עמוד הבית > מדעים > פיסיקה ומבנה החומר [כימיה] > חומרים: תכונות ותהליכים
מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית


תקציר
מידע על היסוד ברזל, שימושיו וחשיבותו בהרכב הדם.



ברזל
מחבר: שילה קם


היסוד: ברזל (Fe).

מידע כללי:

הברזל הוא מתכת מעבר שצבעה אפרפר. הברזל קיים בטבע בעפרות רבות, בעיקר בתור תחמוצת, כפחמה או כגופרתי. אחת התחמוצות המפורסמות של ברזל היא החלודה, שנוצרת כתוצאה מתגובה בין ברזל לאוויר הלח שמסביבו. ברזל טהור הוא חומר פעיל מבחינה כימית, וזו הסיבה שלרוב לא משתמשים בו בתעשייה. הברזל חשוב מאוד לגופנו, מאחר והוא המרכיב המרכזי בהמוגלובין (תרכובת של חלבון וברזל האחראית לקשירת החמצן לכדוריות הדם האדומות, ובכך מאפשר את הובלת החמצן לכל הגוף). מחסור בברזל יגרום לאנמיה בדרגות שונות.

הברזל מסומן באותיות Fe, מהמילה הלטינית Ferrum שמשמעותה ברזל. המילה Iron נגזרת ממילה עתיקה שמשמעותה "המתכת הקדושה", מאחר ונהגו להכין מברזל חרבות ששימשו את הלוחמים במסעות הצלב.

מס' אטומי

מסה אטומית

נקודת התכה

נקודת רתיחה

מצב צבירה בטמפ' החדר

צפיפות

26 55.85

1539°C

2887°C

מוצק 7.9 גר' לסמ"ק

היסטוריה:

אין לנו מידע מתי או ע"י מי התגלה הברזל. אנו יודעים כי הברזל היה ידוע כבר בתקופות קדומות. כבר בספר בראשית מוזכר הברזל, בהקשר לתובל-קין ( שהיה הדור השביעי מהאדם הראשון) שהיה "לוטש כל חרש נחושת וברזל" (בראשית, פרק ד' פס' כ"ב). חפצים מברזל התגלו בחפירות ארכאולוגיות במקומות רבים ומגוונים, כמו באור-כשדים (עיראק של היום) ובפירמידות של מצרים. עמים קדומים רבים השתמשו בברזל, כמו: הסינים, ההודים, היוונים, הרומאים, הפלשתים, ואף היהודים. התקופה שבה השימוש בברזל הגיע לשיאו מכונה "תקופת הברזל", שהחלה בשנת 750 לפנה"ס ונמשכה כמה מאות שנים.

הפקה:

ישנן מס' רב של דרכים להפקת הברזל, אולם המקובלת ביותר היא שיטת הכור (כבשן), שיטה שבה משתמשים בפחם ובאבן סידן בנוכחות של אוויר חם. אם נתמצת את התגובה, קורה התהליך הבא:
הברזל התלת חמצני שנמצא בעפרה מגיב עם הפחמן שמוזרם בתור פחם, וכך נוצר ברזל טהור ופחמן דו-חמצני. שאר החומרים שנמצאים בעפרה (חולן, תרכובות של גפרית, ועוד…) מגיבים עם האבן סיד, שכאשר היא בטמפ' גבוהות היא פעילה ביותר.

הברזל בטבע:

כ- 5% מקליפת כדה"א מכילה ברזל, ובכך הברזל מהווה את היסוד הרביעי הנפוץ ביותר בקליפת כדה"א. יש השערה שלפיה הלב הנוזלי של כדה"א הוא ברובו ברזל מותך לוהט.
הברזל כמתכת נמצא בטבע בכמויות קטנות ביותר, שמקורן הוא במטאוריטים שהגיעו אלינו מהחלל. ניתן למצוא ברזל במס' עפרות, כשהעיקרית שביניהן היא ההמטיט, שמכילה ברזל תלת חמצני.
לברזל יש 2 יונים: יוני +Fe2, ויוני +Fe3, שזהו מצב החמצון היציב ביותר של הברזל. לא נפרט כאן איך ומדוע ייוצר כ"א מהיונים, אך ברור שיש הבדלים ביניהם. לדוגמה:
אם נכנס נתרן הידרוקיסדי לתמיסה המכילה יוני +Fe2 יתקבל משקע ירוק, ואילו עם יוני הברזל מהסוג השני יתקבל משקע חום.

דוגמאות לתרכובות הברזל:

  • ברזל תלת חמצני (Fe2O3) – מוצק שצבעו כצבע החלודה, המתקבל כתוצאה מחימום ברזל תלת-הידרוקסידי או ברזל דו-גופרתי. שכיח בטבע כמינרל בשם המטיט. ניתן לחזר אותו לברזל (כלומר לקבל מיוני הברזל המרכיבים אותו ברזל מתכתי) באמצעות מימן בטמפ' של 1000°C. ניתן לקבל ברזל ארבע-חמצני מברזל תלת-חמצני ע"י חימום החומר הנ"ל ב- 1300°C (בערך).
  • ברזל ארבע-חמצני (Fe3O4) – תחמוצת ברזל שצבעה השחור הידועה גם כמגנטיט, שהיא אחת מעפרות הברזל הנפוצות. אם לאורך חוף הים תוכלו לראות תחמוצת זו – היא החולות השחורים שנמצאים על החוף. ברזל ארבע-חמצני אינו נמס במים אלא רק בחומצות, אינו פעיל (מבחינה כימית), ומוליך טוב חשמל.

שימושי הברזל:

  • להכנת ברזל יציקה, שהוא סגסוגת של ברזל ופחמן המכיל בין 2.4% ל- 4% פחמן. סגסוגת זו היא זולה ובעלת שימושים רבים. סגסוגת זו יכולה להכיל גם זרחן, גופרית ומנגן כיסודות מזהמים.
  • להכנת פלדה – ברזל יציקה הוא תרכובת שמישה אך הוא עדיין שברירי ואינו חזק די הצורך. האשם העיקרי הוא אחוז הפחמן בברזל היציקה. כדי להשיג תכונות טובות יותר (כמו קשיות) יש לסלק עודף זה. בכך אנו מקבלים פלדה. בעצם, תהליך ייצור הפלדה הוא תהליך זיקוק. הפלדה היא ברזל שמכיל פחמן באחוז שנע בין 0.05 ל- 1.5, כאשר ככל שאחוז הפחמן גבוה יותר כך הפלדה חזקה יותר. ניתן גם להוסיף לפלדה כמויות משתנות של המתכות ניקל, כרום, מנגן ומוליבדנום, כאשר הוספה מדויקת תגרום להיווצרות סוגים שונים של פלדות. אחת הדוגמאות הנפוצות, שמכילה תוספת של כרום (בין 10% ל- 25%), היא פלדת האל-חלד, שמחפה על אחת החולשות של הברזל – היווצרות החלודה. כמו כן, פלדת אל-חלד מכילה כשבע עשיריות האחוז פחמן. חומר גלם חשוב להכנת הפלדה הוא פסולת ברזל, כמו: גרוטאות של מכוניות, צינורות וכו'. הפקת הפלדה היא תהליך זו יחסית, ולכן ישנן מדינות רבות בכולם, אפילו הנחלשות, שמייצרות פלדה.

ברזל ואנמיה – חסר דם:

המרכיב החשוב ביותר בתאי הדם האדומים הוא ההמוגלובין (שאף נותן לתאי הדם את צבעם הדם). ההמוגלובין אחראי לקשירת החמצן ובכך מאפשר את הובלת הדם לכל חלקי הגוף. כאשר שיעור ההמוגלובין בדם הוא מתחת לרמה הדרושה ע"מ להוביל את הכמות הנחוצה של חמצן נוצר מצב של "אנמיה" או "חסר דם". ישנן מס' סיבות לירידת שיעור ההמוגלובין, ואחת מהן היא מחסור בברזל. הברזל הוא מרכיב חשוב ביותר בהמוגלובין, וחסרון בברזל מוביל ליצירת כמות המוגלובין הנמוכה מהנדרש ובכך לאנמיה. הגוף זקוק לכמות קטנה של ברזל לייצור המוגלובין חדש במקום זה שאבד בעקבות התפרקותם המתמדת של תאי הדם האדומים. ברזל זה מקורו בעתודות הנמצאות בעיקר במוח העצמות, בכבד ובטחול. הן מתחדשות באמצעות הברזל שנמצא במזוננו וכן מתא דם אדום שסיים מחזור חיים של כ- 120 יום. אולם יש אנשים שעתודות הברזל שלהן קטנות מן הנדרש או שכלל אינן קיימות, בגלל שלוש סיבות עיקריות:

  1. כמות הברזל במזון אינה מספיקה לאיזון כמות הברזל שנצרכת לייצור ההמוגלובין, או שהגוף זקוק לכמויות מוגברות של ברזל בתקופת הגדילה. בעיה זו נפוצה אצל ילדים, נערים ונשים בהיריון.
  2. מעכת העיכול אינה מסוגלת לספוג די ברזל (ללא קשר לכמות הברזל הנצרכת), בעיקר בגלל מחלות במעי הדק שגורמות להפרעה בספיגת חומרי המזון מהמעיים.
  3. הידלדלות עתודות הברזל כתוצאה מאובדן רב של דם. במקרה של אובדן דם חד פעמי (כמו פציעה) המחסור יהיה זמני, אולם במקרה של אובדן דם באופן תמידי, כמו בקיבה כתוצאה מכיב, עלול לגרום לכך שעתודות הברזל לא יתמלאו כלל.

כל עוד ניתן לספוג כמויות מספיקות של ברזל מהמזון, אותם אנשים בעלי מחסור בעתודות הברזל יישארו בריאים. אולם כאשר דבר זה אינו מתאפשר ייווצר מחסור בדם.

שכיחות התופעה:

התופעה שכיחה אצל אחת מכל 10 נשים, ועוד כ- 30% מהנשים נמצאות במצב שעל סף אנמיה. בעיה זו שכיחה הרבה פחות אצל גברים.

כיצד לנהוג:

במקרה ומופיעים סימפטומים של חסר דם יש לפנות לרופא ולא לנסות שיטות לריפוי עצמי. הרופא ימליץ על הטיפול הדרוש. כאשר האנמיה היא קשה, יתכן ויהיה צורך בעירוי דם או בזריקת ברזל לתוך הווריד ע"מ למלא מחדש את עתודות הברזל. במצבים יותר קלים של אנמיה די בנטילת טבליות ברזל במינון ובזמן שיקבע הרופא. אם האנמיה מקורה בהרכב המזון יש צורך לשנות את התפריט ולכלול בו מזונות עתירי ברזל, כמו: שקדים, כבד, בשר ועוד. הקפדה על תפריט נכון תעזור במניעת האנמיה ותניב תוצאות מצוינות.

ביבליוגרפיה:
כותר: ברזל
מחבר: קם, שילה
שם  הפרסום מקורי: יסודות הטבלה המחזורית
תאריך: 2000
הוצאה לאור: מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית