ثانوية أرشيف المدونة

فلز الحديد: خاماته واستخلاصه وسبائكه

درس فلز الحديد: نبدأ بوجوده في الطبيعة وخاماته،‏ ثم تجهيز الخام واستخلاصه،‏ وأخيرًا الصلب وأنواع السبائك. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي الدرس.

الحديد في الطبيعة

الخامالصيغةملاحظة
الهيماتيتFe₂O₃أحمر،‏ أهم الخامات
المجنتيتFe₃O₄أسود مغناطيسي،‏ أعلى نسبة حديد
الليمونيت (المتهدرت)Fe₂O₃ · nH₂Oأصفر
السيدريتFeCO₃كربونات الحديد (II)

المغنيسيت ليس من خامات الحديد،‏ فهو خام المغنيسيوم.

سؤال من درس «فلز الحديد»
اعرض الحل

في باطن الأرض الحديد هو المكوّن الأكبر،‏ وهو (4).

في القشرة الأرضية أكثر العناصر O ثم Si،‏ والبقية: (1) الألومنيوم (نحو 8%) و(2) الحديد (نحو 5%).

الإجابة (ج).

سؤال من درس «فلز الحديد»
اعرض الحل

مشبك الورق ينجذب إلى الحجر،‏ فهو خام مغناطيسي: المجنتيت Fe₃O₄ (أكسيد الحديد المغناطيسي).

الإجابة (ج).

سؤال من درس «فلز الحديد»
اعرض الحل

الخام الأحمر هو الهيماتيت Fe₂O₃،‏ وفيه الحديد في حالة +3 وهي الحالة المستقرة (3d⁵) التي لا يمكن أكسدتها.

وبقية العبارات خطأ: يُستخلص الحديد بالاختزال لا بالتحليل الكهربي،‏ ونسبة الحديد في المجنتيت أعلى منها في الهيماتيت،‏ وأيون Fe³⁺ بارامغناطيسي.

الإجابة (د).

تجهيز الخامات

قبل الاختزال يُجهَّز الخام في مرحلتين:

  1. تحسين الخواص الفيزيائية (دون تغير كيميائي): التكسير يزيد مساحة السطح،‏ والفصل المغناطيسي (أو التوتر السطحي) يزيل الشوائب ويرفع نسبة الحديد،‏ ثم تجميع الحبيبات الدقيقة.
  2. تحسين الخواص الكيميائية بالتحميص: تسخين الخام بشدة في الهواء فيحدث تغير كيميائي:
    • يتحول الخام إلى Fe₂O₃ ويفقد الماء و CO₂.
    • تتأكسد بعض الشوائب إلى غازات مثل SO₂ و P₂O₅ فتُفصل.
    • تقل كتلة الخام وتزداد نسبة الحديد فيه (لا تتغير كتلة الحديد نفسه).
2Fe2O3⋅3H2O→Δ2Fe2O3+3H2O2\text{Fe}_2\text{O}_3\cdot 3\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\Delta} 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2\text{O}
4FeCO3+O2→Δ2Fe2O3+4CO24\text{FeCO}_3 + \text{O}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 4\text{CO}_2
سؤال من درس «فلز الحديد»
اعرض الحل

(X) حبيبات الخام المكسَّر مع شوائبها. تنجذب حبيبات خام الحديد المغناطيسية إلى القرص المغناطيسي وتسقط في الوعاء (Y)،‏ بينما تسقط الشوائب غير المغناطيسية في الوعاء (Z).

هذه عملية فصل مغناطيسي،‏ وهي تغيير فيزيائي.

الإجابة (ج).

استخلاص الحديد في الفرن العالي

يُستخدم في الفرن العالي الهيماتيت المحمص وفحم الكوك والهواء الساخن،‏ وتحدث تفاعلات أهمها:

C+O2→CO2\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2
CO2+C→2CO\text{CO}_2 + \text{C} \rightarrow 2\text{CO}
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO23\text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{CO} \rightarrow 2\text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{CO}_2
Fe3O4+CO→3FeO+CO2\text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{CO} \rightarrow 3\text{FeO} + \text{CO}_2
Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2
سؤال من درس «فلز الحديد»
اعرض الحل

التفاعل (1) هو احتراق الكربون في الأكسجين،‏ وهو شديد الانطلاق للحرارة فيرفع درجة حرارة الفرن. أما (2) فتفاعل ماص للحرارة،‏ و(3) و(4) تفاعلا اختزال لأكاسيد الحديد.

الإجابة (أ).

سؤال من درس «فلز الحديد»
اعرض الحل

(1) مادة صلبة سوداء هي فحم الكوك C،‏ يتفاعل مع CO₂ ساخنًا فيعطي العامل المختزل (2) وهو CO:

C+CO2→Δ2CO\text{C} + \text{CO}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{CO}

ثم يختزل CO أكسيد الفلز الأحمر Fe₂O₃ إلى الفلز.

الإجابة (أ).

طرق أخرى للاختزال

Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{H}_2\text{O}

الحديد الصلب والسبائك

النوعوصفهمثال
استبداليةتحل ذرات فلز محل ذرات فلز آخر قريب منه في نصف القطر والشكل البللوري والخواص الكيميائيةالحديد والنيكل،‏ النحاس والخارصين (النحاس الأصفر)
بينيةذرات صغيرة تشغل الفراغات البينية فتمنع انزلاق الطبقاتالحديد والكربون (الصلب)
بينفلزيةاتحاد كيميائي بين فلزين لا تخضع صيغته لقوانين التكافؤالألومنيوم والنيكل،‏ والألومنيوم والنحاس
سؤال من درس «فلز الحديد»
اعرض الحل

السبيكة التي لا تنزلق فيها ذرات الفلز الأصلي هي السبيكة البينية: ذرات صغيرة تملأ الفراغات بين ذرات الفلز الأصلي فتمنع الطبقات من الانزلاق.

هذا هو الشكل (ب): ذرات حمراء صغيرة بين الذرات الزرقاء الكبيرة.

الإجابة (ب).

سؤال من درس «فلز الحديد»
اعرض الحل

الديورألومين سبيكة من الألومنيوم والنحاس.

الألومنيوم (1) أول عناصر المجموعة 3A،‏ والنحاس (4) من عناصر المجموعة 1B في الدورة الرابعة.

الإجابة (د).

وجدت خطأ في المقال أو عندك اقتراح؟ 📧 تواصل معنا

← كل المقالات