מהו ברזל, מאיפה הוא מגיע ואיך כורים אותו? למתכת שימושית זו יש יישומים רבים. היסוד הכימי ממלא תפקיד חשוב בתעשייה העולמית, ומחזור הברזל בטבע חשוב בחיי כדור הארץ.
מה זה ברזל?
ברזל הוא יסוד מתכתי שהוא מאוד תגובתי מבחינה כימית, במיוחד כאשר הוא יוצר אינטראקציה עם חמצן. זהו אחד היסודות הנפוצים ביותר בכדור הארץ ובחלל. אטומי ברזל מכילים 26 פרוטונים בגרעיניהם. הסמל הכימי - Fe (ferum) מגיע משמו הלטיני ferum. בצורתה הטהורה, מדובר במתכת רכה ושבירה, אשר מתחזקת על ידי זיהומים. בשילוב עם פחמן, מייצרים פלדה המשתמשת ביותר מ-98% מעפרות הברזל שנכרות כיום.
כל אטומי הברזל ביקום נוצרו בליבות הכוכבים בשלבי ההיתוך האחרונים ולאחר מכן שוחררו לחלל בהתפוצצויות כוכבים. זה הרביעי בגודלויסוד בקרום כדור הארץ אחרי סיליקון, חמצן ואלומיניום. מה זה ברזל? זהו היסוד הנפוץ ביותר המרכיב את כוכב הלכת שלנו, אם כי רובו במסה נמצא הרבה מתחת לפני השטח - בליבת כדור הארץ. הוא קיים כמעט בכל סלעי הקרום והמעטפת כמרכיב כימי של מאות מינרלים שונים.
עפרת ברזל
מתכת זו נדירה בצורתה הטהורה. חלק מהמטאוריטים מכילים ברזל יסודי. יסוד זה מגיב כימית עם חמצן ומים לייצור מינרלים נושאי ברזל. כל אבן המכילה מספיק ממתכת זו לכרייה למטרות כלכליות נקראת עפרות ברזל. המינרלים הנפוצים ביותר שלו הם:
- תחמוצת ברזל (נוסחה Fe2O3), שנוצרת בחשיפה לחמצן;
- תחמוצת ברזל מיובשת, שנוצרת בתגובה במים.
עפרות הברזל החשובות ביותר הן מינרלים של תחמוצת ברזל הנקראים המטיט ומגנטיט. הריכוז הגבוה של Fe הופך אותם למועדפים ביותר בתעשייה. ברזל נכרה במרבצי העפרות הגדולים ביותר. לרוב מדובר בתצורות שהן סלעי משקע עתיקים. הם מכילים שכבות של מינרלים תחמוצת ברזל (נוסחה Fe2O3) בעובי של עד כמה סנטימטרים.
איפה אני יכול למצוא ברזל?
בטמפרטורת החדר, זה כןמוצק. זוהי מתכת אפורה מבריקה שמחלידה לאורך זמן כאשר היא נחשפת לאוויר לח. הוא משתלב עם מתכות רבות אחרות ליצירת סגסוגות. היקף הברזל הוא די נרחב. כאשר הוא מתחבר עם פחמן, הוא הופך לפלדה. ניתן לשלב אותו גם עם מתכות אחרות כמו ניקל, כרום וטונגסטן. סגסוגות אלו חזקות מאוד וניתן להשתמש בהן לייצור גשרים ומבנים.
ברזל הוא יסוד עתיק מאוד שנעשה בו שימוש בכדור הארץ במשך זמן רב. חפצים ממנו נמצאו במצרים העתיקה. הייתה אפילו תקופה שלמה (1200-500 לפנה ס) על שמו - תקופת הברזל, שבה שימש לייצור כלים וכלי נשק. כדי למצוא את המתכת השימושית הזו, אתה צריך לחפש אותה עמוק מתחת לאדמה. הוא נמצא גם בקרום כדור הארץ וגם בליבת כדור הארץ. יש יותר ברזל על פני כדור הארץ מכל מתכת אחרת. ניתן למצוא יסוד זה גם בכוכבי לכת אחרים, כולל הליבה של צדק ושבתאי, כמו גם על פני השטח המאובקים האדומים של מאדים (ולכן הוא נקרא כוכב הלכת האדום).
מחזור ברזל יבשתי בטבע
ברזל (Fe) עוקב אחר המחזור הגיאוכימי, כמו הרבה חומרים מזינים אחרים. בדרך כלל הוא משתחרר לאדמה או לאוקיינוס באמצעות בליה של סלעים או התפרצויות געשיות. במערכת האקולוגית היבשתית, צמחים סופגים תחילה ברזל דרך שורשיהם מהאדמה. זהו חומר תזונה חשוב ביותר שנע בין אורגניזמים חיים לגאוספרה.
ברזלהוא חומר תזונה מגביל חשוב עבור צמחים, המשתמשים בו לייצור כלורופיל. פוטוסינתזה תלויה באספקה נאותה של מתכת זו. צמחים מטמיעים אותו מהאדמה בשורשים. בעלי חיים צורכים את הצמח ומשתמשים בו לייצור המוגלובין. כשהם מתים, הם מתפרקים והחיידקים מחזירים את המתכת לאדמה.
מחזור הים של ברזל
המחזור הימי של הברזל בטבע דומה מאוד למחזור כדור הארץ. תהליך זה מתרחש עקב פעילות חיונית של מיקרואורגניזמים מסוימים המחמצנים את המתכת להידרוקסיד ומשיגים פחמן מפחמן דו חמצני. חיידקי ברזל בנהר, בים או בכל גוף מים אחר שואבים אנרגיה למחזור חייהם, ולאחר השלמתו הם מתיישבים באדמה בצורה של עפרת ביצות.
תפקיד הברזל במערכות אקולוגיות באוקיינוסים הוא גם משמעותי. היצרנים העיקריים שסופגים מתכת זו הם בדרך כלל פיטופלנקטון או ציאנובקטריה. לאחר מכן נספג ברזל על ידי הצרכנים כאשר הם אוכלים את החיידקים הללו. מחזור הברזל בטבע הוא תהליך מורכב ביותר. זה תלוי בגורמים רבים נלווים: תגובות כימיות, סוגי בתי גידול וקבוצות של חיידקים. כל זה מחבר אותו עם מחזורים ביו-גיאוכימיים חשובים לא פחות של כדור הארץ.
מאפיינים כלליים
ברזל בצורת עפרות משולבות שונות הוא אחד היסודות הנפוצים ביותר המהווים כ-5% מקרום כדור הארץ. המינרלים הנושאים ברזל החשובים ביותר הםתחמוצות וסולפידים (המטיט, מגנטיט, גתיט, פיריט, מרקסיט). מתכת זו קיימת גם במטאוריטים, בכוכבי לכת אחרים ובשמש. ברזל נמצא גם בים וגם במים מתוקים.
עובדות מעניינות
הנה כמה עובדות מעניינות על היסוד הכימי הפשוט הזה לכאורה:
- ברזל הוא אבן בניין חיונית להזנת צמחים ועוזר לשאת חמצן בדם, ובכך תומך בחיים על פני כדור הארץ.
- זהו מוצק שביר, המסווג כמתכת בקבוצה 8 בטבלה המחזורית של היסודות. בצורתו הטהורה, הוא נלחם במהירות מחשיפה לאוויר לח וטמפרטורות גבוהות.
- זהו היסוד הרביעי בשכיחותו בקרום כדור הארץ לפי משקל, ומאמינים שרוב ליבת כדור הארץ היא ברזל.
- רובו משמש לייצור פלדה, סגסוגת של ברזל ופחמן, שבתורה משמשת בייצור ובנייה, כמו בטון מזוין.
- נירוסטה המכילה לפחות 10.5% כרום עמידה מאוד בפני קורוזיה. הוא משמש בסכו"ם וכלי מטבח כגון סירי נירוסטה.
- הוספת אלמנטים אחרים יכולה לספק לפלדה תכונות שימושיות חדשות. לדוגמה, ניקל מגביר את העמידות של הסגסוגת והופך אותה לעמידה יותר בפני חום וחומצות.
מידע קצר על האלמנט Fe
- מספרפרוטונים בגרעין: 26.
- סמל אטומי: Fe.
- מסה ממוצעת של אטום: 55.845 גרם/מול.
- צפיפות: 7.874 גרם לסנטימטר מעוקב.
- שלב בטמפרטורת החדר: מוצק.
- נקודת התכה: 1538 0C.
- נקודת רתיחה: 2861 0C.
- מספר איזוטופים: 33.
- איזוטופים יציבים: 4.
יישומים עיקריים
ברזל משמש במגזרים רבים כמו אלקטרוניקה, ייצור, רכב ובנייה. להלן היישומים של ברזל:
- כמרכיב עיקרי של מתכות ברזליות, סגסוגות ופלדה.
- סגסוגת המשתמשת בפחמן, ניקל, כרום ואלמנטים שונים אחרים לייצור ברזל או פלדה.
- במגנטים.
- במוצרי מתכת מוגמרים.
- בציוד תעשייתי.
- בציוד הובלה.
- בכלים.
- בצעצועים ומוצרי ספורט.
ברזל מהווה 5% מקרום כדור הארץ והוא אחת המתכות הנפוצות והנפוצות ביותר. יסוד זה מצוי גם בבשר, תפוחי אדמה וירקות והוא חיוני לבעלי חיים ולבני אדם. זהו חלק בלתי נפרד מההמוגלובין. המתכת היא אפרפרה במראה וגמיש מאוד וגמיש. הוא מתמוסס בקלות בחומצות מדוללות ותגובתי. אזורי כריית הברזל העיקריים הם סין, אוסטרליה, ברזיל, רוסיה ואוקראינה.
