آهن به عنوان فراوان ترین فلز سنگین جهان شناخته می شود. آهن عنصری شیمیایی در جدول تناوبی از گروه 6 و دوره 4 است که دارای نماد Fe بوده و اتم آهن از 26 الکترون، 26 پروتون و 30نوترون تشکیل شده است. رنگی براق (خاکستری- نقره ای) دارد و چکش خوار می باشد. این ماده به میزان زیادی در هسته کره زمین به شکل مذاب یافت می شود. غلظت آهن در لایه های مختلف زمین متفاوت است که به مقدار فراوان در هسته داخلی و تا حدود 5٪ در پوسته خارجی وجود دارد. ممکن است هسته داخلی زمین از کریستال آهن تشکیل شده باشد، هر چند که احتمالاً مخلوطی از آهن و نیکل تصور می شود. مقدار زیاد آهن در زمین منجر به ایجاد میدان مغناطیسی می شود. آهن فلزی است که از سنگ آهن استخراج می شود و به سختی در حالت آزاد یافت می شود. وزن اتمی آهن 55.84 گرم در هر مول است. این عنصر دچار زنگ زدگی می شود اما می تواند با کربن آلیاژ شود که منجر به تولید فولاد می گردد. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره خصوصیات آهن با این مقاله از سایت شهرآهن همراه باشید.
نقطه ذوب آهن
در ترمودینامیک، نقطه ذوب شرایطی تعریف می شود که در آن جامد و مایع می توانند در تعادل وجود داشته باشند. با افزودن گرما، بدون تغییر دما جامد به مایع تبدیل می شود. نقطه ذوب یک ماده به فشار بستگی دارد و معمولاً با فشار استاندارد مشخص می شود. هنگامی که به شکل دمای تغییر معکوس از مایع به جامد در نظر گرفته می شود، از آن به عنوان نقطه انجماد یا نقطه تبلور یاد می شود. آهن خالص دارای نقطه ذوب ثابت 1535 درجه سانتی گراد می باشد که افزودنی های آلیاژی دامنه ذوب را نیز کاهش می دهد و به سمت مقادیر پایین تر می رود. کروم و نیکل از مهم ترین عناصر جهت تغییر خواص آهن است. کروم (Cr) دارای نقطه ذوب 1890 درجه سانتیگراد و نیکل(Ni) دارای نقطه ذوب 1453 درجه سانتیگراد می باشد. این عناصر آلیاژی جهت تشکیل فولاد ضد زنگ به کار می روند که نقطه ذوب فولاد ضد زنگ نوع 304، 1400-1450 درجه سانتیگراد می باشد.
خصوصیات و کاربرد های آهن
از خصوصیات فیزیکی آهن می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- در هوای مرطوب زنگ می زند و دچار خوردگی می شود اما در هوای خشک این گونه نیست و مقاوم تر می باشد.
- آهن به راحتی در اسیدهای رقیق حل می شود.
- در دمای اتاق، این فلز به شکل فریت یا آلفا α است.
- در دمای 910 درجه سانتی گراد، به آهن گاما γ تبدیل می شود که ماهیت آن بسیار نرم است.
- در دمای 1536 درجه سانتی گراد ذوب می شود و در دمای 2861 درجه سانتی گراد به جوش می آید. در ترمودینامیک، اصطلاح اشباع شرایطی است که در آن مخلوط بخار و مایع می توانند در یک دما و فشار معین با هم وجود داشته باشند. به دمایی که در آن فشار بخار شروع به بخار شدن می کند، درجه حرارت اشباع یا نقطه جوش گفته می شود. فشاری که در آن بخار شدن (جوشیدن) برای دمای مشخص شروع می شود را فشار اشباع می نامند. هنگامی که به شکل دمای تغییر معکوس از بخار به مایع در نظر گرفته می شود، از آن به عنوان نقطه چگالش یاد می شود.
- آهن در حالت جامد فلز بودن، ماهیت مغناطیسی دارد.
آهن برای ساخت فولاد استفاده می شود و همچنین در مهندسی عمران برای بتن مسلح، تیر و غیره استفاده می شود. از آهن برای ساختن فولادهای آلیاژی مانند فولادهای کربنی با مواد افزودنی مانند نیکل، کروم، وانادیوم، تنگستن و منگنز استفاده می شود. از این فلز برای ساخت پل، دکل برق، زنجیر دوچرخه، ابزار برش و لوله تفنگ استفاده می شود. چدن حاوی 3-5 ٪ کربن است که برای لوله ها، شیرآلات، و پمپ ها استفاده می شود. از کاتالیزورهای آهن در فرآیندها برای تولید آمونیاک استفاده می شود. برای ساخت آهن ربا می توان از این فلز، آلیاژها و ترکیبات آن استفاده کرد.
