آهن و ویژگی های آن
آهن و ویژگی های آن
معرفی
آهن با نماد شیمیایی Fe ، نام یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲۶ و چگالی ۷۸۷۴kg/m۳ است. آهن یک فلز است که در نخستین دوره فلزهای واسطه جای دارد. آهن از دیدگاه جرم، بزرگترین عنصر سازنده کره زمین است. آهن اصلیترین عنصر سازنده هسته بیرونی و درونی زمین و چهارمین عنصر متداول در پوستهاست. فراوانی آهن در سیارههای زمینسان و دیگر کرههای سنگی مانند ماه، به خاطر پدیده همجوشی هستهای در ستارههای بزرگ است، که در پروسه همجوشی آهن آخرین عنصریاست که با آزادسازی انرژی؛ پیش از فروپاشی خشونتآمیز آن ستاره به صورت یک ابرنواختر، و پراکندن آهن در فضا، ایجاد میشود. در حدود ۱٬۴۰۰ پیش از میلاد، از ساختههای آهنی در قلمرو هیتیها در ارمنستان کنونی استفاده میشد که این به عنوان نخستین شواهد مصرف این عنصر است.
ویژگیها
آهن دارای سطوح صاف و نقرهای براق مایل به رنگ خاکستریست اما وقتی در هوا با اکسیژن ترکیب میشود به رنگ قرمز یا قهوهای در میآید که به آنها اکسید دارای ترکیبات آهن یا زنگ گفته میشود. کریستالهای خالص آهن نرمه (نرمتر از آلومینیوم) و با اضافه کردن مقدار کمی ناخالصی مانند کربن مقدار قابل توجهی تقویت میشود. مقادیر مناسب و کمی (تا چند درصد) از فلزات دیگر و کربن، تولید فولاد میکند که میتواند ۱۰۰۰ بار سختتر از آهن خالص باشد.
آهن در بدن
آهن یکی از عناصر ضروری و مورد نیاز بدن است و وظایف مهمی را بر عهده دارند که عبارتاند از:
۱- انتقال اکسیژن در گلوبولهای قرمز
۲- تولید هموگلوبین خون
۳- مقاومت در برابر استرس و ناخوشی
۴- عملکرد صحیح آنزیمها
۵- تقویت سیستم ایمنی
کانیها
آهن در اغلب رسها، ماسهسنگها و گرانیتها وجود دارد. در میان کانههای مهم آن میتوان از هماتیت، مگنتیت، لیمونیت و گوتیت را نام برد.
کاربرد آهن در صنایع مختلف
ذکر تمامی کاربردهای آهن و محصولات فولادی غیر ممکن است. بطور کلی این محصولات می توانند در گروه های زیر طبقه بندی شوند:
صنایع اتومبیل – ساختمان - کانتینرها، بسته بندی، کشتیرانی - ماشین آلات و تجهیزات صنعتی - حمل و نقل ریلی
صنایع نفت و گاز - تجهیزات الکتریکی - تجهیزات و وسایل آشپزخانه
فرایند زنگ زدن آهن
زنگ زدن عبارتی است که به اکسیداسیون آهن اطلاق میشود. اکسیداسیون آهن معمولا از طریق واکنش با اکسیژن صورت میگیرد اما نوعهای دیگری از زنگ زدن وجود دارد که حاصل واکنش آهن و کلر است که به آن زنگ سبز میگویند. “زنگ” نام متداول یکی از ترکیبات بسیار رایج یعنی اکسید آهن با فرمول Fe2O3 است. این نام رایج است زیرا آهن به سرعت با اکسیژن ترکیب شده و تشکیل زنگ آهن را می دهد. در حقیقت آهن را به ندرت می توان به صورت خالص در طبیعت پیدا کرد.
برای آن که آهن با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود و اکسیدآهن قرمز رنگ را (که همان زنگ آهن است) تولید می کند. در هر صورت نوعی آهن وجود دارد که زنگ نمی زند. اختراع یاکشف این آهن امری تصادفی بود! در سال۱۹۱۳ هری بریرلی٬ که متخصص ذوب فلزات بود٬ برای ساختن لوله تفنگ٬ دنبال فلزی مناسب می گشت. از این رو فلزات گوناگون را با هم ترکیب کردو آلیاژهای مختلفی به دست آورد.
هشدارهـای مصرف آهن
مصرف بیش از حد آهن خوراکی ایجاد مسمومیت میکند، چون مقدار زیاد آهن فروس با پروکسیدهای بدن واکنش کرده ، تولید بنیانهای آزاد میکند. وقتی مقدار آهن در بدن طبیعی است، مکانیسمهای ضد اکسیداسیون خود بدن قادر به کنترل این فرآیند میباشد. اگر مقدار آهن بیش از نرمال باشد، مقادیر غیرقابل کنترل بنیانهای آزاد بوجود میآید.
مقدار کشنده آهن برای یک کودک 2 ساله تقریبا" 3 گرم بوده و یک گرم آن مسمومیت جدی در پی خواهد داشت. گزارشهایی مبنی بر مسمومیت کودکان در اثر مصرف 10 تا 50 عدد قرص سولفات آهن در کوتاه مدت وجود دارد.مصرف بیش از حد آهن بر اثر خوردن غیر عمدی داروها عامل جدی مرگ و میر در کودکان است. افزایش غیرقابل کنترل آهن در بدن ، موجب بروز بیماری به نام hemochromatosis میگردد. آهن اضافی در کبد جمع شده ، موجب بیماری آهن زدگی siderosis و آسیبهای عضوی میشود. به همین دلیل افرادیکه کمبود آهن ندارند، نباید مکملهای آهن مصرف کنند.
اشاره قرآن مجید به آهن
در سوره الاسرا آیه 17 نوشته شده است:
وَقَالُواْ أَئِذَا کُنَّا عِظَامًا وَرُفَاتًا أَإِنَّا لَمَبْعُوثُونَ خَلْقًا جَدِیدًا ﴿۴۹﴾قُل کُونُواْ حِجَارَةً أَوْ حَدِیدًا ﴿۵۰﴾أَوْ خَلْقًا مِّمَّا یَکْبُرُ فِی صُدُورِکُمْ فَسَیَقُولُونَ مَن یُعِیدُنَا قُلِ الَّذِی فَطَرَکُمْ أَوَّلَ مَرَّةٍ فَسَیُنْغِضُونَ إِلَیْکَ رُؤُوسَهُمْ وَیَقُولُونَ مَتَى هُوَ قُلْ عَسَى أَن یَکُونَ قَرِیبًا ﴿۵۱﴾
و گفتند آیا هنگامی که ما استخوانهای پوسیده و پراکندهای شدیم دگر بار آفرینش تازهای خواهیم یافت؟! ﴿۴۹﴾ بگو سنگ یا آهن باشید﴿۵۰﴾ هر مخلوقی که در نظر شما از این هم سختتر است (و از حیات و زندگی دورتر، باز خدا قادر است شما را به زندگی مجدد بازگرداند) آنها به زودی میگویند چه کسی ما را باز میگرداند؟ بگو همان کسی که روز نخست شما را آفرید، آنها سر خود را (از روی تعجب و انکار) به سوی تو خم میکنند و میگویند: در چه زمانی خواهد بود؟! بگو شاید نزدیک باشد. ﴿۵۱﴾
در سوره حدید آیه 25 :
ما رسولان خود را با دلائل روشن فرستادیم، و با آنها کتاب (آسمانی) و میزان (شناسائی حق و قوانین عادلانه) نازل کردیم، تا مردم قیام به عدالت کنند، و آهن را نازل کردیم که در آن قوت شدیدی است، و منافعی برای مردم، تا خداوند بداند چه کسی او و رسولانش را یاری میکنند بیآنکه او را ببینند، خداوند قوی و شکست ناپذیر است.
خصوصیات قابل توجه آهن
جرم یک اتم معمولی آهن 56 برابر جرم یک اتم معمولی هیدروژن میباشد. عقیده بر این است که آهن ، دهمین عنصر فراوان در جهان است. Fe مخفف واژه لاتین ferrum برای آهن میباشد. این فلز ، از سنگ معدن آهن استخراج میشود و بهندرت به حالت آزاد (عنصری) یافت میگردد.
برای تهیه آهن عنصری ، باید ناخالصیهای آن با روش کاهش شیمیایی از بین برود. آهن برای تولید فولاد بکار میرود که عنصر نیست، بلکه یک آلیاژ و مخلوطی است از فلزات متفاوت ( و تعدادی غیر فلز بخصوص کربن ). هسته اتمهای آهن دارای بیشترین نیروی همگیر در هر نوکلئون هستند بنابراین آهن با روش همجوشی ، سنگینترین و با روش شکافت اتمی ، سبکترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید میشود. وقتی یک ستاره که دارای جرم کافی میباشد چنین کاری انجام دهد، دیگر قادر به تولید انرژی در هستهاش نبوده و یک ابر اختر پدید میآید. آهن رایجترین فلز در جهان به حساب میآید. الگوهای جهان شناختی با یک جهان باز پیشبینی زمانی را میکند که در نتیجه واکنشهای همجوشی و شکافت هسته ، همه چیز به آهن تبدیل خواهد شد.