القائمة الرئيسية

الصفحات

   
الحديدFeالكيمياء3ثانوي

https://forms.gle/yYxJG5MSzWm2ejSd9
استخلاص الحديد من خاماته
يقصد به الحصول على الحديد من خاماته فى صور يمكن استخدامه بعدها عملياً
وتمر بثلاث مراحل هى

*تجهيز خامات الحديد
**الاختزال
**إنتاج الحديد

أولاً: تجهيز خامات الحديد:-( تحسين الخواص الفيزيائيةوالميكانيكيةللخامات)
·   الغرض منها:- زيادة نسبة الحديد فى الخام بالتخلص من الشوائب وتحسين الخواص الفيزيائية للخام، وتتم قبل وضع الخام فى أفران استخلاص الحديد.
*تتضمن الخطوات التالية:-
[1] عملية التكسير:-
تحويل الأحجام الكبيرة من الخام إلى أحجام صغيرة حتى يسهل اختزالها.
[2] عملية التلبيد:-
تجميع الخام الناعم إلى حبيبات أكبر فى الحجم ومناسبة لعملية الاختزال.
[3] تنقية الخام وتركيزه:-
ويتم فيها تقليل نسبة الشوائب فى الخام ويتم ذلك بطرق ميكانيكية وفيزيائية,بغرض زيادةنسبة الخام وفصل الشوائب التي تكون مختلطة به أومتحدة معه كيميائيا,وتتم عمليةالتركيزباستخدام خاصيةالتوترالسطحي أوالفصل المغناطيسي أوالكهربي..
 [4] (تحسين الخواص الكيميائية)عملية التحميص:-
تتم بتسخين الخامات بشدة فى تيار من الهواء والغرض منها:-
1-       تجفيف الخام والتخلص من الرطوبة.
2-       رفع نسبة الحديد فى الخام {حتى تصل إلى 69.6 %} بتحويل جميع الخامات إلى أكسيد حديد(III)
→→→FeCO3                         FeO + CO2(g)

→→→4FeO + O2(g)                    2Fe2O3

2Fe2O.3H2O               →→→   2Fe2O3 + 3H2O(g)
3-       أكسدة بعض الشوائب كالكبريت والفسفور :-
S + O2(g)                   →→→       SO2(g)
 →→→
4P + 5O2                                 2P2O5       

حالات التأكسد*تبدأ حالات التأكسد بالظهور بشكل ملفت عند بلوغ العناصر الانتقالية حد الامتلاء الجزئي في المستوى الفرعي d، إذ تصبح هذه العناصر قابلة للإمداد بالإلكترونات خلال حدوث عملية التفاعل الكيميائي، أما فيما يتعلق بعنصر الكالسيوم فيبدأ بفقد أيوناته لأكثر من إلكترونين، أما فيما يتعلق بالعناصر الانتقالية فإنها تفقد خلال التفاعل الكيميائي ما يفوق التسعة إلكترونات ويظهر نتيجة ذلك خلال دراسة المحتوى الحراري للتأيّن لمجموعتي العناصر الانتقالية، ومن الجدير بالذكر فإنه لا يلزم لتحريك أو إفقاد عنصر الكالسيوم لإلكترون واحد لأية طاقة حتى لو تطلب الأمر تحريك الإلكترون من مستواه الفرعي إلى المستوى الخارجي S.
 يشذ التركيب المتوقع لكل من:-(أ) الكروم (24Cr) يكون :         [Ar]3d54s1
                              (ب) النحاس (29Cu) يكون     :        [Ar]3d104s1
*حيث ينتقل إلكترون من (4s) إلى (3d) حتى يكون (3d) نصف ممتلئ فى الكروم وتام الامتلاء فى النحاس ويكون (s)
 نصف ممتلئ وبذلك تكون الذرة أكثر استقراراً.
[2] الذرة تكون أقل طاقة وأكثر استقراراً عندما يكون المستوى الفرعى (d) فى إحدى الحالات الآتية:-
خالى (d0)
نصف ممتلئ (d5)
تام الامتلاء (d10)
Ti 4+, Sc 3+
Mn2+, Fe3+
Zn2+
[3] يسهل أكسدة Fe2+  إلى Fe3+
Fe2+                 فقد إلكترون (أكسدة)                     Fe3+

3d
E
h
h
h
h

غير مستقر لوجود إلكترونين فى حالة ازدواج بينهما تنافر
 

3d
h
h
h
h
h
(3d5) نصف ممتلئ فيكون أكثر استقراراً
 
 





[4] يصعب أكسدة Mn2+ إلى Mn3+

3d
h
h
h
h
h
(3d5) نصف ممتلئ فيكون أكثر استقراراً
 

3d
h
h
h
h

غير مستقر
 
Mn2+               فقد إلكترون (أكسدة)                     Mn3+

*حالات التأكسد:- تتميز بتعدد حالات تأكسدها عن الفلزات العادية وذلك لتقارب 3d, 4s فى الطاقة حيث يفقد إلكترونى (4s) أولاً لأنه أبعد عن النواة ثم يتتابع خروج الإلكترونات من (3d).
 [1] تتدرج زيادة جهود التأين كلما زادت حالة التأكسد ويشذ عن ذلك أيون Sc4+ مما يدل على أنه لا يتكون بسهولة لأن ذلك يتسبب فى كسر مستوى طاقة مكتمل , وذلك علي غرارالعناصرالممثلة كالصوديوم والماغنسيوم والالومنيوم .
 [2] تعطى جميع عناصر السلسلة الانتقالية الأولى حالة التأكسد (+2) ماعدا السكانديوم يعطى (+3) لأن فى هذه الحالة يكون (3d0) فارغاً تماماً من الإلكترونات فيكون أكثر استقراراً.
. Mn7+, Cr4+, V5+, Ti4+, Sc+3       d , S    [3] تعطى أقصى حالات التأكسد عندما تفقد الذرة جميع إلكترونات المستويين
 [4] أعداد التأكسد لا تتعدى رقم المجموعة ماعدا المجموعة (1B) وتشمل عناصر العملة؛ النحاس والفضة والذهب.
[5] عناصر المجموعة (IB) عناصر العملة (النحاس – الفضة – الذهب):-
النحاس   [29Cu]
الفضة   [47Ag]
الذهب [79Au]
[18Ar] 3d10, 4s1
[36Kr] 4d10, 5s1
[54X] 4f14, 5d10, 6s1
**تعتبر عناصر انتقالية لأنها عند التفاعل تفقد الإلكترون العاشر من (d) المنقول إليها أصلاً من (s) فيصبح (d) غير ممتلئ بعد التفاعل أى فى حالة التأكسد (+2) أو (+3)
[6] عناصر المجموعة (IIB) (الخارصين – الكادميوم – الزئبق):-
لا تعتبر عناصر انتقالية لأن المستوى الفرعى (d10) تام الامتلاء سواء فى الحالة الذرية أو فى أى حالة من حالات التأكسد.
*العنصر الانتقالى:-هو العنصر الذى تكون فيه الأوربيتالات (d1-9) أو (f1-13) مشغولة ولكنها غير تامة الامتلاء سواء فى الحالة الذرية أو فى أى حالة من حالات تأكسده.
الخواص العامة للعناصر الانتقالية
[*] جميعها فلزات نموذجية:- لأنها تتميز بالخواص الآتية:-
1- قابلة للطرق والسحب.                           2- لها بريق ولمعان معدنى.
3- جيدة التوصيل للحرارة والكهرباء.   4- تتميز بدرجات انصهار وغليان مرتفعة.
5- ذات كثافة عالية وحجوم صغيرةمتقاربة.    
6- تكون مع بعضها أو مع فلزات غير انتقالية سبائك.
7- هناك تباين في النشاط الكيميائي للعناصرالانتقالية, فالنحاس فلزمحدودالنشاط... , اما الحديد متوسط يصدأعند تعرضه للهواءالرطب...,اما السكانديوم شديدالنشاط حيث يحل محل هيدروجين الماء في تفاعل قوي.
[1]الكتلةالذرية:.تزيدتدريجيا بزيادةالعددالذري,ويشذالنيكل عن ذلك بسبب وجود  5نظائرمستقرة له المتوسط الحسابي لكتلتهاالذرية  58.7u
[2] الحجم الذرى:-  بزيادة العدد الذرى يحدث تناقص بسيط فى نصف قطر الذرة حتى أن أنصاف أقطارها تكاد تكون متقاربة فالعناصر من الكروم إلى النحاس تكون أنصاف أقطارها متقاربة ويرجع ذلك إلى عاملين متضادين هما:-
[أ] العامل الأول:-  يعمل على نقص نصف قطر الذرة؛ وهو زيادة شحنة النواة من عنصر إلى عنصر مما يسبب نقص الحجم الذرى.
[ب] العامل الثانى:-  يعمل على زيادة نصف قطر الذرة؛ وهو زيادة عدد الإلكترونات فى المستوى الفرعى (3d) والذى يؤدى إلى زيادة قوة التنافر مما يسبب زيادة حجم الذرة.
·        تزداد طاقة التأين بنقص نصف القطر وبالتالى يكون من الصعب تأكسد العناصر كلما اتجهنا من اليسار إلى اليمين.
·        عندما تتماثل أنصاف الأقطار الذرية تتشابه العناصر فى الخواص كما فى ثلاثية (الحديد – الكوبلت – النيكل)




 [3] الكثافة:-                                                                                                 
            الكثافة =    ك/ ح
·        تزداد بزيادة العدد الذرى        
·        وحيث أن الحجم الذرى لذرات العناصر الانتقالية تقريباً ثابت فإن الكثافة تزداد بزيادة الكتلة الذرية.
[4] درجة الانصهار والغليان:-
تتميز بارتفاع درجة الانصهار والغليان لوجود إلكترونات مفردة فى (3d, 4s) والتى تكون روابط فلزية تزيد من قوة التجاذب فى الشبكة البلورية للفلز فتحتاج إلى طاقة كبيرة لإبعادها أثناء الانصهار أو الغليان.
[5] الخواص المغناطيسية:-
العناصر الانتقالية وكثير من مركباتها تتجاذب مع المجال المغناطيسى الخارجى ويرجع ذلك لوجود إلكترونات مفردة فى المدار (d)
 وينتج عن حركتها مجالات مغناطيسية تتجاذب مع المجال الخارجى.
**تنقسم العناصر الانتقالية من حيث الخواص المغناطيسية إلى:-
[1] مواد بارامغناطيسية.  [2] مواد دايامغناطيسية.

**وترجع اهمية فلزات السلسلةالانتقاليةالاولي كعوامل حفزالي استخدام الكترونات(3d),(4s)في تكوين روابط بين الجزيئات المتفاعلةوذرات سطح الفلزممايؤدي الي تركيزالمتفاعلات علي سطح الحافزوبالتالي اضعاف الروابط في الجزيئات المتفاعلة,فيقلل ذلك من طاقة التنشيط,وزيادةسرعةالتفاعل.
[7] الايونات الملونة:-                                                
  • تتميز العناصر الانتقالية بأن أيوناتها أو ذراتها ملونة والسبب فى ذلك أن العناصر الانتقالية تحتوى على إلكترونات مفردة فى (3d) سهلة الإثارة حيث تكفى طاقة الضوء المرئى (ألوان الطيف) إلى إثارتها عن طريق امتصاص المادة لبعض هذه الألوان والتى طاقتها تساوى الطاقة اللازمة لهذا المادة.
  • واللون الذى لا يمتص يسمى اللون المتمم والذى يعكس فتراه العين.
اللون الممتص
اللون المتمم
برتقالى
أزرق
أصفر
بنفسجى
أحمر
أخضر
أخضر
 أحمر
  • إذا امتصت المادة اللون الأبيض(الطيف المرئي) فإن العين ترى هذا المادة سوداء.
  • إذا لم تمتص المادة أى لون من ألوان الطيف فإن العين ترى هذه المادة بيضاء.
  • إذا امتصت المادة لون معين من ألوان الطيف ترى هذه المادة باللون المتمم له.
**أمثلة:-
1-            مركبات الكروم (III):- تمتص اللون الأحمر وتترك اللون المتمم له وهو الأخضر فترى العين هذه المركبات خضراء.
2-            مركبات النحاس (II):-تمتص اللون البرتقالى وتترك اللون المتمم له وهو الأزرق.
**المركبات تكون عديم اللون فى الحالات الآتية:-
1-       جميع إلكترونات (d10) مزدوجة.
2-       (d0) فارغة من الإلكترونات.
3-       الإلكترونات المفردة تكون فى مستويات (s) أو (p) فتحتاج لإثارتها طاقة أعلى من طاقة الضوء المرئى.
خامات الحديد، ويعرف خام الحديد بأنّه: كافة المواد الأوليّة التي يصنع منها معدن الحديد، حيث يوجد خام الحديد في الصخور، وبقايا النيازك، وفي الأماكن ذات درجة الحرارة المرتفعة، ويتم استخراج الحديد عن طريق صهره من أجل فصله عن التراب، أو المكونات الصخرية الأخرى.

تعليقات

التنقل السريع