Kimia dan sifat-sifat fizikal besi

Besi adalah unsur kimia yang terkenal. Ia merujuk kepada purata bagi aktiviti kimia logam. Ciri-ciri dan aplikasi besi dibincangkan dalam artikel ini.

Keadaan yang berleluasa

Terdapat sejumlah besar mineral yang termasuk ferum. Pertama sekali, magnetit itu. Ia adalah tujuh puluh dua peratus besi. Rumus kimianya adalah Fe ₃ O ₄ . Mineral ini juga dikenali sebagai bijih besi magnetik. Ia mempunyai warna kelabu yang terang, kadang-kadang dengan kelabu gelap, turun ke hitam, dengan kilauan logam. Deposit terbesar di kalangan negara-negara CIS adalah dalam Ural.

Mineral seterusnya dengan kandungan besi tinggi adalah hematit - ia adalah tujuh puluh peratus daripada unsur ini. Rumus kimianya adalah Fe ₂ O ₃ . Ia juga dipanggil bijih besi merah. Ia mempunyai warna dari merah-coklat hingga kemerah-merahan. Bidang terbesar di CIS adalah di Krivoy Rog.

Mineral ketiga ferum adalah limonit. Di sini besi adalah enam puluh peratus daripada jumlah jisim. Ini adalah hidrat kristal, iaitu, molekul air ditenun ke dalam kisi kristalnya, formula kimianya adalah Fe ₂ O ₃ • H ₂ O. Seperti namanya, mineral ini mempunyai warna coklat kekuningan, kadang-kadang coklat. Ia adalah salah satu komponen utama oker semula jadi dan digunakan sebagai pigmen. Ia juga dipanggil bijih besi coklat. Tempat-tempat terbesar adalah Crimea, Ural.

Dalam siderit, bijih besi yang dipanggil besi, empat puluh lapan peratus daripada besi. Rumus kimianya ialah FeCO ₃ . Strukturnya adalah heterogen dan terdiri dari kristal warna yang berlainan yang disatukan: kelabu, hijau pucat, kelabu-kuning, coklat-kuning, dll.

Yang terakhir adalah mineral yang alami dengan kandungan pyrumite yang tinggi, pyrite. Ia mempunyai formula kimia seperti FeS ₂ . Besi di dalamnya adalah empat puluh enam peratus daripada jumlah jisim. Oleh kerana atom sulfur, mineral ini mempunyai warna kuning keemasan.

Banyak mineral yang dipertimbangkan digunakan untuk menghasilkan besi tulen. Di samping itu, hematit digunakan dalam pembuatan perhiasan dari batu alam. Rangkuman pirit boleh didapati dalam perhiasan yang diperbuat daripada lapis lazuli. Di samping itu, secara semulajadi, besi ditemui dalam organisma hidup - ia adalah salah satu komponen terpenting sel. Microelement ini semestinya memasuki tubuh manusia dengan jumlah yang mencukupi. Sifat penyembuhan besi sebahagian besarnya disebabkan oleh fakta bahawa unsur kimia ini adalah asas hemoglobin. Oleh itu, penggunaan ferrum juga memberi kesan kepada keadaan darah, dan akibatnya, keseluruhan organisma secara keseluruhannya.

Besi: sifat fizikal dan kimia

Pertimbangkan agar dua bahagian besar ini. Sifat-sifat fizikal besi adalah penampilan, ketumpatan, titik lebur, dan lain-lain. Iaitu, semua ciri khas bahan yang berkaitan dengan fizik. Sifat kimia besi adalah keupayaannya untuk bertindak balas dengan sebatian lain. Mari kita mulakan dengan yang pertama.

Sifat-sifat fizikal besi

Dalam bentuk tulen, dalam keadaan normal, ia adalah bahan pepejal. Ia mempunyai warna abu-abu perak dan kilauan logam yang ketara. Sifat mekanik besi termasuk tahap kekerasan Mohs. Ia sama dengan empat (purata). Besi mempunyai kekonduksian elektrik yang baik dan kekonduksian terma. Ciri terakhir boleh dirasakan dengan menyentuh objek besi di dalam bilik sejuk. Oleh kerana bahan ini dengan cepat menjalankan haba, ia mengambil sebahagian besar daripada kulit anda dalam jangka masa yang singkat, dan oleh itu anda merasa sejuk. Sebagai menyentuh, sebagai contoh, kepada pokok, dapat diperhatikan bahawa kekonduksian termalnya jauh lebih rendah. Sifat-sifat fizikal besi juga mencair dan titik didih. Yang pertama adalah 1539 darjah Celsius, yang kedua - 2860 darjah Celsius. Ia dapat disimpulkan bahawa ciri-ciri sifat besi - keplastikan dan kelenturan yang baik. Tetapi ini bukan semuanya.

Juga dalam sifat fizikal besi ialah ferromagnetismenya. Apa itu? Besi, yang ciri-ciri magnetnya yang kita boleh perhatikan pada contoh praktikal setiap hari, adalah satu-satunya logam yang memiliki ciri khas unik itu. Ini disebabkan oleh fakta bahawa bahan ini mampu magnetkan di bawah tindakan medan magnet. Dan setelah penamatan besi terakhir, sifat magnet yang baru terbentuk, tetap menjadi magnet untuk waktu yang lama. Fenomena sedemikian boleh dijelaskan oleh fakta bahawa dalam struktur logam tertentu ada banyak elektron bebas yang dapat bergerak.

Dari sudut pandangan kimia

Elemen ini merujuk kepada logam aktiviti sederhana. Tetapi sifat kimia besi adalah biasa bagi semua logam lain (kecuali yang berada di sebelah kanan hidrogen dalam siri elektrokimia). Ia dapat bertindak balas dengan banyak kelas bahan.

Mari kita mulakan dengan mudah

Ferrum berinteraksi dengan kilo, nitrogen, halogen (yodium, bromin, klorin, fluorin), fosforus, karbon. Perkara pertama yang perlu dipertimbangkan ialah tindak balas dengan oksigen. Apabila ferrum dibakar, oksida terbentuk. Bergantung kepada syarat-syarat tindak balas dan perkadaran antara kedua-dua peserta, mereka boleh menjadi berbeza. Sebagai contoh interaksi jenis ini, persamaan tindakbalas berikut boleh dinamakan: 2Fe + O ₂ = 2FeO; 4Fe + 3O ₂ = 2Fe ₂ O ₃ ; 3Fe + 2O ₂ = Fe ₃ O ₄ . Dan sifat oksida besi (kedua-dua fizikal dan kimia) boleh diubah, bergantung kepada pelbagainya. Reaksi sedemikian berlaku pada suhu tinggi.

Yang seterusnya ialah interaksi dengan nitrogen. Ia juga boleh berlaku hanya pada keadaan pemanasan. Sekiranya kita mengambil enam tahi besi dan satu tahi lalat nitrogen, kita mendapat dua tahi nitrida besi. Persamaan tindak balas adalah seperti berikut: 6Fe + N ₂ = 2Fe ₃ N.

Apabila berinteraksi dengan fosforus, fosfida dibentuk. Untuk melaksanakan tindak balas, komponen-komponen tersebut diperlukan: tiga mol tahi ferrule-satu fosforus, mengakibatkan pembentukan satu tahi fosfida. Persamaan boleh ditulis seperti berikut: 3Fe + P = Fe ₃ P.

Di samping itu, di antara reaksi dengan bahan mudah, ia juga mungkin untuk memisahkan interaksi dengan sulfur. Dalam kes ini, adalah mungkin untuk mendapatkan sulfida. Prinsip yang mana proses pembentukan bahan ini berlaku adalah serupa dengan yang diterangkan di atas. Iaitu tindak balas tambahan berlaku. Untuk semua interaksi kimia jenis ini, syarat khas diperlukan, terutamanya suhu tinggi, dan kurang sering pemangkin.

Reaksi antara besi dan halogen juga biasa berlaku dalam industri kimia. Ini adalah pengklorinan, brominasi, iodination, fluoridation. Seperti yang jelas dari nama reaksi itu sendiri, ini adalah proses penambahan atom klorin / bromin / iodin / fluorin kepada atom ferum untuk membentuk klorida / bromida / iodida / fluorida. Bahan-bahan ini digunakan secara meluas dalam pelbagai industri. Di samping itu, ferum mampu menggabungkan dengan silikon pada suhu tinggi. Oleh kerana hakikat bahawa sifat kimia besi adalah berbeza, ia sering digunakan dalam industri kimia.

Ferrum dan bahan-bahan kompleks

Dari bahan mudah kita meneruskan kepada mereka yang molekulnya terdiri daripada dua atau lebih unsur kimia yang berbeza. Perkara pertama yang disebutkan ialah reaksi ferum dengan air. Di sini, sifat-sifat asas besi ditunjukkan. Apabila air dipanaskan bersama-sama dengan besi, oksida asas terbentuk (ia dipanggil jadi kerana ia membentuk hidroksida apabila berinteraksi dengan air yang sama, dengan kata lain - pangkalannya). Jadi, jika anda mengambil satu tahi lalat dari kedua-dua komponen, bahan seperti ferum dioksida dan hidrogen dalam bentuk gas dengan bau tajam terbentuk - juga dalam bahagian molar satu hingga satu. Persamaan tindak balas semacam ini boleh ditulis seperti berikut: Fe + H ₂ O = FeO + H ₂ . Bergantung kepada perkadaran di mana kedua-dua komponen ini bercampur, di-atau trioksida besi boleh diperolehi. Kedua-dua bahan ini sangat biasa dalam industri kimia, dan juga digunakan dalam banyak industri lain.

Dengan asid dan garam

Oleh kerana ferum terletak di sebelah kiri hidrogen dalam siri elektrokimia aktiviti logam, ia dapat menggantikan unsur ini dari sebatian. Contohnya adalah reaksi penggantian, yang boleh dilihat dengan menambahkan besi kepada asid. Sebagai contoh, jika seseorang menggabungkan asid besi dan sulfat ( asid sulfurik yang sama) dalam kepekatan purata, dalam bahagian molar yang sama, sebagai hasilnya, kita memperoleh feros sulfat (II) dan hidrogen dalam bahagian molar yang sama. Persamaan untuk tindak balas ini akan kelihatan seperti ini: Fe + H ₂ SO ₄ = FeSO ₄ + H ₂ .

Apabila bertindak balas dengan garam, sifat mengurangkan zat besi ditunjukkan. Iaitu, dengan bantuannya, anda boleh memilih logam kurang aktif dari garam. Sebagai contoh, jika anda mengambil satu mol tembaga sulfat dan jumlah ferum yang sama, anda boleh mendapatkan tembaga feros (II) dan tembaga tulen dalam bahagian molar yang sama.

Kepentingan untuk badan

Salah satu elemen kimia yang paling biasa di kerak bumi ialah besi. Kami telah meneliti sifat-sifat bahan , kini kami mendekatinya dari sudut pandang biologi. Ferrum melakukan fungsi yang sangat penting di peringkat selular dan pada tahap keseluruhan organisma. Pertama sekali, besi adalah asas protein seperti hemoglobin. Ia perlu untuk mengangkut oksigen oleh darah dari paru-paru ke semua tisu, organ, ke setiap sel badan, terutamanya ke neuron otak. Oleh itu, sifat-sifat berguna zat besi tidak boleh terlalu ditekankan.

Sebagai tambahan kepada fakta bahawa ia mempengaruhi pembentukan darah, ferum juga penting untuk berfungsi dengan sempurna kelenjar tiroid (ini memerlukan bukan sahaja iodin, seperti yang diyakini oleh beberapa orang). Juga, besi mengambil bahagian dalam metabolisme intraselular, mengawal imuniti. Masih ferum dalam jumlah yang sangat besar terkandung dalam sel hati, kerana ia membantu meneutralkan bahan-bahan berbahaya. Ia juga merupakan salah satu komponen utama dari pelbagai jenis enzim di dalam badan kita. Diet harian seseorang harus mengandungi antara sepuluh hingga dua puluh miligram unsur surih ini.

Produk kaya dengan besi

Terdapat banyak perkara seperti itu. Mereka adalah sayuran dan haiwan. Yang pertama ialah bijirin, kekacang, bijirin (terutama soba), epal, cendawan (putih), buah-buahan kering, anjing meningkat, pear, persik, alpukat, labu, badam, tarikh, tomato, broccoli, kubis, blueberry, Yang kedua - hati, daging. Penggunaan makanan dengan kandungan besi tinggi sangat penting semasa kehamilan, kerana janin yang sedang dibentuk memerlukan sejumlah besar elemen surih ini untuk pertumbuhan dan perkembangan penuh.

Tanda-tanda kekurangan dalam badan besi

Gejala terlalu banyak ferum yang memasuki badan adalah keletihan, pembekuan kekal tangan dan kaki, kemurungan, rambut rapuh dan kuku, menurunkan aktiviti intelektual, gangguan pencernaan, prestasi buruk, kelainan pada kelenjar tiroid. Jika anda perasan beberapa gejala ini, maka ia adalah bernilai untuk meningkatkan bilangan produk dengan kandungan besi dalam diet anda atau membeli vitamin atau suplemen makanan yang mengandungi ferum. Ia juga perlu untuk berunding dengan doktor jika ada gejala-gejala ini yang anda rasa terlalu sensitif.

Penggunaan ferrule dalam industri

Aplikasi dan sifat besi berkaitan rapat. Berkaitan dengan ferromagnetisme, ia digunakan untuk membuat magnet - sebagai lebih lemah untuk tujuan domestik (magnet cenderamata untuk peti sejuk, dll), dan untuk yang lebih kuat - untuk tujuan industri. Oleh kerana logam yang dipersoalkan mempunyai kekuatan dan kekerasan yang tinggi, ia digunakan dari zaman dahulu untuk pembuatan senjata, perisai dan alat ketenteraan dan domestik yang lain. Dengan cara ini, besi meteorit Mesir kuno diketahui, sifatnya melebihi logam biasa. Juga besi khusus digunakan dan di Rom Purba. Dari situ mereka membuat senjata elit. Perisai atau pedang yang diperbuat daripada logam meteor hanya boleh mempunyai orang yang sangat kaya dan mulia.

Secara umum, logam yang kita pertimbangkan dalam artikel ini, adalah yang paling serba boleh digunakan di kalangan semua bahan kumpulan ini. Pertama sekali, ia menghasilkan besi dan besi tuang, yang digunakan untuk menghasilkan semua jenis produk yang diperlukan dalam industri dan dalam kehidupan seharian.

Besi besi adalah aloi besi dan karbon, di mana kedua ada dari 1.7 hingga 4.5 peratus. Sekiranya kedua adalah kurang daripada 1.7 peratus, maka aloi jenis ini dipanggil keluli. Sekiranya karbon dalam komposisi ada kira-kira 0.02 peratus, maka ini sudah menjadi besi biasa biasa. Kehadiran karbon dalam aloi adalah perlu untuk memberikan kekuatan yang lebih besar, kestabilan haba, rintangan karat.

Di samping itu, keluli boleh mengandungi banyak unsur kimia lain seperti kekotoran. Ini adalah mangan, dan fosforus, dan silikon. Juga dalam aloi jenis ini untuk memberikan kualiti tertentu boleh ditambah kromium, nikel, molibdenum, tungsten dan banyak unsur kimia lain. Jenis keluli, di mana terdapat sejumlah besar silikon (kira-kira empat peratus), digunakan sebagai pengubah. Mereka yang mana banyak mangan (sehingga dua belas atau empat belas peratus), digunakan dalam pembuatan bahagian kereta api, kilang, penghancur dan peralatan lain, yang sebahagiannya cenderung untuk penghapusan cepat.

Molybdenum dimasukkan ke dalam aloi untuk menjadikannya lebih termal stabil - keluli tersebut digunakan sebagai kilang alat. Di samping itu, untuk mendapatkan semua yang dikenali dan sering digunakan di rumah dalam bentuk pisau dan alat rumah tangga keluli tahan karat yang lain, perlu menambahkan kromium, nikel dan titanium kepada aloi. Dan untuk mendapatkan keluli tahan karat, kekuatan tinggi, keluli mulur, ia sudah cukup untuk menambah vanadium kepadanya. Dengan pengenalan niobium, adalah mungkin untuk mencapai ketahanan yang tinggi terhadap bahan kakisan dan kimia yang agresif.

Magnetit mineral, yang disebut di awal artikel, diperlukan untuk pembuatan cakera keras, kad memori dan peranti lain jenis ini. Oleh kerana sifat-sifat magnet, besi boleh didapati di dalam transformer peranti, motor, produk elektronik, dan lain-lain. Selain itu, ferum boleh ditambah kepada aloi logam lain untuk memberikan kekuatan yang lebih besar dan kestabilan mekanikal. Sulfat unsur ini digunakan dalam hortikultur untuk kawalan serangga (bersama-sama dengan tembaga sulfat). Iron klorida adalah penting untuk pembersihan air. Di samping itu, serbuk magnetit digunakan dalam pencetak hitam dan putih. Cara utama untuk menggunakan pyrite ialah mendapatkan asid sulfurik daripadanya. Proses ini berlaku di makmal dalam tiga peringkat. Dalam peringkat pyrite pertama, ferrule dibakar, dengan itu memperoleh besi oksida dan sulfur dioksida. Pada peringkat kedua, penukaran sulfur dioksida ke trioksidanya berlaku dengan penyertaan oksigen. Dan pada peringkat akhir, bahan yang dihasilkan diluluskan melalui wap air dengan kehadiran pemangkin, dengan itu memperoleh asid sulfurik.

Penyediaan besi

Pada asasnya logam aktif diekstrak daripada dua mineral utamanya: magnetit dan bijih besi. Adakah ini dengan pengurangan zat besi daripada sebatian karbon dalam bentuk kok. Ini dilakukan dalam relau bagas, di mana suhu mencapai dua ribu darjah centigrade. Di samping itu, terdapat satu cara untuk memulihkan Ferrum hidrogen. Untuk tujuan ini secara pilihan kehadiran relau letupan. Untuk melaksanakan kaedah ini mengambil tanah liat khas, ia bercampur dengan bijih dihancurkan dan dirawat dengan hidrogen dalam relau aci.

kesimpulan

Sifat-sifat dan aplikasi besi diubah. Ini mungkin yang paling penting dalam logam kehidupan kita. Menjadi dikenali kepada manusia, ia mengambil tempat dari tembaga, yang pada masa itu adalah bahan utama untuk pembuatan alat, dan senjata. Keluli dan besi yang menyeronokkan dan menarik tinggi daripada aloi tembaga dan timah dari segi sifat-sifat fizikal, ketahanan terhadap tekanan mekanikal.

Di samping itu, besi di planet kita adalah lebih biasa daripada banyak logam lain. pecahan jisim dalam kerak bumi adalah hampir lima peratus. Ia adalah unsur kimia yang paling banyak keempat dalam alam semula jadi. Juga, unsur kimia ini adalah sangat penting untuk fungsi normal badan haiwan dan tumbuh-tumbuhan, terutamanya kerana ia adalah berdasarkan kepada hemoglobin yang dibina. Besi adalah unsur surih yang penting, yang penggunaannya adalah penting untuk kesihatan dan organ berfungsi dengan normal. Selain dari itu, ia adalah satu-satunya logam yang mempunyai sifat-sifat magnet yang unik. Tanpa Ferrum adalah mustahil untuk membayangkan kehidupan kita.