Желязото е добре познат химичен елемент. Той принадлежи към металите със средна реактивност. Ще разгледаме свойствата и употребата на желязо в тази статия.
Разпространение в природата
Има доста голям брой минерали, които включват желязо. На първо място, това е магнетит. Това е седемдесет и два процента желязо. Химическата му формула е Fe3O4. Този минерал се нарича още магнитна желязна руда. Има светло сив цвят, понякога с тъмно сиво, до черно, с метален блясък. Най-голямото му находище сред страните от ОНД се намира в Урал.
Следващият минерал с високо съдържание на желязо е хематитът - седемдесет процента се състои от този елемент. Химическата му формула е Fe2O3. Нарича се още червена желязна руда. Има цвят от червено-кафяв до червено-сив. Най-голямото находище на територията на страните от ОНД се намира в Кривой Рог.
Третият минерал по съдържание на желязо е лимонитът. Тук желязото е шестдесет процента от общата маса. Той е кристален хидрат, тоест водните молекули са вплетени в неговата кристална решетка,химическата му формула е Fe2O3•H2O. Както подсказва името, този минерал има жълто-кафеникав цвят, понякога кафяв. Той е един от основните компоненти на естествената охра и се използва като пигмент. Нарича се още кафяв железен камък. Най-големите случаи са Крим, Урал.
В сидерит, така наречената шпатова желязна руда, четиридесет и осем процента ферум. Химичната му формула е FeCO3. Структурата му е хетерогенна и се състои от кристали с различни цветове, свързани заедно: сиво, бледозелено, сиво-жълто, кафяво-жълто и др.
Последният естествен минерал с високо съдържание на желязо е пирит. Той има следната химическа формула: FeS2. Желязото в него е четиридесет и шест процента от общата маса. Поради серните атоми, този минерал има златисто жълт цвят.
Много от разглежданите минерали се използват за получаване на чисто желязо. Освен това хематитът се използва при производството на бижута от естествени камъни. Пиритни включвания могат да бъдат намерени в бижутата от лапис лазули. Освен това желязото се среща в природата в състава на живите организми – то е един от най-важните компоненти на клетката. Този микроелемент трябва да бъде доставен в човешкото тяло в достатъчни количества. Лечебните свойства на желязото до голяма степен се дължат на факта, че този химичен елемент е в основата на хемоглобина. Следователно използването на ферум има добър ефект върху състоянието на кръвта, а следователно и на целия организъм като цяло.
Желязо: физични и химични свойства
Нека разгледаме тези две големи секции по ред. Физическите свойства на желязото са неговият външен вид, плътност, точка на топене и т. н. Тоест всички отличителни черти на веществото, които са свързани с физиката. Химичните свойства на желязото са способността му да реагира с други съединения. Нека започнем с първото.
Физически свойства на желязото
В чиста форма при нормални условия е твърдо вещество. Има сребристо-сив цвят и подчертан метален блясък. Механичните свойства на желязото включват нивото на твърдост по скалата на Моос. То е равно на четири (средно). Желязото има добра електрическа и топлопроводимост. Последната характеристика може да се почувства чрез докосване на железен предмет в студена стая. Тъй като този материал провежда топлина бързо, той абсорбира по-голямата част от топлината от кожата ви за кратък период от време, което ви кара да се чувствате студени.
Докосвайки, например, дърво, може да се отбележи, че неговата топлопроводимост е много по-ниска. Физичните свойства на желязото са неговите точки на топене и кипене. Първият е 1539 градуса по Целзий, вторият е 2860 градуса по Целзий. Може да се заключи, че характерните свойства на желязото са добра пластичност и топимост. Но това не е всичко.
Също така, физическите свойства на желязото включват неговия феромагнетизъм. Какво е? Желязото, чиито магнитни свойства можем да наблюдаваме в практически примери всеки ден, е единственият метал, който притежава такивауникална отличителна черта. Това се дължи на факта, че този материал може да бъде намагнетизиран под въздействието на магнитно поле. И след прекратяване на действието на последното желязото, чиито магнитни свойства току-що са се формирали, остава магнит за дълго време. Това явление може да се обясни с факта, че в структурата на този метал има много свободни електрони, които могат да се движат.
От гледна точка на химията
Този елемент принадлежи към металите със средна активност. Но химичните свойства на желязото са типични за всички други метали (с изключение на тези, които са вдясно от водорода в електрохимичния ред). Той е в състояние да реагира с много класове вещества.
Започнете просто
Ferrum взаимодейства с кислород, азот, халогени (йод, бром, хлор, флуор), фосфор, въглерод. Първото нещо, което трябва да вземете предвид, са реакциите с кислород. При изгаряне на желязото се образуват неговите оксиди. В зависимост от условията на реакцията и пропорциите между двамата участници, те могат да варират. Като пример за такива взаимодействия могат да бъдат дадени следните реакционни уравнения: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. И свойствата на железния оксид (както физически, така и химически) могат да бъдат различни в зависимост от неговия сорт. Тези видове реакции възникват при високи температури.
Напред - взаимодействие с азот. То също може да се случи самоподлежи на нагряване. Ако вземем шест мола желязо и един мол азот, получаваме два мола железен нитрид. Реакционното уравнение ще изглежда така: 6Fe + N2=2Fe3N.
При взаимодействие с фосфор се образува фосфид. За провеждане на реакцията са необходими следните компоненти: за три мола желязо - един мол фосфор, в резултат на това се образува един мол фосфид. Уравнението може да бъде записано по следния начин: 3Fe + P=Fe3P.
В допълнение, сред реакциите с прости вещества може да се различи и взаимодействието със сярата. В този случай може да се получи сулфид. Принципът, по който протича процесът на образуване на това вещество, е подобен на описаните по-горе. А именно, възниква реакция на присъединяване. Всички химични взаимодействия от този вид изискват специални условия, главно високи температури, по-рядко катализатори.
Реакциите между желязо и халогени също са често срещани в химическата индустрия. Това са хлориране, бромиране, йодиране, флуориране. Както става ясно от имената на самите реакции, това е процесът на добавяне на атоми хлор/бром/йод/флуор към железните атоми, за да се образуват съответно хлорид/бромид/йодид/флуорид. Тези вещества се използват широко в различни индустрии. В допълнение, ферумът може да се комбинира със силиций при високи температури. Поради разнообразните си химически свойства желязото често се използва в химическата промишленост.
Железа и сложни вещества
От прости вещества, нека да преминем към тези, чиито молекули се състоят от две или повечеразлични химични елементи. Първото нещо, което трябва да споменем, е реакцията на ферум с вода. Ето основните свойства на желязото. Когато водата се нагрява заедно с желязото, се образува основен оксид (нарича се така, защото при взаимодействие със същата вода образува хидроксид, с други думи, основа). Така че, ако вземете един мол от двата компонента, вещества като железен диоксид и водород се образуват под формата на газ с остра миризма - също в моларни пропорции едно към едно. Уравнението за този вид реакция може да бъде записано по следния начин: Fe + H2O=FeO + H2. В зависимост от пропорциите, в които се смесват тези два компонента, може да се получи железен ди- или триоксид. И двете от тези вещества са много разпространени в химическата промишленост и се използват и в много други индустрии.
С киселини и соли
Тъй като ферумът се намира вляво от водорода в електрохимичния ред на активност на металите, той е в състояние да измести този елемент от съединенията. Пример за това е реакцията на заместване, която може да се наблюдава при добавяне на желязо към киселина. Например, ако смесите желязо и сулфатна киселина (известна още като сярна киселина) със средна концентрация в еднакви моларни пропорции, резултатът ще бъде железен сулфат (II) и водород в същите моларни пропорции. Уравнението за такава реакция би изглеждало така: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
При взаимодействие със соли се появяват редукционните свойства на желязото. Тоест, с помощта на него може да се изолира по-малко активен метал от солта. Например, аковземете един мол меден сулфат и същото количество ферум, тогава можете да получите железен сулфат (II) и чиста мед в същите моларни пропорции.
Стойност за тялото
Един от най-разпространените химически елементи в земната кора е желязото. Вече разгледахме свойствата на материята, сега ще подходим към нея от биологична гледна точка. Ферумът изпълнява много важни функции както на клетъчно ниво, така и на нивото на целия организъм. На първо място, желязото е в основата на такъв протеин като хемоглобин. Той е необходим за транспортирането на кислород през кръвта от белите дробове до всички тъкани, органи, до всяка клетка на тялото, преди всичко до невроните на мозъка. Следователно, полезните свойства на желязото не могат да бъдат надценени.
В допълнение към факта, че влияе върху образуването на кръв, ферумът е важен и за пълноценното функциониране на щитовидната жлеза (за това е необходим не само йод, както някои смятат). Желязото също участва във вътреклетъчния метаболизъм, регулира имунитета. Ферумът се намира и в особено големи количества в чернодробните клетки, тъй като помага за неутрализиране на вредните вещества. Той е и 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.
Храни, богати на желязо
Има много от тях. Те са както от растителен, така и от животински произход. Първите са зърнени храни, бобови растения, зърнени храни (особено елда), ябълки, гъби (порцини), сушени плодове, шипки, круши, праскови,авокадо, тиква, бадеми, фурми, домати, броколи, зеле, боровинки, къпини, целина и т. н. Второто – черен дроб, месо. Използването на храни с високо съдържание на желязо е особено важно по време на бременност, тъй като тялото на развиващия се плод изисква голямо количество от този микроелемент за правилен растеж и развитие.
Признаци на недостиг на желязо
Симптомите за постъпване на твърде малко ферум в тялото са умора, постоянно измръзване на ръцете и краката, депресия, чуплива коса и нокти, намалена интелектуална активност, храносмилателни разстройства, ниска работоспособност и нарушения на щитовидната жлеза. Ако забележите повече от един от тези симптоми, може да искате да увеличите количеството богати на желязо храни в диетата си или да закупите витамини или добавки, съдържащи желязо. Освен това не забравяйте да посетите лекар, ако почувствате някой от тези симптоми твърде силно.
Използване на ферум в индустрията
Употребите и свойствата на желязото са тясно свързани. Поради своя феромагнетизъм се използва за направата на магнити - както по-слаби за битови цели (сувенирни магнити за хладилник и др.), така и по-силни - за промишлени цели. Поради факта, че въпросният метал има висока якост и твърдост, той се използва от древни времена за производството на оръжия, брони и други военни и битови инструменти. Между другото, дори в древен Египет, метеоритното желязо е било известно, свойстватакоито превъзхождат тези от обикновения метал. Също така, такова специално желязо е използвано в древен Рим. От него правеха елитни оръжия. Само много богат и благороден човек може да има щит или меч, изработен от метеоритен метал.
Като цяло металът, който разглеждаме в тази статия, е най-универсалният използван сред всички вещества от тази група. На първо място, от него се произвеждат стомана и чугун, които се използват за производството на всички видове продукти, необходими както в индустрията, така и в ежедневието.
Чугунът е сплав от желязо и въглерод, в която вторият присъства от 1,7 до 4,5 процента. Ако второто е по-малко от 1,7 процента, тогава този вид сплав се нарича стомана. Ако в състава има около 0,02 процента въглерод, това вече е обикновено техническо желязо. Наличието на въглерод в сплавта е необходимо, за да й се придаде по-голяма здравина, устойчивост на топлина и устойчивост на ръжда.
В допълнение, стоманата може да съдържа много други химически елементи като примеси. Това е и манган, и фосфор, и силиций. Също така към този вид сплав могат да се добавят хром, никел, молибден, волфрам и много други химични елементи, за да й се придадат определени качества. Като трансформаторни стомани се използват видове стомана, в които присъства голямо количество силиций (около четири процента). Тези, които съдържат много манган (до дванадесет или четиринадесет процента), намират своето приложение в производството на частижелезопътни линии, мелници, трошачки и други инструменти, които бързо се износват.
Молибденът се въвежда в състава на сплавта, за да я направи по-термично стабилна - такива стомани се използват като инструментални стомани. Освен това, за да се получат добре познати и често използвани неръждаеми стомани под формата на ножове и други домакински инструменти, е необходимо да се добавят хром, никел и титан към сплавта. И за да получите удароустойчива, високоякостна, пластична стомана, достатъчно е да добавите ванадий към нея. Когато се въведе в състава на ниобия, е възможно да се постигне висока устойчивост на корозия и въздействието на химически агресивни вещества.
Минералът магнетит, който беше споменат в началото на статията, е необходим за производството на твърди дискове, карти с памет и други устройства от този тип. Поради своите магнитни свойства желязото може да се намери в конструкцията на трансформатори, двигатели, електронни продукти и т.н. В допълнение, желязото може да се добавя към други метални сплави, за да им придаде по-голяма здравина и механична стабилност. Сулфатът на този елемент се използва в градинарството за контрол на вредителите (заедно с медния сулфат).
Железните хлориди са незаменими за пречистване на водата. Освен това магнетитният прах се използва в черно-белите принтери. Основната употреба на пирита е получаването на сярна киселина от него. Този процес протича в лабораторията на три етапа. На първия етап железният пирит се изгаря за получаване на железен оксид и серен диоксид. Втората стъпка е превръщането на диоксидасяра до своя триоксид с участието на кислород. И на последния етап полученото вещество се прекарва през водна пара в присъствието на катализатори, като по този начин се получава сярна киселина.
Вземане на желязо
Този метал се добива основно от двата му основни минерала: магнетит и хематит. Това става чрез намаляване на желязото от неговите съединения с въглерод под формата на кокс. Това се прави в доменни пещи, температурата в които достига две хиляди градуса по Целзий. Освен това има начин за намаляване на ферума с водород. Това не изисква доменна пещ. За прилагане на този метод се взема специална глина, смесва се с натрошена руда и се обработва с водород в шахтна пещ.
Заключение
Свойствата и употребата на желязото са разнообразни. Това е може би най-важният метал в живота ни. След като стана известен на човечеството, той зае мястото на бронза, който по това време беше основният материал за производството на всички инструменти, както и оръжия. Стоманата и чугунът в много отношения превъзхождат сплавта мед-калаен по отношение на техните физически свойства, устойчивост на механично натоварване.
В допълнение, желязото е по-разпространено на нашата планета от много други метали. Масовата му част в земната кора е почти пет процента. Това е четвъртият най-разпространен химичен елемент в природата. Също така, този химичен елемент е много важен за нормалното функциониране на организма на животните и растенията, главно защото на негова основа се изгражда хемоглобинът. Желязото е основен микроелементкоето е важно за поддържане на здравето и нормалното функциониране на органите. В допълнение към горното, това е единственият метал, който има уникални магнитни свойства. Невъзможно е да си представим живота си без ферум.
