लोहा और उसका घनत्व: वह सब कुछ जो आपको जानना चाहिए

1.0 लोहा (Fe): संरचनात्मक सामग्रियों का आधार और जीवन के लिए एक महत्वपूर्ण तत्व

लोहा (रासायनिक प्रतीक Fe, लैटिन से लिया गया है फेरम) आवर्त सारणी के समूह 8 में एक संक्रमण धातु है, जिसकी परमाणु संख्या 26 है, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान 55.845, 7.86 ग्राम/सेमी³ का घनत्व और 1539°C का गलनांक। यह चांदी-ग्रे रंग का दिखाई देता है और पृथ्वी की पपड़ी में सबसे प्रचुर मात्रा में पाई जाने वाली धातुओं में से एक है। प्रकृति में, यह आमतौर पर फेरस (Fe²⁺) और फेरिक (Fe³⁺) दोनों ऑक्सीकरण अवस्थाओं में मौजूद होता है।

1.1 भौतिक एवं रासायनिक गुण:

• धात्विक चमक, चांदी-ग्रे उपस्थिति, कठोर लेकिन नमनीय;
• उच्च गलनांक (1539°C), उच्च तापमान प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त;
• एक प्रतिक्रियाशील धातु, आसानी से ऑक्सीजन, पानी और एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है;
• सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ +2 और +3 हैं।

1.2 मुख्य अनुप्रयोग:

इस्पात निर्माण:

लोहे का सबसे महत्वपूर्ण उपयोग स्टील के उत्पादन में होता है। स्टील लोहे और कार्बन का एक मिश्र धातु है, जिसे अक्सर ताकत, कठोरता या संक्षारण प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए मैंगनीज, क्रोमियम, निकल और अन्य तत्वों के साथ मिलाया जाता है। स्टील का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:

• संरचनात्मक निर्माण (जैसे, पुल, ऊंची इमारतें)
• मशीनरी और उपकरण विनिर्माण
• परिवहन (कार, जहाज, रेलवे)
• घरेलू उपकरण और रोज़मर्रा की चीज़ें

औद्योगिक रसायन एवं उर्वरक:

लौह यौगिकों का उपयोग रंजक, उत्प्रेरक, जल उपचार एजेंट और अन्य पदार्थ बनाने में किया जाता है। लौह-आधारित उर्वरक।

1.3 जैविक भूमिका:

आयरन जीवित जीवों के लिए एक आवश्यक ट्रेस तत्व है। इसके प्राथमिक कार्यों में शामिल हैं:

• हीमोग्लोबिन और मायोग्लोबिन का गठन, ऑक्सीजन परिवहन में शामिल;
• माइटोकॉन्ड्रियल ऊर्जा चयापचय में भाग लेना;
• विभिन्न एंजाइम्स और प्रोटीन के घटक के रूप में कार्य करना।

1.4 ऐतिहासिक और सांस्कृतिक महत्व:

• लोहे का मानव उपयोग लौह युग (लगभग 1200 ईसा पूर्व) से शुरू होता है, जब लोहे के औजारों और हथियारों ने कांस्य के औजारों और हथियारों की जगह ले ली, जिससे कृषि उत्पादन और सैन्य क्षमता में काफी वृद्धि हुई;
• लौह प्रगलन प्रौद्योगिकी को व्यापक रूप से अपनाना मानव सभ्यता में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर साबित हुआ।
• आज भी लोहा विश्व स्तर पर सर्वाधिक प्रयुक्त होने वाली धातु सामग्री है।

चयनित तत्वों का घनत्व

2.0 घनत्व को समझना: परिभाषा, गणना, और उदाहरण के रूप में लोहा

2.1 घनत्व क्या है?

घनत्व एक इकाई आयतन में कितना पदार्थ समाहित है, इसका माप है। यह दर्शाता है कि किसी पदार्थ के कण कितने करीब से पैक हैं। कण जितने अधिक कसकर पैक होंगे, उतने ही अधिक कण किसी दिए गए स्थान में फिट हो सकते हैं। चूँकि कणों में द्रव्यमान होता है, इसलिए उच्च घनत्व वाले पदार्थ समान आयतन के लिए अधिक वजन वाले होंगे।

घनत्व की सामान्य इकाइयों में शामिल हैं:

• एसआई इकाईकिलोग्राम प्रति घन मीटर (किलोग्राम/मी³)
• प्रयोगशाला इकाइयाँ: ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर (ग्राम/सेमी³) या ग्राम प्रति मिलीलीटर (ग्राम/एमएल)
• घनत्व को सामान्यतः ग्रीक अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है ρ (रो)

2.2 घनत्व गणना सूत्र

घनत्व (ρ) = द्रव्यमान (मीटर) / आयतन (V)

कहाँ:

• द्रव्यमान को आमतौर पर मापा जाता है ग्राम (जी)
• आयतन को व्यक्त किया जा सकता है मिलीलीटर (एमएल)या घन सेंटीमीटर (सेमी³)
  (नोट: 1 एमएल = 1 सेमी³)

2.3 उदाहरण: लोहे के ब्लॉक का घनत्व

एक लोहे के ब्लॉक का द्रव्यमान है 23.6 ग्राम, के आयामों के साथ 2.0 सेमी × 2.0 सेमी × 0.75 सेमीइसका घनत्व निर्धारित करें और यह भी कि क्या यह लोहे से बना है।

आयतन = 2.0 × 2.0 × 0.75 = 3.0 सेमी³
घनत्व = 23.6 ग्राम ÷ 3.0 सेमी³ = 7.87 ग्राम/सेमी³

निष्कर्ष:
वस्तु का घनत्व लगभग है 7.87 ग्राम/सेमी³, जो शुद्ध लोहे के मानक घनत्व के बहुत करीब है। इसलिए, यह सबसे अधिक संभावना है कि यह शुद्ध लोहा या लोहे पर आधारित मिश्र धातु है।

2.4 लोहे और लोहे के मिश्रधातुओं का घनत्व

का घनत्व शुद्ध लोहा लगभग है 7.874 ग्राम/सेमी³
(या 491.5 lb/ft³, 0.284 lb/in³)

नीचे दी गई तालिका में कमरे के तापमान पर सामान्य प्रकार के लोहे और लोहे के मिश्र धातुओं के घनत्वों को सूचीबद्ध किया गया है। ये मान सामग्री चयन और इंजीनियरिंग गणनाओं के लिए उपयोगी हैं।

नोट-1: 6.95 से 7.35 ग्राम/सेमी3 (0.251 से 0.265 पाउंड/इंच3).

नोट-2: 7.20 से 7.34 ग्राम/सेमी3 (0.260 से 0.265 पाउंड/इंच3).

3.0 लोहे के घनत्व को प्रभावित करने वाले कारक

3.1 परमाणु संरचना

लोहे का घनत्व उसकी क्रिस्टल संरचना से प्रभावित होता है:

• शरीर-केंद्रित घन (बीसीसी) संरचनाफेराइट (α-आयरन, BCC) का घनत्व इसकी परमाणु पैकिंग दक्षता के कारण ऑस्टेनाइट (γ-आयरन, FCC) की तुलना में थोड़ा कम होता है।
• चेहरा-केंद्रित घन (एफसीसी) संरचना: में पाया ऑस्टेनाइट (γ-लोहा), जिसमें एक उच्च घनत्व

3.2 तापमान और चरण संक्रमण

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, लोहे में चरण संक्रमण होता है जो इसकी क्रिस्टल संरचना और इस प्रकार इसके घनत्व को प्रभावित करता है:

• α-लोहा (बीसीसी)संक्रमण γ-लोहा (एफसीसी) लगभग 912° सेल्सियस
• γ-लोहा (एफसीसी)में तब्दील हो जाता है δ-लोहा (बीसीसी) आसपास में 1394° सेल्सियस
• The गलनांकलोहे का लगभग 1538°

3.3 मिश्रधातु तत्वों का योग

• जैसे तत्वों को जोड़ना कार्बनलोहे की संरचना और घनत्व को बदल देता है
• उदाहरण के लिए, स्टील में कार्बन की मात्रा बढ़ने से निम्नलिखित का निर्माण होता है पर्लाइट, और कम कर देता है चरण संक्रमण तापमानचारों ओर 727° सें.

4.0 लोहे के घनत्व के बारे में अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

अन्य: एल्युमिनियम का घनत्व

संदर्भ:

https://www.princeton.edu/~maelabs/mae324/glos324/iron.htm

https://web.fscj.edu/Milczanowski/psc/lect/Ch4/slide6.htm

https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/iron-fertilizers