Železo je dobro znan kemični element. Spada med kovine s povprečno reaktivnostjo. V tem članku bomo obravnavali lastnosti in uporabo železa.
Prevalenca v naravi
Obstaja precej veliko število mineralov, ki vključujejo železo. Najprej je to magnetit. To je dvainsedemdeset odstotkov železa. Njegova kemična formula je Fe3O4. Ta mineral se imenuje tudi magnetna železova ruda. Ima svetlo sivo barvo, včasih s temno sivo, do črno, s kovinskim leskom. Njegovo največje nahajališče med državami CIS se nahaja na Uralu.
Naslednji mineral z visoko vsebnostjo železa je hematit - sedemdeset odstotkov je sestavljen iz tega elementa. Njegova kemična formula je Fe2O3. Imenuje se tudi rdeča železova ruda. Ima barvo od rdeče-rjave do rdeče-sive. Največje nahajališče na ozemlju držav CIS se nahaja v Krivoj Rogu.
Tretji mineral po vsebnosti železa je limonit. Tukaj je železo šestdeset odstotkov celotne mase. Je kristalinični hidrat, to pomeni, da so molekule vode vtkane v njegovo kristalno mrežo,njegova kemična formula je Fe2O3•H2O. Kot pove že ime, ima ta mineral rumeno-rjavkasto barvo, občasno rjavo. Je ena glavnih sestavin naravnega okerja in se uporablja kot pigment. Imenuje se tudi rjav železov kamen. Največji pojavi so Krim, Ural.
V sideritu, tako imenovani spar železovi rudi, oseminštirideset odstotkov železa. Njegova kemična formula je FeCO3. Njegova struktura je heterogena in je sestavljena iz kristalov različnih barv, povezanih med seboj: siva, bledo zelena, sivo-rumena, rjavo-rumena itd.
Zadnji naravni mineral z visoko vsebnostjo železa je pirit. Ima naslednjo kemijsko formulo: FeS2. Železo v njem je šestinštirideset odstotkov celotne mase. Zaradi atomov žvepla ima ta mineral zlato rumeno barvo.
Veliko obravnavanih mineralov se uporablja za pridobivanje čistega železa. Poleg tega se hematit uporablja pri izdelavi nakita iz naravnih kamnov. Piritne vključke najdemo v nakitu iz lapis lazulija. Poleg tega se železo v naravi nahaja v sestavi živih organizmov – je ena najpomembnejših sestavin celice. Ta element v sledovih je treba v človeško telo vnesti v zadostnih količinah. Zdravilne lastnosti železa so v veliki meri posledica dejstva, da je ta kemični element osnova hemoglobina. Zato uporaba železa dobro vpliva na stanje krvi in s tem celotnega organizma kot celote.
Železo: fizikalne in kemijske lastnosti
Upoštevajmo ta dva velika razdelka po vrstnem redu. Fizikalne lastnosti železa so njegov videz, gostota, tališče itd. To so vse značilnosti snovi, ki so povezane s fiziko. Kemične lastnosti železa so njegova sposobnost, da reagira z drugimi spojinami. Začnimo s prvim.
Fizikalne lastnosti železa
V svoji čisti obliki v normalnih pogojih je trdna snov. Ima srebrno sivo barvo in izrazit kovinski lesk. Mehanske lastnosti železa vključujejo raven trdote po Mohsovi lestvici. Enako je štiri (srednje). Železo ima dobro električno in toplotno prevodnost. Zadnjo lastnost je mogoče občutiti z dotikom železnega predmeta v hladnem prostoru. Ker ta material hitro prevaja toploto, v kratkem času absorbira večino toplote iz vaše kože, zaradi česar se počutite hladni.
Če se na primer dotaknemo drevesa, lahko opazimo, da je njegova toplotna prevodnost veliko nižja. Fizikalne lastnosti železa so njegovo tališče in vrelišče. Prva je 1539 stopinj Celzija, druga pa 2860 stopinj Celzija. Sklepamo lahko, da sta značilni lastnosti železa dobra duktilnost in taljivost. Ampak to še ni vse.
Prav tako fizikalne lastnosti železa vključujejo njegov feromagnetizem. kaj je to? Železo, katerega magnetne lastnosti lahko vsak dan opazujemo na praktičnih primerih, je edina kovina, ki ima toedinstvena značilnost. To je posledica dejstva, da se ta material lahko magnetizira pod vplivom magnetnega polja. In po prenehanju delovanja slednjega železo, katerega magnetne lastnosti so se pravkar oblikovale, dolgo ostane magnet. Ta pojav je mogoče razložiti z dejstvom, da je v strukturi te kovine veliko prostih elektronov, ki se lahko gibljejo.
Z vidika kemije
Ta element spada med kovine srednje aktivnosti. Toda kemijske lastnosti železa so značilne za vse druge kovine (razen tistih, ki so desno od vodika v elektrokemični seriji). Sposoben je reagirati s številnimi razredi snovi.
Začni preprosto
Ferrum sodeluje s kisikom, dušikom, halogeni (jod, brom, klor, fluor), fosforjem, ogljikom. Prva stvar, ki jo je treba upoštevati, so reakcije s kisikom. Ko se želez izgoreva, nastanejo njegovi oksidi. Glede na pogoje reakcije in razmerja med udeležencema se lahko spreminjajo. Kot primer takšnih interakcij lahko podamo naslednje reakcijske enačbe: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. In lastnosti železovega oksida (fizikalne in kemične) so lahko različne, odvisno od njegove sorte. Te vrste reakcij se pojavijo pri visokih temperaturah.
Naprej - interakcija z dušikom. Lahko se tudi zgodi samopodvržen ogrevanju. Če vzamemo šest molov železa in en mol dušika, dobimo dva mola železovega nitrida. Reakcijska enačba bo videti takole: 6Fe + N2=2Fe3N.
Pri interakciji s fosforjem nastane fosfid. Za izvedbo reakcije so potrebne naslednje komponente: za tri mole železa - en mol fosforja, posledično nastane en mol fosfida. Enačbo lahko zapišemo na naslednji način: 3Fe + P=Fe3P.
Poleg tega lahko med reakcijami s preprostimi snovmi ločimo tudi interakcijo z žveplom. V tem primeru lahko dobimo sulfid. Načelo, po katerem poteka proces tvorbe te snovi, je podobno zgoraj opisanim. Pojavi se namreč adicijska reakcija. Vse tovrstne kemične interakcije zahtevajo posebne pogoje, predvsem visoke temperature, redkeje katalizatorje.
Reakcije med železom in halogeni so pogoste tudi v kemični industriji. To so kloriranje, bromiranje, jodiranje, fluoriranje. Kot je razvidno iz samih imen reakcij, je to postopek dodajanja atomov klora / broma / joda / fluora atomom železa, da nastane klorid / bromid / jodid / fluorid. Te snovi se pogosto uporabljajo v različnih panogah. Poleg tega se želez pri visokih temperaturah lahko kombinira s silicijem. Zaradi svojih raznolikih kemičnih lastnosti se železo pogosto uporablja v kemični industriji.
železo in kompleksne snovi
Od preprostih snovi pojdimo k tistim, katerih molekule so sestavljene iz dveh ali večrazlični kemični elementi. Prva stvar, ki jo je treba omeniti, je reakcija železa z vodo. Tu so glavne lastnosti železa. Ko se voda segreje skupaj z železom, nastane bazični oksid (tako se imenuje, ker pri interakciji z isto vodo tvori hidroksid, z drugimi besedami, bazo). Torej, če vzamete en mol obeh komponent, se snovi, kot sta železov dioksid in vodik, tvorijo v obliki plina z ostrim vonjem - tudi v molskih razmerjih ena proti ena. Enačbo za to vrsto reakcije lahko zapišemo na naslednji način: Fe + H2O=FeO + H2. Glede na razmerja, v katerih sta ti dve komponenti mešani, lahko dobimo železov di- ali trioksid. Obe snovi sta zelo pogosti v kemični industriji in se uporabljajo tudi v mnogih drugih panogah.
S kislinami in solmi
Ker se želez nahaja levo od vodika v elektrokemični seriji aktivnosti kovin, lahko ta element izpodriva iz spojin. Primer tega je reakcija substitucije, ki jo lahko opazimo, ko kislini dodamo železo. Na primer, če zmešate železo in sulfatno kislino (tudi žveplova kislina) srednje koncentracije v enakih molskih razmerjih, bo rezultat železov sulfat (II) in vodik v enakih molskih razmerjih. Enačba za takšno reakcijo bi izgledala takole: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Pri interakciji s solmi se pojavijo redukcijske lastnosti železa. To pomeni, da je s pomočjo tega mogoče izolirati manj aktivno kovino iz soli. Na primer, čevzemite en mol bakrovega sulfata in enako količino železa, potem lahko dobite železov sulfat (II) in čisti baker v enakih molskih razmerjih.
Vrednost za telo
Eden najpogostejših kemičnih elementov v zemeljski skorji je železo. Lastnosti snovi smo že obravnavali, zdaj se ji bomo približali z biološkega vidika. Ferrum opravlja zelo pomembne funkcije tako na celični ravni kot na ravni celotnega organizma. Prvič, železo je osnova takega proteina, kot je hemoglobin. Potreben je za transport kisika po krvi iz pljuč v vsa tkiva, organe, do vsake telesne celice, predvsem do nevronov možganov. Zato koristnih lastnosti železa ni mogoče preceniti.
Želez je poleg tega, da vpliva na tvorbo krvi, pomemben tudi za polno delovanje ščitnice (za to ni potreben le jod, kot menijo nekateri). Železo sodeluje tudi pri znotrajcelični presnovi, uravnava imuniteto. V posebno velikih količinah se žele nahaja tudi v jetrnih celicah, saj pomaga nevtralizirati škodljive snovi. Je tudi ena glavnih sestavin številnih vrst encimov v našem telesu. Dnevna prehrana osebe mora vsebovati od deset do dvajset miligramov tega elementa v sledovih.
Hrana, bogata z železom
Veliko jih je. So rastlinskega in živalskega izvora. Prvi so žita, stročnice, žita (predvsem ajda), jabolka, gobe (jurčki), suho sadje, šipek, hruške, breskve,avokado, buče, mandlji, datlji, paradižnik, brokoli, zelje, borovnice, robide, zelena, itd Drugi - jetra, meso. Med nosečnostjo je še posebej pomembna uporaba živil z visoko vsebnostjo železa, saj telo razvijajočega se ploda za pravilno rast in razvoj potrebuje veliko količino tega elementa v sledovih.
Znaki pomanjkanja železa
Simptomi premajhnega vnosa železa v telo so utrujenost, nenehno zmrzovanje rok in nog, depresija, krhki lasje in nohti, zmanjšana intelektualna aktivnost, prebavne motnje, nizka zmogljivost in motnje ščitnice. Če opazite več kot enega od teh simptomov, boste morda želeli povečati količino živil, bogatih z železom, v svoji prehrani ali kupiti vitamine ali dodatke, ki vsebujejo železo. Prav tako se obvezno posvetujte z zdravnikom, če imate katerega od teh simptomov premočno.
Uporaba železa v industriji
Uporabe in lastnosti železa so tesno povezane. Zaradi svoje feromagnetnosti se uporablja za izdelavo magnetov - tako šibkejših za domače namene (magneti za hladilnike za spominke itd.), kot močnejših - za industrijske namene. Zaradi dejstva, da ima zadevna kovina visoko trdnost in trdoto, se je že od antičnih časov uporabljala za izdelavo orožja, oklepov in drugih vojaških in gospodinjskih orodij. Mimogrede, tudi v starem Egiptu je bilo meteoritno železo znano, lastnostiki so boljši od tistih iz navadne kovine. Tudi tako posebno železo so uporabljali v starem Rimu. Iz njega so izdelovali elitno orožje. Le zelo bogat in plemenit človek bi lahko imel ščit ali meč iz meteoritne kovine.
Na splošno je kovina, ki jo obravnavamo v tem članku, najbolj vsestransko uporabljena med vsemi snovmi te skupine. Najprej iz njega izdelujejo jeklo in lito železo, ki se uporabljata za proizvodnjo vseh vrst izdelkov, potrebnih tako v industriji kot v vsakdanjem življenju.
Lito železo je zlitina železa in ogljika, v kateri je drugega prisotno od 1,7 do 4,5 odstotka. Če je drugi manjši od 1,7 odstotka, se ta vrsta zlitine imenuje jeklo. Če je v sestavi približno 0,02 odstotka ogljika, potem je to že navadno tehnično železo. Prisotnost ogljika v zlitini je potrebna za večjo trdnost, toplotno odpornost in odpornost proti rji.
Poleg tega lahko jeklo vsebuje številne druge kemične elemente kot nečistoče. To je mangan, fosfor in silicij. Prav tako lahko tej zlitini dodamo krom, nikelj, molibden, volfram in številne druge kemične elemente, ki ji dajo določene lastnosti. Kot transformatorska jekla se uporabljajo vrste jekla, v katerih je prisotna velika količina silicija (približno štiri odstotke). Tisti, ki vsebujejo veliko mangana (do dvanajst ali štirinajst odstotkov), najdejo svojo uporabo pri izdelavi delovželeznice, mlini, drobilniki in druga orodja, ki hitro obrabijo dele.
Molibden je uveden v sestavo zlitine, da je bolj termično stabilna - taka jekla se uporabljajo kot orodna jekla. Poleg tega je za pridobitev dobro znanih in pogosto uporabljenih nerjavnih jekel v obliki nožev in drugih gospodinjskih orodij treba zlitini dodati krom, nikelj in titan. In da bi dobili udarno odporno, visoko trdno, nodularno jeklo, je dovolj, da mu dodate vanadij. Z vnosom niobija v sestavo je mogoče doseči visoko odpornost proti koroziji in vplivom kemično agresivnih snovi.
Mineral magnetit, ki je bil omenjen na začetku članka, je potreben za izdelavo trdih diskov, pomnilniških kartic in drugih tovrstnih naprav. Zaradi svojih magnetnih lastnosti lahko železo najdemo v konstrukciji transformatorjev, motorjev, elektronskih izdelkov itd. Poleg tega lahko železo dodajamo drugim kovinskim zlitinam, da jim damo večjo trdnost in mehansko stabilnost. Sulfat tega elementa se uporablja v vrtnarstvu za zatiranje škodljivcev (skupaj z bakrovim sulfatom).
Železovi kloridi so nepogrešljivi za čiščenje vode. Poleg tega se magnetitni prah uporablja v črno-belih tiskalnikih. Glavna uporaba pirita je pridobivanje žveplove kisline iz njega. Ta proces poteka v laboratoriju v treh fazah. V prvi fazi se železov pirit sežge, da nastane železov oksid in žveplov dioksid. Drugi korak je pretvorba dioksidažveplo v svoj trioksid s sodelovanjem kisika. In na zadnji stopnji nastalo snov prehajamo skozi vodno paro v prisotnosti katalizatorjev, s čimer dobimo žveplovo kislino.
Pridobivanje železa
Ta kovina se pridobiva predvsem iz dveh glavnih mineralov: magnetita in hematita. To se naredi z redukcijo železa iz njegovih spojin z ogljikom v obliki koksa. To se izvaja v plavžih, v katerih temperatura doseže dva tisoč stopinj Celzija. Poleg tega obstaja način za redukcijo železa z vodikom. Za to ni potrebna plavža. Za izvedbo te metode se vzame posebna glina, ki jo pomešamo z zdrobljeno rudo in obdelamo z vodikom v jaški peči.
Sklep
Lastnosti in uporaba železa so raznolike. To je morda najpomembnejša kovina v našem življenju. Ko je postal znan človeštvu, je zamenjal bron, ki je bil takrat glavni material za izdelavo vseh orodij, pa tudi orožja. Jeklo in lito železo sta v mnogih pogledih boljša od zlitine bakra in kositra po svojih fizikalnih lastnostih, odpornosti na mehanske obremenitve.
Poleg tega je železo na našem planetu pogostejše kot številne druge kovine. Njegov masni delež v zemeljski skorji je skoraj pet odstotkov. Je četrti najpogostejši kemični element v naravi. Tudi ta kemični element je zelo pomemben za normalno delovanje organizma živali in rastlin, predvsem zato, ker je na njegovi osnovi zgrajen hemoglobin. Železo je bistveno mikrohranilokar je pomembno za ohranjanje zdravja in normalno delovanje organov. Poleg naštetega je edina kovina, ki ima edinstvene magnetne lastnosti. Nemogoče si je predstavljati našega življenja brez železa.
