كيمياء – العناصر الإنتقالية فلز الحديد للصف الثالث الثانوى 2016

التوزيع الإلكتروني ₂₆Fe : [Ar], 4s² , 3d⁶

الترتيب:

يكون 6,3%  من وزن القشرة الأرضية وترتيبه الرابع من حيث الوفرة فى القشرة الأرضية بعد عناصر  الأكسجين- السيلكون – الألومنيوم .

وجوده:

يوجد فى حالة نقية (مفردة) فى النيازك فقط .

يوجد فى القشرة الأرضية على هيئة خامات طبيعية تحتوى على مختلف أكاسيد الحديد مختلطة بشوائب .

العوامل التي تتحد عليها صلاحية خام الحديد للإستخلاص

• نسبة الحديد الخام .

• تركيب الشوائب المصاحبة للخام .

• وجود عناصر ضارة مختلطة بالخام مثل : الكبريت , الفوسفور , الزرنيخ.

 استخلاص الحديد من خاماته تتم على ثلاثة مراحل( تجهيز الخام – إختزال الخام – إنتاج الحديد)

أولاً: تجهيز خامات الحديد

الهدف من عملية تجهيز الخام هو

• تحسين الخواص الفزيائية والكيميائية للخام عن طريق عمليات ( التكسير – التلبيد- التركيز)

• تحسين الخواص الكيميائية له (عن طريق عملية التحميص)

تحسين الخواص الفزيائية والميكانيكية للخام

تحسين الخواص الكيميائية للخام

ثانيا: إختزال خامت حديد

يتم فى هذه المرحلة إختزال أكاسيد الحديد إلى حديد بإحدى طريقتين حسب العامل المختزل هما :

• الإختزال بغاز أول أكسيد الكربون الناتج من فحم الكوك وتتم هذه الطريقة فى الفرن العالى .

• الإختزال بخليط من غازى أول أكسيد الكربون والهيدروجين (الغازالمائى) الناتجين من الغاز الطبيعى (نسبة غاز الميثان CH₄  فيه 93%) وتتم هذه الطريقة فى فرن مدركس .

تفاعلات الإختزال فى الفرن العالى

تفاعلات الإختزال فى فرن مدركس

ثالثاً: إنتاج الحديد

بعد عملية إختزال خامات الحديد فى الفرن العالى أو فرن مدركس تأتى المرحلة الثالثة وهى إنتاج الأنواع المختلفة من الحديد مثل الحديد الزهر والحديد الصلب .

أفران صناعة الصلب : 

المحولات الأكسجينية – الفرن المفتوح – الفرن الكهربى .

تعتمد صناعة الصلب على عمليتين هما :

• التخلص من الشوائب الموجودة فى الحديد الناتج من أفران الإختزال .

• إضافة بعض العناصر إلى الحديد لتكسب الصلب الناتج الخواص المطلوبة .

 السبائك:  مواد تتكون من فلزين أو أكثر أو قد تتكون من فلز وعناصر لا فلزية مثل الكربون.

أنواع السبائك:

فلزين أو أكثر: سبائك الحديد والكروم – الحديد والمنجنيز – الحديد والفانديوم – الحديد والنيكل 

فلز مع لا فلز : سبيكة الحديد والكربون (الحديد الصلب)

التحضير

 أنواع السبائك

 تفسير تكون السبيكة البينية :

• يتكون الحديد النقى مثل باقى الفلزات من شبكة بلورية مكونة من ذرات الفلز مرصوصة بإحكام بينها مسافات بينية .

• عند الطرق على سطح الفلز يمكن أن تتحرك طبقة من ذرات الفلز فوق طبقة أخرى .

• عند إدخال ذرات فلز آخر إلى ذرات الفلز الأصلى لتكوين السبيكة وكانت ذرات الفلز المضافة أصغر حجما من ذرات الفلز النقى فإنها تدخل المسافات البينية لذرات الفلز النقى وتتسبب فى :

1. إعاقة إنزلاق الطبقات فتزداد صلابة الفلز النقى .

2. تتأثر بعض الخواص الفيزيائية للفلز النقى مثل السحب والطرق ودرجة الإنصهار والخواص المغناطيسية والتوصيل الكهربى .

شرط تكوين السبيكة الإستبدالية:

أن تكون ذرات الفلز المضاف لها نفس الخواص الكيميائية – نصف القطر – الشكل البلورى ( للفلز الأصلى) .

خواص سبائك المركبات البينفلزية:

• 
  

  مركبات صلبة .

• تتكون من فلزات لا تقع فى مجموعة واحدة من الجدول الدورى .

• لا تخضع صيغتها الكيميائية لقوانين التكافؤ .