حديد

الحديد  ₂₆​

حديد
نطق	/ ˈaɪərn /​​​​
الأشكال المتآصلة	انظر أشكال الحديد
مظهر	لامع معدني مع مسحة رمادية
الوزن الذري القياسي A r °(Fe)
	55.845 ± 0.002 [1] 55.845 ± 0.002  ( مختصر ) [2]
الحديد في الجدول الدوري
هيدروجين الهيليوم الليثيوم البريليوم البورون الكربون نتروجين الأكسجين الفلور نيون الصوديوم المغنيسيوم الألومنيوم السيليكون الفوسفور الكبريت الكلور الأرجون البوتاسيوم الكالسيوم سكانديوم التيتانيوم الفاناديوم الكروم المنغنيز حديد الكوبالت النيكل نحاس الزنك الجاليوم الجرمانيوم الزرنيخ السيلينيوم البروم كريبتون الروبيديوم السترونشيوم الإيتريوم الزركونيوم النيوبيوم الموليبدينوم تكنيشيوم الروثينيوم الروديوم البلاديوم فضي الكادميوم إنديوم القصدير الأنتيمون التيلوريوم اليود زينون السيزيوم الباريوم اللانثانوم السيريوم براسيوديميوم نيوديميوم بروميثيوم الساماريوم اليوروبيوم الغادولينيوم التربيوم الديسبروسيوم هولميوم الإربيوم الثوليوم الإيتربيوم اللوتيتيوم الهافنيوم التنتالوم التنغستن رينيوم الأوزميوم الإيريديوم البلاتين ذهب الزئبق (عنصر) الثاليوم يقود البزموت البولونيوم استاتين رادون الفرانسيوم الراديوم الأكتينيوم الثوريوم بروتكتينيوم اليورانيوم النبتونيوم البلوتونيوم الأمريسيوم كوريوم بِركيليوم كاليفورنيوم أينشتاينيوم فيرميوم مندليفيوم نوبليوم اللورنسيوم رذرفورديوم الدبنيوم سيبورجيوم بوريوم هاسيوم مايتنيريوم دارمشتاديوم رونتجينيوم كوبرنيسيوم النيهونيوم فليروفيوم موسكوفيوم ليفرموريوم تينيسي أوجانيسون – ↑ Fe ↓ Ru المنغنيز ← الحديد → الكوبالت
العدد الذري ( Z )	26
مجموعة	المجموعة 8
فترة	الفترة 4
حاجز	كتلة د
التوزيع الالكتروني	[ Ar ] 3د 6 4ث 2
عدد الالكترونات في كل غلاف	2، 8، 14، 2
الخصائص الفيزيائية
المرحلة في  STP	صلب
نقطة الانصهار	1811  كلفن (1538 درجة مئوية، 2800 درجة فهرنهايت)
نقطة الغليان	3134 كلفن (2861 درجة مئوية، 5182 درجة فهرنهايت)
الكثافة (عند 20 درجة مئوية)	7.874 جرام/سم 3  [3]
عندما يكون السائل (عند  mp )	6.98 جرام/سم 3
حرارة الانصهار	13.81  كيلوجول/مول
حرارة التبخير	340 كيلوجول/مول
السعة الحرارية المولية	25.10 جول/(مول·ك)
ضغط البخار ب  (با) 1 10 100 1 ك 10 كيلو 100 ك عند  T  (ك) 1728 1890 2091 2346 2679 3132
الخصائص الذرية
حالات الأكسدة	مشترك: +2، +3 −4، ؟ −2، [4] −1، [4] 0، ؟ +1، [5] +4، [4] +5، [6] +6، [4] +7 [7]
السالبية الكهربية	مقياس بولينج: 1.83
طاقات التأين	الأول: 762.5 كيلوجول/مول 2: 1561.9 كيلوجول/مول 3: 2957 كيلوجول/مول ( أكثر )
نصف القطر الذري	تجريبي: 126  م
نصف القطر التساهمي	دوران منخفض: 132±3 مساءً دوران مرتفع: 152±6 مساءً
دائرة فان دير فالس	194 [1] مساءً
الخطوط الطيفية للحديد
خصائص أخرى
حدوث طبيعي	بدائي
البنية البلورية	α-Fe: مكعب مركز الجسم (bcc) ( cI2 )
ثابت الشبكة	أ  = 286.65 بيكومتر (عند 20 درجة مئوية) [3]
البنية البلورية	γ-Fe (912–1394 درجة مئوية): مكعب مركز الوجه (fcc) ( cF4 )
ثابت الشبكة	أ  = 364.68 بيكومتر (عند 916 درجة مئوية) [8]
التمدد الحراري	12.07 × 10 −6 /ك (عند 20 درجة مئوية) [3]
الموصلية الحرارية	80.4 واط/(م⋅ك)
المقاومة الكهربائية	96.1 نانو أوم⋅متر (عند 20 درجة مئوية)
نقطة كوري	1043 ك
الطلب المغناطيسي	مغناطيسي حديدي
معامل يونغ	211 جيجاباسكال
معامل القص	82 جيجاباسكال
وحدة الحجم	170 جيجا باسكال
سرعة الصوت قضيب رفيع	5120 متر/ثانية (عند  درجة حرارة الغرفة ) (كهربائيا)
نسبة بواسون	0.29
صلابة موس	4
صلابة فيكرز	608 ميجا باسكال
صلابة برينيل	200–1180 ميجا باسكال
رقم CAS	7439-89-6
تاريخ
اكتشاف	قبل 5000 قبل الميلاد
رمز	"Fe": من الكلمة اللاتينية ferrum
نظائر الحديد ف هـ
النظائر الرئيسية [9] فساد وفرة نصف العمر ( t 1/2 ) وضع منتج 54 في 5.85% مستقر 55 في مُصنِّع 2.73 سنة ي 55 مليون 56 في 91.8% مستقر 57 في 2.12% مستقر 58 في 0.28% مستقر 59 في مُصنِّع 44.6 د β − 59 كو 60 في يتعقب 2.6 × 10 6  سنة β − 60 كو
الفئة: الحديد منظر يتحدث يحرر | المراجع

الحديد عنصر كيميائي ، رمزه Fe (من اللاتينية ferrum  "حديد") والعدد الذري 26. وهو معدن ينتمي إلى السلسلة الانتقالية الأولى والمجموعة 8 من الجدول الدوري . وهو من حيث الكتلة، العنصر الأكثر شيوعًا على الأرض ، ويشكل جزءًا كبيرًا من اللب الخارجي والداخلي للأرض . وهو رابع أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض ، حيث ترسبت بشكل أساسي بواسطة النيازك في حالتها المعدنية.

يتطلب استخراج المعدن القابل للاستخدام من خامات الحديد أفرانًا أو أفرانًا قادرة على الوصول إلى 1500 درجة مئوية (2730 درجة فهرنهايت)، أي حوالي 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت) أعلى من تلك المطلوبة لصهر النحاس . بدأ البشر في إتقان هذه العملية في أوراسيا خلال الألفية الثانية قبل الميلاد وبدأ استخدام الأدوات والأسلحة الحديدية في إزاحة سبائك النحاس - في بعض المناطق، حوالي عام 1200 قبل الميلاد فقط. يُعتبر هذا الحدث بمثابة الانتقال من العصر البرونزي إلى العصر الحديدي . في العالم الحديث ، تعد سبائك الحديد ، مثل الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ والحديد الزهر والفولاذ الخاص ، أكثر المعادن الصناعية شيوعًا، نظرًا لخصائصها الميكانيكية وتكلفتها المنخفضة. وبالتالي فإن صناعة الحديد والصلب مهمة جدًا اقتصاديًا، والحديد هو أرخص معدن، حيث يبلغ سعره بضعة دولارات للكيلوغرام أو الرطل.

الأسطح الحديدية النقية الناعمة والناعمة هي عبارة عن أسطح فضية رمادية تشبه المرآة. يتفاعل الحديد بسهولة مع الأكسجين والماء لإنتاج أكاسيد الحديد المائية ذات اللون البني إلى الأسود ، والمعروفة باسم الصدأ . وعلى عكس أكاسيد بعض المعادن الأخرى التي تشكل طبقات سلبية ، يشغل الصدأ حجمًا أكبر من المعدن وبالتالي يتقشر، مما يعرض المزيد من الأسطح الطازجة للتآكل. كيميائيًا، فإن أكثر حالات الأكسدة شيوعًا للحديد هي الحديد (II) والحديد (III) . يشترك الحديد في العديد من خصائص المعادن الانتقالية الأخرى، بما في ذلك عناصر المجموعة 8 الأخرى ، الروثينيوم والأوزميوم . يشكل الحديد مركبات في مجموعة واسعة من حالات الأكسدة ، من -4 إلى +7 . يشكل الحديد أيضًا العديد من المركبات التناسقية ؛ بعضها، مثل الفيروسين والفيروكسالات والأزرق البروسي ، لها تطبيقات صناعية أو طبية أو بحثية كبيرة.

يحتوي جسم الإنسان البالغ على حوالي 4 جرام (0.005٪ من وزن الجسم) من الحديد، معظمها في الهيموجلوبين والميوجلوبين . يلعب هذان البروتينان دورًا أساسيًا في نقل الأكسجين عن طريق الدم وتخزين الأكسجين في العضلات . للحفاظ على المستويات اللازمة، يتطلب أيض الحديد البشري الحد الأدنى من الحديد في النظام الغذائي. الحديد هو أيضًا المعدن الموجود في الموقع النشط للعديد من إنزيمات الأكسدة والاختزال المهمة التي تتعامل مع التنفس الخلوي والأكسدة والاختزال في النباتات والحيوانات. ^[10]

من المعروف أن هناك على الأقل أربعة أشكال متآصلة للحديد (ترتيبات ذرية مختلفة في المادة الصلبة)، يشار إليها تقليديًا بـ α و γ و δ و ε .

تُلاحظ الأشكال الثلاثة الأولى عند ضغوط عادية. عندما يبرد الحديد المنصهر إلى ما بعد نقطة تجمده البالغة 1538 درجة مئوية، يتبلور إلى شكله المتآصل δ، الذي له بنية بلورية مكعبة مركزية الجسم (bcc) . عندما يبرد أكثر إلى 1394 درجة مئوية، يتغير إلى شكله المتآصل γ-iron، وهو بنية بلورية مكعبة مركزية الوجه (fcc)، أو الأوستينيت . عند 912 درجة مئوية وما دون، يصبح الهيكل البلوري مرة أخرى شكله المتآصل α-iron bcc. ^[11]

تمت دراسة الخصائص الفيزيائية للحديد عند ضغوط ودرجات حرارة عالية جدًا على نطاق واسع أيضًا، ^{[12] [13]} بسبب أهميتها للنظريات حول نوى الأرض والكواكب الأخرى. فوق ما يقرب من 10 جيجا باسكال ودرجات حرارة بضع مئات من كلفن أو أقل، يتغير الحديد ألفا إلى بنية أخرى سداسية مضغوطة (hcp)، والتي تُعرف أيضًا باسم الحديد ε . تتغير أيضًا مرحلة γ ذات درجة الحرارة الأعلى إلى الحديد ε، ولكنها تفعل ذلك عند ضغط أعلى.

توجد بعض الأدلة التجريبية المثيرة للجدل على وجود طور بيتا مستقر عند ضغوط أعلى من 50 جيجاباسكال ودرجات حرارة لا تقل عن 1500 كلفن. من المفترض أن يكون له بنية معينة أو بنية مزدوجة ذات معامل شد مرتفع. ^[14] (من المربك أن مصطلح "حديد بيتا" يستخدم أحيانًا أيضًا للإشارة إلى حديد ألفا فوق نقطة كوري، عندما يتغير من كونه مغناطيسيًا حديديًا إلى مغناطيسيًا بارامغنطيسيا، على الرغم من أن بنيته البلورية لم تتغير. ^[11] )

من المفترض عمومًا أن النواة الداخلية للأرض تتكون من سبيكة من الحديد والنيكل ذات بنية ε (أو β). ^[15]

إن نقاط انصهار وغليان الحديد، جنبًا إلى جنب مع المحتوى الحراري للذرات ، أقل من تلك الخاصة بعناصر 3d السابقة من السكانديوم إلى الكروم ، مما يُظهر المساهمة الأقل لإلكترونات 3d في الرابطة المعدنية حيث تنجذب أكثر فأكثر إلى النواة الخاملة بواسطة النواة؛ ^[16] ومع ذلك، فهي أعلى من قيم العنصر السابق المنغنيز لأن هذا العنصر يحتوي على غلاف فرعي 3d نصف ممتلئ وبالتالي فإن إلكترونات d الخاصة به لا يمكن إزاحتها بسهولة. يظهر نفس الاتجاه بالنسبة للروثينيوم ولكن ليس الأوزميوم . ^[17]

تم تحديد نقطة انصهار الحديد تجريبياً بشكل جيد عند ضغوط أقل من 50 جيجاباسكال. أما بالنسبة للضغوط الأعلى، فإن البيانات المنشورة (حتى عام 2007) لا تزال تختلف بعشرات الجيجا باسكال وأكثر من ألف كلفن. ^[18]

تحت نقطة كوري 770 درجة مئوية (1420 درجة فهرنهايت؛ 1040 كلفن)، يتغير الحديد ألفا من مغناطيسي إلى مغناطيسي حديدي : حيث تتوافق دورانات الإلكترونات غير المقترنة في كل ذرة بشكل عام مع دورانات جيرانها، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا عامًا . ^[20] يحدث هذا لأن مدارات هذين الإلكترونين (d _{z ²} و d _{x ² − y ²} ) لا تشير إلى الذرات المجاورة في الشبكة، وبالتالي لا تشارك في الرابطة المعدنية. ^[11]

في حالة عدم وجود مصدر خارجي للمجال المغناطيسي، تنقسم الذرات تلقائيًا إلى مجالات مغناطيسية ، يبلغ عرضها حوالي 10 ميكرومتر، ^[21] بحيث يكون للذرات في كل مجال دورانات متوازية، ولكن بعض المجالات لها اتجاهات أخرى. وبالتالي فإن قطعة الحديد العيانية سيكون لها مجال مغناطيسي كلي يقارب الصفر.

يؤدي تطبيق مجال مغناطيسي خارجي إلى نمو المجالات المغناطيسية في نفس الاتجاه العام على حساب المجالات المجاورة التي تشير إلى اتجاهات أخرى، مما يعزز المجال الخارجي. يتم استغلال هذا التأثير في الأجهزة التي تحتاج إلى توجيه المجالات المغناطيسية لتحقيق وظيفة التصميم، مثل المحولات الكهربائية ورؤوس التسجيل المغناطيسي والمحركات الكهربائية . يمكن للشوائب أو عيوب الشبكة أو حدود الحبيبات والجسيمات "تثبيت" المجالات في المواضع الجديدة، بحيث يستمر التأثير حتى بعد إزالة المجال الخارجي - وبالتالي تحويل الجسم الحديدي إلى مغناطيس (دائم) . ^[20]

يُظهِر بعض مركبات الحديد سلوكًا مشابهًا، مثل الفريتات بما في ذلك معدن المغنتيت ، _وهو شكل بلوري من أكسيد الحديد المختلط (II,III) _Fe3O4 ( على الرغم من أن آلية المقياس الذري، الفريمغنطيسية ، مختلفة إلى حد ما). وفرت قطع المغنتيت ذات المغناطيسية الدائمة الطبيعية ( أحجار المغناطيس ) أقدم البوصلات للملاحة. استُخدمت جزيئات المغنتيت على نطاق واسع في وسائط التسجيل المغناطيسي مثل الذواكر الأساسية والأشرطة المغناطيسية والأقراص المرنة والأقراص ، حتى تم استبدالها بمواد تعتمد على الكوبالت .

يحتوي الحديد على أربعة نظائر مستقرة : ⁵⁴ Fe (5.845٪ من الحديد الطبيعي)، ⁵⁶ Fe (91.754٪)، ⁵⁷ Fe (2.119٪) و ⁵⁸ Fe (0.282٪). كما تم إنشاء أربعة وعشرين نظيرًا اصطناعيًا. من بين هذه النظائر المستقرة، فقط ⁵⁷ Fe له دوران نووي (− 1 ⁄ 2 ). من الناحية النظرية، يمكن لنواة ^{54 Fe أن تخضع} لالتقاط الإلكترون المزدوج إلى ⁵⁴ Cr، لكن العملية لم تتم ملاحظتها مطلقًا ولم يتم تحديد سوى حد أدنى لنصف العمر وهو 4.4 × 10 ²⁰ عامًا. ^[22]

⁶⁰ Fe هو نويدة مشعة منقرضة ذات عمر نصف طويل (2.6 مليون سنة). ^[23] لا يوجد على الأرض، ولكن منتج تحلله النهائي هو حفيدته، النويدة المستقرة ⁶⁰ Ni . ^[9] ركز الكثير من العمل السابق على التركيب النظيري للحديد على التخليق النووي لـ ⁶⁰ Fe من خلال دراسات النيازك وتكوين الخام. في العقد الماضي، سمحت التطورات في مطيافية الكتلة باكتشاف وتقدير الاختلافات الدقيقة التي تحدث بشكل طبيعي في نسب النظائر المستقرة للحديد. يتم دفع الكثير من هذا العمل من قبل مجتمعات علوم الأرض والكواكب ، على الرغم من ظهور تطبيقات للأنظمة البيولوجية والصناعية. ^[24]

في مراحل النيازك Semarkona و Chervony Kut، قدم الارتباط بين تركيز ⁶⁰ Ni، حفيدة ⁶⁰ Fe، ووفرة نظائر الحديد المستقرة دليلاً على وجود ⁶⁰ Fe في وقت تكوين النظام الشمسي . ربما ساهمت الطاقة المنبعثة من تحلل ⁶⁰ Fe، إلى جانب تلك المنبعثة من 26 ^Al ، في إعادة ذوبان الكويكبات وتمايزها بعد تكوينها منذ 4.6 مليار سنة. قد تؤدي وفرة ⁶⁰ Ni الموجودة في المواد خارج الأرض إلى مزيد من التبصر في أصل وتاريخ النظام الشمسي المبكر . ^[25]

يعتبر نظير الحديد الأكثر وفرة ⁵⁶ Fe ذا أهمية خاصة لعلماء الذرة لأنه يمثل النقطة النهائية الأكثر شيوعًا للتخليق النووي . ^[26] نظرًا لأن ⁵⁶ Ni (14 جسيمًا ألفا ) يتم إنتاجه بسهولة من نوى أخف في عملية ألفا في التفاعلات النووية في المستعرات الأعظمية (انظر عملية حرق السيليكون )، فهو النقطة النهائية لسلاسل الاندماج داخل النجوم الضخمة للغاية . على الرغم من إمكانية إضافة المزيد من جسيمات ألفا، إلا أن التسلسل ينتهي فعليًا عند ⁵⁶ Ni لأن الظروف في باطن النجوم تسبب المنافسة بين التفكك الضوئي وعملية ألفا لصالح التفكك الضوئي حول ⁵⁶ Ni. ^{[27] [28] يتم إنشاء 56} Ni هذا ، الذي يبلغ نصف عمره حوالي 6 أيام، بكميات كبيرة في هذه النجوم، ولكنه يتحلل قريبًا عن طريق انبعاثين متتاليين للبوزيترون داخل منتجات تحلل المستعر الأعظم في سحابة غاز بقايا المستعر الأعظم ، أولاً إلى ⁵⁶ Co المشع، ثم إلى ⁵⁶ Fe المستقر. على هذا النحو، فإن الحديد هو العنصر الأكثر وفرة في قلب العمالقة الحمراء ، وهو المعدن الأكثر وفرة في النيازك الحديدية وفي النوى المعدنية الكثيفة للكواكب مثل الأرض . ^[29] كما أنه شائع جدًا في الكون، نسبة إلى المعادن المستقرة الأخرى التي لها نفس الوزن الذري تقريبًا . ^{[29] [30]} الحديد هو سادس أكثر العناصر وفرة في الكون ، وأكثر العناصر المقاومة للحرارة شيوعًا . ^[31]

على الرغم من إمكانية استخراج مكسب طاقة ضئيل آخر عن طريق تصنيع ^62Ni ، الذي يتمتع بطاقة ربط أعلى قليلاً من ^56Fe ، إلا أن الظروف في النجوم غير مناسبة لهذه العملية. يفضل إنتاج العناصر في المستعرات العظمى الحديد على النيكل بشكل كبير، وفي كل الأحوال، لا يزال ^56Fe له كتلة أقل لكل نوكليون من ^62Ni بسبب نسبة أعلى من البروتونات الأخف. ^[32] وبالتالي، تتطلب العناصر الأثقل من الحديد مستعرًا أعظم لتكوينها، مما ينطوي على التقاط النيوترونات بسرعة عن طريق بدء نوى ^{56Fe . [29]}

في المستقبل البعيد للكون، بافتراض عدم حدوث تحلل البروتون ، فإن الاندماج البارد الذي يحدث عبر النفق الكمومي من شأنه أن يتسبب في اندماج النوى الخفيفة في المادة العادية إلى نوى Fe ^56. ومن شأن الانشطار وانبعاث جسيمات ألفا أن يتسببا بعد ذلك في تحلل النوى الثقيلة إلى الحديد، وتحويل جميع الأجسام ذات الكتلة النجمية إلى كرات باردة من الحديد النقي. ^[33]

ترجع وفرة الحديد في الكواكب الصخرية مثل الأرض إلى إنتاجه الوفير أثناء الاندماج الجامح وانفجار المستعرات العظمى من النوع Ia ، والتي تبعثر الحديد في الفضاء. ^{[34] [35]}

نادرًا ما يوجد الحديد المعدني أو الحديد الطبيعي على سطح الأرض لأنه يميل إلى الأكسدة. ومع ذلك، يُعتقد أن كل من النواة الداخلية والخارجية للأرض، والتي تمثل معًا 35٪ من كتلة الأرض بأكملها، تتكون إلى حد كبير من سبيكة حديد، ربما مع النيكل . يُعتقد أن التيارات الكهربائية في النواة الخارجية السائلة هي أصل المجال المغناطيسي للأرض . يُعتقد أن الكواكب الأرضية الأخرى ( عطارد والزهرة والمريخ ) بالإضافة إلى القمر لها نواة معدنية تتكون في الغالب من الحديد. يُعتقد أيضًا أن الكويكبات من النوع M تتكون جزئيًا أو كليًا من سبيكة حديد معدنية.

النيازك الحديدية النادرة هي الشكل الرئيسي للحديد المعدني الطبيعي على سطح الأرض. تم العثور على عناصر مصنوعة من الحديد النيزكي المعالج بالبرودة في مواقع أثرية مختلفة يرجع تاريخها إلى وقت لم يكن فيه صهر الحديد قد تم تطويره بعد؛ وقد ورد أن الإنويت في جرينلاند يستخدمون الحديد من نيزك كيب يورك للأدوات وأسلحة الصيد. ^[36] يتكون حوالي 1 من كل 20 نيزكًا من معادن الحديد والنيكل الفريدة التينيت (35-80٪ حديد) والكاماسيت (90-95٪ حديد). ^[37] نادرًا ما يوجد الحديد الأصلي أيضًا في البازلت الذي تشكل من الصهارة التي تلامست مع الصخور الرسوبية الغنية بالكربون، والتي قللت من هروب الأكسجين بدرجة كافية لتبلور الحديد. يُعرف هذا بالحديد الأرضي ويتم وصفه من عدد قليل من المواقع، مثل جزيرة ديسكو في غرب جرينلاند، وياكوتيا في روسيا وبوهل في ألمانيا. ^[38]

فيروبيريكلاز (Mg,Fe)O ، وهو محلول صلب من البيريكليز (MgO) والوستيت (FeO)، يشكل حوالي 20٪ من حجم الوشاح السفلي للأرض، مما يجعله ثاني أكثر المراحل المعدنية وفرة في تلك المنطقة بعد سيليكات البيروفسكايت (Mg,Fe)SiO3 _؛ كما أنه المضيف الرئيسي للحديد في الوشاح السفلي. ^[39] في الجزء السفلي من منطقة انتقال الوشاح، يحول التفاعل γ- (Mg,Fe) ₂ [SiO4 _] ↔ (Mg,Fe)[SiO3 _] + (Mg,Fe)O γ- أوليفين إلى خليط من سيليكات البيروفسكايت والفيروبيريكليز والعكس صحيح. في الأدبيات، غالبًا ما يُطلق على هذه المرحلة المعدنية من الوشاح السفلي أيضًا اسم ماغنيسيووستيت. ^{[40] قد يشكل} سيليكات البيروفسكايت ما يصل إلى 93٪ من الوشاح السفلي، ^[41] ويعتبر شكل الحديد المغنيسيوم، (Mg، Fe) SiO ₃ ، أكثر المعادن وفرة في الأرض، حيث يشكل 38٪ من حجمها. ^[42]

في حين أن الحديد هو العنصر الأكثر وفرة على الأرض، فإن معظم هذا الحديد يتركز في النوى الداخلية والخارجية . ^{[43] [44]} تبلغ نسبة الحديد الموجودة في قشرة الأرض حوالي 5٪ فقط من الكتلة الكلية للقشرة وبالتالي فهي رابع أكثر العناصر وفرة في تلك الطبقة (بعد الأكسجين والسيليكون والألمنيوم ) . ^[45]

يتحد معظم الحديد الموجود في القشرة الأرضية مع عناصر أخرى مختلفة لتكوين العديد من معادن الحديد . ومن الفئات المهمة معادن أكسيد الحديد مثل الهيماتيت ( _{Fe2O3 )} والمغنتيت ( _{Fe3O4 )} والسيدريت (FeCO3 ₎ ، وهي الخامات الرئيسية للحديد . كما تحتوي العديد من الصخور النارية على معادن الكبريتيد البيروتيت والبنتلانديت . ^{[46] [47]} أثناء التجوية ، يميل الحديد إلى التسرب من رواسب الكبريتيد على شكل كبريتات ومن رواسب السيليكات على شكل بيكربونات. ويتأكسد كل منهما في المحلول المائي ويترسب حتى في درجة الحموضة المرتفعة بشكل معتدل على شكل أكسيد الحديد الثلاثي . ^[48]

تتكون الرواسب الكبيرة من الحديد من تكوينات حديدية مخططة ، وهو نوع من الصخور يتكون من طبقات رقيقة متكررة من أكاسيد الحديد بالتناوب مع شرائط من الصخر الزيتي الفقير بالحديد والصوان . وقد تشكلت تكوينات الحديد المخططة في الفترة ما بين 3700 مليون سنة مضت و 1800 مليون سنة مضت . ^{[49] [50]}

تم استخدام المواد التي تحتوي على أكاسيد الحديد الثلاثي المطحونة جيدًا أو هيدروكسيدات الأكسيد، مثل المغرة ، كصبغات صفراء وحمراء وبنية منذ عصور ما قبل التاريخ. كما أنها تساهم في لون الصخور والطين المختلفة ، بما في ذلك التكوينات الجيولوجية بأكملها مثل Painted Hills في ولاية أوريغون و Buntsandstein ("الحجر الرملي الملون"، Bunter البريطانية ). ^[51] من خلال Eisensandstein ( حجر رملي حديدي من العصر الجوراسي ، على سبيل المثال من Donzdorf في ألمانيا) ^[52] وحجر باث في المملكة المتحدة، تكون مركبات الحديد مسؤولة عن اللون المصفر للعديد من المباني والمنحوتات التاريخية. ^[53] اللون الأحمر المشهور لسطح المريخ مشتق من الريجوليث الغني بأكسيد الحديد . ^[54]

توجد كميات كبيرة من الحديد في معدن كبريتيد الحديد البيريت (FeS ₂ )، ولكن من الصعب استخراج الحديد منه وبالتالي لا يتم استغلاله. ^[55] في الواقع، الحديد شائع جدًا لدرجة أن الإنتاج يركز عمومًا فقط على الخامات التي تحتوي على كميات عالية جدًا منه. ^[56]

وفقًا لتقرير مخزونات المعادن في المجتمع الصادر عن اللجنة الدولية للموارد ، يبلغ المخزون العالمي من الحديد المستخدم في المجتمع 2200 كيلوجرام للفرد. وتختلف البلدان الأكثر تقدمًا في هذا الصدد عن البلدان الأقل تقدمًا (7000-14000 كيلوجرام مقابل 2000 كيلوجرام للفرد). ^[57]

أثبت علم المحيطات دور الحديد في البحار القديمة في كل من الكائنات البحرية والمناخ. ^[58]

حالة الأكسدة	مركب تمثيلي
−4 (د 10 ثانية 2 )	[FeIn 6− x Sn x ] [59]
-2 (د 10 )	رباعي كربونيل فيرات ثنائي الصوديوم (كاشف كولمان)
-1 (د 9 )	في 2(CO)2- 8
0 (د 8 )	خماسي كربونيل الحديد
1 (د 7 )	ثنائي كربونيل سيكلوبنتاديينيليرون ("Fp 2 ")
2 (د 6 )	كبريتات الحديدوز ، فيروسين
3 (د 5 )	كلوريد الحديديك ، رباعي فلورو بورات الفيروسينيوم
4 (د 4 )	فيديار 2كل2+ 2، FeO( BF4 ) 2
5 (د 3 )	أكسيد الحديد3-4 ​
6 (د 2 )	فيرات البوتاسيوم
7 (د 1 )	[FeO4 ] – ( عزل المصفوفة، 4K)

يُظهر الحديد الخواص الكيميائية المميزة للمعادن الانتقالية ، وهي القدرة على تكوين حالات أكسدة متغيرة تختلف بخطوات واحدة وتنسيق كبير جدًا وكيمياء عضوية معدنية : في الواقع، كان اكتشاف مركب الحديد، الفيروسين ، هو الذي أحدث ثورة في المجال الأخير في الخمسينيات من القرن العشرين. ^[60] يُعتبر الحديد أحيانًا نموذجًا أوليًا للكتلة الكاملة للمعادن الانتقالية، نظرًا لوفرة الحديد والدور الهائل الذي لعبه في التقدم التكنولوجي للبشرية. ^[61] يتم ترتيب إلكتروناته البالغ عددها 26 في التكوين ^[ Ar ] 3d64s2 ^، حيث تكون الإلكترونات 3d و4s متقاربة نسبيًا في الطاقة، وبالتالي يمكن تأين عدد من الإلكترونات. ^[17]

يشكل الحديد مركبات بشكل أساسي في حالات الأكسدة +2 ( حديد (II) "حديدوز") و +3 ( حديد (III) "حديديك"). يوجد الحديد أيضًا في حالات أكسدة أعلى ، على سبيل المثال ، فيرات البوتاسيوم الأرجواني ( _{K2FeO4 )، والذي يحتوي على الحديد في حالة أكسدة +6. تم} الكشف عن الأنيون [FeO4 _] - ^مع الحديد في حالة أكسدة +7، إلى جانب أيزومر الحديد (V)-بيروكسو، بواسطة مطيافية الأشعة تحت الحمراء عند 4 كلفن بعد التكثيف المشترك لذرات الحديد المذابة بالليزر مع خليط من O2 _/ Ar. ^[62] يعد الحديد (IV) وسيطًا شائعًا في العديد من تفاعلات الأكسدة الكيميائية الحيوية. ^{[63] [64]} تحتوي العديد من مركبات الحديد العضوي على حالات أكسدة رسمية +1 أو 0 أو −1 أو حتى −2. غالبًا ما يتم تقييم حالات الأكسدة وخصائص الرابطة الأخرى باستخدام تقنية مطيافية موس باور . ^[65] تحتوي العديد من المركبات ذات التكافؤ المختلط على مراكز الحديد (II) والحديد (III)، مثل المغنتيت والأزرق البروسي ( Fe ₄ (Fe[CN] ₆ ) ₃ ). ^[64] يستخدم الأخير باعتباره "الأزرق" التقليدي في المخططات . ^[66]

الحديد هو أول المعادن الانتقالية التي لا يمكنها الوصول إلى حالة أكسدة مجموعتها +8، على الرغم من أن نظائرها الأثقل مثل الروثينيوم والأوزميوم يمكنها ذلك، حيث يواجه الروثينيوم صعوبة أكبر من الأوزميوم. ^[11] يُظهر الروثينيوم كيمياء كاتيونية مائية في حالات أكسدة منخفضة تشبه تلك الموجودة في الحديد، لكن الأوزميوم لا يفعل ذلك، مما يفضل حالات الأكسدة العالية التي يشكل فيها معقدات أنيونية. ^[11] في النصف الثاني من سلسلة الانتقال ثلاثية الأبعاد، تتنافس التشابهات الرأسية أسفل المجموعات مع التشابهات الأفقية للحديد مع جيرانه الكوبالت والنيكل في الجدول الدوري، والتي تكون أيضًا مغناطيسية حديدية في درجة حرارة الغرفة وتشترك في كيمياء مماثلة. على هذا النحو، يتم تجميع الحديد والكوبالت والنيكل معًا في بعض الأحيان على أنها ثلاثية الحديد . ^[61]

على عكس العديد من المعادن الأخرى، لا يشكل الحديد خليطًا مع الزئبق . ونتيجة لذلك، يتم تداول الزئبق في قوارير قياسية سعة 76 رطلاً (34 كجم) مصنوعة من الحديد. ^[67]

الحديد هو العنصر الأكثر تفاعلاً في مجموعته؛ فهو سريع الاشتعال عندما ينقسم ناعماً ويذوب بسهولة في الأحماض المخففة، مما يعطي Fe ²⁺ . ومع ذلك، فإنه لا يتفاعل مع حمض النيتريك المركز والأحماض المؤكسدة الأخرى بسبب تكوين طبقة أكسيد غير منفذة، والتي يمكن أن تتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك . ^[11] يعتبر الحديد عالي النقاء، المسمى بالحديد الكهربي ، مقاومًا للصدأ، بسبب طبقة أكسيده.

يشكل الحديد مركبات أكسيد وهيدروكسيد مختلفة ؛ وأكثرها شيوعًا هو أكسيد الحديد (II،III) ( _{Fe3O4 )} ، وأكسيد الحديد (III) ( _Fe2O3 ). _يوجد أكسيد الحديد (II) أيضًا ، على الرغم من أنه غير مستقر في درجة حرارة الغرفة. وعلى الرغم من أسمائها، فهي في الواقع كلها مركبات غير متكافئة القياس قد تختلف تركيباتها. ^[68] هذه الأكاسيد هي الخامات الرئيسية لإنتاج الحديد (انظر فرن الصهر والفرن العالي). كما تُستخدم أيضًا في إنتاج الفريتات ، ووسائط التخزين المغناطيسية المفيدة في أجهزة الكمبيوتر، والأصباغ. أشهر كبريتيد هو بيريت الحديد (FeS2 ₎ ، والمعروف أيضًا باسم ذهب الأحمق بسبب لمعانه الذهبي. ^{[64] إنه ليس مركب حديد (IV)، ولكنه في الواقع} بولي كبريتيد حديد (II) يحتوي على Fe2 ⁺ و S^2-
₂الأيونات في بنية كلوريد الصوديوم المشوهة . ^[68]

تعتبر هاليدات الحديدوز والحديديك الثنائية معروفة جيدًا. تنشأ هاليدات الحديدوز عادةً من معالجة معدن الحديد بحمض الهيدروهاليك المقابل لإعطاء الأملاح المائية المقابلة. ^[64]

Fe + 2 HX → FeX ₂ + H ₂ (X = F، Cl، Br، I)

يتفاعل الحديد مع الفلور والكلور والبروم لإنتاج هاليدات الحديديك المقابلة، ويعتبر كلوريد الحديديك الأكثر شيوعًا. ^[69]

2 Fe + 3 X ₂ → 2 FeX ₃ (X = F، Cl، Br)

يوديد الحديديك هو استثناء، كونه غير مستقر ترموديناميكيًا بسبب القوة المؤكسدة لـ Fe ³⁺ والقوة المختزلة العالية لـ I ⁻ : ^[69]

2 I ⁻ + 2 Fe ³⁺ → I ₂ + 2 Fe ²⁺ (E ⁰ = +0.23 فولت)

يوديد الحديديك، وهو مادة صلبة سوداء، غير مستقر في الظروف العادية، ولكن يمكن تحضيره من خلال تفاعل خماسي كربونيل الحديد مع اليود وأول أكسيد الكربون في وجود الهكسان والضوء عند درجة حرارة -20 درجة مئوية، مع استبعاد الأكسجين والماء. ^[69] ومن المعروف أن معقدات يوديد الحديديك مع بعض القواعد اللينة هي مركبات مستقرة. ^{[70] [71]}

يتم إعطاء إمكانات الاختزال القياسية في المحلول المائي الحمضي لبعض أيونات الحديد الشائعة أدناه: ^[11]

[Fe( H2O ) 6 ] 2+ + 2e −	⇌ في	هـ 0 = −0.447 فولت
[Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + e −	⇌ [Fe( H2O ) 6 ] 2+	هـ 0 = +0.77 فولت
أكسيد الحديد2-4 ​+ 8H3O + + 3e −	⇌ [Fe( H2O ) 6 ] 3+ + 6H2O	هـ 0 = +2.20 فولت

إن أنيون رباعي السطوح الفيريت (VI) الأحمر الأرجواني هو عامل مؤكسد قوي لدرجة أنه يؤكسد الأمونيا إلى النيتروجين (N2 ₎ والماء إلى الأكسجين: ^[69]

4 أكسيد الحديد^2-4
_​+ 34 ساعة
₂O → 4 [Fe(H ₂ O) ₆ ] ³⁺ + 20 OH^-
+ 3 O ₂

المركب المائي السداسي اللون البنفسجي الباهت [Fe(H ₂ O) ₆ ] ³⁺ هو حمض بحيث يتم تحليله بالكامل فوق الرقم الهيدروجيني 0: ^[72]

[Fe( H2O ) 6 ] 3+	⇌ [Fe(H 2 O) 5 (OH)] 2+ + H +	ك = 10 −3.05 مول ديسيمتر −3
[Fe( H2O ) 5 (OH)] 2+	⇌ [Fe(H2O ) 4 ( OH) 2 ] + + H +	ك = 10 −3.26 مول ديسيمتر −3
2[Fe( H2O ) 6 ] 3+	⇌ [Fe( H2O ) 4 (OH)]4+2+ 2H + + 2H 2 O	ك = 10 −2.91 مول ديسيمتر −3

عندما يرتفع الرقم الهيدروجيني فوق 0، تتشكل الأنواع الصفراء المتحللة أعلاه، وعندما ترتفع فوق 2-3، يترسب أكسيد الحديد (III) المائي البني المحمر من المحلول. على الرغم من أن Fe ³⁺ له تكوين ad ⁵ ، فإن طيف امتصاصه ليس مثل طيف Mn ²⁺ مع نطاقات d-d الضعيفة والمحظورة الدوران، لأن Fe ³⁺ له شحنة موجبة أعلى وهو أكثر استقطابًا، مما يقلل من طاقة امتصاص نقل الشحنة من الربيطة إلى المعدن . وبالتالي، فإن جميع المركبات المذكورة أعلاه ملونة بقوة إلى حد ما، باستثناء أيون الهيكساكو - وحتى ذلك له طيف يهيمن عليه نقل الشحنة في منطقة الأشعة فوق البنفسجية القريبة. ^[72] من ناحية أخرى، لا يخضع أيون الهيكساكو الحديد (II) الأخضر الباهت [Fe(H ₂ O) ₆ ] ²⁺ للتحلل المائي الملحوظ. لا يتصاعد ثاني أكسيد الكربون عند إضافة أيونات الكربونات ، مما يؤدي بدلاً من ذلك إلى ترسب كربونات الحديد الأبيض (II) . وفي حالة ثاني أكسيد الكربون الزائد، يتشكل البيكربونات القابلة للذوبان قليلاً، والتي توجد عادةً في المياه الجوفية، ولكنها تتأكسد بسرعة في الهواء لتكوين أكسيد الحديد (III) الذي يفسر الرواسب البنية الموجودة في عدد كبير من الجداول. ^[73]

بسبب بنيته الإلكترونية، يتمتع الحديد بتناسق كيميائي وعضوي معدني كبير جدًا.

العديد من المركبات التناسقية للحديد معروفة. الأنيون النموذجي ذو الستة إحداثيات هو سداسي كلورو فيرات (III)، [FeCl ₆ ] ³⁻ ، الموجود في كلوريد سداسي كلورو فيرات (III) رباعي كلورو فيرات (ميثيل أمونيوم) المختلط بالملح . ^{[74] [75]} تحتوي المركبات ذات الربائط ثنائية السن المتعددة على متزامرات هندسية . على سبيل المثال، يستخدم مركب ترانس - كلورو هيدرودوبيس (بيس-1،2- (ديفينيل فوسفينو) إيثان) حديد (II) كمواد أولية للمركبات ذات جزيء Fe ( dppe ) ₂ . ^{[76] [77]} يُظهِر أيون فيريوكسالات مع ثلاثة ربيطات أوكسالات كيرالية حلزونية بهندستين غير قابلتين للتراكب ومُسمَّيان بـ Λ (لامدا) لمحور اللولب الأيسر و Δ (دلتا) لمحور اللولب الأيمن، بما يتماشى مع اتفاقيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية. ^[72] يُستخدم فيريوكسالات البوتاسيوم في القياس الكيميائي ويخضع مع ملح الصوديوم للاختزال الضوئي المطبق في عمليات التصوير الفوتوغرافي القديمة. يحتوي ثنائي هيدرات أوكسالات الحديد (II) على بنية بوليمرية مع أيونات أوكسالات مستوية مشتركة تربط بين مراكز الحديد مع ماء التبلور الموجود لتشكيل أغطية كل ثماني السطوح، كما هو موضح أدناه. ^[78]

تتشابه معقدات الحديد (III) إلى حد كبير مع معقدات الكروم (III) باستثناء تفضيل الحديد (III) للربيطات المانحة للأكسجين بدلاً من الربيطات المانحة للنيتروجين . تميل الأخيرة إلى أن تكون أقل استقرارًا من معقدات الحديد (II) وغالبًا ما تتفكك في الماء. تُظهر العديد من معقدات Fe-O ألوانًا مكثفة وتُستخدم كاختبارات للفينولات أو الإينولات . على سبيل المثال، في اختبار كلوريد الحديديك ، المستخدم لتحديد وجود الفينولات، يتفاعل كلوريد الحديد (III) مع الفينول لتكوين معقد بنفسجي غامق: ^[72]

3 ArOH + FeCl ₃ → Fe(OAr) ₃ + 3 حمض الهيدروكلوريك (Ar = أريل )

من بين معقدات الهاليد والهاليد الكاذب، تعد معقدات الفلورو للحديد (III) الأكثر استقرارًا، حيث يكون المركب عديم اللون [FeF ₅ (H ₂ O)] ²⁻ هو الأكثر استقرارًا في المحلول المائي. معقدات الكلور أقل استقرارًا وتفضل التنسيق الرباعي السطوح كما في [FeCl ₄ ] ⁻ ؛ يتم اختزال [FeBr ₄ ] ⁻ و [FeI ₄ ] ^{− بسهولة إلى الحديد (II). يعد} الثيوسيانات اختبارًا شائعًا لوجود الحديد (III) لأنه يشكل [Fe(SCN)(H ₂ O) ₅ ] ²⁺ الأحمر الدموي . مثل المنجنيز (II)، فإن معظم معقدات الحديد (III) عالية الدوران، والاستثناءات هي تلك التي تحتوي على ربيطات عالية في السلسلة الطيفية الكيميائية مثل السيانيد . مثال على مركب الحديد الثلاثي منخفض الدوران هو [Fe(CN) ₆ ] ³⁻ . يظهر الحديد مجموعة كبيرة ومتنوعة من حالات الدوران الإلكترونية ، بما في ذلك كل قيمة ممكنة لعدد الكم المغزلي لعنصر كتلة d من 0 (مضاد للمغناطيسية) إلى 5 ⁄ 2 (5 إلكترونات غير مقترنة). تكون هذه القيمة دائمًا نصف عدد الإلكترونات غير المقترنة. تعتبر المعقدات التي تحتوي على صفر إلى إلكترونان غير مقترنين منخفضة الدوران، وتعتبر المعقدات التي تحتوي على أربعة أو خمسة إلكترونات عالية الدوران. ^[68]

تعتبر معقدات الحديد (II) أقل استقرارًا من معقدات الحديد (III) ولكن تفضيل الربيطات المانحة للأكسجين أقل وضوحًا، لذلك على سبيل المثال، يُعرف [Fe(NH ₃ ) ₆ ] ²⁺ بينما لا يُعرف [Fe(NH ₃ ) ₆ ] ³⁺ . تميل هذه الربيطات إلى الأكسدة إلى الحديد (III) ولكن يمكن تعديل ذلك من خلال انخفاض الرقم الهيدروجيني والربيطات المحددة المستخدمة. ^[73]

الكيمياء العضوية للحديد هي دراسة المركبات العضوية المعدنية للحديد، حيث ترتبط ذرات الكربون تساهميًا بذرة المعدن. وهي كثيرة ومتنوعة، بما في ذلك معقدات السيانيد ومعقدات الكربونيل ومركبات الساندويتش ونصف الساندويتش .

الأزرق البروسي أو "فيروسيانيد الحديد"، Fe ₄ [Fe(CN) ₆ ] ₃ ، هو مركب حديد-سيانيد قديم ومعروف، يستخدم على نطاق واسع كصبغة وفي العديد من التطبيقات الأخرى. يمكن استخدام تكوينه كاختبار كيميائي بسيط للتمييز بين المحاليل المائية لـ Fe ²⁺ وFe ³⁺ أثناء تفاعلهما (على التوالي) مع فيريسيانيد البوتاسيوم وفيريسيانيد البوتاسيوم لتكوين الأزرق البروسي. ^[64]

مثال قديم آخر لمركب عضوي حديدي هو خماسي كربونيل الحديد ، Fe(CO) ₅ ، حيث ترتبط ذرة حديد محايدة بذرات الكربون في خمس جزيئات من أول أكسيد الكربون . يمكن استخدام المركب لصنع مسحوق الحديد الكربونيلي ، وهو شكل شديد التفاعل من الحديد المعدني. يعطي التحليل الحراري لخماسي كربونيل الحديد ثلاثي دوديكاكربونيل الحديد ، Fe ₃ (CO) ₁₂ ، وهو مركب يحتوي على مجموعة من ثلاث ذرات حديد في قلبه. كاشف كولمان، ثنائي الصوديوم رباعي كربونيل فيرات ، هو كاشف مفيد للكيمياء العضوية؛ فهو يحتوي على الحديد في حالة الأكسدة -2. يحتوي ثنائي كربونيل سيكلوبنتاديينيليرون على الحديد في حالة الأكسدة النادرة +1. ^[79]

كان أحد المعالم البارزة في هذا المجال هو اكتشاف مركب الساندويتش المستقر بشكل ملحوظ فيروسين Fe(C ₅ H ₅ ) ₂ في عام 1951 ، بواسطة باوسون وكيلي ^[80] وبشكل مستقل بواسطة ميلر وزملائه، ^{[81] والذي تم} تحديد بنيته الجزيئية المدهشة بعد عام واحد فقط بواسطة وودوارد وويلكينسون ^[82] وفيشر . ^[83] لا يزال الفيروسين أحد أهم الأدوات والنماذج في هذه الفئة. [ ^84]

تُستخدم الأنواع العضوية المعدنية التي تحتوي على الحديد كمحفزات . على سبيل المثال، مركب كنولكر هو محفز هدرجة نقل للكيتونات . ^[85]

المركبات الحديدية المنتجة على نطاق واسع في الصناعة هي كبريتات الحديد الثنائي (FeSO4 _· 7 H ₂ O ) وكلوريد الحديد الثلاثي (FeCl ₃ ). الأول هو أحد أكثر مصادر الحديد الثنائي المتاحة بسهولة، ولكنه أقل استقرارًا للأكسدة الجوية من ملح مور ( (NH ₄ ) ₂ Fe(SO4 ₎ 2 _· 6H ₂ O ). تميل مركبات الحديد الثنائي إلى الأكسدة إلى مركبات الحديد الثلاثي في ​​الهواء. ^[64]

الحديد هو أحد العناصر المعروفة بلا شك في العالم القديم. ^[86] لقد تم العمل به أو صياغته لآلاف السنين. ومع ذلك، فإن المصنوعات الحديدية القديمة أكثر ندرة بكثير من الأشياء المصنوعة من الذهب أو الفضة بسبب سهولة تآكل الحديد. ^[87] تطورت التكنولوجيا ببطء، وحتى بعد اكتشاف الصهر استغرق الأمر قرونًا عديدة حتى يحل الحديد محل البرونز كمعدن مفضل للأدوات والأسلحة.

تم العثور على حبات مصنوعة من الحديد النيزكي في عام 3500 قبل الميلاد أو قبل ذلك في جرزة ، مصر بواسطة جي إيه واينرايت . ^[88] تحتوي الحبات على 7.5٪ من النيكل، وهي علامة على أصل نيزكي حيث أن الحديد الموجود في قشرة الأرض يحتوي عمومًا على شوائب نيكل ضئيلة فقط.

كان الحديد النيزكي يحظى بتقدير كبير بسبب أصله في السماء وكان يستخدم غالبًا في صناعة الأسلحة والأدوات. ^[88] على سبيل المثال، تم العثور على خنجر مصنوع من الحديد النيزكي في مقبرة توت عنخ آمون ، يحتوي على نسب مماثلة من الحديد والكوبالت والنيكل إلى نيزك تم اكتشافه في المنطقة، والذي ترسبت فيه زخة نيزكية قديمة. ^{[89] [90] [91]} يعود تاريخ العناصر التي من المحتمل أن تكون مصنوعة من الحديد من قبل المصريين إلى الفترة من 3000 إلى 2500 قبل الميلاد. ^[87]

يعتبر الحديد النيزكي ناعمًا ومرنًا نسبيًا ويسهل تشكيله بالبرودة ولكنه قد يصبح هشًا عند تسخينه بسبب محتوى النيكل . ^[92]

بدأ إنتاج الحديد لأول مرة في العصر البرونزي الأوسط ، لكن الأمر استغرق عدة قرون قبل أن يحل الحديد محل البرونز. صُنعت عينات من الحديد المصهور من أسمر وبلاد ما بين النهرين وسوق تل شاغار في شمال سوريا في وقت ما بين 3000 و2700 قبل الميلاد. [93] أسس الحثيون إمبراطورية في شمال ^وسط الأناضول حوالي عام 1600 قبل الميلاد. ويبدو أنهم أول من فهم إنتاج الحديد من خاماته ويقدرونه تقديراً عالياً في مجتمعهم. ^[94] بدأ الحثيون في صهر الحديد بين عامي 1500 و1200 قبل الميلاد وانتشرت الممارسة إلى بقية الشرق الأدنى بعد سقوط إمبراطوريتهم عام 1180 قبل الميلاد. ^[93] تسمى الفترة اللاحقة العصر الحديدي .

تم العثور على قطع أثرية من الحديد المصهور في الهند يرجع تاريخها إلى الفترة من 1800 إلى 1200 قبل الميلاد، ^[95] وفي بلاد الشام من حوالي 1500 قبل الميلاد (مما يشير إلى الصهر في الأناضول أو القوقاز ). ^{[96] [97]} تم استخدام الإشارات المزعومة (قارن تاريخ علم المعادن في جنوب آسيا ) إلى الحديد في الفيدا الهندية لادعاءات الاستخدام المبكر جدًا للحديد في الهند على التوالي لتأريخ النصوص على هذا النحو. يشير مصطلح الريجفيدا ayas (المعدن) إلى النحاس، بينما الحديد الذي يسمى śyāma ayas ، حرفيًا "النحاس الأسود"، تم ذكره لأول مرة في الأثارفافيدا بعد الريجفيدا . ^[98]

تشير بعض الأدلة الأثرية إلى أن الحديد كان يُصهر في زيمبابوي وجنوب شرق إفريقيا منذ القرن الثامن قبل الميلاد. ^[99] تم إدخال صناعة الحديد إلى اليونان في أواخر القرن الحادي عشر قبل الميلاد، ومن هناك انتشر بسرعة في جميع أنحاء أوروبا. ^[100]

يرتبط انتشار صناعة الحديد في أوروبا الوسطى والغربية بالتوسع السلتي . وفقًا لبلينيوس الأكبر ، كان استخدام الحديد شائعًا في العصر الروماني . ^[88] في أراضي ما يُعتبر الآن الصين، ظهر الحديد منذ حوالي 700-500 قبل الميلاد. ^[101] ربما تم إدخال صهر الحديد إلى الصين عبر آسيا الوسطى. ^[102] يعود أقدم دليل على استخدام فرن الصهر في الصين إلى القرن الأول الميلادي، [ ^103] واستُخدمت أفران القبة في وقت مبكر من فترة الدول المتحاربة (403-221 قبل الميلاد). ^[104] ظل استخدام فرن الصهر والقبة منتشرًا على نطاق واسع خلال أسرتي تانغ وسونغ . ^[105]

أثناء الثورة الصناعية في بريطانيا، بدأ هنري كورت في تنقية الحديد من الحديد الخام إلى الحديد المطاوع (أو الحديد المقطوع) باستخدام أنظمة إنتاج مبتكرة. وفي عام 1783 حصل على براءة اختراع لعملية التكوير لتنقية خام الحديد. وقد تم تحسينها لاحقًا من قبل آخرين، بما في ذلك جوزيف هول . ^[106]

تم إنتاج الحديد الزهر لأول مرة في الصين خلال القرن الخامس قبل الميلاد، ^[107] ولكن لم يكن موجودًا في أوروبا حتى العصور الوسطى. ^{[108] [109]} اكتشف علماء الآثار أقدم القطع الأثرية المصنوعة من الحديد الزهر في مقاطعة لوهي الحديثة ، جيانغسو في الصين. استُخدم الحديد الزهر في الصين القديمة للحرب والزراعة والهندسة المعمارية. ^[110] خلال العصور الوسطى ، تم العثور على وسائل في أوروبا لإنتاج الحديد المطاوع من الحديد الزهر (المعروف في هذا السياق باسم الحديد الخام ) باستخدام المسبك . لجميع هذه العمليات، كان الفحم مطلوبًا كوقود. ^[111]

كانت أفران الصهر في العصور الوسطى يبلغ ارتفاعها حوالي 10 أقدام (3.0 م) وكانت مصنوعة من الطوب المقاوم للحريق؛ وكان الهواء القسري يتم توفيره عادةً بواسطة منفاخ يعمل يدويًا. ^[109] أصبحت أفران الصهر الحديثة أكبر بكثير، حيث يبلغ قطر مواقدها أربعة عشر مترًا مما يسمح لها بإنتاج آلاف الأطنان من الحديد يوميًا، ولكنها تعمل بشكل أساسي بنفس الطريقة التي كانت تعمل بها خلال العصور الوسطى. ^[111]

في عام 1709، أنشأ أبراهام داربي الأول فرنًا عاليًا يعمل بالفحم لإنتاج الحديد الزهر، ليحل محل الفحم، على الرغم من استمرار استخدام أفران الصهر. كان توافر الحديد غير المكلف أحد العوامل التي أدت إلى الثورة الصناعية . وبحلول نهاية القرن الثامن عشر، بدأ الحديد الزهر يحل محل الحديد المطاوع لأغراض معينة، لأنه كان أرخص. لم يتم إدراج محتوى الكربون في الحديد كسبب للاختلافات في خصائص الحديد المطاوع والحديد الزهر والصلب حتى القرن الثامن عشر. ^[93]

نظرًا لأن الحديد أصبح أرخص وأكثر وفرة، فقد أصبح أيضًا مادة هيكلية رئيسية بعد بناء أول جسر حديدي مبتكر في عام 1778. لا يزال هذا الجسر قائمًا حتى اليوم كنصب تذكاري للدور الذي لعبه الحديد في الثورة الصناعية. بعد ذلك، تم استخدام الحديد في السكك الحديدية والقوارب والسفن والقنوات المائية والمباني، وكذلك في الأسطوانات الحديدية في المحركات البخارية . ^[111] كانت السكك الحديدية محورية في تشكيل الحداثة وأفكار التقدم ^[112] وتشير لغات مختلفة إلى السكك الحديدية على أنها طريق حديدي (على سبيل المثال الفرنسية chemin de fer والألمانية Eisenbahn والتركية demiryolu والروسية железная дорога والصينية واليابانية والكورية鐵道 والفيتنامية đường sắt ).

تم إنتاج الفولاذ (الذي يحتوي على نسبة كربون أقل من الحديد الزهر ولكن أكثر من الحديد المطاوع) لأول مرة في العصور القديمة باستخدام آلة الصب . كان الحدادون في لورستان في غرب بلاد فارس يصنعون فولاذًا جيدًا بحلول عام 1000 قبل الميلاد. ^[93] ثم تم تطوير إصدارات محسنة، فولاذ ووتز من الهند وفولاذ دمشق حوالي عام 300 قبل الميلاد و500 بعد الميلاد على التوالي. كانت هذه الطرق متخصصة، وبالتالي لم يصبح الفولاذ سلعة رئيسية حتى خمسينيات القرن التاسع عشر. ^[113]

تم ابتكار طرق جديدة لإنتاجه عن طريق كربنة قضبان الحديد في عملية الأسمنت في القرن السابع عشر. في الثورة الصناعية ، تم ابتكار طرق جديدة لإنتاج قضبان الحديد بدون فحم وتم تطبيقها لاحقًا لإنتاج الفولاذ. في أواخر خمسينيات القرن التاسع عشر، اخترع هنري بيسيمر عملية جديدة لصناعة الفولاذ، تتضمن نفخ الهواء عبر الحديد الزهر المنصهر، لإنتاج الفولاذ الطري. جعل هذا الفولاذ أكثر اقتصادًا، مما أدى إلى توقف إنتاج الحديد المطاوع بكميات كبيرة. ^[114]

في عام 1774، استخدم أنطوان لافوازييه تفاعل بخار الماء مع الحديد المعدني داخل أنبوب حديدي متوهج لإنتاج الهيدروجين في تجاربه التي أدت إلى إثبات قانون حفظ الكتلة ، والذي كان له دور فعال في تغيير الكيمياء من علم نوعي إلى علم كمي. ^[115]

يلعب الحديد دورًا معينًا في الأساطير ووجد استخدامات مختلفة كاستعارة وفي الفولكلور . يسرد الشاعر اليوناني هسيود في أعماله وأيامه (السطور 109-201) أعمارًا مختلفة للإنسان سميت على اسم معادن مثل الذهب والفضة والبرونز والحديد لتفسير العصور المتعاقبة للبشرية. ^[116] كان العصر الحديدي وثيق الصلة بروما، وفي كتاب التحولات لأوفيد

لقد تركت الفضائل الأرض في حالة من اليأس، وأصبح فساد الإنسان شاملاً وكاملاً. ثم نجح الفولاذ الصلب.

—  أوفيد، التحولات ، الكتاب الأول، العصر الحديدي، السطر 160 وما يليه

يمكن العثور على مثال لأهمية الدور الرمزي للحديد في الحملة الألمانية عام 1813. كلف فريدريك ويليام الثالث آنذاك بصنع أول صليب حديدي كزينة عسكرية. وصلت مجوهرات الحديد في برلين إلى ذروة إنتاجها بين عامي 1813 و1815، عندما حثت العائلة المالكة البروسية المواطنين على التبرع بالمجوهرات الذهبية والفضية لتمويل الجيش. كما تم استخدام النقش Ich gab Gold für Eisen (لقد أعطيت الذهب مقابل الحديد) في جهود الحرب اللاحقة. ^[117]

ولأغراض محدودة قليلة عندما تكون هناك حاجة إليه، يتم إنتاج الحديد النقي في المختبر بكميات صغيرة عن طريق اختزال الأكسيد النقي أو الهيدروكسيد بالهيدروجين، أو تشكيل خماسي كربونيل الحديد وتسخينه إلى 250 درجة مئوية حتى يتحلل لتكوين مسحوق الحديد النقي. ^[48] وهناك طريقة أخرى وهي التحليل الكهربائي لكلوريد الحديدوز على كاثود الحديد. ^[118]

إنتاج الحديد 2009 (مليون طن ) ^{[119] [ مشكوك فيه – ناقش ]}

دولة	خام الحديد	الحديد الزهر	الحديد المباشر	فُولاَذ
الصين	1,114.9	549.4		573.6
أستراليا	393.9	4.4		5.2
البرازيل	305.0	25.1	0.011	26.5
اليابان		66.9		87.5
الهند	257.4	38.2	23.4	63.5
روسيا	92.1	43.9	4.7	60.0
أوكرانيا	65.8	25.7		29.9
كوريا الجنوبية	0.1	27.3		48.6
ألمانيا	0.4	20.1	0.38	32.7
عالم	1,594.9	914.0	64.5	1,232.4

في الوقت الحاضر ، يتكون الإنتاج الصناعي للحديد أو الفولاذ من مرحلتين رئيسيتين. في المرحلة الأولى، يتم اختزال خام الحديد بالفحم في فرن الصهر ، ويتم فصل المعدن المنصهر عن الشوائب الكبيرة مثل معادن السيليكات . تنتج هذه المرحلة سبيكة - حديد الصب - تحتوي على كميات كبيرة نسبيًا من الكربون. في المرحلة الثانية، يتم خفض كمية الكربون في حديد الصب عن طريق الأكسدة لإنتاج الحديد المطاوع أو الفولاذ أو الحديد الزهر. ^[120] يمكن إضافة معادن أخرى في هذه المرحلة لتشكيل سبائك الفولاذ .

يتم تحميل فرن الصهر بخامات الحديد، عادةً الهيماتيت Fe ₂ O ₃ أو المغنتيت Fe ₃ O ₄ ، إلى جانب الفحم ( الفحم الذي تم خبزه بشكل منفصل لإزالة المكونات المتطايرة) والصهر ( الحجر الجيري أو الدولوميت ). يتم نفخ "النفخات" من الهواء المسخن مسبقًا إلى 900 درجة مئوية (أحيانًا مع التخصيب بالأكسجين) عبر الخليط، بكمية كافية لتحويل الكربون إلى أول أكسيد الكربون : ^[120]

2 C + O2 _→ 2 CO

يؤدي هذا التفاعل إلى رفع درجة الحرارة إلى حوالي 2000 درجة مئوية. يحول أول أكسيد الكربون خام الحديد إلى حديد معدني: ^[120]

Fe ₂ O ₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO ₂

يتفاعل بعض الحديد الموجود في المنطقة السفلية عالية الحرارة من الفرن مباشرة مع الفحم: ^[120]

2 Fe ₂ O ₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO ₂

_{يزيل التدفق المعادن السليكاية الموجودة في الخام، والتي قد تسد الفرن بخلاف ذلك: تعمل} حرارة الفرن على تحلل الكربونات إلى أكسيد الكالسيوم ، والذي يتفاعل مع أي فائض من السيليكا لتشكيل خبث يتكون من سيليكات الكالسيوم CaSiO3 أو منتجات أخرى. عند درجة حرارة الفرن، يذوب كل من المعدن والخبث. يتجمعان في الأسفل كطبقتين سائلتين غير قابلتين للامتزاج (مع الخبث في الأعلى)، ثم يتم فصلهما بسهولة. ^[120] يمكن استخدام الخبث كمادة في بناء الطرق أو لتحسين التربة الفقيرة بالمعادن للزراعة . ^[109]

وبالتالي تظل صناعة الصلب واحدة من أكبر الصناعات المساهمة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون _في العالم. ^[121]

• 
  رسم توضيحي صيني يعود للقرن السابع عشر لعمال في فرن الصهر، يصنعون الحديد المطاوع من الحديد الخام ^[122]
• 
  كيف تم إستخراج الحديد في القرن التاسع عشر
• 
  فرن الحديد في كولومبوس، أوهايو، 1922

يحتوي الحديد الزهر المنتج بواسطة عملية الفرن العالي على ما يصل إلى 4-5٪ كربون (بالكتلة)، مع كميات صغيرة من الشوائب الأخرى مثل الكبريت والمغنيسيوم والفوسفور والمنجنيز. هذا المستوى العالي من الكربون يجعله ضعيفًا وهشًا نسبيًا. يؤدي تقليل كمية الكربون إلى 0.002-2.1٪ إلى إنتاج الفولاذ ، والذي قد يكون أكثر صلابة من الحديد النقي بما يصل إلى 1000 مرة. يمكن بعد ذلك تصنيع مجموعة كبيرة ومتنوعة من المواد الفولاذية عن طريق العمل البارد والدرفلة الساخنة والتزوير والتشغيل الآلي وما إلى ذلك. يؤدي إزالة الشوائب من الحديد الزهر، مع ترك 2-4٪ كربون، إلى إنتاج الحديد الزهر ، والذي يتم صبه بواسطة المسابك في مواد مثل المواقد والأنابيب والمشعات وأعمدة الإنارة والقضبان. ^[120]

غالبًا ما تخضع المنتجات الفولاذية لمعالجات حرارية مختلفة بعد تشكيلها. تتكون عملية التلدين من تسخينها إلى 700-800 درجة مئوية لعدة ساعات ثم التبريد التدريجي. هذا يجعل الفولاذ أكثر ليونة وقابلية للتشغيل. ^[123]

• 
  سيتم استخدام هذه الكومة من حبيبات خام الحديد في إنتاج الصلب.
• 
  وعاء من الحديد المنصهر يستخدم في صناعة الفولاذ

نظرًا للمخاوف البيئية، تم تطوير طرق بديلة لمعالجة الحديد. " الاختزال المباشر للحديد " يقلل خام الحديد إلى كتلة حديدية تسمى "الحديد الإسفنجي" أو الحديد "المباشر" المناسب لصناعة الصلب. ^[109] تتألف عملية الاختزال المباشر من تفاعلين رئيسيين:

يتأكسد الغاز الطبيعي جزئيًا (بالحرارة والمحفز): ^[109]

2 CH ₄ + O ₂ → 2 CO + 4 H ₂

يتم بعد ذلك معالجة خام الحديد بهذه الغازات في الفرن، مما يؤدي إلى إنتاج الحديد الإسفنجي الصلب: ^[109]

Fe ₂ O ₃ + CO + 2 H ₂ → 2 Fe + CO ₂ + 2 H ₂ O

يتم إزالة السيليكا عن طريق إضافة تدفق الحجر الجيري كما هو موضح أعلاه. ^[109]

يؤدي اشتعال خليط من مسحوق الألومنيوم وأكسيد الحديد إلى إنتاج الحديد المعدني عن طريق تفاعل الثرمايت :

الحديد ₂ يا ₃ + 2 آل → 2 الحديد + آل ₂ يا ₃

يمكن أيضًا تحويل الحديد الزهر إلى فولاذ (يحتوي على ما يصل إلى حوالي 2% كربون) أو حديد مطاوع (حديد نقي تجاريًا). وقد تم استخدام عمليات مختلفة لهذا الغرض، بما في ذلك أفران الصهر ، وأفران الصهر ، ومحولات بسمر ، وأفران الموقد المفتوح ، وأفران الأكسجين الأساسية ، وأفران القوس الكهربائي . وفي جميع الحالات، يكون الهدف هو أكسدة بعض أو كل الكربون، مع شوائب أخرى. من ناحية أخرى، يمكن إضافة معادن أخرى لصنع الفولاذ السبائكي. ^[111]

تستخدم عملية التحليل الكهربائي لأكسيد المنصهر (MOE) التحليل الكهربائي لأكسيد الحديد المنصهر لإنتاج الحديد المعدني. تتم دراستها في تجارب على نطاق المختبر ويتم اقتراحها كطريقة لإنتاج الحديد الصناعي بدون انبعاثات مباشرة لثاني أكسيد الكربون. تستخدم كاثود الحديد السائل، وهو أنود يتكون من سبيكة من الكروم والألمنيوم والحديد، ^[124] والإلكتروليت عبارة عن خليط من أكاسيد المعادن المنصهرة التي يذوب فيها خام الحديد. يحافظ التيار على الإلكتروليت منصهرًا ويقلل من أكسيد الحديد. يتم إنتاج غاز الأكسجين بالإضافة إلى الحديد السائل. تأتي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الوحيدة من أي كهرباء يتم توليدها من الوقود الأحفوري وتستخدم لتسخين واختزال المعدن. ^{[125] [126] [127]}

القيم المميزة لقوة الشد (TS) وصلابة برينيل (BH) لأشكال مختلفة من الحديد. ^{[128] [129]}

مادة	TS (ميجا باسكال)	BH ( برينيل )
شوارب حديدية	11000
الفولاذ المشكل (المقوى)	2930	850–1200
الفولاذ المارتنسيتي	2070	600
الفولاذ الباينيتي	1380	400
الفولاذ البرليتي	1200	350
الحديد المشغول على البارد	690	200
الحديد ذو الحبيبات الصغيرة	340	100
الحديد المحتوي على الكربون	140	40
حديد نقي أحادي البلورة	10	3

الحديد هو الأكثر استخدامًا بين جميع المعادن، حيث يمثل أكثر من 90% من إنتاج المعادن في جميع أنحاء العالم. غالبًا ما تجعله تكلفته المنخفضة وقوته العالية المادة المفضلة لتحمل الإجهاد أو نقل القوى، مثل بناء الآلات وأدوات الآلات ، والسكك الحديدية ، والسيارات ، وهياكل السفن ، وقضبان التسليح الخرسانية ، وإطارات حمل الأحمال للمباني. نظرًا لأن الحديد النقي ناعم جدًا، فإنه غالبًا ما يتم دمجه مع عناصر السبائك لصنع الفولاذ. ^[130]

تعتبر الخصائص الميكانيكية للحديد وسبائكه ذات أهمية بالغة لتطبيقاتها البنيوية. ويمكن تقييم هذه الخصائص بطرق مختلفة، بما في ذلك اختبار برينيل واختبار روكويل واختبار صلابة فيكرز .

غالبًا ما تُستخدم خصائص الحديد النقي لمعايرة القياسات أو لمقارنة الاختبارات. ^{[129] [131]} ومع ذلك، تتأثر الخصائص الميكانيكية للحديد بشكل كبير بنقاء العينة: بلورات الحديد النقية المفردة هي في الواقع أكثر ليونة من الألومنيوم، ^[128] وأنقى الحديد المنتج صناعيًا (99.99٪) له صلابة تتراوح بين 20-30 برينيل. ^[132] يتم إنتاج الحديد النقي (99.9٪ ～ 99.999٪)، وخاصة الحديد الكهربائي ، صناعيًا عن طريق التكرير الكهربائي .

إن زيادة محتوى الكربون سوف تسبب زيادة كبيرة في صلابة الحديد وقوة الشد. يتم تحقيق أقصى صلابة 65 R _c ^{مع محتوى كربون بنسبة 0.6٪، على الرغم من أن السبائك لها قوة شد منخفضة. [133]} نظرًا لنعومة الحديد، فمن الأسهل بكثير العمل به من نظائره الأثقل مثل الروثينيوم والأوزميوم . ^[17]

α-Iron هو معدن لين إلى حد ما يمكنه إذابة تركيز صغير فقط من الكربون (لا يزيد عن 0.021٪ بالكتلة عند 910 درجة مئوية). ^[134] الأوستينيت (γ-iron) هو أيضًا لين ومعدني ولكنه يمكنه إذابة المزيد من الكربون (ما يصل إلى 2.04٪ بالكتلة عند 1146 درجة مئوية). يستخدم هذا الشكل من الحديد في نوع الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في صنع أدوات المائدة ومعدات المستشفيات وخدمات الطعام. ^[21]

يتم تصنيف الحديد المتوفر تجاريًا على أساس النقاء ووفرة المواد المضافة. يحتوي الحديد الزهر على 3.5-4.5٪ كربون ^[135] ويحتوي على كميات متفاوتة من الملوثات مثل الكبريت والسيليكون والفوسفور . لا يعد الحديد الزهر منتجًا قابلاً للبيع، بل هو خطوة وسيطة في إنتاج الحديد الزهر والصلب. يؤدي تقليل الملوثات الموجودة في الحديد الزهر والتي تؤثر سلبًا على خصائص المواد، مثل الكبريت والفوسفور، إلى إنتاج الحديد الزهر الذي يحتوي على 2-4٪ كربون و1-6٪ سيليكون وكميات صغيرة من المنغنيز . ^[120] يتمتع الحديد الزهر بنقطة انصهار تتراوح بين 1420-1470 كلفن، وهي أقل من أي من مكونيه الرئيسيين، مما يجعله أول منتج يذوب عند تسخين الكربون والحديد معًا. ^[11] تختلف خصائصه الميكانيكية بشكل كبير وتعتمد على الشكل الذي يتخذه الكربون في السبائك. ^[17]

تحتوي الحديد الزهر "الأبيض" على الكربون في شكل سمنتيت أو كربيد الحديد (Fe ₃ C). ^[17] يهيمن هذا المركب الصلب والهش على الخصائص الميكانيكية للحديد الزهر الأبيض، مما يجعله صلبًا، ولكنه غير مقاوم للصدمات. السطح المكسور للحديد الزهر الأبيض مليء بأوجه دقيقة من كربيد الحديد المكسور، وهو مادة شاحبة للغاية وفضية ولامعة، ومن هنا جاءت التسمية. يؤدي تبريد خليط من الحديد مع 0.8٪ كربون ببطء إلى أقل من 723 درجة مئوية إلى درجة حرارة الغرفة إلى طبقات منفصلة ومتناوبة من السمنتيت والحديد ألفا، وهو ناعم وقابل للطرق ويسمى بيرليت لمظهره. من ناحية أخرى، لا يسمح التبريد السريع بالوقت لهذا الانفصال ويخلق مارتنسيت صلبًا وهشًا . يمكن بعد ذلك تلطيف الفولاذ عن طريق إعادة التسخين إلى درجة حرارة بينهما، وتغيير نسب بيرليت ومارتنسيت. المنتج النهائي الذي يحتوي على نسبة كربون أقل من 0.8% هو خليط بيرليت-αFe، والمنتج النهائي الذي يحتوي على نسبة كربون أعلى من 0.8% هو خليط بيرليت-سمنتيت. ^[17]

في الحديد الرمادي، يوجد الكربون على شكل رقائق دقيقة منفصلة من الجرافيت ، كما يجعل المادة هشة بسبب رقائق الجرافيت ذات الحواف الحادة التي تنتج مواقع تركيز الإجهاد داخل المادة. ^[136] يتم معالجة نوع أحدث من الحديد الرمادي، يُشار إليه بالحديد المطاوع ، بشكل خاص بكميات ضئيلة من المغنيسيوم لتغيير شكل الجرافيت إلى كرات أو عقيدات، مما يقلل من تركيزات الإجهاد ويزيد بشكل كبير من صلابة وقوة المادة. ^[136]

يحتوي الحديد المطاوع على أقل من 0.25٪ من الكربون ولكن كميات كبيرة من الخبث التي تمنحه خاصية ليفية. ^[135] الحديد المطاوع أكثر مقاومة للتآكل من الفولاذ. تم استبداله بالكامل تقريبًا بالفولاذ الصلب ، والذي يتآكل بسهولة أكبر من الحديد المطاوع ، ولكنه أرخص ومتوفر على نطاق واسع. يحتوي الفولاذ الكربوني على 2.0٪ كربون أو أقل ، ^[137] مع كميات صغيرة من المنجنيز والكبريت والفوسفور والسيليكون. تحتوي سبائك الفولاذ على كميات متفاوتة من الكربون بالإضافة إلى معادن أخرى ، مثل الكروم والفاناديوم والموليبدينوم والنيكل والتنغستن وما إلى ذلك. يزيد محتواها من السبائك من تكلفتها ، وبالتالي يتم استخدامها عادةً فقط للاستخدامات المتخصصة . ومع ذلك ، فإن أحد سبائك الفولاذ الشائعة هو الفولاذ المقاوم للصدأ . أدت التطورات الأخيرة في علم المعادن الحديدية إلى إنتاج مجموعة متزايدة من الفولاذ المصغر، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم " HSLA " أو الفولاذ عالي القوة ومنخفض السبائك، والذي يحتوي على إضافات صغيرة لإنتاج قوى عالية ومتانة مذهلة غالبًا بأقل تكلفة. ^{[137] [138] [139]}

تتمتع السبائك ذات التركيبة العنصرية عالية النقاء (مثل سبائك الحديد الكهربائي ) بخصائص معززة بشكل خاص مثل اللدونة ، وقوة الشد ، والصلابة ، وقوة التعب ، ومقاومة الحرارة، ومقاومة التآكل.

بصرف النظر عن التطبيقات التقليدية، يستخدم الحديد أيضًا للحماية من الإشعاع المؤين. على الرغم من أنه أخف وزنًا من مادة الحماية التقليدية الأخرى، الرصاص ، إلا أنه أقوى ميكانيكيًا. ^[140]

العيب الرئيسي للحديد والصلب هو أن الحديد النقي، ومعظم سبائكه، يعاني بشدة من الصدأ إذا لم يتم حمايته بطريقة ما، بتكلفة تزيد عن 1٪ من اقتصاد العالم. ^{[141] يتم استخدام} الطلاء والجلفنة والتخميد والطلاء البلاستيكي والزرقة لحماية الحديد من الصدأ عن طريق استبعاد الماء والأكسجين أو عن طريق الحماية الكاثودية . آلية صدأ الحديد هي كما يلي: ^[141]

الكاثود: 3 O2 ₊ 6 H2O ₊ 12 e ⁻ → 12 OH ⁻

الأنود: 4 Fe → 4 Fe ²⁺ + 8 e ⁻ ؛ 4 Fe ²⁺ → 4 Fe ³⁺ + 4 e ⁻

الإجمالي: 4 Fe + 3 O ₂ + 6 H ₂ O → 4 Fe ³⁺ + 12 OH ⁻ → 4 Fe(OH) ₃ أو 4 FeO(OH) + 4 H ₂ O

يتكون الإلكتروليت عادة من كبريتات الحديد (II) في المناطق الحضرية (تتكون عندما يهاجم ثاني أكسيد الكبريت الجوي الحديد)، وجزيئات الملح في الغلاف الجوي في المناطق الساحلية. ^[141]

نظرًا لأن Fe غير مكلف وغير سام، فقد تم تكريس الكثير من الجهود لتطوير المحفزات والكواشف القائمة على Fe . ومع ذلك، فإن الحديد أقل شيوعًا كمحفز في العمليات التجارية مقارنة بالمعادن الأكثر تكلفة. ^[142] في علم الأحياء، تنتشر الإنزيمات المحتوية على Fe على نطاق واسع. ^[143]

تُستخدم حفازات الحديد تقليديًا في عملية هابر-بوش لإنتاج الأمونيا وعملية فيشر-تروبش لتحويل أول أكسيد الكربون إلى هيدروكربونات للوقود ومواد التشحيم. ^[144] يُستخدم الحديد المسحوق في وسط حمضي في عملية اختزال بيشامب ، وهي عملية تحويل النيتروبنزين إلى أنيلين . ^[145]

يمكن إشعال أكسيد الحديد الثلاثي المخلوط بمسحوق الألومنيوم لإنشاء تفاعل ثيرمايت ، والذي يستخدم في لحام الأجزاء الحديدية الكبيرة (مثل السكك الحديدية ) وتنقية الخامات. يستخدم أكسيد الحديد الثلاثي وأوكسيهيدروكسيد كصبغات حمراء وأصفرة .

يستخدم كلوريد الحديد الثلاثي في ​​تنقية المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي ، وفي صباغة القماش، وكعامل تلوين في الدهانات، وكمضاف في أعلاف الحيوانات، وكمواد حاكّة للنحاس في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة . ^{[146] ويمكن أيضًا إذابته في الكحول لتكوين صبغة} الحديد ، والتي تستخدم كدواء لإيقاف النزيف في طيور الكناري . ^[147]

تستخدم كبريتات الحديد الثنائي كمادة أولية لمركبات الحديد الأخرى. كما تستخدم لاختزال الكرومات في الأسمنت. وتستخدم لتقوية الأطعمة وعلاج فقر الدم الناجم عن نقص الحديد . وتستخدم كبريتات الحديد الثلاثي في ​​ترسيب جزيئات الصرف الصحي الدقيقة في مياه الخزانات. ويستخدم كلوريد الحديد الثنائي كعامل اختزال متكتل، وفي تكوين معقدات الحديد وأكاسيد الحديد المغناطيسية، وكعامل اختزال في التخليق العضوي. ^[146]

نتروبروسيد الصوديوم هو دواء يستخدم كموسع للأوعية الدموية . وهو مدرج في قائمة الأدوية الأساسية لمنظمة الصحة العالمية . ^[148]

الحديد ضروري للحياة. ^{[10] [149] [150]} تنتشر مجموعات الحديد والكبريت وتشمل النيتروجيناز ، وهي الإنزيمات المسؤولة عن تثبيت النيتروجين البيولوجي . تشارك البروتينات المحتوية على الحديد في نقل الأكسجين وتخزينه واستخدامه. ^[10] تشارك بروتينات الحديد في نقل الإلكترون . ^[151]

تشمل أمثلة البروتينات المحتوية على الحديد في الكائنات الحية العليا الهيموجلوبين والسيتوكروم (انظر الحديد عالي القيمة ) والكاتالاز . [ ^{10] [152]} يحتوي الإنسان البالغ المتوسط ​​على حوالي 0.005٪ من وزن الجسم من الحديد، أو حوالي أربعة جرامات، ثلاثة أرباعها في الهيموجلوبين - وهو مستوى يظل ثابتًا على الرغم من امتصاص حوالي مليجرام واحد فقط من الحديد كل يوم، ^[151] لأن جسم الإنسان يعيد تدوير الهيموجلوبين للحصول على محتوى الحديد. ^[153]

يمكن مساعدة نمو الميكروبات عن طريق أكسدة الحديد (II) أو عن طريق اختزال الحديد (III). ^[154]

يشكل اكتساب الحديد مشكلة للكائنات الحية الهوائية لأن الحديد الثلاثي غير قابل للذوبان بالقرب من درجة الحموضة المحايدة. وبالتالي، طورت هذه الكائنات الحية وسائل لامتصاص الحديد كمعقدات، وأحيانًا تأخذ الحديد الثلاثي قبل أكسدته مرة أخرى إلى حديد ثلاثي. ^[10] على وجه الخصوص، طورت البكتيريا عوامل عزل عالية الألفة تسمى حاملات الحديد . ^{[155] [156] [157]}

بعد الامتصاص في الخلايا البشرية ، يتم تنظيم تخزين الحديد بدقة. ^{[10] [158]} أحد المكونات الرئيسية لهذا التنظيم هو بروتين الترانسفيرين ، الذي يرتبط بأيونات الحديد الممتصة من الاثني عشر ويحملها في الدم إلى الخلايا. ^{[10] [159]} يحتوي الترانسفيرين على Fe ³⁺ في منتصف ثماني السطوح المشوه، مرتبطًا بذرة نيتروجين وثلاث ذرات أكسجين وأنيون كربونات مخلب يحبس أيون Fe ³⁺ : يتمتع بثبات استقرار مرتفع لدرجة أنه فعال للغاية في امتصاص أيونات Fe ³⁺ حتى من أكثر المركبات استقرارًا. في نخاع العظم، يتم اختزال الترانسفيرين من Fe ³⁺ إلى Fe ²⁺ وتخزينه على شكل فيريتين ليتم دمجه في الهيموجلوبين. ^[151]

المركبات الحديدية غير العضوية الأكثر شيوعًا ودراسة (جزيئات الحديد البيولوجية) هي بروتينات الهيم : ومن الأمثلة على ذلك الهيموجلوبين والميوغلوبين والسيتوكروم بي 450. ^{[10] تشارك هذه المركبات في} نقل الغازات وبناء الإنزيمات ونقل الإلكترونات . ^[151] البروتينات المعدنية هي مجموعة من البروتينات ذات العوامل المساعدة للأيونات المعدنية . بعض الأمثلة على البروتينات المعدنية للحديد هي الفيريتين والروبريدوكسين . ^[151] تحتوي العديد من الإنزيمات الحيوية للحياة على الحديد، مثل الكاتالاز ، ^[160] والليبوكسيجيناز ، ^[161] و IRE-BP . ^[162]

الهيموجلوبين هو حامل أكسجين يوجد في خلايا الدم الحمراء ويساهم في لونها، وينقل الأكسجين في الشرايين من الرئتين إلى العضلات حيث يتم نقله إلى الميوجلوبين ، الذي يخزنه حتى الحاجة إليه للأكسدة الأيضية للجلوكوز ، وتوليد الطاقة. ^[10] هنا يرتبط الهيموجلوبين بثاني أكسيد الكربون ، الذي ينتج عند أكسدة الجلوكوز، والذي يتم نقله عبر الأوردة بواسطة الهيموجلوبين (بشكل أساسي على شكل أنيونات بيكربونات ) مرة أخرى إلى الرئتين حيث يتم زفيره. ^[151] في الهيموجلوبين، يوجد الحديد في واحدة من أربع مجموعات هيم وله ستة مواقع تنسيق محتملة؛ أربعة منها مشغولة بذرات النيتروجين في حلقة البورفيرين ، والخامسة بواسطة نيتروجين إيميدازول في بقايا هيستيدين لإحدى سلاسل البروتين المرتبطة بمجموعة الهيم، والسادس محجوز لجزيء الأكسجين الذي يمكن أن يرتبط به بشكل عكسي. ^[151] عندما لا يكون الهيموجلوبين مرتبطًا بالأكسجين (ويُطلق عليه بعد ذلك اسم ديوكسي هيموجلوبين)، يكون أيون Fe ²⁺ في مركز مجموعة الهيم (في الجزء الداخلي من البروتين الكاره للماء) في تكوين عالي الدوران . وبالتالي فهو كبير جدًا بحيث لا يتناسب مع حلقة البورفيرين، التي تنحني بدلاً من ذلك إلى قبة مع أيون Fe ²⁺ على ارتفاع حوالي 55 بيكومترًا فوقها. في هذا التكوين، يتم حظر موقع التنسيق السادس المخصص للأكسجين بواسطة بقايا هيستيدين أخرى. ^[151]

عندما يلتقط الديوكسي هيموجلوبين جزيء الأكسجين، تتحرك بقايا الهيستيدين بعيدًا وتعود بمجرد أن يتم ربط الأكسجين بشكل آمن لتكوين رابطة هيدروجينية معه. يؤدي هذا إلى تحول أيون Fe ²⁺ إلى تكوين منخفض الدوران، مما يؤدي إلى انخفاض بنسبة 20٪ في نصف القطر الأيوني بحيث يمكن أن يتناسب الآن مع حلقة البورفيرين، والتي تصبح مستوية. ^[151] بالإضافة إلى ذلك، يؤدي هذا الرابطة الهيدروجينية إلى إمالة جزيء الأكسجين، مما يؤدي إلى زاوية رابطة Fe-O-O تبلغ حوالي 120 درجة والتي تتجنب تكوين جسور Fe-O-Fe أو Fe-O ₂ -Fe التي من شأنها أن تؤدي إلى نقل الإلكترون، وأكسدة Fe ²⁺ إلى Fe ³⁺ ، وتدمير الهيموجلوبين. يؤدي هذا إلى حركة جميع سلاسل البروتين التي تؤدي إلى تغيير شكل الوحدات الفرعية الأخرى للهيموجلوبين إلى شكل ذي تقارب أكبر للأكسجين. وبالتالي، عندما يأخذ الهيموغلوبين منقوص الأكسجين الأكسجين، تزداد قابليته لمزيد من الأكسجين، والعكس صحيح. ^[151] من ناحية أخرى، يحتوي الميوغلوبين على مجموعة هيم واحدة فقط وبالتالي لا يمكن أن يحدث هذا التأثير التعاوني. وبالتالي، في حين أن الهيموغلوبين مشبع تقريبًا بالأكسجين في الضغوط الجزئية العالية للأكسجين الموجودة في الرئتين، فإن قابليته للأكسجين أقل بكثير من قابلية الميوغلوبين، الذي يؤكسد حتى عند الضغوط الجزئية المنخفضة للأكسجين الموجودة في أنسجة العضلات. ^[151] كما هو موضح في تأثير بور (سمي على اسم كريستيان بور ، والد نيلز بور )، فإن قابلية الهيموغلوبين للأكسجين تقل في وجود ثاني أكسيد الكربون. ^[151]

أول أكسيد الكربون وثلاثي فلوريد الفوسفور سامان للإنسان لأنهما يرتبطان بالهيموجلوبين بشكل مشابه للأكسجين، ولكن بقوة أكبر بكثير، بحيث لا يمكن نقل الأكسجين بعد الآن في جميع أنحاء الجسم. يُعرف الهيموجلوبين المرتبط بأول أكسيد الكربون باسم كربوكسي هيموجلوبين . يلعب هذا التأثير أيضًا دورًا ثانويًا في سمية السيانيد ، ولكن التأثير الرئيسي هناك هو تدخله في الأداء السليم لبروتين نقل الإلكترون السيتوكروم أ . ^[151] تشتمل بروتينات السيتوكروم أيضًا على مجموعات الهيم وتشارك في الأكسدة الأيضية للجلوكوز بواسطة الأكسجين. ثم يشغل موقع التنسيق السادس إما نيتروجين إيميدازول آخر أو كبريت ميثيونين ، بحيث تكون هذه البروتينات خاملة إلى حد كبير للأكسجين - باستثناء السيتوكروم أ، الذي يرتبط مباشرة بالأكسجين وبالتالي يتسمم بسهولة شديدة بالسيانيد. ^[151] هنا، يحدث نقل الإلكترون حيث يظل الحديد في حالة دوران منخفضة ولكنه يتغير بين حالات الأكسدة +2 و+3. نظرًا لأن جهد الاختزال لكل خطوة أكبر قليلاً من الخطوة السابقة، يتم إطلاق الطاقة خطوة بخطوة وبالتالي يمكن تخزينها في ثلاثي فوسفات الأدينوزين . السيتوكروم أ مميز قليلاً، حيث يحدث عند الغشاء الميتوكوندري، ويرتبط مباشرة بالأكسجين، وينقل البروتونات وكذلك الإلكترونات، على النحو التالي: ^[151]

4 سيتوكروم ²⁺ + O2 ₊ 8H⁺
_داخل→ 4 سيتوكروم ³⁺ + 2 H ₂ O + 4H⁺
_خارج

على الرغم من أن بروتينات الهيم هي الفئة الأكثر أهمية من البروتينات المحتوية على الحديد، فإن بروتينات الحديد والكبريت مهمة جدًا أيضًا، حيث تشارك في نقل الإلكترون، وهو أمر ممكن لأن الحديد يمكن أن يوجد بشكل مستقر في حالة الأكسدة +2 أو +3. تحتوي هذه على ذرة واحدة أو اثنتين أو أربع أو ثماني ذرات حديد منسقة تقريبًا رباعي السطوح مع أربع ذرات كبريت؛ وبسبب هذا التنسيق الرباعي السطوح، فإنها تحتوي دائمًا على حديد عالي الدوران. أبسط هذه المركبات هو الروبريدوكسين ، الذي يحتوي على ذرة حديد واحدة فقط منسقة مع أربع ذرات كبريت من بقايا السيستين في سلاسل الببتيد المحيطة. فئة مهمة أخرى من بروتينات الحديد والكبريت هي الفيريدوكسينات ، التي تحتوي على ذرات حديد متعددة. لا ينتمي الترانسفيرين إلى أي من هاتين الفئتين. ^[151]

إن قدرة بلح البحر على الحفاظ على قبضته على الصخور في المحيط تسهلها استخدامه للروابط العضوية المعدنية القائمة على الحديد في بصيلاته الغنية بالبروتين . واستنادًا إلى النسخ الاصطناعية، فإن وجود الحديد في هذه الهياكل يزيد من معامل المرونة 770 مرة، وقوة الشد 58 مرة، والصلابة 92 مرة. كما زادت كمية الإجهاد المطلوبة لإلحاق الضرر بها بشكل دائم 76 مرة. ^[164]

الحديد منتشر في كل مكان، ولكن المصادر الغنية بشكل خاص بالحديد الغذائي تشمل اللحوم الحمراء ، والمحار ، والفاصوليا ، والدواجن ، والأسماك ، والخضروات الورقية ، والجرجير ، والتوفو ، والدبس الأسود . ^{[10] يتم أحيانًا تحصين} الخبز وحبوب الإفطار بالحديد على وجه التحديد. ^{[10] [165]}

غالبًا ما يوجد الحديد الذي توفره المكملات الغذائية على هيئة فومارات الحديد (II) ، على الرغم من أن كبريتات الحديد (II) أرخص ويتم امتصاصها بشكل جيد بنفس القدر. ^[146] غالبًا ما يُضاف الحديد العنصري، أو الحديد المختزل، على الرغم من امتصاصه بنسبة ثلث إلى ثلثي الكفاءة فقط (مقارنة بكبريتات الحديد)، ^[166] إلى الأطعمة مثل حبوب الإفطار أو دقيق القمح المخصب. يكون الحديد متاحًا للجسم بشكل أكبر عند ارتباطه بالأحماض الأمينية ^[167] ومتاح أيضًا للاستخدام كمكمل حديد شائع . غالبًا ما يستخدم الجلايسين ، وهو أقل الأحماض الأمينية تكلفة، لإنتاج مكملات جلايسينات الحديد. ^[168]

قام المعهد الأمريكي للطب (IOM) بتحديث المتطلبات المتوسطة المقدرة (EARs) والكميات الغذائية الموصى بها (RDAs) للحديد في عام 2001. ^[10] تبلغ المتطلبات المتوسطة المقدرة الحالية للحديد للنساء في سن 14-18 عامًا 7.9 مجم / يوم، و8.1 مجم / يوم للأعمار من 19 إلى 50 عامًا و5.0 مجم / يوم بعد ذلك (بعد انقطاع الطمث). بالنسبة للرجال، تبلغ المتطلبات المتوسطة المقدرة 6.0 مجم / يوم للأعمار من 19 عامًا وما فوق. تبلغ المتطلبات المتوسطة المقدرة 15.0 مجم / يوم للنساء في سن 15-18 عامًا، و18.0 مجم / يوم للأعمار من 19 إلى 50 عامًا و8.0 مجم / يوم بعد ذلك. بالنسبة للرجال، 8.0 مجم / يوم للأعمار من 19 عامًا وما فوق. تكون المتطلبات المتوسطة المقدرة أعلى من المتطلبات الغذائية الموصى بها لتحديد الكميات التي ستغطي الأشخاص الذين لديهم متطلبات أعلى من المتوسط. تبلغ الجرعة الموصى بها يوميًا للحمل 27 مجم/يومًا وللرضاعة 9 مجم/يومًا. ^[10] للأطفال من سن 1 إلى 3 سنوات 7 مجم/يومًا و10 مجم/يومًا للأعمار من 4 إلى 8 سنوات و8 مجم/يومًا للأعمار من 9 إلى 13 عامًا. أما بالنسبة للسلامة، فإن معهد الطب يحدد أيضًا مستويات المدخول العلوي المسموح به (ULs) للفيتامينات والمعادن عندما تكون الأدلة كافية. وفي حالة الحديد، يتم تحديد UL عند 45 مجم/يومًا. يشار إلى EARs وRDAs وULs مجتمعة باسم المدخول الغذائي المرجعي . ^[169]

تشير هيئة سلامة الأغذية الأوروبية (EFSA) إلى مجموعة المعلومات الجماعية باعتبارها قيمًا مرجعية غذائية، مع تناول مرجعي للسكان (PRI) بدلاً من RDA، ومتطلبات متوسطة بدلاً من EAR. يتم تعريف AI وUL بنفس الطريقة كما هو الحال في الولايات المتحدة. بالنسبة للنساء، يبلغ PRI 13 مجم / يوم من سن 15 إلى 17 عامًا، و16 مجم / يوم للنساء من سن 18 عامًا وما فوق في مرحلة ما قبل انقطاع الطمث و11 مجم / يوم بعد انقطاع الطمث. للحمل والرضاعة، 16 مجم / يوم. بالنسبة للرجال، يبلغ PRI 11 مجم / يوم من سن 15 عامًا وما فوق. بالنسبة للأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 1 إلى 14 عامًا، يزداد PRI من 7 إلى 11 مجم / يوم. تكون PRIs أعلى من RDAs الأمريكية، باستثناء الحمل. ^[170] راجعت هيئة سلامة الأغذية الأوروبية نفس سؤال السلامة ولم تحدد UL. ^[171]

قد يحتاج الأطفال إلى مكملات الحديد إذا كانوا يتغذون على حليب البقر عن طريق الزجاجة. ^{[172] يتعرض} المتبرعون بالدم بشكل متكرر لخطر انخفاض مستويات الحديد وغالبًا ما يُنصحون بتكملة تناولهم للحديد. ^[173]

لأغراض وضع العلامات على الأطعمة والمكملات الغذائية في الولايات المتحدة، يتم التعبير عن الكمية في الحصة كنسبة مئوية من القيمة اليومية (%DV). لأغراض وضع العلامات على الحديد، كانت 100% من القيمة اليومية 18 مجم، واعتبارًا من 27 مايو 2016 ^[تحديث]ظلت دون تغيير عند 18 مجم. ^{[174] [175]} يتم توفير جدول للقيم اليومية القديمة والجديدة للبالغين في المدخول اليومي المرجعي .

نقص الحديد هو أكثر أنواع نقص التغذية شيوعًا في العالم. ^{[10] [176] [177] [178]} عندما لا يتم تعويض فقدان الحديد بشكل كافٍ من خلال تناول كمية كافية من الحديد الغذائي، تحدث حالة من نقص الحديد الكامن ، مما يؤدي بمرور الوقت إلى فقر الدم الناجم عن نقص الحديد إذا تُرك دون علاج، والذي يتميز بعدد غير كافٍ من خلايا الدم الحمراء وكمية غير كافية من الهيموجلوبين. ^[179] الأطفال والنساء قبل انقطاع الطمث (النساء في سن الإنجاب) والأشخاص الذين يعانون من سوء التغذية هم الأكثر عرضة للإصابة بهذا المرض. معظم حالات فقر الدم الناجم عن نقص الحديد خفيفة، ولكن إذا لم يتم علاجها يمكن أن تسبب مشاكل مثل ضربات القلب السريعة أو غير المنتظمة، ومضاعفات أثناء الحمل، وتأخر النمو عند الرضع والأطفال. ^[180]

المخ مقاوم لنقص الحديد الحاد بسبب النقل البطيء للحديد عبر حاجز الدم في المخ. ^[181] لا تعكس التقلبات الحادة في حالة الحديد (التي تميزها مستويات الفيريتين في المصل) حالة الحديد في المخ، ولكن يُشتبه في أن نقص الحديد الغذائي المطول يقلل من تركيزات الحديد في المخ بمرور الوقت. ^{[182] [183]} ​​في المخ، يلعب الحديد دورًا في نقل الأكسجين، وتخليق الميالين، والتنفس الميتوكوندريا، وكعامل مساعد لتخليق الناقل العصبي والتمثيل الغذائي. ^[184] تشير النماذج الحيوانية لنقص الحديد الغذائي إلى تغيرات جزيئية حيوية تشبه تلك التي شوهدت في مرض باركنسون وهنتنغتون. ^{[185] [186]} ومع ذلك، فقد ارتبط تراكم الحديد المرتبط بالعمر في المخ أيضًا بتطور مرض باركنسون. ^[187]

يتم تنظيم امتصاص الحديد بشكل صارم بواسطة جسم الإنسان، والذي لا يحتوي على وسائل فسيولوجية منظمة لإخراج الحديد. يتم فقدان كميات صغيرة فقط من الحديد يوميًا بسبب تقشير الخلايا الظهارية المخاطية والجلدية، لذلك يتم التحكم في مستويات الحديد في المقام الأول من خلال تنظيم الامتصاص. ^[188] يضعف تنظيم امتصاص الحديد لدى بعض الأشخاص نتيجة لخلل وراثي يرتبط بمنطقة جين HLA-H على الكروموسوم 6 ويؤدي إلى مستويات منخفضة بشكل غير طبيعي من الهيبسيدين ، وهو منظم رئيسي لدخول الحديد إلى الجهاز الدوري في الثدييات. ^[189] في هؤلاء الأشخاص، يمكن أن يؤدي تناول الحديد المفرط إلى اضطرابات زيادة الحديد ، والمعروفة طبياً باسم داء ترسب الأصبغة الدموية . ^[10] يعاني العديد من الأشخاص من استعداد وراثي غير مشخص لزيادة الحديد، ولا يدركون وجود تاريخ عائلي للمشكلة. لهذا السبب، يجب ألا يتناول الأشخاص مكملات الحديد إلا إذا كانوا يعانون من نقص الحديد واستشارة طبيب. يُقدر أن داء ترسب الأصبغة الدموية هو السبب وراء ما يتراوح بين 0.3% و0.8% من جميع الأمراض الأيضية لدى القوقازيين. ^[190]

يمكن أن تتسبب الجرعات الزائدة من الحديد المتناول في حدوث مستويات مفرطة من الحديد الحر في الدم. تتفاعل مستويات الدم المرتفعة من الحديد الحر مع البيروكسيدات لإنتاج جذور حرة شديدة التفاعل يمكن أن تلحق الضرر بالحمض النووي والبروتينات والدهون والمكونات الخلوية الأخرى. تحدث سمية الحديد عندما تحتوي الخلية على حديد حر، والذي يحدث عمومًا عندما تتجاوز مستويات الحديد توفر الترانسفيرين لربط الحديد. يمكن أن يؤدي تلف خلايا الجهاز الهضمي أيضًا إلى منعها من تنظيم امتصاص الحديد، مما يؤدي إلى زيادة أخرى في مستويات الدم. يتسبب الحديد عادةً في إتلاف الخلايا في القلب والكبد وأماكن أخرى، مما يتسبب في آثار ضارة تشمل الغيبوبة والحماض الأيضي والصدمة وفشل الكبد واعتلال التخثر وتلف الأعضاء على المدى الطويل وحتى الموت. ^{[191] يعاني البشر من سمية} الحديد عندما يتجاوز الحديد 20 ملليجرامًا لكل كيلوغرام من كتلة الجسم؛ ويعتبر 60 ملليجرامًا لكل كيلوغرام جرعة مميتة . ^[192] الإفراط في تناول الحديد، والذي غالبًا ما يكون نتيجة لتناول الأطفال لكميات كبيرة من أقراص كبريتات الحديدوز المخصصة للاستهلاك للبالغين، هو أحد الأسباب السمية الأكثر شيوعًا للوفاة لدى الأطفال دون سن السادسة. ^[192] يحدد المدخول الغذائي المرجعي (DRI) مستوى المدخول الأقصى المسموح به (UL) للبالغين عند 45 مجم / يوم. بالنسبة للأطفال دون سن الرابعة عشرة، يبلغ الحد الأقصى المسموح به 40 مجم / يوم. ^[193]

إن الإدارة الطبية لتسمم الحديد معقدة، ويمكن أن تشمل استخدام عامل مخلب محدد يسمى ديفيروكسامين لربط الحديد الزائد وطرده من الجسم. ^{[191] [194] [195]}

أشارت بعض الأبحاث إلى أن انخفاض مستويات الحديد في المهاد قد يلعب دورًا في الفسيولوجيا المرضية لاضطراب نقص الانتباه وفرط النشاط . ^[196] وجد بعض الباحثين أن مكملات الحديد يمكن أن تكون فعالة بشكل خاص في النوع الفرعي غير الانتباهي من الاضطراب. ^[197]

اقترح بعض الباحثين في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وجود ارتباط بين انخفاض مستويات الحديد في الدم واضطراب نقص الانتباه وفرط النشاط. ولم تجد دراسة أجريت عام 2012 أي ارتباط من هذا القبيل. ^[198]

يمكن وصف دور الحديد في الدفاع ضد السرطان بأنه "سيف ذو حدين" بسبب وجوده الشامل في العمليات غير المرضية. ^[199] قد يصاب الأشخاص الذين يتلقون العلاج الكيميائي بنقص الحديد وفقر الدم ، حيث يتم استخدام العلاج بالحديد عن طريق الوريد لاستعادة مستويات الحديد. ^[200] قد يؤدي التحميل الزائد للحديد، والذي قد يحدث نتيجة للإفراط في استهلاك اللحوم الحمراء، ^[10] إلى بدء نمو الورم وزيادة قابلية الإصابة بالسرطان، ^[200] وخاصة بالنسبة لسرطان القولون والمستقيم . ^[10]

يلعب الحديد دورًا أساسيًا في الأنظمة البحرية ويمكن أن يعمل كمغذي مقيد للنشاط العوالقي. ^[201] وبسبب هذا، فإن انخفاض الحديد بشكل كبير قد يؤدي إلى انخفاض معدلات النمو في الكائنات الحية النباتية مثل الدياتومات. ^[202] يمكن أيضًا أن يتأكسد الحديد بواسطة الميكروبات البحرية في ظل ظروف عالية الحديد ومنخفضة الأكسجين. ^[203]

يمكن أن يدخل الحديد إلى الأنظمة البحرية من خلال الأنهار المجاورة ومن الغلاف الجوي مباشرة. بمجرد دخول الحديد إلى المحيط، يمكن توزيعه في جميع أنحاء عمود الماء من خلال اختلاط المحيط ومن خلال إعادة التدوير على المستوى الخلوي. ^[204] في القطب الشمالي، يلعب الجليد البحري دورًا رئيسيًا في تخزين وتوزيع الحديد في المحيط، مما يؤدي إلى استنزاف الحديد المحيطي عندما يتجمد في الشتاء وإطلاقه مرة أخرى في الماء عندما يحدث الذوبان في الصيف. ^[205] يمكن لدورة الحديد أن تتقلب أشكال الحديد من أشكال مائية إلى أشكال جسيمية مما يغير من توفر الحديد للمنتجين الأساسيين. ^[206] يزيد الضوء والدفء المتزايدان من كمية الحديد الموجودة في الأشكال التي يمكن للمنتجين الأساسيين استخدامها. ^[207]

• تشمل رواسب الحديد ذات الأهمية الاقتصادية ما يلي:
  • يُعتقد أن منجم كاراجاس في ولاية بارا في البرازيل هو أكبر رواسب الحديد في العالم.
  • إل موتون في بوليفيا، حيث يوجد 10% من خام الحديد المتاح في العالم.
  • حوض هامرسلي هو أكبر رواسب خام الحديد في أستراليا .
  • كيرونافارا في السويد، حيث يقع أحد أكبر رواسب خام الحديد في العالم
  • تعد منطقة ميسابي للحديد منطقة التعدين الرئيسية لخام الحديد في الولايات المتحدة.
• صناعة الحديد والصلب
• دورة الحديد
• جسيمات الحديد النانوية
• جسيمات نانوية من الحديد والبلاتين
• التسميد بالحديد – التسميد المقترح للمحيطات لتحفيز نمو العوالق النباتية
• البكتيريا المؤكسدة للحديد
• قائمة الدول حسب إنتاج الحديد
• التكوير – عملية إنشاء كريات خام الحديد
• حديد مقاوم للصدأ
• فُولاَذ

• إنه عنصري – الحديد
• الحديد في الجدول الدوري للفيديوهات (جامعة نوتنغهام)
• علم المعادن لغير المتخصصين
• الحديد بواسطة JB كالفيرت