Химични и физични свойства на желязото

Желязото е добре познат химически елемент. Той се отнася до средната стойност за химическата активност на металите. Свойствата и приложенията на желязото са обсъдени в тази статия.

Разпространение в природата

Има доста голямо количество минерали, които включват ферум. На първо място, това е магнетит. Това е седемдесет и два процента желязо. Нейната химична формула е Fe₃О₄. Този минерал се нарича още магнитна желязна руда. Има светло сив цвят, понякога с тъмно сиво, до черно, с метален блясък. Най-големият й депозит сред страните от ОНД е в Урал.

Следващият минерал с високо съдържание на желязо е хематит - това е седемдесет процента от този елемент. Нейната химична формула е Fe₂О₃. Тя се нарича червена желязна руда. Има оцветяване от червено-кафяво до червено-сиво. Най-голямото поле в страните от ОНД е в Кривой рог.

Третият минерал в съдържанието на ферум е лимонитът. Тук желязото е шейсет процента от общата маса. Това е кристален хидрат, т.е. водните молекули са преплетени в неговата кристална решетка, чиято химична формула е Fe₂О₃• H₂О. Както можете да видите от името, този минерал има жълтеникавокафяв цвят, понякога кафяв. Той е един от основните компоненти на природната охра и се използва като пигмент. Нарича се и кафява желязна руда. Най-големите места са Крим, Урал.

В сидерита, така наречената желязна руда, четиридесет и осем процента от желязото. Нейната химична формула е FeCO₃. Неговата структура е хетерогенна и се състои от кристали от различни цветове, свързани помежду си: сиво, бледозелено, сиво-жълто, кафяво-жълто и др.

Последният е естествено срещащ се минерал с високо съдържание на пирумит, пирит. Той има такава химична формула FeS₂. Желязото в него е четиридесет и шест процента от общата маса. Благодарение на серните атоми този минерал има златисто жълт цвят.

Много от разглежданите минерали се използват за производство на чисто желязо. В допълнение, хематитът се използва при производството на бижута от естествени камъни. Включването на пирит може да се намери в накити от лапис лазули. В допълнение, в природата, желязото се намира в живите организми - това е един от най-важните компоненти на клетката. Този микроелемент задължително трябва да влезе в човешкото тяло в достатъчни количества. Лечебните свойства на желязо до голяма степен се дължат на факта, че този химически елемент е основата на хемоглобина. Ето защо, употребата на ферум влияе добре върху състоянието на кръвта и следователно върху целия организъм като цяло.

Желязо: физични и химични свойства

Помислете за две от тези големи раздели. Физични свойства желязо - това е неговият вид, плътност, точката на топене и т.н. Тоест всички отличителни черти на материята, които са свързани с физиката. Химичните свойства на желязото са способността му да реагира с други съединения. Нека да започнем с първия.

Физични свойства на желязото

В чиста форма, при нормални условия, тя е солидна субстанция. Има сребристосив цвят и подчертан метален блясък. Механичните свойства на желязото включват нивото на твърдост на Mohs. Тя е равна на четири (средна). Желязото има добра електрическа проводимост и топлопроводимост. Последната функция може да се усети, ако се докоснете до железен предмет в студена стая. Тъй като този материал бързо излъчва топлина, тя отнема голяма част от него от кожата ви за кратко време и затова се чувствате студено. Докосвайки например дървото, може да се отбележи, че топлопроводимостта му е много по-ниска. Физическите свойства на желязото също са неговите точки на топене и кипене. Първият е 1539 градуса по Целзий, а вторият - 2860 градуса по Целзий. Може да се заключи, че характерните свойства на желязото - добра пластичност и трайност. Но дори и това не е всичко.

Също във физичните свойства на желязото е неговият феромагнетизъм. Какво е това? Желязото, чиито магнитни свойства можем да наблюдаваме на практически примери всеки ден, е единственият метал, който притежава такава уникална отличителна черта. Това се дължи на факта, че този материал е способен да магнетизира под действието на магнитно поле. И след прекратяването на последното желязо, чиито магнитни свойства току-що са се образували, си остава магнит за дълго време. Такова явление може да се обясни с факта, че в структурата на даден метал има много свободни електрони, които могат да се движат.

От гледна точка на химията

Този елемент се отнася до метали със средна активност. Но химическите свойства на желязото са типични за всички други метали (с изключение на онези, които са отдясно на водорода в електрохимическата серия). Той е способен да реагира с много класове вещества.

Нека започнем с просто

Ферум взаимодейства с килограма, азот, халогени (йод, бром, хлор, флуор), фосфор, въглерод. Първото нещо, което трябва да се има предвид е реакцията с кислорода. Когато желязото се изгаря, оксидите се образуват. В зависимост от условията на реакцията и пропорциите между двамата участници те могат да бъдат разнообразни. Като пример за този тип взаимодействие могат да бъдат цитирани следните реакционни уравнения: 2Fe + O₂ = 2FeO-4Fe + 30₂ = 2Fe₂О₃- 3Fe + 2O₂ = Fe₃О₄. И свойствата на железен оксид (както физически, така и химически) могат да варират в зависимост от разнообразието. Такива реакции се случват при високи температури.

Следващото е взаимодействието с азота. Това може да се случи само при отопление. Ако вземем шест мола желязо и един мол азот, получаваме два мола железен нитрид. Уравнението на реакцията ще изглежда така: 6Fe + N₂ = 2Fe₃Н.

При взаимодействие с фосфор се образува фосфид. За да се извърши реакцията, са необходими следните компоненти: три мола железопътен материал - един мол фосфор, което води до образуването на един мол фосфид. Уравнението може да бъде написано както следва: 3Fe + P = Fe₃P.

В допълнение, между реакциите с прости вещества, е възможно също така да се отдели взаимодействието със сярата. В този случай е възможно да се получи сулфид. Принципът, чрез който се осъществява процесът на образуване на това вещество, е подобен на този, описан по-горе. А именно реакцията на добавяне се осъществява. За всички химични взаимодействия от този вид са необходими специални условия, главно високи температури и по-рядко катализатори.

Също така често срещани в химическата промишленост са реакциите между желязо и халогени. Това е хлорирането, бромирането, йодирането, флуорирането. Както самото име реакции, процес на присъединяване към Ferrum атома хлорни атома / бром / йод / флуорид за образуване хлорид / бромид / йодид / флуорид съответно. Тези вещества се използват широко в различни индустрии. В допълнение, ferrum може да се комбинира със силикон при високи температури. Поради факта, че химичните свойства на желязото са различни, той често се използва в химическата промишленост.

Ferrum и сложни вещества

От простите вещества се пристъпва към тези, чиито молекули се състоят от два или повече различни химически елемента. Първото нещо, което трябва да спомена, е реакцията на желязото с вода. Тук се проявяват основните свойства на желязото. Когато водата се отоплява заедно с желязо, основен оксид (той се нарича така, защото реагира със същата вода, за да образува хидроксид, с други думи - основата). Така че, ако вземем един мол от двата компонента се образуват такива вещества като желязото диоксид и водороден газ с остра миризма - както в молно съотношение от 12:59. Уравнението на този вид реакция може да бъде написано, както следва: Fe + H₂О = FeO + Н₂. В зависимост от пропорциите, при които се смесват тези два компонента, може да се получи ди- или триоксид на желязото. И двете вещества са много разпространени в химическата промишленост и се използват и в много други индустрии.

С киселини и соли

Тъй като желязото е останало от водород в електрохимична серия от метали дейност, spososoben измести активен елемент на съединения. Пример за това е реакцията на заместване, която може да се наблюдава, когато желязото се добавя към киселината. Например, при смесване на равни моларни пропорции от желязо и сулфат киселина (известен още като сярна) Средната концентрация в резултат се получи железен сулфат (II) и водород в равни моларни пропорции. Уравнението за такава реакция би изглеждало така: Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + Н₂.

При взаимодействието със солите се проявяват редуциращите свойства на желязото. Това е използването му, можете да изберете по-малко активен метал от солта. Например, ако вземете един мол меден сулфат и може да се получи същото количество железен, железен (II) сулфат и чиста мед в същите моларни пропорции.

Важност за тялото

Един от най-често срещаните химически елементи в земната кора е желязото. Свойства на веществото ние вече сме обмислили, сега идваме от него от биологична гледна точка. Ferrum изпълнява много важни функции както на клетъчното ниво, така и на нивото на целия организъм. На първо място, желязото е основата на протеин като хемоглобина. Необходимо е за транспортиране на кислород чрез кръв от белите дробове до всички тъкани, органи, към всяка клетка на тялото, главно към невроните на мозъка. Ето защо полезните свойства на желязото не могат да бъдат подчертани.

В допълнение към факта, че засяга кръвообращението, ферумът е важен и за правилното функциониране на щитовидната жлеза (за това не е нужно само йод, както някои смятат). Също така, желязото участва в междуклетъчния метаболизъм, регулира имунитета. Все още ферумът в особено голямо количество се съдържа в чернодробните клетки, тъй като той помага да се неутрализират вредните вещества. Той също така е един от основните компоненти на много видове ензими в нашето тяло. Ежедневната диета на човек трябва да съдържа от десет до двадесет милиграма от този микроелемент.

Продукти, богати на желязо

Има много такива. Те са растителни и животински. Първо - това е зърнени храни, бобови растения, зърнени храни (особено елда), ябълки, гъби (бяло), сушени плодове, шипки, круши, праскови, авокадо, тиква, бадеми, смокини, домати, броколи, зеле, боровинки, къпини, целина и т.н. Вторият - черен дроб, месо. Използване на съдържание продукт с високо желязо е особено важно по време на бременност, тъй като тялото на плода формира изисква голямо количество на микроелемент за правилното развитие и растеж.

Знаци на дефицит в тялото на желязото

Симптомите на твърде малко количество от Ferrum влизане на тялото са умора, постоянно замразяване на ръцете и краката, депресия, чуплива коса и нокти, за намаляване на интелектуалната активност, нарушения в храносмилането, ниска производителност, неизправност на щитовидната жлеза. Ако забележите някои от тези симптоми, е необходимо да се увеличи броят на продукти, съдържащи желязо в диетата си или да си купя витамини и добавки, съдържащи Ferrum. Необходимо е също така да се консултирате с лекар, ако някой от тези симптоми се чувства прекалено силно.

Използване на желязо в промишлеността

Приложението и свойствата на желязото са тясно свързани. Благодарение на феромагнитен, тя се използва за производството на магнити - както по-слаби за домашна употреба (сувенирни магнити за хладилник, и т.н. ...) И по-мощен - за промишлени цели. Поради факта, че въпросният метал има висока якост и твърдост, той се използва от древността за производство на оръжия, брони и други военни и местни инструменти. Между другото, дори в Древен Египет е известно метеоритното желязо, чиито свойства надвишават тези на обикновения метал. Също така такова специално желязо е било използвано и в древния Рим. От него направили елитни оръжия. Щит или меч, направен от метеоритен метал, може да има само един много богат и благороден човек.

Като цяло, металът, който разглеждаме в тази статия, е най-гъвкавият, използван сред всички вещества от тази група. Преди всичко произвежда стомана и чугун, които се използват за производството на всички видове продукти, необходими в промишлеността и в ежедневието.

Чугунът е сплав от желязо и въглерод, при който вторият е налице от 1,7 до 4,5 процента. Ако втората е по-малко от 1,7%, тогава този вид сплав се нарича стомана. Ако въглеродът в състава присъства около 0.02%, това вече е обикновен технически желязо. Наличието на въглерод в сплавта е необходимо, за да се получи по-голяма здравина, термична устойчивост, устойчивост на ръжда.

В допълнение, стоманата може да съдържа много други химически елементи като примеси. Това са манган, фосфор и силиций. Също така в този вид сплав, за да му дадете определени качества, могат да се добавят хром, никел, молибден, волфрам и много други химически елементи. Видовете стомана, в които има голямо количество силиций (около четири процента), се използват като трансформатор. Тези, в състава на които много манган (до дванадесет или четиринадесет процента) намери приложение в производството на части на железопътни линии, мелници, мелници и други инструменти, части от които са предмет на бързо износване.

Молибденът се впръсква в сплавта, за да стане по-термично стабилен - тези стомани се използват като инструментални. Освен това, за да се получат всички известни и често използвани в дома под формата на ножове и други домакински инструменти от неръждаема стомана, е необходимо да добавите хром, никел и титан към сплавта. И за да се получи устойчива на удари, с висока якост, сферографитна стомана, достатъчно е да се добави ванадиум към него. С въвеждането на ниобий е възможно да се постигне висока устойчивост на корозия и действие на химически агресивни вещества.

Минералният магнетит, споменат в началото на статията, е необходим за производството на твърди дискове, карти с памет и други устройства от този тип. Благодарение на магнитните свойства на желязо може да се намери в апарата на трансформатори, двигатели и други електронни продукти. В допълнение, желязото може да добави други метални сплави да се придаде по-голяма здравина и механична стабилност. Сулфатът на този елемент се използва в градинарството за контрол на вредителите (заедно с меден сулфат).Хлориди от желязо са необходими за пречистването на водата. В допълнение, магнетит на прах се използва в черно-бели принтери. Основният начин да се използва пирит е да се извлече сярна киселина от нея. Този процес се извършва в лабораторията на три етапа. В първия пиритен етап желязото се изгаря, като по този начин се получава железен оксид и серен диоксид. На втория етап превръщането на серен диоксид в неговия триоксид става с участието на кислород. И на последния етап полученото вещество преминава водна пара в присъствието на катализатори, като по този начин се получава сярна киселина.

Приготвяне на желязо

По принцип този метал се извлича от двата основни минерала: магнетит и хематит. Това се постига чрез намаляване на желязото от неговите съединения с въглерод под формата на кокс. Това се прави в доменни пещи, при които температурата достига две хиляди градуса по скалата на Целзий. В допълнение, има начин да се възстанови ферум водород. За това не е необходима доменна пещ. За да приложите този метод, вземете специална глина, разбъркайте я с натрошена руда и преработвайте с водород в шахта пещ.

заключение

Свойствата и приложенията на желязото са различни. Това е може би най-важният метал в нашия живот. Ставайки известни на човека, той зае мястото на бронз, който по това време е основен материал за производството на инструменти и оръжия. Стомана и чугунът в много отношения превъзхождат сплавта на медта с калай по отношение на неговите физични свойства, устойчивост на механични влияния.

В допълнение, желязото на нашата планета е по-често от много други метали. Масова фракция тя е почти пет процента в земната кора. Това е четвъртият най-разпространен химически елемент в природата. Също така, този химически елемент е много важен за нормалното функциониране на организма на животните и растенията, главно защото се основава на хемоглобин. Желязото е важен микроелемент, чието използване е важно за поддържането на здравето и нормалното функциониране на органите. В допълнение към горното, това е единственият метал, който има уникални магнитни свойства. Без ферум е невъзможно да си представим нашия живот.