علوم وصحة

ما الأهمية الحيوية لعنصر الحديد

الحديد أبو الحضارة البشرية 

عنصر الحديد مألوف عندنا، فهو من أكثر العناصر استخدامنا منذ القدم إلى الآن, قديما ارتبط الحديد بالأسلحة، فازدهرت صناعته مع اشتعال الحروب، لبأسه الشديد كما وصفه الله سبحانه وتعالى في كتابه العزيز، وكذلك لقابليته للسحب والطرق، كما أن الحديد الصافي يسهل تشكيله والتعامل معه

كان الحديد أحد العناصر الذي وجدت فيه البشرية مجالا خصبا للإبداع والاستخدام فقد كان عنصرا يسهل ترويضه واستغلال مواصفاته.

تراث الحديد.. عنصر متوارث

كان للحديد بروز في حضارة ذي القرنين، الذي أدى بكفاءة بناء السد على أحسن وجه.

وكان للحديد ارتباط بدود عليه السلام، حيث لان له، وخضع لأمره بالتشكل سابغات يقدر سردها.

الحديد في عصرنا الحالي
The production process in the rolling mill

الحديد في عصرنا الحالي

ومع قيام الثورة الصناعية بزغت خواص الحديد المذهلة في قدرته على التمغنط مشكلا قوة جبارة تمكن من توليد الكهرباء.

استخدم الحديد في جوانب متعددة وبأشكالا مختلفة، فكان ولا زال أبا للحضارة والصناعة 

الحديد في تشكيل الكون ودراسة الفلك

 إذا رمينا بأبصارنا بعيدا إلى النجوم والشموس العملاقة لنرى بداية تخلق وولادة هذا العنصر العظيم، نكتشف أنه من العناصر المتأخرة في حياة النجوم حيث يتطلب دورات اتحاد للأنوية العناصر تليها دورات انشطار نووية، حتى إذا تخلق فأنه يستقر بقلب الشمس مانحا إياها الثبات.

لعنصر الحديد أهمية قصوى في تكوين الكواكب ودورة حياتها، وفي كوكب الأرض يمثل الحديد قلبها الثابت و الزفرات البركانية تعمل على تغذية القشرة الأرضية من محتوى الباطني لعنصر الحديد.

خصائص عنصر الحديد

خصائص الحديد تفسر لنا سبب شيوع استخدامه في مجال الصناعة، وتنبع جميع خصائصه من عدد إلكتروناته التي تحدد هويته وتميزه عن بقية العناصر.

للحديد ستة وعشرون إلكترونا، تتوزع إلكترونات بحسب قواعد التوزيع الإلكتروني لتتناوب إلكترونات التكافؤ بين المستويين  s وd.

وهذا التناوب يمنح العنصر صفة الانتقالية، وهي صفة تضفي المرونة على التفاعلات الكيميائية للعنصر وتمنحه خيارات متعددة للارتباط بأشكال مختلفة مع بقية العناصر.

ترجع هذه الصفة إلى إمكانية بلوغ حالة الاستقرار من خلال المجال نصف الممتلئ، تتبدى إلكترونات التكافؤ بصورة 3d6 4s2، فهنا يميل الحديد لفقدان إلكترون من مجال  s وإلكترون من مجال d، ليأخذ صورة أكثر استقرار وهي 3d5 4s1، ليكون تكافؤه +2، وهذا يمثل السناريو النظري والمتوقع لعنصر الحديد.

وبالفعل هذه صورة شائعة لتكافؤ الحديد في تفاعلاته، لكنها ليست الوحيدة.

فمن خلال التجارب العلمية و القياسات الفعلية في مختلف تفاعلات الحديد يظهر أن لتكافؤ الحديد مدى واسع يتذبذب بين -2 و +6.

الحديد عنصر فلزي لذا فالمفترض به أن يفقد الإلكترونات لا أن يكتسبها، وهذا هو سلوك الحديد في تعاملاته الإلكترونية، لكن في بعض الظروف النادرة يضطر الحديد إلى اكتساب إلكترونين آخرين.

وهنا نلاحظ أن المدى الأقصى للحديد لا يتجاوز أبدا اكتساب إلكترونين وفقدان ست إلكترونات، أي أن الحديد لا يكتسب إلكترونات حتى يبلغ تمام طاقة المستوى الفرعي d، أي أن الحديد لا يكتسب أربع ألكترونات ليبلغ مدى الاستيعاب الأقصى لمجال d بعشر إلكترونات، مع أن هذا ممكن من الناحية النظرية، لكن الواقع عجز عن رصد تفاعلات يستوفي بها الحديد كافة الطاقة الاستيعابية لمجال d،  ويحاول العلماء صياغة فرضيات تفسر هذا السلوك الجزيئي للإلكترونات

استخدامات الحديد

إن انتقلنا للحديث عن استخدامات الحديد فالقائمة تطول، فهو عنصر أساسي في الصناعة كما ذكرنا، بداية من الأدوات البسيطة كالملاعق وشفرات الحلاقة إلى المشاريع العملاقة كتشييد ناطحات السحاب وإنشاء هياكل الطائرات والقطارات. 

هذه الأمور التي تناولنها في المقدمة هي الصورة التي تطرأ في البال إذا ما ذكر الحديد، لكن هل خطر في بالك إنشاء رابط بين حمرة صدأ الحديد وبين حمرة الدم، نعم، فكلا الحمرتين تنتسبان لذات المصدر.

فكما أن الحديد يمثل قلب النجوم والكواكب فإنه يمثل قلب الهيموجلوبين، وهذه إحدى الصور العضوية للحديد التي تقع في قلب هذا المقال

عنصر الحديد في العالم الحيوي 

لا يمكن تناول الحديد بصورته المعدنية المألوفة لدينا، وهذا راجع إلى عدم قدرة الجهاز الهضمي في التعامل مع البنية الجزيئية الهائلة لقطع الحديد.

ففي حال ابتلاع قطعة حديد فإنها لن تتحلل، كون القدرة التحليلية للإنزيمات لا تتسع لتفكيك الحديد ومن ثم امتصاصه.

أما صدأ الحديد الذي يتسرب إلى الجسم مع مياه الشرب فقد يعتبر نافعا إلى حد ما إن كان بكميات ضئيلة.

المصدر الأساسي للحديد في صورته العضوية يعتمد على النبات، فالنباتات تمتص الحديد بصورة الأكاسيد من التربة ثم تكثفه في أوراقها وثمارها، ومن أشهر النباتات التي توفر الحديد بكميات جيدة ثمرة الرمان، إذ ينصح بعصيرها لمن يعانون من فقر الدم، وكذلك أوراق السبانخ، لكن في كثير من الأحيان لا يكون الحديد النباتي متاحا للامتصاص بصورة كبيرة خصوصا إذا ترافق مع مكملات الكالسيوم الغذائية، فإن مركبات الكالسيوم تتفاعل مع الحديد لتجعلها في صورة يصعب امتصاصها، كذلك إذا ترافق الحديد النباتي مع شرب الشاي وبعض الأعشاب المشابهة فإن بعض مركباتها تعيق من امتصاص الحديد في الأمعاء.

المصدر الآخر للحديد: هو الحديد الحيواني ويوجد بوفرة في أكباد الحيوانات، لأن الكبد عبارة عن دم متخثر غني بالهيموجلوبين، وتعد هذه الصورة أيسر في الامتصاص

عموما لا يحتاج الجسم لكميات كبيرة من الحديد، لأن الحديد لا يطرد من الجسم بل يعاد تدويره بعد تكسر كريات الدم الحمراء، ومع ذلك نجد أن مشكلة فقر الدم من المشاكل الصحية الشائعة بين الأوساط البشرية، والسبب في ذلك لا يرجع إلى عدم توفره في الوجبات الغذائية بل إلى عدم كفاءة الامتصاص للجسم أو إلى مشاكل تكوينية في الأساس الجزيئي لألية عمل الجسم.

الأهمية الحيوية للحديد

تكمن الأهمية الحيوية للحديد في أنه يلعب دور الوسيط في نقل الأكسجين من الرئتين إلى سائر الخلايا المغمورة في  أغوار الجسم والمبثوثة في نواحيه.

هنا نرى أن عنصر الحديد قابع في شفاعة الأكسجين ومنتمٍ إلى حاشيته، فأهميته تنبع من أهمية الأكسجين.

فعلى عكس المألوف لدينا من كون الحديد عنصرا رئيسيا في الهياكيل البنائية للمباني والسيارات والطائرات والألات، فهو لا يساهم في البنية الهيكلية لا للجسم ولا لخلاياه، وإنما تقتصر وظيفته على دورين متشابهين إلى حد كبير: نقل الأكسجين من الرئتين إلى الخلايا، ونقل الأكسجين بين عضيات الخلية، ولكن هذا لا يقلل أبدا من شأن حديد، ولا يعني إمكانية الاستغناء عنه مطلقا.

الكيفية الجزيئية لوظيفة الحديد في نقل الأكسجين

لا يقوم الحديد بنقل الأكسجين من خلال صورته المعدنية، بل أنه يدخل في صورة معقدة عضوية من خلال الهيموجلوبين، تلك الصورة المعقدة لنقل الأكسجين تمنح الجسم مزيدا من التحكم في عملية التنفس وفقا للظروف الداخلية والخارجية 

الهيموجلوبين بروتين معقد، له أصل بنيوي هو الميوجلوبين الذي يقع في العضلات.

ينشأ الهيموجلوبين من ترابط أربع جزيئات من الميوجلوبين لتعمل بشكل تعاوني يزيد من كفاءة التقاط الأكسجين من الرئتين وأيضا في تسريع نقله إلى الخلايا

أما العضلات فتقتصر باعتمادها على شكل الميوجلوبين ذو المستوى البنائي الأدنى من هيموجلوبين.

ولذلك ليضطر الهيموجلوبين إلى تسليم الأكسجين إلى الميوجلوبين دون أن يتمكن من اكتنازه لنفسه، ولذلك لأن الضغط أكثر ارتفاعا في الهيموجلوبين مما يزيد من شراهة الميوجلوبين للأكسجين ويمنحه قدرة على سحب الأكسجين من الدم إلى العضلات.

وأيضا فإن للميوجلوبين صفة تخزينية للأكسجين، بحيث لا يطلقه إلا في حين حاجة العضلة إليه، هذه القدرة التخزينية تلبي الضرورة الملحة للأكسجين في العضلات.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى