شرح تصویر:
تصویر نماد کیمیاگری آهن را روی یک صفحۀ فولادی زنگ‌زده نشان می‌دهد.
شکل ظاهری:
آهن فلزی براق و خاکستری رنگ است که در هوای مرطوب زنگ می‌زند.
کاربردها:
آهن یک معما است؛ با آنکه به‌راحتی زنگ می‌زند، هنوز مهم‌ترین فلز به‌شمار می‌رود. ۹۰ درصد از کل فلزاتی که امروزه پالایش می‌شود آهن است.
بیشترین کاربرد آهن در ساخت فولاد است که در عمران و شهرسازی (به‌صورت بتن آرمه، تیرآهن و ...) و همچنین در کارخانه‌ها به کار می‌رود.
انواع مختلفی از فولاد با خواص و مصارف گوناگون وجود دارد. فولاد کربنی معمولی آلیاژی از آهن با کربن است (از ۰/۱ درصد کربن در فولاد خفیف تا حداکثر ۲ درصد در فولادهای پرکربن) و مقادیر اندکی از دیگر عنصرها هم دارد.
فولادهای آلیاژی از افزودن دیگر عنصرها مانند نیکل، کروم، وانادیم، تنگستن و منگنز به فولاد کربنی به‌دست می‌آیند. این آلیاژها نسبت به فولاد کربنی مقاوم‌تر و سخت‌تر هستند و کاربردهای بسیار متنوعی مانند پل‌سازی، تیرهای برق، زنجیر دوچرخه، ساخت ابزارهای برش و تفنگ ساچمه‌ای دارند.
فولاد ضدزنگ دربرابر خوردگی بسیار مقاوم است. این فولاد دست‌کم ۱۰/۵ درصد کروم دارد. فلزات دیگر مانند نیکل، مولیبدن، تیتانیم و مس برای بهبود مقاومت و کارپذیری افزوده می‌شود. از فولاد ضدزنگ در معماری، ساخت یاتاقان، کارد و چنگال، ابزارهای جراحی و زیورآلات استفاده می‌شود.
چدن شامل ۳ تا ۵ درصد کربن است و برای ساختن لوله‌ها، شیرها و پمپ‌ها به کار می‌رود. دوام آن به‌اندازه فولاد نیست ولی ارزان‌تر است. با استفاده از آهن و آلیاژها و ترکیبات آن آهنربا نیز ساخته می‌شود.
از کاتالیزگر‌های آهن در فرایند هابر برای تولید آمونیاک و همچنین فرایند فیشرـ تروپش برای تبدیل گاز سنتز (هیدروژن و کربن مونوکسید) به سوخت‌های مایع استفاده می‌شود.
نقش زیست‌شناختی:
آهن یک عنصر ضروری برای همه شکل‌های حیات و یک فلز غیرسمّی است. بدن یک انسان متوسط محتوی حدود چهار گرم آهن است. بخش زیادی از این آهن در هموگلوبینِ خون است. هموگلوبین اکسیژنِ لازم برای تنفس بافت‌ها را از ریه‌ها به سلول‌ها حمل می‌کند. انسان‌ها روزانه به ۱۰ تا ۱۸ میلی‌گرم آهن نیاز دارند. کمبود آهن منجر به کم‌خونی می‌شود. غذاهایی مانند جگر، قلوه، شیره قند، مخمر آبجو و کاکائو مقدار زیادی آهن دارد.
فراوانی طبیعی:
آهن چهارمین عنصر فراوان از نظر جرم در پوسته زمین است. اعتقاد بر این است که هستۀ زمین عمدتاً مرکب از آهن، نیکل و گوگرد است.
متداول‌ترین سنگ معدن آهن‌دار هماتیت است، اما آهن در دیگر کانی‌ها مانند مگنتیت و تاکونیت نیز به مقدار زیادی یافت می‌شود.
در صنعت در کوره‌های ذوب آهن و با حرارت دادن هماتیت یا مگنتیت با کُک (کربن) و سنگ آهک (کلسیم کربنات) آهن را تولید می‌کنند. با این کار، آهن خام به دست می‌آید که محتوی حدود سه درصد کربن و دیگر ناخالصی‌هاست و برای تولید فولاد از آن استفاده می‌شود. سالانه درحدود ۱/۳ میلیارد تن فولاد خام در سراسر جهان تولید می‌شود.
در مصر اشیاء آهنیِ متعلق به حدود ۳۵۰۰ سال پیش از میلاد مسیح پیدا شده است. این اشیاء حدود ۷/۵ درصد نیکل داشتند که این نشان می‌دهد منشأ آنها شهاب‌سنگی بوده است.
هیتی‌های باستان در آسیای صغیر (ترکیه امروز) اولین کسانی بودند که در حدود ۱۵۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، آهن را از سنگ معدن‌های آن به دست آوردند و این فلز جدید و مقاوم به آنها قدرت اقتصادی و سیاسی بخشید و این شروع عصر آهن بود. بسته به میزان کربنِ موجود، برخی از انواع آهن بر انواع دیگر برتری داشت؛ هر چند که ارزش آن درک نشده بود. برخی سنگ‌معدن‌های آهن شامل وانادیم برای به دست آوردن فولاد دمشقی به کار می‌رفته و برای ساختن شمشیر بسیار مناسب بوده است.
اولین کسی که انواع مختلف آهن را شرح داد رنه آنتوان فرشو دو رومیور بود که در سال ۱۷۲۲ میلادی کتابی در این مورد نوشت. او توضیح داد که چگونه می‌توان فولاد، آهن شکل‌داده‌شده و چدن را بر اساس میزان زغال (کربن) موجود در آنها، از هم تشخیص داد. انقلاب صنعتی که در همان قرن آغاز شد تا حد زیادی به این فلز متکی بود.
|
| ||||
|
|
| انرژی‌های یونش | اول | دوم | سوم | چهارم | پنجم | ششم | هفتم | هشتم |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| kJ/mol | ۷۶۲/۴۶۶ | ۱۵۶۱/۸۷۶ | ۲۹۵۷/۴۶۹ | ۵۲۸۷/۴ | ۷۲۳۶ | ۹۵۶۱/۷ | ۱۲۰۵۸/۷۴ | ۱۴۵۷۵/۰۸ |
حالت‌های اکسایش معمول: ۶ ، ۳ ، ۲ ، ۰ ، ۲-
ایزوتوپ‌ها:
| ایزوتوپ | جرم اتمی | فراوانی طبیعی (٪) | نیمه‌عمر | شیوه واپاشی |
|---|---|---|---|---|
| 54Fe | ۵۳/۹۴۰ | ۵/۸۴۵ | ۱۰۲۲×۳/۱ < سال | EC-EC |
| 56Fe | ۵۵/۹۳۵ | ۹۱/۷۵۴ | - | - |
| 57Fe | ۵۶/۹۳۵ | ۲/۱۱۹ | - | - |
| 58Fe | ۵۷/۹۳۳ | ۰/۲۸۲ | - | - |
داده‌ها:
W. M. Haynes, ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, 95th Edition, Internet Version 2015, accessed December 2014
Tables of Physical & Chemical Constants, Kaye & Laby Online, 16th edition, 1995. Version 1.0 (2005), accessed December 2014
J. S. Coursey, D. J. Schwab, J. J. Tsai, and R. A. Dragoset, Atomic Weights and Isotopic Compositions (version 4.1), 2015, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, accessed November 2016
خواص و کاربردها:
John Emsley, Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, New York, 2nd Edition, 2011
Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Office of Science Education, It’s Elemental - The Periodic Table of Elements, accessed December 2014
تاریخچه:
Elements 1-112, 114, 116 and 117 © John Emsley 2012. Elements 113, 115, 117 and 118 © Royal Society of Chemistry 2017
همه عنصرها