Demir, Dünya'nın kabuğunda bilinen dördüncü önemli elementtir ve Dünya'nın dış ve iç çekirdeğini oluşturan faktörlerden ve elementlerden biridir. Kimyasal sembolü Fe ve periyodik tabloda atom numarası 26 ile gösterilmektedir.

Demir ve alaşımları, en çok kullanılan ve yaygın metaller arasında sayılmaktadır. Pürüzsüz ve parlak gümüşi gri renkte yüzeylere sahiptir, ancak havada oksijenle birleştiğinde kırmızı veya kahverengi renkte görünür.

Pürüzsüz demir metalden oluşur, ancak oksijen ve nem ile birleştiğinde oksitlenir ve Dünya yüzeyinde metal veya saf demir şeklinde daha az görülebilir. Bu nedenle, demir metaline ulaşmak için kimyasal indirgeme adı verilen bir yöntemle, maden içerisindeki gizli oksijen yok edilir ve bu şekilde demir metali ortaya çıkar.

Kaynak:

Demir, Fe2O3 sembolü ile gösterilen hematit madeninden üretilir. Bu demir, 2000 derece santigratın üzerinde yüksek sıcaklıklarda karbon ile indirgeme yöntemiyle büyük ocaklarda ayrıştırılır ve demir metali çıkarılır.

Demir madeninin çıkarılması genel olarak 48 ülkede yapılmaktadır. Çin, Brezilya, Avustralya, Rusya ve Hindistan, dünya demir cevherinin %70'ini çıkaran ve üreten beş büyük ülkedir.

Demir cevheri

Demir, dünyada en bol bulunan altıncı elementtir, ancak Dünya'nın kabuğunda bolluk açısından dördüncü sıradadır. Bilim insanları, Dünya'nın çekirdeğinin büyük ölçüde demir-nikel alaşımından oluştuğuna inanmaktadır. Bu nedenle demir, bu nedenlerden dolayı Dünya üzerindeki en bol element olarak tanınmakta ve metaller arasında da %95 demir üretimi ile yer almaktadır.

Demirin özelliklerinden ve diğer metallerin kullanımından yararlanarak çeliği elde edebiliriz.

Dönüşümler:

Demir, bir metaldeki dönüşümlerin en iyi bilinen örneği olabilir. Üç farklı allotropik formda bulunur: allotrop, austenit ve ferrit olarak adlandırılır. Bu adlandırma şöyle açıklanabilir: Demir sıvı haldeyken yavaşça soğuduğunda, 1538 derece santigrat sıcaklıkta kristalleşerek delta demiri olarak bilinen bir allotrop oluşturur ve merkezi kübik kristal yapısına sahiptir. Daha fazla soğurken, 1394 derece santigrat sıcaklıkta kristal yapısı merkezi kübik hale dönüşür ve bu şekil austenit veya gamma demiri olarak adlandırılır. 912 derece santigrat sıcaklıkta kristal yapısı tekrar kübik hale gelir ve bu dönüşüm ferrit veya alfa demiri olarak adlandırılır; bu, kristalografi açısından delta demirine oldukça benzerlik gösterir.

Kullanım alanları:

Demir, dünyada en yaygın ve en çok kullanılan metal olarak kabul edilmektedir çünkü dünya genelinde üretilen metallerin %95'ini demir oluşturmaktadır. Yüksek dayanıklılığı ve düşük maliyeti nedeniyle, inşaat iskeletlerinde, otomobil gövdelerinde ve büyük gemilerin gövdelerinde sürekli olarak kullanılmaktadır.

Genel olarak, ham demirden üretilen ürünler aşağıdaki kategorilere ayrılabilir:

Dökme demir: Ham demir eritildiğinde, kum veya metal kalıplara dökülür ve soğutulur; bu şekilde dökme demir elde edilir.

Dökme demir: Dökme demirden önemli ölçüde farklıdır; daha yumuşak, daha yüksek çekme dayanımına sahiptir ve dökme demire göre sanayide daha fazla kullanılır. Elde edilme yöntemi, dökme demire magnezyum ve demir silikat eklenmesi ve karbonun kristalleşmesi gibi işlemler yapıldığında dökme demir elde edilir.

Beyaz dökme demir: Eritilmiş halde soğutularak elde edilir; bu dökme demirin karbonu sementit şeklindedir ve kırılganlığını azaltmak için yumuşatılabilir.

İşlenmiş demir: Bu durumda demir eritilir ve süngerimsi bir şekle dönüştürülür; bu örnek demirlerin elde edilmesi için, içindeki safsızlıklar, silisyum, manganez, karbon gibi temizlenir.

Çelik: Demir ve karbon alaşımıdır; demirin özellikleri ve diğer elementlerle elde edilir. Çelik üretildiğinde, dayanıklılığı ve direnci yüz kat daha fazla artar.

Hurda demir: Demir çelik artıkları ve hurdaları olarak adlandırılır.

Demir, Dünya'nın en yaygın elementlerinden biridir ve yaklaşık %5'ini oluşturmaktadır.

Demir, esas olarak Fe2O3 olan hematit madeninden çıkarılmaktadır. Bu metal, daha reaktif bir element olan karbon ile indirgeme yöntemiyle ayrıştırılmaktadır. Bu işlem, yaklaşık 2000 derece santigrat sıcaklıkta yüksek fırında gerçekleştirilmektedir.

Yıl 2000'de, yaklaşık 1100 milyon ton demir cevheri, yaklaşık 25 milyar ABD doları ticari değer artışı ile çıkarılmıştır. Demir cevherinin çıkarılması 48 ülkede gerçekleşirken, Çin, Brezilya, Avustralya, Rusya ve Hindistan, dünya demir cevherinin %70'ini üreten beş büyük ülke olarak kabul edilmektedir. Yaklaşık 572 milyon ton ham demir üretimi için 1100 milyon ton demir cevheri gereklidir.

Önemli özellikler

Bir normal demir atomunun kütlesi, bir normal hidrojen atomunun kütlesinin 56 katıdır. Demirin, dünyada onuncu en bol element olduğu düşünülmektedir. Fe, Latince ferrum kelimesinin kısaltmasıdır. Bu metal, demir cevherinden çıkarılır ve nadiren serbest (elemental) halde bulunur.

Elemental demir elde etmek için, safsızlıklarının kimyasal indirgeme yöntemiyle yok edilmesi gerekmektedir. Demir, bir element değil, farklı metallerin (ve özellikle karbon gibi bazı ametallerin) karışımı olan çelik üretiminde kullanılır. Demir atomlarının çekirdekleri, her nukleonda en yüksek çekim kuvvetine sahiptir; bu nedenle demir, füzyon yöntemiyle en ağır ve fisyon yöntemiyle en hafif element olarak termal olarak üretilmektedir.

Yeterli kütleye sahip bir yıldız böyle bir işlem gerçekleştirdiğinde, artık çekirdeğinde enerji üretemez ve bir süpernova oluşur. Demir, dünyada en yaygın metal olarak kabul edilmektedir. Kozmolojik modeller, açık bir evrende, füzyon ve fisyon tepkimeleri sonucunda her şeyin demire dönüşeceğini öngörmektedir!

Kullanım alanları

Demirin kullanımı, tüm metallerden daha fazladır ve dünya genelinde üretilen metallerin %95'ini oluşturmaktadır. Uygun fiyatı ve yüksek dayanıklılığı, onu özellikle otomobillerde, büyük gemilerin gövdelerinde ve binalarda kaçınılmaz kılmaktadır. Çelik, en bilinen demir alaşımıdır ve demirin bazı türleri aşağıda belirtilmiştir:

Ham demir, %4-5 karbon ve çeşitli safsızlıklar (kükürt, silisyum ve fosfor gibi) içermektedir ve önemi, demir cevherinden dökme demire ve çeliğe geçişteki ara aşamada yer almasıdır.

Dökme demir, %2-3.5 karbon ve az miktarda manganez içermektedir. Ham demirdeki safsızlıklar, kükürt ve fosfor gibi, özelliklerini olumsuz etkileyen, dökme demirde kabul edilebilir ölçüde azaltılmaktadır. Dökme demirin erime noktası, 1470-1420 K arasında olup, her iki ana bileşeninden daha düşüktür ve onu karbon ve demirin eşzamanlı ısınması sonrası ilk eritilmiş ürün haline getirir. Dökme demir oldukça sağlam, sert ve kırılgandır. Kullanılan dökme demir, hatta beyaz sıcak dökme demir bile nesneleri kırabilir.

Karbon çeliği, %0.5-1.5 karbon ve az miktarda manganez, kükürt, fosfor ve silisyum içermektedir.

İşlenmiş demir (yumuşak demir), %0.5'ten az karbon içermektedir ve sağlam ve dövülebilir bir üründür; ancak ham demir kadar eritilebilir değildir. İçinde çok az miktarda karbon bulunmaktadır (birkaç ondalık yüzde). Eğer bir kenarı keskinleştirilirse, hızla keskinliğini kaybeder.

Alaşımlı çelikler, farklı miktarlarda karbon ile birlikte krom, vanadyum, molibden, nikel, tungsten gibi diğer metaller içermektedir.

Demir oksitleri, bilgisayarlarda manyetik depolama yapmak için kullanılmaktadır. Genellikle diğer bileşiklerle karıştırılır ve manyetik özelliklerini çözünür halde korumaktadır.

Demirin en yaygın oksidasyon halleri şunlardır:

Ferrous hali 2+Fe

Ferric hali 3+Fe

Ferric hali 4+Fe, bazı enzimlerle (örneğin peroksidazlar) stabilize edilmiştir.

Demir (VI) de bilinir (ancak nadirdir). Eğer potasyum feratı şeklindeyse (K2FeO), birinci tür alkol için seçici bir oksitleyicidir. Bu katı, yalnızca vakum koşullarında ve koyu mor renkte stabildir; hem aşındırıcı bir çözeltide hem de katı bir madde olarak bulunur.

Demir karbür Fe3C, sementit olarak bilinir.

Biyoloji

Demir, hem molekülünün (kırmızı kan hücresinin bir parçası) ana atomudur ve bu nedenle tüm hemoproteinlerin gerekli bir bileşenidir. Bu nedenle, bu elementin hayvanlarda varlığı hayati öneme sahiptir. Ayrıca, inorganik demir, birçok enzimin demir-kükürt zincirlerinde bulunur. Bakteriler genellikle demir kullanır. Vücut, bakteriyel bir enfeksiyonla savaşırken, bakterilerin demire ulaşmasını engellemek için bu elementi gizler.

İzotoplar

Demir, doğal olarak dört kararlı izotopa sahiptir: Fe-54, Fe-56, Fe-57, Fe-58. Doğada demir izotoplarının göreceli bolluğu yaklaşık olarak Fe-54 %5.8, Fe-56 %91.7, Fe-57 %2.2 ve Fe-58 %0.3'tür. Fe-60, radyoaktif bir nükleotid olup, yarı ömrü 5.1 (Myr) yıldır. Geçmişte demirin izotopik bileşimlerini ölçme çabaları, nükleosentezle (örneğin meteorit çalışmaları) ve minerallerin oluşumuyla ilgili süreçler etrafında, farklı Fe-60 türlerini belirleme etrafında yoğunlaşmıştır.

Farklı aşamalarda, Semarkona ve Chervony Kut meteorları arasında Ni-nikel|60 (Fe-60 süpernova kalıntısı) yoğunluğu ile demirin kararlı izotoplarının bolluğu arasında bir ilişki bulunmuştur; bu, güneş sisteminin oluşumu sırasında demir 60'ın varlığına bir kanıt teşkil etmektedir. Muhtemelen, demir 60'ın parçalanmasıyla serbest kalan enerji, Al-26 radyoaktif nükleotidin parçalanmasıyla serbest kalan enerji ile birlikte, güneş sisteminin oluşumundan yaklaşık 4.6 milyar yıl önce yeniden erime ve ayrışma süreçlerinde etkili olmuştur. Ayrıca, uzay materyallerinde bulunan Ni-60'ın bolluğu, güneş sisteminin kökeni ve erken tarihi hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir.

Kararlı izotoplar arasında yalnızca demir 57 atomik spin taşımaktadır (1/2-). Bu nedenle, demir 57, kimya ve biyokimyada bir spin izotopu olarak kullanılmaktadır.

Uyarılar

Aşırı demir alımı, zehirlenmelere neden olmaktadır, çünkü yüksek miktarda ferrous demir, vücuttaki peroksitlerle reaksiyona girerek serbest radikaller üretmektedir. Vücutta demir normal seviyelerde olduğunda, vücudun antioksidan mekanizmaları bu süreci kontrol edebilir. Eğer demir miktarı normalden fazla olursa, kontrol edilemeyen serbest radikal miktarları oluşur.

İki yaşındaki bir çocuk için öldürücü demir miktarı yaklaşık 3 gramdır ve bir gramı ciddi zehirlenmelere yol açabilir. Kısa süre içinde 10 ila 50 adet demir sülfat tabletinin alınmasıyla çocuklarda zehirlenme vakaları bildirilmiştir. Aşırı demir alımı, kazara ilaç alımından kaynaklanan çocuklarda ciddi ölüm nedenidir. Vücutta kontrolsüz demir artışı, hemochromatosis adı verilen bir hastalığa neden olmaktadır. Fazladan demir karaciğerde birikir ve siderozis adı verilen demir birikimi hastalığına ve organ hasarlarına yol açar. Bu nedenle, demir eksikliği olmayan bireylerin demir takviyeleri almaması gerekmektedir.

Demir nedir?

Parafin terapi ayak

Çikolata yemenin faydaları ve beyn üzerindeki etkileri

İran Ulusal Petrol ve Gaz Şirketi onaylı tedarikçi listesine (AVL) üye olmak

Ahşap sanayi makineleri çeşitleri