Τετάρτη, 31 Αυγούστου 2016

Σίδηρος: «στάχτη» στ’ αστέρια

Σίδηρος: «στάχτη» στ’ αστέρια

Σίδηρος: «στάχτη» στ’ αστέρια

Με αυτόν «κλείνει» η σύντηξη του πυρήνα των άστρων προαναγγέλλοντας τον θάνατό τους, σε εμάς όμως προσφέρει ζωή, ιδιαίτερα αν τον «ενισχύουμε» με βιταμίνη C - Μέρος B’
Όταν οι σιδερένιοι πυρήνες των μεγάλων άστρων καταρρέουν οδηγούν σε εκρήξεις σουπερνόβα



Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο σίδηρος. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.
Τι θέλει από τη ζωή μας
Ο σίδηρος όχι μόνο κάτι θέλει αλλά ΕΙΝΑΙ και μέσα στη ζωή μας. Θεωρείται απαραίτητος στους περισσότερους επίγειους οργανισμούς και βέβαια οι ανάγκες του ανθρώπου σε σίδηρο έχουν μελετηθεί από τον καιρό του Βιντσέντσο Μενγκίνι, ο οποίος απέδειξε, όπως το εξηγήσαμε στο Α' Μέρος, ότι μαζί με το αίμα κυκλοφορούν και άτομα σιδήρου. To 70% του σιδήρου στον ανθρώπινο οργανισμό βρίσκεται στην αιμοσφαιρίνη, μια ουσία που μεταφέρει το οξυγόνο από τους πνεύμονες στους ιστούς. Το υπόλοιπο 30% περιέχεται στη μυοσφαιρίνη, που συνεχίζει από όπου σταματάει η αιμοσφαιρίνη, παραλαμβάνοντας αυτή πλέον το οξυγόνο για να το μεταφέρει στα κύτταρα των ιστών. Ο σίδηρος, εντελώς ελεύθερος, με τη μορφή ιόντων (δηλαδή ατόμων που έχουν χάσει μερικά ηλεκτρόνια, άρα εμφανίζονται συνολικά ως φορτισμένα θετικά) μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό είναι τοξικός, γι' αυτό και η ανώδυνη κυκλοφορία του επιτυγχάνεται με την προσκόλλησή του σε μόρια όπως η πρωτεΐνη τρανσφερίνη. Και αυτό είναι καλό για έναν ακόμη λόγο, αφού σε περίπτωση εισβολής βακτηρίων στον οργανισμό θωρακίζοντας τον σίδηρο η τρανσφερίνη τούς στερεί το απαραίτητο και για αυτά συστατικό. Ετσι με την εισβολή των βακτηρίων ο οργανισμός εκκρίνει περισσότερη τρανσφερίνη ως αντίμετρο, δεσμεύοντας όσο μπορεί περισσότερο σίδηρο, και το σύμπλοκο αυτό αποθηκεύεται στο συκώτι. Τρανσφερίνη υπάρχει επίσης στο μητρικό γάλα και στο ασπράδι του αβγού. Αλλά η αλήθεια είναι πως και τα βακτήρια έχουν αναπτύξει με τη σειρά τους τρόπους βίαιης απόσπασης του σιδήρου.
Οι άνδρες χρειάζονται περίπου 7 γραμμάρια σιδήρου και οι γυναίκες 11 γραμμάρια. Από τις διάφορες τροφές καταφέρνουμε να παίρνουμε περίπου το ένα τέταρτο από τον σίδηρο που περιέχουν και αυτός στην αρχή είναι με τη μορφή του μη αφομοιώσιμου τρισθενούς σιδήρου, δηλαδή το άτομό του έχει χάσει τρία ηλεκτρόνια. Μέσα στο έντερο ανάγεται στην αφομοιώσιμη μορφή του δισθενούς σιδήρου, και μάλιστα η ύπαρξη βιταμίνης C βοηθάει πολύ σε αυτή τη μετατροπή. Ετσι ένας ιδανικός συνδυασμός στο φαγητό είναι κρέας με συνοδεία από ένα πλούσιο σε βιταμίνη C λαχανικό ή άλλο τρόφιμο. Αντίθετο ρόλο ως προς την αξιοποίηση του σιδήρου, διότι τον δεσμεύουν, παίζουν λαχανικά με πολλές φυτικές ίνες και δημητριακά ολικής αλέσεως που περιέχουν φυτικό οξύ στη φλούδα. Το ίδιο αρνητικά δρα ό,τι περιέχει τανίνες, άρα δεν είναι καλός συνδυασμός ένα γεύμα με κρέας ή θαλασσινά να ακολουθείται από τσάι ή ένα στυφό κρασί. Επίσης την απορρόφηση του σιδήρου από τροφές όπως το κρέας την εμποδίζει η ανάμειξή του με τυριά άμορφα και επεξεργασμένα, όπως είναι το γκούντα, το τσένταρ και διάφορες τυροαλοιφές, διότι τους έχει προστεθεί γαλακτωματοποιητής για να μη χωρίζει το λίπος από τα υπόλοιπα συστατικά όταν μπαίνουν στον φούρνο. Ο  γαλακτωματοποιητής αυτός όμως περιέχει φώσφορο που προσκολλάται στον σίδηρο και επίσης εμποδίζει την αφομοίωσή του.
Πόλεμος και ειρήνη
Αρχίζοντας από αρκετά πιο... ψηλά, αξίζει να αναφέρουμε ότι ένα αστέρι που λάμπει όπως ο Ηλιος βρίσκει την απαιτούμενη ενέργεια με τη σύντηξη των πυρήνων των ελαφρύτερων ατόμων. Αρχίζοντας από το υδρογόνο που συντήκεται εύκολα και δίνει το βαρύτερο ήλιο, οι συντήξεις προχωρούν, αλλά με ενέργεια που ολοένα ελαττώνεται. Ετσι προκύπτουν διαδοχικά άνθρακας, οξυγόνο, νέον, μαγνήσιο, πυρίτιο και τελικά σίδηρος. Το άτομο του σιδήρου όμως διαθέτει τον πιο συμπαγή πυρήνα που υπάρχει, άρα δεν έχει περιθώριο για άλλες συντήξεις και αυτές να αποδίδουν ενέργεια. Πιο παραστατικά διατυπωμένο αυτό σημαίνει ότι ο σιδερένιος πυρήνας σε μια τέτοια διαδικασία είναι πλέον η στάχτη. Και η συνέχεια παρ' όλα αυτά είναι μια υπέρλαμπρη έκρηξη, διότι ο πυρήνας συρρικνώνεται, ο φλοιός καταρρέει και ένα αντίθετο ωστικό κύμα από το κέντρο προς την περιφέρεια δίνει ένα υπερφωτεινό τέλος στο αστέρι που εξάντλησε τις πηγές του.
Ο σίδηρος, αν λάβουμε υπόψη τον σιδερένιο σφαιρικό πυρήνα διαμέτρου 7.000 χιλιομέτρων του πλανήτη μας, που είναι και η αιτία για την ύπαρξη του μαγνητικού πεδίου της Γης, θεωρείται το πιο διαδεδομένο στοιχείο στη γήινη σφαίρα, ενώ χωρίς τον πυρήνα, συγκριτικά με τα άλλα στοιχεία, κατέχει την τέταρτη θέση στον φλοιό της Γης και την έκτη στο Σύμπαν. Προφανώς είναι ένα από τα πιο χρήσιμα στοιχεία. Διότι, πέρα από τη χρήση του στις μεταλλικές κατασκευές, είναι και ο καταλύτης σε δύο από τις κυριότερες βιομηχανικές παρασκευές χρήσιμων ενώσεων. Είναι δηλαδή ο ενδιάμεσος για να παίρνουμε το άζωτο από τον αέρα και να φτιάχνουμε αμμωνία και λιπάσματα (μέθοδος Haber-Bosch), και από το μείγμα υδρογόνου και μονοξειδίου του άνθρακα (syngas) με τη μέθοδο Fischer-Tropsch παράγεται συνθετικό πετρέλαιο και καύσιμο αέριο (με πυκνότητα όμως τη μισή από αυτήν του φυσικού αερίου).Ο χάλυβας είναι σίδηρος που έχει μια μικρή πρόσμειξη άνθρακα, γύρω στο 1%, ενώ ο χυτοσίδηρος, που τον λένε και μαντέμι (στα τουρκικά μαντέν, με νι, σημαίνει το μέταλλο), είναι η πιο... ταπεινή μορφή σιδήρου, όπου εκεί δεν έχει γίνει προσπάθεια να ενισχυθεί η αντοχή του με άνθρακα.
Απορίες λογικές και μη
Ο Αρης είναι «κόκκινος» γιατί έχει σίδηρο, δηλαδή το φεγγάρι που είναι «άσπρο» να υποθέσουμε πως δεν έχει;
Ναι, να το υποθέσετε, σύμφωνα και με τη Θεωρία της Μεγάλης Σύγκρουσης, η οποία διατυπώθηκε το 1974 και άργησε τουλάχιστον μία δεκαετία να γίνει αποδεκτή. Σύμφωνα με αυτήν κάπου μεταξύ 70 και 110 εκατομμυρίων ετών μετά τον σχηματισμό του Ηλίου συγκρούεται η Γη με ένα άλλο περιφερόμενο σώμα με διάμετρο περίπου τη μισή από αυτήν του πλανήτη Αρη. Η σφοδρή σύγκρουση δίνει αποτελέσματα (βλ. www.youtube.com/watch?v=ibV4MdN5wo0): Ο σιδερένιος πυρήνας του άλλου σώματος θερμαίνεται αρκετά ώστε να ρευστοποιηθεί και να γίνει ένα με τον σιδερένιο πυρήνα της Γης και ένα μέρος από τα πετρώδους σύστασης θραύσματα της Γης και του άλλου σώματος δημιουργεί τη Σελήνη που μένει αιχμάλωτη του πεδίου βαρύτητας του πλανήτη μας. Γι' αυτό δεν υπάρχει σίδηρος στο υπέδαφος της Σελήνης.
Γιατί πυρακτώνουν το σίδερο και μετά το βουτούν απότομα στο κρύο νερό;
Αυτό είναι το λεγόμενο «βάψιμο» του χάλυβα. Οταν θερμαίνεται ο σίδηρος σε θερμοκρασίες μεταξύ 912 και 1.394 βαθμών Κελσίου, αλλάζει η κρυσταλλική δομή του. Αντί δηλαδή να αποτελείται από μικροσκοπικούς κύβους με άτομα σιδήρου στις γωνίες αλλά και στο κέντρο (κυβικό χωροκεντρικό, BCC), γίνεται κύβος που έχει άτομα σιδήρου και στο κέντρο κάθε πλευράς, αλλά όχι πια στο κέντρο του κύβου (κυβικό εδροκεντρικό, FCC). Σε αυτή την κατάσταση μπορεί να διπλασιαστεί σχεδόν η ποσότητα διαλελυμένου άνθρακα που φωλιάζει μέσα στην κρυσταλλική δομή του σιδήρου, φθάνοντας και στο 2% στους 1.146 βαθμούς, οπότε μετά, με την απότομη ψύξη, μένουν εκεί και τα άτομα άνθρακα, σε αδυναμία να... αποδράσουν, δημιουργώντας μια κρυσταλλική κατάσταση που δίνει μακροσκοπικά ένα πολύ σκληρό υλικό κατάλληλο για εργαλεία και άλλες απαιτητικές εργασίες.
Γιατί ο σίδηρος είναι καλός μαγνήτης;
Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται όταν έχουμε την κίνηση ηλεκτρικών φορτίων. Στην περίπτωση των ατόμων, τα ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα συμπεριφέρονται σαν μικροί μαγνήτες που περιφέρονται σε συγκεκριμένες τροχιές γύρω από τον πυρήνα και παρουσιάζουν στη μία πλευρά βόρειο και στην άλλη νότιο πόλο, κάτι δηλαδή αντίστοιχο με το θετικό και αρνητικό φορτίο αλλά διαφορετικής φύσης (πόλος από τη λατινική λέξη polus, που σημαίνει άκρο μιας ράβδου). Στις εσωτερικές στιβάδες οι μαγνήτες αυτοί είναι συζευγμένοι, δηλαδή φτιάχνουν ζευγάρια που αλληλοεξουδετερώνονται μαγνητικά κατά κάποιον τρόπο (σαν να έχεις βάλει δύο πεταλόσχημους μαγνήτες να «κολλήσουν» οι αντίθετοι πόλοι τους). Στην εξώτερη στιβάδα όμως υπάρχουν τέσσερα ηλεκτρόνια ασύζευκτα. Αν ένας μαγνήτης βρεθεί κοντά σε ένα κομμάτι σίδερο, προσανατολίζει τα περισσότερα άτομα του σιδήρου προς μια κατεύθυνση και έτσι μαγνητίζει αυτό το κομμάτι. Μάλιστα όταν ο μαγνήτης απομακρυνθεί, ο μαζικός αυτός προσανατολισμός δεν χάνεται. Ανάλογες ιδιότητες με τον σίδηρο έχουν το νικέλιο και το κοβάλτιο, τα οποία ονομάζονται σιδηρομαγνητικά υλικά.http://www.tovima.gr