مقدمة عن الحديد
الحديد، المعروف بالرمز الكيميائي Fe، هو عنصر كيميائي ينتمي إلى مجموعة الفلزات الانتقالية. يعتبر الحديد من أقدم المعادن التي عرفها الإنسان واستخدمها في مختلف الصناعات. يقع الحديد في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة من الجدول الدوري، ويحمل العدد الذري 26.
يلعب الحديد دوراً حيوياً في العمليات البيولوجية لكل من الإنسان والحيوان. فهو مكون أساسي في الهيموجلوبين، البروتين المسؤول عن نقل الأكسجين في الدم. كما يعتبر عنصراً ضرورياً لعملية التمثيل الضوئي في النباتات، حيث يساهم في تكوين الكلوروفيل.
كيفية نشأة الحديد
تتشكل ذرات الحديد داخل النجوم العملاقة في نهاية دورة حياتها، وذلك من خلال عملية تسمى احتراق السيليكون. تبدأ هذه العملية باندماج نواة ذرة كالسيوم مستقرة مع نواة ذرة هيليوم، مما ينتج عنه ذرة تيتانيوم غير مستقرة. تندمج ذرة التيتانيوم لاحقاً مع ذرة هيليوم أخرى لتكوين ذرة كروم غير مستقرة. تستمر هذه العملية حتى تتكون ذرة حديد مستقرة (Fe56).
الصفات الطبيعية للحديد
يتميز الحديد بصلابته ولونه الفضي اللامع. تتعدد الخصائص الفيزيائية التي تميز هذا العنصر، والتي تجعله مفيداً في العديد من التطبيقات.
- الكثافة: تبلغ كثافة الحديد في درجة حرارة الغرفة حوالي 7.874 جرام/سم³. أما كثافة الحديد السائل عند نقطة الانصهار فتقدر بحوالي 6.98 جرام/سم³.
- نقطة الانصهار: ينصهر الحديد عند درجة حرارة 1538 درجة مئوية (2800 درجة فهرنهايت).
- نقطة الغليان: يغلي الحديد عند درجة حرارة 2862 درجة مئوية.
- حرارة الانصهار: تبلغ حرارة الانصهار للحديد حوالي 13.81 كيلو جول/مول.
- حرارة التبخر: تبلغ حرارة التبخر للحديد حوالي 340 كيلو جول/مول.
- الليونة: يكون الحديد النقي أكثر ليونة من الألومنيوم.
- الأطوار التآصلية: يوجد الحديد في ثلاثة أطوار تآصلية مختلفة (α-Fe، γ-Fe، δ-Fe).
- النظائر المستقرة: يتواجد الحديد في الطبيعة بأربعة نظائر مستقرة: 5.845% 54Fe، و 91.754% 56Fe، و 2.119% 57Fe، و 0.282% 58Fe.
تشكيلات ومركبات الحديد
تتشكل مركبات الحديد غالباً بتكافؤ ثنائي أو ثلاثي. المركبات التي يكون فيها الحديد ثنائي التكافؤ تسمى “حديدوز”، مثل أكسيد الحديدوز. أما المركبات التي يكون فيها الحديد ثلاثي التكافؤ فتسمى “حديديك”، مثل أكسيد الحديديك.
في حالات نادرة، يمكن أن يصل تكافؤ الحديد إلى الدرجة السادسة، وتسمى هذه المركبات بـ “حديدات البوتاسيوم” (K2FeO4). تلعب مركبات الحديد دوراً هاماً في العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية، حيث تساهم في عمليات الأكسدة. يمكن للحديد أيضاً أن يشكل مركبات عضوية أحادية التكافؤ الموجب أو السالب، بالإضافة إلى التكافؤ الثنائي السالب.
