Fierul este un element chimic binecunoscut. Aparține metalelor cu reactivitate medie. Vom lua în considerare proprietățile și utilizarea fierului în acest articol.
Prevalența în natură
Există un număr destul de mare de minerale care includ ferul. În primul rând, este magnetita. Este șaptezeci și doi la sută de fier. Formula sa chimică este Fe3O4. Acest mineral se mai numește și minereu de fier magnetic. Are o culoare cenușiu deschis, uneori cu gri închis, până la negru, cu un luciu metalic. Cel mai mare depozit al său dintre țările CSI este situat în Urali.
Următorul mineral cu un conținut ridicat de fier este hematitul - este compus în șaptezeci la sută din acest element. Formula sa chimică este Fe2O3. Se mai numește și minereu de fier roșu. Are o culoare de la roșu-brun la roșu-gri. Cel mai mare depozit de pe teritoriul țărilor CSI se află în Krivoy Rog.
Al treilea mineral în ceea ce privește conținutul de fer este limonitul. Aici, fierul reprezintă șaizeci la sută din masa totală. Este un hidrat cristalin, adică moleculele de apă sunt țesute în rețeaua sa cristalină,formula sa chimică este Fe2O3•H2O. După cum sugerează și numele, acest mineral are o culoare galben-maroniu, uneori maro. Este unul dintre componentele principale ale ocrului natural și este folosit ca pigment. Se mai numește și piatră de fier maro. Cele mai mari apariții sunt Crimeea, Ural.
În siderit, așa-numitul minereu de fier, patruzeci și opt la sută din ferrum. Formula sa chimică este FeCO3. Structura sa este eterogenă și constă din cristale de diferite culori legate între ele: gri, verde pal, gri-galben, maro-galben etc.
Ultimul mineral natural cu un conținut ridicat de feru este pirita. Are următoarea formulă chimică: FeS2. Fierul din el reprezintă patruzeci și șase la sută din masa totală. Datorită atomilor de sulf, acest mineral are o culoare galben-aurie.
Multe dintre mineralele considerate sunt folosite pentru a obține fier pur. În plus, hematitul este folosit la fabricarea de bijuterii din pietre naturale. Incluziunile de pirit pot fi găsite în bijuteriile din lapis lazuli. În plus, fierul se găsește în natură în compoziția organismelor vii - este una dintre cele mai importante componente ale celulei. Acest oligoelement trebuie să fie furnizat corpului uman în cantități suficiente. Proprietățile de vindecare ale fierului se datorează în mare măsură faptului că acest element chimic stă la baza hemoglobinei. Prin urmare, utilizarea ferrumului are un efect bun asupra stării sângelui și, prin urmare, asupra întregului organism în ansamblu.
Fier: proprietăți fizice și chimice
Să luăm în considerare aceste două secțiuni mari în ordine. Proprietățile fizice ale fierului sunt aspectul său, densitatea, punctul de topire etc. Adică toate trăsăturile distinctive ale unei substanțe care sunt asociate cu fizica. Proprietățile chimice ale fierului sunt capacitatea sa de a reacționa cu alți compuși. Să începem cu primul.
Proprietățile fizice ale fierului
În forma sa pură, în condiții normale, este un solid. Are o culoare gri-argintiu și o strălucire metalică pronunțată. Proprietățile mecanice ale fierului includ nivelul de duritate pe scara Mohs. Este egal cu patru (mediu). Fierul de călcat are o conductivitate electrică și termică bună. Ultima caracteristică poate fi simțită prin atingerea unui obiect de fier într-o cameră rece. Deoarece acest material conduce rapid căldura, absoarbe cea mai mare parte a căldurii din piele într-o perioadă scurtă de timp, făcându-vă să vă simțiți frig.
Atingând, de exemplu, un copac, se poate observa că conductivitatea termică a acestuia este mult mai mică. Proprietățile fizice ale fierului sunt punctele sale de topire și fierbere. Prima este 1539 de grade Celsius, a doua este de 2860 de grade Celsius. Se poate concluziona că proprietățile caracteristice ale fierului sunt o bună ductilitate și fuzibilitate. Dar asta nu este tot.
De asemenea, proprietățile fizice ale fierului includ feromagnetismul acestuia. Ce este? Fierul, ale cărui proprietăți magnetice le putem observa în exemple practice în fiecare zi, este singurul metal care are așa cevatrăsătură distinctivă unică. Acest lucru se datorează faptului că acest material poate fi magnetizat sub influența unui câmp magnetic. Și după încetarea acțiunii acestuia din urmă, fierul, ale cărui proprietăți magnetice tocmai s-au format, rămâne un magnet pentru o lungă perioadă de timp. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că în structura acestui metal există mulți electroni liberi care se pot deplasa.
Din punctul de vedere al chimiei
Acest element aparține metalelor cu activitate medie. Dar proprietățile chimice ale fierului sunt tipice pentru toate celel alte metale (cu excepția celor care se află în dreapta hidrogenului în seria electrochimică). Este capabil să reacționeze cu multe clase de substanțe.
Începe simplu
Ferrul interacționează cu oxigenul, azotul, halogenii (iod, brom, clor, fluor), fosfor, carbon. Primul lucru de luat în considerare sunt reacțiile cu oxigenul. Când fierul este ars, se formează oxizii săi. În funcție de condițiile reacției și de proporțiile dintre cei doi participanți, acestea pot fi variate. Ca exemplu de astfel de interacțiuni, pot fi date următoarele ecuații de reacție: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Iar proprietățile oxidului de fier (atât fizice, cât și chimice) pot fi variate, în funcție de varietatea acestuia. Aceste tipuri de reacții apar la temperaturi ridicate.
Next - interacțiunea cu azotul. De asemenea, se poate întâmpla doarsupuse încălzirii. Dacă luăm șase moli de fier și un mol de azot, obținem doi moli de nitrură de fier. Ecuația reacției va arăta astfel: 6Fe + N2=2Fe3N.
La interacțiunea cu fosforul, se formează o fosfură. Pentru a efectua reacția, sunt necesare următoarele componente: pentru trei moli de ferrum - un mol de fosfor, ca urmare, se formează un mol de fosfură. Ecuația poate fi scrisă după cum urmează: 3Fe + P=Fe3P.
În plus, dintre reacțiile cu substanțe simple, se poate distinge și interacțiunea cu sulful. În acest caz, se poate obține sulfură. Principiul prin care are loc procesul de formare a acestei substanțe este similar cu cele descrise mai sus. Și anume, are loc o reacție de adiție. Toate interacțiunile chimice de acest fel necesită condiții speciale, în principal temperaturi ridicate, catalizatori mai rar.
Reacțiile dintre fier și halogeni sunt, de asemenea, frecvente în industria chimică. Acestea sunt clorurare, bromurare, iodare, fluorurare. După cum reiese clar din numele reacțiilor în sine, acesta este procesul de adăugare a atomilor de clor / brom / iod / fluor la atomii de fer pentru a forma clorură / bromură / iodură / fluor, respectiv. Aceste substanțe sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii. În plus, ferrum este capabil să se combine cu siliciul la temperaturi ridicate. Datorită proprietăților sale chimice diverse, fierul este adesea folosit în industria chimică.
Ferrum și substanțe complexe
De la substanțele simple, să trecem la cele ale căror molecule constau din două sau mai multediverse elemente chimice. Primul lucru de menționat este reacția ferrumului cu apa. Iată principalele proprietăți ale fierului. Când apa este încălzită împreună cu fierul, se formează un oxid bazic (se numește astfel pentru că atunci când interacționează cu aceeași apă formează un hidroxid, cu alte cuvinte, o bază). Deci, dacă luați un mol din ambele componente, substanțe precum dioxidul de fer și hidrogenul se formează sub formă de gaz cu miros înțepător - tot în proporții molare de unu la unu. Ecuația pentru acest tip de reacție poate fi scrisă după cum urmează: Fe + H2O=FeO + H2. În funcție de proporțiile în care se amestecă aceste două componente, se poate obține di- sau trioxid de fier. Ambele substanțe sunt foarte comune în industria chimică și sunt folosite și în multe alte industrii.
Cu acizi și săruri
Deoarece ferul este situat la stânga hidrogenului în seria electrochimică a activității metalelor, este capabil să înlocuiască acest element din compuși. Un exemplu în acest sens este reacția de substituție care poate fi observată atunci când fierul este adăugat la un acid. De exemplu, dacă amestecați fier și acid sulfat (aka acid sulfuric) de concentrație medie în aceleași proporții molare, rezultatul va fi sulfat feros (II) și hidrogen în aceleași proporții molare. Ecuația pentru o astfel de reacție ar arăta astfel: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Când interacționează cu sărurile, apar proprietățile reducătoare ale fierului. Adică, cu ajutorul acestuia, un metal mai puțin activ poate fi izolat din sare. De exemplu, dacăluați un mol de sulfat de cupru și aceeași cantitate de fer, apoi puteți obține sulfat de fier (II) și cupru pur în aceleași proporții molare.
Valoare pentru corp
Unul dintre cele mai comune elemente chimice din scoarța terestră este fierul. Am luat în considerare deja proprietățile materiei, acum o vom aborda din punct de vedere biologic. Ferrum îndeplinește funcții foarte importante atât la nivel celular, cât și la nivelul întregului organism. În primul rând, fierul este baza unei astfel de proteine precum hemoglobina. Este necesar pentru transportul oxigenului prin sânge de la plămâni către toate țesuturile, organele, către fiecare celulă a corpului, în primul rând către neuronii creierului. Prin urmare, proprietățile benefice ale fierului nu pot fi supraestimate.
Pe lângă faptul că afectează formarea sângelui, ferrumul este important și pentru funcționarea completă a glandei tiroide (aceasta necesită nu numai iod, așa cum cred unii). Fierul participă și la metabolismul intracelular, reglează imunitatea. Ferrum se găsește și în cantități deosebit de mari în celulele hepatice, deoarece ajută la neutralizarea substanțelor nocive. Este, de asemenea, una dintre componentele principale ale multor tipuri de enzime din corpul nostru. Dieta zilnică a unei persoane ar trebui să conțină între zece și douăzeci de miligrame din acest oligoelement.
Alimente bogate în fier
Sunt multe dintre ele. Sunt de origine vegetală și animală. Primele sunt cerealele, leguminoasele, cerealele (in special hrisca), merele, ciupercile (porcini), fructele uscate, macesele, perele, piersicii,avocado, dovleac, migdale, curmale, roșii, broccoli, varză, afine, mure, țelină etc. Al doilea - ficat, carne. Utilizarea alimentelor bogate în fier este deosebit de importantă în timpul sarcinii, deoarece organismul fătului în curs de dezvoltare necesită o cantitate mare din acest oligoelement pentru creșterea și dezvoltarea corespunzătoare.
Semne de deficit de fier
Simptomele pătrunderii prea puține ferrum în organism sunt oboseala, înghețarea constantă a mâinilor și picioarelor, depresia, părul și unghiile fragile, scăderea activității intelectuale, tulburări digestive, performanță scăzută și tulburări tiroidiene. Dacă observați mai multe dintre aceste simptome, este posibil să doriți să creșteți cantitatea de alimente bogate în fier din dieta dumneavoastră sau să cumpărați vitamine sau suplimente care conțin ferrum. De asemenea, asigurați-vă că consultați un medic dacă vă confruntați cu oricare dintre aceste simptome prea puternic.
Utilizarea ferrumului în industrie
Utilizările și proprietățile fierului sunt strâns legate. Datorită feromagnetismului său, este folosit la fabricarea magneților - atât mai slabi pentru uz casnic (magneți de suveniruri pentru frigider, etc.), cât și mai puternici - în scopuri industriale. Datorită faptului că metalul în cauză are rezistență și duritate ridicată, a fost folosit din cele mai vechi timpuri pentru fabricarea de arme, armuri și alte unelte militare și casnice. Apropo, chiar și în Egiptul antic, fierul meteorit era cunoscut, proprietățilecare sunt superioare celor din metal obișnuit. De asemenea, un astfel de fier special a fost folosit în Roma antică. Din el au făcut arme de elită. Doar o persoană foarte bogată și nobilă ar putea avea un scut sau o sabie din metal meteorit.
În general, metalul pe care îl luăm în considerare în acest articol este cel mai versatil folosit dintre toate substanțele din acest grup. În primul rând, din el se fabrică oțel și fontă, care sunt folosite pentru a produce tot felul de produse necesare atât în industrie, cât și în viața de zi cu zi.
Fonta este un aliaj de fier și carbon, în care al doilea este prezent de la 1,7 la 4,5 la sută. Dacă al doilea este mai mic de 1,7 la sută, atunci acest tip de aliaj se numește oțel. Dacă în compoziție există aproximativ 0,02% carbon, atunci acesta este deja fier tehnic obișnuit. Prezența carbonului în aliaj este necesară pentru a-i oferi o rezistență mai mare, rezistență la căldură și rezistență la rugină.
În plus, oțelul poate conține multe alte elemente chimice ca impurități. Acesta este mangan, fosfor și siliciu. De asemenea, crom, nichel, molibden, wolfram și multe alte elemente chimice pot fi adăugate acestui tip de aliaj pentru a-i conferi anumite calități. Tipurile de oțel în care este prezentă o cantitate mare de siliciu (aproximativ patru procente) sunt utilizate ca oțeluri de transformare. Cele care conțin mult mangan (până la doisprezece sau paisprezece procente) își găsesc aplicația în fabricarea pieselorcăi ferate, mori, concasoare și alte unelte care uzează rapid piesele.
Molibdenul este introdus în compoziția aliajului pentru a-l face mai stabil termic - astfel de oțeluri sunt folosite ca oțeluri pentru scule. În plus, pentru a obține oțeluri inoxidabile binecunoscute și utilizate în mod obișnuit sub formă de cuțite și alte unelte de uz casnic, este necesar să adăugați crom, nichel și titan în aliaj. Și pentru a obține oțel ductil rezistent la șocuri, de în altă rezistență, este suficient să adăugați vanadiu. Când este introdus în compoziția niobiului, este posibil să se obțină o rezistență ridicată la coroziune și la efectele substanțelor agresive chimic.
Magnetitul mineral, despre care a fost menționat la începutul articolului, este necesar pentru fabricarea de hard disk-uri, carduri de memorie și alte dispozitive de acest tip. Datorită proprietăților sale magnetice, fierul poate fi găsit în construcția transformatoarelor, motoarelor, produselor electronice etc. În plus, ferul poate fi adăugat altor aliaje metalice pentru a le oferi o rezistență și stabilitate mecanică mai mare. Sulfatul acestui element este folosit în horticultură pentru combaterea dăunătorilor (împreună cu sulfatul de cupru).
Clorurile de fier sunt indispensabile pentru purificarea apei. În plus, pulberea de magnetită este utilizată în imprimantele alb-negru. Principala utilizare a piritei este obținerea acidului sulfuric din aceasta. Acest proces are loc în laborator în trei etape. În prima etapă, pirita de ferum este arsă pentru a produce oxid de fier și dioxid de sulf. Al doilea pas este conversia dioxiduluisulf la trioxidul său cu participarea oxigenului. Și în etapa finală, substanța rezultată este trecută prin vapori de apă în prezența catalizatorilor, obținându-se astfel acid sulfuric.
Obținerea fierului de călcat
Acest metal este extras în principal din cele două minerale principale ale sale: magnetit și hematit. Acest lucru se realizează prin reducerea fierului din compușii săi cu carbon sub formă de cocs. Aceasta se realizează în furnalele în alte, temperatura la care ajunge la două mii de grade Celsius. În plus, există o modalitate de a reduce ferul cu hidrogen. Acest lucru nu necesită un furnal. Pentru a implementa această metodă, se ia argilă specială, amestecată cu minereu zdrobit și tratată cu hidrogen într-un cuptor cu ax.
Concluzie
Proprietățile și utilizările fierului sunt variate. Acesta este poate cel mai important metal din viața noastră. Devenind cunoscut omenirii, el a luat locul bronzului, care la acea vreme era principalul material pentru fabricarea tuturor uneltelor, precum și a armelor. Oțelul și fonta sunt în multe privințe superioare aliajului cupru-staniu în ceea ce privește proprietățile lor fizice și rezistența la solicitări mecanice.
În plus, fierul este mai frecvent pe planeta noastră decât multe alte metale. Fracția sa de masă în scoarța terestră este de aproape cinci procente. Este al patrulea element chimic cel mai abundent din natură. De asemenea, acest element chimic este foarte important pentru funcționarea normală a organismului animalelor și plantelor, în primul rând pentru că hemoglobina este construită pe baza ei. Fierul este un micronutrient esențialcare este important pentru menținerea sănătății și funcționarea normală a organelor. Pe lângă cele de mai sus, este singurul metal care are proprietăți magnetice unice. Este imposibil să ne imaginăm viața fără ferrum.
