İçerik
- Demirin Kısa Tarihçesi
- Demir Hakkında Kimya Gerçekleri
- Demir Kullanımları
- Demir Nasıl Yapılır?
- Demir nereden geldi?
- Öğeler Doğada Nasıl Oluşur?
- İnsan Vücudunda Demir
Demirin orijini üzerinde durduğunuzda, aklınız büyük olasılıkla, uygulamalı işler ve çok yüksek sıcaklıklar ile karakterize edilen çelik fabrikaları, ortaçağ dönemi demirçileri veya başka bazı üretim işlemlerinin vizyonlarına girer. Ancak, insan endüstrisinde çeşitli şekillerde kullanılan bir metal türü olmasının yanı sıra, bir bileşik veya alaşım olarak değil, bir demir olarak demir, tek bir demir atomunu izole etmenin mümkün olduğu anlamına gelir. Bu, çoğu bilinen materyal için geçerli değildir; örneğin, hala su olarak adlandırılabilecek en az miktarda su, biri oksijen ve diğeri iki hidrojen olmak üzere üç atom içerir.
İlginçtir ki, insanlar burada dünyadaki üretim ortamlarında alışılmadık derecede yüksek sıcaklıklarla demiri bir araya getirmelerine rağmen, bir element olarak demir, varlığını öylesine sıcak ve o kadar uzaktaki olaylara borçludur ki, sayılar çok az anlam kazanır.Bu nedenle, demirin nasıl yapıldığına dair bir araştırma yapmak iki paralel süreç gerektirir: Ütünün nasıl oluştuğunu ve Dünya'ya nasıl ulaştığını ve Dünya'daki insanların her gün yanı sıra özel faaliyetler için demiri nasıl yaptıklarını ve kullandıklarını araştırmak. Bu konular sırayla canlı sistemlerde demirin kullanımı ile ilgili tartışmaları ve çeşitli unsurların kozmos boyunca nasıl ortaya çıktığını ve yayıldığını genel olarak incelemektedir.
Demirin Kısa Tarihçesi
Demir, yaklaşık 3500 B.C.'den veya 5.500 yıldan daha önce insanlıktan bilinmektedir. Adı, "iren" olan Anglo-Sakson sürümünden türetilmiştir. Periyodik tablo demir sembolü Fe, Latince demir anlamına gelen ferrum kelimesinden gelmektedir. Bir eczaneyi dolandırıyorsanız ve demir takviyeleri görüyorsanız, adlarının çoğunun "demir" veya başka bir şey olduğunu (sülfat veya glukonat gibi) göreceksiniz. Bir kimya con'sunda "demir" veya "demir" kelimesini gördüğünüzde, demirin tartışıldığını hemen anlamalısınız; "İronik", görkemli ve kullanışlı bir kelime olsa da, fiziksel bilim dünyasında hiçbir rolü yoktur.
Demir Hakkında Kimya Gerçekleri
Demir (kısaltılmış Fe) sadece günlük amaçlar için değil, aynı zamanda elementlerin periyodik tablosunda da metal olarak sınıflandırılır (etkileşimli bir örnek için Kaynaklar'a bakınız). Bu muhtemelen küçük bir sürpriz olarak ortaya çıkıyor, ama aslında, metaller doğada metal olmayanları geniş bir oranda geride bırakıyor; Laboratuar ortamında insanların keşfettiği veya yarattığı 113 elementten 88'i metal olarak sınıflandırılmaktadır.
Bildiğiniz gibi atomlar, neredeyse kütlesiz elektronların bir "bulutu" ile çevrelenmiş ve kabaca eşit kütleli nötronların bir karışımını içeren bir çekirdekten oluşur. Protonlar ve elektronlar eşit büyüklükte bir yük taşır, ancak elektronlar negatifken proton yükü pozitiftir. Ütüler atom numarası 26'dır, yani demirin elektriksel olarak nötr halde 26 protonu ve 26 elektronu vardır. Yuvarlandığında basitçe toplam veya protonlar ve nötronlar olan atomik kütlesi, mol başına 56 gram kadar utangaçtır, yani kimyasal olarak en stabil formunun içerdiği (56 - 26) = 30 nötrondur.
Demir bazı zorlu fiziksel özelliklere sahiptir. 7.87 g / cm yoğunluğa sahiptir.3, onu sudan yaklaşık sekiz kat daha yoğun hale getirir. (Yoğunluk, birim hacim başına kütledir; sular, 1.0 g / cm olarak tanımlanır.3 konvansiyonel olarak.) Demir, kimya amaçları için genellikle "oda sıcaklığı" olarak kabul edilen 20 santigrat derece (68 F) 'lik bir katıdır. Erime noktası son derece yüksek bir 1538 C'dir (2800 F), kaynama noktası - yani sıvı demirin buharlaşmaya başladığı ve gaz olduğu sıcaklık - 2861 C (5182 F) bir kavurucu. Merak etme, o zaman, metal işlemede, kullanılan fırın çeşitlerinin gerçekten de güçlü olması gerekir.
Demir, kütleli olarak, Dünya kabuğundaki dördüncü en bol bulunan elementtir. Bununla birlikte, gezegenin erimiş göbeğinin esas olarak sıvılaştırılmış demir, nikel ve kükürtten oluştuğuna inanıldığı düşünülürse, Dünya'nın ütülerinin toplam payı oldukça büyük olabilir. Madencilik faaliyetlerinde yerden demir çıkarıldığında, bir veya daha fazla kaya türüyle karışan temel demir olan cevher formundadır. En yaygın demir cevheri türü hematittir, ancak manyetit ve taconite de bu metalin önemli kaynaklarıdır.
Demir paslar veya diğer metallere göre çok kolay paslanır. Bu, mühendisler için sorun yaratır, çünkü şu anda, rafine edilmiş metalin dokuzda onda biri demir içermektedir.
Demir Kullanımları
İnsan kullanımı için mayınlı demirin çoğu çelik biçiminde rüzgârlar. "Çelik", bir metal karışımı anlamına gelen bir alaşımdır. Bugün bu ürünün popüler bir şekli, karbon çeliği olarak adlandırılıyor, çünkü bu, bir miktar yanıltıcıdır; çünkü karbon, bu çeliğin kütlesinin tüm formlarında çok küçük bir oranına katkıda bulunur. Karbon çeliğinin en yüksek karbon formunda, karbon metal kütlesinin yaklaşık yüzde 2'sini oluşturur; bu rakam metal "karbon çeliği" unvanını yitirmeden yüzde 1 / 10'una kadar değişebilir.
Karbon çeliği sırayla bazı arzu edilen özelliklere sahip alaşımlar elde etmek için diğer metallerle stratejik olarak sıyrılabilir. Örneğin, paslanmaz çelik, kütlece yüzde 10'un üzerinde önemli miktarda krom içeren bir karbon çeliğidir. Bu malzeme dayanıklılığı ve parlak, parlak görünümünü korozyona karşı yüksek direnci sayesinde uzun süre koruyabilmesiyle ünlüdür. Paslanmaz çelik, mimari, bilyalı rulmanlar, cerrahi aletler ve sofra takımlarında belirgindir. Şansınızı net bir şekilde metal bir yüzeyde net bir şekilde görebiliyorsanız, bir tür paslanmaz çeliğe bakıyor olmanız iyi.
Nikel, vanadyum, tungsten ve manganez gibi makul miktarda metaller çeliğe entegre edildiğinde, zaten sert bir maddeyi daha da zorlaştırır; bu nedenle bu alaşımlı çelikler köprüler, kesici aletler ve elektrik ızgarası bileşenlerine dahil edilmek için çok uygundur.
Dökme demir denilen çelik olmayan bir demir tipi, çok miktarda karbon içerir (en azından demir işleme standartlarına göre): yüzde 3 ila 5. Dökme demir, çelik kadar dayanıklı değildir, ancak oldukça ucuzdur, bu nedenle çelikten dökme demire geçerken, prime kaburgadan% 70 yağsız hamburgere giderken yaptığınız aynı işlemi yaparsınız.
Demir Nasıl Yapılır?
Yeryüzündeki demir, demir cevherinden yapılır veya daha uygun şekilde çıkarılır. Demir cevherinin "kaya" kısmı, cevherin türüne bağlı olarak değişen miktarlarda oksijen, kum ve kil içerir. Bir demir fabrikasının işi, bu tür fabrikaların en erken adı verildiği gibi, demiri geride bırakırken mümkün olduğu kadar kaya ve diğer kumları gidermek - ilke olarak bir yerfıstığının kabarması ya da bir portakalın soyulmasından iyiye ulaşmak için biraz farklı Kısmen, demir cevheri durumunda, demir yalnızca tek kullanımlık malzeme ile çevrili değildir; onunla karıştırılmış.
Korkunç sıcaklıklara ve demir işlerinin genel fiziksel zorluklarına rağmen, insanlar bunları Hıristiyanlık öncesi dönemde kullanıyorlardı. Demir işçiliği, ilk olarak 5. yüzyılda anakara Avrupa ve batı Asya ile Britanya Adaları'na ulaştı. O zamanlar demir, istenmeyen malzemeden, yalnızca kömür, kil ve cevherin kendisi kullanılarak mümkün olan en geniş ölçüde fiziksel olarak ayrıldı, izlenenlere göre mütevazı sıcaklıklara ısıtıldı. Her halükarda, eritme 1500 ° C'ye kadar sürdü, ancak yaklaşık 30 yüzyıl sonra, 1400'lerde yüksek fırın icat edildi ve “sanayiyi” (olduğu gibi) kökten ve sonsuza dek değiştirdi.
Günümüzde, demir hem yüksek hem de manyetitin bir yüksek fırında ısıtılmasıyla ve "kok" adı verilen bir karbonun yanı sıra kalsiyum karbonatın (CaCO) ısıtılmasıyla yapılmaktadır.3), daha iyi kireçtaşı olarak bilinir. Bu, yaklaşık yüzde 3 karbon ve diğer katkı maddeleri içeren bir bileşik verir - kalite açısından ideal değil, çelik yapmak için yeterince iyi. Her yıl dünya genelinde yaklaşık 1.3 milyar mt (yaklaşık 1.43 milyar ABD doları veya yaklaşık 3 trilyon pound) ham çelik üretilmektedir.
Demir nereden geldi?
Paslanmaz çelik bulaşık makinenizdeki demirin veya odun sobanızın "nereden geldiği", belki de evrenin her yerinde herhangi bir yerde demirin nasıl ortaya çıktığından çok daha az ilginç bir sorudur. Demir ağır bir element olarak kabul edilir ve bu tür elementler sadece süpernova denilen yıkıcı "yıldız ölümü" olaylarında yaratılabilir. Yıldızların çoğu, hidrojenin yakıt beslemesinden yakıldıkları sırada bir miktar toparlanırken, bazı yıldızlar tam anlamıyla bir patlama ile dışarı çıkıyor.
Bunlar, tüm Samanyolu Gökadası boyunca, yüzlerce yılda yalnızca birkaç kez meydana gelen ve yavaş yavaş dönen yıldız yığını ve diğer madde taşıyan insanlar olarak adlandırılan, istatistiksel olarak nadir görülen olaylardır. Ama aynı zamanda hayati önem taşıyorlar. Bunlar olmadan, büyük küçük parçaların çarpışma sırasında birbirine kaynaşmasına ve demir, bakır, cıva, altın, iyot ve kurşun gibi daha büyük elemanlar oluşturmasına neden olmak için gerekli kuvvetler mevcut olmazdı. Ve her zaman, bu elementlerin belirli bir bölümü uzayda uzun mesafeler kat eder ve yeryüzüne yerleşir, bazen göktaşı darbeleri şeklinde.
Öğeler Doğada Nasıl Oluşur?
Ütünün yaklaşık kesme noktasını, sıradan yıldız yanma işlemleriyle (bu işlemlerin kendisi herhangi bir şekilde gerçekten "sıradan" gibi) ve yalnızca süpernova tarafından oluşturulabilen elementler olarak üretilebileceği elementler olarak temsil ettiğine inanılır.
Çoğu element - oksijen, atom numarası 8, içinden ancak muhtemelen demir içermeyen, atom numarası 26 - bir yıldız hidrojen kaynağını tüketmeye başladığında yapılır. Bir yıldızın "yanmasının" nedeni, hidrojen ile helyum (atom sayısı 2) oluşturmak üzere diğer hidrojen atomlarıyla çarpışan en hafif element (atom sayısı 1) olan sayısız füzyon reaksiyonundan geçmesidir. Sonunda, yıldızın en iç kısmında, helyum atomları karbon oluşturmak için gruplar halinde çarpışır (atom numarası 6).
İnsan Vücudunda Demir
Muhtemelen demirin, yalnızca gıda üreticileri tarafından yapılan reklam taleplerine dayanarak insan diyetinde elzem olduğunun farkındasınız (“Bu tahıl ABD’nin günlük demiri ödeneğinin yüzde 100’ünü içerir!”) Ancak bunun neden olduğunu bilmiyor olabilirsiniz.
Görünüşe göre, tipik insan vücudu yaklaşık 4 gram element demir içerir. Kulağa çok hoş gelmeyebilir, ama neden vücudunuzda herhangi bir metale ihtiyaç duysun ki? Aslında demir, kırmızı kan hücrelerinde (RBC) bulunan oksijen bağlayıcı protein olan hemoglobinin önemli bir parçasıdır. RBC'ler oksijeni akciğerlerden dokulara taşır, burada hücresel solunumda kullanılır.
Yetersiz diyet alımı (insanlar ette, özellikle organ etlerinde ve bazı tahıllarda demir bulunur) veya sistemik hastalık durumları nedeniyle insanlar demir eksikliği yaşadıklarında, RBC'leri işlerini düzgün yapamazlar. Anemi olarak adlandırılan bu durumda, insanlar mütevazı bir çabadan sonra nefes darlığı çekerler ve genellikle yorgunluk, baş ağrısı ve genel halsizlikten muzdarip olurlar. Ciddi durumlarda, kansızlığı düzeltmek için kan transfüzyonu gerekebilir, ancak tipik olarak demir içeren haplar ve sıvılarla takviye kullanılarak düzeltme yapılır.