demir

demir (Fe), periyodik tablonun VIII. grubunda yer alan kimyasal element; en yaygın kullanılan ve en ucuz metaldir. Demir, Tunç Çağında, kırmızı demir cevheri (demir oksit) üzerinde ateş yakılmasıyla, bu ateşin küllerinde bulundu. Boya kayacı olarak adlandırılan bu kırmızı cevherin, bulunan bu yeni metal türü için zengin bir kaynak oluşturduğunun belirlenmesiyle de demir üretimi başladı. Demir oksiti metal haldeki demire indirgemek için, önceleri rüzgâra bırakılan cevher yığınının karşısında ateş yakıldı; daha sonraları taştan ocakların yapılmasıyla, alevlerin körük yardımıyla cevher yığınına üflenmesi yöntemi geliştirdi. Demir aletler ve silahlar, Yakındoğu’da ve Uzakdoğu’da yeni bir çağın başlamasına yol açtı. Mısır’da İÖ y. 2900’da yapılmış olan Giza Piramitleri’nde ve İÖ 1900-1200 dönemine ait Hitit sanat yapıtlarında demir eşyalar bulunmuştur. Ayrıca İsrail’de, İÖ 1300’lerde yapıldığı belirlenen birçok demir eritme fırını ortaya çıkarılmıştır. Çinliler, Hıristiyanlıktan çok önceki zamanlarda yüksek fırını ve dökme demiri buldular. Batıda, Romalılar demir işleme tekniklerini geliştirdiler ve bilgilerini Avrupa’nın kuzey bölgelerine taşıdılar. Çekoslovakya, Fransa ve Ingiltere’de, Romalılara ait demir dö­ küm eşyalar bulunmuştur. Bulunduğu yerler, kullanım alanları ve özellikleri. Yerkabuğunun yaklaşık yüzde 5’ini oluşturan demir, doğada bulunma bolluğu bakımından, metaller arasında alü­ minyumdan sonra ikinci, elementler arasında oksijen, silisyum ve alüminyumdan sonra dördüncü sırada gelir. Yerçekirdeğinin büyük bölümünü oluşturan demir, bir bü­ tün olarak Yer’i oluşturan elementler arasında da, yaklaşık yüzde 35 oranıyla birinci sırayı alır, aynca Güneş’te ve başka yıldızlarda da bol miktarlarda bulunur. Yerkabu­ ğunda, ender olarak serbest metal halinde rastlanır. Grönland’daki bazaltlı kayaçlarda ve ABD’de Missouri’deki karbonlu tortullarda, yüzde 2-3 nikel alaşımlı, Yer kökenli serbest demir oluşumları bulunmuştur. Öte yandan, göktaşı kökenli kamasit de, düşük nikelli (yüzde 5-7) demir içerir. Doğal nikelli demir alaşımlarına ise, Yer’deki çökellerde (yüzde 21-64 demir, yüzde 77-34 nikel) ve göktaşı kökenli taenitte (yüzde 62-75 demir, yüzde 37-24 nikel) rastlanır. (Doğal demirin ve nikelli demirin mineralojik özellikleri için bak. doğal elementler [tablo].) Göktaşları, içerdikleri demir ve silikat minerallerinin göreli oranına bağlı olarak, demirli, taşsı demirli ya da taşsı olarak sınıflandırılır. Demir, başka elementlerle birleşmiş halde, yüzlerce mineralde de bulunur. Hematit, magnetit, limonit ve siderit, en önemli demir cevherleridir. İnsan vücudundaki demirin ortalama miktarı yaklaşık 4,5 gr’dir (yaklaşık yüzde 0,004). Bunun yaklaşık yüzde 65’i, akciğerlerden vücut dokularına oksijen moleküllerini taşıyan hemoglobin biçimindedir. Ayrı­ ca yüzde l ’i, hücre içi yükseltgemeyi denetleyen çeşitli enzimlerde bulunur. Geri kalan demirin çoğunluğu, gerektiğinde hemoglobine dönüştürülmek üzere karaciğer, dalak ve ilikte depolanır. Bir yetişkinin günlük gereksinimi olan 10-20 mgr demiri et, yumurta sarısı, havuç, meyve, buğday ve yeşil sebzeler sağlar. Demir eksikliğinin neden olduğu hipokrom kansızlığın tedavisinde, birçok organik ya da inorganik demir (çoğunlukla demir II) bileşikleri kullanılır. Günlük yaşamda kullanılan demir, hemen her zaman az miktarlarda karbon içerir; bu karbon bileşen, malzemenin özelliklerini belirler. Alaşımsız metal, katışkıları giderilmiş demir bileşiklerinin (örn. oksitler) üzerinden yüksek sıcaklıklarda hidrojen geçirilmesi ya da çeşitli demir tuzu çözeltilerinin, elektroliz yoluyla çökeltilmesi yoluyla elde edilir. Demirin üç ayrı biçimi (alotrop) vardır. Kristal yapısı içmerkezli kübik olan delta demir, (ferritö), yaklaşık 1390° C’nin üzerinde kararlıdır ve bu sıcaklığın üzerinde gamma demire (ostenit) dönüşür (bak. çizim). Gamma biçimi, yüzmerkezli kübik yapıdadır ve paramagnetiktir (mıknatıstan zayıf biçimde etkilenir); demir karbürle (Fe3C° sementit) kolayca katı çözeltiler oluşturabilme özelliği çelik yapımında önem taşır. 910° C’de, içmerkezli kübik yapıdaki