Kemijska i fizikalna svojstva željeza

Željezni je poznati kemijski element. To se odnosi na prosjek kemijske aktivnosti metala. Svojstva i primjene željeza opisani su u ovom članku.

Prevalencija u prirodi

Postoji prilično velika količina minerala, koji uključuju ferrum. Prije svega, to je magnetit. To je sedamdeset dva posto željeza. Njegova kemijska formula je Fe₃O₄. Ovaj mineral također se naziva magnetska željezna ruda. Ima svijetlosivu boju, ponekad tamno sivo, sve do crne, s metalnim sjajom. Njegov najveći depozit među zemljama ZND-a nalazi se u Uralima.

Sljedeći mineral s visokim sadržajem željeza je hematit - sedamdeset posto tog elementa. Njegova kemijska formula je Fe₂O₃. Također se naziva crvena željezna ruda. Ima boju od crveno-smeđe do crveno-sive. Najveće područje u CIS-u nalazi se u Krivoy Rogu.

Treći mineral u sadržaju ferruma je limonit. Ovdje željezo je šezdeset posto ukupne mase. To je kristalni hidrat, tj. Molekule vode su isprepletene u kristalnu rešetku, njezina kemijska formula je Fe₂O₃• H₂O. Kao što možete vidjeti iz naziva, ovaj mineral ima žućkasto-smeđe boje, povremeno smeđe. To je jedna od glavnih komponenti prirodnog okera i koristi se kao pigment. Također se naziva i smeđa željezna ruda. Najveća mjesta su Krim, Urali.

U sideritu, tzv. Željezna ruda, četrdeset osam posto ferfa. Njegova kemijska formula je FeCO₃. Njegova struktura nije homogena, a sastoji se od različite boje su povezani zajedno kristala: siva, svijetlo zelena, sivo-žuta, žuto-smeđa, i drugi.

Potonji je prirodni mineral s visokim sadržajem pyrumite, pirit. Ima takvu kemijsku formulu FeS₂. Željezo u njoj iznosi četrdeset šest posto ukupne mase. Zbog atoma sumpora, ovaj mineral ima zlatnožutu boju.

Mnogi od razmatranih minerala koriste se za proizvodnju čistog željeza. Osim toga, hematit se koristi u proizvodnji nakita od prirodnog kamena. Uključivanje pirita može se naći u ukrasima od lapis lazuli. Osim toga, u prirodi željezo se nalazi u živim organizmima - to je jedna od najvažnijih komponenti stanice. Taj mikroelement nužno mora ući u ljudsko tijelo u dovoljnim količinama. Ljekovita svojstva željeza uglavnom su posljedica činjenice da je taj kemijski element temelj hemoglobina. Zbog toga, upotreba ferruma dobro utječe na stanje krvi, a time i cjelokupnog organizma.

Željezo: fizikalna i kemijska svojstva

Razmotrite kako bi dva od ovih velikih odjeljaka. Fizička svojstva željezo - to je njegov izgled, gustoća, točka topljenja itd. To su sve osobitosti materije koje se odnose na fiziku. Kemijska svojstva željeza su njegova sposobnost da reagira s drugim spojevima. Počnimo s prvim.

Fizikalna svojstva željeza

U čistom obliku, u normalnim uvjetima, to je čvrsta tvar. Ima srebrnasto-sive boje i izraženu metalnu sjaj. Mehanička svojstva željeza uključuju razinu tvrdoće Mohs. To je jednako četiri (prosječno). Željezo ima dobru električnu vodljivost i toplinsku vodljivost. Zadnja se značajka može osjetiti dodirivanjem željeznog objekta u hladnoj sobi. Budući da ovaj materijal brzo provodi toplinu, u njemu je potrebno kratko vrijeme izvući iz velikog dijela kože te se stoga osjećate hladno. Nakon što je dotaknuo, na primjer, stablo, može se primijetiti da je toplinska vodljivost znatno niža. Fizikalna svojstva željeza također su njegova topljenja i vrelišta. Prvi je 1539 stupnja Celzija, drugi - 2860 stupnjeva Celzija. Može se zaključiti da su karakteristična svojstva željeza - dobra plastičnost i fuga. Ali ni to nije sve.

Također u fizičkim svojstvima željeza je njegov feromagnetizam. Što je to? Željezo, čija magnetska svojstva možemo pratiti na praktičnim primjerima svaki dan, je jedini metal koji posjeduje takvu jedinstvenu osobitost. To je zbog činjenice da je ovaj materijal sposoban magnetizirati pod djelovanjem magnetskog polja. I nakon završetka posljednjeg željeza, čije magnetna svojstva su upravo formirana, dugo ostaje magnet. Takav se fenomen može objasniti činjenicom da u strukturi određenog metala postoji mnogo slobodnih elektrona koji se mogu pomaknuti.

S gledišta kemije

Ovaj se element odnosi na metale srednje aktivnosti. Ali kemijska svojstva željeza su tipična za sve ostale metale (osim onih koji su desno od vodika u elektrokemijskim serijama). Mogu reagirati s mnogim vrstama tvari.

Počnimo s jednostavnim

Ferrum reagira s kilogramom, dušikom, halogenom (jodom, bromom, klorom, fluorom), fosforom, ugljikom. Prva stvar koju treba uzeti u obzir je reakcija s kisikom. Kada se spali ferrum, nastaju oksidi. Ovisno o uvjetima reakcije i omjerima između dva sudionika, oni mogu biti različiti. Kao primjer ove vrste interakcije mogu se navesti sljedeće reakcijske jednadžbe: 2Fe + O₂ = 2FeO-4Fe + 30₂ = 2Fe₂O₃- 3Fe + 2 O₂ = Fe₃O₄. A svojstva željezovog oksida (i fizičke i kemijske) mogu varirati ovisno o njegovoj raznolikosti. Takve reakcije nastaju pri visokim temperaturama.

Sljedeća je interakcija s dušikom. Može se također dogoditi samo pod uvjetom da se zagrijava. Ako uzmemo šest mola željeza i jednog molnog dušika, dobivamo dva mola željeznog nitrida. Reakcija jednadžbe će izgledati ovako: 6Fe + N₂ = 2Fe₃N.

Kod interakcije s fosfornim oblikom nastaje fosfid. Da bi se izvršila reakcija, takve komponente su neophodne: 3 mola ferrule-jedan mole fosfora, što rezultira formiranjem jednog mola fosfida. Jednadžba se može zapisati na sljedeći način: 3Fe + P = Fe₃P.

Osim toga, među reakcijama sa jednostavnim tvarima, moguće je također odvojiti interakciju sa sumporom. U ovom slučaju, moguće je dobiti sulfid. Načelo kojim se proces stvaranja te tvari sličan onome opisanom gore. Naime, zbiva se reakcija dodavanja. Za sve kemijske interakcije ove vrste, potrebni su posebni uvjeti, uglavnom visoke temperature, a rjeđe katalizatori.

Također uobičajene u kemijskoj industriji su reakcije između željeza i halogena. Ovo je kloriranje, bromiranje, jodiranje, fluoriranje. Kao i sam naziv reakcije, proces pridruživanja Ferrum ugljikovih atoma klora / brom / jod / fluorid da se dobije klorid / bromid / jodid / fluorid respektivno. Ove tvari se široko koriste u različitim industrijama. Osim toga, ferrum se može kombinirati s silicijem pri visokim temperaturama. Zbog činjenice da su kemijska svojstva željeza raznovrsna, često se koriste u kemijskoj industriji.

Ferrum i složene tvari

Od jednostavnih tvari nastavljamo prema onima čije molekule se sastoje od dva ili više različitih kemijskih elemenata. Prvo što treba spomenuti je reakcija ferfa s vodom. Ovdje se očituju osnovna svojstva željeza. Kada se voda grije zajedno sa željezom, bazični oksid (To se zove tako jer je interakcija s istim oblicima vode hidroksid, drugim riječima - baze). Tako da, ako uzmemo jedan mol obje komponente se formiraju takve tvari kao Ferrum dioksida i plina vodika s odbojnog mirisa - kao u molarnim omjerima od jedan prema jedan. Jednadžba ove vrste reakcije može se napisati na sljedeći način: Fe + H₂O = FeO + H₂. Ovisno o omjerima u kojima su ove dvije komponente pomiješane, može se dobiti di- ili trioksid željeza. Obje ove tvari vrlo su česte u kemijskoj industriji, a također se koriste u mnogim drugim industrijama.

S kiselinama i solima

Budući da je ostalo Ferrum vodik u elektrokemijskom nizu metala djelovanja, to spososoben micati aktivni element spojeva. Primjer toga je reakcija supstitucije koja se može primijetiti kada se željezo dodaje kiselini. Na primjer, ako se pomiješa u jednakim molarnim proporcijama željeza i sulfatne kiseline (aka) sumporne prosječnu koncentraciju, kao rezultat dobivamo željezo (II) sulfata i vodik u jednakim molarnim proporcijama. Jednadžba za takvu reakciju izgledala bi ovako: Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂.

U interakciji sa solima očituju se redukcijska svojstva željeza. To jest, pomoću nje možete odabrati manje aktivni metal od soli. Na primjer, ako uzmete jednu molu bakar sulfat i može se dobiti istu količinu ferfa, željezo (II) sulfata i čisti bakar u istim molarnim omjerima.

Važnost za tijelo

Jedan od najčešćih kemijskih elemenata u zemljinoj koru je željezo. Svojstva tvari već smo razmotrili, sad dolazimo k njemu s biološkog stajališta. Ferrum ima vrlo važne funkcije kako na staničnoj razini tako i na razini cijelog organizma. Prije svega, željezo je osnova proteina kao što je hemoglobin. Potrebno je za transport kisika krvlju iz pluća u sva tkiva, organa, na svaku ćeliju tijela, prvenstveno na neurone mozga. Stoga korisna svojstva željeza ne mogu se previše naglasiti.

Osim činjenice da utječe na formiranje krvi, ferrum je također važan za pravilno funkcioniranje štitnjače (za to ne treba samo jod, kao što neki vjeruju). Također, željezo sudjeluje u intracelularnom metabolizmu, regulira imunitet. Ipak, ferfum u posebno velikoj količini se nalazi u jetrenim stanicama, jer pomaže neutraliziranju štetnih tvari. Također je jedna od glavnih komponenti mnogih vrsta enzima u našem tijelu. Dnevna prehrana osobe trebala bi sadržavati deset do dvadeset miligrama tog elementa u tragovima.

Proizvodi bogati željeza

Postoji mnogo takvih. Oni su i biljni i životinjski. Prvo - to je žitarice, mahunarke, žitarice (osobito heljda), jabuke, gljive (bijele), suho voće, rosehips, kruške, breskve, avokado, bundeve, bademi, smokve, rajčice, brokula, kupus, borovnice, kupine, celer, itd Drugi - jetra, meso. Upotreba proizvoda s visokim sadržajem željeza je posebno važno tijekom trudnoće, kao što je tijelo fetusa formirana zahtijeva veliku količinu mikronutrijenata za pravilan rast i razvoj.

Znakovi nedostatka u tijelu željeza

Simptomi premalo iznosu od Ferrum ulaska u tijelo su umor, stalno zamrzavanje ruke i noge, depresija, krhki kose i noktiju, smanjenje intelektualna aktivnost, probavni poremećaji, niska izvedba, kvar štitnjače. Ako primijetite nekoliko ovih simptoma, onda je vrijedno povećati broj proizvoda željeza u prehrani ili kupiti vitamine ili dodatke prehrani koji sadrže ferrum. Također je potrebno konzultirati liječnika ako bilo koji od ovih simptoma se osjećate previše oštro.

Upotreba hvataljke u industriji

Primjena i svojstva željeza usko su povezani. Zbog svoje feromagnetski, ona se koristi za proizvodnju magneta - oboje slabiji za uporabu u kućanstvu (suvenira magneta na hladnjaku, itd ...) i snažnije - za industrijske svrhe. S obzirom na činjenicu da je smatra metal ima veliku čvrstoću i tvrdoću, sa svojim antike koristi za oružje, oklop, i druge vojne i domaćih instrumenata. Usput, čak iu Drevnom Egiptu je poznat meteorit željezo, čija svojstva prelaze one običnog metala. Također se koristilo takvo posebno željezo i u starom Rimu. Od nje su napravili elitno oružje. Štit ili mač od meteorijskog metala mogu imati vrlo bogatu i plemenitu osobu.

Općenito, metal, koji uzmemo u obzir u ovom članku, najsvestraniji je među svim tvarima ove skupine. Prije svega proizvodi čelika i lijevanog željeza, koji se koriste za proizvodnju svih vrsta proizvoda potrebnih u industriji i svakodnevnom životu.

Lijevanog željeza željezo naziva i ugljik legure, naznačen time, da je druga prisutna od 1.7 do 4.5 posto. Ako je drugi manji od 1,7 posto, tada se ova vrsta legure naziva čelik. Ako je ugljik u sastavu prisutan oko 0,02 posto, onda je to već uobičajeno tehničko željezo. Prisutnost ugljika u leguri potrebna za priopćavanje veću snagu, toplinska stabilnost, otpornost na hrđanja.

Osim toga, čelik može sadržavati mnoge druge kemijske elemente kao nečistoće. Ovo je mangan, fosfor i silicij. Također, u ovoj vrsti legure se postigao određene kvalitete može se dodati kroma, nikla, molibdena, volframa i mnoge druge kemijske elemente. Vrste čelika, u kojima postoji velika količina silicija (oko četiri posto), koriste se kao transformatori. Oni u sastavu kojih je mnogo mangana (do dvanaest ili četrnaest posto) pronašli primjenu u proizvodnji dijelova željeznice, mlinovi, brusilice i ostali alati, dijelovi koji se brzo habanje.

Molibden se ubrizgava u leguru kako bi bio toplinski stabilniji - takvi se čelici koriste kao instrumentalni. Osim toga, za dobivanje svih poznatih i često korištenih u kući u obliku noževa i ostalih kućanskih alata od nehrđajućih čelika, potrebno je dodati krom, nikal i titan na leguru. Da bi se dobila otpornost na udarce, visoku čvrstoću, nodularni čelik, dovoljno je dodati vanadij. Uvođenjem niobija, moguće je postići visoku otpornost na koroziju i djelovanje kemijski agresivnih tvari.

Mineralni magnetit, koji je spomenut na početku članka, nužan je za proizvodnju tvrdih diskova, memorijskih kartica i drugih uređaja ovog tipa. Zbog magnetskog svojstva, željezo se može naći u uređaju transformatora, motora, elektroničkih proizvoda, itd. Osim toga, ferfer se može dodati legurama ostalih metala kako bi im pružio veću čvrstoću i mehaničku stabilnost. Sulfat ovog elementa koristi se u hortikulturi za kontrolu štetočina (uz bakreni sulfat).Kloridi željeza su neophodni za pročišćavanje vode. Osim toga, magnetitni prašak se koristi u crno-bijelim pisačima. Glavni način korištenja pirit je da iz nje izvuče sumpornu kiselinu. Ovaj proces se odvija u laboratoriju u tri faze. U prvom stupnju pirita Ferrum spaljeni da se dobije feri oksida i sumporni dioksid. Drugi korak je transformacija sumpor dioksida u trioksid, uz sudjelovanje kisika. A u završnoj fazi dobivena tvar se prolazi vodene pare u prisutnosti katalizatora, čime se dobije sumpornu kiselinu.

Priprema željeza

Općenito, ovaj metal se ekstrahira iz dva glavna minerala: magnetit i hematit. To se postiže smanjenjem željeza iz njegovih spojeva ugljikom u obliku koksa. To je učinjeno u visokoj peći, u kojoj se temperatura doseže dvije tisuće stupnjeva. Osim toga, postoji način za vraćanje ferrum vodika. Za to, velika peć nije potrebna. Postupak za provedbu ove ima posebnu glinu, je pomiješana s usitnjenog rude i pomiješa se s vodikom u vertikalnoj peći.

zaključak

Svojstva i primjene željeza su raznovrsni. Ovo je možda najvažniji metal u našem životu. Nakon što je postao poznat čovječanstvu, on je zauzeo mjesto od bronce, koji je u to vrijeme bio glavni materijal za izradu svih alata, kao i oružja. Čelik i lijevano željezo u mnogočemu nadilaze legure bakra s kositrom u pogledu svojih fizičkih svojstava, otpornosti na mehaničke utjecaje.

Osim toga, željezo na našem planetu češće je od mnogih drugih metala. Masena frakcija to je gotovo pet posto u zemljinoj koru. Ovo je četvrti najčešći kemijski element u prirodi. Također, ovaj kemijski element je vrlo važan za normalno funkcioniranje organizma životinja i biljaka, prvenstveno zato što se temelji na hemoglobinu. Željezo je važan mikroelem, čija upotreba je važna za održavanje zdravlja i normalnog funkcioniranja organa. Pored gore navedenog, ovo je jedini metal koji ima jedinstvena magnetska svojstva. Bez ferfa nemoguće je zamisliti naš život.