لوله ۲ اینچ آهن (/ˈaɪərn/) یک عنصر شیمیایی با نماد Fe (از لاتین: ferrum) و عدد اتمی 26 است. فلزی است که متعلق به اولین سری انتقال و گروه 8 جدول تناوبی است. از نظر جرم، رایج ترین عنصر روی زمین است، درست در مقابل اکسیژن (به ترتیب 1/32 و 1/30 درصد)، که بخش اعظم هسته بیرونی و درونی زمین را تشکیل می دهد. این عنصر چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین است. در حالت فلزی خود، آهن در پوسته زمین نادر است و عمدتاً به رسوب توسط شهاب سنگ ها محدود می شود. در مقابل، سنگ‌های آهن از فراوان‌ترین سنگ‌ها در پوسته زمین هستند، اگرچه استخراج فلز قابل استفاده از آنها به کوره‌ها یا کوره‌هایی نیاز دارد که قادر به رسیدن به دمای ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد (۲۷۳۰ درجه فارنهایت) یا بالاتر، حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد (۹۳۲ درجه فارنهایت) بالاتر هستند. از آنچه برای ذوب مس لازم است. انسانها در هزاره دوم قبل از میلاد در اوراسیا بر این فرآیند تسلط یافتند و استفاده از ابزار و سلاح آهن برای جابجایی آلیاژهای مس در برخی مناطق تنها حدود 1200 سال قبل از میلاد آغاز شد. آن رویداد گذار از عصر برنز به عصر آهن در نظر گرفته می شود. در دنیای مدرن، آلیاژهای آهن مانند فولاد، فولاد ضد زنگ، چدن و فولادهای مخصوص، به دلیل خواص مکانیکی و هزینه کم، رایج ترین فلزات صنعتی هستند. بنابراین صنعت آهن و فولاد از نظر اقتصادی بسیار مهم است و آهن با قیمت چند دلار در هر کیلوگرم یا هر پوند ارزان‌ترین فلز است. سطوح آهن خالص بکر و صاف به رنگ خاکستری نقره ای آینه مانند است. با این حال، آهن به آسانی با اکسیژن و آب واکنش می دهد و اکسیدهای آهن هیدراته قهوه ای به سیاه می دهد که معمولاً به عنوان زنگ شناخته می شود. برخلاف اکسیدهای برخی فلزات دیگر که لایه‌های غیرفعال را تشکیل می‌دهند،مشخصات آلوتروپ ها مقاله اصلی: آلوتروپ های آهن حجم مولی در برابر فشار برای آهن α در دمای اتاق حداقل چهار آلوتروپ آهن (آرایش اتم های متفاوت در جامد) شناخته شده است که به طور معمول α، γ، δ و ε نشان داده می شوند. نمودار فاز کم فشار آهن خالص سه شکل اول در فشارهای معمولی مشاهده می شوند. همانطور که آهن مذاب از نقطه انجماد خود 1538 درجه سانتیگراد سرد می شود، به آلوتروپ δ خود متبلور می شود که دارای ساختار کریستالی مکعبی (bcc) است. با سرد شدن بیشتر تا 1394 درجه سانتیگراد، به آلوتروپ آهن γ، ساختار کریستالی مکعبی (fcc) و یا آستنیت تغییر می کند. در دمای 912 درجه سانتی گراد و پایین تر، ساختار کریستالی دوباره به آلوتروپ bcc α-آهن تبدیل می شود. خواص فیزیکی آهن در فشارها و دماهای بسیار بالا نیز به دلیل ارتباط آنها با نظریه های مربوط به هسته های زمین و سایر سیارات به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. بالاتر از تقریباً 10 گیگا پاسکال و دمای چند صد کلوین یا کمتر، آهن α به ساختار بسته بندی بسته شش ضلعی دیگری (hcp) تغییر می کند که به آهن ε نیز معروف است. فاز γ با دمای بالاتر نیز به آهن ε تغییر می کند، اما در فشار بالاتر این کار را انجام می دهد. برخی شواهد تجربی بحث برانگیز برای فاز β پایدار در فشارهای بالاتر از 50 گیگا پاسکال و دمای حداقل 1500 کلوین وجود دارد. فرض بر این است که ساختار hcp اورتومبیک یا دوگانه داشته باشد. (به طور گیج کننده ای، اصطلاح "آهن β" گاهی اوقات برای اشاره به آهن α در بالای نقطه کوری خود نیز استفاده می شود، زمانی که از فرومغناطیسی به پارامغناطیس تبدیل می شود، حتی اگر ساختار بلوری آن تغییر نکرده باشد. هسته داخلی زمین معمولاً از یک آلیاژ آهن نیکل با ساختار ε (یا β) تشکیل شده است. نقطه ذوب و جوش نقطه ذوب و جوش آهن، همراه با آنتالپی اتمیزه شدن آن، کمتر از عناصر سه بعدی قبلی از اسکاندیم تا کروم است، که نشان دهنده سهم کمتر الکترون های سه بعدی در پیوندهای فلزی است، زیرا آنها بیشتر و بیشتر به درون بی اثر جذب می شوند. هسته توسط هسته؛ با این حال، آنها بالاتر از مقادیر عنصر قبلی منگنز هستند، زیرا آن عنصر دارای یک لایه فرعی سه بعدی نیمه پر است و در نتیجه الکترون های d آن به راحتی جابجا نمی شوند. این روند مشابه برای روتنیوم ظاهر می شود اما نه برای اوسمیم. نقطه ذوب آهن از نظر تجربی برای فشارهای کمتر از 50 گیگا پاسکال به خوبی تعریف شده است. برای فشارهای بیشتر، داده های منتشر شده (تا سال 2007) هنوز ده ها گیگا پاسکال و بیش از هزار کلوین متفاوت است. خواص مغناطیسی منحنی های مغناطیسی 9 ماده فرومغناطیسی که اشباع را نشان می دهد. 1. ورق فولاد، 2. فولاد سیلیکونی، 3. فولاد ریخته گری، 4. فولاد تنگستن، 5. فولاد آهنربایی، 6. چدن، 7. نیکل، 8. کبالت، 9. مگنتیت زیر نقطه کوری 770 درجه سانتی گراد (1420 درجه فارنهایت؛ 1040 کلوین)، آهن α از پارامغناطیس به فرومغناطیسی تغییر می کند: اسپین های دو الکترون جفت نشده در هر اتم به طور کلی با اسپین های همسایه های خود همسو می شوند و یک میدان مغناطیسی کلی ایجاد می کنند. . این به این دلیل اتفاق می‌افتد که اوربیتال‌های آن دو الکترون (dz2 و dx2-y2) به سمت اتم‌های همسایه در شبکه اشاره نمی‌کنند و بنابراین در پیوند فلزی دخالت ندارند. در غیاب منبع خارجی میدان مغناطیسی، اتم ها به طور خود به خود به حوزه های مغناطیسی، حدود 10 میکرومتر تقسیم می شوند، به طوری که اتم های هر حوزه دارای اسپین های موازی هستند، اما برخی از حوزه ها جهت گیری های دیگری دارند. بنابراین یک قطعه آهن ماکروسکوپی دارای میدان مغناطیسی کلی تقریباً صفر خواهد بود. اعمال میدان مغناطیسی خارجی باعث می‌شود که حوزه‌هایی که در یک جهت کلی مغناطیسی شده‌اند به قیمت دامنه‌های مجاور که در جهت‌های دیگر قرار دارند رشد کنند و میدان خارجی را تقویت کنند. این اثر در دستگاه‌هایی که برای انجام عملکرد طراحی نیاز به کانال‌کشی میدان‌های مغناطیسی دارند، مانند ترانسفورماتورهای الکتریکی، سرهای ضبط مغناطیسی و موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود. ناخالصی‌ها، عیوب شبکه، یا مرزهای دانه و ذرات می‌توانند دامنه‌ها را در موقعیت‌های جدید «سنج» کنند، به طوری که اثر حتی پس از حذف میدان خارجی باقی می‌ماند - بنابراین جسم آهنی را به یک آهنربای (دائمی) تبدیل می‌کند. رفتار مشابهی توسط برخی از ترکیبات آهن، مانند فریت ها از جمله مگنتیت معدنی، شکل کریستالی اکسید مخلوط آهن (II,III) Fe3O4 نشان داده می شود (اگرچه مکانیسم مقیاس اتمی، فریمغناطیس، تا حدودی متفاوت است). قطعات مگنتیت با خاصیت مغناطیسی دائمی طبیعی (لودستون ها) اولین قطب نماها را برای ناوبری فراهم کردند. ذرات مگنتیت به طور گسترده در رسانه‌های ضبط مغناطیسی مانند حافظه‌های هسته، نوارهای مغناطیسی، فلاپی‌ها و دیسک‌ها استفاده می‌شد تا اینکه با مواد مبتنی بر کبالت جایگزین شدند. ایزوتوپ ها مقاله اصلی: ایزوتوپ های آهن آهن دارای چهار ایزوتوپ پایدار است: 54Fe (5.845% آهن طبیعی)، 56Fe (91.754%)، 57Fe (2.119%) و 58Fe (0.282%). 20-30 ایزوتوپ مصنوعی نیز ساخته شده است. از بین این ایزوتوپ‌های پایدار، تنها 57Fe دارای اسپین هسته‌ای است (1⁄2-). نوکلید 54Fe از نظر تئوری می تواند تحت جذب الکترون دو برابر تا 54Cr باشد، اما این فرآیند هرگز مشاهده نشده است و تنها یک حد پایین تر در نیمه عمر 3.1×1022 سال ایجاد شده است. 60Fe یک رادیونوکلئید منقرض شده با نیمه عمر طولانی (2.6 میلیون سال) است. روی زمین یافت نمی‌شود، اما محصول نهایی فروپاشی آن نوه‌اش، هسته‌ی پایدار 60Ni است. بسیاری از کارهای گذشته در مورد ترکیب ایزوتوپی آهن بر روی سنتز هسته 60 Fe از طریق مطالعات شهاب سنگ ها و تشکیل سنگ معدن متمرکز شده است. در دهه گذشته، پیشرفت‌ها در طیف‌سنجی جرمی امکان تشخیص و تعیین کمیت تغییرات طبیعی در نسبت‌های ایزوتوپ‌های پایدار آهن را فراهم کرده است. بسیاری از این کار توسط زمین و جوامع علوم سیاره ای هدایت می شود، اگرچه برنامه های کاربردی برای سیستم های بیولوژیکی و صنعتی در حال ظهور هستند. در مراحل شهاب‌سنگ‌های Semarkona و Chervony Kut، همبستگی بین غلظت 60Ni، نوه 60Fe، و فراوانی ایزوتوپ‌های آهن پایدار، شواهدی مبنی بر وجود 60Fe در زمان شکل‌گیری منظومه شمسی ارائه کرد. احتمالاً انرژی آزاد شده توسط فروپاشی 60Fe، همراه با انرژی آزاد شده توسط 26Al، در ذوب مجدد و تمایز سیارک ها پس از تشکیل آنها در 4.6 میلیارد سال پیش نقش داشته است. فراوانی 60Ni موجود در مواد فرازمینی ممکن است بینش بیشتری در مورد منشا و تاریخ اولیه منظومه شمسی به ارمغان بیاورد. فراوان‌ترین ایزوتوپ آهن 56Fe مورد توجه دانشمندان هسته‌ای است، زیرا نشان‌دهنده رایج‌ترین نقطه پایانی سنتز هسته است. از آنجایی که 56Ni (14 ذره آلفا) در فرآیند آلفا در واکنش‌های هسته‌ای در ابرنواخترها به راحتی از هسته‌های سبک‌تر تولید می‌شود (به فرآیند سوزاندن سیلیکون مراجعه کنید)، این نقطه پایانی زنجیره‌های همجوشی درون ستارگان بسیار پرجرم است، زیرا افزودن یک ذره آلفای دیگر، منجر به 60 Zn، به انرژی بسیار بیشتری نیاز دارد. این 56Ni که نیمه عمری در حدود 6 روز دارد، به مقدار کمی در این ستارگان ایجاد می شود، اما به زودی با دو گسیل متوالی پوزیترون در محصولات واپاشی ابرنواختری در ابر گازی باقیمانده ابرنواختر، ابتدا به 56Co رادیواکتیو و سپس به حالت پایدار تجزیه می شود. 56 Fe. به این ترتیب، آهن فراوان‌ترین عنصر در هسته غول‌های قرمز است و فراوان‌ترین فلز در شهاب‌سنگ‌های آهنی و در هسته‌های فلزی متراکم سیاراتی مانند زمین است. همچنین در جهان، نسبت به پیدایش و پیدایش در طبیعت کیهان زایی فراوانی آهن در سیارات سنگی مانند زمین به دلیل تولید فراوان آن در طی همجوشی و انفجار ابرنواخترهای نوع Ia است که آهن را در فضا پراکنده می کند. آهن فلزی یک قطعه صیقلی و حکاکی شده شیمیایی از یک شهاب سنگ آهنی، که تصور می‌شود از نظر ترکیبی شبیه به هسته فلزی زمین است و کریستال‌های منفرد آلیاژ آهن نیکل را نشان می‌دهد (الگوی Widmanstatten) آهن فلزی یا بومی به ندرت در سطح زمین یافت می شود زیرا تمایل به اکسید شدن دارد. با این حال، اعتقاد بر این است که هر دو هسته داخلی و خارجی زمین، که 35٪ از جرم کل زمین را تشکیل می دهند، عمدتا از یک آلیاژ آهن، احتمالا با نیکل تشکیل شده است. اعتقاد بر این است که جریان های الکتریکی در هسته بیرونی مایع منشا میدان مغناطیسی زمین هستند. اعتقاد بر این است که سایر سیارات زمینی (عطارد، زهره و مریخ) و همچنین ماه دارای یک هسته فلزی هستند که عمدتاً از آهن تشکیل شده است. همچنین اعتقاد بر این است که سیارک‌های نوع M تا حدی یا بیشتر از آلیاژ آهن فلزی ساخته شده‌اند. شهاب سنگ های آهنی کمیاب شکل اصلی آهن فلزی طبیعی در سطح زمین هستند. اقلام ساخته شده از آهن شهاب سنگی سرد کار شده در سایت های باستان شناسی مختلف پیدا شده است که مربوط به زمانی است که ذوب آهن هنوز توسعه نیافته بود. و اینویت ها در گرینلند گزارش شده اند که از آهن شهاب سنگ کیپ یورک برای ابزار و سلاح های شکار استفاده می کنند. حدود 1 در 20 شهاب سنگ از مواد معدنی منحصر به فرد آهن نیکل تانیت (35 تا 80 درصد آهن) و کاماسیت (90 تا 95 درصد آهن) تشکیل شده است. آهن بومی نیز به ندرت در بازالت هایی که از ماگماهایی که در تماس با ماگمایی هستند یافت می شود. سنگ‌های رسوبی غنی از کربن، که فوگاسیته اکسیژن را به اندازه کافی برای بلور شدن آهن کاهش داده‌اند. این آهن به عنوان آهن تلوریک شناخته می شود و از چند محل توصیف شده است، مانند جزیره دیسکو در گرینلند غربی، یاکوتیا در روسیه و بوهل در آلمان.سایر پایدارها بسیار رایج است. فلزات تقریباً هم وزن اتمی. آهن ششمین عنصر فراوان در سازمان ملل است ترکیبات دوتایی اکسیدها و هیدروکسیدها اکسید آهن یا آهن (II)، FeO اکسید آهن یا آهن (III) Fe2O3 اکسید فروزوفریک یا آهن (II، III) Fe3O4 آهن ترکیبات مختلف اکسید و هیدروکسید را تشکیل می دهد. رایج ترین آنها اکسید آهن (II، III) (Fe3O4) و اکسید آهن (III) (Fe2O3) هستند. اکسید آهن (II) نیز وجود دارد، اگرچه در دمای اتاق ناپایدار است. علیرغم نام آنها، آنها در واقع همه ترکیبات غیر استوکیومتری هستند که ترکیبات آنها ممکن است متفاوت باشد. آنها همچنین در تولید فریت ها، رسانه های ذخیره مغناطیسی مفید در رایانه ها و رنگدانه ها استفاده می شوند. شناخته شده ترین سولفید آهن پیریت (FeS2) است که به دلیل درخشش طلایی آن به طلای احمق نیز معروف است.[55] این یک ترکیب آهن (IV) نیست، اما در واقع یک پلی سولفید آهن (II) حاوی Fe2+ و S2- است. 2 یون در ساختار کلرید سدیم تحریف شده. نمودار پوربایکس آهن هالیدها مقداری پودر زرد قناری، بیشتر به صورت توده، روی شیشه ساعت آزمایشگاهی می نشیند. کلرید آهن هیدراته (III) (کلرید آهن) هالیدهای دوتایی آهن و آهن به خوبی شناخته شده اند. هالیدهای آهنی معمولاً از تصفیه فلز آهن با اسید هیدروهالیک مربوطه برای تولید نمک های هیدراته مربوطه به وجود می آیند. Fe + 2 HX → FeX2 + H2 (X = F، Cl، Br، I) آهن با فلوئور، کلر و برم واکنش می دهد و هالیدهای آهن مربوطه را می دهد که کلرید آهن رایج ترین است. 2 Fe + 3 X2 → 2 FeX3 (X = F، Cl، Br) یدید آهن یک استثنا است که از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است به دلیل قدرت اکسید کننده Fe3+ و قدرت کاهشی بالای I-: 2 I− + 2 Fe3+ → I2 + 2 Fe2+ (E0 = +0.23 V) یدید آهن، یک جامد سیاه رنگ، در شرایط معمولی پایدار نیست، اما می تواند از طریق واکنش پنتاکاربونیل آهن با ید و مونوکسید کربن در حضور هگزان و نور در دمای 20- درجه سانتی گراد، بدون اکسیژن و آب تهیه شود. مجتمع های یدید آهن با برخی از پایه های نرم به عنوان ترکیبات پایدار شناخته شده اند. شیمی محلول مقایسه رنگ محلول های فرات (چپ) و پرمنگنات (راست) پتانسیل کاهش استاندارد در محلول های آبی اسیدی برای برخی از یون های رایج آهن در زیر آورده شده است: Fe2+ + 2 e− ⇌ Fe E0 = -0.447 V Fe3+ + 3 e− ⇌ Fe E0 = -0.037 V FeO2- 4 + 8 H+ + 3 e− ⇌ Fe3+ + 4 H2O E0 = +2.20 ولت آنیون فرات (VI) چهار وجهی قرمز-بنفش یک عامل اکسید کننده قوی است که نیتروژن و آمونیاک را در دمای اتاق و حتی خود آب را در محلول های اسیدی یا خنثی اکسید می کند: 4 FeO2- 4 + 10 ساعت 2O → 4 Fe3+ + 20 OH- + 3 O2 یون Fe3+ شیمی کاتیونی ساده ای دارد، اگرچه یون هگزاکو بنفش کم رنگ [Fe(H2O)6]3+ به آسانی هنگامی که PH بالاتر از 0 افزایش می یابد، به صورت زیر هیدرولیز می شود: [Fe(H2O)6]3+⇌ [Fe(H2O)5(OH)]2+ + H+K = 10-3.05 مول dm-3 [Fe(H2O)5(OH)]2+⇌ [Fe(H2O)4(OH)2]+ + H+K = 10-3.26 مول dm-3 2[Fe(H2O)6]3+ ⇌ [Fe(H2O)4(OH)] 4+ 2 + 2H+ + 2H2O K = 10-2.91 مول dm-3 هپتاهیدرات سولفات آهن (II) سبز آبی با افزایش pH از 0، گونه‌های هیدرولیز شده زرد رنگ بالا تشکیل می‌شوند و با بالا رفتن آن از 2 تا 3، اکسید آهن آبدار (III) قهوه‌ای مایل به قرمز از محلول رسوب می‌کند. اگرچه Fe3+ دارای پیکربندی d5 است، اما طیف جذب آن مانند Mn2+ با باندهای d-d ضعیف و ممنوعه از چرخش آن نیست، زیرا Fe3+ بار مثبت بالاتری دارد و پلاریزه‌تر است و انرژی بار لیگاند به فلز را کاهش می‌دهد. جذب های انتقالی بنابراین، تمام کمپلکس‌های فوق به‌جز یون هگزاکو، دارای طیفی است که با انتقال بار در ناحیه نزدیک به فرابنفش تسلط دارد. از سوی دیگر، یون هگزاکوئو (II) آهن سبز کم رنگ [Fe(H2O)6] 2+ تحت هیدرولیز قابل ملاحظه ای قرار نمی گیرد. هنگامی که آنیون های کربنات اضافه می شوند، دی اکسید کربن تکامل نمی یابد، که در عوض منجر به رسوب کربنات آهن سفید (II) می شود. در دی اکسید کربن اضافی، بی کربنات کمی محلول را تشکیل می دهد که معمولاً در آب های زیرزمینی وجود دارد، اما به سرعت در هوا اکسید می شود و اکسید آهن (III) را تشکیل می دهد که رسوبات قهوه ای موجود در تعداد قابل توجهی از جریان ها را تشکیل می دهد. ترکیبات هماهنگی آهن به دلیل ساختار الکترونیکی خود دارای هماهنگی و شیمی آلی فلزی بسیار زیادی است. دو انانتیومورف یون فریوکسالات بسیاری از ترکیبات هماهنگ کننده آهن شناخته شده است. یک آنیون شش مختصات معمولی هگزاکلروفرات (III)، [FeCl6] 3- است که در نمک مخلوط تتراکیس (متیل آمونیوم) هگزا کلروفرات (III) کلرید یافت می شود. کمپلکس هایی با لیگاندهای دوگانه چندگانه ایزومرهای هندسی دارند.
لوله ۲ اینچ آهن (/ˈaɪərn/) یک عنصر شیمیایی با نماد Fe (از لاتین: ferrum) و عدد اتمی 26 است. فلزی است که متعلق به اولین سری انتقال و گروه 8 جدول تناوبی است. از نظر جرم، رایج ترین عنصر روی زمین است، درست در مقابل اکسیژن (به ترتیب 1/32 و 1/30 درصد)، که بخش اعظم هسته بیرونی و درونی زمین را تشکیل می دهد. این عنصر چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین است. در حالت فلزی خود، آهن در پوسته زمین نادر است و عمدتاً به رسوب توسط شهاب سنگ ها محدود می شود. در مقابل، سنگ‌های آهن از فراوان‌ترین سنگ‌ها در پوسته زمین هستند، اگرچه استخراج فلز قابل استفاده از آنها به کوره‌ها یا کوره‌هایی نیاز دارد که قادر به رسیدن به دمای ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد (۲۷۳۰ درجه فارنهایت) یا بالاتر، حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد (۹۳۲ درجه فارنهایت) بالاتر هستند. از آنچه برای ذوب مس لازم است. انسانها در هزاره دوم قبل از میلاد در اوراسیا بر این فرآیند تسلط یافتند و استفاده از ابزار و سلاح آهن برای جابجایی آلیاژهای مس در برخی مناطق تنها حدود 1200 سال قبل از میلاد آغاز شد. آن رویداد گذار از عصر برنز به عصر آهن در نظر گرفته می شود. در دنیای مدرن، آلیاژهای آهن مانند فولاد، فولاد ضد زنگ، چدن و فولادهای مخصوص، به دلیل خواص مکانیکی و هزینه کم، رایج ترین فلزات صنعتی هستند. بنابراین صنعت آهن و فولاد از نظر اقتصادی بسیار مهم است و آهن با قیمت چند دلار در هر کیلوگرم یا هر پوند ارزان‌ترین فلز است. سطوح آهن خالص بکر و صاف به رنگ خاکستری نقره ای آینه مانند است. با این حال، آهن به آسانی با اکسیژن و آب واکنش می دهد و اکسیدهای آهن هیدراته قهوه ای به سیاه می دهد که معمولاً به عنوان زنگ شناخته می شود. برخلاف اکسیدهای برخی فلزات دیگر که لایه‌های غیرفعال را تشکیل می‌دهند،مشخصات آلوتروپ ها مقاله اصلی: آلوتروپ های آهن حجم مولی در برابر فشار برای آهن α در دمای اتاق حداقل چهار آلوتروپ آهن (آرایش اتم های متفاوت در جامد) شناخته شده است که به طور معمول α، γ، δ و ε نشان داده می شوند. نمودار فاز کم فشار آهن خالص سه شکل اول در فشارهای معمولی مشاهده می شوند. همانطور که آهن مذاب از نقطه انجماد خود 1538 درجه سانتیگراد سرد می شود، به آلوتروپ δ خود متبلور می شود که دارای ساختار کریستالی مکعبی (bcc) است. با سرد شدن بیشتر تا 1394 درجه سانتیگراد، به آلوتروپ آهن γ، ساختار کریستالی مکعبی (fcc) و یا آستنیت تغییر می کند. در دمای 912 درجه سانتی گراد و پایین تر، ساختار کریستالی دوباره به آلوتروپ bcc α-آهن تبدیل می شود. خواص فیزیکی آهن در فشارها و دماهای بسیار بالا نیز به دلیل ارتباط آنها با نظریه های مربوط به هسته های زمین و سایر سیارات به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. بالاتر از تقریباً 10 گیگا پاسکال و دمای چند صد کلوین یا کمتر، آهن α به ساختار بسته بندی بسته شش ضلعی دیگری (hcp) تغییر می کند که به آهن ε نیز معروف است. فاز γ با دمای بالاتر نیز به آهن ε تغییر می کند، اما در فشار بالاتر این کار را انجام می دهد. برخی شواهد تجربی بحث برانگیز برای فاز β پایدار در فشارهای بالاتر از 50 گیگا پاسکال و دمای حداقل 1500 کلوین وجود دارد. فرض بر این است که ساختار hcp اورتومبیک یا دوگانه داشته باشد. (به طور گیج کننده ای، اصطلاح "آهن β" گاهی اوقات برای اشاره به آهن α در بالای نقطه کوری خود نیز استفاده می شود، زمانی که از فرومغناطیسی به پارامغناطیس تبدیل می شود، حتی اگر ساختار بلوری آن تغییر نکرده باشد. هسته داخلی زمین معمولاً از یک آلیاژ آهن نیکل با ساختار ε (یا β) تشکیل شده است. نقطه ذوب و جوش نقطه ذوب و جوش آهن، همراه با آنتالپی اتمیزه شدن آن، کمتر از عناصر سه بعدی قبلی از اسکاندیم تا کروم است، که نشان دهنده سهم کمتر الکترون های سه بعدی در پیوندهای فلزی است، زیرا آنها بیشتر و بیشتر به درون بی اثر جذب می شوند. هسته توسط هسته؛ با این حال، آنها بالاتر از مقادیر عنصر قبلی منگنز هستند، زیرا آن عنصر دارای یک لایه فرعی سه بعدی نیمه پر است و در نتیجه الکترون های d آن به راحتی جابجا نمی شوند. این روند مشابه برای روتنیوم ظاهر می شود اما نه برای اوسمیم. نقطه ذوب آهن از نظر تجربی برای فشارهای کمتر از 50 گیگا پاسکال به خوبی تعریف شده است. برای فشارهای بیشتر، داده های منتشر شده (تا سال 2007) هنوز ده ها گیگا پاسکال و بیش از هزار کلوین متفاوت است. خواص مغناطیسی منحنی های مغناطیسی 9 ماده فرومغناطیسی که اشباع را نشان می دهد. 1. ورق فولاد، 2. فولاد سیلیکونی، 3. فولاد ریخته گری، 4. فولاد تنگستن، 5. فولاد آهنربایی، 6. چدن، 7. نیکل، 8. کبالت، 9. مگنتیت زیر نقطه کوری 770 درجه سانتی گراد (1420 درجه فارنهایت؛ 1040 کلوین)، آهن α از پارامغناطیس به فرومغناطیسی تغییر می کند: اسپین های دو الکترون جفت نشده در هر اتم به طور کلی با اسپین های همسایه های خود همسو می شوند و یک میدان مغناطیسی کلی ایجاد می کنند. . این به این دلیل اتفاق می‌افتد که اوربیتال‌های آن دو الکترون (dz2 و dx2-y2) به سمت اتم‌های همسایه در شبکه اشاره نمی‌کنند و بنابراین در پیوند فلزی دخالت ندارند. در غیاب منبع خارجی میدان مغناطیسی، اتم ها به طور خود به خود به حوزه های مغناطیسی، حدود 10 میکرومتر تقسیم می شوند، به طوری که اتم های هر حوزه دارای اسپین های موازی هستند، اما برخی از حوزه ها جهت گیری های دیگری دارند. بنابراین یک قطعه آهن ماکروسکوپی دارای میدان مغناطیسی کلی تقریباً صفر خواهد بود. اعمال میدان مغناطیسی خارجی باعث می‌شود که حوزه‌هایی که در یک جهت کلی مغناطیسی شده‌اند به قیمت دامنه‌های مجاور که در جهت‌های دیگر قرار دارند رشد کنند و میدان خارجی را تقویت کنند. این اثر در دستگاه‌هایی که برای انجام عملکرد طراحی نیاز به کانال‌کشی میدان‌های مغناطیسی دارند، مانند ترانسفورماتورهای الکتریکی، سرهای ضبط مغناطیسی و موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود. ناخالصی‌ها، عیوب شبکه، یا مرزهای دانه و ذرات می‌توانند دامنه‌ها را در موقعیت‌های جدید «سنج» کنند، به طوری که اثر حتی پس از حذف میدان خارجی باقی می‌ماند - بنابراین جسم آهنی را به یک آهنربای (دائمی) تبدیل می‌کند. رفتار مشابهی توسط برخی از ترکیبات آهن، مانند فریت ها از جمله مگنتیت معدنی، شکل کریستالی اکسید مخلوط آهن (II,III) Fe3O4 نشان داده می شود (اگرچه مکانیسم مقیاس اتمی، فریمغناطیس، تا حدودی متفاوت است). قطعات مگنتیت با خاصیت مغناطیسی دائمی طبیعی (لودستون ها) اولین قطب نماها را برای ناوبری فراهم کردند. ذرات مگنتیت به طور گسترده در رسانه‌های ضبط مغناطیسی مانند حافظه‌های هسته، نوارهای مغناطیسی، فلاپی‌ها و دیسک‌ها استفاده می‌شد تا اینکه با مواد مبتنی بر کبالت جایگزین شدند. ایزوتوپ ها مقاله اصلی: ایزوتوپ های آهن آهن دارای چهار ایزوتوپ پایدار است: 54Fe (5.845% آهن طبیعی)، 56Fe (91.754%)، 57Fe (2.119%) و 58Fe (0.282%). 20-30 ایزوتوپ مصنوعی نیز ساخته شده است. از بین این ایزوتوپ‌های پایدار، تنها 57Fe دارای اسپین هسته‌ای است (1⁄2-). نوکلید 54Fe از نظر تئوری می تواند تحت جذب الکترون دو برابر تا 54Cr باشد، اما این فرآیند هرگز مشاهده نشده است و تنها یک حد پایین تر در نیمه عمر 3.1×1022 سال ایجاد شده است. 60Fe یک رادیونوکلئید منقرض شده با نیمه عمر طولانی (2.6 میلیون سال) است. روی زمین یافت نمی‌شود، اما محصول نهایی فروپاشی آن نوه‌اش، هسته‌ی پایدار 60Ni است. بسیاری از کارهای گذشته در مورد ترکیب ایزوتوپی آهن بر روی سنتز هسته 60 Fe از طریق مطالعات شهاب سنگ ها و تشکیل سنگ معدن متمرکز شده است. در دهه گذشته، پیشرفت‌ها در طیف‌سنجی جرمی امکان تشخیص و تعیین کمیت تغییرات طبیعی در نسبت‌های ایزوتوپ‌های پایدار آهن را فراهم کرده است. بسیاری از این کار توسط زمین و جوامع علوم سیاره ای هدایت می شود، اگرچه برنامه های کاربردی برای سیستم های بیولوژیکی و صنعتی در حال ظهور هستند. در مراحل شهاب‌سنگ‌های Semarkona و Chervony Kut، همبستگی بین غلظت 60Ni، نوه 60Fe، و فراوانی ایزوتوپ‌های آهن پایدار، شواهدی مبنی بر وجود 60Fe در زمان شکل‌گیری منظومه شمسی ارائه کرد. احتمالاً انرژی آزاد شده توسط فروپاشی 60Fe، همراه با انرژی آزاد شده توسط 26Al، در ذوب مجدد و تمایز سیارک ها پس از تشکیل آنها در 4.6 میلیارد سال پیش نقش داشته است. فراوانی 60Ni موجود در مواد فرازمینی ممکن است بینش بیشتری در مورد منشا و تاریخ اولیه منظومه شمسی به ارمغان بیاورد. فراوان‌ترین ایزوتوپ آهن 56Fe مورد توجه دانشمندان هسته‌ای است، زیرا نشان‌دهنده رایج‌ترین نقطه پایانی سنتز هسته است. از آنجایی که 56Ni (14 ذره آلفا) در فرآیند آلفا در واکنش‌های هسته‌ای در ابرنواخترها به راحتی از هسته‌های سبک‌تر تولید می‌شود (به فرآیند سوزاندن سیلیکون مراجعه کنید)، این نقطه پایانی زنجیره‌های همجوشی درون ستارگان بسیار پرجرم است، زیرا افزودن یک ذره آلفای دیگر، منجر به 60 Zn، به انرژی بسیار بیشتری نیاز دارد. این 56Ni که نیمه عمری در حدود 6 روز دارد، به مقدار کمی در این ستارگان ایجاد می شود، اما به زودی با دو گسیل متوالی پوزیترون در محصولات واپاشی ابرنواختری در ابر گازی باقیمانده ابرنواختر، ابتدا به 56Co رادیواکتیو و سپس به حالت پایدار تجزیه می شود. 56 Fe. به این ترتیب، آهن فراوان‌ترین عنصر در هسته غول‌های قرمز است و فراوان‌ترین فلز در شهاب‌سنگ‌های آهنی و در هسته‌های فلزی متراکم سیاراتی مانند زمین است. همچنین در جهان، نسبت به پیدایش و پیدایش در طبیعت کیهان زایی فراوانی آهن در سیارات سنگی مانند زمین به دلیل تولید فراوان آن در طی همجوشی و انفجار ابرنواخترهای نوع Ia است که آهن را در فضا پراکنده می کند. آهن فلزی یک قطعه صیقلی و حکاکی شده شیمیایی از یک شهاب سنگ آهنی، که تصور می‌شود از نظر ترکیبی شبیه به هسته فلزی زمین است و کریستال‌های منفرد آلیاژ آهن نیکل را نشان می‌دهد (الگوی Widmanstatten) آهن فلزی یا بومی به ندرت در سطح زمین یافت می شود زیرا تمایل به اکسید شدن دارد. با این حال، اعتقاد بر این است که هر دو هسته داخلی و خارجی زمین، که 35٪ از جرم کل زمین را تشکیل می دهند، عمدتا از یک آلیاژ آهن، احتمالا با نیکل تشکیل شده است. اعتقاد بر این است که جریان های الکتریکی در هسته بیرونی مایع منشا میدان مغناطیسی زمین هستند. اعتقاد بر این است که سایر سیارات زمینی (عطارد، زهره و مریخ) و همچنین ماه دارای یک هسته فلزی هستند که عمدتاً از آهن تشکیل شده است. همچنین اعتقاد بر این است که سیارک‌های نوع M تا حدی یا بیشتر از آلیاژ آهن فلزی ساخته شده‌اند. شهاب سنگ های آهنی کمیاب شکل اصلی آهن فلزی طبیعی در سطح زمین هستند. اقلام ساخته شده از آهن شهاب سنگی سرد کار شده در سایت های باستان شناسی مختلف پیدا شده است که مربوط به زمانی است که ذوب آهن هنوز توسعه نیافته بود. و اینویت ها در گرینلند گزارش شده اند که از آهن شهاب سنگ کیپ یورک برای ابزار و سلاح های شکار استفاده می کنند. حدود 1 در 20 شهاب سنگ از مواد معدنی منحصر به فرد آهن نیکل تانیت (35 تا 80 درصد آهن) و کاماسیت (90 تا 95 درصد آهن) تشکیل شده است. آهن بومی نیز به ندرت در بازالت هایی که از ماگماهایی که در تماس با ماگمایی هستند یافت می شود. سنگ‌های رسوبی غنی از کربن، که فوگاسیته اکسیژن را به اندازه کافی برای بلور شدن آهن کاهش داده‌اند. این آهن به عنوان آهن تلوریک شناخته می شود و از چند محل توصیف شده است، مانند جزیره دیسکو در گرینلند غربی، یاکوتیا در روسیه و بوهل در آلمان.سایر پایدارها بسیار رایج است. فلزات تقریباً هم وزن اتمی. آهن ششمین عنصر فراوان در سازمان ملل است ترکیبات دوتایی اکسیدها و هیدروکسیدها اکسید آهن یا آهن (II)، FeO اکسید آهن یا آهن (III) Fe2O3 اکسید فروزوفریک یا آهن (II، III) Fe3O4 آهن ترکیبات مختلف اکسید و هیدروکسید را تشکیل می دهد. رایج ترین آنها اکسید آهن (II، III) (Fe3O4) و اکسید آهن (III) (Fe2O3) هستند. اکسید آهن (II) نیز وجود دارد، اگرچه در دمای اتاق ناپایدار است. علیرغم نام آنها، آنها در واقع همه ترکیبات غیر استوکیومتری هستند که ترکیبات آنها ممکن است متفاوت باشد. آنها همچنین در تولید فریت ها، رسانه های ذخیره مغناطیسی مفید در رایانه ها و رنگدانه ها استفاده می شوند. شناخته شده ترین سولفید آهن پیریت (FeS2) است که به دلیل درخشش طلایی آن به طلای احمق نیز معروف است.[55] این یک ترکیب آهن (IV) نیست، اما در واقع یک پلی سولفید آهن (II) حاوی Fe2+ و S2- است. 2 یون در ساختار کلرید سدیم تحریف شده. نمودار پوربایکس آهن هالیدها مقداری پودر زرد قناری، بیشتر به صورت توده، روی شیشه ساعت آزمایشگاهی می نشیند. کلرید آهن هیدراته (III) (کلرید آهن) هالیدهای دوتایی آهن و آهن به خوبی شناخته شده اند. هالیدهای آهنی معمولاً از تصفیه فلز آهن با اسید هیدروهالیک مربوطه برای تولید نمک های هیدراته مربوطه به وجود می آیند. Fe + 2 HX → FeX2 + H2 (X = F، Cl، Br، I) آهن با فلوئور، کلر و برم واکنش می دهد و هالیدهای آهن مربوطه را می دهد که کلرید آهن رایج ترین است. 2 Fe + 3 X2 → 2 FeX3 (X = F، Cl، Br) یدید آهن یک استثنا است که از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است به دلیل قدرت اکسید کننده Fe3+ و قدرت کاهشی بالای I-: 2 I− + 2 Fe3+ → I2 + 2 Fe2+ (E0 = +0.23 V) یدید آهن، یک جامد سیاه رنگ، در شرایط معمولی پایدار نیست، اما می تواند از طریق واکنش پنتاکاربونیل آهن با ید و مونوکسید کربن در حضور هگزان و نور در دمای 20- درجه سانتی گراد، بدون اکسیژن و آب تهیه شود. مجتمع های یدید آهن با برخی از پایه های نرم به عنوان ترکیبات پایدار شناخته شده اند. شیمی محلول مقایسه رنگ محلول های فرات (چپ) و پرمنگنات (راست) پتانسیل کاهش استاندارد در محلول های آبی اسیدی برای برخی از یون های رایج آهن در زیر آورده شده است: Fe2+ + 2 e− ⇌ Fe E0 = -0.447 V Fe3+ + 3 e− ⇌ Fe E0 = -0.037 V FeO2- 4 + 8 H+ + 3 e− ⇌ Fe3+ + 4 H2O E0 = +2.20 ولت آنیون فرات (VI) چهار وجهی قرمز-بنفش یک عامل اکسید کننده قوی است که نیتروژن و آمونیاک را در دمای اتاق و حتی خود آب را در محلول های اسیدی یا خنثی اکسید می کند: 4 FeO2- 4 + 10 ساعت 2O → 4 Fe3+ + 20 OH- + 3 O2 یون Fe3+ شیمی کاتیونی ساده ای دارد، اگرچه یون هگزاکو بنفش کم رنگ [Fe(H2O)6]3+ به آسانی هنگامی که PH بالاتر از 0 افزایش می یابد، به صورت زیر هیدرولیز می شود: [Fe(H2O)6]3+⇌ [Fe(H2O)5(OH)]2+ + H+K = 10-3.05 مول dm-3 [Fe(H2O)5(OH)]2+⇌ [Fe(H2O)4(OH)2]+ + H+K = 10-3.26 مول dm-3 2[Fe(H2O)6]3+ ⇌ [Fe(H2O)4(OH)] 4+ 2 + 2H+ + 2H2O K = 10-2.91 مول dm-3 هپتاهیدرات سولفات آهن (II) سبز آبی با افزایش pH از 0، گونه‌های هیدرولیز شده زرد رنگ بالا تشکیل می‌شوند و با بالا رفتن آن از 2 تا 3، اکسید آهن آبدار (III) قهوه‌ای مایل به قرمز از محلول رسوب می‌کند. اگرچه Fe3+ دارای پیکربندی d5 است، اما طیف جذب آن مانند Mn2+ با باندهای d-d ضعیف و ممنوعه از چرخش آن نیست، زیرا Fe3+ بار مثبت بالاتری دارد و پلاریزه‌تر است و انرژی بار لیگاند به فلز را کاهش می‌دهد. جذب های انتقالی بنابراین، تمام کمپلکس‌های فوق به‌جز یون هگزاکو، دارای طیفی است که با انتقال بار در ناحیه نزدیک به فرابنفش تسلط دارد. از سوی دیگر، یون هگزاکوئو (II) آهن سبز کم رنگ [Fe(H2O)6] 2+ تحت هیدرولیز قابل ملاحظه ای قرار نمی گیرد. هنگامی که آنیون های کربنات اضافه می شوند، دی اکسید کربن تکامل نمی یابد، که در عوض منجر به رسوب کربنات آهن سفید (II) می شود. در دی اکسید کربن اضافی، بی کربنات کمی محلول را تشکیل می دهد که معمولاً در آب های زیرزمینی وجود دارد، اما به سرعت در هوا اکسید می شود و اکسید آهن (III) را تشکیل می دهد که رسوبات قهوه ای موجود در تعداد قابل توجهی از جریان ها را تشکیل می دهد. ترکیبات هماهنگی آهن به دلیل ساختار الکترونیکی خود دارای هماهنگی و شیمی آلی فلزی بسیار زیادی است. دو انانتیومورف یون فریوکسالات بسیاری از ترکیبات هماهنگ کننده آهن شناخته شده است. یک آنیون شش مختصات معمولی هگزاکلروفرات (III)، [FeCl6] 3- است که در نمک مخلوط تتراکیس (متیل آمونیوم) هگزا کلروفرات (III) کلرید یافت می شود. کمپلکس هایی با لیگاندهای دوگانه چندگانه ایزومرهای هندسی دارند.
