Rog.

المعدن الثالث الذي يحتوي على الحديد هو الليمونيت. يمثل الحديد هنا ستين بالمائة من الكتلة الإجمالية. هذه هي هيدرات بلورية، أي أن جزيئات الماء منسوجة في شبكتها البلورية، وصيغتها الكيميائية هي Fe 2 O 3 .H 2 O. كما يوحي الاسم، فإن هذا المعدن له لون أصفر-بني، وأحيانًا بني. وهو أحد المكونات الرئيسية للمغرة الطبيعية ويستخدم كصبغة. ويسمى أيضًا خام الحديد البني. أكبر المواقع هي شبه جزيرة القرم وجزر الأورال.

يحتوي السيديريت، وهو ما يسمى بخام الحديد الصاري، على ثمانية وأربعين بالمائة من الحديد. صيغته الكيميائية هي FeCO3. هيكلها غير متجانس ويتكون من بلورات متصلة ببعضها البعض لون مختلف: رمادي، أخضر شاحب، رمادي-أصفر، بني-أصفر، إلخ.

آخر معدن شائع يحتوي على نسبة عالية من الحديد في الطبيعة هو البيريت. وله الصيغة الكيميائية التالية: FeS 2. ويحتوي على الحديد بنسبة ستة وأربعين بالمائة من الكتلة الإجمالية. بفضل ذرات الكبريت، يكون لهذا المعدن لون أصفر ذهبي.

يتم استخدام العديد من المعادن التي تمت مناقشتها للحصول على الحديد النقي. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الهيماتيت في صناعة المجوهرات منه الحجارة الطبيعية. قد تكون شوائب البيريت موجودة في مجوهرات اللازورد. بالإضافة إلى ذلك، يوجد الحديد في الطبيعة في الكائنات الحية - وهو أحد أهم مكونات الخلايا. يجب توفير هذا العنصر الدقيق لجسم الإنسان بكميات كافية. ترجع الخصائص العلاجية للحديد إلى حد كبير إلى حقيقة أن هذا العنصر الكيميائي هو أساس الهيموجلوبين. ولذلك فإن استخدام الحديد له تأثير جيد على حالة الدم، وبالتالي الجسم كله ككل.

الحديد: الخصائص الفيزيائية والكيميائية

دعونا نلقي نظرة على هذين القسمين الكبيرين بالترتيب. الحديد هو مظهره وكثافته ونقطة انصهاره وما إلى ذلك. أي كل السمات المميزة للمادة المرتبطة بالفيزياء. الخصائص الكيميائية للحديد هي قدرته على التفاعل مع المركبات الأخرى. لنبدأ بالأول.

الخصائص الفيزيائية للحديد

في أنقى صوره، الظروف العاديةإنها مادة صلبة. لها لون رمادي فضي وبريق معدني واضح. تشتمل الخواص الميكانيكية للحديد على مستوى صلابة قدره أربعة (متوسط). يتمتع الحديد بالتوصيل الكهربائي والحراري الجيد. الميزة الأخيرة يمكن الشعور بها عند لمس جسم حديدي في غرفة باردة. ولأن هذه المادة توصل الحرارة بسرعة، فإنها تزيل معظمها من جلدك في فترة زمنية قصيرة، ولهذا السبب تشعر بالبرد.

إذا لمست الخشب، على سبيل المثال، ستلاحظ أن الموصلية الحرارية له أقل بكثير. وتشمل الخصائص الفيزيائية للحديد نقاط الانصهار والغليان. الأولى 1539 درجة مئوية، والثانية 2860 درجة مئوية. يمكننا أن نستنتج أن الخصائص المميزة للحديد هي الليونة الجيدة والانصهار. ولكن هذا ليس كل شيء.

أيضا، الخصائص الفيزيائية للحديد تشمل المغناطيسية الحديدية. ما هو؟ الحديد، الخصائص المغناطيسية التي يمكننا أن نلاحظها في الأمثلة العملية كل يوم، هو المعدن الوحيد الذي لديه مثل هذا الفريد سمة مميزة. ويفسر ذلك حقيقة أن هذه المادة قادرة على المغنطة تحت تأثيرها حقل مغناطيسي. وبعد انتهاء عمل الأخير، يظل الحديد، الذي تم تشكيل خصائصه المغناطيسية للتو، مغناطيسًا لفترة طويلة. يمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال حقيقة أنه يوجد في بنية هذا المعدن العديد من الإلكترونات الحرة القادرة على الحركة.

من وجهة نظر كيميائية

ينتمي هذا العنصر إلى المعادن ذات النشاط المتوسط. لكن الخواص الكيميائية للحديد نموذجية لجميع المعادن الأخرى (باستثناء تلك التي تقع على يمين الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية). إنها قادرة على التفاعل مع العديد من فئات المواد.

لنبدأ بالأشياء البسيطة

يتفاعل الحديد مع الأكسجين والنيتروجين والهالوجينات (اليود والبروم والكلور والفلور) والفوسفور والكربون. أول شيء يجب مراعاته هو التفاعلات مع الأكسجين. عند حرق الحديد تتشكل أكاسيده. اعتمادًا على ظروف التفاعل والنسب بين المشاركين، يمكن أن تختلف. وكمثال على هذا النوع من التفاعل يمكن إعطاء معادلات التفاعل التالية: 2Fe + O 2 = 2FeO؛ 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3؛ 3Fe + 2O 2 = الحديد 3 O 4. ويمكن أن تختلف خصائص أكسيد الحديد (الفيزيائية والكيميائية) حسب نوعه. تحدث هذه الأنواع من التفاعلات عند درجات حرارة عالية.

والشيء التالي هو التفاعل مع النيتروجين. ويمكن أن يحدث أيضًا فقط في حالة التسخين. إذا أخذنا ستة مولات من الحديد ومولًا واحدًا من النيتروجين، فسنحصل على مولين من نيتريد الحديد. سوف تبدو معادلة التفاعل بالطريقة الآتية: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

عند التفاعل مع الفوسفور، يتكون الفوسفيد. لتنفيذ التفاعل، هناك حاجة إلى المكونات التالية: لثلاثة مولات من الحديد - مول واحد من الفوسفور، ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مول واحد من الفوسفيد. يمكن كتابة المعادلة على النحو التالي: 3Fe + P = Fe 3 P.

بالإضافة إلى ذلك، من بين التفاعلات مع المواد البسيطة، يمكن أيضًا تمييز التفاعل مع الكبريت. في هذه الحالة، يمكن الحصول على كبريتيد. يشبه المبدأ الذي تحدث به عملية تكوين هذه المادة تلك الموصوفة أعلاه. وهي حدوث رد فعل بالإضافة. للجميع التفاعلات الكيميائيةيتطلب هذا النوع من العمليات ظروفًا خاصة، خاصة درجات الحرارة المرتفعة، وفي كثير من الأحيان - المواد الحفازة.

التفاعلات بين الحديد والهالوجينات شائعة أيضًا في الصناعة الكيميائية. هذه هي الكلورة والبرومة واليود والفلورة. وكما هو واضح من أسماء التفاعلات نفسها، فإن هذه هي عملية إضافة ذرات الكلور/البروم/اليود/الفلور إلى ذرات الحديد لتكوين كلوريد/بروميد/يوديد/فلورايد، على التوالي. وتستخدم هذه المواد على نطاق واسع في مختلف الصناعات. بالإضافة إلى ذلك، الحديد قادر على الاندماج مع السيليكون عند درجات حرارة عالية. بسبب الخصائص الكيميائية المتنوعة للحديد، فإنه غالبا ما يستخدم في الصناعة الكيميائية.

الحديد والمواد المعقدة

من المواد البسيطة ننتقل إلى تلك التي تتكون جزيئاتها من عنصرين كيميائيين مختلفين أو أكثر. أول شيء يجب ذكره هو تفاعل الحديد مع الماء. هذا هو المكان الذي تظهر فيه الخصائص الأساسية للحديد. عندما يتم تسخين الماء، فإنه يتشكل مع الحديد (وهذا ما يسمى لأنه عندما يتفاعل مع نفس الماء فإنه يشكل هيدروكسيد، وبعبارة أخرى، قاعدة). لذلك، إذا تناولت مولًا واحدًا من كلا المكونين، فإن مواد مثل ثاني أكسيد الحديد والهيدروجين تتشكل في شكل غاز ذو رائحة نفاذة - أيضًا بنسب مولية واحدة. يمكن كتابة معادلة هذا النوع من التفاعل على النحو التالي: Fe + H 2 O = FeO + H 2. واعتمادًا على النسب التي يتم بها خلط هذين المكونين، يمكن الحصول على ثنائي أو ثالث أكسيد الحديد. كلتا هاتين المادتين شائعتان جدًا في الصناعة الكيميائية وتستخدمان أيضًا في العديد من الصناعات الأخرى.

مع الأحماض والأملاح

وبما أن الحديد يقع على يسار الهيدروجين في سلسلة النشاط الكهروكيميائي للمعادن، فهو قادر على إزاحة هذا العنصر من المركبات. مثال على ذلك هو تفاعل الإزاحة الذي يمكن ملاحظته عند إضافة الحديد إلى الحمض. على سبيل المثال، إذا قمت بخلط الحديد وحمض الكبريتات (المعروف أيضًا باسم حمض الكبريتيك) بتركيز متوسط ​​بنسب مولية متساوية، فإن النتيجة هي كبريتات الحديد (II) والهيدروجين بنسب مولية متساوية. ستبدو معادلة هذا التفاعل كما يلي: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

عند التفاعل مع الأملاح، تظهر خصائص الحد من الحديد. أي أنه يمكن استخدامه لعزل معدن أقل نشاطًا من الملح. على سبيل المثال، إذا أخذت مولًا واحدًا ونفس الكمية من الحديد، فيمكنك الحصول على كبريتات الحديد (II) والنحاس النقي بنفس النسب المولية.

أهميته للجسم

أحد العناصر الكيميائية الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية هو الحديد. لقد نظرنا إليها بالفعل، والآن دعونا نتعامل معها من وجهة نظر بيولوجية. يؤدي Ferrum وظائف مهمة للغاية سواء على المستوى الخلوي أو على مستوى الكائن الحي بأكمله. بادئ ذي بدء، الحديد هو أساس هذا البروتين مثل الهيموجلوبين. وهو ضروري لنقل الأكسجين عبر الدم من الرئتين إلى جميع الأنسجة والأعضاء وإلى كل خلية في الجسم، وبشكل أساسي إلى الخلايا العصبية في الدماغ. لذلك، لا يمكن المبالغة في تقدير الخصائص المفيدة للحديد.

بالإضافة إلى حقيقة أنه يؤثر على تكوين الدم، فإن الحديدوم مهم أيضًا للعمل الكامل للغدة الدرقية (وهذا لا يتطلب اليود فقط، كما يعتقد البعض). يشارك الحديد أيضًا في عملية التمثيل الغذائي داخل الخلايا وينظم المناعة. ويوجد الحديد أيضًا بكميات كبيرة بشكل خاص في خلايا الكبد، لأنه يساعد على تحييد المواد الضارة. وهو أيضًا أحد المكونات الرئيسية للعديد من أنواع الإنزيمات في أجسامنا. يجب أن يحتوي النظام الغذائي اليومي للشخص على عشرة إلى عشرين ملليغرام من هذا العنصر النزولي.

الأطعمة الغنية بالحديد

هناك العديد منهم. هم من أصل نباتي وحيواني. الأول هو الحبوب، البقوليات، الحبوب (خاصة الحنطة السوداء)، التفاح، الفطر (الأبيض)، الفواكه المجففة، الوركين، الكمثرى، الخوخ، الأفوكادو، اليقطين، اللوز، التمر، الطماطم، البروكلي، الملفوف، التوت الأزرق، التوت الأسود، الكرفس، إلخ. والثاني هو الكبد واللحوم. استهلاك الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد مهم بشكل خاص خلال فترة الحمل، لأن جسم الجنين النامي يحتاج إلى كميات كبيرة من هذا العنصر النزر للنمو والتطور الكامل.

علامات نقص الحديد في الجسم

أعراض دخول القليل من الحديد إلى الجسم هي التعب والتجميد المستمر لليدين والقدمين والاكتئاب وهشاشة الشعر والأظافر وانخفاض النشاط الفكري واضطرابات الجهاز الهضمي وانخفاض الأداء واختلال وظائف الغدة الدرقية. إذا لاحظت العديد من هذه الأعراض، فقد يكون من المفيد زيادة كمية الأطعمة التي تحتوي على الحديد في نظامك الغذائي أو شراء الفيتامينات أو المكملات الغذائية التي تحتوي على الحديد. ويجب عليك أيضًا استشارة الطبيب إذا شعرت بأي من هذه الأعراض بشكل حاد جدًا.

استخدام الحديد في الصناعة

ترتبط استخدامات وخصائص الحديد ارتباطًا وثيقًا. نظرًا لطبيعته المغناطيسية الحديدية، يتم استخدامه لصنع المغناطيس - سواء الأضعف منها للأغراض المنزلية (مغناطيس الثلاجة التذكاري، وما إلى ذلك) والأقوى للأغراض الصناعية. نظرًا لأن المعدن المعني يتمتع بقوة وصلابة عالية، فقد تم استخدامه منذ العصور القديمة في صناعة الأسلحة والدروع وغيرها من الأدوات العسكرية والمنزلية. بالمناسبة، حتى في مصر القديمة كان الحديد النيزكي معروفًا، وخصائصه تفوق خصائص المعدن العادي. تم استخدام هذا الحديد الخاص أيضًا في روما القديمة. تم صنع أسلحة النخبة منه. فقط الشخص الغني والنبيل يمكنه الحصول على درع أو سيف مصنوع من معدن النيزك.

بشكل عام، المعدن الذي نتناوله في هذه المقالة هو الأكثر تنوعًا بين جميع المواد الموجودة في هذه المجموعة. بادئ ذي بدء، يتم تصنيع الفولاذ والحديد الزهر منه، والذي يستخدم لإنتاج جميع أنواع المنتجات الضرورية سواء في الصناعة أو في الحياة اليومية.

الحديد الزهر عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون، حيث يوجد الثاني من 1.7 إلى 4.5 بالمائة. وإذا كانت الثانية أقل من 1.7 بالمائة، فإن هذا النوع من السبائك يسمى الفولاذ. إذا كان هناك حوالي 0.02 في المائة من الكربون في التركيبة، فهذا بالفعل حديد تقني عادي. يعد وجود الكربون في السبيكة ضروريًا لمنحها قوة أكبر وثباتًا حراريًا ومقاومة للصدأ.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحتوي الفولاذ على العديد من العناصر الكيميائية الأخرى كشوائب. وهذا يشمل المنغنيز والفوسفور والسيليكون. كما يمكن إضافة الكروم والنيكل والموليبدينوم والتنغستن والعديد من العناصر الكيميائية الأخرى إلى هذا النوع من السبائك لمنحه صفات معينة. تُستخدم أنواع الفولاذ التي تحتوي على كمية كبيرة من السيليكون (حوالي أربعة بالمائة) كفولاذ محول. تلك التي تحتوي على الكثير من المنغنيز (ما يصل إلى اثني عشر إلى أربعة عشر بالمائة) تجد استخدامها في تصنيع أجزاء السكك الحديدية والمطاحن والكسارات وغيرها من الأدوات التي تتعرض أجزاء منها للتآكل السريع.

يضاف الموليبدينوم إلى السبيكة لجعلها أكثر مقاومة للحرارة، ويستخدم مثل هذا الفولاذ كفولاذ للأدوات. بالإضافة إلى ذلك، للحصول على الفولاذ المقاوم للصدأ، المشهور والذي يستخدم غالبًا في الحياة اليومية على شكل سكاكين وأدوات منزلية أخرى، من الضروري إضافة الكروم والنيكل والتيتانيوم إلى السبيكة. ومن أجل الحصول على فولاذ مرن ومقاوم للصدمات وعالي القوة، يكفي إضافة الفاناديوم إليه. من خلال إضافة النيوبيوم إلى التركيبة، يمكن تحقيق مقاومة عالية للتآكل والمواد العدوانية كيميائيًا.

إن معدن الماجنتيت الذي تم ذكره في بداية المقال ضروري لتصنيعه محركات الأقراص الصلبةوبطاقات الذاكرة والأجهزة الأخرى من هذا النوع. نظرًا لخصائصه المغناطيسية، يمكن العثور على الحديد في المحولات والمحركات والمنتجات الإلكترونية وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إضافة الحديد إلى سبائك المعادن الأخرى لمنحها قوة أكبر واستقرارًا ميكانيكيًا. يتم استخدام كبريتات هذا العنصر في البستنة لمكافحة الآفات (جنبًا إلى جنب مع كبريتات النحاس).

لا غنى عنها لتنقية المياه. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام مسحوق المغنتيت في الطابعات بالأبيض والأسود. الاستخدام الرئيسي للبيريت هو الحصول على حمض الكبريتيك منه. تحدث هذه العملية في ظروف المختبر على ثلاث مراحل. في المرحلة الأولى، يتم حرق بيريت الحديد لإنتاج أكسيد الحديد وثاني أكسيد الكبريت. في المرحلة الثانية، يتم تحويل ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيده بمشاركة الأكسجين. وفي المرحلة النهائية، يتم تمرير المادة الناتجة في وجود المحفزات، وبالتالي إنتاج حمض الكبريتيك.

الحصول على الحديد

يتم استخراج هذا المعدن بشكل رئيسي من معدنين رئيسيين: الماجنتيت والهيماتيت. ويتم ذلك عن طريق اختزال الحديد من مركباته بالكربون على شكل فحم الكوك. ويتم ذلك في الأفران العالية التي تصل درجة حرارتها إلى ألفي درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، هناك طريقة لاختزال الحديد بالهيدروجين. للقيام بذلك، ليس من الضروري أن يكون لديك فرن الانفجار. لتنفيذ هذه الطريقة، يتم أخذ الطين الخاص، وخلطه مع الخام المسحوق ومعالجته بالهيدروجين في فرن العمود.

خاتمة

وتتنوع خصائص واستخدامات الحديد. ربما يكون هذا هو المعدن الأكثر أهمية في حياتنا. بعد أن أصبحت معروفة للبشرية، أخذت مكان البرونز، الذي كان في ذلك الوقت المادة الرئيسية لصناعة جميع الأدوات، وكذلك الأسلحة. يتفوق الفولاذ والحديد الزهر في كثير من النواحي على سبائك النحاس والقصدير من حيث خصائصهما الخصائص الفيزيائية، مقاومة الإجهاد الميكانيكي.

بالإضافة إلى ذلك، الحديد موجود على كوكبنا أكثر من العديد من المعادن الأخرى. فهو ما يقرب من خمسة بالمائة في القشرة الأرضية. وهو رابع أكثر العناصر الكيميائية وفرة في الطبيعة. كما أن هذا العنصر الكيميائي مهم جدًا للعمل الطبيعي لجسم الحيوانات والنباتات، وذلك في المقام الأول لأن الهيموجلوبين مبني على أساسه. الحديد هو أحد المغذيات الدقيقة الأساسية، واستهلاكه مهم للحفاظ على الصحة والجسم عملية عاديةالأعضاء. بالإضافة إلى ما سبق، هذا هو المعدن الوحيد الذي له خصائص مغناطيسية فريدة من نوعها. من المستحيل أن نتخيل حياتنا بدون حديد.

- أحد مكونات الهيموجلوبين. يوجد هذا البروتين المعقد في خلايا الدم الحمراء، والمعروفة أيضًا باسم خلايا الدم الحمراء. فبدونها، في الواقع، لن يكون الدم قرمزيًا، ولن تكون هناك حياة.

تقوم خلايا الدم الحمراء بنقل ثاني أكسيد الكربون والأكسجين إلى جميع أنحاء الجسم. إنها ضرورية للحياة. لماذا هو ضروري؟ حديدوما هي خصائصه وتكلفته بالمعنى الحرفي والمجازي؟

الخصائص الكيميائية والفيزيائية للحديد

هل لمست الحديد في غرفة باردة؟ البرودة الناتجة عن ملامسة المعدن هي نتيجة التوصيل الحراري العالي. تمتص المادة طاقة الجسم على الفور وتنقلها إلى البيئة. ونتيجة لذلك، يصبح الشخص باردا.

الموصلية الكهربائية للحديدأيضا على القمة. ينقل المعدن التيار بسهولة بسبب الإلكترونات الحرة الموجودة في الذرة. لديها 7 طبقات. الأخيران يحتويان على 8 إلكترونات. عندما تكون متحمسًا، يمكن أن تكون جميعها متكافئة، أي قادرة على تكوين روابط جديدة.

خارجيا حديد معدنيالرمادي الفضي. هناك أشكال أصلية. الحديد النقيالبلاستيك وطيع. له بريق معدني واضح وصلابة متوسطة - 4 نقاط. 10 نقاط هو أصلب حجر على وجه الأرض، الماس، ونقطة واحدة هي التلك.

عنصر الحديدحراريات متوسطة. يغلي المعدن عند 2860 درجة ويلين عند 1539. في هذه الحالة، تفقد المادة خصائصها المغناطيسية. فهي متأصلة فقط في الحالة الصلبة للحديد. يصبح العنصر مغناطيسًا عندما يدخل المجال.

ولكن الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أنه بعد اختفائه، يظل المعدن بمثابة مغناطيس لفترة طويلة. وترجع هذه الميزة إلى وجود الإلكترونات الحرة نفسها في بنية الذرة. من خلال الحركة، تغير الجزيئات بنيتها وخصائصها.

الحديد هو عنصر كيميائيوالتي تتفاعل بسهولة مع البروم والفلور والكلور والهالوجينات الأخرى. هذه هي عناصر المجموعة السابعة عشر من الجدول الدوري. في ظل الظروف العادية، يحدث التفاعل مع الأكسجين أيضا.

الآن، حول تفاعلات التسخين. عندما يحترق المعدن تتشكل أكاسيده. هناك عدة أنواع منها: - 2FeO، 2Fe 2 O 3، Fe 3 O 4. أي واحد تحصل عليه يعتمد على نسب العناصر الأصلية وشروط التركيب. خصائص الأكاسيد تختلف.

يؤدي التسخين أيضًا إلى التفاعل مع. يتطلب 6 مولات من الحديد ومول واحد من الغاز. العائد: 2 مول من العنصر 26 نيتريد. ويتكون الفوسفيد في تركيبة مع الفوسفور. مادة بسيطة أخرى تتحد مع الحديد هي . اتضح، بطبيعة الحال، كبريتيد. يحدث رد فعل إضافة.

من مواد معقدة، أي تتكون من جزيئات، يتفاعل الحديدمع الأحماض. المعدن يزيح الهيدروجين منها. وهذا يؤدي إلى الاستبدال. لذلك، عند التفاعل مع حمض الكبريتيك، تخرج كبريتات الحديدوم والهيدروجين النقي.

ردود الفعل مع ممكنة أيضا. الحديد يعيدهم. بمعنى آخر، يطلق العنصر السادس والعشرون معدنًا أقل نشاطًا من المواد. ومن خلال الجمع بين الحديد، على سبيل المثال، مع كبريتات النحاس، يتم الحصول على كبريتات الحديد. يبقى في شكله الأصلي.

تطبيق الحديد

أين الحديدالمطبق يتبع من خصائصه. الخصائص المغناطيسية الحديدية مفيدة في صناعة الهدايا التذكارية والمنشآت الصناعية. بمعنى آخر، المغناطيس مصنوع من المعدن، سواء للثلاجات أو للصناعات الكبيرة. قوة المادة، وصلابتها، سبب لاستخدامها في صناعة الأسلحة والدروع.

نماذج من حديد نيزك. في الأجسام الكونية، يتم تعزيز خصائص الحديد. ولذلك، فإن السكاكين والدروع حادة ومتينة بشكل خاص. علامات الحديدوقد لوحظ النيزك مرة أخرى في روما القديمة.

معروف و سبائك الحديد، وخاصة الحديد الزهر والصلب. يتم استخدامها لصب الأدوات المنزلية والحياة اليومية، مثل الأسوار وشرفات المراقبة والتجهيزات. يستخدم Ferrum أيضًا للأغراض الصناعية. ومن المثير للاهتمام أن الفولاذ والحديد الزهر لهما نفس التركيب، لكن النسب مختلفة. كلا هناك وهناك يندمجان الحديد مع الكربون. يحتوي الفولاذ على أقل من 1.7% من الغاز. يحتوي الحديد الزهر على الكربون بنسبة تتراوح من 1.7 إلى 4.5%.

يلعب الكربون الموجود في سبائك الحديد دور عنصر التقوية. فهو يقلل من قابلية الخليط للتآكل ويجعل المادة مقاومة للحرارة. يتم أيضًا إضافة إضافات أخرى إلى الفولاذ. ليس من قبيل الصدفة أن هناك درجات مختلفة من السبائك. C، على سبيل المثال، ينتج فولاذًا مقاومًا للصدمات وفي نفس الوقت فولاذًا مطاوعًا.

وفي صورة الكلوريد، يُستخدم العنصر 26 في تنقية المياه. المعدن مفيد أيضًا في الطب. علاج الحديدضروري لفقر الدم. هذا هو نقص خلايا الدم الحمراء والمعادن في تكوينها. مكملات الحديدكما يوصف لمرضى السل والتهاب الجذور ومن يعانون من التشنجات ونزيف الأنف.

العنصر السادس والعشرون ضروري أيضًا للعمل الطبيعي للغدة الدرقية. عادة ما يرتبط خللها بالنقص. ومع ذلك، فهو ليس الوحيد الذي يضمن صحة الغدة.

يوجد الكثير من الحديد في خلايا الكبد. هناك، يساعد المعدن على تحييد المواد الضارة والسموم. وللمحافظة على ذلك، يجب أن يتلقى جسم الإنسان ما لا يقل عن 20 ملليغرام من الحديد يوميا.

تعدين الحديد

الحديد معدن شائع. هناك العديد من المعادن في الطبيعة التي تعتمد على العنصر السادس والعشرين. معظم الحديد في و. من هؤلاء إزالة الحديد.

يتم إجراء تفاعل تخفيض المعادن. لهذا تحتاج إلى فحم الكوك، أي مركب الكربون. ويحدث التفاعل عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية، في الأفران العالية.

بدون أفران الانفجارالاكتفاء باختزال الحديد بالهيدروجين النقي. ستكون هناك حاجة إلى أفران رمح. وهذا ما يسمونه النماذج الممدودة عموديا.

مساحة عمل الجهاز تشبه الأسطوانة أو المخروط. وضعوا سحقا خام الحديدممزوجة بالخاصة. ثم يضاف الهيدروجين. والنتيجة لا تزال هي نفسها - الحديد النقي.

سعر الحديد

تكلفة المعدن تعتمد على نوع المنتج. معظم الأشياء مصنوعة من سبائك الحديد، على سبيل المثال. مواد التسقيف. أغطية السقف عادة ما تكون صفائح. السعر لكل متر مربعيتراوح من 300 إلى أكثر من 600 روبل حسب سمك الحديد.

صفائح التسقيف مموجة ذات هندسة معقدة وتركيبة خاصة. الطبقات البسيطة أرخص. هناك عروض لشراء 30 ورقة مقاس 2.5 × 1.3 متر مقابل 1000 روبل. السُمك - 1.5 ملم.

يكلف العنصر النقي في الأجهزة اللوحية حوالي 1600 روبل مقابل 180-200 قطعة. إذا قمت بشراء منتج نهائي يتم فيه استثمار العمالة اليدوية، فقد يكون من الصعب تلبية عشرات أو مئات الآلاف. ومن الأمثلة الصارخة على ذلك المنتجات المزورة المصنوعة حسب الطلب.

بالنسبة للبوابات غير العادية والأثاث والمزهريات والحدادين "يحصلون" على جائزة كبيرة. معظم الثمن ليس المادة، بل العمل البشري، الذي يجلب الفكرة إلى الحياة.

أما بالنسبة لتكلفة خام الحديد فيطلبون حوالي 40 دولارا أمريكيا للطن في روسيا. هذا هو سعر المواد الخام التي تحتوي على حديد بنسبة 60 بالمائة. عند عزل مسحوق نقي من العنصر السادس والعشرين، يطلبون ما لا يقل عن 560-600 دولار أمريكي مقابل 1000 كيلوغرام.

معظم الشركات تتاجر بالجملة. عروض شراء كيلو واحد فقط من المعدن نادرة. 1000 جرام يكلف حوالي 1-1.5 دولار. تقوم بعض الشركات بتعبئة مسحوق الحديد في أكياس سعة 5، 10، 25 كجم. يتم نشر إعلانات البيع على شبكة الإنترنت.

التفاصيل الفئة: المشاهدات: 9427

حديد, الحديد، عنصر كيميائي، الوزن الذري 55.84، العدد الذري 26؛ تقع في المجموعة الثامنة من الجدول الدوري على نفس مستوى الكوبالت والنيكل، نقطة الانصهار - 1529 درجة مئوية، نقطة الغليان - 2450 درجة مئوية؛ في الحالة الصلبة يكون لونه فضي مزرق. في شكله الحر، يوجد الحديد فقط في النيازك، والتي تحتوي على شوائب من Ni وP وC وعناصر أخرى. في الطبيعة تنتشر مركبات الحديد في كل مكان (التربة، المعادن، الهيموجلوبين الحيواني، الكلوروفيل النباتي)، الفصل. وصول. على شكل أكاسيد وهيدرات أكاسيد ومركبات كبريتية، وكذلك كربونات الحديد التي تتكون منها معظم خامات الحديد.

يتم الحصول على الحديد النقي كيميائيًا عن طريق تسخين أكسالات الحديد، والتي عند 440 درجة مئوية تنتج لأول مرة مسحوق أكسيد الحديديك غير اللامع، والذي لديه القدرة على الاشتعال في الهواء (ما يسمى بالحديد القابل للاشتعال)؛ ومع التخفيض اللاحق لهذا الأكسيد، يصبح المسحوق الناتج رمادي اللون ويفقد خصائصه القابلة للاشتعال، ويتحول إلى حديد معدني. عندما يتم تقليل أكسيد الحديدوز عند 700 درجة مئوية، يتم تحرير الحديد على شكل بلورات صغيرة، والتي يتم دمجها بعد ذلك في الفراغ. هناك طريقة أخرى للحصول على الحديد النقي كيميائيًا وهي عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول أملاح الحديد، على سبيل المثال FeSO 4 أو FeCl 3 في خليط مع MgSO 4 أو CaCl 2 أو NH 4 Cl (عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية). ومع ذلك، في هذه الحالة، يسد الحديد كمية كبيرة من الهيدروجين كهربائيا، ونتيجة لذلك يكتسب صلابة. عند تسخينه إلى 700 درجة مئوية، يتحرر الهيدروجين، ويصبح الحديد ناعمًا ويمكن قطعه بالسكين، مثل الرصاص (الصلابة على مقياس موس هي 4.5). يمكن الحصول على حديد نقي جدًا بطريقة ألومنيومية من أكسيد الحديد النقي. (انظر الألومينوثرمي). بلورات الحديد جيدة التكوين نادرة. تتشكل أحيانًا بلورات ذات شكل ثماني السطوح في تجاويف قطع كبيرة من الحديد الزهر. من الخصائص المميزة للحديد نعومته وليونته وقابليته للطرق عند درجة حرارة أقل بكثير من نقطة انصهاره. عندما يعمل حمض النيتريك القوي (الذي لا يحتوي على أكاسيد نيتروجين أقل) على الحديد، يصبح الحديد مغطى بطبقة من الأكاسيد ويصبح غير قابل للذوبان في حمض النيتريك.

مركبات الحديد

يتحد الحديد بسهولة مع الأكسجين ويشكل عدة أكاسيد: FeO - أكسيد الحديديك، Fe 2 O 3 - أكسيد الحديد، FeO 3 - أنهيدريد حمض الحديديك وFeO 4 - أنهيدريد حمض الغدد الصماء. بالإضافة إلى ذلك، يشكل الحديد أيضًا أكسيدًا مختلطًا Fe 3 O 4 - أكسيد الحديدوز، ما يسمى. أكسيد الحديد. لكن في الهواء الجاف، لا يتأكسد الحديد؛ الصدأ عبارة عن أكاسيد حديد مائية تتشكل بمشاركة رطوبة الهواء وثاني أكسيد الكربون 2 . أكسيد الحديد FeO يتوافق مع هيدرات Fe(OH) 2 و خط كاملأملاح الحديد ثنائية التكافؤ، القادرة على الأكسدة إلى أملاح أكسيد الحديد، Fe 2 O 3، حيث يظهر الحديد كعنصر ثلاثي التكافؤ؛ في الهواء، تتأكسد بسهولة هيدرات أكسيد الحديديك، التي لها خصائص اختزال قوية، وتتحول إلى هيدرات أكسيد الحديد. هيدروكسيد الحديدوز قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء، وهذا المحلول له تفاعل قلوي واضح، مما يشير إلى الطبيعة الأساسية للحديد ثنائي التكافؤ. يوجد أكسيد الحديد في الطبيعة (انظر الرصاص الأحمر)، ولكن يمكن العثور عليه بشكل صناعي. يتم الحصول عليه على شكل مسحوق أحمر عن طريق تكليس مسحوق الحديد وحرق بيريت الكبريت لإنتاج ثاني أكسيد الكبريت. أكسيد الحديد اللامائي، Fe 2 O 3، m.b. تم الحصول عليها في تعديلين، ويحدث انتقال أحدهما إلى الآخر عند تسخينه ويكون مصحوبًا بإطلاق كبير للحرارة (التسخين الذاتي). عند التكلس بقوة، يطلق Fe 2 O 3 الأكسجين ويتحول إلى أكسيد أكسيد مغناطيسي، Fe 3 O 4. عندما تعمل القلويات على محاليل أملاح الحديديك، يترسب راسب من الهيدرات Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 · 3 H 2 O)؛ عند غليه مع الماء تتكون هيدرات Fe 2 O 3 · H 2 O والتي يصعب ذوبانها في الأحماض. يشكل الحديد مركبات مع أشباه فلزات مختلفة: مع C، P، S، مع الهالوجينات، وكذلك مع المعادن، على سبيل المثال مع Mn، Cr، W، Cu، إلخ.

تنقسم أملاح الحديد إلى أملاح حديدية - حديد ثنائي التكافؤ (أملاح حديدية) وأكسيد - حديد حديدي (أملاح حديدية).

أملاح الحديدوز . كلوريد الحديديكيتم الحصول على FeCl 2 من خلال تأثير الكلور الجاف على الحديد، على شكل أوراق عديمة اللون؛ عندما يذوب الحديد في حمض الهيدروكلوريك، يتم الحصول على كلوريد الحديديك على شكل هيدرات FeCl 2 · 4H 2 O ويستخدم على شكل محاليل مائية أو كحولية في الطب. يتم الحصول على يوديد الحديدوز FeJ 2 من الحديد واليود تحت الماء على شكل أوراق خضراء ويستخدم في الطب (Sirupus Ferri jodati)؛ مع مزيد من عمل اليود، يتم تشكيل FeJ 3 (Liquor Ferri sesquijodati).

كبريتات الحديدوز، كبريتات الحديد, FeSO 4 ·7H 2 O (بلورات خضراء) تتشكل في الطبيعة نتيجة أكسدة البيريت والبيريت الكبريت؛ ويتشكل هذا الملح أيضًا كمنتج ثانوي أثناء إنتاج الشبة؛ عند تعرضه للعوامل الجوية أو تسخينه إلى 300 درجة مئوية، فإنه يتحول إلى ملح لا مائي أبيض - FeSO 4؛ كما تشكل هيدرات تحتوي على 5، 4، 3، 2 و1 جزيئات ماء؛ يذوب بسهولة في ماء بارد(في حالة ساخنة تصل إلى 300%)؛ المحلول حمضي بسبب التحلل المائي. يتأكسد في الهواء، خاصة بسهولة في وجود مادة مؤكسدة أخرى، على سبيل المثال، أملاح الأكسالات، التي يتضمنها FeSO 4 في تفاعل أكسدة مترافق، يغير لون KMnO 4؛ وفي هذه الحالة تتم العملية وفق المعادلة التالية:

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 2 + 8H 2 O.

ومع ذلك، لهذا الغرض، يتم استخدام ملح موهر المزدوج (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 · 6H 2 O، وهو أكثر ثباتًا في الهواء، وتستخدم كبريتات الحديد في تحليل الغاز لتحديد أكسيد النيتروجين الذي يمتصه محلول من FeSO 4 مع تكوين اللون البني الغامق لمجمع (FeNO)SO 4، وكذلك لإنتاج الحبر (مع أحماض التانيك)، كمادة لاذعة للصباغة، لربط الغازات النتنة (H 2 S، NH 3) في المراحيض وغيرها

تستخدم أملاح أكسيد الحديد في التصوير الفوتوغرافي لقدرتها على استعادة مركبات الفضة في الصورة الكامنة الملتقطة على لوحة التصوير الفوتوغرافي.

كربونات الحديد, FeCO 3، يتواجد بشكل طبيعي في صورة السدريت أو الصاري الحديدي؛ كربونات الحديد ، التي يتم الحصول عليها عن طريق ترسيب المحاليل المائية لأملاح الحديدوز مع الكربونات ، تفقد ثاني أكسيد الكربون بسهولة وتتأكسد في الهواء إلى Fe 2 O 3.

بيكربونات الحديد، H 2 Fe(CO 3) 2، قابل للذوبان في الماء ويتواجد بشكل طبيعي في المصادر الحديدية، والتي عند أكسدتها تنطلق على سطح الأرض على شكل هيدرات أكسيد الحديد، Fe(OH) 3، والذي يتحول إلى خام الحديد البني.

حديد الفوسفات, Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O، راسب أبيض؛ يوجد في الطبيعة ملون قليلاً، بسبب أكسدة الحديد، باللون الأزرق، على شكل فيفيانيت.

أملاح أكسيد الحديد . يتم الحصول على كلوريد الحديديك، FeCl 3 (Fe 2 Cl 6)، من خلال تأثير الكلور الزائد على الحديد على شكل أقراص حمراء سداسية؛ يذوب كلوريد الحديديك في الهواء؛ يتبلور من الماء على شكل FeCl 3 · 6H 2 O (بلورات صفراء)؛ المحاليل حمضية. أثناء غسيل الكلى، يتحلل تدريجيًا بشكل كامل تقريبًا مع تكوين محلول غرواني من هيدرات Fe(OH) 3. يذوب FeCl 3 في الكحول وفي خليط من الكحول والأثير، وعند تسخينه، يتحلل FeCl 3 ·6H 2 O إلى حمض الهيدروكلوريك وFe 2 O 3؛ يستخدم كمادة لاذعة وكعامل مرقئ (Liquor Ferri sesquilorati).

أكسيد كبريتات الحديد، Fe 2 (SO 4) 3، في الحالة اللامائية يكون لونه مصفر، ويتم تحلله بقوة في المحلول؛ عندما يتم تسخين المحلول، تترسب الأملاح الأساسية؛ الشب الحديد، MFe(SO 4) 2 · 12H 2 O، M - أحادي التكافؤ الفلزات القلوية; الشب الأمونيوم، NH 4 Fe (SO 4) 2 · 12H 2 O، يتبلور بشكل أفضل.

أكسيد FeO 3 هو أنهيدريد حمض الحديديك، وكذلك هيدرات هذا الأكسيد H 2 FeO 4 - حمض الحديديك- في دولة حرة، غير ممكن. تم الحصول عليها بسبب هشاشتها الشديدة. ولكن في المحاليل القلوية قد تكون هناك أملاح حمض الحديد والفرات (على سبيل المثال، K 2 FeO 4)، والتي تتشكل عند تسخين مسحوق الحديد مع النترات أو KClO 3. ومن المعروف أيضًا أن ملح الباريوم ضعيف الذوبان لحمض الحديد BaFeO 4؛ وبالتالي، فإن حمض الحديد يشبه إلى حد كبير في بعض النواحي حمض الكبريتيك والكروميك. في عام 1926، وصف الكيميائي كييف جوراليفيتش مركبات أكسيد الحديد ثماني التكافؤ - أنهيدريد فوق الحديد FeO 4، يتم الحصول عليه عن طريق دمج Fe 2 O 3 مع ملح النترات أو ملح البرثوليت في شكل ملح البوتاسيوم من حمض الغدة الفائقة K 2 FeO 5؛ الحديدO4 - مادة غازية، الذي لا يشكل حمض الغدة الفائقة H 2 FeO 5 مع الماء، ومع ذلك، قد يكون. معزولة في حالة حرة عن طريق تحلل الملح K 2 FeO 5 مع الأحماض. تم الحصول على ملح الباريوم BaFeO 5 ·7H 2 O، وكذلك أملاح الكالسيوم والسترونتيوم، بواسطة جوراليفيتش على شكل بلورات بيضاء غير متحللة تطلق الماء فقط عند درجة حرارة 250-300 درجة مئوية وفي نفس الوقت تتحول إلى اللون الأخضر.

الحديد يعطي مركبات: مع النيتروجين - الحديد النيتروز(نيتريد) Fe 2 N عندما يتم تسخين مسحوق الحديد في تيار من NH 3، مع الكربون - كربيد Fe 3 C عندما يكون الحديد مشبعًا بالفحم في فرن كهربائي. بالإضافة إلى ذلك تمت دراسة عدد من مركبات الحديد مع أول أكسيد الكربون - كربونات الحديدعلى سبيل المثال، خماسي الكربونيل Fe(CO) 5 هو سائل ذو لون طفيف تبلغ درجة حرارته حوالي 102.9 درجة مئوية (عند 749 ملم، جاذبية معينة 1.4937)، ثم مادة صلبة برتقالية، Fe2(CO)9، غير قابلة للذوبان في الأثير والكلوروفورم، بثقل نوعي قدره 2.085.

ذات أهمية كبيرة مركبات سيانيد الحديد. بالإضافة إلى السيانيدات البسيطة Fe(CN) 2 وFe(CN) 3، يشكل الحديد عددًا من المركبات المعقدة مع أملاح السيانيد، مثل أملاح حامض الكبريتوز H 4 Fe (CN) 6 وأملاح حامض الكبريتوز H 3. Fe(CN) 6، على سبيل المثال، ملح الدم الأحمر، والذي بدوره يدخل في تفاعلات التحلل التبادلي مع أملاح الحديدوز وأكسيد الحديد، مكونًا مركبات زرقاء اللون - الأزرق البروسي والأزرق تيرنبول. عند استبدال مجموعة CN واحدة في أملاح حمض كبريتيد الحديدوز H 4 Fe(CN) 6 بمجموعات أحادية التكافؤ (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO) تتشكل أملاح بروسو، على سبيل المثال، نيتروبروسيد الصوديوم (نيتروفروس الصوديوم). كبريتيد) Na 2 H 2 O، يتم الحصول عليه عن طريق تدخين HNO 3 على K 4 Fe (CN) 6، يليه المعادلة بالصودا، على شكل بلورات حمراء ياقوتية، مفصولة بالتبلور من النترات المتكونة في نفس الوقت؛ ويتبلور حمض النيتروفيريك المقابل H2 أيضًا على شكل بلورات حمراء داكنة. ويستخدم نيتروبروسيد الصوديوم ككاشف حساس لكبريتيد الهيدروجين ومعادن الكبريت، حيث يعطي لوناً أحمر دموياً ثم يتحول إلى اللون الأزرق. عندما تكون في العمل كبريتات النحاسيشكل نيتروبروسيد الصوديوم راسبًا أخضر شاحبًا، غير قابل للذوبان في الماء والكحول، يستخدم لاختبار الزيوت العطرية.

ومن الناحية التحليلية يتم الكشف عن الحديد من خلال عمل ملحه الموجود في محلول قلوي وهو ملح الدم الأصفر. تشكل أملاح الحديديك راسبًا أزرقًا من اللون الأزرق البروسي. تشكل أملاح الحديدوز راسبًا أزرقًا من أزرق تيرنبول عند تعرضها لملح الدم الأحمر. مع ثيوسيانات الأمونيوم NH 4 CNS، تشكل أملاح الحديد الحديديك الحديد الروداني Fe(CNS) 3، القابل للذوبان في الماء ذو ​​اللون الأحمر الدموي؛ مع التانين، تشكل أملاح أكسيد الحديد الحبر. كما تتميز أملاح النحاس لحمض كبريتيد الحديدوز، والتي تجد تطبيقًا (طريقة أوفاكروم) في التصوير الفوتوغرافي الملون، بلونها المكثف. من مركبات الحديد المستخدمة في الطب، بالإضافة إلى مركبات هاليد الحديد المذكورة، من المهم ما يلي: الحديد المعدني (F. Hydrogenio reductum)، سترات الحديد (F. Citricum - 20% Fe)، مستخلص مالات الحديد (Extractum Ferri pomatum) ) ، زلال الحديد ( Liquor Ferri Albuminatum)، الفيراتين - مركب بروتيني يحتوي على 6٪ حديد؛ الفيراتوز - محلول الفيراتين، كارنيفيرين - مركب من الحديد مع النيوكلين (30٪ حديد)؛ فيراتوجين من نواة الخميرة (1٪ حديد)، الهيماتوجين - محلول الهيموجلوبين 70٪ في الجلسرين، الهيمول - الهيموجلوبين مخفض بغبار الزنك.

الخصائص الفيزيائية للحديد

تتقلب البيانات الرقمية المتوفرة في الأدبيات التي تميز الخواص الفيزيائية المختلفة للحديد بسبب صعوبة الحصول على الحديد كيميائيا. حالة نظيفة. ولذلك، فإن البيانات الأكثر موثوقية هي تلك التي تم الحصول عليها للحديد كهربائيا، حيث المحتوى الإجمالي للشوائب (C، Si، Mn، S، P) لا يتجاوز 0.01-0.03٪. تشير البيانات الواردة أدناه في معظم الحالات إلى هذه الأجهزة. بالنسبة له، نقطة الانصهار هي 1528 درجة مئوية ± 3 درجة مئوية (رور وكلسبر، 1914)، ونقطة الغليان هي ≈ 2450 درجة مئوية. في الحالة الصلبة، يوجد الحديد في أربعة تعديلات مختلفة - α و β و γ و δ، والتي تم تحديد حدود درجة الحرارة التالية لها بدقة تامة:

يتم الكشف عن انتقال الحديد من تعديل إلى آخر على منحنيات التبريد والتسخين بالنقاط الحرجة والتي اعتمدت لها التسميات التالية:

وتظهر هذه النقاط الحرجة في الشكل. 1 منحنيات التدفئة والتبريد التخطيطي. يعتبر وجود التعديلات δ- و γ- و α-Fe حاليًا أمرًا لا جدال فيه، ولكن الوجود المستقل لـ β-Fe متنازع عليه بسبب الاختلاف الحاد غير الكافي بين خصائصه وخصائص α-Fe. تتبلور جميع تعديلات الحديد على شكل مكعب، حيث تحتوي α وβ وδ على شبكة مكانية لمكعب مركزي، بينما يحتوي γ-Fe على مكعب ذو وجوه مركزية. يتم الحصول على الخصائص البلورية الأكثر تميزًا لتعديلات الحديد في أطياف الأشعة السينية، كما هو موضح في الشكل 1. 2 (ويستغرين، 1929). من أنماط الأشعة السينية المعطاة، يترتب على ذلك أن خطوط طيف الأشعة السينية هي نفسها بالنسبة لـ α- وβ- وδ-Fe؛ إنها تتوافق مع شبكة مكعب مركزي بمعلمات 2.87 و2.90 و2.93 A، وبالنسبة لـ γ-Fe، يتوافق الطيف مع شبكة مكعب بأوجه مركزية ومعلمات 3.63-3.68 A.

تتراوح الثقل النوعي للحديد من 7.855 إلى 7.864 (Cross and Gill, 1927). عند تسخينه، ينخفض ​​الوزن النوعي للحديد بسبب التمدد الحراري، والذي تزداد معاملاته مع ارتفاع درجة الحرارة، كما تظهر البيانات في الجدول 1. 1 (دريسن، 1914).

يتم تفسير الانخفاض في معاملات التمدد في نطاقات 20-800 درجة مئوية و20-900 درجة مئوية و700-800 درجة مئوية و800-900 درجة مئوية من خلال وجود حالات شاذة في التمدد عند المرور عبر النقاط الحرجة A C2 وA C3. ويصاحب هذا الانتقال ضغط، يظهر بشكل خاص عند النقطة A C3، كما هو موضح في منحنيات الضغط والتمدد في الشكل 1. 3. يصاحب ذوبان الحديد تمدده بنسبة 4.4% (جوندا وإندا، 1926). تعد السعة الحرارية للحديد كبيرة جدًا مقارنة بالمعادن الأخرى ويتم التعبير عنها في نطاقات درجات حرارة مختلفة بقيم تتراوح من 0.11 إلى 0.20 كال، كما هو موضح في الجدول. 2 (Obergoffer and Grosse، 1927) والمنحنى المبني على أساسهما (الشكل 4).

في البيانات المقدمة، تم الكشف عن التحولات A 2 , A 3 , A 4 وذوبان الحديد بشكل واضح بحيث يمكن حساب التأثيرات الحرارية لها بسهولة: A 3 ... + 6.765 كال، A 4 ... + 2.531 كال ، ذوبان الحديد ... - 64.38 كالوري (حسب س. أومينو، 1926، - 69.20 كالوري).

يتميز الحديد بموصلية حرارية أقل بنحو 6-7 مرات من الفضة، وأقل مرتين من الألومنيوم؛ وهي أن الموصلية الحرارية للحديد تكون متساوية عند 0 درجة مئوية - 0.2070، عند 100 درجة مئوية - 0.1567، عند 200 درجة مئوية - 0.1357 وعند 275 درجة مئوية - 0.1120 كالوري/سم·ثانية·درجة مئوية. أكثر الخصائص المميزة للحديد هي المغناطيسية، والتي يتم التعبير عنها بعدد من الثوابت المغناطيسية التي تم الحصول عليها خلال الدورة الكاملة لمغنطة الحديد. يتم التعبير عن هذه الثوابت الخاصة بالحديد الإلكتروليتي بالقيم التالية في غاوس (جومليتش، 1909 و1918):

عند المرور عبر النقطة A c2، فإن الخواص المغناطيسية للحديد تختفي تقريبًا وربما. لم يتم اكتشافه إلا بدقة شديدة القياسات المغناطيسية. ومن الناحية العملية، تعتبر تعديلات β- وγ- وδ غير مغناطيسية. الموصلية الكهربائية للحديد عند 20 درجة مئوية تساوي R -1 m m/mm2 (حيث R هي المقاومة الكهربائية للحديد، وتساوي 0.099 Ω mm2 /m). ويتراوح معامل درجة حرارة المقاومة الكهربائية a0-100° x10 5 من 560 إلى 660 حيث

العمل البارد (الدرفلة، الحدادة، الرسم، الختم) له تأثير ملحوظ جدًا على الخواص الفيزيائية للحديد. وبالتالي، يتم التعبير عن النسبة المئوية لتغيرها أثناء الدرفلة على البارد من خلال الأرقام التالية (Gerens, 1911): الجهد القسري +323%، التباطؤ المغناطيسي +222%، المقاومة الكهربائية + 2%، الثقل النوعي - 1%، النفاذية المغناطيسية - 65%. يوضح الظرف الأخير التقلبات الكبيرة في الخواص الفيزيائية التي لوحظت بين الباحثين المختلفين: غالبًا ما يكون تأثير الشوائب مصحوبًا بتأثير المعالجة الميكانيكية الباردة.

لا يُعرف سوى القليل جدًا عن الخواص الميكانيكية للحديد النقي. كشف سبائك الحديد كهربائيا في الفراغ: قوة الشد 25 كجم / مم 2، استطالة - 60٪، ضغط المقطع العرضي- 85% صلابة برينل - من 60 إلى 70.

يعتمد هيكل الحديد على محتوى الشوائب فيه (حتى بكميات صغيرة) والمعالجة المسبقة للمادة. يتكون الهيكل المجهري للحديد، مثل المعادن النقية الأخرى، من حبيبات كبيرة إلى حد ما (بلورات)، تسمى هنا الفريت

حجم وحدة الخطوط العريضة لها تعتمد على الفصل. وصول. على معدل تبريد الحديد: كلما انخفض الأخير، زادت تطور الحبوب وأصبحت معالمها أكثر وضوحًا. على السطح، غالبًا ما يتم تلوين الحبوب بشكل مختلف بسبب اختلاف علم البلورات واتجاهها وتأثيرات الحفر المختلفة للكواشف في اتجاهات مختلفة في البلورة. في كثير من الأحيان يتم تمديد الحبوب في اتجاه واحد نتيجة للمعالجة الميكانيكية. إذا تمت المعالجة في درجات حرارة منخفضة، تظهر خطوط القص (خطوط نيومان) على سطح الحبوب، نتيجة لانزلاق الأجزاء الفردية من البلورات على طول مستويات انقسامها. وهذه الخطوط هي من علامات التصلب وتلك التغيرات في الخصائص التي تم ذكرها أعلاه.

الحديد في صناعة المعادن

يُطلق مصطلح الحديد في علم المعادن الحديث فقط على الحديد المطاوع، أي منتج منخفض الكربون يتم الحصول عليه في حالة تشبه العجين عند درجة حرارة ليست كافية لإذابة الحديد، ولكنها مرتفعة جدًا بحيث تكون جزيئاته الفردية ملحومة جيدًا مع بعضها البعض - يعطي منتجاً ناعماً متجانساً بعد التشكيل ولا يقبل التصلب. يتم الحصول على الحديد (بالمعنى المشار إليه للكلمة): 1) مباشرة من الخام في حالة تشبه العجين عن طريق عملية نفخ الجبن؛ 2) بنفس الطريقة، ولكن عند درجة حرارة أقل، غير كافية لحام جزيئات الحديد؛ 3) إعادة توزيع الحديد الزهر بعملية حرجة؛ 4) إعادة توزيع الحديد الزهر عن طريق البرك.

1) عملية إنتاج الجبن في الوقت الحاضر. يتم استخدام الوقت فقط من قبل الشعوب غير المثقفة وفي المناطق التي لا يمكن للحديد الأمريكي أو الأوروبي المنتج بالطرق الحديثة (بسبب عدم وجود وسائل اتصال مناسبة) أن يخترقها. تتم العملية في أفران وأفران الجبن المفتوحة. المواد الخام المستخدمة فيه هي خام الحديد (عادة خام الحديد البني) والفحم. يُسكب الفحم في المسبك في النصف الذي يتم فيه إمداد الانفجار، بينما يُسكب الخام في كومة على الجانب الآخر. يمر أول أكسيد الكربون المتكون في طبقة سميكة من الفحم المحترق عبر سمك الخام بأكمله، وعند درجة حرارة عالية، يقلل الحديد. يحدث اختزال الخام تدريجيًا - من سطح القطع الفردية إلى القلب. بدءا من الأجزاء العلويةكومة، فإنه يتسارع مع انتقال الخام إلى منطقة ذات درجة حرارة أعلى؛ وفي هذه الحالة يتحول أكسيد الحديد أولاً إلى أكسيد مغناطيسي، ثم إلى أكسيد، وأخيراً يظهر الحديد المعدني على سطح قطع الخام. وفي الوقت نفسه، تتحد الشوائب الترابية للخام (نفايات الصخور) مع أكسيد الحديدوز الذي لم يتم اختزاله بعد لتشكل خبث حديدي قابل للانصهار، والذي يتم صهره من خلال شقوق القشرة المعدنية، مما يشكل نوعًا من القشرة في كل قطعة من الخام. عند تسخينها إلى حرارة بيضاء ساخنة، يتم لحام هذه الأصداف معًا لتشكل كتلة إسفنجية من الحديد في قاع الفرن - كريتسا، تتخللها الخبث. للفصل عن الأخير، يتم قطع Kritsa المأخوذة من الحدادة إلى عدة أجزاء، كل منها مزورة، مسلوقة، بعد التبريد في نفس الحدادة إلى شرائح أو مباشرة إلى المنتجات (الأدوات المنزلية والأسلحة). في الهند، لا تزال عملية نفخ الجبن تتم في أفران نفخ الجبن، والتي تختلف عن الحدادة فقط في ارتفاعها الأعلى قليلاً - حوالي 1.5 متر، وجدران الأفران مصنوعة من كتلة الطين (وليس الطوب) وتخدم فقط ذوبان واحد. يتم تغذية الانفجار إلى الفرن من خلال حلقة واحدة بواسطة منفاخ يتم تشغيله بواسطة الأقدام أو الأيدي. يتم تحميل كمية معينة من الفحم ("القشرة الخاملة") في فرن فارغ، ثم بالتناوب، في طبقات منفصلة، ​​الخام والفحم، مع زيادة كمية الأولى تدريجياً حتى تصل إلى نسبة الفحم التي تحددها التجربة؛ يتم تحديد وزن كل الخام المملوء من خلال الوزن المرغوب للكريتسا، والذي، بشكل عام، غير مهم. عملية الترميم هي نفسها كما في الصياغة. كما لم يتم تقليل الحديد تمامًا، ويحتوي kritsa الناتج على الجانب على الكثير من الخبث الحديدي. تتم إزالة الكريتسا عن طريق كسر الموقد وتقطيعه إلى قطع تزن 2-3 كجم. يتم تسخين كل واحد منهم في حدادة ومعالجته تحت مطرقة؛ والنتيجة هي حديد ناعم ممتاز، والذي، من بين أمور أخرى، بمثابة مادة لصناعة الصلب الهندي "Wots" (الفولاذ الدمشقي). تكوينها على النحو التالي (في المائة):

يتم تفسير المحتوى الضئيل للعناصر - شوائب الحديد - أو غيابها التام من خلال نقاء الخام وعدم اكتمال اختزال الحديد وانخفاض درجة الحرارة في الفرن. نظرًا لصغر حجم المطروقات والأفران وتكرار تشغيلها، فإن استهلاك الفحم مرتفع جدًا. في فنلندا والسويد والأورال، تم صهر الحديد في فرن الجبن هوسجافيل، حيث كان من الممكن تنظيم عملية تخفيض وتشبع الحديد بالكربون؛ وكان استهلاك الفحم فيه يصل إلى 1.1 لكل وحدة من الحديد، ويصل محصوله إلى 90% من محتواه في الخام.

2) ينبغي أن نتوقع في المستقبل تطور إنتاج الحديد مباشرة من الخام، ليس باستخدام عملية نفخ الجبن، ولكن عن طريق اختزال الحديد عند درجة حرارة غير كافية لتكوين الخبث وحتى لتلبيد مخلفات الخام (1000 درجة مئوية). وتتمثل مزايا هذه العملية في إمكانية استخدام أنواع الوقود منخفضة الجودة، والقضاء على التدفق واستهلاك الحرارة لصهر الخبث.

3) يتم إنتاج الحديد المطاوع عن طريق إعادة توزيع الحديد الزهر بعملية الفرن في أفران الفصل. وصول. في السويد (في بلدنا - في جبال الأورال). للمعالجة، يتم صهر الحديد الزهر الخاص، ما يسمى. لانكشاير، تعطي أقل قدر من النفايات. أنه يحتوي على: 0.3-0.45% سي، 0.5-0.6% منغنيز، 0.02 ف،<0,01% S. Такой чугун в изломе кажется белым или половинчатым. Горючим в кричных горнах может служить только древесный уголь.

العملية مستمرة. آر: الموقد، المحرر من البكاء، ولكن مع الخبث الناضج من نهاية العملية المتبقية على اللوحة السفلية، مملوء بالفحم، الفصل. وصول. الصنوبر، الذي يتم وضع الحديد الزهر الذي يتم تسخينه بواسطة منتجات الاحتراق بكمية 165-175 كجم (لمدة 3/8 م 2 من المقطع العرضي للموقد يوجد 100 كجم من أقفاص الحديد الزهر). عن طريق تحويل الصمام في قناة الهواء، يتم توجيه الانفجار عبر الأنابيب الموجودة في المساحة الموجودة تحت سقف الموقد، ويتم تسخينه هنا إلى درجة حرارة 150-200 درجة مئوية، وبالتالي التسارع. ذوبان الحديد الزهر. يتم دعم الحديد الخام المصهور باستمرار (بمساعدة العتلات) على الفحم فوق التويرز. خلال هذا العمل، تتعرض كتلة الحديد الزهر بأكملها للعمل التأكسدي للأكسجين الجوي وثاني أكسيد الكربون، ويمر عبر منطقة الاحتراق في شكل قطرات. يساهم سطحها الكبير في الأكسدة السريعة للحديد وشوائبه - السيليكون والمنغنيز والكربون. اعتمادًا على محتوى هذه الشوائب، يفقدها الحديد الزهر بدرجة أكبر أو أقل قبل أن يتجمع في قاع الموقد. نظرًا لأنه يتم إعادة صياغة الحديد الزهر منخفض السيليكون والمنغنيز المنخفض في الصياغة السويدية، فإنه عند مروره بأفق tuyere، فإنه يفقد كل Si وMn (أكاسيدهما التي تشكل الخبث الرئيسي مع أكسيد الحديدوز) وجزءًا كبيرًا من كربون. يستمر ذوبان الحديد الزهر من 20 إلى 25 دقيقة. في نهاية هذه العملية، يتم إطلاق الانفجار البارد في المسبك. يبدأ المعدن الذي استقر في قاع الموقد في التفاعل مع الخبث الناضج الموجود هناك، والذي يحتوي على فائض كبير (مقارنة بكمية السيليكا) من أكاسيد الحديد - Fe 3 O 4 وFeO، التي تعمل على أكسدة الكربون مع إطلاق أول أكسيد الكربون، الذي يغلي المعدن بأكمله. عندما يتكاثف المعدن (بسبب فقدان الكربون) و"يجلس كسلعة"، يتم رفع الأخير باستخدام عتلات فوق التوير، ويبدأ التفجير الساخن مرة أخرى وتذوب "السلعة".

أثناء الصهر الثانوي، يتأكسد المعدن بواسطة الأكسجين الناتج عن الانفجار والخبث المنصهر منه. بعد الارتفاع الأول، يسقط المعدن في قاع المسبك، وهو لين بدرجة كافية لجمع الكريتسا من بعض أجزائه الأكثر نضجًا. ولكن من قبل، عند استخدام درجات السيليكون من الحديد الزهر، كان من الضروري اللجوء إلى الرفع الثاني وحتى الثالث للبضائع، والتي، بالطبع، خفضت إنتاجية الحدادة، وزيادة استهلاك الوقود ونفايات الحديد. تأثرت نتائج العمل بمسافة التويرات من اللوحة السفلية (عمق الموقد) وميل التويرات: كلما كانت التويرات أكثر انحدارًا وكان عمق الموقد أقل عمقًا، كلما زاد تأثير التويرات. الجو المؤكسد على المعدن. إن المنحدر الأكثر لطفاً للتويير، بالإضافة إلى عمق أكبر للموقد، يقلل من التأثير المباشر للأكسجين في الانفجار، وبالتالي يعطي دوراً أكبر لعمل الخبث على شوائب الحديد؛ الأكسدة بها تكون أبطأ، ولكن بدون نفايات الحديد. في ظل أي ظروف محددة، يتم تحديد الوضع الأكثر فائدة للأعمدة بالنسبة إلى اللوحة السفلية من خلال الخبرة؛ في صياغة سويدية حديثة، يتم تثبيت عين التويل على مسافة 220 مم من اللوحة السفلية، ويختلف ميل التويل ضمن حدود قريبة - من 11 إلى 12 درجة.

يحتوي الكريتسا الناتج في قاع الفرن، على عكس فرن نفخ الجبن، على القليل جدًا من الخبث الميكانيكي؛ أما بالنسبة للشوائب الكيميائية للحديد، فقد تكون Si وMn وC. تمت إزالته بالكامل (المحتوى الضئيل من Si وMn الذي يشير إليه التحليل هو جزء من الشوائب الميكانيكية - الخبث)، ويتم إزالة الكبريت جزئيًا فقط، ويتأكسد بواسطة الانفجار أثناء الذوبان. في الوقت نفسه، يتأكسد الفوسفور أيضًا، ويدخل في الخبث على شكل ملح فوسفور حديد، ولكن يتم بعد ذلك اختزال الأخير بواسطة الكربون، ويمكن أن يحتوي المعدن النهائي على فوسفور أكثر نسبيًا (من نفايات الحديد) من المعدن الأصلي. الحديد الزهر. ولهذا السبب، من أجل الحصول على معدن من الدرجة الأولى للتصدير، تستخدم السويد فقط الحديد الزهر النقي من حيث P. يتم تقطيع الكريتسا النهائية المأخوذة من الحدادة إلى ثلاثة أجزاء (كل منها 50-55 كجم) ويتم ضغطها بمطرقة، مما يعطي مظهرًا متوازيًا.

مدة عملية إعادة التوزيع في الصياغة السويدية من 65 إلى 80 دقيقة؛ يتم الحصول على ما بين 2.5 إلى 3.5 طن من القطع المضغوطة "للنار" يوميًا، مع استهلاك فحم يبلغ 0.32-0.40 فقط لكل وحدة من المواد النهائية وإنتاجها من 89 إلى 93.5% من الحديد الزهر المخصص للمعالجة. وفي الآونة الأخيرة، أجريت في السويد تجارب ناجحة في إعادة توزيع الحديد الخام السائل المأخوذ من الأفران العالية، وفي تسريع عملية الغليان عن طريق تحريك المعدن باستخدام مكابس ميكانيكية؛ وفي الوقت نفسه، انخفض فقدان النفايات إلى 7٪، واستهلاك الفحم - إلى 0.25.

البيانات التالية (٪) تعطي فكرة عن التركيب الكيميائي للحديد السويدي وجنوب الأورال:

من بين جميع أنواع الحديد المنتج صناعيًا، يعتبر الحديد السويدي هو الأقرب إلى الحديد النقي كيميائيًا، وبدلاً من الأخير، يتم استخدامه في الممارسة المخبرية وأعمال البحث. وهو يختلف عن الحديد الخام في تجانسه، وعن أنعم معدن الموقد المفتوح (الحديد الزهر) في غياب المنغنيز؛ ويتميز بأعلى درجة من قابلية اللحام والليونة والقدرة على التحمل. يُظهر الحديد الزهر السويدي قوة شد منخفضة - فقط حوالي 30 كجم/مم2، مع استطالة بنسبة 40% وانخفاض في المقطع العرضي بنسبة 75%. حاليًا، انخفض الإنتاج السنوي من الحديد المبرد في السويد إلى 50 ألف طن، منذ ما بعد حرب 1914-1918. تم تقليص نطاق التطبيقات الصناعية لهذا الحديد بشكل كبير. يتم استخدام الكمية الأكبر منه لإنتاج (في إنجلترا وألمانيا) من أعلى درجات الأدوات والفولاذ الخاص؛ في السويد نفسها، يتم استخدامه لصنع سلك خاص ("سلك الزهرة")، ومسامير حدوة حصان، والتي يمكن تزويرها بسهولة في حالة باردة، وسلاسل وفراغات شريطية للأنابيب الملحومة. بالنسبة للغرضين الأخيرين، فإن خصائص الحديد الزهر مهمة بشكل خاص: قابلية اللحام الموثوقة، وللأنابيب، بالإضافة إلى ذلك، أعلى مقاومة للصدأ.

4) تطور إنتاج الحديد كعملية حاسمة يستلزم تدمير الغابات؛ بعد أن تم وضع الأخير في بلدان مختلفة تحت حماية قانون يقصر قطع الأشجار على النمو السنوي، أصبحت السويد ثم روسيا - وهي بلدان غابات تزخر بالخامات عالية الجودة - الموردين الرئيسيين للحديد في السوق الدولية طوال القرن الثامن عشر. . في عام 1784، اخترع الإنجليزي كورت البودلينغ - عملية إعادة تقسيم الحديد الزهر على موقد الفرن الناري، في صندوق الاحتراق الذي تم حرق الفحم فيه. بعد وفاة كورت، أدخل روجرز وجال تحسينات كبيرة في تصميم فرن البودل، مما ساهم في الانتشار السريع للبودل في جميع الدول الصناعية وغير طبيعة ومدى إنتاجهم من الحديد تمامًا خلال النصف الأول من القرن التاسع عشر. أنتجت هذه العملية كتلة المعدن اللازمة لبناء السفن الحديدية والسكك الحديدية والقاطرات والغلايات البخارية والسيارات.

وقود البرك هو الفحم طويل اللهب، ولكن عندما لا يكون متوفرا، كان علينا اللجوء إلى الفحم البني، وهنا في الأورال - إلى الحطب. ينتج حطب الصنوبر لهبًا أطول من الفحم؛ يتم تسخينه جيدًا، ولكن يجب ألا يتجاوز محتوى الرطوبة في الخشب 12٪. وفي وقت لاحق، تم استخدام فرن التجديد من شركة سيمنز للحفر في جبال الأورال. أخيرًا، في الولايات المتحدة الأمريكية وهنا (في حوضي الفولجا وكاما) تعمل أفران البرك بالزيت الذي يتم رشه مباشرة في مساحة عمل الفرن.

لتسريع المعالجة وتقليل استهلاك الوقود، من المستحسن أن يكون لديك حديد زهر بودل بارد؛ ومع ذلك، عند صهره على فحم الكوك، ينتج المنتج الكثير من الكبريت (0.2 وحتى 0.3٪)، ومع وجود نسبة عالية من الفوسفور في الخام، والفوسفور أيضًا. بالنسبة لدرجات الحديد التجارية العادية، فإن الحديد الزهر الذي يحتوي على نسبة منخفضة من السيليكون (أقل من 1٪)، والذي يسمى الحديد الخام، كان يتم صهره سابقًا بكميات كبيرة. لم يكن الحديد الزهر الفحمي، الذي تمت معالجته في جبال الأورال ووسط روسيا، يحتوي على الكبريت وتم إنتاج منتج تم استخدامه أيضًا لتصنيع حديد التسقيف. حاليا، يعمل البودل على إنتاج معدن عالي الجودة وفقا لمواصفات خاصة، وبالتالي لا يتم توريد الحديد الخام العادي إلى أفران البودل، ولكن الحديد الخام عالي الجودة، على سبيل المثال، المنغنيز أو "الهيماتيت" (منخفض الفوسفور)، أو على العكس من ذلك. ، نسبة عالية من الفوسفور لإنتاج حديد الجوز. فيما يلي محتوى (٪) من العناصر الرئيسية في بعض أنواع الحديد الزهر المستخدم في البودل:

عادةً ما يحتوي فرن البوحل، في نهاية العملية السابقة، على كمية عادية من الخبث في الموقد للعمل مع الشحنة التالية. عند معالجة الحديد الزهر عالي السليكون، يبقى الكثير من الخبث في الفرن، ويجب تصريفه؛ على العكس من ذلك، يترك الحديد الزهر الأبيض "جافًا" تحت الفرن، ويجب أن يبدأ العمل بإلقاء الكمية المطلوبة من الخبث على الجزء السفلي، والذي يتم أخذه من تحت المطرقة ("الناضج"، الأغنى بالأكسيد المغناطيسي). يتم إلقاء شحنة من الحديد الزهر، ساخنة في وعاء من الحديد الزهر، على الخبث (250-300 كجم في الأفران العادية و500-600 كجم في الأفران المزدوجة)؛ ثم يتم إلقاء جزء جديد من الوقود في صندوق الاحتراق، ويتم تنظيف الشبكات، ويتم إنشاء مسودة كاملة في الفرن. في غضون 25-35 دقيقة. يذوب الحديد الزهر، ويخضع ب. أو م تغيير كبير في تكوينه. يتأكسد الحديد الزهر الصلب بواسطة أكسجين اللهب، وينتج الحديد والمنغنيز والسيليكون سيليكات مزدوجة تتدفق إلى داخل الفرن؛ يؤدي ذوبان الحديد الزهر إلى كشف المزيد والمزيد من طبقات الحديد الزهر الصلب، والتي تتأكسد أيضًا وتذوب. في نهاية فترة الانصهار، يتم الحصول على طبقتين سائلتين على الموقد - الحديد الزهر والخبث، على سطح التلامس الذي تحدث فيه عملية أكسدة الكربون بواسطة أكسيد الحديد المغناطيسي، وإن كان بدرجة ضعيفة، كما يتضح من الفقاعات من أول أكسيد الكربون المنبعث من الحمام. اعتمادًا على محتوى السيليكون والمنغنيز في الحديد الزهر، تبقى كمية غير متساوية منها في المعدن المنصهر: في الحديد الزهر منخفض السيليكون أو الحديد الزهر الأبيض - صهر فحم الكوك - يحترق السيليكون تمامًا في معظم الحالات أثناء الذوبان؛ في بعض الأحيان تبقى كمية معينة منه في المعدن (0.3-0.25٪) وكذلك المنغنيز. ويتأكسد الفوسفور أيضًا في هذا الوقت، ويتحول إلى ملح الحديد الفوسفوري. ونظرًا لانخفاض وزن المعدن مع احتراق الشوائب المذكورة أعلاه، قد تزيد نسبة محتوى الكربون، على الرغم من أن بعضًا منه يحترق بلا شك بواسطة أكسجين اللهب والخبث الذي يغطي الأجزاء الأولى من المنصهر. معدن.

ولتسريع احتراق الكميات المتبقية من السيليكون والمنغنيز والكربون، يلجأون إلى التوحل، أي خلط الحديد الزهر مع الخبث باستخدام عصا مع ثني نهايتها بزاوية قائمة. إذا كان المعدن سائلاً (حديد الزهر الرمادي، عالي الكربون)، فإن التحريك لا يحقق الهدف، ويتم أولاً جعل الحمام سميكًا عن طريق رمي الخبث البارد الناضج فيه، أو عن طريق تقليل المسودة، يتم إنشاء احتراق غير كامل في الفرن ، مصحوبة بلهب شديد الدخان (يغلي). بعد بضع دقائق، يتم خلالها التحريك المستمر، تظهر فقاعات وفيرة من أول أكسيد الكربون المحترق على سطح الحمام - وهو منتج أكسدة كربون الحديد الزهر بواسطة أكسجين أكسيد المغناطيسي المذاب في الخبث الحديدي الرئيسي. مع تقدم العملية، تتكثف أكسدة C وتتحول إلى "غليان" عنيف لكتلة المعدن بأكملها، والذي يصاحبه تورم وزيادة كبيرة في الحجم بحيث يتجاوز جزء من الخبث عتبة فتحات العمل. ومع احتراق C، تزداد درجة انصهار المعدن، ولكي يستمر الغليان، تزداد درجة الحرارة في الفرن بشكل مستمر. يؤدي الغليان المكتمل عند درجة حرارة منخفضة إلى إنتاج منتج خام، أي كتلة إسفنجية عالية الكربون من الحديد غير قادرة على اللحام؛ البضائع الناضجة "تجلس" في فرن ساخن. تبدأ عملية أكسدة شوائب الحديد في فرن البرك بسبب أكسجين الخبث، وهو عبارة عن سبيكة من سيليكا الحديد (Fe 2 SiO 4) مع أكسيد مغناطيسي وأكسيد حديد بتركيبة متغيرة. في الأفران الإنجليزية، يتم التعبير عن تركيبة خليط الأكسيد بالصيغة 5Fe 3 O 4 5 FeO؛ في نهاية الغليان، يتم التعبير عن نسبة الأكاسيد في الخبث المستنفد بالصيغة Fe 3 O 4 5FeO، أي أن 80٪ من إجمالي الأكسيد المغناطيسي للخبث يشارك في عملية الأكسدة. تفاعلات الأكسدة قد. ممثلة بالمعادلات الكيميائية الحرارية التالية:

كما يتبين من هذه المعادلات، فإن أكسدة Si وP وMn يصاحبها إطلاق الحرارة وبالتالي تسخين الحمام، في حين أن أكسدة C أثناء اختزال Fe 3 O 4 إلى Fe O يمتص الحرارة وبالتالي يتطلب درجة حرارة عالية. وهذا ما يفسر عملية إزالة شوائب الحديد وحقيقة أن احتراق الكربون ينتهي بسرعة أكبر في الفرن الساخن. لا يحدث اختزال Fe 3 O 4 إلى معدن، لأن ذلك يتطلب درجة حرارة أعلى من تلك التي يحدث فيها "الغليان".

"المنتج" المنكمش، لكي يصبح حديدًا ملحومًا جيدًا، لا يزال يحتاج إلى تبخير: يُترك المنتج لعدة دقائق في الفرن ويُقلب من وقت لآخر بالعتلات، وتوضع أجزائه السفلية في الأعلى؛ في ظل العمل المشترك لأكسجين اللهب والخبث الذي يتخلل كتلة الحديد بأكملها، يستمر الكربون في الاحتراق في هذا الوقت. بمجرد الحصول على كمية معينة من المعدن الملحوم جيدًا، تبدأ النتوءات في الخروج منه، مما يتجنب الأكسدة غير الضرورية. في المجموع، يتم لف من 5 إلى 10 كريتز مع نضج البضائع (لا يزيد وزن كل منها عن 50 كجم)؛ يتم حفظ الحبوب (على البخار) عند العتبة في المنطقة ذات أعلى درجة حرارة وتغذيتها تحت مطرقة للضغط مما يحقق تحرير الخبث ويعطيها شكل القطعة (مقطع من 10x10 إلى 15x15 سم) )، مريحة للتدحرج على شكل لفات. ومن يتبعهم يتقدم إلى مكان النقط الصادرة حتى آخرها. كانت مدة عملية إنتاج المعدن عالي الجودة (ألياف الحديد) من الحديد الزهر الفحمي الناضج (عالي الكربون) في جبال الأورال كما يلي: 1) زراعة الحديد الزهر - 5 دقائق، 2) ذوبان - 35 دقيقة، 3) الغليان - 25 دقيقة، 4) البرك (الخلط) - 20 دقيقة، 5) تبخير البضائع - 20 دقيقة، 6) لف وتبخير كريات - 40 دقيقة، 7) توزيع كريات (10-11 قطعة) - 20 دقيقة.؛ المجموع - 165 دقيقة. عند العمل على الحديد الزهر الأبيض، باستخدام الحديد التجاري العادي، تم تقليل مدة العملية (في أوروبا الغربية) إلى 100 وحتى 75 دقيقة.

أما نتائج العمل فقد تباينت باختلاف المناطق المعدنية حسب نوع الوقود ونوعية الحديد الزهر ونوع الحديد المنتج. أعطت أفران الأورال التي تعمل بالخشب إنتاج الحديد القابل للاستخدام لكل 1 م 3 من الخشب من 0.25 إلى 0.3 طن؛ استهلاكنا من النفط لكل وحدة حديد هو 0.33، والفحم في الأفران الأوروبية من 0.75 إلى 1.1. كانت الإنتاجية اليومية لأفراننا الكبيرة (600 كجم من الحديد الزهر) عند العمل على الحطب المجفف 4-5 أطنان؛ كان إنتاج المادة المناسبة لإنتاج حديد التسقيف 95-93٪ من كمية الحديد الزهر المستلمة للمعالجة. في أوروبا، تبلغ الإنتاجية اليومية للأفران العادية (شحنة 250-300 كجم) حوالي 3.5 طن مع هدر 9٪، وللحديد عالي الجودة - 2.5 طن مع هدر 11٪.

من حيث التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية، يعتبر حديد البرك منتجًا أسوأ بكثير من الحديد الزهر، من ناحية، وحديد الموقد المفتوح، من ناحية أخرى. كانت أنواع الحديد العادية التي كانت تُنتج سابقًا في أوروبا الغربية تحتوي على الكثير من الكبريت والفوسفور، حيث إنها تُنتج من حديد فحم الكوك غير النظيف، وكلا هذه الشوائب الضارة تتحول جزئيًا فقط إلى خبث؛ كمية الخبث في حديد البركة هي 3-6%، وفي المعدن عالي الجودة لا تتجاوز 2%. إن وجود الخبث يقلل بشكل كبير من نتائج الاختبارات الميكانيكية لحديد البوكل. فيما يلي بعض البيانات بالنسبة المئوية التي تميز حديد البركة - أوروبا الغربية العادية والأورال الجيد:

الخاصية القيمة التي يتم دعم إنتاج حديد البرك بها الآن هي قابلية اللحام الممتازة، والتي تكون في بعض الأحيان ذات أهمية خاصة من وجهة نظر السلامة. مواصفات السكك الحديدية تتطلب المجتمعات تصنيع أدوات التوصيل وقضبان المفاتيح والمسامير من حديد البرك. ونظرًا لمقاومته الأفضل لتأثير الماء التآكل، يُستخدم حديد البرك أيضًا في إنتاج أنابيب المياه. كما أنه يستخدم لصنع المكسرات (معدن الفوسفور الخشن الحبيبات) والحديد الليفي عالي الجودة للمسامير والسلاسل.

يتميز هيكل الحديد المطاوع، الذي يمكن اكتشافه تحت المجهر حتى عند التكبير المنخفض، بوجود مكونات سوداء وخفيفة في الصورة الفوتوغرافية؛ الأول ينتمي إلى الخبث، والثاني إلى حبيبات أو ألياف الحديد التي يتم الحصول عليها عن طريق سحب المعدن.

تجارة الحديد

تنتج مصانع المعادن نوعين رئيسيين من الحديد لتلبية الاحتياجات الصناعية: 1) الصاج و2) الحديد المقطعي.

يتم حاليًا لف صفائح الحديد بعرض يصل إلى 3 أمتار؛ بسمك 1-3 مم، نسميها مدرفلة بشكل جيد؛ من 3 مم وما فوق (عادة ما يصل إلى 40 مم) - غلاية، خزان، سفينة، اعتمادًا على الغرض الذي تتوافق معه التركيبة والخواص الميكانيكية للمادة. أنعم هو الحديد المرجل. يحتوي عادة على 0.10-0.12% C، 0.4-0.5% Mn، P وS - لا يزيد كل منها عن 0.05%؛ مقاومتها المؤقتة للتمزق ليست ب. أكثر من 41 كجم / مم 2 (ولكن ليس أقل من 34 كجم / مم 2) ، استطالة عند الكسر - حوالي 28٪. أصبح حديد الخزان أكثر صلابة ومتانة. يحتوي على 0.12-0.15% ج؛ 0.5-0.7% منغنيز ولا يزيد عن 0.06% من كل من P وS؛ مقاومة التمزق 41-49 كجم/مم2، الاستطالة 25-28%. يتم ضبط طول صفائح الغلاية وحديد الخزان بالترتيب وفقًا لأبعاد المنتج المُثبت من الصفائح (تجنب اللحامات والزركشة غير الضرورية)، ولكن عادةً لا يتجاوز 8 أمتار، نظرًا لأنه محدود بالنسبة للصفائح الرقيقة من خلال تبريدها السريع أثناء عملية الدرفلة، وبالنسبة للألواح السميكة - من خلال وزن السبيكة.

تسمى الصفائح الحديدية التي يقل سمكها عن 1 مم بالصفيح؛ يتم استخدامه لصنع الصفيح وكمواد التسقيف. للغرض الأخير، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، يتم لف صفائح بأبعاد 1422 × 711 مم، ووزن 4-5 كجم، وسمك 0.5-0.625 مم. يتم إنتاج حديد التسقيف بواسطة المصانع في عبوات تزن 82 كجم. في الخارج، يتم تصنيف القصدير الأسود في التجارة وفقًا لأرقام عيار خاصة - من 20 إلى 30 (السمك الطبيعي للقصدير الألماني من 0.875 إلى 0.22 ملم، والقصدير الإنجليزي من 1.0 إلى 0.31 ملم). يُصنع القصدير من أنعم حديد الزهر الذي يحتوي على 0.08-0.10% C، و0.3-0.35% Mn إذا كان مصنوعًا من حديد الزهر الفحمي (خاص بنا)، و0.4-0.5% Mn، إذا كانت المادة الأولية عبارة عن حديد خام فحم الكوك؛ مقاومة التمزق - من 31 إلى 34 كجم / مم 2، الاستطالة - 28-30٪. مجموعة متنوعة من صفائح الحديد هي الحديد المموج (المموج). وينقسم بحسب طبيعة الأمواج إلى حديد ذو موج منخفض، وموج عالي؛ في الأولى تتراوح نسبة عرض الموجة إلى العمق من 3 إلى 4، وفي الثانية 1-2. يصنع الحديد المموج بسمك 0.75-2.0 ملم وعرض الورقة 0.72-0.81 م (مع موجات منخفضة) و0.4-0.6 م (مع موجات عالية). يستخدم الحديد المموج للأسقف وجدران الهياكل الخفيفة والستائر والأمواج العالية، بالإضافة إلى أنه يستخدم في بناء الأرضيات بدون عوارض خشبية.

ينقسم الحديد المتدرج إلى فئتين حسب شكل مقطعه العرضي: الحديد المتدرج العادي والحديد المشكل.

الطبقة الأولى تشمل الحديد المستدير (الذي يبلغ قطره أقل من 10 مم ويسمى السلك) أو المربع أو المسطح أو الشريطي. هذا الأخير، بدوره، ينقسم إلى: شريط الشريط نفسه - من 10 إلى 200 ملم وعرضه أكثر من 5 ملم؛ الطوق - نفس العرض ولكن السُمك من 5 إلى 1 مم، يُشار إليه برقم العيار (من 3 إلى 19 عيارًا ألمانيًا عاديًا ومن 6 إلى 20 عيارًا إنجليزيًا جديدًا)؛ الإطارات - بعرض من 38 إلى 51 ملم وسمك يصل إلى 22 ملم؛ عالمي - بعرض من 200 إلى 1000 مم وسمك لا يقل عن 6 مم (ملفوف في لفات خاصة - عالمي). يتم إنتاج كل من الإطارات والحديد الحلقي بواسطة المصانع على شكل لفات وأسلاك ملفوفة - في ملفات ؛ تكون الأصناف الأخرى على شكل شرائح مستقيمة (مستقيمة)، لا يزيد طولها عادة عن 8 أمتار (عادة - من 4.5 إلى 6 أمتار)، ولكن بأمر خاص للهياكل الخرسانية، يتم قطع الشرائط حتى طول 18 ملم، وأحيانًا أكثر .

الأنواع الرئيسية للحديد المشكل: الزاوية (المتساوية وغير المتساوية)، الصندوق (القناة)، على شكل حرف T، الشعاع I (الحزم)، العمود (المربع) وحديد زيتا؛ هناك أيضًا بعض الأنواع الأخرى الأقل شيوعًا من الحديد المشكل. وفقًا لتشكيلتنا المترية العادية، تتم الإشارة إلى أبعاد الحديد المشكل بواسطة رقم الملف الشخصي (الرقم هو الرقم، راجع عرض الرف أو أعلى ارتفاع للملف الشخصي). الزاوي غير المتكافئ والحديد T لهما رقم مزدوج؛ مثلا رقم 16/8 يعني زاوية برفوف 16 و 8 سم أو تي مع رف 16 سم وارتفاع تي 8 سم أثقل بروفيلات من الحديد المشكل المدرفلة لدينا: رقم 15 - زاوية، رقم 30 - الحوض رقم 40 - الشعاع.

تكوين الحديد العادي القابل للحام: 0.12% C، 0.4% Mn، أقل من 0.05% P وS - لكل منهما؛ قوة الشد 34-40 كجم / مم 2؛ لكن الحديد المستدير للمسامير مصنوع من مادة أكثر ليونة من التركيبة: أقل من 0.10٪ C، 0.25-0.35٪ Mn، حوالي 0.03٪ P و S لكل منهما. قوة الشد 32-35 كجم/مم2، والاستطالة 28-32%. يحتوي الحديد المشكل، غير الملحوم، ولكن المُبرشم ("فولاذ البناء") على: 0.15 - 0.20% C، 0.5% Mn، حتى 0.06% P وS - لكل منهما؛ قوة الشد 40-50 كجم/مم2، الاستطالة 25-20%. لإنتاج المكسرات يتم تصنيع الحديد (حديد توماس) الذي يحتوي على حوالي 0.1% C، ولكن من 0.3 إلى 0.5% P (كلما زاد حجم المكسرات، زاد P). في الخارج، لتلبية احتياجات مصانع الدرفلة الخاصة، يتم استخدام شبه المنتج في التجارة - قطعة عمل مربعة، عادة 50 × 50 مم في المقطع العرضي.

الحديد هو عنصر من عناصر المجموعة الفرعية الجانبية للمجموعة الثامنة من الفترة الرابعة للنظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev برقم ذري 26. تم تحديده بالرمز Fe (lat. Ferrum). من أكثر المعادن شيوعاً في القشرة الأرضية (المركز الثاني بعد الألومنيوم). فلز متوسط ​​النشاط، عامل اختزال.

حالات الأكسدة الرئيسية - +2، +3

الحديد هو مادة بسيطة، وهو معدن فضي أبيض قابل للطرق وله تفاعل كيميائي عالي: يتآكل الحديد بسرعة عند درجات الحرارة العالية أو الرطوبة العالية في الهواء. يحترق الحديد في الأكسجين النقي، وفي حالة التشتت الدقيق يشتعل تلقائيًا في الهواء.

الخواص الكيميائية لمادة بسيطة - الحديد:

الصدأ والاحتراق في الأكسجين

1) في الهواء، يتأكسد الحديد بسهولة في وجود الرطوبة (الصدأ):

4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH) 3

يحترق سلك الحديد الساخن في الأكسجين ويشكل مقياسًا - أكسيد الحديد (II، III):

3Fe + 2O 2 → الحديد 3 O 4

3Fe+2O2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 درجة مئوية)

2) عند درجات الحرارة العالية (700-900 درجة مئوية) يتفاعل الحديد مع بخار الماء:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4 H 2

3) يتفاعل الحديد مع اللافلزات عند تسخينه:

2Fe+3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 درجة مئوية)

Fe + S - t° → FeS (600 درجة مئوية)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 درجة مئوية)

4) في متسلسلة الجهد يكون على يسار الهيدروجين ويتفاعل مع الأحماض المخففة HCl وH2SO4 وتتكون أملاح الحديد الثنائي ويتحرر الهيدروجين:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (تتم التفاعلات دون وصول الهواء، وإلا يتم تحويل Fe +2 تدريجيًا بواسطة الأكسجين إلى Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (مخفف) → FeSO 4 + H 2

في الأحماض المؤكسدة المركزة، يذوب الحديد فقط عند تسخينه، ويتحول على الفور إلى كاتيون Fe 3+:

2Fe + 6H 2 SO 4 (محدد) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (conc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(في البرد، أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة سلبي

يصبح المسمار الحديدي المغمور في محلول مزرق من كبريتات النحاس مغطى تدريجيًا بطبقة من النحاس المعدني الأحمر.

5) يزيح الحديد المعادن التي على يمينه في محاليل أملاحها.

الحديد + CuSO 4 → FeSO 4 + النحاس

تظهر الخواص المذبذبة للحديد فقط في القلويات المركزة أثناء الغليان:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H2O= Na2 ↓+ H2

ويتكون راسب من رباعي هيدروكسيفيرات الصوديوم (II).

الأجهزة التقنية- سبائك الحديد مع الكربون: حديد الزهر يحتوي على 2.06-6.67% C، فُولاَذغالبًا ما توجد 0.02-2.06٪ C، والشوائب الطبيعية الأخرى (S، P، Si) والإضافات الخاصة المصطنعة (Mn، Ni، Cr) موجودة، مما يعطي سبائك الحديد خصائص مفيدة تقنيًا - الصلابة، والمقاومة الحرارية والتآكل، والقدرة على التحمل، وما إلى ذلك . .

عملية إنتاج الحديد بالفرن العالي

تتكون عملية الفرن العالي لإنتاج الحديد الزهر من المراحل التالية:

أ) تحضير (تحميص) خامات الكبريتيد والكربونات - التحويل إلى خام الأكسيد:

FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2,800 درجة مئوية، -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2,500-600 درجة مئوية، -CO 2)

ب) احتراق فحم الكوك بالانفجار الساخن:

C (فحم الكوك) + O2 (الهواء) → CO 2 (600-700 درجة مئوية) CO 2 + C (فحم الكوك) ⇌ 2 CO (700-1000 درجة مئوية)

ج) اختزال خام الأكسيد بأول أكسيد الكربون CO بالتتابع:

Fe2O3 →(أول أكسيد الكربون)(الحديد الثاني الحديد 2 الثالث) يا 4 →(أول أكسيد الكربون)الحديد O →(أول أكسيد الكربون)الحديد

د) كربنة الحديد (حتى 6.67% C) وصهر الحديد الزهر:

الحديد (ر ) →(ج(فحم الكوك)900-1200 درجة مئوية)الحديد (السائل) (حديد الزهر، نقطة الانصهار 1145 درجة مئوية)

يحتوي الحديد الزهر دائمًا على سمنتيت Fe 2 C والجرافيت على شكل حبيبات.

إنتاج الصلب

يتم تحويل الحديد الزهر إلى فولاذ في أفران خاصة (محول، موقد مفتوح، كهربائي)، والتي تختلف في طريقة التسخين؛ درجة حرارة العملية 1700-2000 درجة مئوية. يؤدي نفخ الهواء المشبع بالأكسجين إلى حرق الكربون الزائد وكذلك الكبريت والفوسفور والسيليكون على شكل أكاسيد من حديد الزهر. في هذه الحالة، يتم التقاط الأكاسيد إما على شكل غازات عادم (CO 2، SO 2)، أو يتم ربطها في خبث يسهل فصله - خليط من Ca 3 (PO 4) 2 وCaSiO 3. لإنتاج الفولاذ الخاص، يتم إدخال إضافات صناعة السبائك من معادن أخرى إلى الفرن.

إيصالالحديد النقي في الصناعة - التحليل الكهربائي لمحلول أملاح الحديد، على سبيل المثال:

FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90 درجة مئوية) (التحليل الكهربائي)

(توجد طرق خاصة أخرى منها اختزال أكاسيد الحديد بالهيدروجين).

يستخدم الحديد النقي في إنتاج السبائك الخاصة، في تصنيع نوى المغناطيسات الكهربائية والمحولات، والحديد الزهر - في إنتاج المسبوكات والصلب، والصلب - كمواد هيكلية وأدوات، بما في ذلك مقاومة التآكل والحرارة والتآكل تلك.

أكسيد الحديد الثنائي F منظمة أصحاب العمل . أكسيد مذبذب مع غلبة كبيرة من الخصائص الأساسية. الأسود، له بنية أيونية من Fe 2+ O 2-. عند تسخينه، فإنه يتحلل أولا، ثم يتشكل مرة أخرى. ولا يتشكل أثناء احتراق الحديد في الهواء. لا يتفاعل مع الماء. تتحلل بواسطة الأحماض، وتنصهر مع القلويات. يتأكسد ببطء في الهواء الرطب. المستردة بواسطة الهيدروجين وفحم الكوك. يشارك في عملية الفرن العالي لصهر الحديد. يتم استخدامه كأحد مكونات السيراميك والدهانات المعدنية. معادلات أهم التفاعلات:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 درجة مئوية، 900-1000 درجة مئوية)

FeO + 2HC1 (مخفف) = FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (conc.) = Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH = 2H2O + نأ 4Fهيا3(أحمر.) ثلاثي اكسوفيرات (II)(400-500 درجة مئوية)

FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (درجة نقاء عالية) (350 درجة مئوية)

FeO + C (فحم الكوك) \u003d Fe + CO (أعلى من 1000 درجة مئوية)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900 درجة مئوية)

4FeO + 2H2O (رطوبة) + O2 (هواء) → 4FeO (OH) (ر)

6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 درجة مئوية)

إيصالالخامس مختبرات: التحلل الحراري لمركبات الحديد (II) دون وصول الهواء:

Fe(OH) 2 = FeO + H2O (150-200 درجة مئوية)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 درجة مئوية)

أكسيد الديرون (III) - الحديد ( ثانيا ) ( الحديد الثاني الحديد 2 ثالثا) يا 4 . أكسيد مزدوج. الأسود، له التركيب الأيوني Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. مستقر حرارياً حتى درجات الحرارة المرتفعة. لا يتفاعل مع الماء. يتحلل مع الأحماض. يتم اختزاله بواسطة الهيدروجين والحديد الأحمر الساخن. يشارك في عملية الفرن العالي لإنتاج الحديد. يتم استخدامه كأحد مكونات الدهانات المعدنية ( الرصاص الأحمر)، السيراميك، الاسمنت الملون. منتج الأكسدة الخاصة لسطح منتجات الصلب ( اسوداد، ازرقاق). يتوافق التكوين مع الصدأ البني والمقياس الداكن على الحديد. لا ينصح باستخدام صيغة Fe 3 O 4. معادلات أهم التفاعلات:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (فوق 1538 درجة مئوية)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8НС1 (dil.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (ملخص) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (الهواء) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 درجة مئوية)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (نقي للغاية، 1000 درجة مئوية)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800 درجة مئوية)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 درجة مئوية، 560-700 درجة مئوية)

إيصال:احتراق الحديد (انظر) في الهواء.

المغنتيت.

أكسيد الحديد (III). F ه 2 أو 3 . أكسيد مذبذب مع غلبة الخصائص الأساسية. بني محمر، له بنية أيونية (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. مستقر حرارياً حتى درجات الحرارة المرتفعة. ولا يتشكل عند احتراق الحديد في الهواء. لا يتفاعل مع الماء، يترسب من المحلول هيدرات بنية غير متبلورة Fe 2 O 3 nH 2 O. يتفاعل ببطء مع الأحماض والقلويات. يتم تقليله بواسطة أول أكسيد الكربون والحديد المنصهر. تندمج مع أكاسيد المعادن الأخرى وتشكل أكاسيد مزدوجة - الإسبنيل(تسمى المنتجات التقنية الفريت). يتم استخدامه كمادة خام في صهر الحديد في عملية الفرن العالي، كمحفز في إنتاج الأمونيا، كمكون للسيراميك والأسمنت الملون والدهانات المعدنية، في لحام الثرمايت للهياكل الفولاذية، كحامل للصوت والصورة. على الأشرطة المغناطيسية، كعامل تلميع للصلب والزجاج.

معادلات أهم التفاعلات:

6Fe 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 + O 2 (1200-1300 درجة مئوية)

الحديد 2 يا 3 + 6НС1 (ديل.) →2FeС1 3 + ЗН 2 O (ر) (600 درجة مئوية، ص)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (ملخص) →H 2 O+ 2 نأFهيا 2 (أحمر)ديوكسوفيرات (III)

Fe 2 O 3 + MO=(M II Fe 2 II I)O 4 (M=Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O + 2 Fe (نقي للغاية، 1050-1100 درجة مئوية)

Fe2O3 + Fe = 3FeO (900 درجة مئوية)

3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 درجة مئوية)

إيصالفي المختبر - التحلل الحراري لأملاح الحديد (III) في الهواء :

الحديد 2 (SO 4) 3 = الحديد 2 O 3 + 3 SO 3 (500-700 درجة مئوية)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 درجة مئوية)

في الطبيعة - خامات أكسيد الحديد الهيماتيتالحديد 2 يا 3 و ليمونيتالحديد 2 يا 3 نH 2 يا

هيدروكسيد الحديد (II). F ه(يا) 2 . هيدروكسيد مذبذب مع غلبة الخصائص الأساسية. روابط Fe-OH بيضاء (أحيانًا ذات صبغة خضراء)، وتكون في الغالب تساهمية. غير مستقر حراريا. يتأكسد بسهولة في الهواء، خاصة عندما يكون رطبًا (يصبح داكنًا). غير قابل للذوبان في الماء. يتفاعل مع الأحماض المخففة والقلويات المركزة. المخفض النموذجي. منتج وسيط في صدأ الحديد . يتم استخدامه في تصنيع الكتلة النشطة لبطاريات الحديد والنيكل.

معادلات أهم التفاعلات:

Fe(OH) 2 = FeO + H2O (150-200 درجة مئوية، أجهزة الصراف الآلي.N 2)

Fe(OH) 2 + 2HC1 (ديل) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (أزرق-أخضر) (مغلي)

4Fe(OH) 2 (تعليق) + O 2 (هواء) →4FeO(OH)↓ + 2H2O (t)

2Fe(OH) 2 (معلق) +H 2 O 2 (مخفف) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + KNO 3 (conc.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 درجة مئوية)

إيصال: الترسيب من المحلول مع القلويات أو هيدرات الأمونيا في جو خامل:

الحديد 2+ + 2OH (ديل) = Fه(أوه) 2 ↓

حديد 2+ + 2(NH3H2O) = Fه(أوه) 2 ↓+2NH4

ميتاهيدروكسيد الحديد F EO(OH). هيدروكسيد مذبذب مع غلبة الخصائص الأساسية. الروابط ذات اللون البني الفاتح وFe-O وFe-OH تكون في الغالب تساهمية. عند تسخينه، فإنه يتحلل دون ذوبان. غير قابل للذوبان في الماء. يترسب من المحلول على شكل متعدد هيدرات بني غير متبلور Fe 2 O 3 nH 2 O، والذي، عند حفظه تحت محلول قلوي مخفف أو عند التجفيف، يتحول إلى FeO(OH). يتفاعل مع الأحماض والقلويات الصلبة. عامل مؤكسد ومختزل ضعيف. متكلس مع الحديد (OH) 2. منتج وسيط في صدأ الحديد . يتم استخدامه كقاعدة للدهانات المعدنية الصفراء والمينا، وامتصاص غازات النفايات، ومحفز في التخليق العضوي.

مركب التركيب Fe(OH) 3 غير معروف (لم يتم الحصول عليه).

معادلات أهم التفاعلات:

الحديد 2 أو 3 . نH 2 يا →( 200-250 درجة مئوية، —ح 2 يا) الحديدO(OH)→( 560-700 درجة مئوية في الهواء، -H2O)→ الحديد 2 يا 3

FeO(OH) + ZNS1 (dil.) = FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ الحديد 2 يا 3 . نه 2 يا-الغروية(هيدروكسيد الصوديوم (ملخص))

FeO(OH)→ نأ 3 [Fه(يا) 6 ]أبيض، نا 5 و ك 4 على التوالي؛ في كلتا الحالتين، يترسب منتج أزرق له نفس التركيب والبنية، KFe III. في المختبر يسمى هذا الراسب الأزرق البروسي، أو تورنبول الأزرق:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

الأسماء الكيميائية للكواشف البادئة ومنتجات التفاعل:

K 3 Fe III - هيكسسيانوفيرات البوتاسيوم (III)

K 4 Fe III - هيكسسيانوفيرات البوتاسيوم (II)

КFe III - الحديد (III) هيكسانيوفيرات البوتاسيوم (II)

بالإضافة إلى ذلك، فإن الكاشف الجيد لأيونات Fe 3+ هو أيون الثيوسيانات NСS -، ويتحد معه الحديد (III)، ويظهر لون أحمر ساطع ("دموي"):

الحديد 3+ + 6NCS - = 3-

يمكن لهذا الكاشف (على سبيل المثال، على شكل ملح KNCS) اكتشاف آثار الحديد (III) في ماء الصنبور إذا مر عبره. أنابيب الحديدومغطى بالصدأ من الداخل.