1. Ana Sayfa
  2. Genel
  3. Demir

Demir

Son güncelleme: 17.12.2007 10:03
Nerqish Nerqish foto
  • Demir, atom numarası 26 olan bir elementtir. Simgesi Fe dir (Lat. Ferrum dan).

    Demir, yerkabuğunda en çok bulunan metaldir. Yerkürenin merkezindeki sıvı çekirdeğin de tek bir demir kristali olduğu tahmin edilmekle birlikte, demir nikel alaşımı olma ihtimali daha yüksektir. Dünyanın merkezindeki bu kadar yüksek miktardaki yoğun demir kütlesinin dünyanın manyetik alanına etki ettiği düşünülmektedir.

    Demir metali, demir cevherlerinden elde edilir ve doğada nadiren elementel halde bulunur. Metalik demir elde etmek için, cevherdeki safsızlıkların kimyasal redüksiyon yoluyla uzaklaştırılmaları gerekir. Demir, aslında büyük ölçüde karbonlu bir alaşım olarak kabul edilebilecek olan çelik yapımında kullanılır.

    Demir, karbonla birlikte 1420-1470K sıcaklığa kadar ısıtıldığında oluşan sıvı ergiyik %96,5 demir ve %3,5 karbon içeren bir alaşımdır. Bu ürün ince detaylı şekiller halinde dökülebilirse de, içerdiği karbonun çoğunu uzaklaştırmak amacıyla dekarbürize edilmediği sürece, işlenebilmek için fazlasıyla kırılgandır.

    Kullanım alanları

    Demir, tüm metaller içinde en çok kullanılandır ve tüm dünyada üretilen metallerin ağırlıkça %95'ini oluşturur. Düşük fiyatı ve yüksek mukavemet özellikleri demiri, otomotiv, gemi gövdesi yapımı, ve binaların yapısal bileşeni olarak kullanımında vazgeçilmez kılar. Çelik, en çok bilinen demir alaşımı olup, demirin diğer kullanım formları şunlardır:

    Pik demir: %4-%5 karbon ve değişen oranlarda safsızlıklar (S, Si, P gibi) içerir. Demir cevherinden dökme demir ve çeliğe giden yolda bir ara ürün olarak değerlendirilebilir.
    Dökme demir: %2-%4 arasında karbon, %1 - %6 silisyum, ve az miktarda manganez içerir. Pik demirde bulunan ve malzeme özelliklerini olumsuz etkileyen, kükürt ve fosfor gibi empüriteler, kabul edilebilir seviyelere düşürülmüştür. 1420-1470 K arasındaki ergime sıcaklığı, her iki bileşeninin ergime sıcaklığından daha düşüktür ve bu özelliği ile demir ve karbon birlikte ısıtılmaları durumunda ilk ergiyen ürün olur. Mekanik özellikleri, büyük ölçüde, bileşiminde bulunan karbonun aldığı forma bağlıdır. 'Beyaz' dökme demirlerde karbon sementit veya demir karbür şeklindedir. Bu sert ve kırılgan bileşik, beyaz dökme demirleri sertleştirir fakat darbelere karşı dayanıksız kılar. Öte yandan, 'gri' dökme demirlerde karbon, serbest ince grafit pulcukları halindedir ve bu da, keskin kenarlı grafit pulcuklarının gerilim arttırma karakterinden dolayı malzemeyi kırılgan yapar. Gri dökme demirin daha yeni bir türü olan 'sünek demir'de ise, malzemenin tokluk ve mukavemetini arttırmak için, dökme demirin az miktarda magnezyum ile muamele edilip grafit pulcuklarının şeklinin küresel veya nodüler hale dönmesi sağlanır.
    Karbon çeliği: %0.4-%1.5 arasında karbon ile az miktarlarda manganez, kükürt, fosfor, ve silisyum içerir.
    Dövülebilir dökme demir: %0.2 den daha az karbon içerir, tok ve dövülebilr bir üründür.
    Alaşımlı çelik: değişen miktarlarda karbonun yanısıra, krom, vanadyum, molibden, nikel, tungsten gibi diğer metalleri de içerir ve daha çok yapısal alanlarda kullanılır. Demirçelik metalurjisindeki son gelişmeler, çok çeşitli mikroalaşımlandırılmış çeliklerin ('HSLA' veya 'yüksek mukavemet, düşük alaşım' çelikleri) ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu çelik alaşımlarının en büyük özeliği, çok küçük miktarlardaki alaşım elementi ilavesiyle çok yüksek mukavemet ve tokluğun elde edilebilmesidir.
    Demir(III) oksit: bilgisayarlarda manyetik depolama ünitelerinin yapımında kullanılır.

    Bulunuşu

    Demir uzayda en çok bulunan elementlerden birisi olup yerkabuğunda %5 oranında bulunur. Bu demirin büyük bir çoğunluğu, hematit, manyetit, ve takonit mineralleri içinde oksitli olarak bulunur. Dünyanın çekirdeğinin de büyük oranda metalik demir nikel alaşımından meydana geldiği tahmin edilmektedir.

    Cevherden kazanımı


    Suyun kırmızı rengi kayalardaki demir içeriğinden kaynaklanmaktadır.Endüstriyel anlamda demir üretimi, başlıca cevherleri olan hematit (Fe2O3) ve manyetitin (Fe3O4) 2000 °C sıcaklıklardaki yüksek fırın içerisinde karbotermik reaksiyonu (karbon ile redüksiyon) ile gerçekleşir.

    Yüksek fırında demir cevheri, karbon (kok kömürü şeklinde) ve flaks (curuf yapıcı katkılar) ile birlikte yukarıdan beslenirken, ısıtılmış hava fırına alttan üflenir.

    Fırın içerisinde, kok, oksijenle reaksiyona girerek karbon monoksit (CO) yapar:

    6 C + 3 O2 → 6 CO
    Karbon monoksit, aşağıdaki denklemde görüldüğü gibi cevheri (örnekte hematit verilmiştir) ergimiş demire redükleyerek karbon dioksite dönüşür:

    6 CO + 2 Fe2O3 → 4 Fe + 6 CO2
    Flaks, cevherdeki safsızlıkların (özelikle SiO2 nin ve diğer silikatların) ergimesini sağlar. Yaygın olarak bilinen curuflaştırıcılar kireç taşı (kalsiyum karbonat) ve dolomit'tir (magnezyum karbonat). Cevherden uzaklaştırılması gereken empüritelerin cinsine göre farklı flakslar da kullanılabilir. Yüksek fırının içindeki sıcaklık kireç taşının kalsiyum oksit'e parçalanmasına neden olur:

    CaCO3 → CaO + CO2
    Daha sonra kalsiyum oksit, silisyum oksit ile birleşerek curuf yapar.

    CaO + SiO2 → CaSiO3
    Curuf, fırın içerisindeki sıcaklıkta ergir. Fırının tabanında curuf, kendinden daha yoğun olan sıvı demirin üzerinde yüzer. Fırının kenarında açılan oluklardan sıvı demir ve curuf ayrı ayrı alınır. Üretilen demir, pik demir olarak adlandırılır. Curuf soğuduktan sonra, kırılıp öğütülerek yol yapımında dolgu maddesi veya mineral bakımından fakir toprakların zenginleştirilmesi amacıyla kullanılabilir.

    2000 yılında dünyada 1,1 milyar ton demir cevheri üretilmiştir. Bu miktarın piyasa değeri yaklaşık 25 milyar dolardır. Dünyada 48 ülkede demir cevheri üretimi yapılmakta olup en büyük beş üretici Çin, Brezilya, Avustralya, Rusya ve Hindistan'dır. Bu beş ülkenin toplam üretim içindeki payı %70'dir. Üretilen 1,1 milyar ton demir cevherinden yaklaşık 572 milyon ton pik demir elde edilmiştir.

    Temel özellikleri

    Atom numarası 26
    Element serisi Geçiş metalleri
    Grup, periyot, blok 8, 4, d
    Görünüş Metalik gri

    Atom ağırlığı 55,845(2) g/mol
    Elektron dizilimi Ar 3d6 4s2
    Enerji seviyesi başına
    Elektronlar 2, 8, 14, 2

    Fiziksel Özellikleri

    Maddenin hali katı
    Yoğunluk 7,86 g/cm³
    Sıvı haldeki yoğunluğu 6,98 g/cm³
    Ergime noktası 1811 °K
    1538 °C
    2800 °F
    Kaynama noktası 3134 °K
    2861 °C
    5182 °F
    Ergime ısısı 13,81 kJ/mol
    Buharlaşma ısısı 340 kJ/mol
    Isı kapasitesi 25,10 (25 °C) J/(mol·K)

    Atom özellikleri

    Kristal yapısı Hacim merkezli kübik
    Yükseltgenme seviyeleri 2, 3, 4, 6
    Elektronegatifliği 1,83 Pauling ölçeği
    İyonlaşma enerjisi 762,5 kJ/mol
    Atom yarıçapı 140 pm
    Atom yarıçapı (hes.) 156 pm
    Kovalent yarıçapı 125 pm
    Van der Waals yarıçapı ? pm

    Diğer özellikleri

    Elektrik direnci 96,1 nΩ·m (20°C'de)
    Isıl iletkenlik 80,4 W/(m·K)
    Isıl genleşme 11,8 µm/(m·K) (25°C'de)
    Ses hızı 5120 m/s (20°C'de)
    Mohs sertliği 4,0
    Vickers sertliği 608 MPa
    Brinell sertliği 490 MPa
#17.12.2007 10:03 0 0 0