לברזל מבנה גבישי קובייתי ממורכז גוף או קובייתי ממורכז פאה. ברזל טהור שאינו מעורב בפחמן הוא חומר רך וקל לריקוע, אולם אפילו כמות קטנה של פחמן (אשר מעורב בברזל בתהליך הפקתו) גורמת עליה ניכרת בחוזק ובקשיות. סגסוגת של ברזל ופחמן ביחסים שונים (הקרויות פלדה) מאפשרות קבלת שילובים שונים של חוזק, גמישות וקשיות.
ברזל בטמפרטורות נמוכות מ-770 מעלות צלזיוס הוא חומר פרומגנטי – הוא נמשך לקטבים של מגנט ויכול להתמגנט בעצמו. בנוכחות שדה מגנטי חיצוני, נוצר בתוך ברזל שדה מגנטי פנימי חזק יותר. תכונה זו שימושית לבניית אלקטרומגנטים ושנאים, בהם השדה המגנטי מוכל ברובו בתוך ליבת ברזל המעוצבת בצורה הרצויה.
ברזל מגיב עם חמצן, בעיקר בנוכחות מים, בתהליך שיתוך (קורוזיה) היוצר תערובת של תרכובות ברזל המוכרת בשם חלודה. בניגוד למתכות אחרות שהתחמוצות שלהן יוצרות שכבת מגן (פסיבציה) העוצרת את תהליך השיתוך, חלודה היא רכה יותר ובעלת צפיפות נמוכה יותר מהברזל ממנו היא נוצרת. כתוצאה מכך החלודה נוטה לפרק את הברזל ולהתקלף ממנו, תוך חשיפת שכבה חדשה של ברזל לחמצן ולמים, כך שתהליך החלודה יכול להמשיך ואף להתגבר, עד להפיכת כל הברזל לתחמוצת. ניתן לעכב את התפשטות החלודה על ידי צביעה בצבע אטום למים, או ציפוי במתכת אחרת כגון אבץ (תהליך הקרוי גלוון מאפשר יצירת שכבה אחידה של ציפוי). בסגסוגת של פלדה עם כרום (פלדת אל-חלד המוכרת גם בשם המסחרי נירוסטה) מתאפשרת פסיבציה המונעת החלדה של הברזל.
יוני ברזל.
קיימות ארבע צורות (מצבי חמצון) של יוני ברזל:
על מנת להבין מדוע הצורות ברזל (II) ו-ברזל (III) הן הצורות היציבות יותר יש צורך להסתכל על קונפגורציית האלקטרונים באורביטלות היון. הברזל במצבו הנייטרלי הוא בעל 26 אלקטרונים הפרוסים על פני האורביטלות בקונפיגורציה של: formula_3. כאשר מייננים אטום, האלקטרונים נלקחים מהרמה הגבוהה ביותר. במקרה זה מארוביטלת 4s. לכן קונפיגורציה בה אין בכלל רמה 4 היא יציבה יחסית. במצב של ברזל II בדיוק שני אלקטרונים נלקחים ומתירים את רמה 4 ריקה. במקרה של ברזל III האורביטלים לא רק שרמה 4 מבוטלת אלא גם יש בדיוק מילוי של חצי מאורביטלת d. דבר המקנה גם הוא יציבות יחסית.
הברזל נוטה ליצור קשרים יוניים עם אל-מתכות וקשרים מתכתיים עם מתכות ויכול ליצור קשר קוולנטי בצורת יון מורכב.
הברזל בייצורים חיים.
לברזל חשיבות עליונה בביולוגיה; הוא חומר חיוני לרוב היצורים החיים. הברזל נמצא בעיקר באתר הפעיל של כמה אנזימים וחלבונים חשובים כמרכיב בתרכובת האורגנית הם.
בבעלי חיים נמצא הברזל בהמוגלובין, החלבון נושא החמצן בכדוריות הדם האדומות אשר בדם ובמיוגלובין הנושא חמצן מהדם לשרירים. החמצן הנקלט בריאות נקשר באופן ישיר אל אטום הברזל, ומועבר באמצעות הדם אל כל תאי הגוף. חוסר ברזל בגוף (עקב תזונה לקויה או מחלה) עלול לגרום לאנמיה. בכל היצורים האווירניים מצוי הברזל במרכזו של החלבון ציטוכרום, חלבון מרכזי בתהליך הנשימה התאית. לברזל חשיבות גם למחזור התא, להפיכה של ריבונוקלאוטידים (המרכיב את ה-RNA) לדאוקסיריבונוקלאוטיד (המרכיב את ה-DNA).
בגוף האדם הבוגר יש בין ארבעה לחמישה גרם של ברזל. כ-65 אחוזים בהמוגלובין, 4–5 אחוזים במיוגלובין, כאחוז אחד במרכיבים שונים של חמצון תוך-תאי, כעשירית האחוז מחובר לחלבון טרנספרין וכ־15–30 אחוזים מאוכסנים בתאי כבד ובמערכת הרטיקולואנדותלית. ברזל מאוחסן בתאים בפריטין או בהמוסידרין (Hemosiderin).
תזונה.
ברזל הוא מרכיב תזונה חשוב לגוף, כמות נמוכה מדי של ברזל גורמת לאנמיה – ירידה בכמות ההמוגלובין בתאי הדם האדומים, כמו גם לירידה במספר תאי הדם האדומים. דבר זה מוביל לירידת כמות החמצן שמגיע לרקמות בגוף ולתפקוד פחות טוב של רקמות אלה. גם כמות גדולה מדי של ברזל עלולה להיות מסוכנת לבריאות.
בממוצע, הכמות היומית המומלצת לגבר בוגר היא 8.7 מיליגרם ולאישה בגיל הפוריות 14.8 מיליגרם. נשים בתקופת הפוריות צריכות כמות גדולה יותר של ברזל מגברים, משום שהן מאבדות דם בווסת.
הברזל מצוי הן במזונות צמחיים ובמזונות שמקורם בבעלי חיים.
במזונות מן הצומח מצוי הברזל בקטניות, כמו שעועית, אפונה, פול, חמצה, עדשים; מוצרי סויה (כמו טופו, חלב סויה ועוד), אגוזים, טחינה, ברוקולי, אבוקדו, פירות יבשים; קינואה, דבשה, בורגול ושמרי בירה; ומזון מדגנים מלאים כמו לחם מלא.
במזונות מן החי מצוי הברזל בבשר אדום, בדגים, ובבשר עוף. כבד הוא מקור עשיר לברזל.
קפה ותה מכילים תרכובות פוליפנול שעלולות להקשות על ספיגת הברזל בגוף, לכן מומלץ למי שחושש ממחסור בברזל להימנע משתייתם בזמן הארוחה או עד חצי שעה לאחריה. ויטמין C מסייע לגוף לספוג ברזל, ולכן אכילת ירקות כמו כרוב ניצנים, פטרוזיליה, ברוקולי, פלפל או כרוב הקלח בזמן הארוחה או אכילת פירות כמו תפוז, תות שדה או פפאיה לקינוח עשויות לסייע לספיגת הברזל בגוף.
מחסור בברזל.
מחסור בברזל יכול לגרום לתופעות כגון נשירת שיער, שבירת ציפורניים, עייפות, דיכאון, חרדה ועוד.
מעת לעת במסגרת מעקב רפואי יישלח מטופל לביצוע בדיקות דם, ובנוסף לרמות ההמוגלובין, ייבדקו גם רמות ה-iron (ברזל זמין), פריטין וטראנספרין (Transferrin, מאגרי הברזל ויכולת ניודו).
תורמי דם נמצאים בסיכון מיוחד של רמות ברזל נמוכות בדם. לכן מתבצעת בדיקת המוגלובין למבקשים לתרום דם. רמת ההמוגלובין צריכה להיות לפחות 12 גרם לדציליטר לאישה, ו-13 גרם לדציליטר לגבר. אם הרמה נמוכה יותר, לא לוקחים תרומת דם מאותו אדם.
עודף ברזל.
קליטת ברזל בגוף מווסתת בדרך כלל בזמן העיכול. לגוף אין תהליך לפליטת ברזל ולכן הדרך לוויסות כמות הברזל בגוף היא בקרה על קליטתו.
עודף ברזל בגוף יכול לגרום למחלות כמו המוכרומטוזיס שבה כמות רבה של ברזל נאגרת באיברים. תופעה זו עלולה להתרחש אצל אנשים שבקרת קליטת הברזל שלהם אינה תקינה, בדרך כלל כתוצאה מפגם גנטי תורשתי. מעריכים ששכיחות התופעה היא כ-0.3% עד 0.5% מהאוכלוסייה אצל אנשים לבנים. לכן עדיף להימנע מנטילת תוספי מזון המכילים ברזל ללא המלצת רופא.
היסטוריה.
תקופת הברזל החלה לפני כשלושת אלפים שנה, כשהאדם גילה את הברזל ותכונותיו. הוא השתמש בברזל לייצור כלים שונים (כמו חוד של חנית) ומאוחר יותר למד להפיק פלדה, שהיא סגסוגת של ברזל ופחמן (אחוז הפחמן 0.02%–2.06%) ולפעמים עם מתכות שונות נוספות, כגון כרום או ניקל.
בהודו השתמשו בברזל כבר בשנת 2500 לפנה"ס. סדרת הפסלים המפורסמת "אשוקה פילאר" ליד דלהי עשויה מברזל נקי למדי (98%) שלא החליד או נשחק עד היום. בין השנים 3000–2000 לפנה"ס, גדלו מספר החפצים העשויים ברזל (המקור ככל הנראה בברזל ממטאור) במסופוטמיה, השימושים היו טקסיים וברזל היה מתכת יקרה מאוד, אפילו יותר מזהב. באיליאדה, מתואר שכלי נשק היו עשויים מארד, אבל השתמשו במטילי ברזל בסחר. מספר מקורות מציעים שברזל היה מופק באותו זמן כתוצר נלווה לזיקוק נחושת.
בין השנים 1600–1200 לפנה"ס, גבר השימוש בברזל במזרח התיכון אבל הוא לא החליף את הארד. בין המאה ה-10 לפנה"ס למאה ה-12 לפנה"ס הייתה מגמה להחליף כלי ארד לכלי ברזל במזרח התיכון. באותו זמן התגלתה טכניקת הפחמון (או קרבוניזציה, שבה מעלים את אחוז הפחמן במתכת) שבעזרתה אנשי המזרח התיכון ייצרו ברזל חזק בהרבה ופחות שביר.
חוק האבל
חוק האבל או חוק האבל-למטר הוא חוק באסטרופיזיקה ובקוסמולוגיה הקשור לקצב ההתפשטות של היקום, בהתאם לתאוריית המפץ הגדול. ערכו של קבוע האבל, כפי שנמדד על ידי טלסקופ החלל פלאנק של סוכנות החלל האירופית ופורסם ב-21 במרץ 2013 הוא 67.11 קילומטר לשנייה, למיליון פרסק. על פי זה מחושב גיל היקום ל-13.819 מיליארד שנים.
החוק קרוי על-שמו של האסטרונום אדווין האבל שעל פי תצפיותיו בגלקסיות רחוקות בסוף שנות העשרים של המאה ה-20 התברר כי היקום מתפשט. האבל זיהה בספקטרום של גלקסיות רחוקות הסחה לאדום המלמדת על התרחקותן מאיתנו, אם נניח שהיא נובעת ממתיחת אורכי הגל של גלים אלקטרומגנטיים העושים את דרכם מהן אלינו במרחב מתפשט. האבל אסף נתונים המראים שזוהי תופעה כללית, שממנה נובע על פי הפרשנות המקובלת כי כמעט כל הגלקסיות הנצפות אכן מתרחקות מגלקסיית שביל החלב. יתרה מזו, הוא גילה כי מהירות ההתרחקות עומדת ביחס ישר למרחקה של הגלקסיה מאיתנו. גלקסיה רחוקה פי שניים מתרחקת במהירות גדולה פי שניים; גלקסיה רחוקה פי עשרה מתרחקת במהירות גדולה פי עשרה.
ונדי פרידמן הובילה צוות של 30 אסטרונומים שמטרתו הייתה לחשב את קבוע האבל. ב-2001 הם פרסמו את תוצאת המחקר לחישוב האבל עם מרווח טעות של 10%. ב-2017 צוות ברשות אדם ריס מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס עדכן את קבוע האבל ל-73 עם מרווח טעות של 2.4% בלבד.
היחס בין מהירות ההתרחקות לבין המרחק הוא קבוע האבל. לפי נתוני לוויין המחקר WMAP, ערכו של הקבוע המסומן באות formula_1 הוא 0.8 ± 69.32 ק"מ לשנייה, למיליון פרסק. דהיינו, גלקסיה המרוחקת מאתנו כמאה מיליון פארסק, או 326 מיליון שנות אור בקירוב, מתרחקת מאתנו במהירות של 6,932 ק"מ לשנייה. המרת הקבוע ליחידות זמן נותנת בקירוב טוב 1 חלקי 14 מיליארד שנה, קרוב לגיל היקום המוערך היום ב-13.82 מיליארד שנה.
הקושי בהערכת הקבוע נובע מהקושי להעריך את מרחקה האמיתי של גלקסיה מאיתנו. הערכות כאלה מבוססות על עוצמת הקרינה של הגלקסיה ושל עצמים בולטים בתוכה, כגון משתנים קפאידיים וסופרנובות. כמו כן קשה להעריך את חלקן היחסי של הסחות דופלר הנובעות מתנועות פקולריות (תנועות של גלקסיות בהשפעת כוחות כבידה מקומיים) בתוך ההסחה לאדום הנמדדת.