الخصائص المميزة للحديد واستخداماته

مقدمة عن الحديد

الحديد هو عنصر كيميائي أساسي يُرمز له بالرمز (Fe)، يقع في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة من الجدول الدوري، ورقمه الذري هو 26. يصنف الحديد كواحد من أهم المعادن، ويوجد في الحالة الصلبة في درجة حرارة الغرفة. يتميز الحديد بلمعانه ولونه الفضي أو الرمادي، ويتأكسد في الهواء الرطب.

يرجع تاريخ اكتشاف الحديد إلى ما لا يقل عن 5000 عام، وهو يعتبر من المعادن الأقل تكلفة والأكثر وفرة في الطبيعة. يشكل الحديد حوالي 5.6% من سطح القشرة الأرضية، ويتكون لب الأرض الداخلي بالكامل تقريبًا من الحديد. من حيث وفرة المعادن، يأتي الحديد في المرتبة الثانية بعد الألومنيوم، ويحتل المرتبة الرابعة من حيث وفرة العناصر بشكل عام بعد الأكسجين والسيليكون والألومنيوم.

سمات الحديد

مجالات استعمال الحديد

يستخدم الحديد في العديد من القطاعات، مثل الإلكترونيات والتصنيع وصناعة السيارات والبناء والتشييد. ويشكل الحديد حوالي 90% من المعادن المكررة حاليًا.

أمثلة على استخدامات الحديد:

• صناعة الفولاذ الكربوني، وهو سبيكة تتكون من الحديد والكربون بنسب مختلفة، ويستخدم في الهندسة المدنية لصناعة قضبان التسليح.
• صناعة الفولاذ الكربوني المدمج مع عناصر أخرى مثل النيكل والكروم والفاناديوم والتنغستن والمنغنيز، وهو أقوى وأكثر صلابة من الفولاذ الكربوني ويستخدم في صناعة الجسور وأعمدة الكهرباء وسلاسل الدراجات وأدوات القطع وبراميل البندقية.
• صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ، الذي يحتوي على 10.5% من الكروم ومعادن أخرى مثل النيكل والموليبدينوم والتيتانيوم والنحاس تضاف لزيادة قوته، ويستخدم في العمارة والمحامل وأدوات المائدة والأدوات الجراحية والمجوهرات.
• صناعة الحديد الزهر، الذي يحتوي على 3-5% من الكربون. يستخدم في صناعة الأنابيب والصمامات والمضخات. وهو ليس صلبًا مثل الفولاذ ولكنه أرخص بكثير.
• صناعة المغناطيس من الحديد وسبائكه ومركباته.
• تستخدم محفزات الحديد في عملية هابر لإنتاج الأمونيا، وفي عملية فيشر – تروبش لتحويل الغاز الخام (مزيج من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) إلى وقود سائل.
• يستخدم في صناعة وسائل النقل.
• صناعة الألعاب والمعدات الرياضية.
• صناعة الآلات الصناعية.

أهمية الحديد الحيوية

الحديد عنصر حيوي لجميع الكائنات الحية، وهو عنصر غير سام. يحتوي جسم الإنسان الطبيعي على حوالي 4 جرامات من الحديد، ويحتاج الجسم إلى جرعة تتراوح بين 10-18 ملغ من الحديد يوميًا. نقص الحديد في الجسم يؤدي إلى الإصابة بفقر الدم.

هناك العديد من الأطعمة الغنية بالحديد، مثل اللحوم (لحم البقر، الديك الرومي، الدجاج)، والمأكولات البحرية (الجمبري، المحار، التونة)، والخضروات (السبانخ، البازيلاء، القرنبيط، البطاطا الحلوة، الفاصوليا)، والخبز والحبوب (خبز القمح الكامل، الأرز المخصب)، والأطعمة الأخرى (الفول، العدس، معجون الطماطم، التوفو، الدبس).

الحديد هو أحد المكونات الرئيسية للهيموجلوبين الموجود في خلايا الدم الحمراء. يتكون الهيموجلوبين بشكل أساسي من الحديد والبروتين، ووظيفته هي حمل الأكسجين من الرئتين إلى خلايا الجسم المختلفة. كما يستخدم الجسم الحديد لإنتاج جزيئات (ATP) التي تمثل المصدر الرئيسي للطاقة. انخفاض مستويات الحديد يؤدي إلى نقص الطاقة والشعور بالإرهاق والتعب. نظرًا لأن كمية الأكسجين التي تصل إلى خلايا الجسم تكون أقل، تتأثر عمليات خلايا الجسم سلبًا.

يلعب الحديد دورًا حيويًا في بقاء النباتات والحيوانات على قيد الحياة، وله دور مهم في تكوين صبغة الكلوروفيل في النباتات. تستخدم كبريتات الحديد (FeSO4) لعلاج فقر الدم.

توافر الحديد في الطبيعة

أكثر خامات الحديد شيوعًا هو خام الهيماتيت. ومع ذلك، يمكن استخراج الحديد من خامات أخرى مثل المغنتيت والتاكونايت. يتم استخراج وإنتاج الحديد بكميات تجارية باستخدام فرن الصهر، حيث يتم تسخين خام الهيماتيت أو المغنتيت مع فحم الكوك (الكربون) والحجر الجيري (كربونات الكالسيوم)، مما ينتج الحديد الخنزير الذي يحتوي على حوالي 3% من الكربون والشوائب الأخرى.