Chemische en fysische eigenschappen van ijzer

Ijzer is een bekend chemisch element. Het verwijst naar het gemiddelde voor de chemische activiteit van metalen. De eigenschappen en toepassingen van ijzer worden in dit artikel besproken.

Prevalentie in de natuur

Er is een vrij grote hoeveelheid mineralen, waaronder ferrum. Allereerst is het magnetiet. Het is tweeënzeventig procent ijzer. De chemische formule is Fe ₃ O ₄ . Dit mineraal heet ook magnetisch ijzererts. Het heeft een lichtgrijze kleur, soms met een donkergrijs, tot zwart, met een metallic glans. De grootste deposito tussen de GOS-landen ligt in de Urals.

Het volgende mineraal met een hoog ijzergehalte is hematiet - het is zeventig procent van dit element. De chemische formule is Fe ₂ O ₃ . Het heet ook rood ijzererts. Het heeft een kleur van rood-bruin tot rood-grijs. Het grootste gebied in het CIS is in Krivoy Rog.

Het derde mineraal van de ferrum is limoniet. Hier is ijzeren zestig procent van de totale massa. Dit is kristallijne hydraat, dat wil zeggen watermoleculen zijn geweven in het kristalrooster, de chemische formule is Fe ₂ O ₃ • H ₂ O. Zoals de naam al aangeeft, heeft dit mineraal een geelbruine kleur, soms bruin. Het is een van de belangrijkste componenten van natuurlijke oker en wordt gebruikt als pigment. Het heet ook bruine ijzererts. De grootste plaatsen zijn de Krim, de Oerals.

In siderite, de zogenaamde spar ijzererts, achtenveertig procent ferrum. De chemische formule is FeCO ₃ . De structuur is heterogeen en bestaat uit kristallen van verschillende kleuren die bij elkaar zijn samengevoegd: grijs, lichtgroen, grijsgeel, bruingeel, enz.

De laatste is een natuurlijk voorkomend mineraal met een hoog gehalte aan pyrumiet, pyriet. Het heeft zo'n chemische formule van FeS ₂ . Ijzer daarin is zesenveertig procent van de totale massa. Vanwege de zwavelatomen heeft dit mineraal een gouden geel kleur.

Veel van de gebruikte mineralen worden gebruikt om zuiver ijzer te produceren. Daarnaast wordt hematiet gebruikt bij de vervaardiging van sieraden van natuurstenen. Inclusies van pyriet zijn te vinden in versieringen gemaakt van lapis lazuli. Bovendien is ijzer in de natuur gevonden in levende organismen - het is een van de belangrijkste componenten van de cel. Dit microelement moet noodzakelijkerwijs het menselijk lichaam in voldoende hoeveelheden binnendringen. De genezende eigenschappen van ijzer zijn grotendeels te wijten aan het feit dat dit chemische element de basis vormt van hemoglobine. Daarom beïnvloedt het gebruik van ferrum goed de conditie van het bloed en derhalve van het hele organisme als geheel.

Ijzer: fysische en chemische eigenschappen

Beschouw in volgorde twee van deze grote secties. De fysieke eigenschappen van ijzer zijn de verschijning, de dichtheid, het smeltpunt, enz. Dat zijn alle kenmerkende eigenschappen van materie die verband houden met de natuurkunde. De chemische eigenschappen van ijzer zijn het vermogen om te reageren met andere verbindingen. Laten we beginnen met de eerste.

Fysische eigenschappen van ijzer

In zijn pure vorm, onder normale omstandigheden, is het een vaste stof. Het heeft een zilvergrijze kleur en een uitgesproken metallic glans. De mechanische eigenschappen van ijzer omvatten het Mohs hardheidsniveau. Het is gelijk aan vier (gemiddeld). Ijzer heeft goede elektrische geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid. Het laatste kenmerk kan gevoeld worden door een ijzeren voorwerp in een koude kamer aan te raken. Aangezien dit materiaal snel warmte verricht, neemt het binnen een korte tijd een groot deel van je huid uit, en daarom voel je je koud. Nadat u bijvoorbeeld een boom hebt aangeraakt, kan opgemerkt worden dat de thermische geleidbaarheid ervan veel lager is. De fysische eigenschappen van ijzer zijn ook smelt- en kookpunten. De eerste is 1539 graden Celsius, de tweede - 2860 graden Celsius. Men kan concluderen dat de karakteristieke eigenschappen van ijzer - een goede plasticiteit en smeltbaarheid. Maar zelfs dit is niet alles.

Ook omvatten de fysische eigenschappen van ijzer zijn ferromagnetische eigenschappen. Wat is het Ijzer, waarvan de magnetische eigenschappen elke dag op praktische voorbeelden kunnen waarnemen, is het enige metaal dat zo'n unieke onderscheidende eigenschap bezit. Dit komt doordat dit materiaal onder de werking van een magnetisch veld magnetiseert. En na de beëindiging van het laatste ijzer, waarvan de magnetische eigenschappen zojuist zijn gevormd, blijft het een lange tijd een magneet. Zo'n fenomeen kan worden verklaard door het feit dat in de structuur van een bepaald metaal er veel vrije elektronen zijn die kunnen bewegen.

Vanuit het oogpunt van de chemie

Dit element verwijst naar metalen van gemiddelde activiteit. Maar de chemische eigenschappen van ijzer zijn typisch voor alle andere metalen (behalve die die rechts van waterstof in de elektrochemische serie staan). Het kan reageren met veel klassen van stoffen.

Laten we beginnen met simpel

Ferrum communiceert met een kilo, stikstof, halogenen (jodium, broom, chloor, fluor), fosfor, koolstof. Het eerste wat men moet overwegen is de reactie met zuurstof. Wanneer ferrum wordt verbrand, worden de oxiden ervan gevormd. Afhankelijk van de condities van de reactie en de verhoudingen tussen de twee deelnemers kunnen ze uiteenlopend zijn. Als voorbeeld van dit soort interactie kunnen de volgende reactievergelijkingen worden aangehaald: 2Fe + O2 = 2FeO; 4Fe + 3O2 = 2Fe203; 3Fe + 2O2 = Fe3O4. En de eigenschappen van ijzeroxide (zowel fysiek als chemisch) kunnen variëren, afhankelijk van de variëteit. Dergelijke reacties optreden bij hoge temperaturen.

De volgende is de interactie met stikstof. Het kan ook alleen op voorwaarde van verwarming optreden. Als we zes mol ijzer en een mol stikstof nemen, krijgen we twee mol ijzer nitride. De reactievergelijking zal als volgt zijn: 6Fe + N2 = 2Fe ₃ N.

Bij interactie met fosfor wordt een fosfide gevormd. Om de reactie uit te voeren zijn dergelijke componenten nodig: drie mol ferrule-een mol fosfor, wat resulteert in de vorming van één mol fosfide. De vergelijking kan als volgt geschreven worden: 3Fe + P = Fe ₃ P.

Daarnaast is er onder reacties met eenvoudige stoffen ook de interactie met zwavel mogelijk te scheiden. In dit geval is het mogelijk om sulfide te verkrijgen. Het principe waarmee het proces van vorming van deze stof optreedt is vergelijkbaar met die welke hierboven is beschreven. Namelijk, het additie-reactie vindt plaats. Voor alle chemische interacties van dit soort zijn speciale voorwaarden nodig, vooral hoge temperaturen, en minder vaak katalysatoren.

Reacties tussen ijzer en halogeen zijn ook gebruikelijk in de chemische industrie. Dit is chlorering, bromering, iodinatie, fluoridatie. Zoals blijkt uit de namen van de reacties zelf, is dit het proces van toevoeging van chloor / broom / jodium / fluoratomen aan de ferrumatomen om respectievelijk chloride / bromide / jodide / fluoride te vormen. Deze stoffen worden veel gebruikt in een verscheidenheid aan industrieën. Bovendien kan de ferrum bij hoge temperaturen met silicium combineren. Door het feit dat de chemische eigenschappen van ijzer uiteenlopend zijn, wordt het vaak gebruikt in de chemische industrie.

Ferrum en complexe stoffen

Van eenvoudige stoffen gaan we verder naar die waarvan de moleculen uit twee of meer verschillende chemische elementen bestaan. Het eerste wat te noemen is de reactie van de ferrum met water. Hier worden de basiseigenschappen van ijzer gemanifesteerd. Wanneer het water samen met ijzer wordt verwarmd, wordt het basisoxide gevormd (het heet het omdat het een hydroxide vormt wanneer het met hetzelfde water omgaat, met andere woorden: de basis). Dus, als u één mol van beide componenten neemt, worden stoffen zoals ferricdioxide en waterstof in de vorm van een gas met een scherpe geur gevormd, ook in molaire proporties van een tot een. De vergelijking van dit soort reactie kan als volgt worden geschreven: Fe + H20 = FeO + H2. Afhankelijk van de verhoudingen waarin deze twee componenten gemengd zijn, kan di- of trioxide van ijzer worden verkregen. Beide van deze stoffen zijn zeer gebruikelijk in de chemische industrie en worden ook in veel andere industrieën gebruikt.

Met zuren en zouten

Aangezien ferrum zich aan de linkerkant van waterstof bevindt in de elektrochemische serie metaalactiviteit, is het in staat om dit element van de verbindingen te verplaatsen. Een voorbeeld hiervan is de substitutiereactie, die kan worden waargenomen door ijzer toe te voegen aan het zuur. Bijvoorbeeld, als men ijzer en sulfaatzuur (hetzelfde zwavelzuur) in een gemiddelde concentratie in dezelfde molaire proporties mengt, krijgen we ferro sulfaat (II) en waterstof in dezelfde molaire verhoudingen. De vergelijking voor deze reactie zou er als volgt uitzien: Fe + H2S04 = FeSO4 + H2.

Bij het reageren met zouten worden de reducerende eigenschappen van ijzer gemanifesteerd. Daardoor kan u een minder actief metaal uit zout selecteren. Bijvoorbeeld, als u één mol kopersulfaat en dezelfde hoeveelheid ferrum neemt, kunt u ferrosulfaat (II) en zuiver koper in dezelfde molaire verhoudingen krijgen.

Belang voor het lichaam

Een van de meest voorkomende chemische elementen in de aardkorst is ijzer. We hebben de eigenschappen van materie al onderzocht, nu worden we vanuit biologisch oogpunt benaderd. Ferrum voert zeer belangrijke functies op zowel op het mobiele niveau als op het niveau van het hele organisme. Allereerst is ijzer de basis van een eiwit, zoals hemoglobine. Het is nodig voor het transport van zuurstof door bloed uit de longen naar alle weefsels, organen, naar elke cel van het lichaam, in de eerste plaats aan de neuronen van de hersenen. Daarom kunnen de nuttige eigenschappen van ijzer niet worden overschat.

Naast het feit dat het bloedvorming beïnvloedt, is ferrum ook belangrijk voor de goede werking van de schildklier (dit vereist niet alleen jodium, zoals sommige geloven). Ook ijzer neemt deel aan intracellulaire metabolisme, regelt immuniteit. Nog steeds ferrum in een bijzonder grote hoeveelheid is in de levercellen aanwezig, omdat het helpt bij het neutraliseren van schadelijke stoffen. Het is ook een van de belangrijkste componenten van vele soorten enzymen in ons lichaam. Het dagelijkse dieet van een persoon moet van tien tot twintig milligrams van dit spoorelement bevatten.

Producten rijk aan ijzer

Er zijn veel van dergelijke. Ze zijn zowel plantaardig als dierlijk. De eerste zijn granen, peulvruchten, granen (vooral boekweit), appels, champignons (wit), gedroogde vruchten, hondenroos, peren, perziken, avocado, pompoen, amandelen, data, tomaten, broccoli, kool, bosbessen, bramen, selderij en anderen. De tweede - de lever, vlees. Het gebruik van voedingsmiddelen met een hoog ijzergehalte is vooral belangrijk tijdens de zwangerschap, aangezien het lichaam van de foetus die wordt gevormd, een grote hoeveelheid van dit spoorelement vereist voor volledige groei en ontwikkeling.

Tekenen van een tekort in het ijzeren lichaam

Symptomen van te weinig ferrum in het lichaam zijn vermoeidheid, permanente bevriezing van de handen en voeten, depressie, bros haar en nagels, verminderde intellectuele activiteit, spijsverteringsstoornissen, slechte prestaties, abnormaliteiten in de schildklier. Als u meerdere van deze symptomen ziet, is het de moeite waard om het aantal producten met ijzergehalte in uw dieet te verhogen of om vitaminen of voedingssupplementen die ferrum bevatten, te kopen. Het is ook nodig om een arts te raadplegen als u een van deze symptomen te sterk voelt.

Gebruik van ferrule in de industrie

De toepassing en eigenschappen van ijzer zijn nauw verwant. In verband met zijn ferromagnetisme maakt het gebruik van magneten - zo zwakker voor huishoudelijke doeleinden (souvenirmagneten voor koelkasten, enz.) En voor sterkere - voor industriële doeleinden. Door het feit dat het betreffende metaal hoge sterkte en hardheid heeft, werd het van de oudheid gebruikt voor de vervaardiging van wapens, pantser en andere militaire en huishoudelijke gereedschappen. Terloops, in het oude Egypte was meteoriet ijzer bekend, waarvan de eigenschappen hoger zijn dan die van gewoon metaal. Ook zo'n speciaal ijzer werd gebruikt en in het oude Rome. Daaruit maakten ze elite wapens. Een schild of een zwaard van meteorisch metaal zou slechts een zeer rijke en edele persoon kunnen hebben.

In het algemeen is het metaal, dat we in dit artikel beschouwen, het meest veelzijdig gebruikt bij alle stoffen van deze groep. Allereerst produceert het staal en gietijzer, die gebruikt worden om allerlei producten te produceren die nodig zijn in de industrie en in het dagelijks leven.

Gietijzer is een legering van ijzer en koolstof, waarin de tweede aanwezig is van 1,7 tot 4,5 procent. Als de tweede minder dan 1,7 procent is, dan wordt dit soort legering staal genoemd. Als de koolstof in de samenstelling ongeveer 0,02 procent aanwezig is, dan is dit al een gewone technisch ijzer. De aanwezigheid van koolstof in de legering is nodig om het sterker te maken, thermische stabiliteit, roestbestendigheid.

Bovendien kan het staal veel andere chemische elementen bevatten als onzuiverheden. Dit is mangaan, en fosfor, en silicium. Ook in dit soort legeringen om bepaalde eigenschappen te geven, kunnen chroom, nikkel, molybdeen, wolfraam en veel andere chemische elementen worden toegevoegd. Soorten staal, waarin een grote hoeveelheid silicium (ongeveer vier procent) bestaat, worden gebruikt als transformator. Degenen waarin veel mangaan (maximaal twaalf of veertien procent) worden gebruikt bij de fabricage van onderdelen van spoorwegen, molens, breekmachines en andere gereedschappen, waarvan sommige vatbaar zijn voor snelle wissing.

Molybdeen is in de legering opgenomen om het thermisch stabiel te maken. Deze stalen worden gebruikt als gereedschapsmolen. Bovendien, om alle bekende en vaak gebruikte in het huis te verkrijgen in de vorm van messen en andere huishoudelijke gereedschappen van roestvrij staal, is het nodig om chroom, nikkel en titanium op de legering toe te voegen. En om schokbestendig, hoogwaardig en ductiel staal te krijgen, is het genoeg om vanadium eraan toe te voegen. Met de introductie van niobium is het mogelijk om hoge weerstand tegen corrosie en chemisch agressieve stoffen te bereiken.

Minerale magnetiet, die aan het begin van het artikel werd genoemd, is nodig voor de vervaardiging van harde schijven, geheugenkaarten en andere apparaten van dit type. Door de magnetische eigenschappen kan ijzer worden gevonden in de omvormers, motoren, elektronica, enz.. Bovendien kan ferrum worden toegevoegd aan legeringen van andere metalen, waardoor ze grotere sterkte en mechanische stabiliteit krijgen. Sulfaat van dit element wordt gebruikt in tuinbouw voor plaagbestrijding (samen met kopersulfaat). Chloride ijzer is essentieel voor waterzuivering. Daarnaast wordt magnetietpoeder gebruikt in zwart-witte printers. De belangrijkste manier om pyriet te gebruiken is om zwavelzuur eraf te krijgen. Dit proces vindt plaats in het laboratorium in drie fasen. In het eerste pyriet stadium wordt de ferrule verbrand, waardoor ijzeroxide en zwaveldioxide worden verkregen. In de tweede fase vindt de omzetting van zwaveldioxide naar zijn trioxide plaats met de rol van zuurstof. En in het laatste stadium wordt de resulterende stof door waterdamp doorgevoerd in aanwezigheid van katalysatoren, waardoor zwavelzuur wordt verkregen.

Bereiding van ijzer

In principe actieve metaal wordt gewonnen uit de twee belangrijke mineralen: magnetiet en hematiet. Doe dit met een reductie van ijzer uit de koolstofverbindingen in de vorm van cokes. Dit wordt gedaan in een hoogoven, waarin de temperatuur tweeduizend graden Celsius bereikt. Bovendien is er een manier om Ferrum waterstof herstellen. Voor dit doel de aanwezigheid keuze van een hoogoven. De uitvoering van deze werkwijze is een speciaal klei, wordt het gemengd met de gemalen erts en behandeld met waterstof in de schachtoven.

conclusie

De eigenschappen en toepassingen van ijzer gevarieerd. Dit is misschien wel het belangrijkste in ons leven metaal. Steeds bekend bij de mens, nam hij de plaats van brons, die op dat moment was de belangrijkste materiaal voor de vervaardiging van werktuigen en wapens. Staal en ijzer in vele opzichten superieur aan de legering van koper en tin in termen van de fysische eigenschappen, weerstand tegen mechanische stress.

Bovendien, ijzer op onze planeet komt vaker voor dan veel andere metalen. Mass fractie in de aardkorst is bijna vijf procent. Het is de vierde meest voorkomende chemische element in de natuur. Ook dit element is van groot belang voor de normale werking van het lichaam van dieren en planten, vooral omdat het is gebaseerd op het ingebouwde hemoglobine. IJzer is een essentieel spoorelement, waarvan het gebruik is belangrijk voor de gezondheid en normale organen functioneren. Naast het bovenstaande is het enige metaal dat unieke magnetische eigenschappen heeft. Zonder Ferrum is onmogelijk om ons leven voorstellen.