Demir (Fe)

Alm. Eisen, Fr. Fer, İng. Iron. Dünyâda oksijen, silisyum ve alüminyumdan sonra en bol bulunan
element. Fe sembolü ile gösterilir. Ağır metallerin en önemlisidir. Yer kabuğunda % 4,2 nisbetinde
bulunur.
Târihi: Demir, uygarlığın vazgeçilmez bir unsuru olarak arkeolojik kronolojide bir çağa isim vermiştir.
Avrupalı târihçiler taş devrinden sonra gelen çağa demir devri demişlerdir. Onlara göre; demir devri
dünyânın farklı bölgelerinde farklı zamanlarda başlamıştır. Demir, mîlâttan 1200 yıl önce Yakındoğu’da
Türkler tarafından bilinmekteydi. Hattâ Türk milletinin demir dağı eriterek yeni yurtlara göçtüğü
efsânesi de söylenmektedir.
Demir devri, Avrupa içlerinde mîlâttan 900 yıl önce, İngiltere’de 600 yıl önce, Japonya’da ise 200 yıl
önce başlamıştır. Bâzı Avustralya ve Yeni Gine kabîleleri İkinci Dünyâ Harbinden sonra taş devrinden
demir devrine geçmişlerdir.
Osmanlıların harp sanâyii, başka milletlere göre demircilik alanında üstün bir seviyeye ulaşmış
bulunuyordu. Osmanlı İmparatorluğunda demir mâdenleri bulundukları yerlerde ahâlî tarafından
işlenirdi. Ordu ve donanma toplarının yuvarlakları (karagülle) mâden nâzırı denetiminde yerinde
yapılırdı ve gereken yerlere gönderilirdi.
Özellikleri: Periyodik sistemin VIII B grubunda bulunur. Atom numarası 26, atom ağırlığı 55,85, özgül
ağırlığı 7,86 g/cm3tür. Erime sıcaklığı 1535°C, kaynama sıcaklığı ise 2740 (3000) °C’dir. Brinel sertliği
6,7’dir. Dört tâne kararlı izotopu vardır. Bunlar 54, 56, 57 ve 58 kütle numaralıdır. Elektron düzeni (Ar)
3d6 4s2, bileşiklerindeki değerliği 2+, 3+ ve az olarak da 4+’dır.
Saf demir, gümüş parlaklığında, gri renkte, dövülebilen, işlenebilen, kolayca tel ve levha hâline
getirilebilen orta sertlikte (kobalt ile nikel arasında) bir metaldir. Çekme direnci 20-25 kg/ mm2, uzama
kâbiliyeti % 40-50’dir. Isı ve elektrik akımını iyi iletirse de bakıra göre düşüktür. Nemli havalarda kolay
paslanır. Üç tâne allotropik kristal şekli gösterir. Kristal yapısı içmerkezli kübik olan delta demir, (ferrit
δ), yaklaşık 1400°C’nin üzerinde kararlıdır ve bu sıcaklığın altında gamma demire (ostenit) dönüşür.
Gamma demir, yüzmerkezli kübik yapıdadır ve paramagnetikdir. Demir karbürle (Fe3C°, sementit)
kolayca katı çözeltiler meydana getirebilme özelliği çelik yapımında önemlidir. 910°C’de, içmerkezli
kübik yapıdaki alfa demire (ferrit) geçiş başlar. 768°C’de ise alfa demir, kristal yapısı sâbit kalmak
üzere, elektron yapısındaki bir değişimle ferromagnetik özellik kazanır. Yumuşak, sünek ve gri-beyaz
renkte bir metal olan alfa demirin çekme direnci yüksektir.
Demirin allotropik özellikleri alaşımların meydana gelmesinde ve sıcak şekillendirmede çeliklerin ısıl
işlemlere elverişlilik özelliklerinde önemli rol oynarlar. Demirin en belirli fiziksel özelliği, bir manyetik
alan veya elektrik akımı tesiriyle manyetik olabilmesidir ki, bu özellik kobalt ve nikel gibi diğer metallere
nazaran çok üstündür. Karbon, kobalt ve nikel gibi elementlerin mevcûdiyeti, demirin manyetik
olabilme gücünü arttırır.
Demir yüzeyinde, oksitlenmeyle, alüminyumda olduğu gibi koruyucu tabaka teşekkülü söz konusu
olmadığından, korrozyona karşı dayanıksızdır. Korrozyondan korumak için, yüzeyleri geçirgen
olmayan bir boya ile veya nikel, krom gibi elementlerle kaplama yapılır.
Bulunuşu: Metalik halde tabiatta pek az rastlanır. Daha çok oksijenli ve kükürtlü bileşikleri hâlinde
bulunur. Demir ihtivâ eden minerallerin sayısı yüzlere vardığı gibi birçok topraklar da az veya çok
demir ihtivâ ederler. Demir ihtiva eden mineraller; oksitler, karbonatlar, silikatlar ve sülfürler hâlinde
bulunur. Bunların başlıcaları şunlardır:
Manyetit (Fe3O4): Magnetik özelliği vardır. Siyah ve koyu esmer renktedir.
Hematit (Fe2O3): Kırmızı renkli olduğu için kırmızı demir taşı da denir. Hematit filizlerinin fosforu ve
kükürdü az olduğundan demir elde edilmesinde en çok tercih edilen filizlerden biridir.
Limonit (Fe2O3 x H2O): Oksitlenmiş demir rengindedir. İçinde fazla miktarda kireç bulunduğundan
üretim sırasında katkı maddesi olarak kireç gerektirmez.
Siderit (FeCO3): Demir spatı adı da verilir. Bileşiminde fazla miktarda manganez de bulunduğundan
kıymetli bir cevherdir. Yüksek fırına verilmeden önce kavrularak CO2 çıkarılır.
Pirit (FeS2): Altın sarısı renkte olup daha çok sülfürik asit üretiminde kullanılır. Kükürt miktarı çok fazla
olduğundan demir üretimi için uygun değildir. Çünkü çok az miktardaki kükürt dahi demirin
kırılganlığını arttırmaktadır. Bir demir filizinin işlenebilmesi için demir oranının % 30’dan fazla olması
gerekir.
Bileşikleri: Demir II bileşikleri, mat yeşil renkte Fe2+ iyonu veya karmaşık iyonlar ihtiva eder. Demirin
+3 değerli olduğu bileşiklerde ise, rengi sarıdan turuncuya ve kahverengiye doğru değişen Fe3+ iyonu
veya karmaşık iyonlar bulunur.
Oksijen ile demir üç bileşik meydana getirirler: Demir II oksit (FeO), demir III oksit (Fe2O3) ve her iki
demir iyonunu da ihtiva eden Fe3O4. Yeşilimsiden siyaha doğru değişen çeşitli renklerde bulunan
demir II oksit tozu, cam yapımında pigment olarak kullanılır.
Demir III oksit, sarıdan, kırmızıya doğru değişen renklerdeki pigmentler grubunun esas maddesidir.
İnce öğütülmüş kırmızı toz hâlinde, kıymetli metallerin ve elmasların parlatılmasında ve kozmetik
yapımında kullanılır.
Demir II sülfatın amonyum sülfatla meydana getirdiği (NH4)2 SO4 FeSO4 6H2O bileşimindeki “mohr
tuzu”, mürekkep yapımında, deri ve yünleri siyaha boyamada, tarlalardaki parazitlerin öldürülmesinde
kullanılır. Demir III klorür (FeCl3)den endüstride organik boya sentezinde, deri ve basma boyacılığında
istifâde edilir.
Bâzı demir bileşiklerinden tedâvi maksadıyla da faydalanılır. Demir II glikonat [Fe(C6 H11 O7). 2H2O] ve
demir III pirofosfat [Fe4(P2 O7).x H2O], kansızlık tedâvisinde sık kullanılan bileşikler arasındadır.
Pıhtılaştırma tesiri olan çeşitli demir III tuzları da yaralara tatbik edilir.
Demirin biyolojik önemi: Demir hayatî açıdan da önemli bir elementtir. Kanda oksijen taşıyıcısı olan
hemoglobin yapısında demir bulunur. Dolayısıyla demir iyonlarının insan ve hayvan organizmasında,
solunum olaylarında çok önemli bir görevi vardır. Bunların dışında demir, kasların myoglobininde,
sitokrom, peroksidaz ve katalaz enzim sistemlerinde yer almasından dolayı da hayâtî bir mineraldir.
Bütün insan vücûdundaki total demir miktarı ancak 4-5 gr arasında olmasına rağmen bunun 700 mg
kadarı karaciğerdedir. Hayvansal organizma büyük kısmıyla alyuvarlarda yer alan demir muhtevâsını
tekrar tekrar kullanma kâbiliyetindedir. Bu sebeple günlük demir ihtiyâcı oldukça azdır. Çocuklar için
10-15 mg arasında değişir. Büyüklerin demir ihtiyâcı da cinsiyete ve yaşa göre farklılık gösterir.
İnsanlar yedikleri her türlü et besinleri ile yeteri miktarda demir alırlar. Ayrıca sebzelerde başta ıspanak
olmak üzere, fasülyede, kuşkonmazda, incirde, hurmada ve diğerlerinde demir bulunur.
Ham demir üretimi: Demir elde edilmesinde daha ziyâde oksitli demir cevherleri kullanılır. Oksitli
olmayan cevherler de oksidine çevrilerek kullanılabilir. Topraktan çıkarılan oksidli cevherler mekanik
olarak temizlendikten sonra yüksek fırın adı verilen özel fırında kok kömürüyle indirgenir. Burada
indirgeme işlemini kömürün yetersiz oksijenle yanmasından meydana gelen karbon monoksit gazı
yapmaktadır.
Yüksek fırın 25-30 m yüksekliğinde, 450-500 m3 hacimdedir. Yüksek fırında cevher, kok ve eritici
maddeler (ekseri kireç taşı CaCO3) fırına üst kısımdan yüklenir. Bir yandan bu maddeler yukarıdan
yüklenirken diğer yandan teşekkül eden ham demir aşağıdan alınır. Ham demirde sementit adı verilen
demir karbür (Fe3C) bileşiği, silisyum, kükürt, fosfor ve mangan da bulunur. Ergimiş ham demirin
üstünde de yoğunluğu daha az olan ergimiş dışık (cüruf) bulunur. Cüruf katmanı demirin tekrar
oksitlenmesini önlemektedir. Ergimiş dışık da zaman zaman dışarı alınır. Bu dışık, demir-portland ve
yüksek fırın çimentolarının elde edilmesinde kullanılır.
Ham demirden düşük karbonlu demir elde etmek için yabancı maddelerin uzaklaştırılması gerekir. Bu
maddelerin uzaklaştırılması sonucu ele geçen ürüne çelik adı verilir. (Bkz. Çelik)
Dökme demir: Yüksek fırında elde edilen pik demir, kupol ocağında ergitilerek dökme demir elde
edilmektedir. Kupol ocağında ham demirin bileşimi pek az değişmektedir. Genel olarak Si ve Mn
miktarları azalmakta S ise artmaktadır. Kupol ocağı dikey, hemen hemen silindir şeklinde ve ateşe
dayanıklı tuğlalarla örülmüş küçük bir yüksek fırına benzer.
Dökme demir kum kalıplara veya kokil kalıplara dökülerek, istenilen makina parçası ve benzeri
parçalar elde edilir. Dökme demir içindeki karbon, Fe3C bileşiği hâlinde bağlı bulunursa, kırıldığı
zaman kesidi beyaz olur. Dökme demirin bu cinsine “beyaz döküm” adı verilir. Bu demir çok sert ve
kırılgan bir yapıda olup, aşınmaya karşı çok dayanıklıdır.
Dökme demir, içindeki karbonun bir kısmı veya tamâmı grafit şeklinde serbest halde bulunursa,
kırılma kesidi gri yâhut kızıl kahverengi olur. Bu türlü dökme demire “kır döküm” adı verilir. Kır
dökümün sertliği daha düşüktür; işlenmesi de kolaydır.
Türkiye’de birçok yerde demir ve çelik işletmeleri kurulmuş olup, bunların başlıcaları; Karabük Demir
ve Çelik İşletmesi, Ereğli Demir ve Çelik İşletmesi, Kırıkkale Çelik Fabrikasıdır. Türkiye’nin yıldan yıla
artmakta olan demir cevheri üretimi 1992 yılında 4.650.000 tona ulaşmıştır.