كثافة النحاس والحديد، يعد النحاس والحديد من العناصر الهامة والتي تستخدم بشكل كبير بالحياة العامة ويمتاز كلًا منهم بعدة خصائص كيميائية وفيزيائية، ويهتم بدراسة العنصرين الكثير من الباحثين والدارسين وفي مقالنا هذا سوف نتعرف على ما هي كثافة النحاس والحديد.
نبذة مختصرة عن الحديد
- يصنف الحديد كأحد العناصر الفلزية الكيميائية، وهو أحد أقدم المعادن التي تم اكتشافها على مر العصور، ويرمز إليه بالرمز Fe.
- أما بالنسبة لعدده الذري، فيقترب من الستة والعشرين، ويحتل المرتبة الرابعة في الجدول الدوري للعناصر.
- لذلك ينبغي أن نشير إلى أهمية هذا العنصر للإنسان والحيوان على حد سواء، وذلك بسبب وجوده في مركبات الدم.
- وهو أيضا مهم للنباتات لأنه يساعد في تكوين مادة الكلوروفيل الضرورية لنمو النباتات، بالإضافة إلى استخداماته الأخرى.
شاهد أيضًا: ما هي خواص الحديد
نبذة مختصرة عن النحاس
- النحاس مميز بوفرته في الطبيعة، وهو واحد من العناصر الأكثر توافرا، حيث يحتل المرتبة الخامسة والعشرين.
- يتواجد النحاس باللونين الأحمر الذهبي والألوان العاكسة لقوس قزح عند تعرضه للضوء (القزحي).
- بالإضافة إلى قدرته الكبيرة على نقل الكهرباء، فإنه يمتلك أيضا خاصية إنتاج الحرارة، ويمكن تشكيله بسهولة بدون أن يتعرض للكسر.
- من الجدير بالذكر أن النحاس يعتبر أول المعادن التي تم اكتشافها واستخراجها، ويستخدم في العديد من الصناعات.
مفهوم الكثافة
- قبل البدء في فهم مصطلح الكثافة، يجب أن يكون المتعلم على دراية بمفاهيم الحجم والكتلة.
- يجب ملاحظة أن الوحدة المستخدمة لقياسها هي الكيلوغرام، والمساحة التي تشغلها المادة تسمى الحجم ووحدتها المعيارية هي المتر المكعب.
- فعلى الرغم من أن الكثافة هي كتلة المادة بالنسبة لحجمها، فإن كثافة المواد متنوعة.
- وبناء على ذلك، يمكننا تعريف الكثافة بأنها خاصية متعلقة بالمادة، وتشير إلى العلاقة بين كتلة المادة ومساحتها.
- العامل الذي يتحكم في كثافة المادة هو حجم الذرات الموجودة فيها وترتيبها وكتلتها.
- يجب أن نذكر أن الأجسام ذات الأحجام المتساوية، التي تختلف في الكتلة، عادة ما تكون لها كثافات مختلفة.
الكثافة والعوامل المؤثرة بها
هكذا يتوقف معامل الكثافة على الكتلة والحجم، ومن المعروف أنه عند تغير الحجم، فإن الكثافة تتغير بناء على ذلك التغيير في الحجم، وتكون هناك علاقة عكسية بينهما، حيث تقل الكثافة كلما زاد الحجم والعكس صحيح، وتؤثر العديد من العوامل على الكثافة: –
الحرارة
- عند زيادة حرارة أي جسم نتيجة تعرضه لحرارة عالية، تبتعد الجزيئات وتتحرك بعيدا عن بعضها البعض، مما يؤدي إلى زيادة الحجم، وبناء على العلاقة العكسية بين الحجم والكثافة، تقل الكثافة نظرا لزيادة الحجم.
الضغط
- كلما زاد الضغط على الجسيمات واقتربت من بعضها، زادت كثافتها بناء على العلاقة العكسية بين الحجم والضغط والكثافة.
الكثافة واستخداماتها
تكمن أهمية الكثافة واستخداماتها الأساسية في فهم كيفية تفاعل المكونات عند خلطها معا.
كثافة النحاس والحديد
- هكذا يمكن تعبير عن كثافة الحديد تقريبا 7700 كيلوغرام في المتر المكعب
- كثافة الحديد المستخدم في التسليح تبلغ 7850 كيلو جرام/متر مكعب.
- كثافة النحاس تبلغ 8.96 غرام / سم مكعب
الحديد وكيفية استخراجه
يتم استخراج الحديد من خامات الحديد عن طريق أفران الصهر، حيث يتم في داخلها إزالة أكسيد الحديد من خام الهيماتيت، ويتم فصل الحديد وترك الشوائب، ويطلق على هذه العملية اسم الاختزال.
وتلك التفاعلات كالآتي: –
- تتفاعل الكربون مع ثاني أكسيد الكربون تحت تأثير حرارة عالية في الجزء السفلي من الفرن، بهدف إنتاج أول أكسيد الكربون، حيث يعمل الكربون كعامل مختزل في الفرن، ويحدث التفاعل التالي: الكربون + ثاني أكسيد الكربون = اثنين من أكسيد الكربون
- هكذا يتفاعل الكربون مع الهيماتيت في أجزاء الفرن ذات الحرارة العالية، ويهدف ذلك إلى إنتاج الحديد وأول أكسيد الكربون.
- تفاعل الهيماتيت وأول أكسيد الكربون لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والحديد، ويحدث هذا التفاعل.
النحاس وكيفية استخراجه
- يبدأ استخراج النحاس بتحديد مواقعه، وعادة ما تكون هذه المواقع في أعماق الأرض وعلى سطحها.
- عند اكتشاف موقع في سطح الأرض، يتم استخدام عملية الاستخراج السطحي لاستخلاص أكبر كمية من عنصر النحاس.
- وتتم هذه العملية عن طريق تفجير الخام في حفرة كبيرة، ثم يتم استخراج الجزيئات الخام المكسورة للمصانع المتخصصة.
- فإذا كانت خامة النحاس موجودة في أعماق الأرض، فإن عملية استخراجها تختلف، حيث يتم استخراجها عن طريق وضع قضبان عمودية ضخمة بعمق يفوق الكيلومتر.
- الهدف وراء ذلك هو إنشاء أنفاق تمكن من مرور خام النحاس إلى سطح الأرض.
- بعد ذلك، يتم نقلها إلى المصانع المتخصصة لتصنيعها والاستفادة منها.
- وهناك طريقة أخرى لاستخراج عنصر النحاس من باطن الأرض.
- وذلك عن طريق التفجير، ثم نقل المواد الخام التي تم تكسيرها بواسطة التفجير إلى سطح الأرض.
استخدامات الحديد
يدخل الحديد في العديد من الاستخدامات منها ما يلي: –
- بناء المساكن المُسلحة بواسطة الحديد.
- صناعة السيارات.
- الآلات المستخدمة في المصانع.
- بعض الأدوات المنزلية.
- صناعة قضبان السكك الحديدية.
- الكباري والجسور.
- صناعة السفن والبواخر.
- صناعة أنابيب الغاز والماء.
استخدامات النحاس
- صناعة الأسلحة والآلات الحربية وكذلك إصلاحها.
- تصنيع السبائك، وأهمها سبيكة النحاس والزنك، وتحتوي السبيكة على نسبة 65.5% من النحاس، وتستخدم لتغطية الأطباق والملاعق والسكاكين.
- يستخدم لصناعة اللحام.
- طلاء بعض المجوهرات.
- تحليل وصناعة السكر.
- صناعة السبائك المعدنية.
- إنتاج الأسلاك الكهربائية، بسبب قدرتها على إيصال التيار الكهربائي بشكل فعال.
- وصناعة الكابلات الكهربائية.
- صناعة الأقفال والأبواق وكذلك الأجراس.
شاهد أيضًا: معلومات عن كثافة الحديد
الخواص الكيميائية للحديد
الحديد يمتلك خواص كيميائية تشير إلى استجابته للضغط الأحادي والإجهاد، وتلك الخواص هي كالتالي: –
- الصلابة بنسبة ١٤٦ وذلك طبقا لقياس برينل، ١٥٠ طبقا لمقياس فيكيرز، أما حسب مقياس روكويل فيسجل ٧٩، وروكويل أ يسجل ٤٩.
- تسجل المقاومة 540 Mpa
- أما عن نسبة مرونته فهي 200 MPa
الخواص الكيميائية للنحاس
هناك العديد من الخواص الكيميائية للنحاس ومنها ما يلي: –
- وزنه الذري 63.55.
- العدد الذري للنحاس 29.
- يحتل المرتبة الحادية عشرة في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية.
- للنحاس ثمانية وعشرين نظير.
- يعرف النحاس بأنه عنصر انتقالي.
- تحتل الدورة الرابعة وفقا للجدول الدوري للعناصر.
- يتأكسد ويتحول لونه الأخضر الباهت عند تعرضه للهواء أو الماء.
الخواص الفيزيائية للحديد
يتم استعمال الخصائص الفيزيائية لوصف المادة ومراقبتها، ومن خصائص الحديد الفيزيائية التالية: –
- يغلي الحديد عند درجة حرارة 2750 درجة مئوية
- ينصهر عند درجة حرارة 1553 درجة مئوية
- كتلته الذرية 55.845 غرام /مولٍ.
الخواص الفيزيائية للنحاس
يمتاز النحاس بعدة خواص فيزيائية أهمها ما يلي: –
- يغلي النحاس عند درجة حرارة تبلغ 2567 درجة مئوية.
- يتحول إلى سائل عند درجة حرارة 1083.45 درجة مئوية.
- يتميز بقابليته للتشكيل والسحب، بالإضافة إلى مرونته ولونه البني المحمر
- أما نصف القطر الذري يساوي 128 بيكومتر.
- حرارته النوعية 0.385 جول/غرام درجة مئوية.
- طاقة التأين الأولى 745.0 كيلوجول/ مول.
- يكون صلبًا في درجة حرارة الغرفة.
- حرارة التبخر 304.6 كيلو جول/مول.
- رقم باولنغ السالب: – 1.90.
- درجة حرارة ديباي 24 درجة مئوية.
- حالة التأكسد 2,1.
شاهد أيضًا: أهم 20 استخدام لمعدن النحاس في الصناعة
في ختام هذا المقال، قد شرحنا لكم كثافة النحاس والحديد، وبيان الخواص الكيميائية والفيزيائية لكلاهما، وطرق استخراجهما.
