Kemične in fizikalne lastnosti železa

Železo je dobro znan kemični element. Nanaša se na povprečje kemijske aktivnosti kovin. V tem članku so opisane lastnosti in aplikacije železa.

Razširjenost v naravi

Obstaja precej veliko mineralov, ki vključujejo ferrum. Najprej je to magnetit. Sedemdeset in dva odstotka železa. Njegova kemična formula je Fe₃O₄. Ta mineral se imenuje tudi magnetna železova ruda. Ima svetlo sivo barvo, včasih s temno sivo, navzdol do črne barve, s kovinskim sijajem. Njena največja vloga med državami CIS je na Uralu.

Naslednji mineral z visoko vsebnostjo železa je hematit - sedemdeset odstotkov tega elementa. Njegova kemična formula je Fe₂O₃. Imenuje se tudi rdeča železova ruda. Ima obarvanost od rdeče-rjave do rdeče-sive barve. Največje polje v CIS je v Krivoju Rogu.

Tretji mineral v vsebnosti feruma je limonit. Tu je železo šestdeset odstotkov celotne mase. To je kristalni hidrat, to pomeni, da so molekule vode prepletene v svojo kristalno mrežo, njegova kemična formula je Fe₂O₃• H₂O. Kot vidite iz imena, ima ta mineral rumenkasto rjavkasta barva, občasno rjava. Je ena od glavnih sestavin naravnega okraja in se uporablja kot pigment. Imenuje se tudi rjava železova ruda. Največja mesta so Krim, Uralski.

V sideritu, tako imenovana železna rudna železa, štirideset osem odstotkov železa. Njegova kemična formula je FeCO₃. Njegova struktura je heterogena in sestoji iz kristalov različnih barv, združenih skupaj: siva, bledo zelena, sivo-rumena, rjavo-rumena itd.

Slednje je naravno prisoten mineral, ki ima visoko vsebnost piromita, pirita. Ima tako kemijsko formulo FeS₂. Železo v njej je štirideset in šest odstotkov celotne mase. Zaradi atomov žvepla ima ta mineral zlate rumene barve.

Mnoge mineralne snovi, ki jih štejemo, se uporabljajo za proizvodnjo čistega železa. Poleg tega se hematit uporablja pri izdelavi nakita iz naravnih kamnov. Vključitve pirita najdemo v okrasih iz lapis lazulija. Poleg tega je v naravi najdeno železo v živih organizmih - to je ena najpomembnejših sestavin celice. Ta mikroelement mora nujno vstopiti v človeško telo v zadostnih količinah. Zdravilne lastnosti železa so v veliki meri posledica dejstva, da je ta kemični element osnova hemoglobina. Zato uporaba feruma dobro vpliva na stanje krvi in ​​posledično celotnega organizma kot celote.

Železo: fizikalne in kemijske lastnosti

Razmislite o dveh velikih odsekih. Fizične lastnosti železo - to je njegov videz, gostota, tališče, itd. To pomeni, vse značilnosti snovi, ki so povezane s fiziko. Kemijske lastnosti železa so njena sposobnost reakcije z drugimi spojinami. Začnimo s prvim.

Fizikalne lastnosti železa

V svoji čisti obliki je v normalnih pogojih trdna snov. Ima srebrno sivo barvo in izrecen kovinski sijaj. Mehanske lastnosti železa vključujejo stopnjo trdote Mohsa. To je enako štiri (povprečno). Železo ima dobro električno prevodnost in toplotno prevodnost. Zadnja značilnost se lahko počuti z dotikom železnega predmeta v hladni sobi. Ker ta material hitro sprošča toploto, v kratkem času odvzame velik del iz vaše kože, zato se počutite hladno. Ko se je, na primer, dotaknil dreves, lahko ugotovimo, da je njegova toplotna prevodnost precej nižja. Fizikalne lastnosti železa so tudi tališča in vrelišča. Prvi je 1539 stopinj Celzija, drugi - 2860 stopinj Celzija. Lahko sklepamo, da značilne lastnosti železa - dobra plastičnost in smodljivost. Toda tudi to ni vse.

Tudi v fizikalnih lastnostih železa je njegov ferromagnetizem. Kaj je to? Železo, katere magnetne lastnosti vsak dan opazimo na praktičnih primerih, je edina kovina, ki ima tako edinstveno značilnost. To je posledica dejstva, da se ta material lahko magnetizira pod vplivom magnetnega polja. In po zaključku zadnjega železa, katerega magnetne lastnosti so pravkar nastale, ostane magnet dolgo časa. Tak pojav je mogoče razložiti z dejstvom, da je v strukturi danega kovine veliko prostih elektronov, ki se lahko premikajo.

Z vidika kemije

Ta element se nanaša na kovine s srednjo aktivnostjo. Toda kemične lastnosti železa so značilne za vse druge kovine (razen tistih, ki so na vodikovi strani v elektrokemijski vrsti). Je sposoben reagirati s številnimi vrstami snovi.

Začnimo s preprostim

Ferrum sodeluje s kilom, dušikom, halogeni (jod, brom, klor, fluor), fosforjem, ogljikom. Prva stvar, ki jo je treba upoštevati, je reakcija s kisikom. Ko gorijo železo, nastanejo njegovi oksidi. Glede na pogoje reakcije in razmerja med obema udeležencema sta lahko različna. Kot primer te vrste interakcije lahko navedemo naslednje reakcijske enačbe: 2Fe + O₂ = 2FeO-4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃- 3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄. Lastnosti železovega oksida (tako fizikalne kot kemične) se lahko spreminjajo, odvisno od njegove raznolikosti. Take reakcije se pojavljajo pri visokih temperaturah.

Naslednja je interakcija z dušikom. Lahko se zgodi tudi pri pogojih ogrevanja. Če vzamemo šest molov železa in en mol dušika, dobimo dva mola železovega nitrida. Reakcijska enačba bo videti tako: 6Fe + N₂ = 2Fe₃N.

Pri interakciji s fosforjem se tvori fosfid. Za izvedbo reakcije so potrebne takšne komponente: trije moli ferrule-1 mol molekule fosforja, kar ima za posledico tvorbo enega molka fosfida. Enačbo lahko zapišemo na naslednji način: 3Fe + P = Fe₃P.

Poleg tega je med reakcijami z enostavnimi snovmi mogoče ločiti interakcijo z žveplom. V tem primeru je mogoče dobiti sulfid. Načelo, s katerim se pojavi proces nastanka te snovi, je podoben tistemu, opisanemu zgoraj. Namreč, reakcija dodajanja poteka. Za vse kemične interakcije te vrste so potrebni posebni pogoji, predvsem visoke temperature, in manj pogosto katalizatorji.

Tudi v kemični industriji so pogosti reakcije med železom in halogeni. To je kloriranje, bromiranje, jodiranje, fluoriranje. Kot že ime reakcij, proces pridružitev železo atomi klora / broma / joda / fluorid, da se tvori klorid / bromida / jodid / fluorid oz. Te snovi se pogosto uporabljajo v različnih panogah. Poleg tega se ferrum lahko kombinira s silicijem pri visokih temperaturah. Zaradi dejstva, da so kemične lastnosti železa raznolike, se pogosto uporablja v kemični industriji.

Ferrum in zapletene snovi

Od preprostih snovi nadaljujemo do tistih, katerih molekule so sestavljene iz dveh ali več različnih kemičnih elementov. Najprej omenimo reakcijo feruma z vodo. Tu se kažejo osnovne lastnosti železa. Ko je voda segreta skupaj z železom, osnovni oksid (tako se imenuje, ker reagira z isto vodo, da tvori hidroksid, z drugimi besedami - osnovo). Torej, če vzamemo en mol obeh komponent se oblikujejo take snovi kot so železo dioksida in vodikovega plina z ostrega vonja - kot v molskih deležih ena proti ena. Enačba te vrste reakcije lahko zapišemo na naslednji način: Fe + H₂O = FeO + H₂. Odvisno od razmerja, v katerem se ti dve komponenti mešata, lahko dobimo di-ali trioksid železa. Obe snovi sta zelo pogosti v kemični industriji in se uporabljajo tudi v mnogih drugih panogah.

S kislinami in solmi

Ker je ferrum levo od vodika v elektrokemijski vrsti kovinske aktivnosti, lahko ta element premakne iz spojin. Primer tega je reakcija substitucije, ki jo je mogoče opaziti, ko železo dodamo kislini. Na primer, če pomešamo v enakih molskih razmerjih železa in sulfata kisline (aka žveplovo) povprečne koncentracije, kot rezultat dobimo železov sulfat (II) in vodika v enakih molskih razmerjih. Enačba za takšno reakcijo bi bila taka: Fe + H₂Tako₄ = FeSO₄ + H₂.

V interakciji s solmi se kažejo redukcijske lastnosti železa. To pomeni, da lahko iz soli izberete manj aktivno kovino. Na primer, če vzamete en mol bakrov sulfat in isto količino železa, železovega (II) sulfata in čistega bakra v istih molskih razmerjih.

Pomen za telo

Eden najpogostejših kemičnih elementov v zemeljski skorji je železo. Lastnosti snovi smo že razmišljali, zdaj smo z njega prišli z biološkega stališča. Ferrum opravlja zelo pomembne funkcije na celični ravni in na ravni celotnega organizma. Najprej je železo osnova beljakovine, kot je hemoglobin. Potrebno je prenašati kisik s krvjo iz pljuč v vsa tkiva, organe, v vsako celico telesa, predvsem na nevron možganov. Zato uporabne lastnosti železa ni mogoče preveč poudariti.

Poleg dejstva, da vpliva na nastanek krvi, je ferrum pomemben tudi za pravilno delovanje ščitnice (za to je potreben ne samo jod, kot nekateri verjamejo). Tudi železo sodeluje pri intracelularnem presnovi, uravnava imuniteto. Še vedno železo v posebej veliki količini je v celicah jeter, saj pomaga nevtralizirati škodljive snovi. Je tudi ena glavnih sestavin številnih vrst encimov v našem telesu. Vsaka dnevna prehrana mora vsebovati od deset do dvajset miligramov tega elementa v sledovih.

Izdelki bogati z železom

Veliko je takšnih. Oba sta rastlinska in živalska. Najprej - to je žita, stročnice, žitarice (predvsem ajdove), jabolka, gobe (bela), suho sadje, šipka, hruške, breskve, avokado, buče, mandlji, fige, paradižnik, brokoli, zelje, borovnice, robide, zelena, itd Drugi - jetra, meso. Uporaba produkta visoko vsebnostjo železa je med nosečnostjo še posebej pomembna, saj telo zarodka tvorjena zahteva veliko Mikrohranilna za pravilno rast in razvoj.

Znaki pomanjkanja v telesu železa

Simptomi premalo višini Ferrum vnosu v telo, so utrujenost, stalne zamrznitev roke in noge, depresija, krhki lasje in nohti, zmanjšanje intelektualne dejavnosti, prebavne motnje, nizka učinkovitost, motnje v delovanju ščitnice. Če opazite nekaj teh simptomov, je treba povečati število izdelkov z železom v vaši prehrani ali kupiti vitamine ali prehranske dodatke, ki vsebujejo ferrum. Prav tako se je treba posvetovati z zdravnikom, če se kateri od teh simptomov preveč čutite.

Uporaba vretena v industriji

Uporaba in lastnosti železa so tesno povezani. V povezavi s feromagnetizmom se uporablja za izdelavo magnetov - kot šibkejše za domače namene (magnetni magneti za hladilnike itd.), Za močnejše - za industrijske namene. Zaradi dejstva, da ima zadevna kovina visoko trdnost in trdoto, se je od antike uporabljala za izdelavo orožja, oklepa in drugega vojaškega in domačega orodja. Mimogrede, tudi v starodavnem Egiptu je bil znan meteorit, katerega lastnosti presegajo navadne kovine. Tudi to posebno železo je bilo uporabljeno in v starodavnem Rimu. Iz njega so naredili elitno orožje. Ščit ali meč, izdelan iz meteorne kovine, ima lahko samo zelo bogato in plemenito osebo.

Na splošno je kovina, ki jo obravnavamo v tem članku, najbolj vsestransko uporabljena med vsemi snovmi te skupine. Najprej izdeluje jeklo in litega železa, ki se uporabljajo za proizvodnjo vseh vrst izdelkov, potrebnih v industriji in v vsakdanjem življenju.

Litit železo je zlitina železa in ogljika, pri kateri je drugi prisoten od 1,7 do 4,5 odstotka. Če je drugi manj kot 1,7 odstotka, se ta vrsta zlitine imenuje jeklo. Če je ogljik v sestavi prisoten okoli 0,02 odstotka, potem je to že običajno tehnično železo. Prisotnost ogljika v zlitini je potrebna, da se zagotovi večja trdnost, toplotna stabilnost, odpornost proti rji.

Poleg tega lahko jeklo vsebuje tudi druge kemične elemente kot nečistoče. To je mangan, fosfor in silicij. Tudi v tej vrsti zlitine, da bi ji nekatere lastnosti lahko dodamo krom, nikelj, molibden, volfram in številne druge kemične elemente. Vrste jekla, v katerih je veliko silicija (okoli štiri odstotke), se uporabljajo kot transformator. Tisti, pri katerih se veliko mangana (do dvanajst ali štirinajst odstotkov) uporablja pri izdelavi delov železnic, mlini, drobilcev in drugega orodja, od katerih so nekateri nagnjeni k hitremu izbrisu.

Molibden je vbrizgan v zlitino, da postane bolj termično stabilen - takšna jekla se uporabljajo kot instrumentalna. Poleg tega, da dobimo vseh znanih in uporabljanih v gospodinjstvih v obliki nožev in drugih gospodinjskih orodij nerjavna jekla je treba dodati v kromove zlitine niklja in titana. In da bi dobili odporen na udarce, visoko trdnost, nodularno jeklo, je dovolj, da dodate vanadij. Z uvedbo niobija je mogoče doseči visoko odpornost na korozijo in delovanje kemično agresivnih snovi.

Mineralna magnetita, ki je bila prej v tem članku je navedeno, morate za proizvodnjo trdih diskov, pomnilniških kartic in drugih naprav te vrste. Zaradi magnetnih lastnosti železa lahko najdemo v aparatu transformatorjev, motorjev in drugih elektronskih izdelkov. Poleg tega se lahko železo dodamo druge kovinske zlitine, da jim dajo večjo trdnost in mehansko stabilnost. Sulfat tega elementa se uporablja v vrtnarstvu za zatiranje škodljivcev (skupaj z bakrovim sulfatom).Kloridi iz železa so nepogrešljivi za čiščenje vode. Poleg tega se magnetitni prah uporablja v črno-belih tiskalnikih. Glavni način za uporabo pirita je pridobivanje žveplene kisline. Ta proces poteka v laboratoriju v treh fazah. V prvi piritni fazi se ferrum pere, s čimer pridobiva železov oksid in žveplov dioksid. Na drugi stopnji pride do pretvorbe žveplovega dioksida v njegov trioksid s sodelovanjem kisika. In na zadnji stopnji dobimo pridobljeno snov vodna para v prisotnosti katalizatorjev, s čimer dobimo žveplovo kislino.

Priprava železa

Na splošno je ta kovina pridobljena iz dveh glavnih mineralov: magnetita in hematita. To se naredi z zmanjšanjem železa iz njegovih spojin z ogljikom v obliki koksa. To se naredi v plavžih, temperatura v kateri doseže dve tisoč stopinj na lestvici celzija. Poleg tega obstaja način za obnovitev železovega feruma. V ta namen plavža ni potrebna. Za izvedbo te metode vzemite posebno gline, jo zmešajte z zdrobljeno rudo in predelajte z vodikom v gredni peči.

Zaključek

Lastnosti in uporaba železa so raznoliki. To je morda najpomembnejša kovina v našem življenju. Ko je postal znan po človeštvu, je prevzel mesto bronaste, ki je bil takrat glavni material za izdelavo vsega orodja, pa tudi orožja. Jeklo in litega železa v mnogih pogledih presegajo zlitino bakra z kositrom glede na njegove fizikalne lastnosti, odpornost na mehanske vplive.

Poleg tega je železo na našem planetu pogostejše kot mnoge druge kovine. Masni delež v zemeljski skorji je skoraj pet odstotkov. To je četrti najpogostejši kemični element v naravi. Tudi ta kemijski element je zelo pomemben za normalno delovanje organizma živali in rastlin, predvsem zato, ker temelji na hemoglobinu. Železo je pomemben mikroelement, katerega uporaba je pomembna za ohranjanje zdravja in normalno delovanje organov. Poleg tega je to edina kovina, ki ima edinstvene magnetne lastnosti. Brez feruma je nemogoče predstavljati naše življenje.