Järn är ett välkänt kemiskt grundämne. Det tillhör metallerna med medelreaktivitet. Vi kommer att överväga egenskaperna och användningen av järn i den här artikeln.
Prevalens i naturen
Det finns ett ganska stort antal mineraler som inkluderar ferrum. Först och främst är det magnetit. Det är sjuttiotvå procent järn. Dess kemiska formel är Fe3O4. Detta mineral kallas även magnetisk järnmalm. Den har en ljusgrå färg, ibland med mörkgrå, upp till svart, med en metallisk glans. Dess största fyndighet bland OSS-länderna ligger i Ural.
Nästa mineral med högt järninnehåll är hematit - det består av sjuttio procent av detta element. Dess kemiska formel är Fe2O3. Det kallas också för röd järnmalm. Den har en färg från rödbrun till rödgrå. Den största fyndigheten i OSS-ländernas territorium ligger i Krivoy Rog.
Det tredje mineralet när det gäller ferrumh alt är limonit. Här är järn sextio procent av den totala massan. Det är ett kristallint hydrat, det vill säga vattenmolekyler vävs in i dess kristallgitter,dess kemiska formel är Fe2O3•H2O. Som namnet antyder har detta mineral en gulbrun färg, ibland brun. Det är en av huvudkomponenterna i naturlig ockra och används som ett pigment. Den kallas även brun järnsten. De största förekomsterna är Krim, Ural.
I siderit, den så kallade sparjärnmalmen, fyrtioåtta procent av ferrum. Dess kemiska formel är FeCO3. Dess struktur är heterogen och består av kristaller i olika färger sammankopplade: grå, ljusgrön, grågul, brungul, etc.
Det sista naturligt förekommande mineralet med hög ferrumh alt är pyrit. Den har följande kemiska formel: FeS2. Järn i det är fyrtiosex procent av den totala massan. På grund av svavelatomer har detta mineral en gyllengul färg.
Många av de övervägda mineralerna används för att få rent järn. Dessutom används hematit vid tillverkning av smycken från naturstenar. Pyritinneslutningar kan hittas i lapis lazuli-smycken. Dessutom finns järn i naturen i sammansättningen av levande organismer - det är en av de viktigaste komponenterna i cellen. Detta spårämne måste tillföras människokroppen i tillräckliga mängder. Järns helande egenskaper beror till stor del på det faktum att detta kemiska element är grunden för hemoglobin. Därför har användningen av ferrum en god effekt på blodets tillstånd, och därför hela organismen som helhet.
Järn: fysikaliska och kemiska egenskaper
Låt oss betrakta dessa två stora avsnitt i ordning. Järns fysikaliska egenskaper är dess utseende, densitet, smältpunkt etc. Det vill säga alla utmärkande egenskaper hos ett ämne som är förknippade med fysik. Järns kemiska egenskaper är dess förmåga att reagera med andra föreningar. Låt oss börja med den första.
Järns fysiska egenskaper
I sin rena form under normala förhållanden är det ett fast ämne. Den har en silvergrå färg och en uttalad metallisk glans. De mekaniska egenskaperna hos järn inkluderar hårdhetsnivån på Mohs-skalan. Det är lika med fyra (medium). Järn har god elektrisk och termisk ledningsförmåga. Den sista egenskapen kan kännas genom att röra vid ett järnföremål i ett kallt rum. Eftersom detta material leder värme snabbt absorberar det det mesta av värmen från din hud på kort tid, vilket gör att du känner dig kall.
När man vidrör till exempel ett träd, kan det noteras att dess värmeledningsförmåga är mycket lägre. Järns fysikaliska egenskaper är dess smält- och kokpunkter. Den första är 1539 grader Celsius, den andra är 2860 grader Celsius. Man kan dra slutsatsen att järns karakteristiska egenskaper är god duktilitet och smältbarhet. Men det är inte allt.
De fysiska egenskaperna hos järn inkluderar också dess ferromagnetism. Vad det är? Järn, vars magnetiska egenskaper vi kan observera i praktiska exempel varje dag, är den enda metall som har sådanaunik utmärkande egenskap. Detta beror på det faktum att detta material kan magnetiseras under påverkan av ett magnetfält. Och efter upphörandet av den senares verkan förblir järn, vars magnetiska egenskaper just har bildats, en magnet under lång tid. Detta fenomen kan förklaras av det faktum att i strukturen av denna metall finns det många fria elektroner som kan röra sig.
Ur kemisynpunkt
Detta grundämne tillhör metallerna med medelhög aktivitet. Men järnets kemiska egenskaper är typiska för alla andra metaller (förutom de som ligger till höger om väte i den elektrokemiska serien). Den kan reagera med många klasser av ämnen.
Börja enkelt
Ferrum interagerar med syre, kväve, halogener (jod, brom, klor, fluor), fosfor, kol. Det första att tänka på är reaktioner med syre. När ferrum förbränns bildas dess oxider. Beroende på reaktionsförhållandena och proportionerna mellan de två deltagarna kan de varieras. Som ett exempel på sådana interaktioner kan följande reaktionsekvationer ges: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Och egenskaperna hos järnoxid (både fysikaliska och kemiska) kan varieras, beroende på dess variation. Den här typen av reaktioner inträffar vid höga temperaturer.
Nästa - interaktion med kväve. Det kan också bara händaföremål för uppvärmning. Om vi tar sex mol järn och en mol kväve får vi två mol järnnitrid. Reaktionsekvationen kommer att se ut så här: 6Fe + N2=2Fe3N.
När man interagerar med fosfor bildas en fosfid. För att utföra reaktionen är följande komponenter nödvändiga: för tre mol ferrum - en mol fosfor, som ett resultat bildas en mol fosfid. Ekvationen kan skrivas på följande sätt: 3Fe + P=Fe3P.
Dessutom kan man bland reaktionerna med enkla ämnen också urskilja interaktionen med svavel. I detta fall kan sulfid erhållas. Principen genom vilken processen för bildning av detta ämne sker liknar de som beskrivs ovan. Det uppstår nämligen en additionsreaktion. Alla kemiska interaktioner av detta slag kräver speciella förhållanden, främst höga temperaturer, mer sällan katalysatorer.
Reaktioner mellan järn och halogener är också vanliga inom den kemiska industrin. Dessa är klorering, bromering, jodering, fluorering. Som framgår av namnen på själva reaktionerna är detta processen att tillsätta klor / brom / jod / fluoratomer till ferrumatomer för att bilda klorid / bromid / jodid / fluorid. Dessa ämnen används ofta i olika industrier. Dessutom kan ferrum kombineras med kisel vid höga temperaturer. På grund av dess olika kemiska egenskaper används järn ofta i den kemiska industrin.
Ferrum och komplexa ämnen
Från enkla ämnen, låt oss gå vidare till de vars molekyler består av två eller flerolika kemiska grundämnen. Det första att nämna är reaktionen mellan ferrum och vatten. Här är de viktigaste egenskaperna hos järn. När vatten värms upp tillsammans med järn bildas en basisk oxid (det kallas så eftersom det när det interagerar med samma vatten bildar en hydroxid, med andra ord en bas). Så, om du tar en mol av båda komponenterna, bildas ämnen som ferrumdioxid och väte i form av en gas med en stickande lukt - också i molära proportioner av en till en. Ekvationen för denna typ av reaktion kan skrivas på följande sätt: Fe + H2O=FeO + H2. Beroende på proportionerna i vilka dessa två komponenter blandas kan järndi- eller trioxid erhållas. Båda dessa ämnen är mycket vanliga inom den kemiska industrin och används även i många andra industrier.
Med syror och s alter
Eftersom ferrum är beläget till vänster om väte i den elektrokemiska aktivitetsserien för metaller, kan den förskjuta detta grundämne från föreningar. Ett exempel på detta är den substitutionsreaktion som kan observeras när järn tillsätts till en syra. Till exempel, om du blandar järn och sulfatsyra (aka svavelsyra) med medelkoncentration i samma molära proportioner, blir resultatet järnsulfat (II) och väte i samma molära proportioner. Ekvationen för en sådan reaktion skulle se ut så här: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
När man interagerar med s alter uppträder järnets reducerande egenskaper. Det vill säga, med hjälp av den kan en mindre aktiv metall isoleras från s alt. Till exempel omta en mol kopparsulfat och samma mängd ferrum, så kan du få järnsulfat (II) och ren koppar i samma molära proportioner.
Value for the body
Ett av de vanligaste kemiska grundämnena i jordskorpan är järn. Vi har redan övervägt materiens egenskaper, nu kommer vi att närma oss det ur biologisk synvinkel. Ferrum utför mycket viktiga funktioner både på cellnivå och på hela organismens nivå. Först och främst är järn grunden för ett sådant protein som hemoglobin. Det är nödvändigt för transport av syre genom blodet från lungorna till alla vävnader, organ, till varje cell i kroppen, i första hand till hjärnans nervceller. Därför kan järnets fördelaktiga egenskaper inte överskattas.
Förutom att det påverkar blodbildningen är ferrum också viktigt för att sköldkörteln ska fungera fullt ut (detta kräver inte bara jod, som vissa tror). Järn deltar också i intracellulär metabolism, reglerar immunitet. Ferrum finns också i särskilt stora mängder i leverceller, eftersom det hjälper till att neutralisera skadliga ämnen. Det är också en av huvudkomponenterna i många typer av enzymer i vår kropp. En persons dagliga kost bör innehålla från tio till tjugo milligram av detta spårämne.
Livsmedel rika på järn
Det finns många av dem. De är av både vegetabiliskt och animaliskt ursprung. Den första är spannmål, baljväxter, spannmål (särskilt bovete), äpplen, svamp (porcini), torkad frukt, nypon, päron, persikor,avokado, pumpa, mandel, dadlar, tomater, broccoli, kål, blåbär, björnbär, selleri, etc. Den andra - lever, kött. Användningen av livsmedel med hög järnh alt är särskilt viktig under graviditeten, eftersom det växande fostrets kropp kräver en stor mängd av detta spårämne för korrekt tillväxt och utveckling.
Tecken på järnbrist
Symptom på att för lite ferrum kommer in i kroppen är trötthet, konstant frysning av händer och fötter, depression, skört hår och naglar, minskad intellektuell aktivitet, matsmältningsstörningar, låg prestation och sköldkörtelrubbningar. Om du märker mer än ett av dessa symtom, kanske du vill öka mängden järnrik mat i din kost eller köpa vitaminer eller kosttillskott som innehåller ferrum. Se också till att uppsöka läkare om du upplever något av dessa symtom för starkt.
Användning av ferrum i industrin
Järns användningsområden och egenskaper är nära besläktade. På grund av sin ferromagnetism används den för att göra magneter - både svagare för hushållsändamål (souvenir kylskåpsmagneter, etc.), och starkare - för industriella ändamål. På grund av det faktum att metallen i fråga har hög hållfasthet och hårdhet, har den använts sedan urminnes tider för tillverkning av vapen, rustningar och andra militära och hushållsredskap. Förresten, även i det gamla Egypten var meteoritjärn känt, egenskapernasom är överlägsna de av vanlig metall. Ett sådant speciellt järn användes också i antikens Rom. De gjorde elitvapen av det. Endast en mycket rik och ädel person kunde ha en sköld eller ett svärd gjord av meteoritmetall.
I allmänhet är metallen som vi överväger i den här artikeln den mest mångsidiga som används bland alla ämnen i denna grupp. Först och främst tillverkas stål och gjutjärn av det, som används för att producera alla typer av produkter som behövs både inom industrin och i vardagen.
Gjutjärn är en legering av järn och kol, där den andra är närvarande från 1,7 till 4,5 procent. Om den andra är mindre än 1,7 procent, kallas denna typ av legering stål. Om det finns cirka 0,02 procent kol i sammansättningen är detta redan vanligt tekniskt järn. Närvaron av kol i legeringen är nödvändig för att ge den större styrka, värmebeständighet och rostbeständighet.
Dessutom kan stål innehålla många andra kemiska grundämnen som föroreningar. Detta är mangan, och fosfor och kisel. Dessutom kan krom, nickel, molybden, volfram och många andra kemiska element tillsättas till denna typ av legering för att ge den vissa egenskaper. Ståltyper där det finns en stor mängd kisel (cirka fyra procent) används som transformatorstål. De som innehåller mycket mangan (upp till tolv eller fjorton procent) finner sin användning vid tillverkning av delarjärnvägar, kvarnar, krossar och andra verktyg som snabbt sliter delar.
Molybden införs i legeringens sammansättning för att göra den mer termiskt stabil - sådana stål används som verktygsstål. Dessutom, för att få välkända och vanligt använda rostfria stål i form av knivar och andra hushållsverktyg, är det nödvändigt att tillsätta krom, nickel och titan till legeringen. Och för att få stöttåligt, höghållfast, segt stål räcker det att lägga till vanadin till det. När det införs i niobkompositionen är det möjligt att uppnå hög motståndskraft mot korrosion och effekterna av kemiskt aggressiva ämnen.
Mineralet magnetit, som nämndes i början av artikeln, behövs för tillverkning av hårddiskar, minneskort och andra enheter av denna typ. På grund av dess magnetiska egenskaper kan järn hittas i konstruktionen av transformatorer, motorer, elektroniska produkter etc. Dessutom kan ferrum tillsättas andra metallegeringar för att ge dem större styrka och mekanisk stabilitet. Sulfatet av detta element används i trädgårdsodling för skadedjursbekämpning (tillsammans med kopparsulfat).
Järnklorider är oumbärliga för vattenrening. Dessutom används magnetitpulver i svartvita skrivare. Den huvudsakliga användningen av pyrit är att få svavelsyra från den. Denna process sker i laboratoriet i tre steg. I det första steget bränns ferrumkis för att producera järnoxid och svaveldioxid. Det andra steget är omvandlingen av dioxidensvavel till dess trioxid med deltagande av syre. Och i det sista steget passerar den resulterande substansen genom vattenånga i närvaro av katalysatorer, varigenom svavelsyra erhålls.
Får järn
Denna metall utvinns huvudsakligen från dess två huvudsakliga mineraler: magnetit och hematit. Detta görs genom att reducera järn från dess föreningar med kol i form av koks. Detta görs i masugnar, vars temperatur når två tusen grader Celsius. Dessutom finns det ett sätt att reducera ferrum med väte. Detta kräver ingen masugn. För att implementera denna metod tas speciallera, blandas med krossad malm och behandlas med väte i en schaktugn.
Slutsats
Järns egenskaper och användningsområden är varierande. Detta är kanske den viktigaste metallen i våra liv. Efter att ha blivit känd för mänskligheten tog han platsen för brons, som vid den tiden var huvudmaterialet för tillverkning av alla verktyg, såväl som vapen. Stål och gjutjärn är på många sätt överlägsna koppar-tennlegeringen när det gäller deras fysikaliska egenskaper, motståndskraft mot mekanisk påkänning.
Dessutom är järn vanligare på vår planet än många andra metaller. Dess massandel i jordskorpan är nästan fem procent. Det är det fjärde vanligaste kemiska elementet i naturen. Detta kemiska element är också mycket viktigt för den normala funktionen av organismen hos djur och växter, främst eftersom hemoglobin är byggt på dess grund. Järn är ett viktigt mikronäringsämnevilket är viktigt för att bibehålla hälsa och normal funktion av organ. Utöver ovanstående är det den enda metallen som har unika magnetiska egenskaper. Det är omöjligt att föreställa sig vårt liv utan ferrum.
