سبيكة تتكون من عنصرين انتقاليين يقعان في نفس الدورة، وتتميز بقدرتها الفائقة على مقاومة التآكل حتى في درجات الحرارة المرتفعة، وتستخدم في ملفات التسخين والأفران الكهربية:

سبيكة الحديد مع المنجنيز

سبيكة النيكل مع الكروم

سبيكة التيتانيوم مع الألومنيوم

سبيكة النحاس مع القصدير

الدرس الثالث: استخلاص الحديد والسبائك – شرح شامل وتدريبات | الكيمياء

نظرة عامة على الدرس والأهداف الوزارية:
يعتبر الحديد عصب الصناعات الثقيلة والحضارة الإنسانية. يوجد الحديد في القشرة الأرضية في صورة خامات طبيعية كالهيماتيت والليمونيت والماجنتيت والسيدريت. ندرس في هذا الدرس مراحل تجهيز خامات الحديد واختزاله في الفرن العالي وفرن مدركس، وإنتاج الصلب، والأنواع الثلاثة للسبائك الصناعية.

🌳 شجرة التصنيفات والمفاهيم الهيكلية (Hierarchy Concept Tree)

خريطة ذهنية هيكلية مستوحاة من أسلوب كبار معلمي الثانوية العامة ونظم التعلم الحديثة لتنظيم استيعاب الطالب قبل الخوض في التفاصيل:

عناصر السلسلة الانتقالية الأولى وتعدين الحديد
├── أولاً: الخواص العامة لعناصر 3d (التوزيع الإلكتروني الشاذ، تعدد حالات التأكسد، الخواص المغناطيسية، النشاط الحفزي، الألوان)
├── ثانياً: تعدين واستخلاص الحديد (تجهيز الخام والتحميص ← الاختزال في الفرن العالي وفرن مدركس ← إنتاج الصلب)
└── ثالثاً: سبائك الحديد وتفاعلات أكاسيده (FeO, Fe2O3, Fe3O4 وسلوكها مع الأحماض المخففة والمركزة)
  

📋 سبورة الأستاذ الذهبية وتريكات الامتحان (The Master Teacher's Blackboard)

أسلوب كبار معلمي الثانوية العامة • يوتيوب

⚡ فقد الإلكترونات في العناصر الانتقالية: يفقد العنصر إلكتروني 4s أولاً ثم يبدأ في فقد إلكترونات 3d بالتتابع؛ لذلك جميع عناصر 3d تفقد 4s أولاً باستثناء النحاس والكروم لشذوذ توزيعهما.
⚡ أقصى حالة تأكسد: لا تتعدى رقم المجموعة باستثناء فلزات العملة (المجموعة 1B: Cu, Ag, Au) التي تعطي حالات تأكسد +2 و +3.
⚡ تفاعلات الحديد مع الأحماض: الحديد مع الأحماض المخففة يعطي أملاح حديد II وغاز الهيدروجين (الهيدروجين المتصاعد عامل مختزل قوي يمنع تكون حديد III).
⚡ ظاهرة الخمول الكيميائي: حمض النيتريك المركز يسبب خمولاً كيميائياً للحديد لتكون طبقة أكسيد رقيقة ميكروسكوبية غير مسامية تحميه من استمرار التفاعل.

01 أولًا: خامات الحديد وتجهيز الخام (Ore Dressing)

الخام	الاسم الكيميائي والصيغة	اللون والخواص	نسبة الحديد
الهيماتيت (Hematite)	أكسيد الحديد III (Fe₂O₃)	أحمر داكن، سهل الاختزال، أفضل خامات الحديد	50% - 60%
الليمونيت (Limonite)	أكسيد حديد III متهدرت (2Fe₂O₃ · 3H₂O)	أصفر، سهل الاختزال	20% - 60%
الماجنتيت (Magnetite)	أكسيد الحديد المغناطيسي (Fe₃O₄)	أسود، له خواص مغناطيسية قوية	45% - 70%
السيدريت (Siderite)	كربونات الحديد II (FeCO₃)	رمادي مصفر، سهل الاختزال	30% - 42%

مراحل تجهيز خامات الحديد:

تحسين الخواص الفيزيائية والميكانيكية:
- التكسير: طحن الكتل الصخرية الكبيرة لأحجام مناسبة لعمليات الاختزال.
- التلبيد (Sintering): تجميع الحبيبات الناعمة الناتجة عن التكسير وغازات الأفران لكتل ذات أحجام متجانسة تناسب الأفران.
- التركيز: فصل الشوائب وزيادة نسبة الحديد باستخدام خاصية التوتر السطحي، أو الفصل المغناطيسي، أو الكهربي.
تحسين الخواص الكيميائية (التحميص Roasting): تسخين الخام بشدة في الهواء بهدف:
- تجفيف الخام وطرد الرطوبة والتخلص من الماء: تحويل الليمونيت لهيماتيت أحمر جاف: 2Fe₂O₃·3H₂O → 2Fe₂O₃ + 3H₂O. وتحويل السيدريت: FeCO₃ → FeO + CO₂ ثم يتأكسد FeO بسرعة في الهواء: 4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃. فتزداد نسبة الحديد من 38.5% إلى 69.6%.
- أكسدة الشوائب الضارة وتحويلها لغازات متطايرة: أكسدة الكبريت: S + O₂ → SO₂↑، وأكسدة الفسفور: 4P + 5O₂ → 2P₂O₅↑.

02 ثانيًا: اختزال خامات الحديد (الفرن العالي وفرن مدركس)

وجه المقارنة	الفرن العالي (Blast Furnace)	فرن مدركس (Midrex Furnace)
العامل المختزل	غاز أول أكسيد الكربون (CO)	الغاز المائي (خليط من CO و H₂)
مصدر العامل المختزل	فحم الكوك (C)	الغاز الطبيعي الميثان (CH₄) بنسبة 93%
معادلة تحضير العامل المختزل	C + O₂ → CO₂ CO₂ + C → 2CO	2CH₄ + CO₂ + H₂O → 3CO + 5H₂
معادلة الاختزال للخام	Fe₂O₃ + 3CO (أعلى من 700°س) → 2Fe + 3CO₂↑	2Fe₂O₃ + 3CO + 3H₂ → 4Fe + 3CO₂↑ + 3H₂O↑
نوع الحديد الناتج	حديد غفل (حديد زهر) سائل	حديد إسفنجي صلب عالي النقاوة

03 ثالثًا: إنتاج الصلب وأنواع السبائك الثلاثة (Alloys)

إنتاج الحديد والصلب: يُنقى الحديد الناتج من الأفران وتُزال الشوائب المتبقية وتُضاف عناصر مرغوبة (كالكربون والمنجنيز) في أفران الإنتاج: المحول الأكسجيني، الفرن المفتوح، أو الفرن الكهربي.

أنواع السبائك الصناعية الثلاثة:

نوع السبيكة	طريقة التكوين والشرط الذري	أهم الأمثلة النموذجية
1. السبيكة البينية (Interstitial)	يحتوي الفلز النقي (كالحديد) على شبكة بلورية بها مسافات بينية؛ وعند الطرق تنزلق طبقات الذرات. فإذا أُدخلت ذرات فلز آخر أصغر حجماً (مثل الكربون) في المسافات البينية تعيق انزلاق الطبقات فتزداد صلابة الفلز وتتغير خواصه (الصلابة، التوصيل الكهربي والمغناطيسي).	الحديد الصلب (سبيكة بينية من الحديد والكربون غير المتحد كيميائياً).
2. السبيكة الاستبدالية (Substitutional)	تُستبدل بعض ذرات الفلز الأصلي بذرات فلز آخر. شروطها: أن يتفق الفلزان في: نصف القطر الذري (الحجم)، الشكل البلوري، والخواص الكيميائية.	• سبيكة الحديد والكروم (الصلب الذي لا يصدأ - الإستانلس ستيل). • سبيكة الحديد والنيكل. • سبيكة الذهب والنحاس.
3. سبيكة المركبات البينفلزية (Intermetallic)	تتحد العناصر المكونة للسبيكة اتحاداً كيميائياً لتكون مركبات كيميائية صلبة جديدة؛ تتميز بأن صيغتها الكيميائية لا تخضع لقوانين التكافؤ المعروفة، وتقع عناصرها في مجموعات مختلفة من الجدول الدوري وليست في مجموعة واحدة.	• سبيكة السيمنتيت (Fe₃C) كربيد الحديد الصلب المقاوم للكسر. • سبيكة الديورألومين (ألومنيوم-نيكل، أو ألومنيوم-نحاس). • سبيكة الرصاص والذهب (Au₂Pb).

⚠️ فخاخ وزارية شائعة ونقاط دقيقة في الامتحانات 2026/2027

الخلط في وحدات القياس: انتبه دائماً إلى تحويل الوحدات الدولية القياسية قبل التعويض في القوانين.
قراءة السؤال حتى الكلمة الأخيرة: احذر من كلمات النفي والاستثناء مثل (عدا، ما عدا، ليس من، لا ينطبق).
التمييز بين النتيجة والسبب: فسر الظواهر بناءً على الأساس العلمي المباشر ولا تكتفِ بالوصف السطحي.

💡 الكبسولة الذهبية للمراجعة المركزة ليلة الامتحان

تم استخلاص وتكثيف نواتج التعلم في هذا الدرس لتمكين الطالب من تثبيت المفاهيم البنيوية الأساسية وحل الأسئلة المدمجة متعددة المستويات في أقل من دقيقة لكل سؤال.

تحدَّ نفسك: تقييمات وزارية تفاعلية على هذا الدرس

أسئلة تفاعلية حصرية على نمط الاختبار الوزاري 2026/2027 مبنية على محتوى هذا الدرس فقط، مع التفسير العلمي وسبب صحة أو خطأ كل خيار.

سؤال وزاري تطبيقي

العامل المختزل المستخدم في اختزال خام الهيماتيت داخل فرن مدركس هو:

سؤال وزاري تطبيقي

سبيكة السيمنتيت (Fe3C) تُصنف من الناحية الكيميائية والفيزيائية على أنها سبيكة:

سؤال وزاري تطبيقي

العملية الفيزيائية التي يتم فيها تجميع دقائق خام الحديد الناعمة الناتجة عن عمليات التكسير وغازات الأفران تسمى عملية:

سؤال وزاري تطبيقي

الهدف الأساسي من عملية تحميص خام الليمونيت في الهواء هو:

سؤال وزاري تطبيقي

عنصر انتقالي رئيسي (X) يقع في السلسلة الانتقالية الأولى، يمتلك في حالته الذرية أعلى عزم مغناطيسي بين جميع عناصر السلسلة. ما هو التركيب الإلكتروني لأيون هذا العنصر في حالة تأكسده (+3)؟

هل أنت جاهز لخوض الاختبار الوزاري الكامل وبنك الـ 300 سؤال؟

اختبر استيعابك الشامل مع المؤقت الزمني وحساب الدرجات والمراجعة التفصيلية لكل سؤال.

🚀 ابدأ بنك الأسئلة الشامل (300+ سؤال) الآن