Geležis yra gerai žinomas cheminis elementas. Jis priklauso vidutinio reaktyvumo metalams. Šiame straipsnyje apžvelgsime geležies savybes ir naudojimą.
Plitimas gamtoje
Yra gana daug mineralų, įskaitant geležį. Visų pirma, tai yra magnetitas. Tai septyniasdešimt du procentai geležies. Jo cheminė formulė yra Fe3O4. Šis mineralas dar vadinamas magnetine geležies rūda. Jis yra šviesiai pilkos spalvos, kartais su tamsiai pilka, iki juodos spalvos, su metaliniu blizgesiu. Didžiausias jos telkinys tarp NVS šalių yra Urale.
Kitas mineralas, turintis daug geležies, yra hematitas – jo septyniasdešimt procentų sudaro šis elementas. Jo cheminė formulė yra Fe2O3. Jis taip pat vadinamas raudonąja geležies rūda. Jis turi spalvą nuo raudonai rudos iki raudonai pilkos spalvos. Didžiausias telkinys NVS šalių teritorijoje yra Krivoy Rog.
Trečias mineralas pagal geležies kiekį yra limonitas. Čia geležis sudaro šešiasdešimt procentų visos masės. Tai kristalinis hidratas, ty vandens molekulės yra įaustos į jo kristalinę gardelę,jo cheminė formulė yra Fe2O3•H2O. Kaip rodo pavadinimas, šis mineralas yra gelsvai rusvos spalvos, kartais rudos. Tai vienas iš pagrindinių natūralios ochros komponentų ir naudojamas kaip pigmentas. Jis taip pat vadinamas ruduoju geležiniu akmeniu. Daugiausia atvejų yra Kryme, Urale.
Siderite, vadinamojoje sparnuotoje geležies rūdoje, keturiasdešimt aštuoni procentai geležies. Jo cheminė formulė yra FeCO3. Jo struktūra yra nevienalytė ir susideda iš skirtingų spalvų kristalų, sujungtų tarpusavyje: pilkos, šviesiai žalios, pilkai geltonos, rudai geltonos ir kt.
Paskutinis natūraliai pasitaikantis mineralas, kuriame yra daug geležies, yra piritas. Ji turi tokią cheminę formulę: FeS2. Jame esanti geležis sudaro keturiasdešimt šešis procentus visos masės. Dėl sieros atomų šis mineralas yra aukso geltonumo spalvos.
Daugelis minėtų mineralų yra naudojami grynai geležies gavimui. Be to, hematitas naudojamas gaminant papuošalus iš natūralių akmenų. Pirito inkliuzų galima rasti lapis lazuli papuošaluose. Be to, gamtoje geležies randama gyvų organizmų sudėtyje – ji yra viena iš svarbiausių ląstelės komponentų. Šio mikroelemento žmogaus organizmas turi būti tiekiamas pakankamais kiekiais. Geležies gydomąsias savybes daugiausia lemia tai, kad šis cheminis elementas yra hemoglobino pagrindas. Todėl geležies naudojimas turi gerą poveikį kraujo būklei, taigi ir visam organizmui.
Geležis: fizinės ir cheminės savybės
Apsvarstykime šias dvi dideles dalis eilės tvarka. Geležies fizinės savybės yra jos išvaizda, tankis, lydymosi temperatūra ir tt Tai yra visos skiriamosios medžiagos savybės, susijusios su fizika. Geležies cheminės savybės yra jos gebėjimas reaguoti su kitais junginiais. Pradėkime nuo pirmojo.
Fizikinės geležies savybės
Gryna forma normaliomis sąlygomis yra kieta medžiaga. Jis turi sidabriškai pilką spalvą ir ryškų metalinį blizgesį. Mechaninės geležies savybės apima kietumo lygį pagal Moso skalę. Jis lygus keturiems (vidutinis). Geležis turi gerą elektros ir šilumos laidumą. Paskutinį požymį galima pajusti palietus geležinį daiktą š altoje patalpoje. Kadangi ši medžiaga greitai praleidžia šilumą, ji per trumpą laiką sugeria didžiąją dalį šilumos iš jūsų odos, todėl jaučiatės š alti.
Paliečiant, pavyzdžiui, medį, galima pastebėti, kad jo šilumos laidumas yra daug mažesnis. Geležies fizinės savybės yra jos lydymosi ir virimo temperatūra. Pirmasis yra 1539 laipsnių Celsijaus, antrasis yra 2860 laipsnių Celsijaus. Galima daryti išvadą, kad būdingos geležies savybės yra geras plastiškumas ir lydumas. Bet tai dar ne viskas.
Be to, fizinės geležies savybės apima jos feromagnetizmą. Kas tai yra? Geležis, kurios magnetines savybes kasdien galime stebėti praktiniuose pavyzdžiuose, yra vienintelis toks turintis metalasunikalus skiriamasis bruožas. Taip yra dėl to, kad ši medžiaga gali būti įmagnetinta veikiant magnetiniam laukui. O pastarųjų veikimui pasibaigus, geležis, kurios magnetinės savybės ką tik susiformavo, ilgai išlieka magnetu. Šį reiškinį galima paaiškinti tuo, kad šio metalo struktūroje yra daug laisvųjų elektronų, kurie gali judėti.
Chemijos požiūriu
Šis elementas priklauso vidutinio aktyvumo metalams. Tačiau geležies cheminės savybės būdingos visiems kitiems metalams (išskyrus tuos, kurie yra dešinėje nuo vandenilio elektrocheminėje serijoje). Jis gali reaguoti su daugeliu medžiagų klasių.
Pradėkite paprastai
Ferrum sąveikauja su deguonimi, azotu, halogenais (jodu, bromu, chloru, fluoru), fosforu, anglimi. Pirmiausia reikia atsižvelgti į reakcijas su deguonimi. Deginant geležį, susidaro jo oksidai. Atsižvelgiant į reakcijos sąlygas ir proporcijas tarp dviejų dalyvių, jos gali būti įvairios. Kaip tokios sąveikos pavyzdį galima pateikti tokias reakcijų lygtis: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. O geležies oksido savybės (tiek fizinės, tiek cheminės) gali būti įvairios, priklausomai nuo jo įvairovės. Tokios reakcijos vyksta esant aukštai temperatūrai.
Kitas – sąveika su azotu. Taip pat gali atsitikti tikpriklauso nuo šildymo. Jei paimtume šešis molius geležies ir vieną molį azoto, gautume du molius geležies nitrido. Reakcijos lygtis atrodys taip: 6Fe + N2=2Fe3N.
Sąveikaujant su fosforu susidaro fosfidas. Reakcijai atlikti reikalingi šie komponentai: trims moliams geležies - vienas molis fosforo, todėl susidaro vienas molis fosfido. Lygtį galima parašyti taip: 3Fe + P=Fe3P.
Be to, tarp reakcijų su paprastomis medžiagomis galima išskirti ir sąveiką su siera. Tokiu atveju galima gauti sulfidą. Principas, pagal kurį vyksta šios medžiagos susidarymo procesas, yra panašus į aprašytą aukščiau. Būtent, įvyksta pridėjimo reakcija. Visoms tokio pobūdžio cheminėms sąveikoms reikalingos specialios sąlygos, daugiausia aukštos temperatūros, rečiau katalizatoriai.
Reakcijos tarp geležies ir halogenų taip pat dažnos chemijos pramonėje. Tai yra chlorinimas, brominimas, jodavimas, fluoravimas. Kaip aišku iš pačių reakcijų pavadinimų, tai yra procesas, kai chloro / bromo / jodo / fluoro atomai pridedami prie geležies atomų, kad susidarytų atitinkamai chloridas / bromidas / jodidas / fluoras. Šios medžiagos plačiai naudojamos įvairiose pramonės šakose. Be to, geležis gali jungtis su siliciu esant aukštai temperatūrai. Dėl įvairių cheminių savybių geležis dažnai naudojama chemijos pramonėje.
Ferrumas ir sudėtinės medžiagos
Nuo paprastų medžiagų pereikime prie tų, kurių molekulės susideda iš dviejų ar daugiauįvairių cheminių elementų. Pirmas dalykas, kurį reikia paminėti, yra geležies reakcija su vandeniu. Čia yra pagrindinės geležies savybės. Kaitinant vandenį kartu su geležimi, susidaro bazinis oksidas (taip vadinamas todėl, kad sąveikaudamas su tuo pačiu vandeniu susidaro hidroksidas, kitaip tariant, bazė). Taigi, jei paimsite po vieną molį abiejų komponentų, tokios medžiagos kaip geležies dioksidas ir vandenilis susidaro aštraus kvapo dujų pavidalu – taip pat molinėmis proporcijomis vienas prieš vieną. Tokios reakcijos lygtį galima parašyti taip: Fe + H2O=FeO + H2. Priklausomai nuo šių dviejų komponentų sumaišymo proporcijų, galima gauti geležies di- arba trioksidą. Abi šios medžiagos yra labai paplitusios chemijos pramonėje ir taip pat naudojamos daugelyje kitų pramonės šakų.
Su rūgštimis ir druskomis
Kadangi geležis yra kairėje nuo vandenilio elektrocheminėje metalų aktyvumo serijoje, jis gali išstumti šį elementą iš junginių. To pavyzdys yra pakeitimo reakcija, kurią galima stebėti, kai į rūgštį pridedama geležies. Pavyzdžiui, jei sumaišysite vidutinės koncentracijos geležį ir sulfato rūgštį (dar žinomą kaip sieros rūgštis) tokiomis pačiomis molinėmis proporcijomis, rezultatas bus geležies sulfatas (II) ir vandenilis tokiomis pačiomis molinėmis proporcijomis. Tokios reakcijos lygtis atrodytų taip: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Sąveikaujant su druskomis išryškėja geležies redukcinės savybės. Tai yra, jo pagalba iš druskos galima išskirti mažiau aktyvų metalą. Pavyzdžiui, jeipaimkite vieną molį vario sulfato ir tiek pat geležies, tada galėsite gauti geležies sulfato (II) ir gryno vario tokiomis pačiomis molinėmis proporcijomis.
Kūno vertė
Vienas iš labiausiai paplitusių cheminių elementų žemės plutoje yra geležis. Mes jau svarstėme materijos savybes, dabar pažvelgsime į tai biologiniu požiūriu. Ferrum atlieka labai svarbias funkcijas tiek ląstelių lygiu, tiek viso organizmo lygmeniu. Visų pirma, geležis yra tokio b altymo kaip hemoglobino pagrindas. Jis būtinas deguonies pernešimui per kraują iš plaučių į visus audinius, organus, į kiekvieną kūno ląstelę, pirmiausia į smegenų neuronus. Todėl naudingų geležies savybių negalima pervertinti.
Be to, kad geležis turi įtakos kraujo formavimuisi, ji taip pat yra svarbi pilnavertei skydliaukės veiklai (tam reikia ne tik jodo, kaip kai kurie mano). Geležis taip pat dalyvauja ląstelių apykaitoje, reguliuoja imunitetą. Ypač daug geležies randama ir kepenų ląstelėse, nes padeda neutralizuoti kenksmingas medžiagas. Tai taip pat vienas iš pagrindinių daugelio mūsų organizmo fermentų tipų komponentų. Žmogaus dienos racione turėtų būti nuo dešimties iki dvidešimties miligramų šio mikroelemento.
Maistas, kuriame gausu geležies
Jų yra daug. Jie yra ir augalinės, ir gyvūninės kilmės. Pirmieji yra javai, ankštiniai augalai, javai (ypač grikiai), obuoliai, grybai (porcini), džiovinti vaisiai, erškėtuogės, kriaušės, persikai,avokadai, moliūgai, migdolai, datulės, pomidorai, brokoliai, kopūstai, mėlynės, gervuogės, salierai ir tt Antra – kepenys, mėsa. Nėštumo metu ypač svarbu vartoti daug geležies turinčių maisto produktų, nes besivystančio vaisiaus organizmui reikalingas didelis šio mikroelemento kiekis tinkamam augimui ir vystymuisi.
Geležies trūkumo požymiai
Per mažai geležies patekimo į organizmą simptomai yra nuovargis, nuolatinis rankų ir kojų šąlimas, depresija, lūžinėjantys plaukai ir nagai, sumažėjęs intelektinis aktyvumas, virškinimo sutrikimai, menkas darbingumas, skydliaukės sutrikimai. Jei pastebėsite daugiau nei vieną iš šių simptomų, galbūt norėsite padidinti geležies turinčio maisto kiekį savo racione arba nusipirkti vitaminų ar papildų, kurių sudėtyje yra geležies. Taip pat būtinai kreipkitės į gydytoją, jei kuris nors iš šių simptomų pasireiškia per stipriai.
Geležies naudojimas pramonėje
Geležies naudojimas ir savybės yra glaudžiai susiję. Dėl savo feromagnetizmo iš jo gaminami magnetai – tiek silpnesni buities reikmėms (suvenyriniai šaldytuvo magnetai ir kt.), tiek stipresni – pramoniniams tikslams. Dėl to, kad aptariamas metalas pasižymi dideliu stiprumu ir kietumu, jis nuo seno buvo naudojamas ginklams, šarvams ir kitiems kariniams bei buities įrankiams gaminti. Beje, dar senovės Egipte buvo žinomos meteorito geležies savybėskurios yra pranašesnės už įprasto metalo. Taip pat toks specialus lygintuvas buvo naudojamas senovės Romoje. Iš jo jie gamino elitinius ginklus. Tik labai turtingas ir kilnus žmogus galėjo turėti skydą ar kardą iš metalo meteorito.
Apskritai metalas, apie kurį kalbame šiame straipsnyje, yra universaliausias iš visų šios grupės medžiagų. Pirmiausia iš jo gaminamas plienas ir ketus, iš kurių gaminami visi gaminiai, reikalingi tiek pramonėje, tiek kasdieniame gyvenime.
Ketus yra geležies ir anglies lydinys, kuriame antrosios yra nuo 1,7 iki 4,5 proc. Jei antrasis yra mažesnis nei 1,7 procento, toks lydinys vadinamas plienu. Jei kompozicijoje yra apie 0,02 procento anglies, tai jau yra įprasta techninė geležis. Lydinyje turi būti anglies, kad jis būtų tvirtesnis, atsparesnis karščiui ir atsparumas rūdims.
Be to, pliene gali būti daug kitų cheminių elementų kaip priemaišų. Tai manganas, fosforas ir silicis. Be to, į tokį lydinį galima pridėti chromo, nikelio, molibdeno, volframo ir daugelio kitų cheminių elementų, kad suteiktų jam tam tikras savybes. Plieno tipai, kuriuose yra daug silicio (apie keturis procentus), naudojami kaip transformatoriniai plienai. Tie, kuriuose yra daug mangano (iki dvylikos ar keturiolikos procentų), pritaikomi detalių gamybojegeležinkeliai, malūnai, trupintuvai ir kiti įrankiai, kurie greitai susidėvi dalis.
Molibdenas yra įtrauktas į lydinio sudėtį, kad jis būtų termiškai stabilesnis – toks plienas naudojamas kaip įrankių plienas. Be to, norint gauti gerai žinomą ir plačiai naudojamą nerūdijantį plieną peilių ir kitų buitinių įrankių pavidalu, į lydinį būtina pridėti chromo, nikelio ir titano. O norint gauti atsparų smūgiams, didelio stiprumo, kaliojo plieno, pakanka į jį įdėti vanadžio. Įdėjus į niobio sudėtį, galima pasiekti aukštą atsparumą korozijai ir chemiškai agresyvių medžiagų poveikiui.
Straipsnio pradžioje paminėtas mineralinis magnetitas reikalingas kietiesiems diskams, atminties kortelėms ir kitiems tokio tipo įrenginiams gaminti. Dėl savo magnetinių savybių geležies galima rasti transformatorių, variklių, elektronikos gaminių konstrukcijoje ir kt. Be to, geležies gali būti dedama į kitus metalų lydinius, kad jie būtų tvirtesni ir mechaniniai stabilūs. Šio elemento sulfatas naudojamas sodininkystėje kenkėjų kontrolei (kartu su vario sulfatu).
Geležies chloridai yra nepakeičiami vandens valymui. Be to, nespalvotuose spausdintuvuose naudojami magnetito milteliai. Pagrindinis pirito panaudojimas – iš jo gauti sieros rūgštį. Šis procesas laboratorijoje vyksta trimis etapais. Pirmajame etape geležies piritas sudeginamas, kad susidarytų geležies oksidas ir sieros dioksidas. Antrasis žingsnis yra dioksido pavertimassiera virsta trioksidu dalyvaujant deguoniui. Paskutiniame etape gauta medžiaga, esant katalizatoriams, praleidžiama per vandens garus ir taip gaunama sieros rūgštis.
Geležies gavimas
Šis metalas daugiausia išgaunamas iš dviejų pagrindinių mineralų: magnetito ir hematito. Tai daroma redukuojant geležį iš jos junginių anglimi kokso pavidalu. Tai daroma aukštakrosnėse, kurių temperatūra siekia du tūkstančius laipsnių Celsijaus. Be to, yra būdas sumažinti geležį vandeniliu. Tam nereikia aukštakrosnės. Šiam metodui įgyvendinti imamas specialus molis, sumaišomas su smulkinta rūda ir apdorojamas vandeniliu šachtinėje krosnyje.
Išvada
Geležies savybės ir panaudojimas yra įvairios. Tai bene svarbiausias metalas mūsų gyvenime. Tapęs žinomas žmonijai, jis užėmė bronzos vietą, kuri tuo metu buvo pagrindinė medžiaga visų įrankių, taip pat ginklų gamybai. Plienas ir ketus daugeliu atžvilgių pranašesni už vario ir alavo lydinį savo fizinėmis savybėmis, atsparumu mechaniniam poveikiui.
Be to, geležis mūsų planetoje yra labiau paplitusi nei daugelis kitų metalų. Jo masės dalis žemės plutoje yra beveik penki procentai. Tai ketvirtas pagal gausumą cheminis elementas gamtoje. Be to, šis cheminis elementas yra labai svarbus normaliai gyvūnų ir augalų organizmo veiklai, visų pirma todėl, kad jo pagrindu yra sudarytas hemoglobinas. Geležis yra būtinas mikroelementaskuri yra svarbi sveikatai palaikyti ir normaliai organų veiklai. Be to, tai yra vienintelis metalas, turintis unikalių magnetinių savybių. Neįmanoma įsivaizduoti savo gyvenimo be geležies.
