ברזל
ברזל (Iron) הוא יסוד כימי שסמלו הכימי הוא Fe (מלטינית: ferrum) ומספרו האטומי הוא 26. הברזל הוא מתכת חיונית לרוב היצורים החיים. הברזל הוא מתכת שימושית מאוד בתעשייה, בעיקר בסגסוגת הנפוצה ביותר שלו הפלדה.
ברזל בטבע
ברזל הוא יסוד מתכתי, אחד מהנפוצים ביותר בטבע (מספר 4 בתפוצתו בכדור הארץ). מקורו של היסוד ברזל הוא בתגובות היתוך גרעיני בליבות של כוכבים עתיקים, וזהו היסוד הכבד ביוצר הנוצר בדרך זו. אירועים של סופר נובה מאפשרים הפצה של יסודות אלה למערכות כוכבים אחרות וכן ויצירת יסודות כבדים יותר. ברזל גולמי נמצא רק במטאוריטים. בכדור הארץ ניתן למצאו רק בצורת תרכובת.
רוב הברזל נמצא במינרלים שמכילים אותו, כמו המטיט (Fe2O3), מגנטיט (Fe3O4) וטקוניט. מאמינים שליבת כדור הארץ מורכבת מסגסוגת ברזל-ניקל. בתעשייה, ברזל ממוצה מעופרותיו (בעיקר המטיט ומגנטיט) כאשר הוא מחומם עם פחמן בכבשן לטמפרטורה 2000°C. לכבשן מוכנס כל הזמן אוויר חם ומתרחשת התגובה הכימית הבאה:
[math]\displaystyle{ 6C_{(s)} + 3O_{2(g)} → 6CO_{(g)} }[/math]
הפחמן החד חמצני מגיב עם המטיט (או מקור ברזל אחר) כך:
[math]\displaystyle{ 6CO_{(g)} + 2Fe_2O_{3(s)} → 4Fe_{(l)} + 6CO_{2(g)} }[/math]
יוני ברזל
קיימות ארבע צורות (מצבי חימצון) של יוני ברזל:
- Fe+2: מכונה כיום ברזל (II); באנגלית כונה בעבר Ferrous, ובעברית: קט-ברזל.
- Fe+3: מכונה כיום ברזל (III); באנגלית כונה בעבר Ferric, ובעברית: רב-ברזל.
- Fe+4: מכונה כיום ברזל (IV); באנגלית כונה בעבר Ferryl. צורה זו פחות שכיחה מהקודמות.
- Fe+6: מכונה כיום ברזל (VI); באנגלית כונה בעבר Ferrate. צורה זו נדירה מאוד.
הברזל נוטה ליצור קשרים יוניים עם אל-מתכות וקשרים מתכתיים עם מתכות ויכול ליצור קשר קוולנטי בצורת יון מורכב.
סגסוגות ברזל ושימושים בתעשייה
ברזל הוא המתכת השימושית ביותר לאדם - 95% מכלל המתכת שמופקת בעולם היא ברזל. המחיר הנמוך שלו, ורמת הקשיחות הגבוהה הופכים אותו לחומר מקובל מאוד בבניית מכוניות, אוניות, בניינים וכדומה. פלדה היא הסגסוגת הנפוצה ביותר של ברזל. סגסגות ברזל כוללות:
- ברזל גולמי (Pig Iron) מכיל בין 4%-5% פחמן וכמויות משתנות של זיהומים כמו גופרית, צורן וזרחן. לברזל זה תכונות ביניים של מחצב ברזל, ברזל-יציקה ופלדה.
- ברזל יציקה או יצקת (Cast Iron) - תרכובת ברזל ופחמן (בין 2.14% ל-6.67%), ובנוסף תערובות של חומרים אחרים, כמו צורן (Si), מנגן (Mn), גפרית (S) וזרחן (P). לפעמים מוסיפים גם סגסוגות כגון כרום, ניקל, ונדיום וחמרן לשיפור המאפיינים הפיזיים והכימיים של החומר. היצקת מאוד פריכה בדרך כלל. הייצור השנתי של היצקת נאמד ב-781 מיליון טון, מתוכם 330 מיליון בסין. היצקת מופקת בתנור רם מתחמוצת הברזל הנמצאת בטבע, "קוקס" המכיל פחמן, וחומרים נוספים. היצקת שימושית מאוד בתעשייה: מיצקת מיצרים מכונות ומתקנים לבתי חרושת, כולל: אריגה, טוויה, חיתוך מתכות במסגרייה, פסלים, מחבתות וכן כלים שונים. היצקת מופקת בתנור רם, וממנה עצמה מופקת אחר כך פלדה רגילה, שבה אחוז הפחמן נמוך מ-2.14%.
- פלדה (Carbon Steel) שמכילה בין 0.5% ל-1.5% פחמן, עם כמויות קטנות של מנגן, גופרית, זרחן וצורן.
- ברזל חשיל (Wrought Iron) מכיל פחות מ-0.5% פחמן. סגסוגת זו חזקה, ניתנת לריקוע ונתיכה פחות מברזל גלמי.
- ברזל תלת ערכי משמש לייצור אחסון מגנטי למחשבים.
- סגסוגות ברזל מכילות לעתים חומרים כמו כרום, ניקל, מוליבדן, ונדיום טונגסטן ועוד.
הפקת ברזל
בשנת 2000 הופקו כ-1,100 מיליון טון עופרות ברזל בשווי 25 מיליארד דולר. חמש המדינות שמפיקות את הכמות הגדולה ביותר של עופרות ברזל הן סין, ברזיל, אוסטרליה, רוסיה והודו. בשנת 2019 מאות נעדרו בברזיל לאחר שסכר קרס במכרה של עופרות ברזל.[1] כחודש לאחר האסון נספרו 110 הרוגים ו-238 נרשמו כנעדרים. זרם הבוץ שנבע מקריסת הגשר זיהם את מי נהר סאו פרנסיסקו וחיסל את הדגה לאורך קילומטרים בים. [2]
ראו גם
קישורים חיצוניים
- ברזל בוויקיפדיה האנגלית