لوہا
لوہا (پراکرت) یا آہَن (فارسی) (انگریزی: Iron) (عربی:حديد) ایک کیمیائی عنصر ہے جس کی علامت Fe (لاطینی: ferrum) ہے۔ اِس کا جوہری عدد 26 ہے۔ یہ دوری جدول میں آٹھویں گروہ اور دورِ چہارم کا عنصر ہے۔ یہ چند لوہ مقناطیسی (ferromagnetic) عناصر میں سے ایک ہے۔
لوہا بلحاظ وزن سیارہ زمین پر سب سے زیادہ پائے جانے والا عنصر ہے اورقشر ارض یعنی زمین کی بیرونی تہ میں یہ چوتھے نمبر پر سب سے زیادہ مقدار میں موجود ہے۔ یہ ایک سستی ترین دھات ہے مگر دنیا میں صنعتی انقلاب کا سبب یہ دو معدنیات ہیں 1۔ لوہا 2۔ کوئلہ۔ ان دونوں دھاتوں کے سبب لا تعداد مشینیں تیار کی گئیں جن کے باعث انسان نے دن دوگنی اور رات چوگنی ترقی کی۔ آج شائد ہی کوئی مشین ہو جس میں لوہا شامل نہ ہو۔
یہ زمین کے بیرونی اور اندرونی کور کا زیادہ تر حصہ بناتا ہے۔ یہ زمین کی پرت میں چوتھا سب سے زیادہ عام عنصر ہے، جو بنیادی طور پر اس کی دھاتی حالت میں meteorites کے ذریعے جمع کیا جاتا ہے، اس کی کچدھاتیں بھی وہاں پائی جاتی ہیں۔ لوہے کی کچدھاتوں سے قابل استعمال دھات کو نکالنے کے لیے بھٹیوں کی ضرورت ہوتی ہے جو 1,500 ڈگری سینٹی گریڈ (2,730 فارن ہائیٹ) یا اس سے زیادہ تک پہنچنے کی صلاحیت رکھتی ہوں اور یہ تانبے کو گلانے کے لیے درکار درجہ حرارت سے تقریباً 500 ڈگری سینٹی گریڈ (932 ڈگری فارن ہائیٹ) زیادہ ہے۔
انسانوں نے یوریشیا میں دوسری صدی قبل مسیح کے دوران اس عمل میں مہارت حاصل کرنا شروع کی اور لوہے کے اوزاروں اور ہتھیاروں کے استعمال نے 1200 قبل مسیح کے قریب صرف کچھ علاقوں میں، تانبے کے مرکبات کی جگہ لینا شروع کی۔ اس کو کانسی کے دور سے منتقلی سمجھا جاتا ہے۔ جدید دنیا میں، لوہے کی مصنوعات، جیسے فولاد، سٹین لیس سٹیل، خام لوہا اور خصوصی سٹیل، اپنی مشینی خصوصیات اور کم قیمت کی وجہ سے اب تک کی سب سے عام صنعتی دھاتیں ہیں۔ اس لیے لوہے اور فولاد کی صنعت اقتصادی طور پر بہت اہم ہے اور لوہا سب سے سستی دھات ہے، جس کی قیمت چند ڈالر فی کلوگرام یا پاؤنڈ ہے۔
ہموار خالص لوہے کی سطحیں آئینے کی طرح چاندی کی رنگ کی ہوتی ہیں۔ لوہا آکسیجن اور پانی کے ساتھ آسانی سے تعامل کرکے بھورے سے سیاہ رنگ کا ہائیڈریٹڈ آئرن آکسائیڈ بناتا ہے، جسے عام طور پر زنگ کہا جاتا ہے۔ کچھ دیگر دھاتوں کے آکسائیڈ کے برعکس جو پرتیں بناتی ہیں، زنگ دھات کے اصل حجم سے زیادہ پر قبضہ کرتا ہے اور اس طرح جھڑتا ہے اور تعامل کے لیے زیادہ تازہ سطحوں کو بے نقاب کرتا ہے۔ اعلیٰ خاصیت والا لوہا (مثلاً برق پاشیدگی سے بننے والا لوہا) تعامل کے خلاف زیادہ مزاحم ہوتا ہے۔ ایک بالغ انسان کے جسم میں تقریباً 4 گرام (جسمانی وزن کا 0.005 فیصد) لوہا ہوتا ہے، جو زیادہ تر ہیموگلوبن اور مایوگلوبن کی شکل میں ہوتا ہے۔ یہ دونوں پروٹین ریڑھ کی ہڈی کے میٹابولزم میں بالترتیب خون کے ذریعے آکسیجن کی نقل و حمل اور پٹھوں میں آکسیجن ذخیرہ کرنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ ضروری سطحوں کو برقرار رکھنے کے لیے، انسانوں میں میٹابولزم کو خوراک میں کم از کم لوہے کی ضرورت ہوتی ہے۔ لوہا بہت سے اہم تکسیدی خامروں کی فعال جگہ کی بھی دھات ہے جو سیلولر سانس لینے اور پودوں اور جانوروں میں آکسیڈیشن میں کمی سے متعلق ہے۔ کیمیاوی طور پر، لوہے کی سب سے عام آکسائیڈ حالتیں آئرن (II) اور آئرن (III) ہیں۔ آئرن دیگر منتقلی دھاتوں کی بہت سی خصوصیات کا اشتراک کرتا ہے، بشمول دیگر گروپ 8 عناصر، روتھینیم اور اوسمیم۔ آئرن آکسیڈیشن حالتوں کی ایک وسیع رینج −4 سے +7 میں مرکبات بناتا ہے۔ آئرن بہت سے کوآرڈینیشن مرکبات بھی بناتا ہے۔ ان میں سے کچھ، جیسے فیروسین، فیریوکسیلیٹ اور پرشین بلیو میں کافی صنعتی، طبی یا تحقیقی ایپلی کیشنز ہیں۔
خاص طور پر، آئرن سب سے زیادہ جوہری نمبر کا عنصر ہے جو حرارت زا تعامل، مرکزائی ترکیب میں بنایا جا سکتا ہے۔
فطرت میں اصل اور وقوع
دھات کی حالت میں لوہا زمین کی سطح پر شاذ و نادر ہی پایا جاتا ہے۔ تاہم، زمین کا اندرونی اور بیرونی دونوں حصے، جو پوری زمین کے کمیت کا 35 فیصد بنتا ہے، کے بارے میں خیال کیا جاتا ہے کہ وہ زیادہ تر لوہے کے مرکبات پر مشتمل ہے۔
زمین پر گرنے والے شہابیوں کا لوہا، زمین کی سطح پر قدرتی دھاتی لوہے کی اہم شکل ہے۔ شہابی لوہے سے بنی اشیاء مختلف آثار قدیمہ کے مقامات پر اس وقت سے پائی گئی ہیں جب لوہے کی کچدھات کو پگھلا کر خام لوہا بنانے کا عمل ابھی تک شروع نہیں ہوا تھا۔ گرین لینڈ میں انوئٹ لوگوں کے بارے میں بتایا جاتا ہے کہ وہ کیپ یارک شہابیے سے حاصل شدہ لوہے کو اوزاروں اور شکار کے ہتھیار بنانے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔ دھات کی شکل میں لوہا بیسالٹس میں بھی شاذ و نادر ہی پایا جاتا ہے جو لاوے سے نکلنے والے میگما سے بنتے ہیں۔ اسے ٹیلورک آئرن کے نام سے جانا جاتا ہے اور اسے چند علاقوں میں ہی استعمال کیا جاتا ہے، جیسے کہ مغربی گرین لینڈ میں ڈسکو جزیرہ، روس میں یاکوتیا اور جرمنی میں بُہل۔
لوہا زمین پر سب سے زیادہ وافر عنصر ہے، اس میں سے زیادہ تر لوہا زمین کی اندرونی اور بیرونی پرتوں میں مرتکز ہوتا ہے۔ لوہے کا وہ حصہ جو زمین کی پرت میں ہے صرف قشر کی مجموعی کمیت کا تقریباً پانچ فیصد ہے اور اس طرح اس پرت میں, آکسیجن، سلیکان اور ایلومینیم کے بعد، چوتھا سب سے زیادہ وافر عنصر ہے۔ قشر ارض میں زیادہ تر لوہا مختلف دیگر عناصر کے ساتھ مل کر لوہے کی بہت سی کچدھاتیں بناتا ہے۔ ایک اہم طبقہ آئرن آکسائیڈ کچدھاتوں کا ہے جیسے ہیمیٹائٹ، میگنیٹائٹ اور سائیڈرائٹ، جو لوہے کی بڑی کچدھاتیں ہیں۔
لوہے کے بڑے ذخائر بینڈڈ آئرن فارمیشنز، ایک قسم کی چٹان جس میں آئرن آکسائیڈ باریک تہوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ بینڈڈ آئرن فارمیشن 3,700 ملین سال پہلے اور 1,800 ملین سال پہلے کے درمیان کے وقت میں بنی تھیں۔ باریک پسا ہوا لوہے کا آکسائیڈ یا ہائیڈرو آکسائیڈ پر مشتمل مواد، جیسے کہ اوچر، قبل از تاریخی زمانے سے ہی پیلے، سرخ اور بھورے رنگ روغن کے طور پر استعمال ہوتا رہا ہے۔ وہ مختلف چٹانوں اور مٹی کے رنگ میں بھی حصہ ڈالتے ہیں، بشمول اوریگون میں پینٹڈ ہلز اور بنٹسنڈسٹین ("رنگین سینڈ اسٹون"، برطانوی بنٹر) جیسی تمام ارضیاتی تشکیلات میں۔ برطانیہ اور جرمنی میں باتھ اسٹون لوہے کے مرکبات بہت سی تاریخی عمارتوں اور مجسموں کے زرد رنگ کے لیے ذمہ دار ہیں۔ مریخ کی سطح کا سرخ رنگ لوہے کے آکسائیڈ سے ماخوذ ہے۔
آئرن سلفائیڈ معدنی پائرائٹ (FeS2) میں آئرن کی نمایاں مقدار پائی جاتی ہے، لیکن اس سے لوہا نکالنا مشکل ہے اور اس لیے اس کا فائدہ نہیں اٹھایا جاتا۔ درحقیقت، لوہا اتنا عام ہے کہ پیداوار عام طور پر صرف کچدھاتوں پر مرکوز ہوتی ہے جس کی بہت زیادہ مقدار ہوتی ہے۔ بین الاقوامی وسائل پینل کی میٹل اسٹاکس ان سوسائٹی کی رپورٹ کے مطابق، معاشرے میں استعمال ہونے والے لوہے کا عالمی ذخیرہ 2,200 کلوگرام فی کس ہے، جبکہ ترقی یافتہ ممالک میں یہ مقدار 14000 ہزار کلوگرام فی کس تک جا پہنچتی ہے۔
لوہے اور سٹیل کی پیداوار
آج کل، لوہے یا سٹیل کی صنعتی پیداوار دو اہم مراحل پر مشتمل ہے۔ پہلے مرحلے میں، خام لوہے, ہیمیٹائٹ Fe2O3, کو بلاسٹ فرنس میں کوک کے ساتھ ملاکر گرم کیا جاتا ہے، اس طرح آکسائیڈ دھات سے آکسیجن الگ ہوجاتی ہے اور لوہا دھاتی حالت میں آجاتا ہے۔ پگھلی ہوئی دھات کو مجموعی نجاست جیسے سلیکیٹ کے مرکبات سے الگ کیا جاتا ہے۔ اس مرحلے سے ایک آمیزہ بنتا ہے جسے پگ آئرن کہا جاتا ہے، جس میں نسبتاً بڑی مقدار میں کاربن ہوتا ہے۔ دوسرے مرحلے میں، پگ آئرن میں کاربن کی مقدار کو عمل تکسید کے ذریعے کم کیا جاتا ہے تاکہ خام لوہا یا فولاد حاصل کیا جا سکے۔ اس مرحلے پر دیگر دھاتوں کو ملا کر فولاد بنانے کے لیے شامل کیا جا سکتا ہے۔
بلاسٹ فرنس کا عمل
بلاسٹ فرنس لوہے کی کچ دھاتوں، عام طور پر ہیمیٹائٹ Fe2O3 یا میگنیٹائٹ Fe3O4، کوک (کوئلہ جو دیگر اجزاء کو ہٹانے کے لیے الگ سے پکایا گیا ہے) اور چونے کے پتھر یا ڈولومائٹ کے ڈلوں سے بھری جاتی ہے۔ کوک کی کاربن کو کاربن مونو آکسائیڈ میں تبدیل کرنے کے لیے کافی مقدار میں، 900 ڈگری سینٹی گریڈ پر (کبھی کبھی آکسیجن کی افزودگی کے ساتھ) پہلے سے گرم شدہ ہوا کے ذریعے بھٹی کے مواد کو "بلاسٹ" کیا جاتا ہے:
2C+O2⟶2CO
یہ تعامل درجہ حرارت کو تقریباً 2000 ڈگری سینٹی گریڈ تک بڑھاتا ہے۔ کاربن مونو آکسائیڈ، لوہے کے آکسائیڈ کو کو دھاتی لوہے میں تبدیل کر دیتی ہے؛
Fe2O3+3CO⟶2Fe+3CO2
بھٹی کے نچلے حصے میں اعلی درجہ حرارت کے ساتھ، کچھ لوہا براہ راست کوک کے ساتھ تعامل کرتا ہے؛
2Fe2O3+3C⟶4Fe+3CO2
بہاؤ کچدھات میں سے سلیکیٹ مرکبات کو الگ کردیتا ہے۔ بھٹی کی گرمی کاربونیٹ کو کیلشیم آکسائیڈ میں تبدیل کر دیتی ہے، جو کسی بھی اضافی سلیکا کے ساتھ تعامل کر کے کیلشیم سلیکیٹ CaSiO3 یا دیگر مصنوعات پر مشتمل سلیگ بناتی ہے۔ بھٹی کے درجہ حرارت پر، دھات اور سلیگ دونوں پگھلے ہوئے ہوتے ہیں۔ وہ نچلے حصے میں دو ناقابل تسخیر مائع تہوں، جس میں سلیگ اوپر والے تہ میں ہوتا ہے، کے طور پر جمع ہوتے ہیں، جو پھر آسانی سے الگ کردیے جاتے ہیں۔ سلیگ کو سڑک کی تعمیر میں مواد، سلیگ سیمنٹ کی تیاری یا زراعت کے لیے معدنی ناقص مٹی کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔