น้ำหนักจำเพาะของเหล็ก คุณสมบัติ การใช้งาน และตารางค่า
เหล็กเป็นธาตุในหมู่ 8 ของกลุ่มย่อยในตารางธาตุ และเป็นหนึ่งในโลหะที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก โดยมีปริมาณเป็นอันดับสองรองจากอะลูมิเนียม ในรูปธาตุเดี่ยว เหล็กเป็นโลหะตีขึ้นรูปได้ มีสีขาวประกายเงิน วัสดุชนิดนี้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ง่าย โดยเฉพาะการกัดกร่อนในอากาศเมื่อมีความชื้นและอุณหภูมิสูง เหล็กในรูปธาตุเดี่ยวเผาไหม้ได้ในออกซิเจนบริสุทธิ์ และเมื่อเป็นผงละเอียดจะลุกติดไฟได้เองในอากาศ
โดยทั่วไปคำว่าเหล็กมักหมายรวมถึงโลหะผสมหลายชนิดที่มีสิ่งเจือปนไม่เกิน 0,8 เปอร์เซ็นต์ สิ่งเจือปนเหล่านี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการยืดตัวและความอ่อนตัวของโลหะบริสุทธิ์ มีการใช้โลหะผสมกับคาร์บอน ได้แก่ เหล็กกล้าที่มีคาร์บอนไม่เกิน 2,14 เปอร์เซ็นต์ และเหล็กหล่อที่มีคาร์บอนมากกว่า 2,14 เปอร์เซ็นต์ รวมถึงโลหะผสมที่เติมธาตุโลหะอื่น ในธรรมชาติแทบไม่พบเหล็กบริสุทธิ์ ส่วนใหญ่มักพบในอุกกาบาตเหล็ก-นิกเกิล และเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับสี่ของโลก
ตารางน้ำหนักจำเพาะของเหล็ก
เนื่องจากเหล็กเป็นวัสดุที่ซับซ้อน จึงไม่สามารถคำนวณน้ำหนัก โดยเฉพาะค่าน้ำหนักจำเพาะ ด้วยตนเองภายใต้สภาพการทำงานทั่วไปได้ การคำนวณเหล่านี้ต้องทำในห้องปฏิบัติการเคมีเฉพาะทาง อย่างไรก็ตาม ค่าน้ำหนักจำเพาะเฉลี่ยของเหล็กเป็นค่าที่ทราบกันดีและเท่ากับ 7,874 กรัม/ซม.³
เพื่อให้คำนวณได้ง่ายขึ้น ตารางด้านล่างแสดงค่าน้ำหนักจำเพาะและน้ำหนักของเหล็กตามหน่วยวัดต่าง ๆ
ตารางน้ำหนักเหล็ก
| วัสดุ | น้ำหนักจำเพาะ (กรัม/ซม.³) | น้ำหนัก 1 ม³ (กก.) |
| เหล็ก | 7,874 | 7874 |
คุณสมบัติของเหล็ก
เหล็กเป็นโลหะทั่วไปที่มีสีขาวประกายเงินและสีเทา มีความสามารถในการยืดตัวดี มีสมบัติทางแม่เหล็กเด่นชัด และคุณสมบัติเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากเมื่อมีสิ่งเจือปน เหล็กมีลักษณะเด่นด้านความเป็นแม่เหล็ก
ธาตุชนิดนี้แบ่งตามโครงสร้างผลึกเป็นสี่รูป:
- เหล็กแอลฟา ที่อุณหภูมิห้อง เหล็กมีโครงผลึกลูกบาศก์แบบกลางลำตัวและเป็นสารเฟอร์โรแมกเนติกเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าจุดคูรีประมาณ 770 °C โครงสร้างนี้คงอยู่จนถึงประมาณ 912 °C
- เหล็กบีตา เป็นชื่อในอดีตของสถานะที่ไม่เป็นแม่เหล็กของเหล็กแอลฟาเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดคูรี โดยไม่ได้เกิดโครงผลึกชนิดใหม่แยกต่างหาก
- เหล็กแกมมา ในช่วงอุณหภูมิประมาณ 912 ถึง 1394 °C เหล็กมีโครงผลึกลูกบาศก์แบบกลางหน้า
- เหล็กเดลตา ที่อุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 1394 °C จนถึงจุดหลอมเหลว เหล็กกลับมามีโครงผลึกลูกบาศก์แบบกลางลำตัวอีกครั้ง
เหล็กคิดเป็นประมาณ 95 เปอร์เซ็นต์ของการผลิตโลหการทั้งหมด จึงเป็นหนึ่งในโลหะที่มีความต้องการมากที่สุดในโลก การใช้งานหลัก ได้แก่:
- ใช้เหล็กเป็นองค์ประกอบหลักของเหล็กหล่อและเหล็กกล้า
- ใช้เป็นส่วนประกอบของโลหะผสมที่มีธาตุอื่นเป็นพื้นฐาน
- ใช้เหล็กออกไซด์ผลิตอุปกรณ์หน่วยความจำคอมพิวเตอร์แบบเก็บข้อมูลถาวร
- ใช้ผงเหล็กเป็นโทนเนอร์ในเครื่องพิมพ์เลเซอร์ขาวดำ
- ใช้ผลิตมอเตอร์ไฟฟ้าและหม้อแปลง
- ใช้ในกระบวนการกัดลายแผงวงจรพิมพ์
คำถามที่พบบ่อย
เหล็ก 1 ม³ หนักเท่าไร?
เมื่อมีความหนาแน่นประมาณ 7,874 กรัม/ซม.³ เหล็กบริสุทธิ์หนึ่งลูกบาศก์เมตรจะหนักประมาณ 7874 กก. เหล็กกล้าและเหล็กหล่ออาจมีความหนาแน่นต่างออกไปเนื่องจากคาร์บอนและธาตุผสม
เหล็กต่างจากเหล็กกล้าและเหล็กหล่ออย่างไร?
เหล็กเป็นธาตุเคมี ส่วนเหล็กกล้าและเหล็กหล่อเป็นโลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอนและธาตุอื่น ๆ คุณสมบัติและความหนาแน่นจึงไม่เหมือนกันทั้งหมด
เหตุใดเหล็กจึงเกิดสนิม?
ในอากาศชื้น เหล็กทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและน้ำจนเกิดออกไซด์กับไฮดรอกไซด์ของเหล็ก การเคลือบผิว การเติมธาตุผสม และการทาสีช่วยลดการกัดกร่อนได้