ברזל: מה זה, תכונות, שימושים והשגת המתכת

O בַּרזֶל היא מתכת מעבר הממוקמת בקבוצה 8 של הטבלה המחזורית, עם סמל Fe, מספר אטומי 26 ומסה אטומית 55.847 u.

מאפייניו העיקריים הם: מתכת מבריקה, בעלת מראה לבן כסוף, בעלת תכונות מגנטיות ומחלידה בקלות במגע עם סביבות לחות.

זוהי המתכת המשומשת ביותר בעולם והמיוצאת ביותר מברזיל. השימוש העיקרי בברזל הוא לייצור פלדה, המשמשת למשל בבנייה אזרחית, בייצור רכב ובמכשירי חשמל ביתיים.

ברזל נמצא בעפרות בעיקר בצורת תחמוצות והידרוקסידים. לכן, ברזל בשימוש מסחרי מיוצר ממיצוי וטיהור של חומרים אלה. המדינות עם המרבצים הגדולים ביותר של עפרות ברזל הן: אוסטרליה, רוסיה, ברזיל, סין והודו.

תכונות ברזל

• נקודת התכה: 1,538 מעלות צלזיוס
• נקודת רתיחה: 2,861 מעלות צלזיוס
• מצב פיזי ב-20 מעלות צלזיוס: מוצק
• צפיפות: 7.874 גרם/ס"מ³
• מצבי חמצון: +2, +3, +4, +6
• הפצה אלקטרונית: [Ar]3d⁶4 שניות²
• איזוטופים טבעיים: ⁵⁶Fe (יציב יותר), ⁵⁴אֱמוּנָה, ⁵⁷אמונה ו ⁵⁸אֱמוּנָה

שימושים ויישומי ברזל

השימוש העיקרי בברזל הוא כחומר גלם לייצור פלדה, הסגסוגת המתכתית העיקרית של יסוד זה ושם מיועדת 98% מהמתכת המופקת מהטבע.

פלדה היא סגסוגת מתכתית של ברזל, כמויות פחמן נעות בין 0.5 ל-1.7%, בנוסף לתוספת של כמויות קטנות של יסודות כימיים אחרים.

לסוגי הפלדה השונים המיוצרים יש תכונות שונות מכיוון שאחוז הפחמן מווסת, אלמנטים אחרים כלולים ומבוצעים טיפולי חום ספציפיים.

דוגמאות לסגסוגות עם ברזל:

• פלדת פחמן: סגסוגת של ברזל, פחמן, מנגן, סיליקון ועקבות של יסודות אחרים;
• נירוסטה: סגסוגת של ברזל, כרום, פחמן ועקבות של יסודות אחרים;
• ברזל יצוק: סגסוגת של ברזל, פחמן וסיליקון ועשויה להכיל עקבות של יסודות אחרים.

השימושים הראשונים בברזל היו יצירת כלים לחקלאות וכלי נשק לציד ולמלחמה. כיום הברזל קיים בחומרים יומיומיים שונים כמו כלי מטבח, בטון מזוין וקורות בבנייה, אמצעי תחבורה ועוד ועוד.

ברזל עדיין משמש כזרז לתגובות ברזל. אחד החומרים הכימיים המיוצרים ביותר הוא אמוניה, חומר גלם חשוב לייצור דשנים.

השילוב של גזי מימן וחנקן בתנאי טמפרטורה ולחץ גבוהים בסינתזה של הבר-בוש לייצור אמוניה נעשה יעיל עם הוספת ברזל כזרז להאצת תְגוּבָה.

התרחשות של ברזל

ברזל (Fe) הוא היסוד הרביעי בשכיחותו בטבע, אחרי חמצן, סיליקון ואלומיניום. הוא מהווה 5% מקרום כדור הארץ ורק לעתים נדירות נמצא חופשי בטבע.

עפרות המתכת המנוצלות והחשובות ביותר מבחינה כלכלית הן:

• המטיט (Fe₂O₃)
• מגנטיט (Fe₃O₄)
• Taconite (Fe₃O₃)
• Goethite (Fe₂O3.H₂O)
• לימוניט (2 Fe₂O₃.3H₂O)

למרות שמעריכים שיש יותר מ-300 עפרות עם יסוד זה בהרכב, אלו שיש להם מספיק ברזל לעיבוד הם בצורה של תחמוצות (O_איקס). עפרות ברזל אחרות נוצרות על ידי סולפטים, סיליקטים וקרבונטים.

ברזיל היא היצרנית השנייה בגודלה בעולם של ברזל בעולם, אחרי אוסטרליה, והעפרות של מתכת זו היא המיוצאת ביותר מברזיל, עם כ-68% מהיצוא של המדינה.

האזורים עם הניצול הגדול ביותר של עפרות בשטח ברזיל נמצאים ב:

• מרובע ברזל (מינאס ז'ראיס)
• פורטיירינה (מינאס ג'ראיס)
• מחוז מינרלי של קאראיס (פארה)
• אזור קורומבה (מאטו גרוסו דו סול)

בעוד שבשכבה החיצונית ביותר של כדור הארץ ברזל נמצאת המתכת השנייה בשכיחותה, בליבת כוכב הלכת זה לאלמנט יש את האחוז הגבוה ביותר בהרכבו, שכן המבנה מורכב מסגסוגת ברזל ו ניקל.

לכן, אם ניקח בחשבון את כוכב הלכת כמכלול, הברזל מייצג כ-30% מההרכב הכימי של כדור הארץ.

חשיבות הברזל

ברזל הוא יסוד כימי רב תכליתי וחשוב לתהליכים כימיים, פיזיקליים וביולוגיים.

מכיוון שזו מתכת בשפע, קלה להשגה, ניתנת לגימור ועמידה, ברזל נמצא בשימוש נרחב לייצור ציוד.

ברזל הוא מתכת הקיימת גם בגוף האדם. לאדם בוגר יש כ-2 עד 4 גרם ברזל.

זהו המרכיב העיקרי של המוגלובין בדם, חלבון שאחראי על הובלת חמצן מהריאות לחלקים אחרים בגוף. זה אפשרי רק בגלל שאטום הברזל נקשר בקלות לחמצן וכך הובלתו מתבצעת על ידי תאי הדם האדומים.

מכיוון שברזל חשוב לייצור מולקולות אורגניות, לגדילה ולהתפתחות של האדם, יש צורך שהוא יהיה נוכח בתזונה.

הצריכה המומלצת של ברזל למבוגרים נעה בין 10 ל-15 מ"ג וניתן להשיגה באמצעות מזונות עשירים במינרלים כגון שעועית, בשר אדום, רכיכות, אבקת קקאו, זרעי דלעת ו תרד.

מחסור בברזל בגוף גורם לסוג האנמיה השכיח ביותר וחלק מהתסמינים העיקריים הם חיוורון, עייפות, טכיקרדיה, כאבי ראש, נשירת שיער ועצבנות.

מקורו והיסטוריה של הברזל

עידן המתכות, הוא השלב האחרון בפרה-היסטוריה ומציג את הברזל כמתכת האחרונה של התקופה ששימשה את ההומידים, בעיקר לייצור כלים וכלי נשק.

תקופת הברזל התרחשה בין 1500 לפני הספירה. C-300 א. ג', אבל כבר נמצאו חפצי מתכת משנת 3500 לפני הספירה. Ç. במצרים.

איכות הברזל נמדדה לפי תכולת הפחמן הקיימת, שכן תרכובות של יסוד זה שימשו להתכת ברזל. לכן, ככל שכמות הפחמן נמוכה יותר, כך איכות הברזל גבוהה יותר.

הברזל היה גם המתכת החשובה ביותר לשלב הראשון של המהפכה התעשייתית.

קבל יותר ידע עם התוכן:

• יסודות כימיים
• סגסוגות מתכת
• מהן מתכות, דוגמאות ותכונות

הפניות ביבליוגרפיות

ATKINS, P.W.; ג'ונס, לורטה. עקרונות הכימיה: חקירת החיים המודרניים והסביבה. 3.ed. פורטו אלגרה: איש הספרים, 2006.

פלטר, ריקרדו. יסודות הכימיה: כרך. יחיד. מהדורה רביעית. סאו פאולו: מודרניה, 2005.

לי, ג'יי. ד. כימיה אנאורגנית לא כל כך תמציתית. תרגום של המהדורה החמישית. אנגלית. המוציא לאור Edgard Blucher Ltd. 1999.