Chemické a fyzikální vlastnosti železa

Železo je dobře známý chemický prvek. To se týká průměru chemické aktivity kovů. Vlastnosti a aplikace železa jsou popsány v tomto článku.

Prevalence v přírodě

Tam je poměrně velké množství minerálů, které zahrnují ferrum. Především je to magnetit. Je to sedmdesát dva procent železa. Jeho chemický vzorec je Fe₃O₄. Tento minerál se také nazývá magnetickou železnou rudou. Má světle šedou barvu, někdy tmavě šedou, až černě, s kovovým leskem. Největší vklad mezi zeměmi SNS je v Uralu.

Dalším minerálem s vysokým obsahem železa je hematit - to je sedmdesát procent tohoto prvku. Jeho chemický vzorec je Fe₂O₃. To se také nazývá červená železná ruda. Má barvu od červeno-hnědé až po červeno-šedou. Největší pole v SNS je v Krivoy Rog.

Třetím minerálem v obsahu ferrumu je limonit. Zde je železo šedesát procent z celkové hmotnosti. Jedná se o krystalický hydrát, to znamená, že molekuly vody jsou propletené do krystalové mřížky, její chemický vzorec je Fe₂O₃• H₂O. Jak můžete vidět z názvu, tento minerál má žlutavě hnědavou barvu, občas hnědou. Je to jedna z hlavních složek přírodního okru a používá se jako pigment. Také se nazývá hnědá železná ruda. Největšími místy jsou Krym, Ural.

Ve siderite, tzv. Spar železná ruda, osmdesát procent ferrum. Jeho chemickým složením je FeCO₃. Jeho struktura není homogenní, a skládá se z jiné barvy jsou spojeny dohromady krystalů: šedá, světle zelená, šedá, žlutá, hnědá a další.

Posledně jmenovaný je přirozeně se vyskytující minerál s vysokým obsahem pyrumitu, pyrite. Má takový chemický vzorec FeS₂. Železo v něm je čtyřicet šest procent celkové hmotnosti. Vzhledem k atomům síry má tento minerál zlatavě žlutou barvu.

Mnoho zvažovaných minerálů se používá k výrobě čistého železa. Kromě toho se hematit používá při výrobě šperků z přírodních kamenů. Zahrnutí pyrite se nachází v ozdobách z lapis lazuli. Kromě toho se v přírodě nachází železo v živých organismech - je to jedna z nejdůležitějších součástí buňky. Tento mikroelement musí nutně vstoupit do lidského těla v dostatečném množství. Hojivé vlastnosti železa jsou z velké části způsobeny tím, že tento chemický prvek je základem hemoglobinu. Proto použití ferrumu dobře ovlivňuje stav krve a následně celého organismu jako celku.

Železo: fyzikální a chemické vlastnosti

Vezměte v úvahu dvě z těchto velkých sekcí. Fyzikální vlastnosti železo - to je jeho vzhled, hustota, bod tání atd. To znamená, že všechny charakteristické rysy hmoty, které souvisejí s fyzikou. Chemické vlastnosti železa jsou jeho schopnost reagovat s jinými sloučeninami. Začněme první.

Fyzikální vlastnosti železa

Ve své čisté formě je za normálních podmínek pevnou látkou. Má stříbřitě šedou barvu a výrazný kovový lesk. Mechanické vlastnosti železa zahrnují Mohsovu tvrdost. To se rovná čtyřem (průměrným). Železo má dobrou elektrickou vodivost a tepelnou vodivost. Posledním prvkem je pocit dotyku železného předmětu v chladné místnosti. Vzhledem k tomu, že tento materiál rychle přivádí teplo, zabere jej velkou část z kůže v krátké době, a proto se cítíte zima. Když se dotkl například stromu, lze poznamenat, že jeho tepelná vodivost je mnohem nižší. Fyzikální vlastnosti železa jsou také jeho body tání a varu. První je 1539 stupňů Celsia, druhý - 2860 stupňů Celsia. Lze konstatovat, že charakteristické vlastnosti železa - dobrá plasticita a tavitelnost. Ale ani to není všechno.

Také ve fyzikálních vlastnostech železa je jeho ferromagnetismus. Co to je? Železo, jehož magnetické vlastnosti můžeme každodenně pozorovat na praktických příkladech, je jediný kov, který má takový jedinečný charakteristický rys. To je způsobeno skutečností, že tento materiál je schopen magnetizovat pod působením magnetického pole. A po ukončení posledního železa, jehož magnetické vlastnosti se právě vytvořily, zůstává dlouhou dobu magnet. Takovýto jev lze vysvětlit skutečností, že ve struktuře daného kovu existuje mnoho volných elektronů, které se mohou pohybovat.

Z hlediska chemie

Tento prvek se týká kovů se střední aktivitou. Ale chemické vlastnosti železa jsou typické pro všechny ostatní kovy (kromě těch, které jsou vpravo od vodíku v elektrochemické řadě). Je schopen reagovat s mnoha druhy látek.

Začněme jednoduchým

Ferrum reaguje s kilo, dusíkem, halogeny (jód, brom, chlor, fluor), fosfor, uhlík. První věc, kterou je třeba zvážit, je reakce s kyslíkem. Při spálení ferrumu se tvoří jeho oxidy. V závislosti na podmínkách reakce a poměru mezi oběma účastníky mohou být různorodé. Jako příklad tohoto typu interakce lze uvést následující reakční rovnice: 2Fe + O₂ = 2FeO-4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃- 3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄. A vlastnosti oxidu železa (fyzikální i chemické) se mohou lišit v závislosti na jeho rozmanitosti. Takové reakce se vyskytují při vysokých teplotách.

Další je interakce s dusíkem. Může se také vyskytovat pouze při zahřátí. Když vezmeme šest moří železa a jednoho molu dusíku, získáme dva moly nitridu železa. Reakční rovnice bude vypadat takto: 6Fe + N₂ = 2Fe₃N.

Při interakci s fosforem vzniká fosfid. Pro provedení této reakce jsou nutné tyto složky: tři mol ferrule - jeden mol fosforu, což vede k tvorbě jednoho mol fosfidu. Rovnici lze zapsat následovně: 3Fe + P = Fe₃P.

Kromě reakcí s jednoduchými látkami je také možné oddělit interakci se sírou. V tomto případě je možné získat sulfid. Princip, kterým vzniká proces tvorby této látky, je podobný principu popsanému výše. Namísto toho dochází k reakci přidávání. Pro všechny chemické interakce tohoto druhu jsou zapotřebí zvláštní podmínky, zejména vysoké teploty a méně často katalyzátory.

Je také běžné v chemickém průmyslu reakci mezi železem a halogeny. Tato chlorace, bromace, jodace, fluorace. Jak sám název reakce, proces vstupu do Ferrum atomy chloru / bromu / jodu / fluoridu za vzniku chloridu / bromid / jodid / fluorid, resp. Tyto materiály jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích. Kromě toho, železo je možno připojit s křemíkem při vysokých teplotách. Vzhledem k tomu, že chemické vlastnosti železa jsou různé, se často používá v chemickém průmyslu.

Ferrum a složité látky

Z jednoduchých látek přistupujeme k těm, jejichž molekuly se skládají ze dvou nebo více různých chemických prvků. První věc, kterou můžeme zmínit, je reakce ferrumu s vodou. Zde se projevují základní vlastnosti železa. Když se voda ohřívá společně se železem, bazický oxid (To se nazývá proto, že interakce se stejným hydroxidem voda tvoří, jinými slovy - báze). Takže, vezmeme-li jeden mol obou složek se vytvoří takové látky, jako je železo uhličitého a plynného vodíku s štiplavý zápach - jako v molárním poměru jedna ku jedné. Rovnice těchto reakcí může být zapsán takto: Fe + H₂O = FeO + H₂. V závislosti na poměru, ve kterém jsou tyto dvě složky smíchány, lze získat di-nebo oxid titaničitý. Obě tyto látky jsou v chemickém průmyslu velmi běžné a používají se také v mnoha dalších průmyslových odvětvích.

S kyselinami a solemi

Vzhledem k tomu, železo je nalevo od vodíku v elektrochemické řadě kovů činnosti, spososoben to vytlačit aktivní prvek sloučenin. Příkladem toho je substituční reakce, která může být při přidávání železa s kyselinou. Například, je-li smíchány ve stejných molárních poměrech železa a kyseliny síranu (aka sírové) průměrné koncentrace, V důsledku toho můžeme získat síran železnatý (II) a vodík ve stejných molárních poměrech. Rovnice takové reakce by vypadat například takto: Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂.

Při interakci se solemi se projevují redukční vlastnosti železa. To znamená, že pomocí toho můžete zvolit méně aktivní kov ze soli. Pokud například přijmete jednoho krtek síran měďnatý a lze dosáhnout stejného množství ferrumu, síranu železa (II) a čisté mědi ve stejných molárních poměrech.

Význam pro tělo

Jedním z nejčastějších chemických prvků zemské kůry je železo. Vlastnosti látky už jsme se domnívali, že k němu nyní přistupujeme z biologického hlediska. Ferrum plní velmi důležité funkce jak na buněčné úrovni, tak na úrovni celého organismu. Nejdříve je železo základem bílkovin, jako je hemoglobin. Je nezbytná pro transport kyslíku krví z plic do všech tkání, orgánů, do každé buňky těla, především do neuronů mozku. Proto nelze užitečné vlastnosti železa příliš zvýraznit.

Kromě toho, že je postihuje kroveobrazovanie, Ferrum je také důležitý pro normální fungování štítné žlázy (to vyžaduje nejen jód, jak se někteří domnívají). Také, železo se podílí na intracelulárním metabolismu, reguluje imunitní systém. Konkrétněji železo ve velkém množství se nachází v jaterních buňkách, protože pomáhá neutralizovat škodlivé látky. On je také jeden z hlavních složek mnoha druhů enzymů v našem těle. Denní lidská strava by měla obsahovat deset až dvacet miligramů stopového prvku.

Výrobky bohaté na železo

Taková spousta. Jedí i rostlinného a živočišného původu. První - to je obiloviny, luštěniny, obiloviny (zejména pohanka), jablka, houby (bílá), sušené ovoce, šípky, hrušky, broskve, avokádo, dýně, mandle, fíky, rajčata, brokolice, zelí, borůvky, ostružiny, celer, atd . Za druhé - játra, maso. Použití obsahu produktu vysoké železa je zvláště důležité v průběhu těhotenství, jako tělo plodu vytvořeného vyžaduje velké množství mikroživiny pro správný růst a vývoj.

Známky nedostatku těla železa

Symptomy příliš malém množství Ferrum do těla jsou únava, konstantní zmrazení ruce a nohy, deprese, lámavé vlasy a nehty, snížení intelektuální aktivita, poruchy trávení, nízký výkon, špatná funkce štítné žlázy. Pokud si všimnete několika z těchto příznaků, pak stojí za to zvýšit počet výrobků se železem ve vaší stravě nebo koupit vitamíny nebo potravinové doplňky obsahující ferrum. Je také nutné poradit se s lékařem, pokud se kterýkoli z těchto příznaků cítí příliš horlivě.

Použití ferrule v průmyslu

Aplikace a vlastnosti železa jsou úzce spjaty. Vzhledem ke své feromagnetické se používá pro výrobu magnetů - jak slabším pro použití v domácnosti (upomínkové magnety na lednici, atd ...) a silnějším - pro průmyslové účely. Vzhledem k tomu, že se považuje za kov má vysokou pevnost a tvrdost, s jeho starověku používá pro zbraně, brnění a dalších vojenských a domácích přístrojů. Mimochodem, dokonce i ve starověkém Egyptě bylo známé meteoritové železo, jehož vlastnosti převyšovaly vlastnosti obyčejného kovu. Také takové speciální železo bylo také použito ve starověkém Římě. Z toho vyrobili elitní zbraně. Stín nebo meč vyrobený z meteorického kovu mohl mít jen velmi bohatou a ušlechtilou osobu.

Obecně platí, že kov, který v tomto článku považujeme za nejpoužívanější, se používá u všech látek této skupiny. Především vyrábí ocel a litinu, které se používají k výrobě všech druhů výrobků potřebných v průmyslu av každodenním životě.

Litina je slitina železa a uhlíku, přičemž druhá je přítomna od 1,7 do 4,5 procent. Pokud je druhá menší než 1,7 procenta, pak se tento druh slitiny nazývá oceli. Pokud je uhlík v kompozici přítomen asi 0,02 procenta, pak je to již běžné technické železo. Přítomnost uhlíku v slitině je nutná, aby se dosáhlo vyšší pevnosti, tepelné stability, odolnosti proti korozi.

Kromě toho může ocel obsahovat mnoho dalších chemických prvků jako nečistoty. Jedná se o mangan, fosfor a křemík. Také v tomto druhu slitiny, která mu dává jisté vlastnosti, lze přidat chróm, nikl, molybden, wolfram a mnoho dalších chemických prvků. Druhy oceli, ve kterých je velké množství křemíku (asi čtyři procenta), se používají jako transformátory. Ti ve složení, z nichž mnoho manganu (až dvanáct nebo čtrnáct procent) nacházejí uplatnění při výrobě dílů železnic, mlýny, brusky a další nástroje, jehož části jsou podléhají rychlému otěru.

Molybden je vstřikován do slitiny, aby byl tepelně stabilnější - používají se tyto oceli jako nástroje. Navíc k získání všech známých a často používaných v domácnosti ve formě nožů a jiných nástrojů pro domácnost z nerezavějících ocelí je nutné přidávat do slitiny chrom, nikl a titan. A aby se dostala šokově odolná, vysoce pevná, tvárná ocel, stačí k ní přidat vanad. Při zavádění niobu je možné dosáhnout vysoké odolnosti proti korozi a působení chemicky agresivních látek.

Minerální magnetit, který byl zmíněn na začátku článku, je nezbytný pro výrobu pevných disků, paměťových karet a dalších zařízení tohoto typu. V důsledku magnetických vlastností železa lze nalézt v zařízení transformátorů, motorů a dalších elektronických výrobků. Navíc, železo mohou přidat další kovové slitiny pro dodání větší pevnost a mechanickou stabilitu. Síran tohoto prvku se používá v zahradnictví pro kontrolu škůdců (společně s síranem měďnatým).Chloridy ze železa jsou nepostradatelné pro čištění vody. Kromě toho se práškový magnetit používá v černobílých tiskárnách. Hlavní cestou k použití pyrite je získání kyseliny sírové z ní. Tento proces probíhá v laboratoři ve třech etapách. V prvním pyritovém stupni se železo spálí, čímž se získá oxid železitý a oxid siřičitý. Ve druhém stupni dochází k přeměně oxidu siřičitého na jeho oxid kyslíku. A v konečné fázi se získaná látka prochází vodní páry v přítomnosti katalyzátorů, čímž se získá kyselina sírová.

Příprava železa

Obecně je tento kov extrahován ze dvou hlavních minerálů: magnetitu a hematitu. Toto se provádí redukcí železa ze sloučenin uhlíkem ve formě koksu. To se provádí ve vysokých pecích, jejichž teplota dosahuje dvou stupňů stupnice Celsia. Kromě toho existuje způsob, jak obnovit ferrum vodík. Za tímto účelem není vysoká pec nutná. K provedení této metody si vezměte speciální hlínu, promícháme ji drcenou rudou a zpracováváme vodíkem v šachtové peci.

Závěr

Vlastnosti a aplikace železa jsou různorodé. To je možná nejdůležitější kov v našem životě. Poté, co se stal známým lidstvu, vzal místo bronzu, který v té době byl hlavním materiálem pro výrobu všech nástrojů, stejně jako zbraní. Ocel a litina v mnoha ohledech překračují slitinu mědi cínem z hlediska fyzikálních vlastností, odolnosti vůči mechanickým vlivům.

Kromě toho je železo na naší planetě mnohem častější než mnoho jiných kovů. Hmotnostní zlomek to je téměř pět procent v zemské kůře. Toto je čtvrtý nejčastější chemický prvek v přírodě. Také tento chemický prvek je velmi důležitý pro normální fungování organismu zvířat a rostlin, především proto, že je založen na hemoglobinu. Železo je důležitým mikroelemenem, jehož použití je důležité pro udržení zdraví a normálního fungování orgánů. Kromě výše uvedených je to jediný kov, který má jedinečné magnetické vlastnosti. Bez ferrumu není možné představit si náš život.