الحديد: بالإنكليزية Iron  : هو عنصر كيماوي رمزه Fe ، يوجد في الأرض على شكل فلزات، ورقمه الذري 26، كما عرف الحديد قديمًا باسمه اللاتيني (ferrum)، حيث تم اشتقاق رمز الحديد من هذا الاسم، كما أن الوزن الذري للحديد هو 55.847، وجاذبيته النوعية تساوي 7.874، ودرجة انصهاره تساوي 1535 درجة مئوية، ودرجة غليانه تساوي 2750 درجة مئوية . يأتي في المرتبة الرابعة بين العناصر الكيماوية من حيث الوفرة في القشرة الأرضية بعد الأوكسجين والسيليكون والألمنيوم، فهو ثاني أكثر الفلزات انتشاراً في القشرة الأرضية، وتنتشر خامات الحديد في العديد من المناطق حول العالم. وله استخدامات عديدة في الصناعة والبناء، وتعود كثرة استخدامات الحديد في الصناعة بسبب قابليته للسحب والتطريق.

تاريخ معدن الحديد:

وقد اكتشفه الإنسان قديماً واستخدمه في صناعة ما يلزمه من الأدوات والأسلحة والتمائم والحلي، إلا أن استخدام النحاس والبرونز أقدم، ويعود ذلك إلى أن درجة انصهار الحديد أعلى من درجة انصهار النحاس بحوالي 500 درجة مئوية. كان الحيثيون القدماء في آسيا الصغرى ، تركيا اليوم ، أول من صهر الحديد من خاماته حوالي 1500 قبل الميلاد وهذا المعدن الجديد الأقوى منحهم قوة اقتصادية وسياسية. بدأ العصر الحديدي. كانت بعض أنواع الحديد تتفوق بشكل واضح على أنواع أخرى اعتمادًا على محتواها من الكربون ، على الرغم من أن هذا لم يكن موضع تقدير. احتوى بعض خام الحديد على الفاناديوم الذي ينتج ما يسمى بالفولاذ الدمشقي ، وهو مثالي للسيوف. كان أول من شرح أنواع الحديد المختلفة هو رينيه أنطوان فيرشولت دي ريومور الذي كتب كتابًا عن هذا الموضوع في عام 1722. وقد أوضح هذا كيف يمكن تمييز الفولاذ والحديد المطاوع والحديد الزهر بكمية الفحم (الكربون) احتواها. اعتمدت الثورة الصناعية التي بدأت في نفس القرن بشكل كبير على هذا المعدن.

أنواع الحديد:

1. الحديد النقي الحديد النقي (بالإنجليزية:( Pure iron هو أحد أنواع الحديد والذي يتميز بلونه الأبيض الفضي اللامع، ونادرًا ما يتم إيجاد الحديد النقي في الطبيعة بشكلٍ حر، فعادةً ما يتواجد في خاماته؛ كأكاسيد الهيماتيت والمغنتيت وكربونات الحديد، وجدير بالذكر أن نسبة الكربون في الحديد النقي تتراوح ما بين 0.1 إلى 0.2%، وأقل من 0.5% من الشوائب.
2. حديد الزهر يعرف حديد الزهر (بالإنجليزية cast iron ) أيضًا باسم حديد الصب والحديد الصلب، وهو أحد أنواع السبائك الحديدية، وتختلف خصائص حديد الزهر اعتمادًا على صناعة السبائك والتحكم المرتبط بها في عملية الحرارة والتبريد، وجديرٌ بالذكر أن حديد الزهر يحتوي على نسبة 2% من الكربون، وعلى نسبة تتراوح ما بين 1 إلى 3٪ من عنصر السيليكون.
3. الحديد المطاوع (بالإنجليزية Wrought iron) وهو أحد أنواع الحديد والذي يتم الحصول عليه عن طريق تسخين وإعادة تشكيل حديد الزهر على نحو متكرر، ويحتوي الحديد المطاوع على نسبة أقل من 1% من الكربون، بينما يحتوي على شوائب تتراوح نسبتها ما بين 1 إلى 4% .

استخدامات الحديد في الصناعة:

يدخل عنصر الحديد في العديد من الصناعات والاستخدامات مثل البناء والصناعات الثقيلة والصناعات المنزلية، فيما يلي بعض استخدامات الحديد:

1. البناء: يعد الحديد أحد أكثر العناصر شيوعاً في البناء، وذلك لمقاومته الكبيرة ولرخص ثمنه، فيستخدم الحديد في تدعيم الأبنية ويدخل في إنشاء الخرسانة والبيتون المسلح، كما تصنع العديد من الأثاثات من الحديد كالأبواب والنوافذ والالأسرة والكراسي.
2. الأدوات المنزلية: يستخدم الحديد في صناعة العديد من الأدوات المنزلية كالملاعق والصحون، وهياكل البرادات والغسالات، ومواقد الطبخ.
3. أبراج الكهرباء: الحديد هو العنصر الأهم في صناعة الأبراج المسؤولة عن نقل الطاقة الكهربائية، ويعود انتشار معدن الحديد في صناعة الأبراج إلى توفره ورخص تكلفته، ومن الجدير بالذكر أن بريطانيا وحدها تملك 90000 برج كهرباء حديدي.
4. الجسور: استخدم الحديد منذ القدم في بناء الجسور على الأنهار، كجسر بروكلين الشهير، كما أن هناك بعض المعالم الشهيرة استخدم في الحديد في إنشائها مثل برج إيفل.
5. الأنابيب: يستخدم الحديد في صناعة الأنابيب المخصصة لنقل الماء من الآبار والخزانات الكبيرة إلى المنازل، كما يستخدم في صناعة أنابيب نقل النفط والغاز.

استخدام الحديد في البناء:

كلنا يعلم أن المنشآت الخرسانية تعتمد على عنصرين أساسيين وهما: الحديد و الخرسانة، فالحديد يساعد المنشأة على الاستقامة والحفاظ على توازنه مما يعطيك إمكانية لعمل عدد أدوار أكثر، ولكن لماذا أصبح لزاما علينا استخدام الحديد في المنشآت الخرسانية، بالرغم من أن المنشآت قديماً كانت لا تحتاج للحديد..؟ كما تعلمون الخرسانة هي عبارة عن خليط من الرمل والزلط والإسمنت والماء، تُخلط معا ويحدث بينهم تفاعلات كيميائية بفعل الإسمنت مما يجعله عنصراً صلباً بعد جفافه، ولكن الخرسانة بالرغم من صلابتها فهي لا تتحمل إجهادات الشد.

ما معنى إجهاد الشد؟

تخيل معي أنك تقف على رمل شاطئ مثلاً.. إذا ضغطت على الرمل هل سينكسر؟! بالطبع لا مهما كانت قوة ضغطك عليها.. صحيح. ولكن إذا تناولت قليلاً من الرمل بيدك لأعلى سيتفكك تلقائياً، إذاً الضغط على الرمل هو إجهاد الضغط، ورفعك للرمل بيدك هو إجهاد الشد. الحديد هو العنصر الوحيد في الكون الذى يتحمل إجهادات الشدّ والضغط معاً، فهذا يجعله العنصر المناسب والملائم لهذه العملية، فيمكنك وضع الحديد مع الخرسانة في مناطق إجهادات الضغط العالية فيزيد من قدرة الخرسانة على تحملها، ووضعه في مناطق إجهادات الشد فيتحملها بالكامل ليحمي الخرسانة. يمكننا اختصار أسباب اختيار الحديد في النقاط الآتية:

1. قوة مقاومة الحديد للشد.
2. قوة التماسك بين الحديد والخرسانة.
3. قرب معامل التمدد الحراري للحديد والخرسانة فلا يحدث انفصال بينهم باختلاف درجة الحرارة.