ברזל

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

קובלט - ברזל - מנגן   Fe Ru       הטבלה המחזורית
כללי
מספר אטומי	26
סמל כימי	Fe
סדרה כימית	מתכות מעבר
צפיפות	7874 kg/m3
מראה	מתכת מבריקה בגוון אפרפר
תכונות אטומיות
משקל אטומי	55.845 amu
רדיוס ואן דר ולס	____ pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 14, 2
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
טמפרטורת התכה	1,538C
טמפרטורת רתיחה	2,861C
לחץ אדים	7.05Pa ב 1808K
מהירות הקול	4910 מטר לשנייה ב293.15K
שונות
אלקטרושליליות	1.83
קיבול חום סגולי	440 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	9.93 106/m·Ω
מוליכות תרמית	80.2 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	762.5 kJ/mol

ברזל (באנגלית: Iron, בלטינית: Ferrum) הוא יסוד כימי שסמלו הכימי הוא Fe ומספרו האטומי הוא 26.

תוכן עניינים 1 צורה בטבע 2 יוני ברזל 3 הברזל ביצורים חיים 4 תזונה 4.1 סכנות בריאותיות 4.1.1 מחסור בברזל 4.1.2 עודף ברזל 5 שימושים בתרבות האדם 6 היסטוריה 7 קישורים

[עריכה] צורה בטבע

ברזל הוא יסוד מתכתי, אחד מהנפוצים ביותר בטבע (הרביעי בתפוצתו בכדור הארץ). ברזל גולמי נמצא רק במטאוריטים. בכדור הארץ ניתן למוצאו 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 מעפרותיו (בעיקר המטיט ומגנטיט) כשהוא מחומם עם פחמן בכבשן לטמפרטורה 2000 של מעלות צלזיוס. לכבשן מוכנס אוויר חם ברציפות ומתרחשת התגובה הבאה:

הפחמן החד-חמצני מגיב עם המטיט (או מקור ברזל אחר) כך:

בשנת 2000 הופקו כ-1100 מיליון טון עפרות ברזל בשווי 25 מיליארד דולר. חמש המדינות שמפיקות את הכמות הגדולה ביותר של עפרות ברזל הן סין, ברזיל, אוסטרליה, רוסיה והודו.

[עריכה] יוני ברזל

קיימות ארבע צורות (מצבי חמצון) 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.

[עריכה] הברזל ביצורים חיים

לברזל חשיבות עליונה בביולוגיה; הוא נמצא כמעט בכל היצורים החיים, והוא חיוני לחיים. בעיקר נמצא הברזל באתר הפעיל של כמה אנזימים וחלבונים חשובים:

• בבעלי חיים נמצא הברזל בהמוגלובין, החלבון נושא החמצן בכדוריות הדם האדומות אשר בדם. החמצן הנקלט בריאות נקשר באופן ישיר אל אטום הברזל, ומועבר באמצעות הדם אל כל תאי הגוף.
  חוסר ברזל בגוף (עקב תזונה לקויה או מחלה) עלול לגרום לאנמיה.
• בכל היצורים האווירניים מצוי הברזל במרכזו של האנזים ציטוכרום, האנזים החשוב ביותר בתהליך
  הנשימה התאית.

[עריכה] תזונה

ברזל הוא מקור תזונה חשוב לגוף, כמות נמוכה מדי של ברזל גורמת לאנמיה - ירידה בכמות ההמוגלובין בתאי הדם האדומים, כמו גם לירידה במספר תאי הדם האדומים. דבר זה מוביל לירידת כמות החמצן שמגיע לרקמות בגוף ולתפקוד פחות טוב של רקמות אלה. גם כמות גדולה מידי של ברזל מסוכנת לבריאות.

בממוצע, הכמות היומית המומלצת לגבר בוגר היא 8.7 מיליגרם ולאישה בגיל הפוריות 14.8 מיליגרם. נשים בתקופת הפוריות צריכות כמות גדולה יותר של ברזל מגברים משום שהן מאבדות דם בווסת.

הברזל מצוי במזונות כמו בשר אדום, דגים, בשר עוף. ברזל שמקורו בבעלי חיים נספג בקלות יחסית בגוף.

כבד הוא מקור עשיר לברזל, אך הוא עשיר גם בוויטמין A שכמות עודפת ממנו עלולה להזיק לבריאות. לאנשים בסיכון לסוכרת כולל נשים לאחר גיל הבלות וגברים זקנים, כדאי להימנע מכמות יתר של ויטמין A. גם לנשים בהריון או שרוצות להיכנס להריון כדאי להימנע מכמות יתר של ויטמין A.

מקורות אחרים לברזל הם קטניות כמו שעועית, אפונה, פול, חומוס, עדשים; מוצרי סויה כמו טופו, חלב סויה ועוד; אגוזים; טחינה, ברוקולי, אבוקדו, פירות יבשים; קינואה, דבשה, בורגול ושמרי בירה; ומזון מדגנים מלאים כמו לחם מלא. ברזל ממקורות צמחוניים נספג בגוף בקושי רב יותר. [1]

קפה ותה מכילים תרכובות פוליפנול שעלולות להקשות על ספיגת הברזל בגוף, לכן מומלץ למי שחושש ממחסור בברזל להימנע משתיית תה או קפה בזמן הארוחה או עד חצי שעה לאחריה. ויטמין C מסייע לגוף לספוג ברזל, ולכן אכילת ירקות כמו כרוב ניצנים, פטרוזיליה, ברוקולי, פלפל או קולרבי בזמן הארוחה או אכילת פירות כמו תפוז, תות שדה או פפאיה לקינוח עשוית לסייע לספיגת הברזל בגוף.

[עריכה] סכנות בריאותיות

[עריכה] מחסור בברזל

תורמי דם נמצאים בסיכון מיוחד של רמות ברזל נמוכות בדם. לכן מתבצעת בדיקת המוגלובין לנשים המבקשות לתרום דם. לא נלקחת תרומת דם מאדם בעל רמת המוגלובין נמוכה מ-12. רמות ההמוגלובין בדם אישה פוריה משתנות כתלות בזמן בחודש ביחס לווסת.

[עריכה] עודף ברזל

תזונה מוגזמת של ברזל מסוכנת ואף רעילה, הברזל מגיב עם אל תחמוצות בגוף ומשחרר רדיקלים חופשיים. כשברזל נצרך בכמויות רגילות הוא לא מזיק, מכיוון שלגוף מנגנונים נוגדי חמצון שמווסתים תהליך זה.

מנה של שלושה גרם ברזל שניתנת לתינוק בן שנתיים יכולה להרוג אותו. גרם אחד יכול לגרום להרעלה.

צריכה מוגזמת של ברזל יכולה לגרום למחלות כמו המוכרומטוזיס שבה כמות רבה של ברזל נאגר באיברים. לכן עדיף להימנע מנטילת תוספי מזון המכילים ברזל ללא המלצת רופא.

גברים מועדים להרעלת ברזל יותר מאשר נשים בתקופת הפוריות, משום שנשים מאבדות דם בווסת.

[עריכה] שימושים בתרבות האדם

ברזל הוא המתכת השימושית ביותר לאדם (95% מכלל המתכת שמופקת בעולם). המחיר הנמוך ורמת הקשיחות הגבוהה הופכים אותו לחומר מקובל מאוד בבניית מכוניות, אוניות, בניינים וכדומה. פלדה היא הסגסוגת הנפוצה ביותר של ברזל. שימושים נוספים של ברזל:

• 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 (יצקת) (Cast Iron) מכיל 2%-3.5% פחמן וכמויות קטנות של מנגן. זיהומים כמו בברזל גלמי מסולקים ממנו על מנת למנוע פגיעה בתכונותיו. טמפרטורת ההיתוך שלו נעה בין 1147 - 1197 מעלות צלזיוס.
• 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.
• צבענים מבוססי תחמוצות ברזל נפוצים מאוד בצבעים תעשייתיים וצבעי אמנות, ממקור סינתטי או טבעי. הצבענים אינם רעילים ונוחים לשימוש, ועל כן נפוצים מאוד. לדוגמה אומברה שרופה, או שחור מאדים.

[עריכה] היסטוריה

תקופת הברזל החלה לפני כשלושת אלפים שנה, כשהאדם גילה את הברזל ותכונותיו. הוא השתמש בברזל לייצור כלים שונים (כמו חוד של חנית) ומאוחר יותר גילה את הפלדה, שהיא סגסוגת של ברזל ופחמן (אחוז הפחמן 0.02% - 2.06%) ולפעמים עם מתכות שונות נוספות, כגון כרום או ניקל.

בהודו השתמשו בברזל כבר בשנת 250 לפנה"ס. סדרת הפסלים המפורסמת "אשוקה פילאר" ליד דלהי עשויה מברזל טהור כמעט (98%) שלא החליד או נשחק עד היום. בין השנים 3000 - 2000 לפנה"ס, גדלו מספר החפצים העשויים ברזל (המקור ככל הנראה בברזל ממטאור) במסופוטמיה, השימושים היו טקסיים וברזל היה מתכת יקרה מאוד, אפילו יותר מזהב. באיליאדה, מתואר שכלי נשק היו עשויים מארד, אבל השתמשו במטילי ברזל בסחר. מספר מקורות מציעים שברזל היה מופק באותו זמן כתוצר נלווה לזיקוק נחושת.

בין השנים 1600 - 1200 לפנה"ס, גבר השימוש בברזל במזרח התיכון אבל הוא לא החליף את הארד. בין המאה ה-10 למאה ה-12 לפנה"ס הייתה מגמה להחליף כלי ארד לכלי ברזל במזרח התיכון. באותו זמן התגלתה טכניקת הפחמון (או קרבוניזציה, שבה מעלים את אחוז הפחמן במתכת) שבעזרתה אנשי המזרח התיכון ייצרו ברזל חזק בהרבה ופחות שביר.

[עריכה] קישורים

• ברזל ב-Webelements (אנגלית)
• ברזל בספריה הווירטואלית של מט"ח (עברית)