ساز و کار

ویژگی ‌های فلز آهن چیست و چه کاربردی دارد؟
اعتقاد بر این است که آهن دهمین عنصر فراوان جهان است. یکی از ویژگی ‌های آن 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 ی خارجی می باشد. بیشترین مقدار آهن در اکسیدهای مختلف آن مانند مواد معدنی هماتیت، وزن مخصوص استیل مگنتیت و تاکونیت یافت می ‌شود. دانشمندان بر این باورند که هسته زمین تا حد زیادی از یک آلیاژ فلز آهن و نیکل تشکیل شده است و از طرفی آهن تقریباً برای موجودات زنده از ارگانیسم‌ های کوچک گرفته تا انسان ضروری است. تولید آهن جدید در جهان به مقدار وزن ورق گالوانیزه بیش از 500 میلیون تن در سال بوده و آهن بازیافت شده 300 میلیون تن دیگر به آن اضافه می‌ کند. ذخایر سنگ معدن آهن که از نظر اقتصادی عمل می ‌کند، از 100 میلیارد تن فراتر رفته است. مناطق اصلی استخراج آن در معادن چین، برزیل، استرالیا، روسیه و اوکراین می باشد که مقدار قابل توجهی در ایالات متحده آمریکا، کانادا، ونزوئلا و هند استخراج شده است.
ویژگی‌ های آهن باعث شده که این فلز بیشتر به عنوان فلزی شناخته می ‌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 رواج دارد و معمولاً با روکش محافظ پوشانده می ‌شود. سازه‌ های بتنی حاوی آهن است و ماشین ‌های الکتریکی از جمله ترانسفورماتور به آهن بستگی دارند. اتومبیل ‌ها عمدتاً آهنی هستند و بسیاری از وسایل آهنی با لایه‌ ی محافظی از جنس قلع پوشیده شده ‌اند. جدول وزن ورق گالوانیزه اتصال دهنده‌ ها مانند میخ و پیچ ‌هایی که استفاده می ‌شوند، معمولاً از نوع آهنی هستند.
آهن یک ماده عالی و متنوع برای ساخت و ساز است که قوی و سخت بوده و به راحتی شکل گرفته و کار می ‌کند و از همه مهم ‌تر ارزان است 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 و کربن با هیچ ماده ‌ی دیگری قابل تطبیق نیست. آلیاژها با فلزات دیگر، مانند نیکل، کروم و منگنز مزایای بیشتری پیدا می ‌کنند و این فولادها می ‌توانند تقریباً مطابق با هر تقاضائی در بازار باشند و به عنوان مصالح ساختمانی استفاده شوند. سه فلز آهن، کبالت و نیکل “خانواده ‌ی آهن” نامیده می ‌شوند و بسیار شبیه به هم هستند. ویژگی ‌های آهن و خاصیت آلیاژهای مشابه به آن که هیچ جایگزینی با هزینه معادل آن وجود ندارد، این است که می ‌توان آن ها را وادار به تولید یک میدان مغناطیسی قوی تنها با تحریک کوچک توسط جریان الکتریکی کرد.
سطح آهن معمولاً در اثر خوردگی تغییر رنگ می ‌یابد، زیرا در حضور رطوبت به راحتی با اکسیژن هوا ترکیب می‌ شود و وزن ورق آلومینیوم از طرفی در هوای کاملاً خشک زنگ نمی ‌زند. اکسیدی که از آهن تولید می ‌شود، شکننده و نرم است و از فلز پایه هیچ محافظتی نمی‌ کند و در نهایت زنگ می زند. این ماده همیشه از سنگ معدن حاصل می‌ شود که معمولاً همان اکسیدها هستند و بعضاً کربناته و تا حد ممکن گوگرد و فسفر کمی نیز دارند. FeS2 ماده معدنی قابل قبولی نیست زیرا گوگرد یک ناخالصی مضر در آهن است و استخراج آن از درون آهن هزینه بردار است.
ترکیب شیمیایی سنگ آهن
آهن چهارمین عنصر فراوان در پوسته زمین است (4.6٪)، اما آنقدر گسترده پخش می‌ شود که می ‌توان آن را فقط از سنگ معادنی که آهن به طور خاص در آن تولید شده‌ اند، به دست آورد و اتفاقاً بیشتر این مقدار خالص آهن در اوایل تاریخ زمین اتفاق افتاد.
سطح تمیز کبالت با رنگ صورتی، نیکل با رنگ زرد است و هیچ یک از آن ها به مانند آهن زنگ نمی ‌زند زیرا لایه‌ های اکسید محافظت و چسبندگی بیشتری دارند. نیکل یک سطح روشن و مقاوم را نشان می ‌دهد که از پرداخت زیادی برخوردار است و به ‌طور‌ کلی به عنوان زیر پوش برای آبکاری کروم استفاده می ‌شود؛ زیرا وجود کروم به خودی خود روی آهن مناسب نیست. آهن دارای عدد اتمی 26، وزن اتمی 55.85 و ایزوتوپ ‌های پایدار 54 (5.9٪)، 56 (91.6٪)، 57 (2.2٪) و 58 (0.33٪) است. پیکربندی الکترون آن Ar3d64s2 می باشد و پتانسیل‌ های یونیزاسیون اول و دوم آن 7.87 ولت و 16.18 ولت است که در همسایگی عناصری چون کبالت (Z = 27) و نیکل (Z = 28) به سر می‌برد.
از دیگر ویژگی ‌های آهن می‌ توان وزن ورق استیل به این مورد اشاره کرد که آهن در دمای اتاق، به صورت فریت یا α-آهن، یک ساختار مکعبی دارد. چگالی α- آهن 7.86 گرم در سی سی بوده و در دمای 910 درجه سانتیگراد به آهن γ تبدیل می‌شود و تا حدودی نرم‌ تر است، در دمای 1535 درجه سانتی گراد آهن ذوب می شود و در دمای 3000 درجه سانتی گراد می ‌جوشد. کبالت نیز در دمای 1480 درجه سانتی‌گراد و نیکل در دمای 1455 درجه سانتی‌گراد ذوب می شود. گرمای ویژه هر یک از این سه فلز در حدود 107/0 کالری بوده و رسانایی گرمایی Fe ، Co و Ni 3.37 ، 3.81 و 4.19 کالری بر ثانیه سانتی متر -K است. همچنین مقاومت الکتریکی آن ها 71/9 ، 24/6 و 84/6 میکرومتر سانتی‌ متر می ‌باشد. مقایسه اعداد نشان می ‌دهد که این فلزات از نظر خصوصیات فیزیکی چقدر به هم شبیه هستند.