Željezo je dobro poznati kemijski element. Spada u metale prosječne reaktivnosti. Razmotrit ćemo svojstva i upotrebu željeza u ovom članku.
Prevalencija u prirodi
Postoji prilično velik broj minerala koji uključuju željezo. Prije svega, to je magnetit. To je sedamdeset i dva posto željeza. Njegova kemijska formula je Fe3O4. Ovaj mineral se također naziva magnetska željezna ruda. Ima svijetlo sive boje, ponekad s tamno sivom, do crne, s metalnim sjajem. Njegovo najveće ležište među zemljama ZND-a nalazi se na Uralu.
Sljedeći mineral s visokim udjelom željeza je hematit - sedamdeset posto se sastoji od ovog elementa. Njegova kemijska formula je Fe2O3. Naziva se i crvena željezna ruda. Ima boju od crveno-smeđe do crveno-sive. Najveći depozit na području zemalja ZND nalazi se u Krivoj Rogu.
Treći mineral po sadržaju željeza je limonit. Ovdje je željezo šezdeset posto ukupne mase. To je kristalni hidrat, odnosno molekule vode su utkane u njegovu kristalnu rešetku,njegova kemijska formula je Fe2O3•H2O. Kao što naziv govori, ovaj mineral ima žuto-smeđu boju, povremeno smeđu. Jedna je od glavnih komponenti prirodnog okera i koristi se kao pigment. Naziva se i smeđi željezni kamen. Najveće pojave su Krim, Ural.
U sideritu, takozvanoj spar željeznoj rudi, četrdeset osam posto željeza. Njegova kemijska formula je FeCO3. Struktura mu je heterogena i sastoji se od kristala različitih boja povezanih zajedno: sive, blijedozelene, sivo-žute, smeđe-žute, itd.
Posljednji prirodni mineral s visokim sadržajem željeza je pirit. Ima sljedeću kemijsku formulu: FeS2. Željezo u njemu čini četrdeset i šest posto ukupne mase. Zbog atoma sumpora, ovaj mineral ima zlatnožutu boju.
Mnogi od razmatranih minerala koriste se za dobivanje čistog željeza. Osim toga, hematit se koristi u proizvodnji nakita od prirodnog kamenja. Uključci pirita mogu se naći u nakitu od lapis lazulija. Osim toga, željezo se u prirodi nalazi u sastavu živih organizama – ono je jedna od najvažnijih komponenti stanice. Ovaj element u tragovima mora biti opskrbljen ljudskom tijelu u dovoljnim količinama. Ljekovita svojstva željeza uvelike su posljedica činjenice da je ovaj kemijski element osnova hemoglobina. Stoga upotreba feruma dobro utječe na stanje krvi, a time i cijelog organizma u cjelini.
Željezo: fizička i kemijska svojstva
Razmotrimo redom ova dva velika odjeljka. Fizička svojstva željeza su njegov izgled, gustoća, talište itd. To jest, sve razlikovne značajke tvari koje su povezane s fizikom. Kemijska svojstva željeza su njegova sposobnost da reagira s drugim spojevima. Počnimo s prvim.
Fizička svojstva željeza
U svom čistom obliku u normalnim uvjetima, to je krutina. Srebrnosive je boje i izraženog metalnog sjaja. Mehanička svojstva željeza uključuju razinu tvrdoće na Mohsovoj ljestvici. Jednako je četiri (srednje). Željezo ima dobru električnu i toplinsku vodljivost. Posljednju osobinu možete osjetiti dodirivanjem željeznog predmeta u hladnoj sobi. Budući da ovaj materijal brzo provodi toplinu, apsorbira većinu topline iz vaše kože u kratkom vremenu, zbog čega se osjećate hladno.
Dodirujući, na primjer, drvo, može se primijetiti da je njegova toplinska vodljivost znatno niža. Fizička svojstva željeza su njegova tališta i vrelišta. Prva je 1539 stupnjeva Celzija, druga je 2860 stupnjeva Celzija. Može se zaključiti da su karakteristična svojstva željeza dobra duktilnost i taljivost. Ali to nije sve.
Također, fizička svojstva željeza uključuju njegov feromagnetizam. Što je? Željezo, čija magnetska svojstva svakodnevno možemo promatrati na praktičnim primjerima, jedini je metal koji to imajedinstveno razlikovno obilježje. To je zbog činjenice da se ovaj materijal može magnetizirati pod utjecajem magnetskog polja. I nakon prestanka djelovanja potonjeg, željezo, čija su magnetska svojstva upravo nastala, dugo ostaje magnet. Ovaj se fenomen može objasniti činjenicom da u strukturi ovog metala postoji mnogo slobodnih elektrona koji se mogu kretati.
S gledišta kemije
Ovaj element spada u metale srednje aktivnosti. No kemijska svojstva željeza tipična su za sve ostale metale (osim onih koji su desno od vodika u elektrokemijskom nizu). Sposoban je reagirati s mnogim klasama tvari.
Počni jednostavno
Ferrum stupa u interakciju s kisikom, dušikom, halogenima (jod, brom, klor, fluor), fosforom, ugljikom. Prva stvar koju treba uzeti u obzir su reakcije s kisikom. Kada se željezo izgori, nastaju njegovi oksidi. Ovisno o uvjetima reakcije i omjerima između dva sudionika, oni se mogu mijenjati. Kao primjer takvih interakcija, mogu se dati sljedeće jednadžbe reakcije: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. I svojstva željeznog oksida (i fizikalna i kemijska) mogu biti različita, ovisno o njegovoj raznolikosti. Ovakve reakcije se javljaju na visokim temperaturama.
Sljedeće - interakcija s dušikom. Također se može dogoditi samopodložan zagrijavanju. Ako uzmemo šest molova željeza i jedan mol dušika, dobivamo dva mola željeznog nitrida. Jednadžba reakcije će izgledati ovako: 6Fe + N2=2Fe3N.
Prilikom interakcije s fosforom nastaje fosfid. Za provedbu reakcije potrebne su sljedeće komponente: za tri mola željeza - jedan mol fosfora, kao rezultat toga, nastaje jedan mol fosfida. Jednadžba se može napisati na sljedeći način: 3Fe + P=Fe3P.
Osim toga, među reakcijama s jednostavnim tvarima može se razlikovati i interakcija sa sumporom. U tom slučaju se može dobiti sulfid. Načelo po kojem se odvija proces stvaranja ove tvari sličan je gore opisanim. Naime, dolazi do reakcije adicije. Sve kemijske interakcije ove vrste zahtijevaju posebne uvjete, uglavnom visoke temperature, rjeđe katalizatore.
Reakcije između željeza i halogena također su česte u kemijskoj industriji. To su kloriranje, bromiranje, jodiranje, fluoriranje. Kao što je jasno iz naziva samih reakcija, ovo je proces dodavanja atoma klora / broma / joda / fluora atomima željeza kako bi se formirao klorid / bromid / jodid / fluor. Ove tvari se široko koriste u raznim industrijama. Osim toga, ferum se može kombinirati sa silicijem na visokim temperaturama. Zbog svojih raznolikih kemijskih svojstava, željezo se često koristi u kemijskoj industriji.
ferum i složene tvari
Od jednostavnih tvari, prijeđimo na one čije se molekule sastoje od dvije ili višeraznih kemijskih elemenata. Prva stvar koju treba spomenuti je reakcija feruma s vodom. Ovdje su glavna svojstva željeza. Kada se voda zagrijava zajedno sa željezom, nastaje bazični oksid (naziva se tako jer pri interakciji s istom vodom stvara hidroksid, drugim riječima, bazu). Dakle, ako se uzme jedan mol obje komponente, tvari kao što su željezov dioksid i vodik nastaju u obliku plina oštrog mirisa - također u molarnim omjerima jedan prema jedan. Jednadžba za ovu vrstu reakcije može se napisati na sljedeći način: Fe + H2O=FeO + H2. Ovisno o omjeru u kojem se te dvije komponente miješaju, može se dobiti željezov di- ili trioksid. Obje ove tvari vrlo su česte u kemijskoj industriji, a koriste se i u mnogim drugim industrijama.
S kiselinama i solima
Budući da se željezo nalazi lijevo od vodika u elektrokemijskom nizu aktivnosti metala, ono je u stanju istisnuti ovaj element iz spojeva. Primjer za to je reakcija supstitucije koja se može promatrati kada se željezo doda kiselini. Na primjer, ako pomiješate željezo i sulfatnu kiselinu (aka sumporna kiselina) srednje koncentracije u istim molarnim omjerima, rezultat će biti željezov sulfat (II) i vodik u istim molarnim omjerima. Jednadžba za takvu reakciju bi izgledala ovako: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Prilikom interakcije sa solima pojavljuju se redukcijska svojstva željeza. To jest, uz pomoć njega, manje aktivni metal može se izolirati iz soli. Na primjer, akouzmite jedan mol bakrenog sulfata i istu količinu željeza, tada možete dobiti željezni sulfat (II) i čisti bakar u istim molarnim omjerima.
Vrijednost za tijelo
Jedan od najčešćih kemijskih elemenata u zemljinoj kori je željezo. Već smo razmotrili svojstva materije, sada ćemo joj pristupiti s biološke točke gledišta. Ferrum obavlja vrlo važne funkcije kako na staničnoj razini tako i na razini cijelog organizma. Prije svega, željezo je osnova takvog proteina kao što je hemoglobin. Neophodan je za transport kisika kroz krv iz pluća u sva tkiva, organe, do svake stanice u tijelu, prvenstveno do neurona mozga. Stoga se korisna svojstva željeza ne mogu precijeniti.
Osim što utječe na stvaranje krvi, ferrum je važan i za potpuni rad štitnjače (za to nije potreban samo jod, kako neki vjeruju). Željezo također sudjeluje u unutarstaničnom metabolizmu, regulira imunitet. Ferrum se također nalazi u posebno velikim količinama u stanicama jetre, jer pomaže u neutralizaciji štetnih tvari. Također je jedna od glavnih komponenti mnogih vrsta enzima u našem tijelu. Dnevna prehrana osobe trebala bi sadržavati od deset do dvadeset miligrama ovog elementa u tragovima.
Hrana bogata željezom
Mnogo ih je. Oni su i biljnog i životinjskog podrijetla. Prvi su žitarice, mahunarke, žitarice (posebno heljda), jabuke, gljive (vrganji), suho voće, šipak, kruške, breskve,avokado, bundeva, bademi, datulje, rajčice, brokula, kupus, borovnice, kupine, celer itd. Drugi - jetra, meso. Upotreba hrane bogate željezom posebno je važna tijekom trudnoće, jer tijelo fetusa u razvoju zahtijeva veliku količinu ovog elementa u tragovima za pravilan rast i razvoj.
Znakovi nedostatka željeza
Simptomi da premalo željeza ulazi u tijelo su umor, stalno smrzavanje ruku i stopala, depresija, lomljiva kosa i nokti, smanjena intelektualna aktivnost, probavni poremećaji, slaba učinkovitost i poremećaji štitnjače. Ako primijetite više od jednog od ovih simptoma, možda ćete htjeti povećati količinu hrane bogate željezom u svojoj prehrani ili kupiti vitamine ili suplemente koji sadrže željezo. Također, svakako posjetite liječnika ako osjetite bilo koji od ovih simptoma prejako.
Upotreba željeza u industriji
Upotrebe i svojstva željeza usko su povezani. Zbog svog feromagnetizma koristi se za izradu magneta - kako slabih za kućne potrebe (magneti za suvenire i sl.), tako i jačih - za industrijske potrebe. Zbog činjenice da je dotični metal visoke čvrstoće i tvrdoće, od davnina se koristio za proizvodnju oružja, oklopa i drugih vojnih i kućanskih alata. Usput, čak iu starom Egiptu, meteorit željezo je bio poznat, svojstvakoji su bolji od onih od običnog metala. Također, takvo posebno željezo korišteno je u starom Rimu. Od njega su pravili elitno oružje. Samo vrlo bogata i plemenita osoba mogla je imati štit ili mač izrađen od metala meteorita.
Općenito, metal koji razmatramo u ovom članku je najsvestraniji korišten među svim tvarima ove skupine. Prije svega, od njega se izrađuju čelik i lijevano željezo koji se koriste za proizvodnju svih vrsta proizvoda potrebnih kako u industriji tako iu svakodnevnom životu.
Lijevano željezo je legura željeza i ugljika, u kojoj je drugi prisutan od 1,7 do 4,5 posto. Ako je drugi manji od 1,7 posto, tada se ova vrsta legure naziva čelik. Ako u sastavu ima oko 0,02 posto ugljika, onda je to već obično tehničko željezo. Prisutnost ugljika u leguri je neophodna kako bi joj se dala veća čvrstoća, otpornost na toplinu i otpornost na hrđu.
Osim toga, čelik može sadržavati mnoge druge kemijske elemente kao nečistoće. Ovo je i mangan, i fosfor i silicij. Također, ovoj vrsti legure mogu se dodati krom, nikal, molibden, volfram i mnogi drugi kemijski elementi koji joj daju određene kvalitete. Kao transformatorski čelici koriste se vrste čelika u kojima je prisutna velika količina silicija (oko četiri posto). Oni koji sadrže mnogo mangana (do dvanaest ili četrnaest posto) nalaze svoju primjenu u proizvodnji dijelovaželjeznice, mlinovi, drobilice i drugi alati koji brzo troše dijelove.
Molibden se uvodi u sastav legure kako bi bila toplinski stabilnija - takvi se čelici koriste kao alatni čelici. Osim toga, za dobivanje poznatih i često korištenih nehrđajućih čelika u obliku noževa i drugih kućanskih alata, potrebno je u slitinu dodati krom, nikal i titan. A kako bi se dobio otporan na udarce, visoke čvrstoće, duktilni čelik, dovoljno je dodati vanadij. Uvođenjem u sastav niobija moguće je postići visoku otpornost na koroziju i djelovanje kemijski agresivnih tvari.
Mineral magnetit, koji je spomenut na početku članka, potreban je za proizvodnju tvrdih diskova, memorijskih kartica i drugih uređaja ove vrste. Zbog svojih magnetskih svojstava, željezo se može naći u konstrukciji transformatora, motora, elektroničkih proizvoda itd. Osim toga, željezo se može dodati drugim metalnim legurama kako bi im se dala veća čvrstoća i mehanička stabilnost. Sulfat ovog elementa koristi se u hortikulturi za suzbijanje štetočina (zajedno s bakrenim sulfatom).
Željezni kloridi su nezamjenjivi za pročišćavanje vode. Osim toga, prah magnetita se koristi u crno-bijelim pisačima. Glavna upotreba pirita je dobivanje sumporne kiseline iz njega. Ovaj proces se odvija u laboratoriju u tri faze. U prvoj fazi, željezni pirit se spaljuje kako bi se dobio željezni oksid i sumporov dioksid. Drugi korak je pretvorba dioksidasumpora u svoj trioksid uz sudjelovanje kisika. I u završnoj fazi, rezultirajuća tvar se propušta kroz vodenu paru u prisutnosti katalizatora, čime se dobiva sumporna kiselina.
Dobivanje željeza
Ovaj metal se uglavnom vadi iz svoja dva glavna minerala: magnetita i hematita. To se postiže redukcijom željeza iz njegovih spojeva ugljikom u obliku koksa. To se radi u visokim pećima, temperatura u kojima doseže dvije tisuće stupnjeva Celzija. Osim toga, postoji način da se željezo reducira vodikom. Za to nije potrebna visoka peć. Za provedbu ove metode uzima se specijalna glina, pomiješana sa zdrobljenom rudom i obrađena vodikom u osovinskoj peći.
Zaključak
Svojstva i upotreba željeza su raznolika. Ovo je možda najvažniji metal u našim životima. Pošto je postao poznat čovječanstvu, zauzeo je mjesto bronce, koja je u to vrijeme bila glavni materijal za izradu svih alata, kao i oružja. Čelik i lijevano željezo u mnogočemu su superiorniji od legure bakra i kositra u pogledu svojih fizičkih svojstava, otpornosti na mehanička opterećenja.
Osim toga, željezo je češće na našem planetu od mnogih drugih metala. Njegov maseni udio u zemljinoj kori iznosi gotovo pet posto. To je četvrti najzastupljeniji kemijski element u prirodi. Također, ovaj kemijski element vrlo je važan za normalno funkcioniranje organizma životinja i biljaka, prvenstveno jer se na njegovoj osnovi gradi hemoglobin. Željezo je esencijalni mikronutrijentšto je važno za održavanje zdravlja i normalno funkcioniranje organa. Osim navedenog, to je jedini metal koji ima jedinstvena magnetska svojstva. Nemoguće je zamisliti naš život bez feruma.
