عنصر الحديد

ما هو عنصر الحديد


الحديد هو العناصر الكيميائية وينتمي إلى المعادن وعدده الذري 26، ويعتبر الحديد أكثر العناصر تواجداً في الأرض من ناحية الكتلة ورابع أكثر العناصر تواجداً على القشرة الأرضية وسادس العاصر وفرة في الكون كلّه، ويعود أصل عنصر الحديد إلى الفضاء فالأرض بالأصل لا تحتوي على الحديد وقد كشفت النظريات العلمية الديثة أنّ الحديد قد نزل إلى الأرض من خلا النيازك التي كانت تتساقط عليها في فترة تكوينها، ويعتبر هذا الاكتشاف أحد المعجزات القرآنية إذ أنّ القرآن الكريم ذكر هذا الأمر قبل اكتشافه بألف وأربعمائة سنة فيقول الله تعالى في سورة الحديد:" وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ".

ويعد الحديد من أكثر العناصر استخداماً وخاصة في التطبيقات الهندسية كالبناء وغيرها لصلابته الكبيرة ووفرته على كوكب الأرض، وفي الأصل فإنّ الحديد فضي اللون إلّا أنّ قابليته للصدأ تؤدي إلى ظهوره باللون النحاسي فتتم إضافة بعض المواد إليه أو طلائه لمنعه من التأكسد، كما أنّه يتم إضافة بعض المواد الأخرى إلى الحديد كالكربون لزيادة صلابته فيتكون ما يعرف بالفولاذ وهو ما يستخدم في مجالات الإنشاءات والطرق والجسور وغيرها من التطبيقات الهندسية.

ويرجع اكتشاف عنصر الحديد في الأساس إلى ما قبل التاريخ إذ يقدراستخدام الحديد بأربعة آلاف عام قبل الميلاد ، إلى أنّ الحثيثيين الذين عاشو في تركيا في القرن الرابع عشر قبل الميلاد هم أول من استخدم الحديد بمهارة فقاموا بتصنيع الأسلحة والأدوات المختلفة من هذا العنصر، وفي القرن العاشر قبل الميلاد كانت معظم البلدان في ذلك الزمان تقوم باستخدام الحديد وهو ما يعرف بالعصر الحديدي، وقد استمر التطور في استخدام الحديد واكتشافه حتى تم تصنيع الفولاذ لأول مرة في العصر الحديد حوالي ثلاث قرون قبل الميلاد.

وفي أيامنا هذه تعددت طرق تصنيع الحديد واستخداماته فهنالك الحديد الزهر الذي ينتج من الأفران عالية الحرارة مع نسبة عالية من الكربون وهو يستخدم في التطبيقات التي لا تتعرض للعديد منال صدمات لسهولة كسره كأدوات الطهي على سبيل المثال، أمّا الحديد المطاوع فنسبة الكربون فيه أقل من الحديد الزهر ويستخدم في تطبيقات كتسليح المباني، وهنالك الفولاذ أيضاً وهو المستخدم في صناعة السفن والجسور والسيارت لقساوته وتحمله للصدمات.

ومع الستخدامات المتعددة للحديد فإنّه يعتبر أيضاً عنصراً أساسيا في أجسام الكائنات الحية فلا تستطيع الكائنات العيش من دونه، فهو يدخل في تركيب خلايا الدم الحمراء التي تقوم بحمل الأكسجين في الدّم إلى باقي خلايا الجسم، ونسبة الحديد في جسم الإنسان تساوي تقريباً 2 جرام ويفقد يومياً ما بين 1-2 ملليجرام من الحديد يومياً والذي يعوضه عن طريق الطعام كاللحوم الحمراء والبقوليات والسبانخ

ما هو الوزن الذري للحديد

لحديد هو من أقدم المعادن التي تم أكتشافها منذ زمن البشريّة ، ذكر المؤرّخين بأنّ الإنسان القديم عاش في العصر الحديدي الذي تمّ إكتشاف فيه الحديد فعليّا و إستخدامه بدلاً من الحجارة ، الحديد هو عنصر فيزيائي و الحديد هو أيضا من أقوى المعادن صلابةً و متانةً و يسهل التحكم فيه و تشكيله لذلك يدخل في صناعة الأجهزة الكهربائيّة و وسائل النّقل مثل القطارات و السّيارات و الطاّئرات، و يدخل في صناعة أعمدة الإنارة و أجهزة الإتصالات ، و الحديد مفيد أيضاً لأجسامنا سواء حصولنا عليه من الماء أو من خلال الطّعام . و فضّل الله تعالى عنصر الحديد من بين العناصر و خصّ سورة في القرآن الكريم بإسم سورة الحديد لأن الحديد عنصر قوي جداً في تشكيله و نزل من السماء إلى الأرض.

و عند الحديث عن الوزن الذّري للحديد و كيفية حساب الوزن الذّري للحديد نشير أنّ مصطلح الوزن الذّري و من خلال دراسة العلماء و التّجارب التي قاموا فيها و التّوجه العلمي في حساب الوزن الذّري تسلسل في عدة مراحل و دراسات . كما هو الحديد كغيره من العناصر يحتوي على عدد معين من الذّرات و مفهوم الذّرات قام بوضعة العالم الإنجليزي دالتون الذي قال في نظريّته أنّ العنصر الواحد يحتوي على ذرات متشابهة غير قابلة للإنقسام، لذلك الذّرات هي الأساس عندما نحسب الوزن الذّري للعنصر. بدايةً كان عند حساب الوزن الذري للعناصر حيث أعتبر العلماء ذرة الهيدروجين وحدة الكتل الذرية (1 u) وهي أصغر ذرة ووزنها واحد حيث u وحدة الكتل الذرية وتم تقدير وزن الذرات بالنسبة لها. و بعد ذلك اعتمدوا نظير الكربون 12C كأساس في قياس الأوزان الذّرية للعناصر. و بعد ذلك ثمّ من خلال النّظائر و عند حساب الوزن الذّري للعناصر أي الكتل الذّرية للعناصر تحتوي على كسور وليست أعداداً صحيحة مع أن عدد البروتونات والنّيوترونات يكون عدد صحيح ، وذلك لأنّ الأوزان الذرية تأخذ في الحسبان نظائر العناصر الموجودة في الطّبيعة ونسبة تواجد تلك النّظائر ،وعليه الوزن الذري لأي عنصر هو المعدل الموزون للكتل الذرية لنظائره فإن الكتلة الذّرية الموجودة به هي متوسط الكتلة الذرية لكل النّظائر الثّابتة للعنصر و قياساً لعنصر الحديد فإنّ الوزن الذّري للحديد هو مجموع الكتل الذّرية لنظائر الحديد والنّظير هو عبارة أنّ الذّرات العنصر لها نفس العدد الذري و العدد الكتلي مختلف و تفصيل أكثر أي عدد البروتونات متساوي و لكن تختلف في عدد النيوترونات و من خلال ذلك وجد العلماء الوزن الذري للحديد 55.85 جرام لكل مول.

و حصرياً هنّا من خلال بحثي سأوضّح بالتّدريج كيف تمّ احتساب العدد الذّري أو مّا هو العدد الذّري للحديد من خلال نظائر الحديد يتكون الحديد من 24 نظير ، مع أرقام كتلة تتراوح من 46 إلى 69. وبطبيعة الحال وجدوا أنّ الحديد هو خليط من أربعة نظائر و نسبة الوفرة في الطبيعة والعدد الذّري هو مبين كما يلي : 54FE (5.8٪)،56FE (91.8٪) ، 57FE (2.1٪) ، 58FE (0.2٪) . دعونا نحسب الوزن الذّري لعنصر الحديد إذا علمت أن لعنصر الحديد أربعة نظائر و هي 54FE ويتواجد بوفرة نسبيّة تساوي (5.% والنّظير الثّاني56FE ويتواجد بوفرة نسبيّة تساوي 91.8% و النّظير الثاّلث 58FE و يتواجد بوفرة نسبيّة تساوي 2.1٪ و النّظير الرّابع 58FE و يتواجد بوفر نسبيّة تساوي 0.2٪

الحل : كل 100 ذرة حديد يتواجد منها 91.8 على شكل 56FE والباقي على شكل 54FE، 57FE، 58FE

نحسب كتلة كل ذرة كما يلي :

كتلة ذرة 54FE = 54 x 0.058 =3.132

كتلة ذرة 56FE = 56 x 0.918 = 51.408

كتلة ذرة 57FE = 57 x 0.021 = 1.197


كتلة ذرة 58FE = 58 x 0.002 = .116

الوزن الذري للحديد هو مجموع الكتل الذرية للنظائر أعلاه و يساوي

3.132+51.408+1.197+.116 = 55.853 جرام.

ما هي كثافة الحديد

إن الحديد عنصر فضي اللون، قديم الاكتشاف، وهو معدن فلزي انتقالي، رمزه " Fe " المشتق من اسمه اللاتيني، والموجود في الدورة الرابعة، والمجموعة الثامنة من الجدول الدوري، وله العدد الذري 26. وكونه فلز؛ فهو لامع صلب، موصل للحرارة والكهرباء، قابل للطرق والسحب.

يتواجد الحديد في الطبيعة -على الأغلب- على شكل أكاسيد، ويتواجد كذلك في القشرة الأرضية. وهو شديد الاستقرار، لكنه يتفاعل مع الأكسجين مشكلاً صدأ الحديد ( أكسيد الحديد)، ويمكن منعه من التفاعل مع الأكسجين بتغلفيه بمواد عازلة وطلائية.

استفاد الإنسان قديماً من الحديد في الكثير من مجالات الحياة، ومن ثم بدأ يستخلصه من خاماته، ويصهره عند درجات حرارة عالية، ويعيد تشكيله. يعود تاريخ الحديد بوصوله إلى الأرض عبر النيازك أي؛ من السماء، وقد ورد في سورة الحديد في القرآن الكريم : " لقد أرسلنا رسلنا بالبينات وأنزلنا معهم الكتاب والميزان ليقوم الناس بالقسط وأنزلنا الحديد فيه بأس شديد ومنافع للناس وليعلم الله من ينصره ورسله بالغيب إن الله قوي عزيز "، وهذا يدل على أهمية الحديد، ودخوله في تركيب الكثير من المركبات والأحياء، مثل: دخوله في خضاب الدم، والميوغلوبين، والانزيمات والمركبات العضوية في الكائنات الحية كعضو حيوي أساسي فيها. وللحديد أعداد تأكسد في مركباته، وهي: 2+ أو 3+ وتسمى -أيضا- أعداد التكافؤ.

ولكثرة انتشاره واستخدامه في صناعة الأدوات المعدنية والأسلحة في إحدى العصور سمي ذاك العصر بالعصر الحديدي، ومن ثم تم استخدامه في صناعه الفولاذ، والآن يدخل في صناعة هياكل السيارات والسفن، والأبواب والأسلحة والسبائك وفي البناء- أيضا-. إن الحديد يزداد صلابة في سبيكة الحديد عندما يحتوي على عنصر الكربون .

إن للحديد - كغيره من العناصر- خصائص فلزية، تميزه عن العناصر الأخرى؛ فهو صلب تبلغ كثافته 7,874 غم/ سم3 عند درجة حرارة الغرفة، وكتلته الذرية 55,845 غم/ مول، وله خصائص مغناطيسية، له نظائر عديدة، أكثرها توفراً هو الحديد ذو العدد الكتلي 56 .

إن الكثافة هي: كتلة الجسم مقسومة على حجمه، ووحدتها غم/ سم3. وهي صفة فيزيائية للمواد لا تتغير بتغير كمية المادة، وتعبر عن كتلة وحدة الحجم من المادة، وتعتمد على درجة الحرارة والضغط. أما الكثافة المطلقة فهي: كثافة المادة عند درجة الحرارة والضغط القياسيين. يعتبر الحديد من المواد ذات الكثافة العالية، فالكثافة تتحكم بطبيعة المادة، فكلما زادت كثافتها زادت صلابتها.

وخامات الحديد تحتوي على الحديد بشكل رئيس، كالهمتايت، وأكسيد الحديد الأسود، والماغنتيت وغيرها . وله مركبات كثيرة مثل: كلوريد الحديد الثلاثي الذي يستخدم في تنقية الماء ومعالجتها، وفي الأصباغ وغيرها. وهناك كبريتات الحديد الثنائية التي تستخدم في صناعة الاسمنت . وبشكل عام تستخدم مركباته في الصناعة، وإنتاج الوقود، وكعوامل محفزة في التفاعلات الأخرى . يتواجد الحديد في التكوينات الحجرية على شكل أكاسيد؛ فهو الأكثر وفرة على سطح الأرض . ويوجد الحديد كعنصر ضروري لجسم الإنسان في اللحوم الحمراء، والأسماك والخضار وغيرها .

كيف يتكون الحديد

لقد قام الإنسان منذ القدم باستخدام عنصر الحديد في شتى المجالات، فمنذ العصر الحديدي قام الإنسان باستخدام الحديد من أجل صناعة الأدوات التي كانوا يستخدمونها كالأواني واستخدمه أيضاً في صناعة الأسلحة، فيتميز الحديد بقوته وصلابته وتوافره في القشرة الأرضية فهو يعدّ رابع أكثر العناصر توافراً في القشرة الأرضية كما أنّه يعد من الفلزات القابلة للطرق والسحب، كما أنّ الحديد يعد من أكثر العناصر الكيميائية استقراراً من حيث التركيب الكيميائي فلذلك كان الحديد وما زال من أكثر العناصر استخداماً على وجه الكرة الأرضية في مجالات مختلفة ومتنوعة.


أمّا عن مصدر الحديد وكيفية تكونه فإن أصل الحديد من السماء فهو لا يتكون على سطح الأرض بل يأتي إلى سطح الأرض كواحدمن العناصر المشكلة للنيازك، وربما كانت الفترة التي ازداد فيها مخزون سطح الأرض من الحديد هي فترة تشكيل كوكب الأرض ففي تلك الفترة كانت أعداد النيازك التي تسقط على سطح الأرض كبيرة جداً، وينزل الحديد إلى جوف الأرض بعد ذلك بسبب العوامل المختلفة كالزلازل والبراكين وغيرها، ومن الأدلة الأخرى على ذلك معنى كلمة الحديد في عدد من اللغات القديمة إذ أنّها كانت تعني فلز من السماء ومن الأدلة الأخرى على أنّ مصدر الحديد من السماء وليس من الأرض هو ما ذكره الله عز وجل في القرآن الكريم في سورة الحديد إذ قال تعالى:" لَقَدْ أَرْسَلْنَا رُسُلَنَا بِالْبَيِّنَاتِ وَأَنْزَلْنَا مَعَهُمُ الْكِتَابَ وَالْمِيزَانَ لِيَقُومَ النَّاسُ بِالْقِسْطِ وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ " ففي هذه الآية الكريمة يبين الله عز وجل أنّه قام بإنزال الحديد إنزالاً من السماء ولم يوجده على سطح الأرض.


أمّا في السماء فإنّ الحديد يتكوّن في داخل النجوم العملاقة عند موتها خلال سلسلة طويلة من التفاعلات والاندماجات النووية ولا يمكن للحديد أن يتكون في داخل المجموعة الشمسية إذ أنّه يحتاج إلى طاقة تعادل عدة أضعاف تلك التي تولدها الشمس ويكون حجمها أضعاف حجم الشمس أيضاً، فعندما تنتهي دورة حياة تلك النجوم العملاقة التي يصل حجمها إلى أكثر من 8 أضعاف حجم الأرض تبدأ سلسلة تفاعلات من السيليكون مه الهيليوم لتكوين ذرة كبريت غير مستقرة ومن ثم تتحد ذرة الكبريت مع الهيليوم لتشكيل الآرغون وتستمر التفاعلات هكذا حتى نصل إلى ذرة الحديد غير المستقرة التي تتحد مع الهيليوم لتكوين النيكل غير المستقر الذي يتحلل فيما بعد إلى كوبالت غير مستقر والذي يتحلل فيما بعد إلى حديد مستقر.




كيف يستخرج الحديد



كيف يُستخرج الحديد
إنّ الطبيعة تتميّز باحتوائها على مجموعة من العناصر المهمّة للإنسان، ومنها الحديد الذي استُخدم للبناء وفي الطبّ وفي تصنيع الكثير من الآلات والمعدات والسيارات، كما أنه يدخل في تركيب الهيموغلوبين بدم الإنسان بنسب قليلة، والحديد هو عنصر فلزّي كيميائي ذو رمز علمي Fe، ويقع في الجدول الدوري ضمن المجموعة الثامنة والدورة الرابعة.


إنّ ما يميز الحديد أنّه عنصر وصل إلى الأرض من الفضاء الخارجيّ عن طريق النيازك الذي يحمل 90 % منه، لتوفير للإنسان حاجاته من الحديد وغيره من العناصر، وقد استخدم الإنسان القديم الحديد في عدد من الصناعات وخاصّة الصناعات الحربية فكان يستخرج الحديد بشكل مباشر من سطح الأرض، ولكن مع زيادة أعداد البشر أدى ذلك لفقد كامل الكمية من سطح الأرض وبدأ الحفر بأعماقها.


إن أكثر سلبية للحديد هو أنه عندما يتعرّض لكلّ من الهواء والماء يتغيّر لونه ويصدأ ليتحوّل إلى فتات؛ لذلك فإنّه يحتاج لإعادة تدوير لإرجاعه على هيئة الحديد، وأيضاً فإنّه عند استخدامه يتمّ طلائه بالدهان حتى يمنع وصول العوامل البيئيّة المؤثّرة عليه، وذلك السبب في تفضيل عنصر الألومنيوم عنه في الصناعات الحديثة.


كيفية استخراج الحديد
يُستخرج الحديد عن طريق المناجم التي يتمّ حفرها في باطن الأرض، ويتمّ حفر المناجم بعد دراسة بيولوجيّة على المنطقة وعلى أهمّ العناصر الموجودة فيها، فكل منجم يحتوي على عنصر واحد أو أكثر.
يتمّ الحصول على الحديد بشكل مرتبط مع الأكسجين وهو ما يسمى أكاسيد الحديد أي الصدأ، ويتمّ جمع تلك المادة ووضعها في قوالب كبيرة الحجم، ومن ثم تعريضها إلى درجات حرارة عالية تؤدي إلى انصهار أكاسيد الحديد وانفصال الأكسجين عنه ، ليبقى الحديد السائل النقي.
يُسكب الحديد السائل بالقوالب المراد أن يكون شكله عليها، وتوضع في مكان قليل الحرارة لكي يتجمّد ويُشكل قطع صلبة ذات خاصية لا تُكسر بسهولة.

استخدامات الحديد
صناعة الأطباق والأواني والأكواب في العصر القديم، فكان مصدر للأدوات المنزلية المهمة.
صناعة الآلات الحربية كالسيوف، والرماح، والدروع ،وأيضاً كان ذلك في القدم.
صناعة السيارات، والجسور، والقضبان الحديديّة، وكذلك الأنابيب الخاصّة بالغاز.

لا بد من أن ذكر بأن الحديد ذكر بآية في القرآن الكريم، وبينت تلك الآية أهمية الحديد للإنسان، فقال الله عز وجل : "لَقَدْ أَرْسَلْنَا رُسُلَنَا بِالْبَيِّنَاتِ وَأَنْزَلْنَا مَعَهُمْ الْكِتَابَ وَالْمِيزَانَ لِيَقُومَ النَّاسُ بِالْقِسْطِ وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ"

من أين يأتي الحديد



قال تعالى: ﴿وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ﴾ (سورة الحديد: 25).


لطالما حيّرت هذه الآية القارئ، فأنزلنا تعني أن الحديد ليس معدنٌ أرضي، ومع تقدم العلم اكتشف أن الطاقة اللازمة لتكون معدن الحديد تحتاج طاقة أكبر من طاقة شمسنا، فطاقة الاندماج النووي في شمسنا بالكاد تنتج عنصر الهيليوم ثاني عناصر الجدول الدوري، لكن حديد الأرض والذي يصل لحوالي أكثر من ألفي مليون مليون مليون طن = 2.145 × 1021 ، لم يتشكل أبداً في الأرض ولا حتى في المجموعة الشمسية وهذا تفسيرٌ منطقي لكلمة ﴿وَأَنْزَلْنَا﴾.


الحديد
هو أحد عناصر الجدول الدوري، بالتحديد في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة ويصنف من الفلزات تحديداً،ورمزه (Fe) وهو آتٍ من اللاتينية (ferrum)، وكما ذكرت من قبل يتواجد بكميات هائلة في الكرة الأرضية، وهو من أقد المواد التي استخدمها الإنسان، ولا يزال حتى اليوم الأكثر استخداماً، وهو يمتاز بقدرة المغناطيس على جذبه.


مصدر الحديد
ممّا سبق فالحديد ليس معدناً أرضياً، ومن فحص المعادن في النيازك الحديثة توصل العلماء لإثبات أن الحديد معدن لا أرضي بل ولا شمسي أي أنه تشكل خارج المجموعة الشمسية، وعند فحص النيازك الواصلة إلى الأرض توصلوا إلى أن 90% من كتلة النيزك هي من الحديد، يأتي الحديد من جوف النجوم العملاقة (المستعر الأعظم) عند نهاية دورة حياتها، وبعملية احتراق السيليكون. عندما تندمج نواة ذرة الكالسيوم المستقرة ونواة ذرة الهليوم، ليتكون في البداية عنصر التيتانيوم غير المستقرة. ثم يندمج مع ذرة من الهليوم، ليتكون الكروم غير المستقرة. ثم بالخطوة التالية وقبل تحلل ذرة الكروم غير المستقرة تتحد مع ذرة الهليوم مرة أخرى، لتكوين في هذه المرة ذرة الحديد لكن غير المستقر، وقبل أن تتحلل ذرة الحديد غير المستقرة، تتحد مع ذرة هليوم أخرى، لتكوين ذرة نيكل غير مستقرة، والآن تتحلل ذرة النيكل غير المستقرة لذرة من الكوبالت غير المستقرة، وهمت يتحلل الكوبالت إلى ذرة الحديد المستقرة Fe56. ولأنها مستقرة لا تقبل الاندماج مع أي عنصر آخر، فيشكل الحديد بذلك قلب النجم، ويبدأ النجم عندئذ بالتجمد ويتجه للاستقرار. ولك أن تتخيل كم يحتاج كل تفاعل من هذه التفاعلات من طاقة.


الحديد بالأردن
اكتشف الحديد في الأردن منذ عصور مضت وقد أشار له العالم الجيولوجي الدكتور أحمد الملاعبة الحديد في كهف في حدود عجلون أسماه كهف وردة حيث فيه الحديد الأحمر الشبيه بالورود بألوانه الصفراء والحمراء الرائعة، وقد استنزف الرومان هذه المنجم، وكانت من أسباب بناء قلعة عجلون السيطرة على حصن (كوكب الهوا) غرب النهر ومناجم الحديد في وردة، وفي الستينات من القرن الماضي قامت الحكومة الأردنية بوهب حقوق التنقيب لشركات يوغسلافية وألمانية لتنقيب عن الحديد، وكانت النتائج تفيد بوجود خام الحديد لكن بكميات غير تجارية.

اول سكة حديد انشأت في العالم



اول سكة حديد انشأت في العالم


لنتعرف في هذا الموضوع على سكة الحديد واين ظهرت لأول مرة ؟؟؟؟....ولكن في البداية لا بد من تعريف كلمة "سكة" لغويا وهي تعني طريق عليه قضيبان مكونان من الحديد متوازيان ومتساويان ،تقوم القطارات بالسير عليهما .

مصطلح سكة الحديد يأتي معناها  : نظام في النقل البري عن طريق القطارات ويتم تسييرها على قضبان حديدية متوازية .

ومصطلح النقل بالسكك الحديدية يعني نقل الركاب داخل عدد من الحافلات تسير بواسطة عجلات تمر من خلال هذه القضبان مصممة خصيصا لإدارة السكك الحديدية وتكون على طول السكك الحديدية ويتم ايضا نقل أمتعتهم من خلالها . وفي بريطانيا وعند انشغال جورج ستيفنسون_ وهو مهندس انجليزي يمتلك مناجم كلينجورت الموجودة في بريطانيا_ قام بعض رجال الاعمال بطريقة ما لينقلوا المواد الخام التي تلزمهم للصناعات القطنية بين ليفربول وميناء فيلانكشير مانشستر وصادراتها من المنسوجات الجاهزة .ولصعوبة التوصيل قدم أصحاب الأراضي شكوى الى البرلمان البريطاني و عندها صادقت الحكومة على بناء الخط الحديدي وتمت استشارة ستيفنسون وبكل سرور وافق على ان يدير المشروع ويكون تحت اشرافه الكامل عند ذلك استعان بمهارته والجهد البشري .


وبدأ عمله بمد خمسين كيلو مترا من الخطوط المزدوجة ومكث في هذا العمل أربعة أعوام أنجز خلالها 63 جسرا وحفر نفق على عمق 30 مترا على طول ثلاثة كيلو أمتار من خلال جلاميد الصخر في جبل اوليف واضاف اليه دعائم فوق مستنقع شات موس وكان هذا في 15_سبتمبر_ 1830 ثم تم افتتاح خط ليفربول _مانشيستر وهو أول خط استخدم فيه القطار البخاري كما أنه أول خط استخدم لنقل الركاب .

واضافه الى ما عمله ستيفنسون من تطورات في سكة الحديد فهو مصمم مقياس السكك الحديدية المستعمل عالميا وهو 1435مم ،ويسمى احيانا بمقياس ستيفنسون .

بالاضافة الى ذلك فإن مصر تعتبر من اقدم الدول العربيه التي ادخلت السكك الحديدية ايام حكم الخديوي عباس الاول في عام 1851 حيث تم توقيع الخديوي مع روبرت ستيفنسن البريطاني نجل جورج ستيفنسن عقدا بقيمة 56 الف جنيه انجليزي وان هذه السكة تربط بين العاصمة المصرية القاهرة والاسكندريه وكان طوله 209كيلو متر و هو الخط الثاني بعد خط مانشيستر وليفربول في انجلترا .

وهذا الاختراع سهل عمليات كثيرة في حياتنا وجعلها اكثر سهولة ويسر ولا بد ان نتذكر دائما ان الحاجة هي ام الاختراع .

ملخص

تعد السكة الحديدية بأنها اداة تستخدم لنقل الركاب وذلك عن طريق مجموعة من الحافلات تكون متصلة مع بعضها البعض وتسير على السكة بواسطة عجلات مثبتة على السكة وتكون بذلك ذات مسار ثابت ، حيث انه يطلق على مجموعة الحافلات التي تكون متصلة مع بعضها وتسير على سكة الحديد ذات المسار الثابت بالقطار حيث انه كان اول القطارات كانت تستخدم الفحم لحرقه والحصول على الطاقة التي تؤدي الى سير القطار ، كما انه مع تطور التكنولوجيا ووسائل الطاقة جديدة والتقنيات تطورت القطارات واصبح هناك اسرع قطار في العالم والذي يقوم على نقل الركاب بالاضافة الى البضائع بسرعة كبيرة جداً ، حيث انه تم ابتكار ايضاً قطار بدون سائق له أي انه الكتروني ، كما ان اول خط أي سكة حديدة لنقل الركاب والبضائع كانت في عام 1830 وهو خط ليفربول – مانشيستر .

كيف يتكون صدأ الحديد



الحديد
يعتبر عنصر الحديد من العناصر الهامّة في حياة الإنسان والحيوان، كما أنه يحتّل المرتبة الرابعة في قائمة العناصر المتواجدة في القشرة الأرضية وهو من أكثر العناصر المعدنيّة استعمالاً، وهو عنصر مستقر للغاية وذلك إثر توازن القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية داخل نواة الذرة، ويدخل في العديد من الأدوات والمستلزمات في حياة الإنسان كالأفران والمدافئ وغيرها.


ينحدر عنصر الحديد من مجموعة الفلزّات الانتقالية، ويُرمز له بالرمز Fe، وعدده الذرّي 26، ويحتلّ موقعاً له في الجدول الدوري في الدورة الرابعة و في المجموعة الثامنة بالتحديد، ويعتبر الحديد أكثر ليونةً من عنصر الألمنيوم عند بقائه في حالته النقيّة، وكلما أردنا زيادة صلابته نُضيف نسبةً معينة من بعض الكربون أو العناصر السبائكية. تمّ إنتاج أول كمية من الفولاذ في العصر الحديدي وكان ذلك في شرق السودان.


تكوينه
تبدأ عملية تكوّن الحديد بالتزامن مع دورة حياة النجوم العملاقة وتُسمّى هذه المرحلة بعملية احتراق السيليكون التي تبدأ بعملية الاندماج بين نواة ذرة كالسيوم مع أخرى من ذرة الهيليوم ليكون الناتج ذرة غير مستقرة من تيتانيوم لتندمج الأخيرة مع ذرة أخرى من ذرات الهيليوم فتتكون ذرة غير مستقرة من الكروم، وتبقى دورة الاندماج هكذا حتى تتكوّن ذرّة غير مستقرة من الحديد لتتّحد مع ذرة جديدة من الهيليوم لتنتج عنها ذرّة غير مستقرّة من النيكل، وتنتج ذرة الحديد المستقرة عن تحلّل ذرة النيكل بعد تعرّضها لعدة اندماجات إلى ذرة غير مستقرة من الكوبالت.


صدأ الحديد
ينشأ الصدأ كمادة حمراء على سطح الحديد إثر حدوث عملية تأكسد بين ذرات الحديد والأكسجين الموجود في الهواء تحت تأثير الرطوبة، وتعتبر هذه المادة (الصدأ) من أكثر العوامل التي تضعف بنية الحديد وتساعد على زيادة فرصة هشاشته، ووفق التفسير العلمي فإنّ صدأ الحديد يُعّد أكسيداً مميّها للحديد؛ إذ إنّه يتكوّن نتيجة مزج ما بين مادتي أكسيد الحديد الثنائي والثلاثي إلى جانب هيروكسيد الحديد الثلاثي إلى جانب عامل جزيئات الماء.


ونضيف إلى معلوماتك أنّ الحديد يصدأ إثر تعرّضه لكل العوامل مجتمعة التي تؤدّي إلى الصدأ وهي الأكسجين والرطوبة معاً؛ وإذا فُقد أحد هذه العوامل لا تتم عملية الصدأ، لذلك بدأت عملية مقاومة الصدأ من خلال خلط الحديد مع عناصر كيميائية مقاومة للصدأ وتتخّذ اسم الصلب غير القابل للصدأ أو التأكسد، وكما تتمّ حماية الحديد من الصدأ بطلائه بالخارصين وتغليفه بشكلٍ كامل بها من خلال عملية تعرف بالغلفنة، أو عزل السطح عن هذه العوامل.


أضرار الصدأ
يؤدي حدوث الصدأ للأسطح الحديدية إلى حدود فقدان اللمعان للمعدن، ويتمّ تحديد مدى فقدان اللمعان للمعدن من خلال شكل انعكاس الضوء إثر تكوّن الصدأ على سطحه، ويتمّ علاج هذه المشكلة بإضافة حمض قوي إلى السطح الذي تَعرّض للصدأ، أو بإمكاننا تفادي وقوع هذه المشكلة بقصدرة السطح لمنع وصول الأكسجين إلى المعدن المراد حمايته وبالتالي الحيلولة دون وقوع الصدأ.




كيف يمكن حماية الحديد من الصدأ




يمكن تعريف صدأ الحديد على أنه تلك المادة بنية اللون والتي تتكون على أسطح المواد الفولاذية والمواد الحديدية، وهي تدل على تعرض الحديد والفولاذ للتآكل. ينتج الصدأ عن تأكسد ذرات عنصر الحديد السطحية، وذلك نتيجة تعرضها المباشر للهواء والأكسجين مع وجود الرطوبة حيث تنشأ وتتكون أكاسيد الحديد الثلاثي والثنائي وهيدروكسيد الحديد الثلاثي، بوجود عامل هام وهو جزيئات المياه.


الصدأ هو من العيوب الأساسية للحديد والفولاذ، وهو دلالة على هشاشة الحديد وضعفه. ولقد تم تجاوز هذه المشكلة في بعض الأحيان عن طريق صناعة سبائك متكونة من عملية خلط الحديد مع عناصر أخرى مما كون السبائك المقاومة للصدأ. ويمكن استخدام الحديد في تشكيل السبائك وذلك لاستخدامها في الصناعات الحساسة التي لا تحتمل تكون الصدأ عليها بسبب حساسيتها العالية.


يمكن حماية الحديد من الصدأ وذلك عن طريق عزل الحديد عن أية عوامل قد تسبب له الصدأ كالهواء والماء ويكون ذلك بطلائه بالطلاء المناسب أو يمكن دهنه بالشحم. أما الطريقة الثانية، فتكون باتباع طريقة تسمى بالحماية المهبطية وتكون هذه الطريقة عن طريق طلاء الحديد بعنصر آخر قابل للتأكسد أكثر من الحديد، مما يجعله يتأكسد عوضاً عن الحديد، ومن هذه العناصر على سبيل المثال المغنيسيوم أو الخارصين المصهور وهذه العملية تسمى بعملية غلفنة الحديد حيث يتأكسد سطح الخارصين الخارجي مما يكون كربونات الخارصين القاعدية، والذي ينتج من ثاني أكسدي الكربون، ومن هنا تعمل هذه الطبقة المتكونة على حماية الحديد ومنع الصدأ عنه، كما وتعمل أيضاً على حماية الخارصين نفسه وتمنع تغلغل الصدأ فيها. وهذه الطريقة مستخدمة وبكثرة في خزانات حفظ المياه وخزانات حفظ السولار في المصانع والمنازل وفي حماية الأبواب والنوافذ التي تصنع من الحديد مما يجعلها مقاومة للصدأ بشكل كبير جداً، ولفترات طويلة أيضاً.


يذكر أن عنصر الحديد هو أحد أقدم العناصر الكيميائية المعدنية اكتشافاً في الطبيعة، وهو عنصر هام جداً في لحياة الكائن الحي سواء الإنسان أم الحيوان لأنه عنصر هام يكون الدم، اما بالنسبة للنباتات فالحديد هو عنصر هام وضروري لأجل تكوين الكلوروفيل في النباتات، ومن هنا فالحديد فلا يوجد شيء لا يعتمد وبنسبة كبيرة جداً. يتواجد الحديد في الطبيعة على شكل الأكسيد وهو رابع اكثر العناصر تواجداً في الطبيعة، وهو من الفلزات التي لها قابلية عالية وكبيرة للطرق والسحب. والحديد هو عنصر مستقر بدرجة كبيرة. وهو يشكل ما يقترب من 90% من نسبة النيازك التي تسقط على سطح الأرض.

من مكتشف الحديد غير القابل للصدأ


الحديد
هو المعدن الوحيد الّذي وصل كوكبنا الأرض عن طريق النيازك عبر الزّمان السحيق من عمر الكرة الأرضية، ومع تطوّر الإنسان بات هذا المعدن القوي يٌستخدم في كافّة الصناعات؛ بل وتكاد لا تخلو صناعةٌ منه، ولكن متانته وقوّته وصلابته لم تحمهِ من آفةٍ تصيبه وتنخر فيه كما يفعل الفيروسٍ أو الورمٍ الخبيث في جسد الإنسان، هذه الآفة هي الصدأ، والتي تجعل من الحديد مع مرور الأيّام يتفتّت مثل قطعةٍ من البسكويت الهش إذا ما تعرّض للماء والرطوبة والهواء وتقلّبات المناخ، وتمّ القضاء على هذه الآفة إلى حد كبيرٍ على يد العالم هاري بريلي الّذي استطاع أن يستحدث حديداً أو صلباً أو فولاذاً يستطيع الصمود لفتراتٍ طويلةٍ جداً دون أن يتعرّض للصدأ.

اكتشاف هارلي بيرلي
لقد استطاع هذا العالم في عام ألفٍ وتسعمائة واثني عشر ميلاديّة من إنتاج سبيكةٍ من الحديد مخلوطةً بما نسبته اثني عشر بالمائة من معدن الكروم، وأطلق على هذه السبيكة مسمّى الفولاذ غير القابل للصدأ؛ حيث استطاعت الصمود في الهواء متعرّضةً لكافّة العوامل الطبيعيّة الأخرى لفترةٍ طويلةٍ لا يستطيع الحديد العادي بلوغها، ومن هنا بدأت الأبحاث تسير قدماً من أجل تطوير هذا الاكتشاف، والوصول إلى فولاذٍ يستطيع الصمود لفتراتٍ أطول في مقاومة الصدأ، لأنّه من ناحية المبدأ لا يوجد حديد لا يصدأ إلى الأبد، ولكن أصبح بالإمكان استحداث حديد يستطيع الوقوف شامخاً لفتراتٍ قياسيةٍ طويلةٍ معتبرة في وجه التآكل.


ممّ يتكوّن الحديد الذي لا يصدأ؟
يتكوّن من نسبةٍ من الحديد لا تقلّ عن خمسين بالمائة من مكوّناته، يُضاف إليها من معدن الكروم ما لا تزيد نسبته عن الثلاثين بالمائة، وما نسبته أحد عشر ونصف بالمائة من الكربون، مضافٌ إلى كلّ ما سبق ما نسبته ثمانية ونصف بالمائة من العناصر الأخرى كالموليبدينوم والنيكل، ومن الملاحظ أنّه كلّما كانت نسبة الكروم أكثر في المكوّنات زادت المقاومة للصدأ في هذا الحديد الصُلب، وفي هذه الأيّام أصبح الكثيرون يلجؤون لدهن سطح الحديد العادي غير المعالج بطبقةٍ رقيقةٍ من مادّةٍ سائلةٍ تحتوي عل الكروم والعناصر الأخرى المذكورة سابقاً، وذلك من أجل تحسين خواصّه المقاومة للتآكل والصدأ .


مجالات استخدام الحديد الذي لا يصدأ
يُستخدم الحديد المقاوم للصدأ في الصناعات التي تتطلّب وجود مقاومةٍ عاليةٍ جداً للصدأ مثل الشفرات التي تستخدم في كافّة أنواع الحلاقة عند الإنسان، والأدوات المنزليّة، ووسائل النقل، والأدوات التي تستخدم في الجراحة الطبيّة، وأدوات المائدة والمطبخ، وكذلك في قطاعات البترول والصناعات الكيميائيّة، والمواسير، والأسلاك، والأنابيب المتعدّدة والمختلفة.