معرفی آهن، فلزی که تمدن بشری را متحول و دنیا را تغییر داد
شاید شما تصور کنید که در عنوان این مقاله بزرگ‌نمایی صورت گرفته، اما در واقع اینگونه نیست و حقیقتی محض بیان شده است. در حقیقت، بدون آهن، به احتمال زیاد شما نمی‌توانستید این مقاله را بخوانید زیرا بدون شک به هر شکلی در تولید یا تحویل این مطلب استفاده شده است. ورود آهن به تمدن بشری، شکل زندگی آن‌ها را به طور کامل دگرگون کرد و توسعه و پیشرفت به یکباره با سرعت بسیار شگفت‌انگیزی اتفاق افتاد.
اهمیت این ماده به قدری است که سطح نسبی توسعه جامعه بشری با آموختن یا عدم تصفیه آهن سنجیده شده است و این امر باعث به وجود آمدن دوره‌ای در تاریخ می‌شود که ما آن را به نام «عصر آهن» می‌شناسیم. پس جای تعجب نیست که سالانه بیش از دو میلیارد تن سنگ آهن استخراج، پردازش و ارسال می‌شود.
هر چقدر هم که غیرواقعی به نظر برسد، همه چیز با آهنی با منشا فرازمینی آغاز شد…. بله، آهن ابتدا از شهاب سنگ‌ها ساخته شد. این آهن دارای محتوای نیکل بالایی بود. بعدها از آهن زمینی برای تولید کالا استفاده شد. در اوایل عصر آهن، مسیر تجاری معروف جاده ابریشم بزرگ ایجاد شد.
آهن چیست؟
آهن با نماد شیمیایی Fe، بیست و ششمین عنصر جدول تناوبی است و بیش از 5 هزار سال است که توسط انسان استفاده می‌شود. آهن که فلزی براق و مایل به خاکستری رنگ است و در هوای مرطوب زنگ می‌زند، یکی از فراوان‌ترین فلزات روی زمین است که 5.6 درصد از پوسته زمین و تقریباً تمام هسته زمین را تشکیل می‌دهد. آهن را می‌توان پرمصرف‌ترین و ارزان‌ترین فلز دنیا نیز نامید. آهن (Iron) نام خود را از “iren” آنگلوساکسون گرفته است. نماد عنصر، Fe، از کلمه لاتین “ferrum” به معنای “استحکام” آمده است.
آهن نقش کلیدی در تاریخ بشریت ایفا کرده است، زیرا کسانی که می‌توانستند آن را برای ساخت سلاح، ابزار و مواد دیگر دستکاری کنند، قدرت اقتصادی و سیاسی به دست آوردند. در جامعه مدرن، آهن مهمترین فلز در بین تمام فلزات است، زیرا از آن برای ساخت انواع مختلف فولاد استفاده می‌شود که آن‌ها نیز در مجموعه‌های متنوعی از کاربردها استفاده می‌شوند. آهن همچنین عنصر مهمی در زندگی گیاهی و جانوری است. در گیاهان در ایجاد کلروفیل و در انسان نقش مهمی در سیستم عروقی دارد.
آهن چگونه ساخته می شود؟
مواد تشکیل دهنده برای ساخت آهن قابل استفاده، سنگ آهک، سنگ آهن، کک و هوا است. تقریباً تمام آهن زمین از ذخایر سنگ معدنی در سنگ‌هایی می‌آید که بیش از 1.8 میلیارد سال پیش تشکیل شده‌اند. اینها زمانی شروع به شکل‌گیری کردند که اولین موجودات زنده قادر به فتوسنتز آزاد کردن اکسیژن در اقیانوس‌های جهان شدند که با آهن محلول ترکیب شد و هماتیت یا مگنتیت تولید کرد.
ساختار آهن
تعداد فلزات در طبیعت با اختلاف زیادی از غیرفلزات بیشتر است. از 113 عنصری که انسان در محیط‌های آزمایشگاهی کشف یا ایجاد کرده است، 88 عنصر به عنوان فلز طبقه‌بندی می‌شوند. اتم‌ها از هسته‌ای تشکیل شده‌اند که حاوی مخلوطی از پروتون‌ها و نوترون‌ها با جرم تقریباً مساوی است که توسط “ابری” از الکترون‌های تقریباً بی‌جرم احاطه شده است. پروتون‌ها و الکترون‌ها دارای باری با قدر مساوی هستند، اما بار پروتون‌ها مثبت و بار الکترون‌ها منفی است. عدد اتمی آهن 26 است، به این معنی که آهن دارای 26 پروتون و 26 الکترون در حالت خنثی الکتریکی است. جرم اتمی آن، که وقتی گرد می‌شود به سادگی مجموع یا پروتون و نوترون است، فقط 56 گرم در مول است، به این معنی که پایدارترین شکل شیمیایی آن حاوی (56 – 26) = 30 نوترون است.
آهن دارای برخی خواص فیزیکی فوق العاده است. چگالی آن 7.87 گرم بر سانتی‌متر مکعب است که تقریباً هشت برابر چگالی آب است. آهن یک جامد در دمای 20 درجه سانتی‌گراد است که معمولاً برای اهداف شیمی «دمای اتاق» در نظر گرفته می‌شود. نقطه ذوب آن 1538 درجه سانتی‌گراد (2800 درجه فارنهایت) که بسیار بالا است، در حالی که نقطه جوش آن – یعنی دمایی که در آن آهن مایع شروع به تبخیر و تبدیل شدن به گاز می‌کند، 2861 درجه سانتی‌گراد (5182 درجه فارنهایت) است. پس جای تعجب نیست که در فلزکاری، انواع کوره‌های مورد استفاده باید واقعاً قدرتمند باشند.
هنگامی که آهن در عملیات معدنی از زمین استخراج می‌شود، به صورت سنگ معدنی است که آهن عنصری مخلوط با یک یا چند نوع سنگ است. رایج‌ترین نوع سنگ آهن، هماتیت است، اما مگنتیت و تاکونیت نیز از منابع مهم این فلز هستند. آهن در مقایسه با سایر فلزات به راحتی زنگ می‌زند یا خورده می‌شود. این مسئله برای مهندسان مشکل ایجاد می‌کند و به همین دلیل آن را با سایر فلزات آلیاژ می‌کنند.