همه چیز در مورد فلز آهن ویژگی و کاربرد آن
عنصر آهن با نماد شیمیایی Fe و عدد اتمی ۲۶ در گروه هشتم جدول تناوبی و نخستین دوره‌ی فلزهای واسطه قرار گرفته است. این فلز از نظر جرم بزرگترین عنصر کره‌ی زمین می‌باشد. همچنین بعنوان چهارمین عنصر متداول در پوسته زمین شناخته می‌شود. فلز آهن تازه سطحی به رنگ نقره‌ای-خاکستری درخشان دارد. بیشترین آهن موجود در پوسته به صورت سنگ‌های معدنی اکسید آهن مانند مگنتیت و هماتیت یافت می‌شود.
آهن در برابر آب و اکسیژن واکنش نشان داده و به اکسید آهن هیدرات شده تبدیل می‌شود. در این صورت بعنوان زنگ شناخته می‌شود. این فلز با ویژگی‌های خوبی که دارد به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تاریخچه فلز آهن
نخستین آهن شکل گرفته استفاده شده توسط انسان در دوره‌ی پیش از تاریخ، از شهاب سنگ‌ها بوذه است. همچنین ذوب آهن در کوره‌ها به هزاره‌ی دوم پیش از میلاد برمی‌گردد. در حدود ۵۵۰ سال پیش از میلاد برای اولین بار چدن در چین تولید شد.
در اروپا زمان قرون وسطا ابزاری کشف شد که به وسیله‌ی آن توانستند از چدن (آهن شکل یافته) با استفاده از ریخته‌گری زیور آلات تولید نمایند. در دوران باستان فولاد که در مقایسه با چدن کربن کمتر و آهن شکل یافته بیشتری دارد برای اولین بار تولید شد. با گذشت زمان روش‌های جدیدی برای تولید آهن و فولاد ابداع شد. هنری بسمر در اواخر دهه‌ی ۱۸۵۰، فرایند جدیدی را شامل دمیدن هوا از روی چدن مذاب برای تولید فولاد نرم اختراع نمود. تمامی فرایندهای ابداع شده باعث شد در قرن ۱۹ و بعد از آن، دیگر آهن شکل یافته تولید نشود.
ویژگی فلز آهن
فلز آهن دارای سطحی صاف و رنگ نقره‌ای براق مایل به رنگ خاکستری است که پس از واکنش با اکسیژن زنگ زده و به رنگ قرمز یا قهوه‌ای در می‌آید. آهن به دلیل اکسیدن شدن در حضور اکسیژن و رطوبت، به ندرت به صورت خالص بر روی سطح زمین یافت می‌شود. برای به دست آوردن فلز آهن، باید اکسیژن از سنگ معدن‌های طبیعی مانند سنگ آهن توسط کاهش شیمیایی حذف شود.
خواص مکانیکی آهن عمدتا به خلوص آن بستگی دارد. به دلیل نرم بودن کریستال‌های خالص آهن برای تقویت، میزان کمی ناخالصی مانند کربن به آن اضافه می‌شود. همچنین با افزودن مقادیر مناسبی از فلزات دیگر فولاد تولید شده که ۱۰۰۰ برابر سخت‌تر از آهن خالص است.
کاربرد آهن
فلز آهن از تمامی فلزات کاربرد بیشتری دارد و در جهان، ۹۵ درصد از آلیاژ کل فلزات تولید شده را تشکیل می دهد. همچنین به دلیل قیمت پایین و مقاومت بالای ترکیب آن در صنایع ساختمان سازی، ساخت بدنه کشتی‌های بزرگ و خودروسازی کاربرد دارد. همچنین فولاد یکی از معروف‌ترین آلیاژهای آهن است.
گونه‌های آهن
- آهن خام: دارای ۵-۴ درصد کربن و مقادیری ناخالصی مانند فسفر، سیلیکون و گوگرد است. اهمیت آهن خام به دلیل قرارگیری در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تا چدن و فولاد می‌باشد.
- چدن: این فلز دارای ۲ تا ۵٫۳ درصد کربن و میزان کمی منگنز است. در چدن ناخالصی‌های موجود در آهن خام مانند فسفر و گوگرد که تاثیر منفی بر ویژگی‌ی آن داشتند تا حد قابل قبولی کاهش یافته‌اند. چدن بسیار شکننده، سخت و محکم است.
- فولاد: شامل ۱٫۵-۰٫۵ کربن و مقادیر کمی گوگرد،سیلیکون، منگنز و فسفر می‌باشد.
- آهن ورزیده: یا آهن نرم کمتر از ۰٫۵ درصد کربن دارد. این محصول به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. آهن ورزیده محکم و چکش‌خوار است.
- فولادهای آلیاژ: دارای میزان متفاوتی از کربن همراه فلزات دیگری مانند وانادیوم، مولبیدن، کروم ، تنگستن، نیکل و … است.
- اکسیدهای آهن: برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوترها کاربرد دارد. اکسیدهای آهن هنگام مخلوط شدن با ترکیبات دیگر، خصوصیات مغناطیسی خود را بصورت محلول نیز حفظ می‌نمایند.