આયર્ન (લોહ) : ધાતુઓમાં સૌથી વધુ ઉપયોગી, આવર્તક કોષ્ટકના આઠમા સમૂહમાં સ્થાન ધરાવતું રાસાયણિક તત્ત્વ. તેની સંજ્ઞા (Fe) તેના લૅટિન નામ ferrum ઉપરથી આવી છે. તે પ્રાગૈતિહાસિક કાળથી જાણીતું છે. પ્રાચીન લખાણોમાં તેનો ‘સ્વર્ગીય ધાતુ’ તરીકેનો ઉલ્લેખ મળે છે. શરૂઆતનું લોહ ઉલ્કા(meteor)માંથી મેળવાયેલું, પરંતુ ઈ. પૂ. 1,200ની આસપાસ લોહના ખનિજમાંથી લોહના નિષ્કર્ષણની પ્રવિધિ શક્ય બની હતી અને કાંસાના યુગ પછી લોહયુગનું મંડાણ થયું હતું.
પૃથ્વીના પોપડામાં લોહનું પ્રમાણ 5.1 ટકા જેટલું હોઈ તત્વોના વૈપુલ્યની દૃષ્ટિએ તેનું સ્થાન ચોથું આવે છે (પ્રથમ ત્રણ ઑક્સિજન, સિલિકન અને ઍલ્યુમિનિયમ છે). સૂર્ય તથા તારાઓમાં તે વધુ પ્રમાણમાં હોય તેમ મનાય છે. પૃથ્વીનું પ્રવાહી પેટાળ મુખ્યત્વે લોહ હોવાનો પુરાવો મળે છે. મુક્ત ધાતુ સ્વરૂપે લોહ જવલ્લે જ મળે છે અને ખડકોમાં જે પાર્થિવ લોહ મળે છે તે નિકલમિશ્રિત જ હોય છે અને ઘણુંખરું ઉલ્કાજન્ય હોય છે. દા.ત., ટીનાઈટ(taenite)માં 62 %-75 % Fe, અને 37 %-24 % Ni છે.
બધાં જ પૃષ્ઠવંશી અને ઘણાં અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ તથા અમુક છોડવાઓ માટે લોહ જરૂરી છે. માનવશરીરમાં 4.5 ગ્રામ લોહ છે, જેનું 65 % હીમોગ્લૉબિનમાં, 1 % ઉપચયન(oxidation)નું નિયમન કરનાર ઉત્સેચકો(enzymes)માં તથા બાકીનું યકૃત, બરોળ, અસ્થિમજ્જા વગેરેમાં હીમોગ્લૉબિન બનાવવા માટે સંગ્રહાયેલું હોય છે. શરીરની રોજની જરૂરિયાતનું (10-20 મિગ્રા.) લોહ, માંસ, ઈંડાંની જરદી, ગાજર, ફળો, ઘઉં અને લીલાં શાકભાજીમાંથી મળી રહે છે.
લોહનાં અગત્યનાં ખનિજો હેમેટાઇટ Fe2O3, મૅગ્નેટાઇટ Fe3O4 (ટ્રાઇઆયર્ન ટેટ્રૉક્સાઇડ), લિમોનાઇટ FeO(OH) [આયર્ન(III) હાઇડ્રૉકસાઇડ] અને સિડેરાઇટ FeCO3 [આયર્ન(II) કાર્બોનેટ] છે. આયર્ન પાઇરાઇટિસ FeS2 સુવર્ણ જેવું પીળું હોઈ મૂર્ખના સોના (fool’s gold) તરીકે ઓળખાય છે અને તે ગંધક મેળવવા માટે ઉપયોગી છે. ઉદ્યોગ માટેનું આયર્ન કાર્બન વડે ઉપરનાં ખનિજોના અપચયન (reduction) કરીને મેળવાય છે અને તેમાં કાર્બન અશુદ્ધિ રૂપે હોય છે જ. અતિ શુદ્ધ આયર્ન ઊંચા તાપમાને આયર્ન ઑક્સાઇડનું હાઇડ્રોજન વડે અપચયન કરીને અથવા આયર્નના ક્ષારમાંથી વિદ્યુત-નિક્ષેપણ(electro-deposition)થી મેળવાય છે.
ભૌતિક ગુણધર્મો : પ.ક્રમાંક 26, પ.ભાર 55.65, સ્થાયી સમસ્થાનિકો 54 (5.82 %), 56 (91.66 %), 57 (2.19 %) અને 58 (0.33 %). અસ્થાયી સમસ્થાનિકો 51, 53, 55 અને 59 છે. Fe-57 મોસબાઉર અસર દર્શાવે છે. ગ.બિ. 1,5350 સે., ઉ. બિ. 3,0000 સે., ઘનતા 7.87 ગ્રા./ઘ.સેમી., કઠિનતા 4-5 (મોઝના માપદંડ પ્રમાણે), ઇલેક્ટ્રૉન વિન્યાસ (Ar)3d64s2, ઑક્સિડેશન (ઉપચયન) આંક +2, +3, +4, +6.
શુદ્ધ લોહ ચળકતું રાખોડી શ્વેત રંગનું, મૃદુ, આઘાતવર્ધનીય (malleable) અને તન્ય (ductile) હોય છે. તેનાં ત્રણ અપરરૂપો (allotropes) જાણીતાં છે. સામાન્ય તાપમાને અંત:કેન્દ્રિત ઘનજાલક (body-centred cubic lattice) સંરચના તથા લોહચુંબકત્વ (ferromagnetism) ધરાવતો આલ્ફા-α પ્રકાર (ફેરાઇટ) જે 9100 સે. તાપમાને ફલકકેન્દ્રિત (face-centred) ઘનસંરચના તથા અનુચુંબકત્વ (paramagnetism) ધરાવતા ગૅમા (γ) પ્રકારમાં રૂપાંતરિત થાય છે. 1,3900 સે. તાપમાને તે પુન: અંત:કેન્દ્રિત સંરચના પ્રાપ્ત કરે છે અને તે ડેલ્ટા પ્રકાર તરીકે ઓળખાય છે. 7680 સે. તાપમાને (ક્યુરી બિન્દુ) લોહચુંબકત્વ ગુમાવીને અનુચુંબકત્વ પ્રાપ્ત કરે છે. તાંબા અને ઍલ્યુમિનિયમની સરખામણીમાં તે વિદ્યુતનું નિર્બળ વાહક ગણાય છે.
લોહ રાસાયણિક રીતે સક્રિય ધાતુ છે અને +2(ફેરસ) અને +3(ફેરિક) ઑક્સિડેશન અવસ્થાવાળી બે શ્રેણીના ક્ષારો બનાવે છે. ભેજવાળી હવામાં સજલ ઑક્સાઇડ (કાટ) બને છે. આ કાટ (rust) ખરી પડતાં કટાવાની ક્રિયા આગળ ચાલે છે. કટાવા માટે હવા (ઑક્સિજન), પાણી અને વિદ્યુતવિભાજ્ય (electrolyte) જરૂરી છે. ધાત્વિક ક્ષારણ(corrosion)થી અબજો રૂપિયાનું નુકસાન થાય છે. તેથી કટાવાની ક્રિયા(જે ઘણી સંકીર્ણ છે)નો અભ્યાસ વિશ્વભરમાં ચાલે છે. લોખંડને કાટથી રક્ષણ આપવા માટે જસત (ગૅલ્વેનાઇઝ્ડ પ્લેટ) કે કલાઈ(ટિન પ્લેટ)નો ઢોળ ચઢાવવો, રંગ લગાડવો તથા વિશિષ્ટ મિશ્રધાતુઓ બનાવવી વગેરે માર્ગો લેવાય છે.
હવા વગર એકલા પાણીની કે મંદ આલ્કલીની તેના ઉપર કોઈ અસર થતી નથી. અતિ સૂક્ષ્મ ભૂકારૂપ લોહ, સ્વત: જ્વલનશીલ (pyrophoric) હોય છે. હવામાં લાલચોળ ગરમ કરતાં Fe3O4 મળે છે. વધુ ઊંચા તાપમાને Fe2O3 બને છે. FeOને Fe2O3ના અપચયનથી મેળવી શકાય. સૂક્ષ્મ ચૂર્ણરૂપ Fe2O3, ઘર્ષક અને વર્ણક (રૂજ, વેનેશિયન રેડ) તરીકે ઉપયોગી છે. Fe3O4 ટેઇપરેકૉર્ડરની ટેઇપ તથા ઇલેક્ટ્રૉનિક્સ ક્ષેત્રે ફેરાઇટની બનાવટમાં ઉપયોગી છે.
કેટલાંક તત્વો સાથે લોહ સીધું જ સંયોજાય છે. ગંધક સાથે ફેરસ સલ્ફાઇડ FeS, હેલોજન સાથે ફેરિક હેલાઇડ બનાવે છે. આયોડીન ફેરસ આયોડાઇડ આપે છે. આયર્ન કાર્બાઇડ Fe3C પોલાદના ગુણો નક્કી કરે છે. લોખંડ વરાળમાંથી ઊંચા તાપમાને હાઇડ્રોજન વિસ્થાપિત કરે છે. મંદ ઍસિડ સાથે તે સરળતાથી પ્રક્રિયા કરે છે અને હાઇડ્રોજન વિસ્થાપિત થાય છે. તે હવાની કે ઑક્સિડેશન-કર્તાની ગેરહાજરીમાં ફેરસ ક્ષારો આપે છે. આયર્ન(II) ક્ષારો લીલા રંગના હોય છે, અને તેમનું હવાથી પણ ઉપચયન થાય છે. આયર્ન(II) સલ્ફેટ [ફેરસ સલ્ફેટ, હીરાકસી (FeSO4, 7H2O)], આયર્ન(II) ક્ષારોમાં ઘણું અગત્યનું છે. શાહી, રંગો, વર્ણકોની બનાવટમાં તથા જંતુનાશક (disinfectant) તરીકે તથા બીજા આયર્ન(II) ક્ષારોની બનાવટમાં તે ઉપયોગી છે. મોહરના ક્ષાર આયર્ન(II) એમોનિયમ સલ્ફેટ [FeSO4, (NH4)2SO4, 6H2O]નું આયર્ન(III)માં હવામાં રૂપાંતર થતું ન હોઈ તે પૃથક્કરણમાં માનક (standard) તરીકે ઉપયોગી છે. આયર્ન(III) ક્ષારો લાલ કે પીળા રંગના હોય છે. તેમનું અપચયન (reduction) કરી શકાય છે અને તેમનાં દ્રાવણો જલવિઘટનને કારણે ઍસિડમય હોય છે. દ્રાવ્ય આયર્ન(III) ક્ષારોમાં આયર્ન(III) ક્લોરાઇડ (ફેરિક ક્લોરાઇડ, FeCl3×6H2O) સામાન્ય છે. નિર્જળ આયર્ન(III) ક્લોરાઇડ વાયુસ્થિતિમાં Fe2Cl6 રૂપે હોય છે. આયર્ન(III) સલ્ફેટ [ફેરિક સલ્ફેટ, Fe2(SO4)310H2O] આયર્ન-ફટકડી તથા બીજા આયર્ન(III) ક્ષારો બનાવવામાં ઉપયોગી છે. દ્રાવણમાં નીચે દર્શાવેલ પ્રક્રિયા ઉપચયન/અપચયન-કર્તા વડે સરળતાથી કરી શકાય છે.
આયર્નનાં સંકીર્ણોનો અભ્યાસ ઘણો રસપ્રદ છે. પોટૅશિયમ ફેરોસાયનાઇડ[K4Fe(CN)6]ના દ્રાવણ સાથે Fe3+ ક્ષારોની અને પોટૅશિયમ ફેરિસાયનાઇડના દ્રાવણ સાથે Fe2+ ક્ષારોની પ્રક્રિયા કરતાં અનુક્રમે પ્રશિયન બ્લૂ અને ટર્નબુલ બ્લૂ નામના ઘેરા વાદળી રંગના વર્ણકો બને છે. બંનેનાં બંધારણ અભિન્ન છે અને તેમને [KFeFe(CN)6] સૂત્રથી રજૂ કરી શકાય તેમ માનવામાં આવે છે. ફેરોસાયનાઇડ આયનો Fe(CN)64– પ્રતિચુંબકીય (diamagnetic) હોય છે. જ્યારે અન્ય આયર્ન(III) સંયોજનો નિર્બળ અનુચુંબકત્વ (paramagnetism) દર્શાવે છે. આયર્નનાં કાર્બધાત્વિક (organometallic) સંયોજનો Fe-C બંધ ધરાવે છે. આયર્નનો બારીક ભૂકો કાર્બન-મૉનૉક્સાઇડ સાથે ઊંચા દબાણે પીળા રંગનો આયર્ન પેન્ટાકાર્બોનિલ [Fe(CO)5] આપે છે. આ સંયોજનના વિઘટનથી શુદ્ધ આયર્ન મળે છે. આયર્ન(II) ક્લોરાઇડ(FeCl2)ની સાઇક્લોપેન્ટાડાઇન (C5H5) સાથે ઉગ્ર કાર્બનિક બેઇઝની હાજરીમાં પ્રક્રિયા કરતાં પીળું સ્ફટિકમય સંયોજન ફેરોસીન (C5H5)2Fe] બને છે. તે અત્યંત સ્થાયી બંધારણ ધરાવે છે, કારણ આયર્ન બે સાઇક્લોપેન્ટાડાઇન ઘટકની વચ્ચે રહેલું હોય છે. તે ઍરોમેટિક ગુણો દર્શાવે છે.
પ્રવીણસાગર સત્યપંથી