آهن

 

از یک عنصر مهم در تولید فولاد گرفته تا گیاهان مغذی و کمک به حمل اکسیژن در خون، آهن همیشه مشغول کمک به حفظ حیات در زمین است. آهن ماده ای شکننده و سخت است که در گروه ۸ جدول تناوبی عناصر به عنوان فلز طبقه بندی می شود.

 

فرم خالص آهن که از همه فلزات فراوان تر است، از قرار گرفتن در معرض هوای مرطوب و دمای بالا به سرعت تخریب می شود. آهن همچنین چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین از نظر وزن است و تصور می شود بیشتر هسته زمین از اهن تشکیل شده باشد.

 

طبق آزمایشگاه ملی لوس آلاموس علاوه بر اینکه این عنصر معمولاً در زمین یافت می شود، در خورشید و ستارگان نیز به وفور یافت می شود. طبق آزمایشگاه جفرسون، آهن برای بقای موجودات زنده بسیار مهم است. در گیاهان در تولید کلروفیل نقش دارد. در حیوانات، جزء  هموگلوبین است، پروتئینی در خون که اکسیژن را از ریه ها به بافت های بدن منتقل می کند.

 

طبق انجمن رویال شیمی (RSC)، نود درصد کل فلزی که این روزها تصفیه می شود آهن است. بیشتر آن برای ساخت فولاد – آلیاژی از آهن و کربن – استفاده می شود که به نوبه خود در ساخت و مهندسی عمران، به عنوان مثال، برای ساخت بتن مسلح استفاده می شود.

 

خواص و مشخصات شناسایی آهن

 

خواص  مشخصات
شکل فیزیکی                                                           جامد قهوه ایی فرمول شیمیایی                                                                            ۲۶Fe
دانسیته                                                                       (g/cm۳) ۷.۸۷۴ وزن اتمی استاندارد                                                           ۵۵.۸۴۵
نقطه ذوب                                                                            (۰C)1538 شماره (CAS No)                                                         ۷۴۳۹-۸۹-۶
نقطه جوش                                                                           (۰C)2862 ساختار کریستالی                                                مکعبی (fcc و bcc)

 

تاریخچه کشف آهن

 

تاریخچه کشف آهن

 

با توجه به اطلاعات آزمایشگاه جفرسون، باستان شناسان تخمین می زنند که مردم بیش از ۵۰۰۰ سال است که از اهن استفاده می کنند. در حقیقت، معلوم شد که برخی از قدیمی ترین اهن های شناخته شده برای انسان ها به معنای واقعی کلمه از آسمان یعنی شهاب سنگ ها، سقوط کرده اند.

 

در تحقیقی که در سال ۲۰۱۳ در مجله علوم باستان شناسی منتشر شد، محققان دانه های آهنی مصر باستان را که قدمت آنها به حدود ۳۲۰۰ سال قبل از میلاد می رسد، بررسی کردند و دریافتند که آنها از شهاب سنگ های اهن ساخته شده اند. طبق آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، در کتاب مقدس نیز چندین بار به آهن، اشاره شده است.

 

آهن بیشتر از مواد معدنی هماتیت و مگنتیت بدست می آید. در آزمایشگاه جفرسون ، در درجات کمتر نیز می توان آن را از مواد معدنی تاکونیت، لیمونیت و سیدیریت بدست آورد. طبق آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، اهن چهار شکل مختلف آلوتروپی دارد، به این معنی که چهار شکل ساختاری مختلف دارد که در آن اتم ها به الگوهای مختلف پیوند می خورند. این اشکال فریت نامیده می شوند، به عنوان آلفا (مغناطیسی)، بتا، گاما و امگا شناخته می شوند.

 

طبق گفته های دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، خون به دلیل اثر متقابل آهن و اکسیژن قرمز است. خون به دلیل روشی که پیوندهای شیمیایی بین دو عنصر نور را منعکس می کنند، قرمز به نظر می رسد. طبق گفته دانشگاه دنور، آهن خالص در واقع نرم و قابل انعطاف است.

 

روش های تولید آهن

روش های تولید آهن

مسیرهای آزمایشگاهی:

 

برای چند هدف محدود در صورت نیاز، آهن خالص در آزمایشگاه با کاهش اکسید خالص یا هیدروکسید با هیدروژن یا تشکیل پنتاکربونیل آهن و گرم کردن آن تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد تولید می شود تا تجزیه شود و پودر آهن خالص ایجاد شود. روش دیگر الکترولیز کلرید آهن روی کاتد آهن است.

 

مسیر صنعتی:

 

امروزه، تولید صنعتی آهن یا فولاد از دو مرحله اصلی تشکیل شده است. در مرحله اول، سنگ آهن با کک در کوره بلند کاهش یافته و فلز مذاب از ناخالصی هایی مانند مواد معدنی سیلیکات جدا می شود.

 

در این مرحله آلیاژی تولید می شود – آهن خوک – که حاوی مقادیر نسبتاً زیادی کربن است. در مرحله دوم، مقدار کربن موجود در اهن خوک با اکسیداسیون کاهش می یابد تا آهن فرفورژه، فولاد یا چدن تولید شود. در این مرحله می توان سایر فلزات را نیز برای تشکیل فولادهای آلیاژی اضافه کرد.

 

با توجه به نگرانی های زیست محیطی، روش های جایگزینی برای پردازش اهن ایجاد شده است. “کاهش مستقیم آهن”، سنگ آهن را به یک توده آهنی موسوم به اهن “اسفنجی” یا آهن “مستقیم” که برای ساخت فولاد مناسب است، کاهش می دهد. دو واکنش اصلی شامل فرآیند کاهش مستقیم است:

 

گاز طبیعی تا حدودی اکسید می شود (با گرما و کاتالیزور):

 

 ۲CH۴ + O۲ → ۲CO + 4H۲

 

سپس سنگ آهن، با استفاده از این گازها در کوره تصفیه می شود و اهن اسفنجی جامدی تولید می کند:

 

Fe۲O۳ + CO + 2H۲ → ۲Fe + CO۲ + ۲H۲O

 

سیلیس با اضافه کردن شار سنگ آهک همانطور که در بالا توضیح داده شد از بین می رود.

 

کاربردهای آهن

 

کاربردهای آهن

 

اهن عنصری است که در بسیاری از زمینه ها از جمله تولید فولاد و صنعت متالوژی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین در علم بیولوژی و پزشکی نیز کاربردهای فراوانی دارد.

 

این عنصر، موضوع مطالعات پزشکی زیادی بوده است، برخی از آنها نشان می دهد که در واقع مقادیر بالای اهن در خون می تواند با افزایش خطر مشکلات قلبی عروقی مرتبط باشد.

 

جودیت وایلی-روزت، استاد گروه اپیدمیولوژی، گفت: “برخی تحقیقات نشان می دهد افرادی که فریتین بیشتری در سیستم خون خود دارند که نشانگر اهن بیشتری در بدن است، ممکن است از نظر برخی بیماری های قلبی عروقی بیشتر در معرض خطر باشند.”

 

منابع:

۱) www.livescience.com

۲) www.en.wikipedia.org

 

این محصول اینجا جستجو کنید.

خرید محصولات از این سایت تحت گارانتی دکتر شاهرضایی می باشد.