الحصول على الحديد وتطبيقه. الخصائص الكيميائية والفيزيائية للحديد

برازنيكوفا ألا ميخائيلوفنا ،

المدرسة الثانوية GBOU №332

منطقة نيفسكي في سان بطرسبرج

يتناول هذا الدليل أسئلة حول موضوع "كيمياء الحديد". بالإضافة إلى القضايا النظرية التقليدية ، يتم النظر في القضايا التي تتجاوز المستوى الأساسي. يحتوي على أسئلة لضبط النفس ، والتي تمكن الطلاب من التحقق من مستوى استيعاب المواد التعليمية ذات الصلة في التحضير للامتحان.

الفصل 1. الحديد مادة بسيطة.

هيكل ذرة الحديد .

الحديد عنصر د ، يقع في مجموعة فرعية جانبية من المجموعة الثامنة من النظام الدوري. المعدن الأكثر شيوعًا في الطبيعة بعد، بعدماالألومنيوم. إنه جزء من العديد من المعادن: خام الحديد البني (الهيماتيت) Fe 2 O 3 ، خام الحديد المغناطيسي (المغنتيت) Fe 3 O 4 ، البيريت FeS 2.

الهيكل الإلكتروني : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2.

التكافؤ : الثاني ، الثالث ، (الرابع).

حالات الأكسدة: 0، +2، +3، +6 (فقط في ferrates K 2 FeO 4).

الخصائص الفيزيائية.

الحديد معدن لامع أبيض فضي ، m.p. - 1539 0 ج.

إيصال.

يمكن الحصول على الحديد النقي عن طريق تقليل أكاسيد الهيدروجين عند تسخينه ، وكذلك عن طريق التحليل الكهربائي لمحاليل أملاحه. عملية المجال - الحصول على الحديد على شكل سبائك مع الكربون (الحديد الزهر والصلب):

1) 3Fe 2 O 3 + CO → 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO → 3FeO + CO 2

3) FeO + CO → Fe + CO 2

الخواص الكيميائية.

I. التفاعل مع المواد البسيطة - اللافلزات

1) مع الكلور والكبريت (عند التسخين). مع عامل مؤكسد أقوى ، يؤكسد الكلور الحديد إلى Fe 3+ ، مع عامل مؤكسد أضعف - الكبريت - إلى Fe 2+:

2Fe 2 + 3Cl → 2FeCl 3

2) بالفحم والسيليكون والفوسفور (عند درجة حرارة عالية).

3) في الهواء الجاف ، يتأكسد بالأكسجين ، مكونًا مقياسًا - خليط من أكاسيد الحديد (II) و (III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3)

ثانيًا. التفاعل مع المواد المعقدة.

1) تآكل (صدأ) الحديد في الهواء الرطب:

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe (OH) 3

عند درجة حرارة عالية (700-900 درجة مئوية) في حالة عدم وجود الأكسجين ، يتفاعل الحديد مع بخار الماء ، مما يؤدي إلى إزاحة الهيدروجين منه:

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

2) يزيح الهيدروجين من أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك المخففة:

Fe + 2HCl \ u003d FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 (razb.) \ u003d FeSO 4 + H 2

لا تتفاعل أحماض الكبريتيك والنتريك عالية التركيز مع الحديد في درجات الحرارة العادية بسبب التخميل.

مع حمض النيتريك المخفف ، يتأكسد الحديد إلى Fe 3+ ، وتعتمد منتجات تقليل HNO 3 على تركيزه ودرجة حرارته:

8Fe + 30HNO 3 (ديسمبر جيدًا) → 8Fe (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

Fe + 4HNO 3 (فرق) → Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Fe + 6HNO 3 (conc.) → (درجة الحرارة) Fe (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

3) التفاعل مع محاليل الأملاح المعدنية على يمين الحديد في السلسلة الكهروكيميائية للجهود المعدنية:

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + النحاس

الفصل2. مركبات الحديد (II).

أكسيد الحديد(ثانيًا) .

أكسيد الحديد O عبارة عن مسحوق أسود غير قابل للذوبان في الماء.

إيصال.

الاسترداد من أكسيد الحديد (III) عند درجة حرارة 500 درجة مئوية بفعل أول أكسيد الكربون (II):

Fe 2 O 3 + CO → 2FeO + CO 2

الخواص الكيميائية.

الأكسيد الرئيسي يتوافق مع Fe (OH) 2 هيدروكسيد: يذوب في الأحماض مكونًا أملاح الحديد (II):

FeO + 2HCl → FeCl 2 + H 2 O

هيدروكسيد الحديد (ثانيًا).

هيدروكسيد الحديد Fe (OH) 2 قاعدة غير قابلة للذوبان في الماء.

إيصال.

تأثير القلويات على أملاح الحديد () بدون دخول الهواء:

FeSO 4 + NaOH → Fe (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

الخواص الكيميائية.

يظهر هيدروكسيد Fe (OH) 2 خصائص أساسية ، يذوب جيدًا في الأحماض المعدنية ، مكونًا الأملاح.

Fe (OH) 2 + H 2 SO 4 → FeSO 4 + 2H 2 O

عند تسخينها تتحلل:

Fe (OH) 2 → (درجة الحرارة) FeO + H 2 O

خصائص الأكسدة والاختزال.

تظهر مركبات الحديد (II) خصائص اختزال قوية بدرجة كافية ، فهي مستقرة فقط في جو خامل ؛ في الهواء (ببطء) أو في محلول مائي تحت تأثير العوامل المؤكسدة (بسرعة) تنتقل إلى مركبات الحديد (III):

4 Fe (OH) 2 (راسب) + O 2 + 2H 2 O → 4 Fe (OH) 3 ↓

2FeCl 2 + Cl 2 → 2FeCl 3

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 → 5 Fe 2 (SO 4) 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O

يمكن أن تعمل مركبات الحديد (II) أيضًا كعوامل مؤكسدة:

FeO + CO → (درجة الحرارة) Fe + CO

الفصل 3. مركبات الحديد (ثالثا).

أكسيد الحديد(ثالثا)

أكسيد Fe 2 O 3 هو مركب الحديد الطبيعي المحتوي على الأكسجين الأكثر استقرارًا. وهو أكسيد مذبذب غير قابل للذوبان في الماء. يتكون أثناء إطلاق البيريت FeS 2 (انظر 20.4 "الحصول على SO 2".

الخواص الكيميائية.

1) يذوب في الأحماض ، فهو يشكل أملاح الحديد (III):

Fe 2 O 3 + 6HCl → 2FeCl 3 + 3H 2 O

2) عندما تنصهر مع كربونات البوتاسيوم ، فإنها تشكل الفريت البوتاسيوم:

Fe 2 O 3 + K 2 CO 3 → (درجة الحرارة) 2KFeO 2 + CO 2

3) تحت تأثير عوامل الاختزال ، يعمل كعامل مؤكسد:

Fe 2 O 3 + 3H 2 → (درجة الحرارة) 2Fe + 3H 2 O

هيدروكسيد الحديد (ثالثا)

هيدروكسيد الحديد Fe (OH) 3 مادة بنية حمراء غير قابلة للذوبان في الماء.

إيصال.

Fe 2 (SO 4) 3 + 6 NaOH → 2Fe (OH) 3 ↓ + 3Na 2 SO 4

الخواص الكيميائية.

Fe (OH) 3 هيدروكسيد هو قاعدة أضعف من هيدروكسيد الحديد (II) ، وله مذبذب واضح بشكل ضعيف.

1) قابل للذوبان في الأحماض الضعيفة:

2Fe (OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

2) عندما يغلي في محلول 50٪ هيدروكسيد الصوديوم ، فإنه يتشكل

Fe (OH) 3 + 3 NaOH → Na 3

أملاح الحديد (ثالثا).

تخضع لتحلل مائي قوي في محلول مائي:

Fe 3+ + H 2 O ↔ Fe (OH) 2+ + H +

Fe 2 (SO 4) 3 + 2H 2 O ↔ Fe (OH) SO 4 + H 2 SO 4

تحت تأثير عوامل الاختزال القوية في محلول مائي ، فإنها تظهر خصائص مؤكسدةتتحول إلى أملاح حديد (II):

2FeCl 3 + 2KI → 2FeCl 2 + I 2 + 2KCl

Fe 2 (SO 4) 3 + Fe → 3 Fe

الفصل4. ردود الفعل النوعية.

ردود الفعل النوعية على أيونات Fe 2+ و Fe 3+.

1. كاشف أيون Fe 2+ هو هيكساسيانوفيرات البوتاسيوم (III) (ملح الدم الأحمر) ، والذي يعطي معه ترسبًا كثيفًا أزرق اللون من الملح المختلط - البوتاسيوم والحديد (II) هيكساسيانوفيرات (III) أو تيرنبول الأزرق:

FeCl 2 + K 3 → KFe 2+ ↓ + 2KCl

1. كاشف أيون Fe 3+ هو أيون الثيوسيانات (أيون الثيوسيانات) CNS - عند التفاعل مع أملاح الحديد (III) ، تتشكل مادة حمراء في الدم - الحديد (III) thiocyanate:

FeCl 3 + 3KCNS → Fe (CNS) 3 + 3KCl

3) يمكن أيضًا اكتشاف أيونات Fe 3+ باستخدام هيكساسيانوفيرات البوتاسيوم (II) (ملح الدم الأصفر). في هذه الحالة ، تتشكل مادة غير قابلة للذوبان في الماء ذات لون أزرق كثيف - البوتاسيوم والحديد (III) hexacyanoferrate (II) أو الأزرق البروسي:

FeCl 3 + K 4 → KFe 3+ ↓ + 3KCl

الفصل 5. الأهمية الطبية والبيولوجية للحديد.

دور الحديد في الجسم.

حديديشارك في تكوين الهيموجلوبين في الدم ، وفي تخليق هرمونات الغدة الدرقية ، وفي حماية الجسم من البكتيريا. إنه ضروري لتكوين الخلايا الوقائية المناعية ، وهو ضروري لـ "عمل" فيتامينات ب.

حديدهو جزء من أكثر من 70 إنزيمًا مختلفًا ، بما في ذلك الإنزيمات التنفسية ، والتي تضمن عمليات التنفس في الخلايا والأنسجة ، وتشارك في تحييد المواد الغريبة التي تدخل جسم الإنسان.

عملية تصنيع كريات الدم. الهيموغلوبين.

تبادل الغازات في الرئتين والأنسجة.

فقر الدم الناجم عن نقص الحديد.

نقص الحديد في الجسم يؤدي إلى أمراض مثل فقر الدم وفقر الدم.

فقر الدم الناجم عن نقص الحديد (IDA) هو متلازمة دموية تتميز بخلل في تخليق الهيموجلوبين بسبب نقص الحديد ويتجلى في فقر الدم ونقص الكريات البيض. الأسباب الرئيسية لمرض IDA هي فقدان الدم ونقص الأطعمة والمشروبات الغنية بالهيم.

قد ينزعج المريض من التعب وضيق التنفس والخفقان ، وخاصة بعد مجهود بدني ، في كثير من الأحيان - من الممكن حدوث دوار وصداع وطنين الأذن وحتى الإغماء. يصبح الشخص عصبيًا ، ويضطرب النوم ، وينخفض ​​تركيز الانتباه. بسبب انخفاض تدفق الدم إلى الجلد ، قد تتطور الحساسية للبرودة. هناك أيضًا أعراض من الجهاز الهضمي - انخفاض حاد في الشهية ، واضطرابات عسر الهضم (الغثيان ، والتغيرات في طبيعة وتواتر البراز).

الحديد جزء لا يتجزأ من المجمعات الحيوية الحيوية ، مثل الهيموغلوبين (نقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون) ، الميوغلوبين (تخزين الأكسجين في العضلات) ، السيتوكرومات (الإنزيمات). يحتوي جسم الشخص البالغ على 4-5 جرام من الحديد.

قائمة الأدبيات المستخدمة:

1. ك. زيلينين ، ف. سيرجوتين ، أو في. الشعير "نجتاز امتحان الكيمياء على أكمل وجه." Elbl-SPb LLC ، 2001.
2. K.A. ماكاروف "الكيمياء الطبية". دار النشر بجامعة سانت بطرسبرغ الطبية الحكومية بسانت بطرسبرغ ، 1996.
3. ن. كيمياء جلينكا العامة. لينينغراد "كيمياء" ، 1985.
4. في. دورونكين ، أ. بيريزنايا ، تلفزيون. ساجنيف ، ف. فيفراليفا "الكيمياء. الاختبارات الموضوعية للتحضير للامتحان. دار النشر "Legion" ، روستوف أون دون ، 2012.

حديد (فيروم ، الحديد) - عنصر من المجموعة الثامنة من النظام الدوري لـ D. I. Mendeleev ؛ هو جزء من أصباغ الجهاز التنفسي ، بما في ذلك الهيموجلوبين ، ويشارك في عملية ربط ونقل الأكسجين إلى الأنسجة في جسم الحيوانات والبشر ؛ يحفز وظيفة الأعضاء المكونة للدم. يتم استخدامه كدواء لفقر الدم وبعض الحالات المرضية الأخرى. يستخدم النظير المشع 59 Fe كمتتبع إشعاعي في إسفين ، الأبحاث المعملية. العدد الترتيبي 26 ، في. الوزن 55.847.

تم العثور على أربعة نظائر مستقرة للحديد في الطبيعة ، بأعداد كتلتها 54 (5.84٪) ، 56 (91.68٪) ، 57 (2.17٪) ، 58 (0.31٪).

يوجد الحديد في كل مكان ، سواء على الأرض ، وخاصة في قلبها ، وفي النيازك. تحتوي قشرة الأرض على 4.2 بالمائة بالوزن أو 1.5 بالمائة ذريًا من الحديد ويبلغ متوسط ​​محتوى الحديد في النيازك الصخرية 23٪ وأحيانًا يصل إلى 90٪ (تسمى هذه النيازك النيازك الحديدية). الحديد في شكل مركبات عضوية معقدة هو جزء من الكائنات الحية النباتية والحيوانية.

Zh. هو جزء من العديد من المعادن ، وهي أكاسيد الحديد (خام الحديد الأحمر - Fe 2 O 3 ، خام الحديد المغناطيسي - FeO-Fe 2 O 3 ، خام الحديد البني - 2Fe 2 O 3 -3H 2 O) ، أو الكربونات (Siderite - FeCO 3) ، أو مركبات الكبريت (بيريت الحديد ، البيريت المغناطيسي) ، أو أخيرًا السيليكات (على سبيل المثال ، الزبرجد الزيتوني ، إلخ). تم العثور على Zh. في المياه الجوفية ومياه الخزانات المختلفة. Zh. موجود في مياه البحر بتركيز 5 10 -6٪.

في تقنية الزنك ، يتم استخدامه في شكل سبائك مع عناصر أخرى تغير خصائصها بشكل كبير. سبائك الحديد مع الكربون لها أهمية قصوى.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للحديد ومركباته

Pure Zh. - معدن أبيض لامع قابل للطرق مع صبغة رمادية ؛ t ° pl 1539 ± 5 °، t ° الغليان تقريبًا. 3200 درجة ؛ يدق الوزن 7.874 ؛ يمتلك ، بالمقارنة مع المعادن النقية الأخرى ، أعلى خصائص مغناطيسية حديدية ، أي القدرة على اكتساب خصائص المغناطيس تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي.

يُعرف تعديلان بلوريان للحديد: حديد ألفا وجاما. الأول ، تعديل ألفا ، مستقر تحت 911 درجة وفوق 1392 درجة ، والثاني ، تعديل جاما ، في نطاق درجة الحرارة من 911 درجة إلى 1392 درجة. عند درجات حرارة أعلى من 769 درجة ، يكون حديد ألفا غير مغناطيسي ، وأقل من 769 درجة ، يكون مغناطيسيًا. يُطلق أحيانًا على حديد ألفا غير المغناطيسي اسم بيتا حديد ، ويطلق على حديد ألفا عالي الحرارة أحيانًا اسم حديد دلتا. يتفاعل Zh. بسهولة مع الأحماض المخففة (على سبيل المثال ، مع الهيدروكلوريك والكبريتيك والأسيتيك) مع إطلاق الهيدروجين وتكوين الأملاح الحديدية المقابلة من Zh. ، أي أملاح Fe (II). يحدث تفاعل Zh. مع حمض النيتريك المخفف للغاية بدون تطور الهيدروجين مع تكوين ملح نترات الحديدوز من Zh. - Fe (NO 3) 2 وملح النيتروجين الأمونيوم - NH 4 NO 3. في التفاعل Zh. مع konts. يشكل حمض النيتريك ملح أكسيد Zh ، أي ملح Fe (III) ، - Fe (NO 3) 3 ، ويتم إطلاق أكاسيد النيتروجين في وقت واحد.

في الهواء الجاف ، يُغطى الحديد بغشاء أكسيد رقيق (بسمك 3 نانومتر) (Fe 2 O 3) ، لكنه لا يصدأ. في درجات الحرارة العالية ، في وجود الهواء ، يتأكسد الحديد ، مكونًا مقياسًا للحديد - خليط من أكسيد (FeO) وأكسيد (Fe 2 O 3) Zh. في وجود الرطوبة والهواء ، يتآكل الحديد ؛ يتأكسد بتكوين الصدأ ، الحافة عبارة عن خليط من أكاسيد الحديد المائي. ولحماية الحديد من الصدأ ، يتم تغطيته بطبقة رقيقة من المعادن الأخرى (الزنك والنيكل والكروم ، إلخ) أو بدهانات زيتية و الورنيش ، أو يتم تحقيق تشكيل الحديد على السطح غشاء رقيق من أكسيد النيتروز - Fe 3 O 4 (صبغ الفولاذ).

ينتمي Zh. إلى العناصر ذات التكافؤ المتغير ، وبالتالي فإن مركباته قادرة على المشاركة في تفاعلات الأكسدة والاختزال. مركبات الحديد ثنائية وثلاثية وسداسية التكافؤ معروفة.

الأكثر استقرارًا هي مركبات الحديد ثنائي التكافؤ وثلاثي التكافؤ. مركبات الأكسجين Zh. - أكسيد (FeO) وأكسيد (Fe 2 O 3) - لها خصائص أساسية وتشكل الأملاح مع to-tami. هيدرات هذه الأكاسيد Fe (OH) 2 ، Fe (OH) 3 غير قابلة للذوبان في الماء. أملاح الحديدوز ، أي ثنائي التكافؤ ، السائل (FeCl 2 ، FeSO 4 ، إلخ.) ، تسمى أملاح الحديد (II) أو أملاح الحديد ، تكون عديمة اللون في الحالة اللامائية ، وفي حالة وجود ماء تبلور أو في الحالة المذابة يكون لها اللون الأخضر المزرق ، يتفككون مع تكوين أيونات Fe 2+. الهيدرات البلورية لكبريتات الأمونيوم المزدوجة وثنائية التكافؤ J. (NH 4) 2 SO 4 -FeSO 4 -6H 2 O تسمى ملح Mohr. التفاعل الحساس لأملاح الحديد (II) هو تكوين راسب من تورنبول الأزرق - Fe 3 2 مع محلول K 3 Fe (CN) 6.

أملاح الأكسيد ، أي الحديد ثلاثي التكافؤ أو الحديد (III) ، تسمى أملاح Fe (III) أو فيريسول ، يتم تلوينها باللون الأصفر والبني أو البني الأحمر ، على سبيل المثال ، كلوريد الحديديك ، والذي يتوفر تجارياً في شكل FeCl أصفر استرطابي هيدرات بلورية 3 -6H 2 O. أملاح كبريتات مزدوجة من Fe (III) ، تسمى شب الحديد ، على سبيل المثال ، شب حديد أمونيوم (NH 4) 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 24H 2 O. في محلول تتفكك أملاح الحديد (III) مع تكوين أيونات Fe 3+. التفاعلات الحساسة لأملاح الحديد (III) هي: 1) تكوين راسب من الأزرق البروسي Fe 4 3 بمحلول K 4 Fe (CN) 6 و 2) تكوين الحديد رودان الأحمر (CNS) 3 مع إضافة أملاح الثيوسيانات (NH 4 CNS أو KCNs).

مركبات الحديد سداسي التكافؤ هي أملاح الحديد (ferrates K2FeO4، BaFeO4). يقابل هذه الأملاح الحديد - أن (H2FeO4) وأنهيدريده غير مستقرتين ولا يتم تلقيهما في حالة حرة. الفرات هي عوامل مؤكسدة قوية ، فهي غير مستقرة وتتحلل بسهولة مع إطلاق الأكسجين.

يوجد عدد كبير من المركبات المعقدة للسائل. على سبيل المثال ، عند إضافة سيانيد البوتاسيوم إلى أملاح السائل الحديدية ، يشكل سيانيد البوتاسيوم أولاً راسبًا لسائل السيانيد. يذوب مرة أخرى ليشكل K 4 Fe (CN) 6 [hexacyano- (II) ferrate potassium ferricyanide أو potassium ferricyanide]. مثال آخر هو K 3 Fe (CN) 6 [سداسي البوتاسيوم- (III) ferrate ، البوتاسيوم ferricyanide ، أو ferrocyanide البوتاسيوم ، إلخ. يعطي Ferrocyanide Fe (CN) 4 - أيون في المحلول ، ويعطي ferricinide الحديد (CN) 63- . لا يعطي Zh. ، الموجود في هذه الأنيونات ، ردود فعل نوعية على أيونات الحديد Fe 3+ و Fe 2+. يشكل Zh. بسهولة مركبات معقدة مع العديد من الأحماض العضوية ، وكذلك مع القواعد النيتروجينية. يشكل تكوين مركبات معقدة ملونة من الحديد مع alpha1-dipyridyl أو o-phenanthroline أساسًا لطرق حساسة للغاية لاكتشاف وقياس كميات صغيرة من الحديد. مواد مثل الهيم (انظر الهيموجلوبين) من أصل حيوي هي أيضًا مركبات معقدة من الحديد.

مع أول أكسيد الكربون ، يعطي الحديد مركبات متطايرة - كربونيل. يسمى Carbonyl Zh. Fe (CO) 5 pentacarbonyl Zh. ويستخدم للحصول على أنقى ، وخالي من أي شوائب Zh. لأغراض الحصول على المواد الكيميائية. المحفزات وكذلك لبعض الأغراض الكهربائية.

الحديد في جسم الإنسان

يحتوي جسم الشخص البالغ على متوسط ​​4-5 جرام من الحديد ، منها تقريبًا. 70 ٪ في تكوين الهيموغلوبين ، (انظر) ، 5-10 ٪ - في تكوين الميوغلوبين (انظر) ، 20-25 ٪ في شكل احتياطي Zh. ولا يزيد عن 0.1 ٪ - في بلازما الدم. كمية سرب nek Zh. هي جزء من مركبات عضوية مختلفة داخل الخلايا. نعم. 1٪ Zh. هو أيضًا جزء من عدد من إنزيمات الجهاز التنفسي (انظر أصباغ الجهاز التنفسي ، إنزيمات الجهاز التنفسي ، الأكسدة البيولوجية) ، والتي تحفز عمليات التنفس في الخلايا والأنسجة.

Zh. ، الموجود في بلازما الدم ، هو شكل نقل Zh. ، وهو قطع متصل ببروتين ترانسفيرين يمثل بيتا جلوبيولين ، وربما ألفا جلوبيولين وألبومين. نظريًا ، يمكن أن يقترن 1.25 ميكروغرام من الدهون بـ 1 مجم من البروتين ، أي في المجموع ، تقريبًا. 3 ملغ من Zh ، ومع ذلك ، في الواقع ، فإن الترانسفيرين مشبع بـ Zh. فقط بنسبة 20-50٪ (بمعدل الثلث). كمية إضافية Zh. ، قطع في ظروف معينة يمكن أن يلامس الترانسفيرين ، يحدد قدرة الدم غير المشبعة على الارتباط بالحديد (NZhSS) ؛ الكمية الإجمالية Zh. ، يمكن توصيل القطع عن طريق الترانسفيرين ، ويحدد القدرة العامة للربط بالحديد (OZHSS) في الدم. في مصل الدم ، يتم تحديد محتوى Zh. وفقًا لـ Valkvist (V. Vahlquist) في تعديل Hagberg (V. Hagberg) و E.A Efimova. تعتمد الطريقة على حقيقة أن مجمعات بروتين الحديد في بلازما الدم في بيئة حمضية تتفكك مع إطلاق البروتينات F. الذي يشكل مركبًا ملونًا قابلًا للذوبان مع o-phenanthroline ، كثافة اللون قرن تتناسب مع كمية Zh. في المحلول. لتحديد ، يتم أخذ 0.3 مل من مصل الدم غير المنحل ، ويتم الحساب وفقًا لمنحنى المعايرة.

يتم تحديد قدرة مصل الدم على الارتباط بالحديد بواسطة A. Schade في تعديل Rath (C. Rath) و Finch (C. Finch). تعتمد الطريقة على حقيقة أن تفاعل بيتا جلوبيولين والحديد ثنائي التكافؤ ينتج مركبًا برتقاليًا أحمر. لذلك ، عند إضافة الأملاح الحديدية (عادةً أملاح Mohr) إلى مصل الدم ، تزداد شدة هذا اللون ، وتستقر الحواف بشكل حاد عند نقطة تشبع البروتين. بالكمية Zh. ، اللازمة لتشبع البروتين ، والحكم على NZhSS. هذه القيمة ، ملخصة بكمية السوائل في مصل الدم ، تعكس OZHSS.

يخضع الحفاظ على Zh. في بلازما الدم لتقلبات يومية ؛ ينخفض ​​بحلول النصف الثاني من اليوم. يعتمد تركيز Zh. في بلازما الدم أيضًا على العمر: عند الأطفال حديثي الولادة يساوي 175 ميكروغرام ٪ ، عند الأطفال في سن 1 سنة - 73 ميكروغرام ٪ ؛ ثم يزداد تركيز Zh. مرة أخرى إلى 110-115 ميكروغرام٪ ولا يتغير بشكل ملحوظ حتى سن 13. في البالغين ، هناك اختلافات في تركيز Zh في مصل الدم حسب الجنس: محتوى Zh في الرجال هو 120 ميكروغرام في المائة ، وفي النساء - 80 ميكروغرام. في الدم كله ، يكون هذا الاختلاف أقل وضوحًا. OZHSS من مصل الدم الطبيعي هو 290-380 ميكروغرام٪. في بول الشخص ، يفرز 60-100 ميكروغرام من F يوميًا.

ترسب الحديد في الأنسجة

Zh. ، الذي يترسب في أنسجة الجسم ، يمكن أن يكون من أصل خارجي وداخلي. لوحظ وجود تسمم خارجي في بعض المهن كخطر مهني ، لا سيما بين عمال المناجم العاملين في تطوير خام الحديد الأحمر ، وبين عمال اللحام الكهربائي. في هذه الحالات ، تترسب أكاسيد الحديد (III) (Fe 2 O 3) في الرئتين ، أحيانًا مع تكوين عقيدات حديديّة يتم تشخيصها عن طريق التصوير الشعاعي. من الناحية النسيجية ، العقيدات عبارة عن تراكم للغبار المحتوي على الحديد في تجويف الحويصلات الهوائية ، في الخلايا السنخية المتقشرة ، في الحاجز بين السنخ ، في برانية القصبات مع تطور حول النسيج الضام. في أجهزة اللحام الكهربائية ، عادة ما تكون كمية السوائل المودعة في الرئتين صغيرة ؛ تكون جزيئاتها في الغالب أقل من 1 ميكرون ؛ عند عمال المناجم لوحظ وجود رواسب ضخمة ، يمكن أن تصل كمية روجو في كلتا الرئتين إلى 45 جرامًا وتشكل 39.6٪ من وزن الرماد المتبقي بعد احتراق الرئة. تسمم الرئة النقي ، على سبيل المثال ، في اللحام الكهربائي ، لا يصاحبه التهاب رئوي وإعاقة ؛ ومع ذلك ، عادة ما يعاني عمال المناجم من داء السحار السيليسي مع تطور التهاب الرئة (انظر).

لوحظ وجود تسمم خارجي في مقلة العين عند إدخال شظايا حديدية ونشارة وما إلى ذلك في العين ؛ في الوقت نفسه ، يمر السائل المعدني إلى البيكربونات ، ثم إلى هيدرات أكسيد السائل ويترسب في عمليات الجسم الهدبي ، وظهارة الغرفة الأمامية ، وكبسولة العدسة ، والنسيج الظهاري ، وشبكية العين ، والعصب البصري ، حيث يمكن اكتشافه باستخدام microchem المناسب. تفاعلات. يمكن ملاحظة التسمم الموضعي الخارجي حول شظايا الحديد التي سقطت في الأنسجة أثناء الصدمة المنزلية والقتال (شظايا من القنابل اليدوية ، والقذائف ، وما إلى ذلك).

مصدر الداء الحمضي الداخلي في الغالبية العظمى من الحالات هو الهيموجلوبين مع تدميره خارج الأوعية الدموية وداخلها. أحد المنتجات النهائية لتفكك الهيموجلوبين هو صبغة الهيموسيديرين المحتوية على الحديد ، والتي تترسب في الأعضاء والأنسجة. تم اكتشاف Hemosiderin في عام 1834 بواسطة I. Müller ، ولكن مصطلح "Hemosiderin" اقترحه A. Neumann فقط في وقت لاحق ، في عام 1888. يتكون Hemosiderin من انقسام الهيم. إنه بوليمر من الفيريتين (انظر) [Granik (S. Granick)]. كيميائيًا ، الهيموسيديرين عبارة عن مجموعة من هيدروكسيد الحديد (III) مرتبط بشكل أو بآخر بالبروتينات وعديدات السكاريد المخاطية ودهون الخلية. يحدث تكوين الهيموسيديرين في خلايا ذات طبيعة اللحمة المتوسطة والظهارية. هذه الخلايا

اقترح في. في. سيروف وف. يتم تصنيع حبيبات الهيموسيديرين في الحديدوزومات من الأرومات الحديدية. مجهريًا ، يظهر الهيموسيديرين على شكل حبيبات من اللون المصفر إلى البني الذهبي ، وتقع غالبًا داخل الخلايا ، ولكن في بعض الأحيان خارج الخلية. تحتوي حبيبات Hemosiderin على ما يصل إلى 35٪ Zh .؛ لا يشكل الهيموسيديرين أبدًا أشكالًا بلورية.

نظرًا لحقيقة أن مصدر الهيموسيديرين في معظم الحالات هو الهيموجلوبين ، يمكن ملاحظة الترسبات البؤرية لهذا الأخير في أي مكان في جسم الإنسان حيث حدث النزف (انظر داء الهيموسيديرين). في داء الهيموسيديرين ، يتم الكشف عن SH-ferritin (شكل سلفهيدريل نشط) ، الذي له خصائص تحلل الأوعية الدموية ، في أماكن ترسب الهيموسيديرين. لوحظ وجود رواسب كبيرة من الهيموسيديرين بشكل خاص ، والتي تنشأ من الفيريتين بسبب انتهاك التمثيل الغذائي الخلوي Zh. ، مع داء ترسب الأصبغة الدموية (انظر) ؛ بينما في الكبد ، غالبًا ما تتجاوز كمية الدهون المترسبة 20-30 جم. لوحظ ترسب الدهون في داء ترسب الأصبغة الدموية ، بالإضافة إلى الكبد ، في البنكرياس والكلى وعضلة القلب وأعضاء الجهاز الشبكي البطاني ، وأحيانًا الغدد المخاطية في القصبة الهوائية ، في الغدة الدرقية ، وعضلات وظهارة اللسان ، إلخ.

بالإضافة إلى ترسبات الهيموسيديرين ، يوجد أحيانًا تشريب (ferruginization) للإطار المرن للرئتين ، أو الأغشية المرنة لأوعية الرئة المتصلبة بنية اللون ، أو الأوعية الدماغية في محيط النزف (انظر الانضغاط البني للرئتين ). هناك أيضًا تكوّن حديدي للألياف العضلية الفردية في الرحم ، والخلايا العصبية في الدماغ في بعض الأمراض العقلية (الحماقة ، والخرف المبكر والخرف ، وضمور بيك ، وبعض فرط الحركة). يتم تشريب هذه التكوينات بالحديد الغرواني ، ولا يمكن اكتشاف التكوُّن الحديدي إلا بمساعدة التفاعلات الخاصة.

للكشف عن الحديد المتأين في الأنسجة ، يتم استخدام تفاعل تكوين ترنبل أزرق وفقًا لـ Tiermann-Schmelzer للكشف عن Fe (II) ورد فعل تكوين الأزرق البروسي [طريقة Perls باستخدام Fe (III)] على نطاق واسع.

يتم إجراء تفاعل تكوين ترنبل أزرق على النحو التالي: توضع المقاطع المحضرة لمدة 1-24 ساعة في محلول 10٪ كبريتيد الأمونيوم لتحويل كل السائل إلى سائل كبريتي ثنائي التكافؤ ، ثم تشطف المقاطع جيدًا في الماء المقطر نقل لمدة 10-20 دقيقة. في خليط طازج من أجزاء متساوية من محلول 20٪ من فيريسيانيد البوتاسيوم و 1٪ محلول حمض الهيدروكلوريك. Zh. مطلي باللون الأزرق الفاتح ؛ يمكن الانتهاء من الحبوب مع القرمزي. استخدم فقط إبر زجاجية لنقل المقاطع.

وفقًا لطريقة Perls ، يتم وضع المقاطع لعدة دقائق في خليط طازج مكون من 1 ساعة 2٪ محلول مائي من فيريسيانيد البوتاسيوم و 1.5 ساعة 1٪ محلول حمض الهيدروكلوريك ؛ ثم تشطف المقاطع بالماء وتصبغ الحبوب بالقرمزي. J. باللون الأزرق. تم الكشف عن SH- فيريتين باستخدام كبريتات الكادميوم (N.D. Klochkov).

فهرس:طرق البحث البيوكيميائية في العيادة ، أد. أ. بوكروفسكي ، ص. 440 ، م ، 1969 ؛ في e r b حول l الجزيرة و p. A. و At t e sh e in A.B. الحديد في كائن حيواني ، ألما آتا ، 1967 ، ببليوغر ؛ جلينكا ن.ل.الكيمياء العامة ، ص. 682 ، L. ، 1973 ؛ Kassirsky I.A and Alekseev G.A Clinical hematology، p. 168، M.، 1970، bibliogr .؛ ليفين ف.إنتاج النظائر المشعة ، ص. 149 ، م ، 1972 ؛ Mashkovsky M. D. الأدوية ، الجزء 2 ، ص. 94 ، موسكو ، 1977 ؛ تكوين الدم الطبيعي وتنظيمه ، أد. فيدوروفا ، ص. 244 ، م ، 1976 ؛ Petrov V.N and Shcherba M. M. تحديد وانتشار وجغرافية نقص الحديد ، Klin ، Medical ، t. 20 ، 1972 ، ببليوغر ؛ P Ya-bov S. I. and Shostka G. D. الجوانب الجينية الجزيئية لتكوين الكريات الحمر ، L. ، 1973 ، bibliogr .؛ Shch erb and M. M. حالات نقص الحديد ، L. ، 197 5 ؛ Klinische Hamatologie، hrsg. الخامس. Begemann، S. 295، Stuttgart، 1970؛ الأساس الدوائي للعلاجات ، أد. بواسطة L. S. Goodman أ. جيلمان ، إل ، 1975.

جي إي فلاديميروف ؛ G. A. Alekseev (جوهرة) ، V.V. Bochkarev (rad.) ، A. M. Vikhert (مأزق. an.) ، V. V. Churyukanov (مزرعة.).

تعريف

حديد- عنصر من المجموعة الثامنة للفترة الرابعة من النظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev.

والرقم الضعيف هو 26. الرمز هو Fe (lat. “ferrum”). أحد أكثر المعادن شيوعًا في قشرة الأرض (المرتبة الثانية بعد الألمنيوم).

الخصائص الفيزيائية للحديد

الحديد معدن رمادي. في شكله النقي ، يكون ناعمًا جدًا ، مرنًا ومرنًا. التكوين الإلكتروني لمستوى الطاقة الخارجية هو 3d 6 4s 2. يعرض الحديد في مركباته حالات الأكسدة "+2" و "+3". درجة انصهار الحديد هي 1539 درجة مئوية. يشكل الحديد تعديلين بلوريين: α- و-iron. يحتوي أولهما على شبكة مكعبة محورها الجسم ، والثانية لها شكل مكعب محوره الوجه. α-Iron مستقر ديناميكيًا في نطاقين من درجات الحرارة: أقل من 912 ومن 1394 درجة مئوية حتى نقطة الانصهار. بين 912 و 1394 درجة مئوية ، يكون حديد γ مستقرًا.

تعتمد الخواص الميكانيكية للحديد على نقاوته - المحتوى الموجود فيه حتى بكميات صغيرة جدًا من العناصر الأخرى. الحديد الصلب لديه القدرة على إذابة العديد من العناصر في حد ذاته.

الخواص الكيميائية للحديد

في الهواء الرطب ، يصدأ الحديد بسرعة ، أي مغطى بطبقة بنية من أكسيد الحديد المائي ، والتي ، بسبب قابليتها للتفتت ، لا تحمي الحديد من المزيد من الأكسدة. في الماء ، يتآكل الحديد بشدة. مع وصول وفير للأكسجين ، تتشكل أشكال رطبة من أكسيد الحديد (III):

2Fe + 3 / 2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

مع نقص الأكسجين أو صعوبة الوصول ، يتكون أكسيد مختلط (II ، III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

يذوب الحديد في حمض الهيدروكلوريك بأي تركيز:

Fe + 2HCl \ u003d FeCl 2 + H 2.

وبالمثل ، يحدث الذوبان في حامض الكبريتيك المخفف:

Fe + H 2 SO 4 \ u003d FeSO 4 + H 2.

في المحاليل المركزة لحمض الكبريتيك ، يتأكسد الحديد إلى الحديد (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 \ u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

ومع ذلك ، في حامض الكبريتيك ، الذي يقترب تركيزه من 100٪ ، يصبح الحديد سالبًا ولا يوجد تفاعل عمليًا. في المحاليل المخففة والمركزة بشكل معتدل لحمض النيتريك ، يذوب الحديد:

Fe + 4HNO 3 \ u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

في حالة وجود تركيزات عالية من حمض النيتريك ، يتباطأ الذوبان ويصبح الحديد سلبيًا.

مثل المعادن الأخرى ، يتفاعل الحديد مع المواد البسيطة. تفاعلات تفاعل الحديد مع الهالوجينات (بغض النظر عن نوع الهالوجين) تستمر عند تسخينها. يتفاعل تفاعل الحديد مع البروم مع زيادة ضغط البخار لهذا الأخير:

2Fe + 3Cl 2 \ u003d 2FeCl 3 ؛

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

يحدث تفاعل الحديد مع الكبريت (المسحوق) والنيتروجين والفوسفور أيضًا عند التسخين:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N ؛

2Fe + P = Fe 2 P ؛

3Fe + P = Fe 3 P.

الحديد قادر على التفاعل مع غير المعادن مثل الكربون والسيليكون:

3Fe + C = Fe 3 C ؛

من بين تفاعلات تفاعل الحديد مع المواد المعقدة ، تلعب التفاعلات التالية دورًا خاصًا - الحديد قادر على تقليل المعادن الموجودة في سلسلة النشاط على يمينه ، من المحاليل الملحية (1) ، لتقليل الحديد (III) ) المركبات (2):

Fe + CuSO 4 \ u003d FeSO 4 + Cu (1) ؛

Fe + 2FeCl 3 = 3 FeCl 2 (2).

يتفاعل الحديد ، عند الضغط المرتفع ، مع أكسيد غير مُكوِّن للملح - CO لتشكيل مواد ذات تركيبة معقدة - كربونيل - Fe (CO) 5 ، Fe 2 (CO) 9 و Fe 3 (CO) 12.

الحديد ، في حالة عدم وجود شوائب ، يكون مستقرًا في الماء وفي المحاليل القلوية المخففة.

الحصول على الحديد

الطريقة الرئيسية للحصول على الحديد هي من خام الحديد (الهيماتيت ، المغنتيت) أو التحليل الكهربائي لمحاليل أملاحه (في هذه الحالة ، يتم الحصول على الحديد "النقي" ، أي الحديد بدون شوائب).

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

ممارسه الرياضه

تمت معالجة مقياس الحديد Fe 3 O 4 بوزن 10 جم أولاً باستخدام 150 مل من محلول حمض الهيدروكلوريك (كثافة 1.1 جم / مل) مع كسر كتلي من كلوريد الهيدروجين 20٪ ، ثم تمت إضافة فائض من الحديد إلى المحلول الناتج. تحديد تركيبة المحلول (٪ بالوزن).

المحلول

نكتب معادلات التفاعل حسب حالة المشكلة: 8HCl + Fe 3 O 4 \ u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1) ؛ 2 FeCl 3 + Fe = 3 FeCl 2 (2). بمعرفة كثافة وحجم محلول حمض الهيدروكلوريك ، يمكنك إيجاد كتلته: م سول (حمض الهيدروكلوريك) = V (حمض الهيدروكلوريك) × ρ (حمض الهيدروكلوريك) ؛ م سول (حمض الهيدروكلوريك) = 150 × 1.1 = 165 جم. احسب كتلة كلوريد الهيدروجين: m (HCl) = msol (HCl) × ω (HCl) / 100٪ ؛ م (حمض الهيدروكلوريك) = 165 × 20٪ / 100٪ = 33 جم. الكتلة المولية (كتلة مول واحد) لحمض الهيدروكلوريك ، محسوبة باستخدام جدول العناصر الكيميائية لـ D.I. منديليف - 36.5 جم / مول. أوجد كمية مادة كلوريد الهيدروجين: ت (حمض الهيدروكلوريك) = م (حمض الهيدروكلوريك) / م (حمض الهيدروكلوريك) ؛ الخامس (حمض الهيدروكلوريك) = 33 / 36.5 = 0.904 مول. الكتلة المولية (كتلة مول واحد) من المقياس ، محسوبة باستخدام جدول العناصر الكيميائية لـ D.I. منديليف - 232 جم / مول. أوجد مقدار مادة المقياس: الخامس (Fe 3 O 4) = 10/232 = 0.043 مول. وفقًا للمعادلة 1 ، v (HCl): v (Fe 3 O 4) \ u003d 1: 8 ، لذلك ، v (HCl) \ u003d 8 v (Fe 3 O 4) \ u003d 0.344 مول. ثم تكون كمية مادة كلوريد الهيدروجين المحسوبة بالمعادلة (0.344 مول) أقل من تلك المشار إليها في حالة المشكلة (0.904 مول). لذلك ، حمض الهيدروكلوريك زائد وسيستمر تفاعل آخر: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). دعنا نحدد كمية مادة كلوريد الحديد المتكونة نتيجة التفاعل الأول (تشير المؤشرات إلى تفاعل معين): الخامس 1 (FeCl 2): ​​v (Fe 2 O 3) = 1: 1 = 0.043 مول ؛ الخامس 1 (FeCl 3): v (Fe 2 O 3) = 2: 1 ؛ v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0.086 مول. لنحدد كمية كلوريد الهيدروجين التي لم تتفاعل في التفاعل 1 وكمية مادة كلوريد الحديد (II) المتكونة أثناء التفاعل 3: الخامس rem (HCl) \ u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \ u003d 0.904 - 0.344 \ u003d 0.56 مول ؛ v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1: 2 ؛ v 3 (FeCl 2) \ u003d 1/2 × v rem (HCl) \ u003d 0.28 مول. دعونا نحدد كمية مادة FeCl 2 المتكونة أثناء التفاعل 2 ، الكمية الإجمالية لمادة FeCl 2 وكتلتها: v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0.086 مول ؛ v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3: 2 ؛ v 2 (FeCl 2) = 3/2 × v 2 (FeCl 3) = 0.129 مول ؛ مجموع v (FeCl 2) \ u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \ u003d 0.043 + 0.129 + 0.28 \ u003d 0.452 مول ؛ م (FeCl 2) \ u003d v مجموع (FeCl 2) × M (FeCl 2) \ u003d 0.452 × 127 \ u003d 57.404 جم. دعونا نحدد كمية المادة وكتلة الحديد التي دخلت في التفاعلين 2 و 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1: 2 ؛ v 2 (Fe) \ u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \ u003d 0.043 مول ؛ الخامس 3 (Fe): v rem (HCl) = 1: 2 ؛ ع 3 (Fe) = 1/2 × v rem (HCl) = 0.28 مول ؛ مجموع v (Fe) \ u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \ u003d 0.043 + 0.28 \ u003d 0.323 مول ؛ م (Fe) = مجموع v (Fe) × M (Fe) = 0.323 × 56 = 18.088 جم. دعونا نحسب كمية المادة وكتلة الهيدروجين المنبعثة في التفاعل 3: v (H 2) \ u003d 1/2 × v rem (HCl) \ u003d 0.28 مول ؛ م (H 2) \ u003d v (H 2) × M (H 2) \ u003d 0.28 × 2 \ u003d 0.56 جم. نحدد كتلة المحلول الناتج m 'sol وجزء كتلة FeCl 2 فيه: م 'سول \ u003d م سول (حمض الهيدروكلوريك) + م (Fe 3 O 4) + م (Fe) - م (H 2) ؛

IRON، Fe (a. iron؛ n. Eisen؛ f. fer؛ and. hierro) ، هو عنصر كيميائي من المجموعة الثامنة من النظام الدوري للعناصر ، العدد الذري 26 ، الكتلة الذرية 55.847. يتكون الطبيعي من 4 نظائر مستقرة: 54 Fe (5.84٪) و 56 Fe (91.68٪) و 57 Fe (2.17٪) و 58 Fe (0.31٪). تم الحصول على النظائر المشعة 52 Fe، 53 Fe، 55 Fe، 59 Fe، 60 Fe. عرف الحديد منذ عصور ما قبل التاريخ. لأول مرة ، ربما تعرف شخص ما على الحديد النيزكي ، لأنه. الاسم المصري القديم للحديد "بني بيت" يعني الحديد السماوي. في النصوص الحثية هناك ذكر للحديد كمعدن سقط من السماء.

الحديد في الطبيعة

الحديد هو العنصر الوحيد المكون للصخور ذو التكافؤ المتغير. تزداد نسبة أكسيد الحديد إلى الحديدوز باطراد مع زيادة حموضة السيليك في المواد المنصهرة. يحدث نمو أكبر في الأنظمة القلوية ، حيث يتشكل معدن يحتوي على حديد حديدي - (Na ، Fe) Si 2 O 6 ، في تكوين الصخور. في عملية التحول ، يبدو أن الحديد قليل الحركة. محتوى الحديد في الرواسب المحيطية الحديثة قريب من المحتوى الموجود في الصخور الحجرية القديمة والجدلية. شاهد الأنواع الجينية الرئيسية للودائع وخطط الإثراء في المقالة.

الحصول على الحديد

يتم الحصول على الحديد النقي عن طريق الاختزال من الأكاسيد (الحديد التلقائي الاشتعال) ، التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لأملاحه (الحديد الإلكتروليتي) ، تحلل الحديد الخماسي الكربوني (CO) 5 عند تسخينه إلى درجة حرارة 250 درجة مئوية. يتم الحصول على حديد عالي النقاوة (99.99٪) عن طريق ذوبان المنطقة. يتم صهر الحديد النقي تجاريًا (حوالي 0.16٪ شوائب من الكربون والكبريت وما إلى ذلك) عن طريق أكسدة مكونات الحديد الزهر في صناعة الصلب بالموقد المكشوف وفي محولات الأكسجين. يتم الحصول على حديد اللحام أو حديد الطوب عن طريق أكسدة الشوائب من الفولاذ منخفض الكربون بالحديد أو عن طريق تقليل الخامات بالكربون الصلب. يتم صهر الجزء الأكبر من الحديد على شكل صلب (حتى 2٪ كربون) أو حديد زهر (أكثر من 2٪ كربون).

استخدام الحديد

سبائك الحديد والكربون هي أساس تصميم المواد المستخدمة في جميع الصناعات. الحديد التقني - مادة لقلب المغناطيس الكهربائي ومثبتات الآلات الكهربائية وألواح البطاريات. يستخدم مسحوق الحديد بكميات كبيرة في اللحام. أكاسيد الحديد - الدهانات المعدنية. يتم استخدام Fe 3 O 4 و g-Fe لإنتاج المواد المغناطيسية. يستخدم كبريتات FeSO 4 .7H 2 O في صناعة النسيج ، في إنتاج الحبر الأزرق البروسي ؛ FeSO4 هو مادة تخثر ل. يستخدم الحديد أيضًا في الطباعة والطب (كعامل مضاد لفقر الدم) ؛ نظائر الحديد الاصطناعية المشعة - مؤشرات في دراسة العمليات الكيميائية والتكنولوجية والبيولوجية.

كيف أصبحت المادة معروفة من 3-4 آلاف قبل الميلاد. ه. في البداية ، سقط الحديد النيزكي في مجال رؤية الإنسان ، بحيث كانت قيمته في تلك الأيام أكثر من الذهب. ثم أتقن الحيثيون تطوير الرواسب الرسوبية ، وتعلم الرومان كيفية صهر الحديد.

منذ ذلك الحين ، توسع استخدام المعدن فقط. ولذا سنتحدث اليوم عن استخدام الحديد ومركباته في حياة الإنسان: في الحياة اليومية ، والاقتصاد الوطني ، والصناعة ، واستخدام المعادن في مجالات أخرى.

لذا ، دعنا نتعرف على سبب حصول الحديد على أكبر استخدام في علم المعادن.

بالحديد ، غالبًا لا تعني مادة على هذا النحو ، ولكن الصلب الكهربائي منخفض الكربون - وهذا هو اسم سبيكة معدنية وفقًا لـ GOST. ليس من السهل الحصول على الحديد النقي حقًا ، ويستخدم حصريًا لإنتاج المواد المغناطيسية.

الحديد مغنطيسي مغناطيسي ، أي أنه يصبح ممغنطًا في وجود مجال مغناطيسي. ومع ذلك ، فإن هذه الخاصية تعتمد بشكل كبير على الشوائب وهيكل المعدن. الحديد النقي المطلق أعلى بـ 100-200 مرة من نفس مؤشرات الفولاذ التقني. يمكن قول الشيء نفسه عن حجم الحبيبات: فكلما كانت الحبوب أكبر ، كانت الخواص المغناطيسية للمادة أفضل. الآلات مهمة أيضًا ، على الرغم من أن تأثيرها ليس مثيرًا للإعجاب. يتم استخدام هذا الحديد فقط للحصول على جميع المواد المغناطيسية للهندسة الكهربائية والمحركات المغناطيسية.

في جميع المجالات الأخرى للاقتصاد الوطني ، يجد الصلب والحديد الزهر استخدامهما ، لذلك ، عند الحديث عن استخدام الحديد ، يتحدث المرء عن استخدام الصلب.

سيخبر الفيديو أدناه عن طرق استخدام سبائك الحديد:

روابط

تنقسم جميع المعادن المستخدمة في الإنتاج إلى غير حديدية وحديدية. الأسود - هذه سبائك الحديد ، على وجه الخصوص ، الصلب والحديد الزهر ، والباقي - الفضة ، غير الحديدية. وبناءً على ذلك ، يُطلق على المشاركين في صهر الحديد والصلب علم المعادن الحديدية ، ويطلق على الباقي اسم المعادن غير الحديدية. يمثل علم المعادن الحديدية 95٪ من جميع العمليات المعدنية. يتم تقسيم السبائك الحديدية على النحو التالي:

• صلب- سبيكة من الحديد بالكربون ومكونات أخرى لا يزيد حجم كتلتها عن 2.14٪. يمنح الكربون الصلب ليونة وصلابة. قد يشمل التركيب أيضًا المنغنيز والفوسفور والكبريت وما إلى ذلك ؛
• الحديد الزهر- سبيكة بها كربون ، حيث يُسمح بنسبة أعلى من العنصر - تصل إلى 4.3٪. علاوة على ذلك ، تختلف خواص الحديد الزهر اعتمادًا على الشكل الذي تحتوي فيه السبيكة على الكربون: إذا تفاعلت المادة مع الحديد ، يتم الحصول على الحديد الزهر الأبيض ، إذا تم تضمينه في شكل جرافيت - رمادي ؛
• الفريت- الحديد مع الحد الأدنى من خليط الكربون والعناصر الأخرى - 0.04٪. في الواقع ، هذا حديد نقي كيميائيًا ؛
• البيرلايت- ليست سبيكة ، بل خليط ميكانيكي من كربيد الحديد والفريت. تختلف خصائصه بشكل ملحوظ عن خصائص المعدن.
• الأوستينيت- محلول من الكربون في الحديد بنسبة أول تصل إلى 0.8٪. الأوستينيت مطيل وليس له خصائص مغناطيسية.

اقرأ عن طرق استخدام الحديد على شكل صلب أدناه.

أصبح

بالطبع ، يتم استخدام الفولاذ والحديد الزهر على نطاق واسع ، ويعتمد استخدامها على نسبة الكربون في التركيبة. على هذا الأساس ، يتم تمييز الفولاذ الكربوني والسبائك. في الحالة الأولى ، تكون الشوائب دائمة ، أي أنها تدخل السبيكة بسبب خصائص عملية الصهر. يتم تقديم الإضافات المخدرة خصيصًا لإضفاء خصائص خاصة على المادة. كعناصر صناعة السبائك ، يتم استخدام الفاناديوم والكروم وما إلى ذلك.

ينقسم الفولاذ الكربوني إلى 3 مجموعات:

• منخفض الكربون- نصيب العنصر أقل من 0.25٪ ، وهو الأكثر مرونة ومرنًا ؛
• متوسط ​​الكربون- بحصة كربون تصل إلى 0.6٪ ؛
• نسبة عالية من الكربون- محتوى العنصر يتجاوز 0.6٪.

تشكل سبائك الفولاذ أيضًا 3 مجموعات:

• منخفض السبائك- نسبة الكتلة لجميع المكونات 2.5٪:
• وسط مخلوط- هنا يمكن أن يصل المحتوى الإجمالي إلى 10٪ ؛
• مخلوط للغاية- تزيد نسبة عناصر السبائك عن 10٪.

عادةً ما يكون الفولاذ السبائكي مادة للأدوات ومكونات الماكينة ، نظرًا لأن إضافة مكونات إضافية تزيد من قوة السبيكة ، ويمنحها مقاومة للحرارة أو مقاومة للتآكل. تستخدم المواد الكربونية بشكل أساسي في هياكل الهياكل ، وتصنيع السباكة ، وما إلى ذلك.

يمكن تقسيم جميع أنواع الفولاذ حسب الغرض:

• اعمال بناء- فولاذ عالي أو متوسط ​​الكربون بشكل أساسي. تستخدم السبائك في جميع أعمال البناء: من بناء الأطر المعدنية إلى تصنيع الأدوات المنزلية وألواح التسقيف ؛
• الهيكلي- الفولاذ منخفض الكربون بنسبة تصل إلى 0.75٪. إنها مادة لجميع فروع الهندسة الميكانيكية - من الدراجات إلى السفن البحرية ؛
• مفيدة- منخفض الكربون ، ولكنه يختلف عن الهيكلية أيضًا بمحتوى منخفض جدًا من المنجنيز - لا يزيد عن 0.4٪. هذا هو أساس أداة القياس ، الختم ، القطع ؛
• فولاذ خاص- مقسمة إلى نوعين فرعيين: مع صفات فيزيائية خاصة - فولاذ كهربائي بخصائص مغناطيسية محددة ، ومع مادة كيميائية خاصة - مقاومة للحرارة ، وغير قابلة للصدأ ، وما إلى ذلك.

يتم تحديد استخدام سبائك الفولاذ حسب صفاتها.

• وبالتالي ، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في البناء والهندسة الميكانيكية ، حيث تتطلب مقاومة التآكل أعلى من المعتاد.
• السبائك المقاومة للحرارة "تعمل" في درجات حرارة عالية - التوربينات وخطوط التدفئة. مقاومة للحرارة - لا تتأكسد في درجات حرارة عالية ، وهو أمر مهم للعديد من وحدات العمل في الهندسة الحرارية.

قسم آخر للسبائك هو الجودة. تحدد هذه المعلمة محتوى الفوسفور والكبريت - الشوائب الضارة التي تقلل من قوة السبيكة. هناك 4 أنواع:

• جودة الصلب العاديةيحتوي على ما يصل إلى 0.06٪ كبريت و 0.07٪ فوسفور. هذه هي مواد البناء الشائعة المستخدمة في صناعة الأنابيب والقنوات والزوايا والملامح وغيرها من المنتجات المعدنية ؛
• جودة- يسمح بمحتوى كبريت يصل إلى 0.035٪ ونفس نسبة الفوسفور. كما أنها تستخدم في إنتاج المنتجات المعدنية المدلفنة ، والمبيتات ، وأجزاء الماكينة وبعض درجات فولاذ الأدوات ؛
• جودة عالية- لا تزيد حصة الكبريت والفوسفور عن 0.025٪ على التوالي. تشمل هذه الفئة الأدوات والفولاذ الإنشائي المستخدم في ظروف الأحمال العالية ؛
• جودة عالية بشكل خاص- محتوى الكبريت أقل من 0.015٪ ، محتوى الفسفور أقل من 0.025٪. تتميز هذه المادة بمقاومة التآكل القصوى. تبرز بعض الدرجات في فئة خاصة ويتم تمييزها وفقًا لذلك ، على سبيل المثال ، الصلب الحامل للكرات ، أو فولاذ القطع عالي السرعة - وهو عنصر لا غنى عنه في أداة القطع عالية الجودة.

سيخبر الفيديو أدناه عن استخدام الحديد الزهر والصلب:

الحديد الزهر

استخدام الحديد الزهر ليس أقل من ذلك بكثير ، لأن صفاته الميكانيكية يمكن مقارنتها تمامًا بالعديد من درجات الصلب. وفقًا لفئة الحديد الزهر ، يختلف التطبيق أيضًا:

• الحديد الزهر الرمادي- الكربون الموجود في الحديد يكون على شكل ألواح جرافيت. لها خصائص صب جيدة وانكماش منخفض. لكن جودتها الأكثر بروزًا هي مقاومتها للأحمال المتغيرة. يستخدم الحديد الزهر الرمادي في تصنيع آلات الدرفلة ، والأسرة ، والمحامل ، والحذافات ، وحلقات المكبس ، وأجزاء من محركات الجرارات والسيارات ، والمباني ، وما إلى ذلك ؛
• الحديد الزهر الأبيض- الكربون مرتبط بالحديد. تستخدم بالكامل تقريبًا للصلب ؛
• الدكتايل الحديد- الكربون في شكل شوائب كروية. يوفر هذا النموذج مقاومة عالية لأحمال الشد والانحناء. يستخدم الحديد الزهر في صناعة أجزاء التوربينات ، أعمدة الكرنك للجرارات والسيارات ، التروس ، القوالب ، وما إلى ذلك.

يمكن أيضًا تصنيع سبائك الحديد الزهر لإنتاج سبيكة ذات خصائص متنوعة.

• يستخدم الحديد الزهر المقاوم للاهتراء لتصنيع أجزاء المضخات ، والمكابح ، وأقراص القابض.
• تستخدم مقاومة الحرارة في بناء أفران الصهر ، والموقد المفتوح ، والأفران الحرارية.
• يتم استخدام مقاومة الحرارة في بناء أفران الغاز ، وفي تصنيع معدات الضاغط ، ومحركات الديزل.

استخدم في البناء

يجمع الفولاذ والحديد الزهر بين القوة والمتانة والقدرة على تحمل التكاليف بطريقة فريدة. لذلك ، لا يمكن استبدالها بأي مادة هيكلية أخرى. في البناء ، تعتبر المنتجات المعدنية المدلفنة أساسية إلى جانب الخرسانة والطوب.

بناء رأس المال

يمكن إعطاء المعدن أي شكل: من أبسط - قضيب ، إلى معقد بشكل غريب - الحديد المطاوع. في البناء ، وجدوا التطبيق لجميع الخيارات.

بالإضافة إلى حقيقة أن الفولاذ نفسه متين ، خاصة بعد المعالجة الخاصة ، يتم استخدام ميزة أخرى بنشاط في هذا المجال. والحقيقة هي أن المنتجات المعدنية الجانبية ليست بأي حال من الأحوال أقل شأنا من حيث القوة بالنسبة للجزء الصلب من نفس الحجم والشكل. وهذا يقلل بشكل كبير من استهلاك المواد لعناصر البناء ، ويقلل من تكلفتها ، ويقلل من الوزن ، وما إلى ذلك. في البناء ، هذا المزيج مهم للغاية.

تنقسم المنتجات المعدنية المدلفنة المستعملة إلى 3 مجموعات رئيسية.

• على شكل - قنوات ، عوارض I ، ملف تعريف زاوي ومنتظم ، وكذلك مثقوب. يتضمن هذا أيضًا ملف تعريف خاص مستخدم ، على سبيل المثال ، في أعمال المناجم. يستخدم المعدن المشكل في بناء جميع أنواع الهياكل لأي هيكل - من المباني إلى الجسور والسدود. يتم استخدامه أيضًا ، إذا لزم الأمر ، لتقوية الهيكل.
• جودة عالية - تجهيزات وعوارض وأنابيب ودوائر وغيرها. يتم استخدام هذه العناصر في كثير من الأحيان أكثر من الشكل وهي متنوعة للغاية:
  • التسليح - قضبان فولاذية بأقطار مختلفة ، ناعمة وذات أضلاع. تم تصميم التعزيز لزيادة قوة المبنى ، والمؤشر ليس فقط مقاومة الحمل الثابت ، ولكن أيضًا زيادة القوة تحت أحمال الشد والانحناء. يستخدم التعزيز في بناء الأساسات ، والسقوف ، وتقوية الجدران ، وكذلك في تقوية الوحدات الهيكلية الأخرى - السلالم ، على سبيل المثال ؛
  • الأنابيب - تستخدم كل من الجولة والملف الشخصي. يُفضل استخدام الأنابيب المربعة المستطيلة ، لأن اللحام والتثبيت أسهل مما في حالة الأنابيب المستديرة ، ومقاومة الحمل هي نفسها ؛
  • الشعاع هو نوع من منتج مصبوب صلب عندما تكون القوة مطلوبة تحت أعلى الأحمال.

• صفائح ملفوفة - صفائح ملفوفة على الساخن وبارد مع طلاء وبدون طلاء. هذه ألواح تسقيف ، وما إلى ذلك. يستخدم التزيين ليس فقط في الأسقف ، ولكن أيضًا لبناء الأسوار المختلفة ، حيث تجمع المادة بين الخفة النسبية والقوة العالية ومقاومة درجات الحرارة القصوى.

نادرًا ما يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ للصفائح المعدنية ، لأن تكلفة السبيكة أعلى.

الانتهاء من العمل

غالبًا ما تعتمد على المنتجات المعدنية - الأنابيب والمقاطع والصفائح المعدنية.

• تستخدم الأنابيب ذات الأشكال غير العادية بنشاط في التصميمات الداخلية الحديثة. يتم استخدامها لبناء كتل النوم والسقوف والفواصل في الغرفة والأسوار والسلالم والشوارع على حد سواء ، بل وتستخدم في صناعة الأثاث. هنا ، بالطبع ، يتم اختيار الأنابيب بطلاء جميل - الكروم ، على الرغم من وجود منتجات مطلية أيضًا.
• الملف الشخصي - المنافذ والحواف الزخرفية والأعمدة والأسقف وزخرفة الجدران والمدفأة وما إلى ذلك. كل شيء مغمد ومبطن بجدران دريوال ، فيلم ، لوح ، ألواح - كل شيء يحتوي على إطار مصنوع من ملف تعريف معدني. في صناعة الأثاث - الخزائن ، على سبيل المثال ، تستخدم أيضًا ملف تعريف متخصص. الصلب أقوى بكثير وأكثر متانة من الفولاذ.
• يمكن أن يعمل المعدن ليس فقط كإطار ، ولكن كمواد تشطيب. السقوف المضلعة والكاسيت واللوحية متنوعة بشكل استثنائي وممتعة ومتينة. يمكن صنع كل من الشرائح والألواح ولكن إذا كان هناك حاجة إلى حل دائم وقوي - على سبيل المثال ، لإنهاء سقف محطة سكة حديد ، حيث تكون مقاومة الاهتزاز مطلوبة ، يتم استخدام الفولاذ بالطبع.
• الأبواب - لم تعد تنتمي إلى أعمال التشطيب ، بل تعمل كعنصر من عناصر نظام الحماية. تعتبر أبواب المدخل المصنوعة من الفولاذ بسماكة كافية الطريقة الأكثر شيوعًا وموثوقية لمنع اقتحام المنازل. يمكن قول الشيء نفسه عن أبواب الجراج ، على سبيل المثال ، أو بوابات الفناء.
• هياكل السلالم - السلالم المعدنية متنوعة للغاية: من العلية المرفقة أو القابلة للطي ، إلى الهيكل الرأسمالي في الطابق الثاني. هذا الخيار دائم وموثوق ، في حين أنه يمكن أن يكون جميلًا جدًا. يتم الجمع بين السلالم المعيارية الحديثة مع الزجاج أو البلاستيك الشفاف أو حتى الخشب ، ويمكن أن تزين الدرابزين من الحديد المطاوع درجًا حجريًا.

مجال الاتصالات

على الرغم من حقيقة أن خط الأنابيب الفولاذي يحل بنشاط محل الأنابيب البلاستيكية والمعدنية والبلاستيكية ، إلا أنه لا يزال بعيدًا جدًا عن الاستسلام تمامًا لمواقعه. السبب بسيط: هناك القليل الذي يقارن بقوة ومتانة الفولاذ.

• إمدادات المياه والصرف الصحي - إذا كان من الممكن توصيل المنتجات البلاستيكية بخدمة منزل أو شقة خاصة ، فلا يمكن قول ذلك عن الطريق السريع وحتى خط الأنابيب الذي يخدم مبنى سكني. يسمح فقط باستخدام الأنابيب الحديدية ، وهي تتوافق مع المعايير الراسخة.
• خط أنابيب الغاز - لا توجد خيارات ، يتم استخدام الفولاذ فقط.
• أنظمة التدفئة - في المبنى ، قد يشتمل النظام على أنابيب بلاستيكية. الطرق السريعة في المدينة والأقاليم ، ناهيك عن خط الأنابيب الذي يخدم غرفة المرجل مباشرة ، يمكن أن يكون من الحديد فقط. درجة الحرارة الأولية للماء المسخن أعلى بكثير من تلك التي يمكن أن تتحملها الأنابيب البلاستيكية ، ناهيك عن الضغط.
• تستخدم البطاريات والمشعات ، كقاعدة عامة ، الحديد أو الحديد الزهر - يتميز الحديد الزهر بسعة حرارية أعلى ومقاومة لمطرقة الماء. بغض النظر عن خيارات السخانات الحديثة التي تم استبدالها ، لا يزال الفولاذ موجودًا في الهيكل. المشعات الكهربائية - المسخن ، الزيت ، مصنوعة دائمًا من الفولاذ ، لأن الأخير ، الذي يتمتع بموصلية حرارية عالية ، ينطلق على الفور من الحرارة إلى الهواء.
• الكابلات - غالبًا ما يتم إخفاء الأسلاك في المنزل في صناديق بلاستيكية. ومع ذلك ، فإن كابلات الطاقة ذات المقطع العرضي الكبير محمية بواسطة أنابيب معدنية.
• المداخن - الأنابيب الفولاذية هي الخيار الأبسط والأكثر تكلفة والأخف وزنا. لتصنيعها ، يتم استخدام الفولاذ الخاص المقاوم للحرارة ، وهو مقاوم للتآكل.

المعدات والأدوات المنزلية

أي أجهزة يتم تركيبها في المنزل مصنوعة من الفولاذ.

• غلايات التدفئة - بغض النظر عن الوقود الذي تعمل عليه الأجهزة ، فإن أجسامها مصنوعة دائمًا من الفولاذ. تحتوي مواقد الوقود الصلب على أجزاء من الحديد الزهر.
• تحتوي معدات المطبخ - المواقد والأفران والميكروويف والبخار وما إلى ذلك على أجسام وأجزاء فولاذية. في المطبخ ، يعتبر الفولاذ أيضًا مادة تشطيب مرغوبة: أسطح العمل ، على سبيل المثال ، إنهاء ساحة. الفولاذ مادة زخرفية للغاية ويبدو بسيطًا فقط.
• كما أن الغسالات والمجففات وغسالات الصحون لا يمكنها الاستغناء عن الحديد.
• نادرًا ما يتم استخدام السباكة الفولاذية نظرًا لتوصيلها الحراري العالي ، ولكن لا تزال أحواض الاستحمام والمغاسل المصنوعة من الحديد الزهر قيد التثبيت. تحتفظ المادة بالحرارة بشكل أفضل وهي متينة للغاية.
• الأواني الفخارية وأدوات المائدة والوقايات والمزهريات والحوامل والتجهيزات والمعدات الكهربائية والإكسسوارات الصغيرة - الأماكن التي لا يتم فيها استخدام الحديد يمكن حسابها على الأصابع.
• الحديد المطاوع - تعتبر العناصر الزخرفية من هذا النوع عملًا فنيًا حقيقيًا ، خاصةً عندما يتعلق الأمر بالتزوير الساخن ، حيث يتم صنع كل منتج يدويًا ومرة ​​واحدة فقط. تزين حواجز شبكية ، ودرابزين ، ومدافئ ، وأسوار ، القصور والأجنحة الحديثة ، وبالطبع الشقق السكنية.

الحديد هو المادة الهيكلية الرئيسية. في البناء ، يعتبر الفولاذ والحديد الزهر من المواد الأساسية إلى جانب حجر البناء. تطبيق وتنوع السبائك يتحدى الوصف.

يوجد المزيد من المعلومات المفيدة حول استخدام الحديد في هذا الفيديو: