இரும்பு

இரும்பே புவியில் ஏராளமாகக் கிடைக்கும் உலோகம் ஆகும். மேலும் இதுவே அண்டத்தில் பத்தாவது அதிகம் கிடைக்கும் தனிமம் ஆகும். பெரும்பாலான இயந்திரங்களை உருவாக்க இரும்பே பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதன் அணு எண் 26 ஆகும். இரும்பின் பயன்பாடு வரலாற்றுக் காலத்திற்கு முந்தையது என்பதால் யாரால் எப்போது கண்டுபிடிக்கப்பட்டது என்று அறுதியிட்டுக் கூறவியலாது. பூமியின் மேலோட்டுப் பகுதியில் செழுமை வரிசையில் இது நான்காவதாக உள்ளது. ஆனால் பூமியின் உள்ளகம்(Core) உருகிய இரும்பு, நிக்கல் போன்றவற்றால் ஆனது. பெரும்பாலான கோள்களின் உள்ளகங்களில் இரும்பு, நிக்கல் இருப்பதாக இன்றைக்குக் கண்டுபிடித்துள்ளனர். இயற்கையில் இரும்பு தனித்துக் கிடைப்பது மிகவும் அரிது. நம் முன்னோர்கள் கனிமத்திலிருந்து இரும்பைப் பிரித்தெடுத்துப் பயன்டுத்தியதில்லை என்றும், எரிகற்கள் மூலம் கிடைத்த இரும்பையே பயன்படுத்தினார்கள் என்றும் கருதப்படுகிறது. எரிகற்களில் இரும்பு தனித்துக் காணப்படுகின்றது.

இரும்பு
26Fe
- ↑ Fe ↓ Ru தனிம அட்டவணை மங்கனீசு ← இரும்பு → கோபால்ட்
தோற்றம்
பளபளக்கும் இளஞ்சாம்பல் நிற உலோகம் இரும்பின் நிறமாலைக்கோடுகள்
பொதுப் பண்புகள்
பெயர், குறியீடு, எண்	இரும்பு, Fe, 26
உச்சரிப்பு	/ˈaɪ.ərn/
தனிம வகை	தாண்டல் உலோகம்
நெடுங்குழு, கிடை வரிசை, குழு	8, 4, d
நியம அணு நிறை (அணுத்திணிவு)	55.845(2)
இலத்திரன் அமைப்பு	[Ar] 3d6 4s2 2, 8, 14, 2
இயற்பியற் பண்புகள்
நிலை	திண்மம்
அடர்த்தி (அ.வெ.நிக்கு அருகில்)	7.874 g·cm−3
திரவத்தின் அடர்த்தி உ.நி.யில்	6.98 g·cm−3
உருகுநிலை	1811 K, 1538 °C, 2800 °F
கொதிநிலை	3134 K, 2862 °C, 5182 °F
உருகலின் வெப்ப ஆற்றல்	13.81 கி.யூல்·மோல்−1
வளிமமாக்கலின் வெப்ப ஆற்றல்	340 கி.யூல்·மோல்−1
வெப்பக் கொண்மை	25.10 யூல்.மோல்−1·K−1
ஆவி அழுத்தம்
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1728 1890 2091 2346 2679 3132
அணுப் பண்புகள்
ஒக்சியேற்ற நிலைகள்	6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2 (ஈரியல்பு ஒக்சைட்டு)
மின்னெதிர்த்தன்மை	1.83 (பாலிங் அளவையில்)
மின்மமாக்கும் ஆற்றல் (மேலும்)	1வது: 762.5 kJ·mol−1
	2வது: 1561.9 kJ·mol−1
	3வது: 2957 kJ·mol−1
அணு ஆரம்	126 பிமீ
பங்கீட்டு ஆரை	132±3 (low spin), 152±6 (high spin) pm
பிற பண்புகள்
படிக அமைப்பு	பொருள் மையக் கனசதுரம் a=286.65 pm;
	முகப்பு மையக் கனசதுரம் 1185–1667 K இற்கு இடையில்
காந்த சீரமைவு	பெர்ரோ காந்தம்
	1043 K
மின்கடத்துதிறன்	(20 °C) 96.1 nΩ·m
வெப்ப கடத்துத் திறன்	80.4 W·m−1·K−1
வெப்ப விரிவு	(25 °C) 11.8 µm·m−1·K−1
ஒலியின் வேகம் (மெல்லிய கம்பி)	(அ.வெ.) (electrolytic) 5120 மீ.செ−1
யங் தகைமை	211 GPa
நழுவு தகைமை	82 GPa
பரும தகைமை	170 GPa
பாய்சான் விகிதம்	0.29
மோவின் கெட்டிமை (Mohs hardness)	4
விக்கெர் கெட்டிமை	608 MPa
பிரிநெல் கெட்டிமை	490 MPa
CAS எண்	7439-89-6
மிக உறுதியான ஓரிடத்தான்கள் (சமதானிகள்)
முதன்மைக் கட்டுரை: இரும்பு இன் ஓரிடத்தான்
iso NA அரைவாழ்வு DM DE (MeV) DP 54Fe 5.8% >3.1×1022y 2ε capture ? 54Cr 55Fe செயற்கை 2.73 y ε capture 0.231 55Mn 56Fe 91.72% Fe ஆனது 30 நொதுமிகளுடன் நிலைப்பெற்றுள்ளது 57Fe 2.2% Fe ஆனது 31 நொதுமிகளுடன் நிலைப்பெற்றுள்ளது 58Fe 0.28% Fe ஆனது 32 நொதுமிகளுடன் நிலைப்பெற்றுள்ளது 59Fe செயற்கை 44.503 d β− 1.565 59Co 60Fe செயற்கை 2.6×106 y β− 3.978 60Co
பார் உரை தொகு ·சா

நீர் மற்றும் காற்று இவற்றின் முன்னிலையில் இரும்பு உடனடியாக ஆக்சிஜனேற்றம் பெறுகிறது. இதையே துருப்பிடித்தல் என்கிறோம். இரும்பின் முக்கியமான கனிமங்கள் ஹெமடைட், மாக்னடைட், லிமோசைட், சிடரைட் போன்றவைகளாகும். இரும்புக் கனிமத்தை பழுக்கச் சூடாக்கி அதிலுள்ள கார்பன் டை ஆக்சைடு, ஈரம், கரிமப் பொருட்களை வெளியேற்றிவிடுவார்கள். பின்னர் இதை நிலக்கரி மற்றும் சுண்ணாம்புக்கல் இவற்றுடன் கலந்து வெடிப்புலையில் 1500 டிகிரி C வரை சூடுபடுத்துவார்கள். உருகிய குழம்பில் மிதக்கும் கழிவுகளை அகற்றி விட்டு இரும்பை வார்த்து வார்ப்பிரும்பாகப் (Cast iron or Pig iron) பெறுவார்கள். வார்ப்பிரும்பில் 4 முதல் 5 விழுக்காடு கார்பன், 1 முதல் 2 விழுக்காடு சிலிகான் மற்றும் மாங்கனீசு போன்ற வேற்றுப்பொருட்கள் இருப்பதால் இரும்பு எளிதில் உடையக் கூடியதாக இருக்கிறது. இதனைப் பட்டறைப் பயனுக்கு உள்ளாக்க முடியாததால் இப்பொருட்களை அகற்றிப் பயன்படுத்துவர். ஆக்சிஜன்வளியில் இத்தாதுவினை எரித்து அதிலுள்ள கார்பனை அகற்றுவார்கள். ஓரளவு தூய்மைப்படுத்தப்பட்ட இரும்பைத் தேனிரும்பு (Wrought iron) மற்றும் எஃகு (Steel) என்பர். எஃகானது வார்ப்பிரும்பு மற்றும் தேனிரும்பு இவற்றின் பண்புகளை ஒருசேரக் கொண்டுள்ளது. ஏனெனில் வார்ப்பிரும்பைக் காட்டிலும் குறைவாக ஆனால் தேனிரும்பைக் காட்டிலும் கூடுதலாகக் கார்பனை எஃகு பெற்றுள்ளதே காரணமாகும். வெப்பத்தைக் கொண்டு கார்பனின் சேர்க்கை விகிதத்தை தேவையான அளவு மாற்றி எஃகிற்கு வேறுபட்ட கடினத் தன்மையை அளிக்கமுடியும். இதைப் பதப்படுத்துதல் என்பர்.

தொல்லியல் துறைகள் வரலாற்றுக்கு முற்பட்ட காலத்தைக் கணிப்பதில் இரும்பின் பங்கும் முக்கியமானது. உலகத்தில் இரும்பு அறிமுகமான காலமாக கருதப்படும் காலத்தை இரும்புக் காலம் என்கின்றனர். இக்காலம் உலகத்தின் பல்வேறு பகுதிகளில் பல்வேறு காலங்களில் அமையப்படுகின்றன. இக்காலத்தின் தொடக்கம் மற்றும் முடிவு கி.மு. இரண்டாம் ஆயிரவாண்டு தொடங்கி கிருத்து சகாப்தம் தொடங்கும் வரையில் அமைந்தது. தமிழகத்திலுள்ள தொல்லியல் களங்களான ஆதிச்சநல்லூர் தொல்லியல் களம் மற்றும் இரவிமங்கலம் தொல்லியற்களம் போன்றவை மிகப்பரந்த பரப்பளவில் இரும்புக்காலத்தின் எச்சங்களை சுமந்து கொண்டிருக்கின்றன. இரும்பு பிரித்தெடுத்து பயன் படுத்தத் தொடங்கிய காலம் நாகரிக வளர்ச்சியில் ஒரு முக்கிய காலகட்டமாக இருந்ததால் அதை இரும்பு யுகம் (Iron age) என்பர் (1100 BC). இது வெண்கல யுகத்திற்குப் (Bronze age – 3000 BC) பிற்பட்டது. இரும்பு மக்களால் வெகுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் உலோகமாகும். குண்டூசி முதல் பெரிய கப்பல் வரை இதனால் செய்யப்படாத பொருட்களே இல்லை எனலாம். இரும்பிற்கு வலிமையூட்டி பெறப்பட்ட எஃகு கலப்பு உலோகங்களினால் ஆன பயன்பாட்டை விரிவடையச் செய்தது

இலத்தீன் மொழியில் பெர்ரம் என்றால் இரும்பு என்ற கடினத் தன்மைமிக்க பொருள். இதிலிருந்தே இத்தனிமத்திற்கு வேதிக் குறியீட்டையும் சேர்மங்களுக்கான பெயரையும் இத்தனிமன் பெற்றது. தூய இரும்பு வெள்ளி போன்ற பளபளப்புடன் கூடிய உலோகமாகும். இதன் அணு எண் 26 அணு எடை 53.85 அடர்த்தி 7860 கிகி/கமீ. இதன் உருகு நிலையும், கொதி நிலையும் முறையே 1812 K, 3073 K ஆகும்.இரும்பு விரைவில் துருப்பிடிக்கிறது. இது காற்றிலுள்ள ஆக்சிஜனுடன் சேர்ந்து பெரிக் ஆக்ஸைடாக மாறி மேற்பரப்பில் காரையாகப் படிவதாகும்

செந்நிறமுடைய இது நுண்துளை உடையதாலும், புறப்பரப்பில் அழுத்தமாக ஒட்டிக் கொள்ளாமல் இருப்பதாலும் காலபோக்கில் இது உதிர்ந்து விடுகிறது. இதனால் அடித் தளங்கள் துருப் பிடிப்பதற்கு உள்ளாகின்றன. எனவே இரும்புப் பொருட்களைச் சரியாகப் பாராமரிக்காது விட்டால் அவை துருப் பிடித்துச் சிதைந்து விடும். எஃகோடு கலப்பு உலோகம் செய்வதற்கு நிக்கல், குரோமியம், வனேடியம், டங்ஸ்டன். மாங்கனீசு, சிலிக்கான், கோபால்ட், மாலிப்டினம் போன்ற உலோகங்கள் பயன்படுகின்றன. இவற்றின் சேர்மான விகிதத்தை கலப்பு உலோகத்தின் சிறப்புப் பயனுக்கு ஏற்ப தக்கவாறு மாற்றிக் கொள்கின்றனர்.

1. எஃகு – இரும்பை முக்கிய பாகமாகக் கொண்ட ஒரு கலப்புலோகமாகும். இதில் இரும்புடன் சிறிதளவு கரிமமும் (0.2% முதல் 2.1% எடையில்) கலந்திருக்கும்.
2. தேனிரும்பு – எஃகை விட குறைந்த கரி சேர்ந்த இரும்பு கலவை மாழை ஆகும்.
3. வார்ப்பிரும்பு – இரும்பு அல்லது இரும்புக் கலவையை நீர்மநிலைக்கு மாறுமாறு காய்ச்சி வார்ப்பு அல்லது அச்சுகளில் ஊற்றி திண்மநிலைக்கு குளிர்வித்துப் பெறும் இரும்பு வகை ஆகும்.

 

 

இரும்பு அல்லது எஃகு உற்பத்தி இரண்டு முக்கிய கட்டங்களை உள்ளடக்கிய ஒரு செயல்முறை ஆகும். முதல் கட்டத்தில் கச்சா இரும்பு ஒரு ஊது உலையில் தயாரிக்கப்படுகிறது. மாற்றாக, இது நேரடியாக ஒடுக்க முறையிலும் தயாரிக்கப்படலாம். இரண்டாவது கட்டத்தில் இக்கச்சா இரும்பு வார்ப்பிரும்பாக மாற்றப்படுகிறது . ஒரு சில வரையறுக்கப்பட்ட நோக்கங்களுக்காக தேவைப்படும் போது தூய இரும்பு ஆய்வகங்களில் சிறிய அளவில் தயாரித்துக் கொள்ளப்படுகிறது. முதலில் இரும்பு ஆக்சைடு அல்லது இரும்பு ஐதராக்சைடுடன் ஐதரசனைச் சேர்த்து இரும்பு பென்டாகார்பனைல் தயாரிக்கப்படுகிறது. பின்னர் இதை 250 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலைக்கு சூடாக்கிச் சிதைத்து தூய இரும்புத்தூள் தயாரிக்கப்படுகிறது. பெர்ரசு குளோரைடு சேர்மத்தை மின்னாற்பகுப்பு செய்தும் தூய இரும்பு தயாரிக்கலாம்.

ஊது உலையில்

Fe2O3 என்ற மூலக்கூற்று வாய்ப்பாடு கொண்ட ஏமடைட்டு மற்றும் Fe3O4. என்ற மூலக்கூற்று வாய்ப்பாடு கொண்டமேக்னடைட்டு என்ற இரும்புத் தாதுக்களில் இருந்து தொழிற்சாலை இரும்பு உற்பத்தி தொடங்குகிறது. இத்தாதுக்களுடன் கார்பன் சேர்த்து சூடுபடுத்தப்படும் வினையான உயர்வெப்பக்கார்பன் வினையினால் தாதுக்கள் இரும்பாக ஒடுக்கப்படுகின்றன. இம்மாற்றம் ஊது உலையில் சுமார் 2000° செல்சியசு வெப்பநிலையில் நிகழ்கிறது. கல்கரி வடிவக் கார்பன் இதற்காகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இச்செயல் முறையில் சுண்ணாம்புக்கல் இளக்கியாகச் சேர்க்கப்படுகிறது. இளக்கியின் மூலமாக சிலிக்கா மாசுக்கள் அகற்றப்படுகின்றன. கல்கரியும் சுண்ணாம்புக்கல்ல்லும் உலையின் மேற்புறமாக தாதுக்களுடன் சேர்க்கப்படுகின்றன. வெப்பக் காற்று ஊது உலையின் கீழ்ப்புறமாக வேகமாகச் செலுத்தப்படுகிறது.

ஊது உலையில் கல்கரி ஆக்சிசனுடன் வினைபுரிந்து கார்பன் மோனாக்சைடு உருவாகிறது.

2 C + O₂ → 2 CO

கார்பன் மோனாக்சைடு தாதுக்களை உருகிய இரும்பாகக் குறைக்கிறது.

Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂

சிறிதளவு இரும்பு நேரடியாக கல்கரியுடன் வினைபுரிந்து இரும்பாக ஒடுக்கப்படுகிறது.

2 Fe₂O₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO₂

உருகலில் இடம்பெற்றுள்ள சுண்ணாம்புக்கல், கால்சியம் கார்பனேட்டு, டோலமைட்டு போன்ற இளக்கிகள் கார்பன் மோனாக்சைடாக மாறுகின்றன. தாதுவின் தன்மைக்கேற்றப்ப இளக்கிகளும் மாறுபடுகின்றன.

CaCO₃ → CaO + CO₂

கால்சியம் ஆக்சைடு சிலிக்கன் டையாக்சைடுடன் சேர்ந்து கசடாக மாற்றப்படுகிறது.

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

செயல்முறையில் உருவான இரும்பும், கசடும் தனித்தனியாக வெளியேற்றப்படுகின்றன.

 

நேரடி இரும்பு ஒடுக்கம்

நேரடியாக இரும்பு தயாரித்தல் சூழலுக்கு தகுந்தவாறு பின்பற்றப்படுகிறது. நேரடி இரும்பு ஒடுக்கம் முறை மாற்று முறையாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இயற்கை வாயு பகுதியாக ஆக்சிசனேற்றம் செய்யப்பட்டு கார்பன் மோனாக்சைடு உருவாக்க்கப்படுகிறது.

2 CH₄ + O₂ → 2 CO + 4 H₂

இவ்வாயு இரும்புத்தாதுவுடன் சேர்க்கப்பட்டு சூடுபடுத்தப்படுவதால் இரும்பு உருவாகிறது.

Fe₂O₃ + CO + 2 H₂ → 2 Fe + CO₂ + 2 H₂O

சுண்ணாம்புக்கல் இளக்கி சேர்க்கப்பட்டு சிலிக்கா மாசுக்கள் அகற்றப்படுகின்றன.

இவற்றுள் பல உட்பிரிவுகள் உள்ளன.

• இரும்பு மற்றும் எஃகு ஆகியவை உறுதியானவை என்பதால் இயந்திரங்கள், அவற்றின் கட்டுமானத்திற்குத் தேவையான உதிரி பாகங்கள், கடப்பாரை, உளி போன்ற வெட்டுங் கருவிகள், கட்டுமானப் பொருட்கள், கொள்கலன்கள், இயந்திரப் பொறிகள், குழாய்கள், கலப்பு உலோகங்கள் என இவற்றைக் கொண்டு செய்யப்படும் பொருள்களால் இதன் பயன்பாடு மிகவும் அதிகமாகும். அதனால் இரும்பின் தேவை நாளுக்குநாள் தொடர்ந்து அதிகரிந்துக் கொண்டே வருகிறது. இன்றைக்கு உலோக உற்பத்தியில் முதலிடம் வகிப்பது இரும்பே.
• இரும்பு நிலைக்காந்தம், மின்காந்தங்கள் செய்வதற்கு முதன்மைப் பொருளாக விளங்குகிறது. இரும்பு, நிக்கல், கோபால்ட் இவை மூன்றும் பெரோகாந்தப்(Ferro) பொருட்களாகும். இரும்பிலுள்ள் எலெக்ட்ரானின் தற்சுழற்சியும் சுற்றியக்கமும் இணைந்து அதற்கு உயரளவு காந்தத்தன்மையை வழங்கியுள்ளன. மேக்னடைட் கனிமம் இயற்கையில் கிடைக்கும் காந்தமாகும் இது பெரோ சோ பெரிக் ஆக்சைடாகும். இது ஹைட்ரோ குளோரிக் அமிலத்தில் மட்டும் கரைகிறது .
• இரத்தத்திலுள்ள சிவப்பணுவில் ஹிமோகுளோபின் என்ற நிறமி உள்ளது .இதில் இரும்பு முக்கியப் பங்கேற்றுள்ளது .இது நுரையீரலிலிருந்து ஆக்சிஜனைப் பெற்று கடத்தி எடுத்துச் சென்று உடலில் தேவையான பாகங்களுக்கு அளிக்கிறது. ஆக்சிஜன் இல்லாவிட்டால் சத்துப் பொருட்களிலிருந்து ஆக்சிஜனேற்றம் மூலம் ஆற்றலைப் பெறமுடியாது. மேலும் அப்போது கிடைக்கும் கார்பன் மோனாக்சைடை வெளியேற்றவும் இது துணை செய்கிறது. ஹிமோகுளோபினில் உள்ள இரும்பு அணுவோடு இந்த கார்பன் மோனாக்சைடு ஆக்சிஜனை விட 200 மடங்கு வலுவாக இணைந்து கொள்வதால் இது இயலுவதாகின்றது. கார்பன் மோனாக்சைடு நஞ்சாக இருப்பதற்கு இதுவே காரணமாயிருக்கிறது. வெளியில் ஹிமோகுளோபின் கார்பன் மோனாக்சைடுடன் தெவிட்டி விடுவதால் ஆக்சிஜனைக் கடத்தி எடுத்துச் செல்ல ஹிமோகுளோபின் முனைவதில்லை.
• பலவிதமான இரும்புச் சேர்மங்கள் பல்வேறு விதமாகப் பயன்படுகின்றன. பெரிக் ஆக்சைடு சிவப்பு நிறமியாக வண்ணங்களில் பயன்படுகிறது. பரப்பை மெருகூட்டவும், இரத்தினக் கற்களை பளபளப்பூட்டவும் இதைக் கையாளுகின்றார்கள் பெரிக் குளோரைடு உறைந்து கட்டியாகி இரத்தக் கசிவைத் தடுத்து நிறுத்த பயன்படுகின்றது. பெரஸ் சல்பேட் என்பது நீர்த்த கந்தக அமிலத்தில் கரைக்கப்பட்ட இரும்பாகும் இது மை தயாரிப்பதற்கும் தோல் பதனிடுவதற்கும் சாயப் பொருட்கள் தயாரிப்பதற்கும் பயன்படுகின்றது ,
• இரும்பின் அனுக்கருவே அதிகமான பினைவாற்றல் வீதத்தைப் பெற்றுள்ளது. அதனால் பிற எளிய மற்றும் கனமான அணுக்களின் அணுக்கருக்களை விட இரும்பு நிலைப்புத் தன்மை மிக்கது எனலாம். விண்மீன்களில் உயர் வெப்ப நிலையில் நிகழும் அணுக் கருப்பிணைப்பு வினைகள் அதற்கு ஆற்றல் மூலமாய் இருக்கின்றன .இந்த வினை, பிணைந்து விளையும் அணுக்கரு இரும்பாய் இருக்குமட்டும் தொடர்கிறது. அதாவது ஒரு விண்மீன் இரும்பாய் தொகுப்பாக்கம் செய்யப்படும் வரை ஆற்றலை வழங்கும் என எதிர்பார்க்கலாம். அதன் பிறகு அது அழியத் தொடங்குகிறது

குழந்தைகள், விடலைகள், குழந்தை பெறும் வயதையடைந்த பெண்கள் ஆகியோருக்கு இரும்புசத்து குறைவு ஏற்பட வாய்ப்புண்டு. அதே சமயம் ஆரோக்கியமான ஆண்களுக்கும், 'மாதவிடாய் நிறுத்தம்' கடந்த பெண்களுக்கும் இந்தக் குறைபாடு பொதுவாக ஏற்படுவதில்லை. அளவு மிஞ்சினால் மூச்சடைப்பு, கழிச்சல், அடிவயிற்றில் வலி போன்றவை ஏற்படும். அந்தச் சமயத்தில் உடல் மற்ற தாதுப்பொருட்களைப் பெறுவதையும் தடுத்துவிடும்.

மனதின் வீரத்தையும், உடலின் வலுவையும் இரும்போடு தொடர்புப்படுத்தி உவமைகள் கவிஞர்களால் கூறப்படுகின்றன. இரும்பு இதயம் படைத்தவள், இரும்பைப் போல் உடலுறுதி படைத்தவன், இரும்புத் திரை போல் அமைப்பைக் கொண்ட நாடுகள் போன்றவை இரும்பைத் தொடர்புபடுத்திய உவமைகளாகும்.