लौह युग - भाग 1

मीडिया लगातार रिपोर्ट करता है कि प्लास्टिक का युग आ गया है, और सिलिकॉन सभ्यता चारों ओर फल-फूल रही है। हालांकि, वास्तविकता अलग है: हम तीन हजार से अधिक वर्षों से कलियुग में रह रहे हैं। आप यह भी जोड़ सकते हैं कि उन्नीसवीं सदी, अर्थात्। भाप और बिजली की उम्र (चूंकि बिजली अभी भी मुख्य रूप से जल वाष्प के प्रवाह की शक्ति से उत्पन्न होती है), ऊर्जा के संदर्भ में जारी है।

रोमन कवि ओविड ने अपने ट्रांसफॉर्मेशन में, मानव जाति के पौराणिक युगों का वर्णन किया है, जो मोटे तौर पर . के अनुसार हैं सभ्यता का विकास. तो, सोने और चांदी के सुखद युग के बाद (यहां लेखक की कल्पना थी, क्योंकि यह एक पत्थर की अवधि थी), तांबे और टिन के मिश्र धातुओं में से एक, कांस्य युग का शासन था। उस समय, हरक्यूलिस, थेरस और अर्गोनॉट्स रहते थे, और होमर के नायक, कांस्य कवच पहने हुए, कांस्य तलवारों के साथ ट्रॉय की दीवारों के नीचे लड़े। पुरातत्वविद इस काल को कांस्य युग कहते हैं। उसके बाद (ओविड के बाद)...

... कठोर लोहे का युग आ गया है

ये कब शुरू हुआ? इस प्रश्न का उत्तर देना कठिन है। वे पहली सहस्राब्दी ईसा पूर्व से आते हैं, और शायद पहले भी। और यह "कोई" लोहा नहीं था, बल्कि स्वर्गीय, सख्ती से उल्कापिंड मूल (1) था। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि उन्हें देवताओं से एक वास्तविक उपहार के रूप में माना जाता था और उसी के अनुसार उनका सम्मान किया जाता था।

1. पॉज़्नान (मोरास्को) के उपनगरीय इलाके में पाए जाने वाले सबसे बड़े पोलिश लोहे के उल्कापिंड का एक टुकड़ा। नमूना AMU अर्थ संग्रहालय में है (लेखक: विकिमीडिया/MOs810)

साफ के साथ सांसारिक लोहे के साथ एक आदमी तब मिला जब उसने अयस्कों से धातु प्राप्त करना शुरू किया, न कि उससे डली. ,: भट्टियों में उस समय प्राप्त तापमान पर (अधिकतम 1000 डिग्री सेल्सियस तक), ये धातुएं पिघल जाती हैं और डाली जा सकती हैं, और उनकी कोमलता ने फोर्जिंग के साथ काम करना आसान बना दिया।

Z लोहा यह इतना आसान नहीं था। सबसे पहले, यह 1500 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर पिघलता है, और दूसरी बात, जब यह ठंडा होता है, तो यह कठोर होता है और सहस्राब्दी पुराने तरीकों से ढाला नहीं जा सकता। प्रारंभ में, यह एक परेशानी का उपोत्पाद था (तांबा और लौह अयस्क अक्सर एक दूसरे से सटे होते हैं) - स्पंजी का एक टुकड़ा, कठोर द्रव्यमान भट्टी के तल पर बना रहता है। यह अयस्क से कम आक्साइड से बना लोहा था। संयोग से, प्राचीन स्मिथ लोहार ने परिणामी स्लेट (लैटिन से, जिसका अर्थ है भेड़िया) को ठंडा होने से पहले ही संसाधित करना शुरू कर दिया था (2)। इस समय धातु के साथ काम करना आसान है. यद्यपि आज के मानकों के अनुसार यह बहुत ही निम्न गुणवत्ता वाला लोहा था, यह उस समय ज्ञात सभी धातुओं की तुलना में कठिन निकला।

2. लोहार हजारों वर्षों से एक महत्वपूर्ण पेशा रहा है (लेखक: विकिमीडिया/जॉर्जरोयन)

लोहे की कठोरता उसमें घुले कार्बन की मात्रा पर निर्भर करती है। (यह गलाने के लिए इस्तेमाल किए गए चारकोल से आया था), और यह, बदले में, गलाने के तापमान से - इसके साथ बढ़ता है। लो-कार्बन लोहा आदिम भट्टियों में प्राप्त किया गया था (कार्बन सामग्री 0,5% से अधिक नहीं थी)।

हालाँकि, तकनीक का विकास जारी रहा। उच्च तापमान प्राप्त करने के लिए बेहतर भट्टियां विकसित की गई हैं ताकि लोहे में अधिक कार्बन घुल जाए। जब इसकी सामग्री लगभग 1% तक पहुंच गई, तो सबसे पहले एक व्यक्ति उनसे मिला। था. इससे बने ब्लेड जल्दी खराब नहीं होते और इसके अलावा इसे सख्त भी किया जा सकता है, जिससे इसकी कठोरता भी बढ़ जाती है। तब से, नई धातु तेजी से बदल रही है भूरा. यह सफलता कब मिली? आधुनिक सीरिया और अनातोलिया (तुर्की) के क्षेत्र में दूसरी सहस्राब्दी ईसा पूर्व के मध्य में। वहाँ से, उस समय की दुनिया भर में स्टील फैल गया, हालाँकि इसके विभिन्न हिस्सों में यह आविष्कार एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से किया गया था (उदाहरण के लिए, भारत और चीन में)।

लेकिन क्यों लोहाइसके उत्पादन में समस्याओं के बावजूद, कांस्य द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था? इस बार हम बोल्सलॉ प्रूस को फर्श देंगे, जिन्होंने फिरौन में नई सामग्री के लाभों का वर्णन इस प्रकार किया: "मिस्र के अधिकारियों में से एक ने अपनी कांस्य तलवार खींची और उसे ऐसे पकड़ लिया जैसे कि हमला करने वाला हो। तब सरगोन ने एक स्टील की तलवार उठाई, मारा और दुश्मन को हथियार का एक टुकड़ा काट दिया।

युद्ध की धातु

उपन्यास तीसरी शताब्दी ईसा पूर्व में सेट है, लेकिन इससे पहले, बेहतर हथियार का मतलब युद्ध के मैदान पर लाभ था। यह शायद कोई संयोग नहीं है कि स्टील उत्पादन का आविष्कार हित्तियों, योद्धाओं के लोगों द्वारा किया गया था। उनके बाद, इसे कम साहसी अश्शूरियों द्वारा अपनाया गया, जिनके दूत सरगोन ने मिस्र के सिंहासन के युवा उत्तराधिकारी को एक नए हथियार के फायदे स्पष्ट रूप से दिखाए। तब से, लोहा हमेशा के लिए युद्ध से जुड़ा रहा है, यह उन देवताओं को समर्पित किया गया है जो जीवन के इस क्षेत्र को देखते हैं, और (3)।

3. मंगल की सतह लोहे के आक्साइड से ढकी हुई है (नासा के संसाधनों से)। मंगल ग्रह का खगोलीय प्रतीक और लोहे का रासायनिक प्रतीक एक ढाल और भाले को दर्शाता है - युद्ध के देवता के गुण

सदियां बीत गईं, गलाने और प्रसंस्करण की तकनीक में सुधार हुआ (पोलैंड में पहले से ही XNUMX वीं शताब्दी ईसा पूर्व में। धातुकर्म) उनके रहस्यों की सावधानीपूर्वक रक्षा की जाती थी, और उनके सफल आविष्कारों को व्यापक रूप से जाना जाता था, जैसे कि परिपूर्ण इस्पात. छोटे आदिम स्मोकहाउस के अलावा, गलाने के लिए बड़ी भट्टियां तेजी से बनाई जा रही थीं। मध्यकालीन यूरोप में, पहली बार लोहे के गलनांक तक पहुंचना संभव हुआ और चूल्हे के तल पर पड़े स्पंजी द्रव्यमान के बजाय, तरल धातु भट्टी से बाहर निकली, यानी। सलाद. हालांकि, इसने प्रशंसा का कारण नहीं बनाया: एक उच्च कार्बन सामग्री (कच्चा लोहा) वाला मिश्र धातु भंगुर था और जाली नहीं हो सकता था, केवल कास्टिंग के लिए उपयुक्त (यह आज भी इस उद्देश्य के लिए उपयोग किया जाता है)।

इस्पात उत्पादन में सफलता XNUMX वीं और विशेष रूप से XNUMX वीं शताब्दी में हुई। पहले इसे गलाने के लिए इस्तेमाल किया जाता था कोक (डीगैस्ड हार्ड कोल) के बजाय कोयला. यह इंग्लैंड में हुआ, जहां इस्पात उद्योग ने देश में महत्वपूर्ण वनों की कटाई में योगदान दिया (कोक की मांग खनन उद्योग के तेजी से विकास के लिए एक प्रोत्साहन थी)। कोयला) अतिरिक्त कार्बन और अन्य एडिटिव्स (फास्फोरस, सल्फर, सिलिकॉन) को हटाकर स्मेल्टेड आयरन से स्टील के उत्पादन के तरीकों के विकास ने स्टील को सस्ता और बड़ी मात्रा में उपलब्ध कराया, जिसके कारण संरचनात्मक सामग्री के रूप में इसका व्यापक उपयोग हुआ।

XNUMXवीं शताब्दी की तकनीकी प्रक्रियाएँ - बेसेमर, थॉमस, और विशेष रूप से सीमेंस-मार्टिन - आज तक वे इस्पात उत्पादन का आधार हैं (बेशक, उनमें कई तरह से सुधार किया गया है)। यद्यपि वर्तमान में परीक्षण और त्रुटि का अभ्यास नहीं किया जाता है, और विभिन्न क्षेत्रों में विशेषज्ञों द्वारा गलाने और इस्पात प्रसंस्करण की प्रक्रियाओं का अध्ययन किया जाता है, फिर भी धातु विज्ञान में कला का एक जोड़ा तत्व है। इस क्षेत्र के विशेषज्ञों की तुलना रसोइयों से की जा सकती है, जो सही मसालों का उपयोग करके स्वादिष्ट व्यंजन प्राप्त कर सकते हैं। इस मामले में, मसालों का कार्य मिश्र धातु योजक (अर्थात, विभिन्न तत्व) द्वारा किया जाता है, और तैयार व्यंजन "सभी अवसरों के लिए" मिश्र धातु होते हैं।

धातु संख्या 1

लोहा यह हमारी सभ्यता का आधार है, संख्याओं को अपने लिए बोलने दें। 2019 में, दुनिया भर में 1300-10 मिलियन टन पिग आयरन को गलाया गया, जिसमें से लगभग 1900% कच्चा लोहा उत्पादों के उत्पादन में चला गया, बाकी को स्टील में संसाधित किया गया। लगभग 10 मिलियन टन स्टील का उत्पादन किया गया था (अंतर पिग आयरन के प्रसंस्करण के दौरान जोड़ा गया स्टील स्क्रैप है)। "दुनिया का स्टील प्लांट" चीन है, जो आधे से अधिक उत्पादों की आपूर्ति करता है (पोलैंड में लगभग 2 मिलियन टन है)। वार्षिक धातु उत्पादन संख्या 80, अर्थात। एल्यूमीनियम, XNUMX मिलियन टन से कम है, जो दो अरब टन स्टील और लोहे की तुलना में पूरी तरह से साबित करता है कि हम अभी भी रह रहे हैं लौह युग (4).

4. विश्व इस्पात उत्पादन प्रति वर्ष दो अरब टन है।

हमारे पास पृथ्वी पर बहुत अधिक लोहा है, सतह की परत में 5,6% है, जो इस धातु को चौथे स्थान पर रखता है (ऑक्सीजन और मिट्टी के बाद)। यदि हम पृथ्वी को समग्र रूप से लेते हैं, तो लोहे का नेतृत्व होता है, दुनिया के द्रव्यमान का लगभग एक तिहाई हिस्सा होता है (ग्रह के केंद्र में लगभग 4 किमी के व्यास के साथ एक लौह-निकल कोर होता है)। ब्रह्मांड में, लोहा छठा सबसे प्रचुर तत्व है, साथ ही सबसे भारी तत्व जो एक तारे के मूल में उत्पन्न हो सकता है (भारी तत्व ब्रह्मांडीय प्रलय के परिणामस्वरूप निर्मित होते हैं - सुपरनोवा विस्फोट).

धरती पर मुफ्त लोहा कभी-कभी छोटी डली के रूप में होता है और। हालांकि, लौह खनिज प्रचुर मात्रा में हैं: हेमेटाइट Fe₂O₃, साइडराइट FeCO₃, मैग्नेटाइट Fe₃O₄ लिमोनाइट (हाइड्रेटेड ऑक्साइड, तथाकथित दलदली अयस्क) इस धातु का सबसे अधिक खनन किया जाने वाला अयस्क है, और पाइराइट, जो सोने के FeS की नकल करता है।₂ इसका उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड (5) के उत्पादन के लिए किया जाता है।

5. एक धारा के तल पर एक लाल रंग सर्वव्यापी लौह यौगिकों की उपस्थिति का संकेत देता है।

जीवित दुनिया ने भी लोहे के लाभों का लाभ उठाया है, जो सभी जीवों के लिए आवश्यक है। लौह आयन दो महत्वपूर्ण प्रोटीनों के केंद्र में हैं: हीमोग्लोबिन, जो ऑक्सीजन का परिवहन करता है, और मायोग्लोबिन, जो मांसपेशियों में जीवन देने वाली गैस को जमा करता है। इसके अलावा, ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रियाओं के लिए जिम्मेदार कई एंजाइम लोहे के आयनों की उपस्थिति के कारण कार्य करते हैं (प्रयोग करके, आप सीखेंगे कि ऐसा क्यों होता है)। एक वयस्क के शरीर में लगभग 4 ग्राम आयरन होता है और इसकी कमी से एनीमिया हो जाता है। आसानी से पचने योग्य आयरन के समृद्ध स्रोत हैं: मांस, जिगर, अंडे की जर्दी, मेवा, दूध और फलियां।

पारस्परिक परिवर्तन

आपकी प्रयोगशाला से फेरस और फेरिक लवण उपलब्ध हैं। पूर्व का एक उदाहरण FeSO सल्फेट है।₄और दूसरा क्लोराइड FeCl है₃ (दोनों हाइड्रेटेड लवण के रूप में)। FeCl . के मामले में₃ विशेष रूप से सावधान रहें: इसके समाधान कास्टिक होते हैं और भूरे रंग के धब्बे छोड़ते हैं जिन्हें हटाना मुश्किल होता है। इसलिए, सुरक्षात्मक दस्ताने की आवश्यकता होती है और एक ट्रे पर परीक्षण किए जाते हैं। दोनों लवणों का विलयन बनाकर परखनली में डालें। Fe आयन युक्त विलयन²⁺ Fe cations के मामले में हल्का हरा रंग है³⁺ रंग पीला (6)। प्रत्येक ट्यूब में थोड़ी मात्रा में NaOH सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल डालें। दोनों ही मामलों में, निम्नलिखित जमा बनते हैं: Fe(OH)₂ ग्रे-ग्रीन, और Fe (OH)₃ - लाल सा (7).

6. लौह लवण के विलयन के रंग।

7. आयरन हाइड्रॉक्साइड्स की वर्षा

Fe(OH) तलछट के साथ परखनलियों के लिए₂ 3% हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान की कुछ बूँदें जोड़ें N₂O₂ (हाइड्रोजन पेरोक्साइड एक कीटाणुनाशक के रूप में प्रयोग किया जाता है)। अवक्षेप शीघ्रता से लाल-भूरा हो जाता है (8):

2Fe(OH)₂ +H₂O₂ → 2Fe (OH)₃

8. आयरन (II) हाइड्रॉक्साइड तेजी से आयरन (III) हाइड्रॉक्साइड में ऑक्सीकृत होता है।

पानी के साथ परखनली में FeCl विलयन की कुछ बूंदें डालें।₃ इसलिए रंग केवल हल्का पीला है। थोड़ी मात्रा में पोटेशियम आयोडाइड घोल KI मिलाएँ, यह तुरंत सामग्री को काला कर देगा। अब इसमें सोडियम थायोसल्फेट का घोल डालें। _Na2S2O3. पोत की सामग्री लगभग फीकी पड़ गई थी। अंत में NaOH के घोल की कुछ बूंदें डालें। गठित अवक्षेप का रंग है ... आश्चर्यजनक रूप से, हरा। परखनली में क्या अभिक्रिया हुई?

सबसे पहले, Fe आयन³⁺ ऑक्सीडाइज्ड आयोडाइड मुक्त आयोडीन (समाधान का काला पड़ना) के लिए, स्वाभाविक रूप से, वे स्वयं बहाल हो गए थे। थायोसल्फेट के जुड़ने से आयोडीन की रंगहीन आयोडाइड में कमी हो गई, और आधार की क्रिया के तहत Fe (OH) का एक अवक्षेप बन गया।₂.

यह आसान संक्रमण, क्योंकि यह Fe (II) आयनों के Fe (III) में Ovid के रूपांतरण से जुड़ा था और इसके विपरीत उनकी जैविक गतिविधि को रेखांकित करता है।

लोहा, इस्पात, कच्चा लोहा

अक्सर जब हम लोहे की बात करते हैं तो हमारा मतलब स्टील से होता है। शुद्ध लोहे का लगभग कभी उपयोग नहीं किया जाता है। थोड़ी मात्रा में अशुद्धियों (ARMCO आयरन) के साथ लोहे का उपयोग चुंबकीय सामग्री के रूप में किया जाता है। स्टील एक मिश्र धातु है जिसमें कार्बन सामग्री 1,7-2,1% है। कार्बन अधिक होने पर यह ग्रेफाइट के रूप में अलग होकर कच्चा लोहा बनाता है।