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
- هكذا يصنف الحديد على أنه من العناصر الكيميائية الفلزية، وهو من أقدم المعادن التي اكتشفت على مر العصور، ويرمز له بالرمز fe.
- أما عن عدده الذري فهو يقرب إلى ستة وعشرين، ويحتل الدورة الرابعة من الجدول الدوري للعناصر.
- هكذا لابد من الإشارة إلى أهمية ذلك العنصر للإنسان والحيوان على حدٍ سواء ويرجع ذلك إلى دخوله ضمن مركبات الدم.
- وهو أيضًا ذو أهمية للنباتات كونه يعمل على تكوين مادة الكلوروفيل الضرورية واللازمة لنمو النبات، خلاف ذلك له استخدامات عدة.
شاهد أيضًا: ما هي خواص الحديد
نبذة مختصرة عن النحاس
- هكذا يمتاز النحاس بوفرته في الطبيعة، وهو يندرج ضمن قائمة العناصر الأكثر توافرًا محتلًا المرتبة الخامسة والعشرين.
- ويتواجد النحاس باللونين الأحمر الذهبي وكذلك اللون العاكس لقوس قزح عند تعرضه للضوء(القزحي).
- كما أن له قدرة كبيرة على توصيل الكهرباء إضافة ً إلى الحرارة وهو من السهل تشكيله فهو قابل للطرق من دون تعرضه للكسر.
- الجدير بالذكر أن النحاس يُصنف على أنه أولى المعادن التي تم اكتشافها وكذلك استخراجها، ويدخل في صناعات عدة.
مفهوم الكثافة
- قبل البدء في التعرف على المصطلح الخاص بالكثافة لابد وأن يكون الدارس على دراية بكلًا من مصطلحات الحجم والكتلة.
- علمًا بإن الوحدة المستخدمة لقياس هو الكيلوغرام، أما الحيز الذي تشغله المادة فيطلق عليه الحجم والوحدة القياسية له هي سم مكعب.
- بينما الكثافة هي كتلة المادة استنادًا لوحدة الحجم، لذا فكثافة المواد مختلفة.
- من ذلك يُمكننا تعريف الكثافة بأنها إحدى الخواص المرتبطة بالمادة ويُشار إلى كثافة المادة بالعلاقة الواصلة ما بين الكتلة الخاصة بالمادة ومساحتها.
- أما المُتحكم في تلك الكثافة هو حجم الذرات الموجودة بالمادة وطريقة ترتيبها وكتلتها.
- ولابد من الإشارة إلى أن الأحجام المتساوية والتي تختلف في كتلتها عادةً ما تكون مختلفة الكثافة.
الكثافة والعوامل المؤثرة بها
هكذا تعتمد الكثافة على كلًا من الكتلة والحجم، ومن المتعارف عليه تغير الحجم ومن ثم تتغير الكثافة استنادًا إلى تغيير الحجم، وتربطهما علاقة عكسية، كلما زاد الحجم قلت الكثافة والعكس صحيح، وللكثافة عوامل عدة تتأثر بها: –
الحرارة
- عند زيادة حرارة أي جسم نتاج تعرضه لحرارة شديدة، ففي تلك الحالة تتباعد الجزيئات وتتحرك عن بعضها البعض، فيزداد الحجم، واستنادًا إلى أن الحجم والكثافة تجمعهما علاقة عكسية لذا تقل الكثافة نظرًا لزيادة الحجم.
الضغط
- كلما ازداد الضغط على جزيئات الجسم كلما اقتربت جزيئاته، واستنادًا إلى أن الحجم تربطه علاقة عكسية مع الضغط والكثافة، لذا كلما ازداد الضغط على جزيئات الجسم كلما زادت كثافته، وفيما بين الضغط والكثافة علاقة طردية.
الكثافة واستخداماتها
هكذا تكمن أهمية الكثافة وأولى استخداماتها في معرفة كيفية التفاعل بين المكونات عندما خلطها.
كثافة النحاس والحديد
- هكذا تبلغ كثافة الحديد تقريبًا 7700 كغم/م مكعب
- بينما تبلغ كثافة الحديد المُخصص للتسليح فتبلغ كثافته 7850 كغم/م مكعب.
- أما كثافة النحاس فتبلغ 8.96 غرام /سم مكعب
الحديد وكيفية استخراجه
هكذا يتم استخراج الحديد عن طريق خامات الحديد وذلك عن طريق أفران الصهر، حيث يتم بداخلها إزالة أكسيد الحديد وذلك من للهيماتيت، ويُفصل الحديد ويُترك الحديد، وذلك وفق ما يُطلق عليه الاختزال.
وتلك التفاعلات كالآتي: –
- تفاعل الكربون مع ثاني أكسيد الكربون وذاك بواسطة مصدر حراري مرتفع بالجزء السفلي من الفرن، وذلك بهدف إنتاج أول أكسيد الكربون، فيقوم بدور العامل المختزل بالفرن، فيحدث التفاعل c+co2=2co
- هكذا تفاعل الكربون مع الهيماتيت وذلك في الأجزاء الأشد حرارة بالفرن، وذلك بهدف إنتاج الحديد وأول أكسيد الكربون.
- تفاعل الهيماتيت و أول أكسيد الكربون، وذلك بهدف إنتاج ثاني أكسيد الكربون والحديد، فيحدث التفاعل.
النحاس وكيفية استخراجه
- تكمن أولى خطوات استخراج النحاس في معرفة أماكن تواجده، وهو عادةً ما يكون بأعماق الأرض وكذلك سطحها.
- فإذا اكتشف بموقع في سطح الأرض يتم استخدام عملية الاستخراج السطحي، وذلك لاستخراج أكبر قدر من عنصر النحاس.
- ويتم ذلك عن طريق تفجير الخام من خلال حفرة كبيرة، ومن ثم يتم استخراج الجزيئات الخام المكسورة للمصانع المُتخصصة.
- أما إذا كان النحاس بأعماق الأرض فتكون عملية الاستخراج مختلفة، حيث يتم استخراجه عن طريق وضع قضبان عملاقة عموديًا وتكون لعمق أكثر من كيلومتر.
- والهدف وراء ذلك هو صنع أنفاق تسمح تمرير خام النحاس لأعلى سطح الأرض.
- ثم يتم نقلها إلى المصانع المُختصة لتصنيعها والاستفادة منها.
- وهناك طريقة أخرى لاستخراج عنصر النحاس من باطن الأرض.
- وذلك عن طريق التفجير ومن ثم نقل المواد الخام التي تم تكسيرها بواسطة التفجير إلى أعلى 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.
- صناعة السبائك وأهمها سبيكة النحاس والزنك، وتلك السبيكة يتوافر بها النحاس بنسبة 65.5%، ويتم استخدامها لتغطية الأطباق والملاعق وكذلك السكاكين.
- يستخدم لصناعة اللحام.
- طلاء بعض المجوهرات.
- تحليل وصناعة السكر.
- صناعة السبائك المعدنية.
- صناعة الأسلاك الكهربائية، وذلك لقدرته على توصيل الكهرباء بشكل جيد.
- وصناعة الكابلات الكهربائية.
- صناعة الأقفال والأبواق وكذلك الأجراس.
شاهد أيضًا: معلومات عن كثافة الحديد
الخواص الكيميائية للحديد
يمتلك الحديد عدة خواص كيميائية والتي تُشير إلى كيفية استجابة المادة للضغط الأحادي (باتجاه واحد) وكذلك الإجهاد وتلك الخواص كالتالي: –
- الصلابة بنسبة 146 وذلك طبقًا لقياس برينل، 150طبقًا لمقياس فيكيرز، أما حسب مقياس روكويل فيُسجل 79، وروكويل أ يُسجل 49.
- 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.
- يقع في الترتيب الحادي عشر للجدول الدوري للعناصر الكيميائية.
- للنحاس ثمانية وعشرين نظير.
- يعرف النحاس بأنه عنصر انتقالي.
- يحتل الدورة الرابعة وذلك وفق الجدول الدوري للعناصر.
- يتعرض للتأكسد ويتحول لونه الأخضر الباهت حال تعرضه للهواء أو الماء.
الخواص الفيزيائية للحديد
يتم استخدام الخواص الفيزيائية لوصف المادة ومراقبتها، ومن الخواص الفيزيائية للحديد ما يلي: –
- 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 2567 درجة مئوية.
- ينصهر عند درجة حرارة 1083.45 درجة مئوية.
- يمتاز بقابليته للطرق والسحب إضافةً 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
