जब आप लोहे की उत्पत्ति पर विचार करते हैं, तो संभवतः आपका दिमाग स्टील मिलों, मध्ययुगीन युग के दर्शन में भटक जाता है फोर्ज या किसी अन्य निर्माण प्रक्रिया की विशेषता कठिन, हाथों से काम और बहुत अधिक है तापमान। लेकिन मानव उद्योग में विभिन्न तरीकों से उपयोग की जाने वाली धातु के अलावा, लोहा भी एक तत्व है, यौगिक या मिश्र धातु नहीं, जिसका अर्थ है कि लोहे के एक परमाणु को अलग करना संभव है। यह अधिकांश परिचित सामग्रियों के बारे में सच नहीं है; उदाहरण के लिए, पानी की सबसे छोटी मात्रा जिसे अभी भी पानी कहा जा सकता है, में तीन परमाणु शामिल हैं, उनमें से एक ऑक्सीजन और अन्य दो हाइड्रोजन शामिल हैं।
दिलचस्प बात यह है कि हालांकि लोग यहां विनिर्माण सेटिंग में असामान्य रूप से उच्च तापमान के साथ लोहे को जोड़ते हैं पृथ्वी, लोहा एक तत्व के रूप में अपने अस्तित्व को इतनी गर्म और इतनी दूर की घटनाओं के कारण देता है कि इसमें शामिल संख्याएं शायद ही कभी बनती हैं समझ। इस प्रकार, लोहे को कैसे बनाया जाता है, इसका अध्ययन करने के लिए दो समानांतर प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है: यह पता लगाना कि लोहा कैसे आया और यह पृथ्वी पर कैसे पहुंचा, और कैसे पृथ्वी पर लोग दैनिक और विशेष के लिए लोहे का निर्माण और उपयोग करते हैं गतिविधियाँ। बदले में ये विषय जीवित प्रणालियों में और उनके द्वारा लोहे के उपयोग पर चर्चा को आमंत्रित करते हैं और इस बात पर एक सामान्य नज़र डालते हैं कि विभिन्न तत्व पूरे ब्रह्मांड में कैसे उत्पन्न और फैलते हैं।
लोहे का एक संक्षिप्त इतिहास
लोहा मानव जाति के लिए लगभग ३५०० ईसा पूर्व या ५,५०० साल पहले से जाना जाता है। इसका नाम एंग्लो-सैक्सन संस्करण से लिया गया है, जो "इरेन" था। आवर्त सारणी लोहे का प्रतीक Fe लोहे के लिए लैटिन शब्द से आया है, जो फेरम है। यदि आप किसी फार्मेसी को देख रहे हैं और आपको आयरन की खुराक दिखाई देती है, तो आप देखेंगे कि उनके अधिकांश नाम "लौह" कुछ-न-कुछ (जैसे सल्फेट या ग्लूकोनेट) हैं। जब भी आप "लौह" या "फेरिक" शब्द को रसायन शास्त्र के संदर्भ में देखते हैं, तो आपको तुरंत पहचान लेना चाहिए कि लोहे पर चर्चा की जा रही है; "विडंबना", हालांकि एक शानदार और उपयोगी शब्द है, भौतिक विज्ञान की दुनिया में इसकी कोई भूमिका नहीं है।
आयरन के बारे में रसायन विज्ञान तथ्य
लोहे (संक्षिप्त Fe) को न केवल रोजमर्रा के उद्देश्यों के लिए बल्कि तत्वों की आवर्त सारणी पर भी धातु के रूप में वर्गीकृत किया गया है (एक इंटरैक्टिव उदाहरण के लिए संसाधन देखें)। यह शायद थोड़ा आश्चर्य के रूप में आता है, लेकिन वास्तव में, धातुएं प्रकृति में गैर-धातुओं की तुलना में व्यापक अंतर से अधिक होती हैं; मानव द्वारा प्रयोगशाला में खोजे या बनाए गए 113 तत्वों में से 88 को धातुओं के रूप में वर्गीकृत किया गया है।
परमाणु, जैसा कि आप पहले से ही जानते होंगे, लगभग द्रव्यमान रहित इलेक्ट्रॉनों के "बादल" से घिरे लगभग समान द्रव्यमान के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के मिश्रण से युक्त एक नाभिक से मिलकर बनता है। प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में समान परिमाण का आवेश होता है, लेकिन प्रोटॉन का आवेश धनात्मक होता है जबकि इलेक्ट्रॉनों का आवेश ऋणात्मक होता है। लोहे का परमाणु क्रमांक 26 है, जिसका अर्थ है कि लोहे में 26 प्रोटॉन और 26 इलेक्ट्रॉन विद्युत रूप से तटस्थ अवस्था में होते हैं। इसका परमाणु द्रव्यमान, जिसे गोल करने पर केवल योग या प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होता है, प्रति मोल 56 ग्राम का शर्मीला होता है, जिसका अर्थ है कि इसके सबसे रासायनिक रूप से स्थिर रूप में (56 - 26) = 30 न्यूट्रॉन होते हैं।
लोहे में कुछ दुर्जेय भौतिक गुण होते हैं। इसका घनत्व 7.87 ग्राम/सेमी. है3, जिससे यह पानी से लगभग आठ गुना घना हो जाता है। (घनत्व द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन है; पानी को 1.0 ग्राम/सेमी as के रूप में परिभाषित किया गया है3 परंपरा के अनुसार।) लोहा 20 डिग्री सेल्सियस (68 एफ) पर एक ठोस है, जिसे आमतौर पर रसायन विज्ञान के उद्देश्यों के लिए "कमरे का तापमान" माना जाता है। इसका गलनांक एक अत्यंत उच्च 1538 C (2800 F) है, जबकि इसका क्वथनांक - यानी वह तापमान जिस पर तरल लोहा वाष्पित होने लगता है और गैस बनना शुरू हो जाता है - एक झुलसा देने वाला 2861 C (5182 F) है। तो इसमें कोई आश्चर्य की बात नहीं है कि धातु के काम में, इस्तेमाल की जाने वाली भट्टियों के प्रकार वास्तव में असाधारण रूप से शक्तिशाली होने चाहिए।
लोहा, द्रव्यमान से, पृथ्वी की पपड़ी में चौथा सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है। लोहे का पृथ्वी का कुल हिस्सा काफी अधिक हो सकता है, हालांकि, यह देखते हुए कि ग्रह के पिघले हुए कोर में मुख्य रूप से तरलीकृत लोहा, निकल और सल्फर शामिल हैं। जब खनन कार्यों में जमीन से लोहा निकाला जाता है, तो यह अयस्क के रूप में होता है, जो एक या एक से अधिक प्रकार की चट्टानों के साथ मिश्रित लौह तत्व होता है। लौह अयस्क का सबसे आम प्रकार हेमेटाइट है, लेकिन मैग्नेटाइट और टैकोनाइट भी इस धातु के महत्वपूर्ण स्रोत हैं।
अन्य धातुओं की तुलना में लोहे में जंग या जंग लगना बहुत आसान है। यह इंजीनियरों के लिए समस्या पैदा करता है क्योंकि वर्तमान में परिष्कृत धातु के नौ-दसवें हिस्से में लोहा शामिल है।
आयरन के उपयोग
मानव उपयोग के लिए खनन किया गया अधिकांश लोहा स्टील के रूप में हवा में बहता है। "स्टील" एक मिश्र धातु है, जिसका अर्थ है धातुओं का मिश्रण। इस उत्पाद का एक लोकप्रिय रूप आज कार्बन स्टील कहा जाता है, जो कुछ हद तक भ्रामक है क्योंकि कार्बन अपने सभी रूपों में इस स्टील के द्रव्यमान का केवल एक छोटा सा अंश योगदान देता है। कार्बन स्टील के उच्चतम कार्बन रूप में, कार्बन धातु के द्रव्यमान का लगभग 2 प्रतिशत है; यह आंकड़ा "कार्बन स्टील" के शीर्षक को खोए बिना धातु के 1 प्रतिशत के 1/10 वें हिस्से तक हो सकता है।
बदले में कार्बन स्टील को अन्य धातुओं के साथ रणनीतिक रूप से मिलावट किया जा सकता है ताकि कुछ वांछनीय गुणों के साथ मिश्र धातु प्राप्त की जा सके। स्टेनलेस स्टील, उदाहरण के लिए, कार्बन स्टील का एक रूप है जिसमें क्रोमियम की एक महत्वपूर्ण मात्रा होती है - द्रव्यमान से 10 प्रतिशत से अधिक। यह सामग्री अपने स्थायित्व और जंग के लिए उच्च प्रतिरोध के कारण लंबे समय तक अपनी चमकदार, चमकदार उपस्थिति बनाए रखने की प्रवृत्ति के लिए प्रसिद्ध है। स्टेनलेस स्टील वास्तुकला, बॉल बेयरिंग, सर्जिकल उपकरणों और टेबलवेयर में प्रमुखता से शामिल है। संभावना अच्छी है कि यदि आप विशुद्ध रूप से धातु की सतह में अपना प्रतिबिंब स्पष्ट रूप से देख सकते हैं, तो आप एक प्रकार के स्टेनलेस स्टील को देख रहे हैं।
जब निकल, वैनेडियम, टंगस्टन और मैंगनीज जैसी धातुओं की विवेकपूर्ण मात्रा को स्टील में एकीकृत किया जाता है, तो यह पहले से ही कठोर पदार्थ को और भी सख्त बना देता है; इसलिए ये मिश्र धातु इस्पात पुलों, काटने के उपकरणों और विद्युत-ग्रिड घटकों में शामिल करने के लिए उपयुक्त हैं।
एक गैर-इस्पात प्रकार के लोहे को कच्चा लोहा कहा जाता है जिसमें कार्बन का एक बड़ा सौदा होता है (लौह धातु के मानकों के अनुसार, कम से कम): 3 से 5 प्रतिशत। कच्चा लोहा स्टील जितना सख्त नहीं होता है, लेकिन यह काफी सस्ता होता है, इसलिए स्टील से कास्ट की ओर जाने में लौह, आप वही सामान्य व्यापार बंद करते हैं जो आप प्राइम रिब से 70 प्रतिशत दुबला होने पर करते हैं हैमबर्गर।
लोहा कैसे बनता है?
लौह अयस्क से पृथ्वी पर लोहा बनाया जाता है, या अधिक ठीक से निकाला जाता है। लौह अयस्क के "चट्टान" भाग में अयस्क के प्रकार के आधार पर अलग-अलग मात्रा में ऑक्सीजन, रेत और मिट्टी होती है। लोहे के काम का काम, जैसा कि सबसे पहले ऐसे कारखानों को कहा जाता था, लोहे को पीछे छोड़ते हुए जितना संभव हो उतना चट्टान और अन्य ग्रिट को हटाना है - थोड़ा अलग सिद्धांत रूप में मूंगफली को छीलने या संतरे को छीलने से लेकर अच्छे हिस्से तक पहुंचना, सिवाय इसके कि लौह अयस्क के मामले में, लोहा केवल डिस्पोजेबल से घिरा नहीं है सामग्री; यह ठीक इसके साथ मिश्रित है।
लोहे के काम के कठिन तापमान और समग्र शारीरिक चुनौतियों के बावजूद, मनुष्य पहले से ही ईसाई-पूर्व काल में उनका उपयोग कर रहे थे। 5 वीं शताब्दी ईसा पूर्व में मुख्य भूमि यूरोप और पश्चिमी एशिया के रास्ते सबसे पहले लोहे का काम ब्रिटिश द्वीपों तक पहुंचा। उस समय, लोहे को भौतिक रूप से से अलग किया गया था केवल चारकोल, मिट्टी और स्वयं अयस्क का उपयोग करके अधिकतम संभव सीमा तक अवांछित सामग्री, जो तापमान की तुलना में मामूली थी, गर्म की गई थी। का पालन करें। किसी भी तरह, 1500 ईसा पूर्व तक गलाने का काम चल रहा था, लेकिन लगभग 30 सदियों बाद, 1400 के दशक में, ब्लास्ट फर्नेस का आविष्कार किया गया था, जिसने "उद्योग" (जैसे यह था) को मौलिक और हमेशा के लिए बदल दिया।
आज, लोहा एक ब्लास्ट फर्नेस में हेमेटाइट या मैग्नेटाइट को "कोक" नामक कार्बन के साथ-साथ कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO) के साथ गर्म करके बनाया जाता है।3), बेहतर चूना पत्थर के रूप में जाना जाता है। इससे एक यौगिक निकलता है जिसमें लगभग 3 प्रतिशत कार्बन और अन्य मिलावट होते हैं - गुणवत्ता में आदर्श नहीं, लेकिन स्टील बनाने के लिए पर्याप्त है। हर साल, दुनिया भर में लगभग 1.3 बिलियन मीट्रिक टन (लगभग 1.43 बिलियन अमेरिकी टन, या लगभग 3 ट्रिलियन पाउंड) कच्चे स्टील का उत्पादन किया जाता है।
लोहा कहाँ से आया?
आपके स्टेनलेस-स्टील डिशवॉशर या आपके लकड़ी के स्टोव में लोहा "कहां से आता है" शायद ब्रह्मांड में कहीं भी पहली जगह में लोहा कैसे अस्तित्व में आया, इससे कहीं कम दिलचस्प सवाल है। लोहे को एक भारी तत्व माना जाता है, और इस प्रकार के तत्वों को केवल सुपरनोवा नामक विनाशकारी "स्टार डेथ" घटनाओं में ही बनाया जा सकता है। जबकि अधिकांश तारे हाइड्रोजन की अपनी ईंधन आपूर्ति के माध्यम से जलते समय फीके पड़ जाते हैं, कुछ तारे सचमुच धमाके के साथ बाहर निकल जाते हैं।
ये सांख्यिकीय रूप से दुर्लभ घटनाएं हैं, जो हर सौ साल में केवल कुछ ही बार होती हैं संपूर्ण मिल्की वे गैलेक्सी में, सितारों और अन्य पदार्थों के बड़े पैमाने पर धीरे-धीरे घूमने वाले ढेर को मनुष्य कहते हैं घर। लेकिन वे भी बेहद महत्वपूर्ण हैं। उनके बिना, बड़े आकार के छोटे तत्वों को प्रभाव पर एक साथ फ्यूज करने और लोहा, तांबा, पारा, सोना, आयोडीन और सीसा जैसे बड़े तत्वों को बनाने के लिए आवश्यक बल मौजूद नहीं होंगे। और हर समय, इन तत्वों का एक निश्चित अंश अंतरिक्ष के माध्यम से लंबी दूरी की यात्रा करता है और पृथ्वी पर बसता है, कभी-कभी उल्कापिंडों के रूप में।
प्रकृति में तत्व कैसे बनते हैं?
माना जाता है कि आयरन उन तत्वों के संदर्भ में अनुमानित कट-ऑफ बिंदु का प्रतिनिधित्व करता है जो सामान्य द्वारा उत्पन्न किए जा सकते हैं स्टार-दहन प्रक्रियाएं (जैसे कि ये प्रक्रियाएं वास्तव में किसी भी तरह से "साधारण" हैं) और जिन्हें केवल बनाया जा सकता है सुपरनोवा द्वारा।
अधिकांश तत्व - ऑक्सीजन, परमाणु संख्या 8, के माध्यम से लेकिन शायद लोहे सहित नहीं, परमाणु संख्या 26 - एक बार एक तारे की हाइड्रोजन आपूर्ति समाप्त होने के बाद बनते हैं। एक तारा "जलने" का कारण यह है कि यह लगातार हाइड्रोजन के साथ अनगिनत संलयन प्रतिक्रियाओं से गुजर रहा है, सबसे हल्का तत्व (परमाणु क्रमांक 1) अन्य हाइड्रोजन परमाणुओं से टकराकर हीलियम (परमाणु क्रमांक .) बनाता है 2). अंततः, तारे के अंतरतम भाग में हीलियम परमाणु समूहों में टकराकर कार्बन (परमाणु क्रमांक 6) बनाते हैं।
मानव शरीर में आयरन
विज्ञापन के दावों के आधार पर आप शायद लोहे को मानव आहार में आवश्यक मानते हैं खाद्य निर्माता ("इस अनाज में यू.एस. की अनुशंसित दैनिक भत्ता का 100 प्रतिशत शामिल है लोहा!")। हालाँकि, आप नहीं जानते होंगे कि ऐसा क्यों है।
जैसा कि यह पता चला है, सामान्य मानव शरीर में लगभग 4 ग्राम मौलिक लोहा होता है। यह बहुत बड़ी बात नहीं लग सकती है, लेकिन आपके शरीर को इसमें किसी भी धातु की आवश्यकता क्यों होगी? वास्तव में, आयरन हीमोग्लोबिन का एक अनिवार्य हिस्सा है, जो लाल रक्त कोशिकाओं (आरबीसी) में पाया जाने वाला ऑक्सीजन-बाध्यकारी प्रोटीन है। RBC ऑक्सीजन को फेफड़ों से ऊतकों तक पहुँचाता है, जहाँ इसका उपयोग हम कोशिकीय श्वसन में करते हैं।
जब अपर्याप्त आहार सेवन के कारण लोगों में आयरन की कमी हो जाती है (मांस में आयरन पाया जाता है, विशेष रूप से अंग मांस, साथ ही कुछ अनाज) या प्रणालीगत रोग राज्यों, उनके आरबीसी अपना नहीं कर सकते ठीक से काम। इस स्थिति में, जिसे एनीमिया कहा जाता है, लोगों को थोड़ी सी मेहनत के बाद सांस की कमी हो जाती है, और अक्सर थकान, सिरदर्द और सामान्य कमजोरी से पीड़ित होते हैं। गंभीर मामलों में, एनीमिया को ठीक करने के लिए रक्त आधान की आवश्यकता हो सकती है, हालांकि आमतौर पर आयरन युक्त गोलियों और तरल पदार्थों के साथ पूरकता का उपयोग करके सुधार किया जाता है।