الخصائص الفيزيائية والكيميائية المعدنية الحديدية

الخواص الفيزيائية والكيميائية للمعادن الحديدية

الحديد (FE) هو واحد من المعادن الأكثر استخدامًا على نطاق واسع بسبب وفرة وقوتها وتنوعها. فيما يلي نظرة عامة على الخواص الفيزيائية والكيميائية للحديد.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للحديد

الخصائص الفيزيائية للحديد

مظهر:

الحديد هو معدن فضي رمادي مع بريق معدني.

إنه ناعم نسبيًا عندما يكون في شكله النقي ولكن يمكن تصلبه مع عناصر صناعة السبائك مثل الكربون (لصنع الفولاذ).

كثافة:

كثافة الحديد تقريبًا7.87 جم/سم.

هذه الكثافة العالية نسبيًا تجعل الحديد مادة مناسبة للتطبيقات التي تتطلب الكتلة والقوة.

نقطة الانصهار:

الحديد لديه نقطة انصهار عالية حوالي1538 درجة (2800 درجة واو).

تساهم نقطة الانصهار العالية هذه في استخدامها في تطبيقات درجات الحرارة العالية مثل صناعة الصلب.

نقطة الغليان:

نقطة الغليان من الحديد2862 درجة (5182 درجة و).

الموصلية الكهربائية:

الحديد أقائد كهرباء جيد، وإن لم تكن جيدة مثل النحاس أو الألمنيوم. غالبًا ما يتم استخدامه في المكونات والموصلات الكهربائية عند الضرورة.

الموصلية الحرارية:

الحديد لديه توصيل حراري جيد ، مع توصيل حراري حوالي80 W/m·K.

هذا يجعلها مادة فعالة لإجراء الحرارة في التطبيقات الصناعية المختلفة.

المغناطيسية:

الحديدمغناطيسيفي شكله النقي وهو أالمغناطيسيةمادة. هذا يعني أنه ينجذب إلى المغناطيس ويمكن أن يصبح مغناطيسيًا.

هذه الخاصية هي السبب في استخدام الحديد في تصنيع المغناطيسات الكهرومغنسية والمحركات والأجهزة المغناطيسية الأخرى.

صلابة:

الحديد النقي ناعم نسبيًا ، مع صلابة حوالي4.5 على مقياس MOHS. ومع ذلك ، فإن سبائك الحديد مثل الصلب أصعب بكثير وأقوى.

يمكن تحسين صلابة الحديد بشكل كبير عن طريق إضافة الكربون والعناصر الأخرى ، وتشكيل مواد مثل الحديد الزهر والفولاذ.

ليونة وإقرارها:

الحديدالدكتايلوطيع. يمكن رسمها إلى الأسلاك وتراجعها في أوراق عندما يكون في شكله النقي. ومع ذلك ، يصبح أكثر هشاشة في محتويات الكربون الأعلى.

الخصائص الكيميائية للحديد

التفاعل مع الأكسجين:

يتفاعل الحديد بسهولة مع الأكسجين في الهواء لتشكيلأكسيد الحديد (fe₂o₃)، المعروف باسم الصدأ.

الصدأهو تفاعل الأكسدة حيث يفقد الحديد الإلكترونات ويشكل أكسيد الحديد ، وخاصة في وجود الرطوبة والهواء.

رد فعل بالماء:

يمكن أن يتفاعل الحديد معماءلتشكيل هيدروكسيد الحديد وغاز الهيدروجين. تحدث هذه العملية بسهولة أكبر عندما يتعرض الحديد للرطوبة والحرارة.

رد الفعل هو:

fe +2 h2o → fe (oh) 2+ h2fe + 2 h _2 o \ rightarrow fe (oh) _2 + h _2 fe {8}}}

رد فعل مع الأحماض:

يتفاعل الحديد مع الأحماض لتشكيلغاز الهيدروجينوأملاح الحديد. على سبيل المثال ، عندما يتفاعل الحديد مع حمض الهيدروكلوريك (HCL) ، فإنه يشكل كلوريد الحديد وغاز الهيدروجين:

fe +2 hcl → fecl 2+ h2fe + 2 hcl \ rightarrow fecl _2 + h _2 fe {6}} hcl → fecl2+h2

حالات الأكسدة:

يوجد عادة الحديد في حالتين من الأكسدة:+2 (fe²⁺)و+3 (fe⁺⁺).

فيها+2 الحالة، يشكل الحديد مركبات مثل أكسيد الحديد (II)+3 الحالة، يشكل مركبات مثل أكسيد الحديد (III) (Fe₂o₃).

رد فعل مع الهالوجين:

يتفاعل الحديد معالهالوجين(مثل الكلور والفلور والبروم واليود) لتشكيلهاليدات الحديد. على سبيل المثال ، عندما يتفاعل الحديد مع الكلور ، فإنه يشكل كلوريد الحديد:

fe+cl2 → fecl2fe+cl _2 \ rightarrow fecl _2 fe+cl2 → fecl2

التفاعل مع الكربون:

يتفاعل الحديد معالكربونفي درجات حرارة عالية لتشكيلكربيد الحديد (Fe₃c)، وهو مكون رئيسي في الفولاذ والحديد الزهر. هذا هو واحد من ردود الفعل الأولية في صناعة الصلب.

مقاومة التآكل:

في حين أن الحديد النقي عرضة للغاية للتآكل (الصدأ) ، إلا أنه غالبًا ما يتم تجميعه مع عناصر أخرى (مثل الكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ) لتحسين مقاومته للتآكل.

في الفولاذ المقاوم للصدأ ، يشكل الحديد طبقة أكسيد سلبية تمنع المزيد من الأكسدة والتآكل.

التفاعل مع النيتروجين:

يتفاعل الحديد معنتروجينفي درجات حرارة مرتفعة لتشكيلالنيتريد الحديد(fe₄n أو fe₆n). هذا مفيد في بعض التطبيقات المتخصصة ، كما هو الحال في إنتاج المواد عالية الأداء.

السلوك الكهروكيميائي:

يمكن أن يكون الحديد بمثابة كلاهماالأنودوالكاثودفي التفاعلات الكهروكيميائية ، اعتمادا على الظروف المحيطة. يتم استخدام هذه الخاصية في الجلفنة ، حيث يتم طلاء الحديد بطبقة من الزنك لمنع الصدأ.

خاتمة

الحديد هو معدن متعدد الاستخدامات مع العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية المهمة التي تجعلها ضرورية للتطبيقات الصناعية والأيض. إن قدرتها على تكوين سبائك ، ومقاومة التآكل عند علاجها ، والتفاعل مع عناصر أخرى ، تمنحها مجموعة واسعة من الاستخدامات ، خاصة في شكل الصلب والحديد الزهر.