حديد
عنصر كيميائي وفلز انتقالي رمزه Fe وعدده الذري 26 / من ويكيبيديا، الموسوعة encyclopedia
عزيزي Wikiwand AI, دعنا نجعلها قصيرة من خلال الإجابة ببساطة على هذه الأسئلة الرئيسية:
هل يمكنك سرد أهم الحقائق والإحصائيات حول حديد?
تلخيص هذه المقالة لعمر 10 سنوات
الحديد عنصرٌ كيميائي رمزه Fe وعدده الذرّي 26، ينتمي إلى عناصر المستوى الفرعي d ويقع على رأس عناصر المجموعة الثامنة في الجدول الدوري، ويصنّف كيميائيًا ضمن الفلزّات الانتقالية. قياسًا إلى الكتلة يأتي الحديد في المرتبة الأولى من حيث وفرة العناصر الكيميائية في الأرض (32.1%)، وخاصّةً في اللبّ الداخلي واللبّ الخارجي في باطن الأرض، في حين يأتي في المرتبة الرابعة من حيث وفرة العناصر الكيميائية في القشرة الأرضية، وذلك بعد الأكسجين والسيليكون والألومنيوم، فهو ثاني الفلزّات وفرةً في القشرة الأرضية؛ لذلك تنتشر خامات الحديد في عددٍ من مناطق العالم.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
المظهر | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
رمادي فلزي الخطوط الطيفية للحديد | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الخواص العامة | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الاسم، العدد، الرمز | حديد، 26، Fe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
تصنيف العنصر | فلز انتقالي | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي | 8، 4، d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الكتلة الذرية | 55.845 غ·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
توزيع إلكتروني | Ar]; 3d6 4s2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ | 2, 8, 14, 2 (صورة) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الخواص الفيزيائية | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الطور | صلب | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) | 7.874 غ·سم−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
كثافة السائل عند نقطة الانصهار | 6.98 غ·سم−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نقطة الانصهار | 1811 ك، 1538 °س، 2800 °ف | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نقطة الغليان | 3134 ك، 2862 °س، 5182 °ف | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
حرارة الانصهار | 13.81 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
حرارة التبخر | 340 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
السعة الحرارية (عند 25 °س) | 25.10 جول·مول−1·كلفن−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ضغط البخار | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الخواص الذرية | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الكهرسلبية | 1.83 (مقياس باولنغ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
طاقات التأين | الأول: 762.5 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الثاني: 1561.9 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الثالث: 2957 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نصف قطر ذري | 126 بيكومتر | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نصف قطر تساهمي | (لف مغزلي منخفض) 132±3،
(لف مغزلي مرتفع) 152±6 بيكومتر | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
خواص أخرى | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
البنية البلورية | مكعب مركزي الجسم | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
المغناطيسية | مغناطيسية حديدية | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1043 كلفن | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقاومة كهربائية | 96.1 نانوأوم·متر (20 °س) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الناقلية الحرارية | 80.4 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
التمدد الحراري | 11.8 ميكرومتر·متر−1·كلفن−1 (25 °س) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
سرعة الصوت (سلك رفيع) | (درجة حرارة الغرفة) 5120 متر·ثانية−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
معامل يونغ | 211 غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
معامل القص | 82 غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
معامل الحجم | 170 غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نسبة بواسون | 0.29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
صلادة موس | 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
صلادة فيكرز | 608 ميغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
صلادة برينل | 490 ميغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
رقم CAS | 7439-89-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
النظائر الأكثر ثباتاً | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
المقالة الرئيسية: نظائر الحديد | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
يستلزم استخراج الحديد من خاماته تطبيق درجات حرارة مرتفعة في القمائن أو الأفران تصل إلى 1500 °س أو أكثر، وهي درجات حرارة أعلى بقرابة 500 °س من تلك المتطلّبة لصهر النحاس؛ لذلك فإنّ الفلزّ الأخير اكتشف قبل الحديد في تاريخ تطوّر البشرية. تمكّن الإنسان من اكتشاف الحديد في أوراسيا في الألفية الثانية قبل الميلاد، بدأ انتشار استخدام الأدوات والمعدّات الحديدية قرابة 1200 سنة قبل الميلاد، لتحلّ مكان الأدوات المصنوعة من سبائك النحاس مثل البرونز. كانت تلك الفترة الزمنية فاصلة في تاريخ البشرية، إذ تمثّل الانتقال من العصر البرونزي إلى العصر الحديدي. تمكّن الإنسان فيما بعد من تطوير سبائك مختلفة للحديد، أهمّها سبائك الفولاذ [ملاحظة 1] المختلفة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ السبائكي، وكذلك الحديد المطاوع وحديد الصب [ملاحظة 2].
يكون الحديد في الحالة النقية وبمعزلٍ عن الهواء في الظروف القياسية على شكل فلزّ ذي لون رمادي فضّي، وتكون سطوحه ناعمة وملساء. بالمقابل يؤدّي التماس مع أكسجين الهواء وبوجود الرطوبة إلى تفاعل الحديد وتشكيله طبقةً بنّيّةً محمرّةً من أكاسيد الحديد المُمَيّهة، والتي تدعى بالاسم الشائع «الصَدَأ». على العكس من أكاسيد الفلزّات الأخرى القادرة على تشكيل طبقات أكسيد مُخَمِّلة، فإنّ صدأ الحديد يشغل حجمًا أكبر من الفلزّ ذاته، ما يؤدّي إلى تقشّر سطح الحديد عندما يصدأ، ويفتح المجال إلى صدأ طبقات جديدة، وهكذا دواليك. من الناحية الكيميائية للحديد حالتا أكسدة شائعتان، وهما الحديد الثنائي والحديد الثلاثي. يشترك الحديد في خواصّه العامّة مع خواص الفلزّات الانتقالية الأخرى، بما في ذلك عُنصرَي المجموعة الثامنة المتبقِّيَين: الروثينيوم والأوزميوم. يشكّل الحديد عددًا كبيرًا من المركّبات الكيميائية في مختلف حالات الأكسدة من −2 إلى +7؛ بالإضافة إلى تشكيل عددٍ من المعقّدات التناسقية مثل الفِرّوسين وفِرّي أكسالات البوتاسيوم وأزرق بروسيا، والتي لها عددٌ من التطبيقات المعروفة.
يحوي الإنسان البالغ على قرابة 4 غرامات من الحديد، أي ما يعادل 0.005% من وزن الجسم، وذلك غالبًا على شكل هيموغلوبين وميوغلوبين. يقوم جزيئا البروتين المذكورَين بدورٍ مهمٍّ في استقلاب الفقاريات، وذلك بوظيفتين على الترتيب؛ نقل الأكسجين في الدم، وتخزينه في العضلات. لذلك يعدّ وجود الحديد في الجسم ضررويًا، وهو من المغذّيات الأساسية، إذ يدخل في الدورة الاستقلابية، لذلك ينبغي تعويضه ضمن الطعام بشكلٍ مستمرٍّ. يوجد الحديد أيضًا في المواقع النشطة في عددٍ من إنزيمات الأكسدة والاختزال المهمّة والضرورية للتنفّس الخليوي عند النباتات والحيوانات.