دسترسی سریع به محتوای این مطلب
فلز آهن یکی از پرکاربردترین و شناخته شده ترین عناصر در جهان است که از گذشته تا امروز نقش حیاتی در زندگی بشر داشته است. از ساخت ابزارهای ساده در دوران باستان گرفته تا تولید سازه های عظیم امروزی، آهن همواره یکی از ارکان اصلی پیشرفت صنعتی و عمرانی به شمار آمده است. اهمیت این فلز به حدی است که حتی بررسی قیمت آهن به یکی از شاخص های مهم در ارزیابی وضعیت اقتصادی و بازار مصالح تبدیل شده است، زیرا تغییرات آن بر صنایع مختلف از ساخت و ساز تا خودروسازی تاثیر مستقیم دارد.
در میان تمام فلزات، آهن به دلیل خواص منحصر به فرد خود از جمله استحکام بالا، قابلیت شکل پذیری و رسانایی مناسب، جایگاه ویژه ای دارد. تفاوت آهن با سایر فلزات در ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی آن است که موجب افزایش دوام و مقاومت مکانیکی می شود. از سوی دیگر، ویژگی های آهن مانند خاصیت مغناطیسی، قابلیت ترکیب با عناصر دیگر برای تولید آلیاژهای گوناگون و مقاومت حرارتی بالا، آن را به ماده ای چند منظوره در صنایع مختلف تبدیل کرده است.
یکی از مباحث جالب در مورد این فلز، تفاوت میان آهن معمولی و آهن زنگ نزن است. آهن زنگ نزن یا همان استیل، ترکیبی از آهن با عناصر کروم و نیکل است که مقاومت بالایی در برابر رطوبت و خوردگی دارد. این نوع آهن در ساخت لوازم خانگی، تجهیزات صنعتی و سازه های دریایی کاربرد فراوانی دارد. در نتیجه، آشنایی با انواع آهن و بررسی قیمت روز آهن نه تنها برای فعالان حوزه صنعت، بلکه برای همه افرادی که به دنبال شناخت بهتر مواد اولیه پیرامون خود هستند، موضوعی ضروری و جذاب به شمار می رود.
فلز آهن یکی از کاربردی ترین محصولات برای ساخت مقاطع فولادی به حساب می آید. این فلز ویژگی ها و کاربردهای متنوعی دارد که در ادامه با 10 مورد از مهم ترین ویژگی های این فلز آشنا خواهیم شد.
1 – به فراوانی یافت می شود
اعتقاد بر این است که آهن، دهمین عنصر از لحاظ فراوانی در جهان است. یکی از ویژگی های آهن این است که فراوان ترین (از نظر جرمی، 34.6٪) عنصر تشکیل دهنده زمین محسوب می شود. غلظت آهن در لایه های مختلف زمین از مقدار زیاد در هسته داخلی تا حدود 5٪ در پوسته خارجی است.
2 – هزینه استخراج کم نسبت به سایر فلزات
در زمان استخراج، بیشترین میزان آهنی که می توان دریافت کرد از اکسیدهای این ماده است. از جمله این اکسیدها می توان به هماتیت، مگنتیت و تاکونیت اشاره کرد. این آلیاژ (آهن) که به همراه نیکل یکی از مواد تشکیل دهنده زمین است برای تمام ارگانیک های زنده، ضروری است. میزان این محصول 500 میلیون تن در سال است. 300 میلیون تن نیز آهن بازایافت شده، سالانه تولید می شود.
3 – کاربرد وسیع در ساخت آلیاژها
استفاده از این فلز بسیار وسیع است به طوری که بیشتر از 95٪ کل تناوب فلزی تولید شده در سراسر جهان کاربرد دارد. به لطف هزینه کم و مقاومت بالایی که دارد کاربردهای آن از ظروف غذا گرفته تا اتومبیل ها، از خردکن ها گرفته تا ماشین لباسشویی، از کشتی های باری گرفته تا منگنه های کاغذی است. شناخته شده ترین آلیاژ آهن، فولاد است که به صورت انواع چدن، فولاد کربن، آهن فرفورژه، فولادهای آلیاژی ( میلگرد vcn ، فولاد ck45، میلگرد آلیاژی st52 و … ) و اکسیدهای آهن در صنعت موجود است.
4 – زنگ زدن سریع در حضور رطوبت
آهن فقط ویژگی های خوب ندارد! مثلا این عنصر در هوای مرطوب زنگ می زند! اما در هوای خشک اینگونه نیست و به راحتی در اسیدهای رقیق حل می شود. آهن از نظر شیمیایی فعال است و دو سری اصلی از ترکیبات شیمیایی، ترکیبات آهن دو ظرفیتی (II) یا آهنی و ترکیبات سه ظرفیتی آهن (III) را تشکیل می دهد.
5 – محکم، سخت، پردوام و مقاوم
ویژگی های آهن باعث شده که این فلز بیشتر به عنوان فلزی شناخته شود که به ما سلاح و ابزار می دهد و توانایی آن با استفاده از آلیاژها و عملیات حرارتی متناسب با هر کاربرد آن را به فلز اصلی در فناوری تبدیل می کند. آهن متداول ترین فلز در زندگی روزمره است که همیشه به شکل اشیای تولید شده آن را می بینیم.
سازه های بتنی حاوی آهن هستند و ماشین های الکتریکی از جمله ترانسفورماتور به آهن بستگی دارند. اتومبیل ها عمدتاً آهنی هستند و بسیاری از وسایل آهنی با لایه محافظی از جنس قلع پوشیده شده اند. اتصال دهنده ها مانند میخ و پیچ هایی که استفاده می شوند، معمولاً از نوع آهنی هستند.
6 – قیمت مناسب نسبت به سایر فلزات
آهن یک ماده عالی و متنوع برای ساخت و ساز است که قوی و سخت بوده و در عین حال به راحتی شکل گرفته و کار می کند؛ از همه مهمتر قیمت ارزانی داشته و در مقایسه با گزینه های دیگر در اولویت قرار دارد. آلومینیوم یک رقیب قدرتمند برای آهن است با این حال، قابلیت انعطاف پذیری آلیاژهای آهن، میلگرد آلیاژی و کربن با هیچ ماده دیگری قابل تطبیق نیست.
7 – بر اثر حرارت شعله سریع زنگ می زند
سطح آهن معمولاً در اثر خوردگی تغییر رنگ پیدا می کند زیرا در حضور رطوبت به راحتی با اکسیژن هوا ترکیب می شود و از طرفی در هوای کاملاً خشک زنگ نمی زند. خوردگی آهن همواره یکی از مشکلات اساسی این صنعت است. اکسیدی که از آهن تولید می شود، شکننده و نرم است، از فلز پایه هیچ محافظتی نمی کند و نهایتا زنگ می زند.
آهن از سنگ معدن بدست می آید؛ همانطور که در قسمت قبل اشاره شد در حقیقت از انواع اکسیدها هستند. این اکسیدها در بعضی موارد کربنات، گوگرد یا فسفر را نیز شامل می شوند. نماد شیمیایی FeS2 نشان دهنده آهن به‌علاوه گوگرد است، این ماده یک ترکیب نامناسب از آهن حساب می شود چرا که استخراج گوگرد از داخل آهن هزینه های زیادی دربر خواهد داشت.
8 – بازیافت راحت و آسان فلز آهن
آهن در صنعت به راحتی بازیافت شده و یکی از دلایل پرطرفدار بودن این فلز بازیافت راحت آن است. البته روش های مختلفی برای بازیافت موجود است که به فراخور نوع آلیاژ از این روش ها استفاده می شود.
9 – قابلیت تبدیل شدن به آلیاژهای دیگر مانند فولاد و چدن
فولاد از ترکیب فلز آهن و دیگر فلزهای مختلف است که برای تقویت خواص آهن به تولید آن می پردازند. برای مثال در این دسته از فولادها، مقاومت در برابر خوردگی و تحمل گرما، افزایش پیدا خواهد کرد. با توجه به ترکیبی که برای ساخت فولاد آلیاژی استفاده می شود، انواع متنوعی از فولاد با خواص مختلف قابل تولید است.
10- رسانای الکتریسیته است
یکی از خصوصیات بارز فلز آهن این است که به شدت میدان مغناطیسی دارد. هر قطعه ای از جنس آهن باشد، اگر در معرض میدان مغناطیسی قوی قرار بگیرد، خودش هم دارای میدان مغناطیسی می شود. دانشمندان بر این باورند که حدود 90٪ هسته زمین از فلز آهن تشکیل شده است. نیروی مغناطیسی حاصل از این آهن همان چیزی است که قطب های مغناطیسی شمال و جنوب را ایجاد می کند.
حال سوالی که ذهن را درگیر می کند نحوه کشف این فلز است!؟ همانطور که گفته شد فلز آهن در پوسته زمین به فراوانی یافت می شود. اطلاعات دقیق از اولین فردی که با فلز آهن دست به ساخت و ساز زد در دست نیست، هرچند با توجه به تحقیقات و احتمالاتی که در دست داریم، استفاده اولیه از این آلیاژ به دو هزار سال پیش از میلاد برمی گردد. البته در این میان باید توجه کنید که در گذشته، رشد تمدن ها با سرعت متفاوتی رخ می داد پس زمان کشف آهن می تواند برای هر تمدن متفاوت باشد.
به طور حدودی می توان گفت این فلز در مصر باستان، دو هزار سال قبل از میلاد کشف و استفاده شد. با توجه به بررسی هایی که انجام شده، چینی ها زودتر از مصریان به استفاده از آهن دست زدند. در کشور آمریکا که امروزه یکی از پیشرفته‌ترین تمدن ها را دارد، آهن تنها پس از ورود اروپاییان مورد استفاده قرار گرفت.
پس همین‌طور که مشاهده می کنید، زمان استخراج و استفاده از آهن در تمامی قاره ها یکسان نیست.حتما شما شنیده اید که در گذشته آهن از شهاب سنگ استخراج می شد. این موضوع تا حدی واقعیت دارد اما از آنجایی که هر روز شهاب سنگ در دست نیست و پروسه استخراج آهن از شهاب سنگ سخت است.
این روش در واقعیت قابل پیاده سازی نیست. کشف معادن آهن، مرحله ای کاربردی برای حذف این مشکل بود، استخراج آهن از معدن به مراتب ساده‌تر است. از طرف دیگر فلزی که به عنوان آهن از معدن استخراج می شود دارای درصد خلوص پایینی است به همین دلیل محققان رفته رفته کوره های مذاب را ساخته و از آنها برای افزایش خلوص آهن استفاده کردند.
آهن یکی از پرکاربردترین مواد اولیه برای ساخت وسایل خانگی، ظروف، ماشین و … است. البته امروزه شما شاهد جایگزینی آهن و فولاد بوده اید. یکی دیگر از آلیاژهایی که برای ساخت استفاده می شود “چدن” است. چدن را می توان برای ساخت قطعات خودرو استفاده کرد. برای ساخت وسایل مربوط به دکوراسیون خانگی (نرده، پایه نگهدارنده شمع، میله پرده و …) از آهن فرفوژه استفاده می شود.
مشخصات شیمیایی فلز آهن در جدول زیر به طور کامل برای شما ارائه شده است:
| مشخصه | مقدار / توضیحات |
|---|---|
| نماد اتمی آهن | Fe |
| عدد اتمی آهن | 26 |
| فاز آهن در دمای اتاق | جامد |
| عدد جرمی آهن | 55.85 |
| تراکم آهن | 7.874 گرم بر سانتی متر مکعب در دمای 20 درجه سانتی گراد |
| نقطه ذوب آهن | 2800 درجه فارنهایت (1536 درجه سانتی گراد) |
| نقطه جوش آهن | 5182 درجه فارنهایت (2862 درجه سانتی گراد) |
| شعاع یونی آهن | 0.076 نانومتر (+2) ؛ 0.064 نانومتر (+3) |
| تعداد ایزوتوپ های آهن | 8 |
| انرژی یونیزاسیون اول آهن | 761 کیلوژول بر مول |
| انرژی یونیزاسیون دوم آهن | 1556.5 کیلوژول بر مول |
| انرژی یونیزاسیون سوم آهن | 2951 کیلوژول بر مول |
| گروه در جدول تناوبی | VIII |
فلز آهن یکی از پرکاربردترین عناصر در صنعت و ساختمان سازی است و به دلیل ویژگی های اهن از جمله چگالی بالا، رنگ خاکستری نقره ای، و نقطه ذوب حدود ۱۵۳۸ درجه سانتی گراد، جایگاه ویژه ای در میان فلزات دارد. عدد جرمی اهن برابر با ۵۵.۸۵ است که نشان دهنده سنگینی و پایداری این عنصر در شرایط مختلف است. از دیگر ویژگی آهن می توان به خاصیت رسانایی بالا، خاصیت مغناطیسی و شکل پذیری آن اشاره کرد. مواد تشکیل دهنده آهن شامل ترکیبات طبیعی مانند هماتیت و مگنتیت هستند که پس از استخراج و ذوب، به فلز خالص تبدیل می شوند.
در فرآیند تولید، کیفیت محصول نهایی وابسته به عامل شفاهی آهن با کیفیت بالا است که تضمین می کند فلز تولید شده فاقد ناخالصی های مضر باشد. همچنین، آلیاژ های آهن از ترکیب آهن با عناصری مانند کربن، نیکل یا کروم تولید می شوند تا مقاومت، سختی و خاصیت ضد زنگ آن افزایش یابد. این ویژگی ها باعث شده کاربرد فلز آهن در صنایع مختلف مانند خودروسازی، ساخت تجهیزات صنعتی و تولید ابزارآلات بسیار گسترده باشد.
از نظر خواص مکانیکی، اهن دارای مقاومت کششی و فشاری بسیار بالایی است و به همین دلیل از آن در ساخت سازه های فلزی، پل ها و ماشین آلات سنگین استفاده می شود. ویژگی اهن این است که در برابر نیروهای خارجی تغییر شکل نمی دهد و در عین استحکام، قابلیت چکش خواری و نورد شدن دارد. وجود ترکیبات آهن و کنترل دقیق میزان کربن در ساختار آن، استحکام و انعطاف پذیری فلز را به طور قابل توجهی تغییر می دهد.
یکی از نکات مهم در بررسی خواص آهن، توانایی آن در ترکیب با عناصر دیگر برای تشکیل آلیاژهای آهن است که ویژگی های مکانیکی آن را بهبود می بخشد. به عنوان مثال، با افزودن کروم و نیکل به آهن، فولاد ضد زنگ تولید می شود که مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد. علاوه بر این، عامل چلایت آهن به معنی تامین کننده عناصر ضروری در واکنش های صنعتی است که در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی فلز نقش دارد. در نهایت، تنوع بالای کاربرد اهن در صنایع مختلف به دلیل ترکیب منحصر به فردی از مقاومت، سختی، انعطاف و دوام بالا است که آن را به یکی از ارزشمندترین فلزات جهان تبدیل کرده است.
راجع به ویژگی های آهن در صنعت و شیمی صحبت شد و حالا نوبت بحث راجع به ویژگی های آهن بر سلامتی انسان است. آهن را می توان در گوشت، محصولات کامل غذایی، سیب زمینی و سبزیجات یافت. بدن انسان سریع‌تر از آهن موجود در محصولات گیاهی، آهن موجود در فرآورده های دامی را جذب می کند. این ماده همچنین بخشی اساسی از هموگلوبین است.
عامل رنگ قرمز خون که اکسیژن بدن ما را منتقل می کند همین آهن است. اما از طرفی در صورت تماس و باقی ماندن آهن در بافت، ممکن است باعث التهاب، کوروئیدیت و رتینیت شود. از دیگر ویژگی های آهن بر بدن می توان به این مورد اشاره کرد که در صورت استنشاق مزمن، غلظت بیش از حد بخارات اکسید آهن یا گرد و غبار، ممکن است منجر به ایجاد پنوموکونیوز خوش خیم بنام سیدروز شود.
استنشاق غلظت بیش از حد اکسید آهن، ممکن است خطر ابتلا به سرطان ریه را برای کارگران در معرض سرطان ریه افزایش دهد. مشکل شایع‌تر برای افراد دچار کمبود آهن است که منجر به بیماری انمی Anemie خواهد شد. یک مرد به طور متوسط روزانه 7 و یک زن به 11 میلی‌گرم آهن نیاز دارد. یک رژیم طبیعی معمولاً تمام موارد مورد نیاز را باید تأمین کند.
جمع بندی
با این همه توضیح راجع به ویژگی های آهن و اهمیت وجود آن در ساخت و ساز، نهایتا می توان گفت کم هزینه‌ترین فلز روی زمین “آهن” است. زیرا آهن، همانطور که در سنگ معدن یافت می شود، از نظر جرم، فراوان‌ترین عنصر محسوب می شود. آهن معمولا ارزان و فوق العاده مفید است؛ بنابراین از برخی جهات، ارزش آن بسیار بیشتر از طلا خواهد بود. در این مقاله سعی شده به تمام ویژگی های آهن و اهمیت حضور آن در برنامه غذایی و کل زندگی ما انسان ها پرداخته شود. امیدواریم مطالب فوق، ابهامات ذهنی شما را برطرف کرده باشد.
سوالات متداول
آهن به دلیل ساختار کریستالی منظم و پیوندهای فلزی قوی بین اتم هایش دارای استحکام و مقاومت بالا در برابر فشار و ضربه است.
قرار گرفتن آهن در تماس با اکسیژن و رطوبت باعث تشکیل اکسید آهن یا همان زنگ زدگی می شود که به مرور سطح فلز را تخریب می کند.
به دلیل وجود الکترون های آزاد در ساختار فلزی خود، آهن توانایی بالایی در هدایت جریان الکتریسیته و انتقال گرما دارد.
آهن چگالی بالا، سختی مناسب، نقطه ذوب بالا و قابلیت چکش خواری دارد که آن را برای شکل دهی و ساخت ابزار مختلف ایده آل می کند.
آهن خاصیت فرومغناطیسی دارد، یعنی در میدان مغناطیسی قوی به سرعت آهنربا می شود و پس از حذف میدان نیز تا حدی خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند.
به دلیل فراوانی در پوسته زمین، قیمت مناسب، استحکام بالا و قابلیت ترکیب با دیگر عناصر برای تولید آلیاژهای مختلف، آهن پرکاربردترین فلز جهان است.
آهن در دمای بالا نرم شده و شکل پذیر می شود و در حدود ۱۵۳۸ درجه سانتی گراد ذوب می شود، اما مقاومت خود را تا دمای بالا حفظ می کند.
با افزودن عناصری مانند کربن، کروم یا نیکل به آهن، آلیاژهایی مانند فولاد و استیل تولید می شود که خواص مکانیکی بهتری دارند.
آهن در ساخت هموگلوبین خون نقش دارد و باعث انتقال اکسیژن به سلول ها می شود، کمبود آن منجر به کم خونی و خستگی می شود.
آهن مقاومت بالا در برابر فشار، کشش و ضربه دارد و در عین حال انعطاف پذیر است، به همین دلیل برای ساخت سازه های صنعتی و ساختمانی بسیار مناسب است.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.