Sắt là một nguyên tố hóa học nổi tiếng. Nó thuộc vào những kim loại có khả năng phản ứng trung bình. Chúng ta sẽ xem xét các đặc tính và công dụng của sắt trong bài viết này.
Phổ biến trong tự nhiên
Có một số lượng lớn các khoáng chất bao gồm ferrum. Trước hết, nó là magnetit. Nó là bảy mươi hai phần trăm sắt. Công thức hóa học của nó là Fe3O4. Khoáng chất này còn được gọi là quặng sắt từ tính. Nó có màu xám nhạt, đôi khi có màu xám đậm, đến đen, với ánh kim loại. Khoản tiền gửi lớn nhất của nó trong số các nước SNG nằm ở Urals.
Khoáng chất tiếp theo có hàm lượng sắt cao là hematit - nó bao gồm bảy mươi phần trăm là nguyên tố này. Công thức hóa học của nó là Fe2O3. Nó còn được gọi là quặng sắt đỏ. Nó có màu từ nâu đỏ đến xám đỏ. Khoản tiền gửi lớn nhất trong lãnh thổ của các nước SNG nằm ở Krivoy Rog.
Khoáng chất thứ ba về hàm lượng ferrum là limonite. Ở đây, sắt là sáu mươi phần trăm tổng khối lượng. Nó là một hydrat tinh thể, nghĩa là, các phân tử nước được dệt thành mạng tinh thể của nó,công thức hóa học của nó là Fe2O3• H2O. Như tên của nó, khoáng chất này có màu vàng nâu, đôi khi có màu nâu. Nó là một trong những thành phần chính của đất son tự nhiên và được sử dụng làm chất màu. Nó còn được gọi là đá ironstone màu nâu. Những nơi xuất hiện nhiều nhất là Crimea, Ural.
Trong siderite, cái gọi là quặng sắt spar, bốn mươi tám phần trăm ferrum. Công thức hóa học của nó là FeCO3. Cấu trúc của nó không đồng nhất và bao gồm các tinh thể có màu sắc khác nhau kết nối với nhau: xám, xanh lục nhạt, xám vàng, nâu vàng, v.v.
Khoáng chất tự nhiên cuối cùng có hàm lượng ferrum cao là pyrit. Nó có công thức hóa học sau: FeS2. Sắt trong đó là bốn mươi sáu phần trăm tổng khối lượng. Do các nguyên tử lưu huỳnh, khoáng chất này có màu vàng vàng.
Nhiều khoáng chất được coi là được sử dụng để thu được sắt tinh khiết. Ngoài ra, hematit còn được dùng trong sản xuất đồ trang sức từ đá tự nhiên. Các thể vùi pyrit có thể được tìm thấy trong đồ trang sức bằng đá lapis lazuli. Ngoài ra, sắt được tìm thấy trong tự nhiên trong thành phần của cơ thể sống - nó là một trong những thành phần quan trọng nhất của tế bào. Nguyên tố vi lượng này phải được cung cấp cho cơ thể con người với số lượng vừa đủ. Đặc tính chữa bệnh của sắt phần lớn là do nguyên tố hóa học này là cơ sở của hemoglobin. Do đó, việc sử dụng ferrum có ảnh hưởng tốt đến trạng thái của máu, và do đó là toàn bộ cơ thể nói chung.
Sắt: tính chất vật lý và hóa học
Chúng ta hãy xem xét hai phần lớn này theo thứ tự. Các tính chất vật lý của sắt là hình dạng, khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, … Đó là tất cả các đặc điểm phân biệt của một chất gắn liền với vật lý. Các tính chất hóa học của sắt là khả năng phản ứng với các hợp chất khác. Hãy bắt đầu với cái đầu tiên.
Tính chất vật lý của sắt
Ở dạng tinh khiết trong điều kiện bình thường, nó là một chất rắn. Nó có màu xám bạc và ánh kim loại rõ rệt. Các đặc tính cơ học của sắt bao gồm mức độ cứng trên thang Mohs. Nó bằng bốn (trung bình). Sắt dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Đặc điểm cuối cùng có thể cảm nhận được bằng cách chạm vào vật bằng sắt trong phòng lạnh. Bởi vì chất liệu này dẫn nhiệt nhanh, nó hấp thụ phần lớn nhiệt từ da của bạn trong một khoảng thời gian ngắn, khiến bạn cảm thấy lạnh.
Chạm vào, ví dụ, một cái cây, có thể nhận thấy rằng khả năng dẫn nhiệt của nó thấp hơn nhiều. Tính chất vật lý của sắt là nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nó. Nhiệt độ đầu tiên là 1539 độ C, nhiệt độ thứ hai là 2860 độ C. Có thể kết luận rằng các tính chất đặc trưng của sắt là độ dẻo và dễ nóng chảy tốt. Nhưng đó không phải là tất cả.
Ngoài ra, các tính chất vật lý của sắt bao gồm tính sắt từ của nó. Nó là gì? Sắt, có tính chất từ tính mà chúng ta có thể quan sát trong các ví dụ thực tế hàng ngày, là kim loại duy nhất cótính năng phân biệt duy nhất. Điều này là do vật liệu này có thể bị từ hóa dưới tác động của từ trường. Và sau khi kết thúc hoạt động của chất thứ hai, sắt, đặc tính từ tính mới được hình thành, vẫn là một nam châm trong một thời gian dài. Có thể giải thích hiện tượng này là do trong cấu tạo của kim loại này có nhiều electron tự do có khả năng chuyển động xung quanh.
Theo quan điểm của hóa học
Nguyên tố này thuộc về kim loại hoạt động trung bình. Nhưng các tính chất hóa học của sắt là đặc trưng cho tất cả các kim loại khác (trừ những kim loại ở bên phải của hiđro trong dãy điện hóa). Nó có khả năng phản ứng với nhiều lớp chất.
Bắt đầu đơn giản
Ferrum tương tác với oxy, nitơ, halogen (iốt, brom, clo, flo), phốt pho, cacbon. Điều đầu tiên cần xem xét là phản ứng với oxy. Khi ferrum bị đốt cháy, các oxit của nó được hình thành. Tùy thuộc vào điều kiện của phản ứng và tỷ lệ giữa hai thành phần tham gia, chúng có thể thay đổi. Ví dụ về các tương tác như vậy, các phương trình phản ứng sau có thể được đưa ra: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Và các tính chất của oxit sắt (cả vật lý và hóa học) có thể rất đa dạng, tùy thuộc vào sự đa dạng của nó. Những loại phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao.
Tiếp theo - tương tác với nitơ. Nó cũng chỉ có thể xảy rachịu nhiệt. Nếu chúng ta lấy sáu mol sắt và một mol nitơ, chúng ta nhận được hai mol nitrua sắt. Phương trình phản ứng sẽ như sau: 6Fe + N2=2Fe3N.
Khi tương tác với phốt pho, một phốt pho được hình thành. Để thực hiện phản ứng, các thành phần sau đây là cần thiết: đối với ba mol ferrum - một mol phốt pho, kết quả là một mol photphua được tạo thành. Phương trình có thể được viết như sau: 3Fe + P=Fe3P.
Ngoài ra, trong số các phản ứng với các chất đơn giản, người ta cũng có thể phân biệt được tương tác với lưu huỳnh. Trong trường hợp này, có thể thu được sunfua. Nguyên tắc của quá trình hình thành chất này xảy ra tương tự như những gì đã mô tả ở trên. Cụ thể là phản ứng cộng xảy ra. Tất cả các tương tác hóa học kiểu này đều yêu cầu các điều kiện đặc biệt, chủ yếu là nhiệt độ cao, ít thường xuyên có chất xúc tác hơn.
Phản ứng giữa sắt và halogen cũng thường xảy ra trong công nghiệp hóa chất. Đó là clo hóa, brom hóa, iot hóa, flo hóa. Như đã rõ từ tên của các phản ứng, đây là quá trình thêm các nguyên tử clo / brom / iot / flo vào các nguyên tử ferrum để tạo thành clorua / bromua / iodua / florua, tương ứng. Những chất này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Ngoài ra, ferrum có khả năng kết hợp với silicon ở nhiệt độ cao. Do tính chất hóa học đa dạng, sắt thường được sử dụng trong công nghiệp hóa chất.
Ferrum và các chất phức tạp
Từ những chất đơn giản, hãy chuyển sang những chất mà phân tử của chúng bao gồm hai hoặc nhiều hơncác nguyên tố hóa học khác nhau. Đầu tiên phải kể đến là phản ứng của ferrum với nước. Dưới đây là các tính chất chính của sắt. Khi nước được đun nóng cùng với sắt, một oxit bazơ được tạo thành (nó được gọi như vậy vì khi tương tác với nước đó tạo thành một hiđroxit, hay nói cách khác là một bazơ). Vì vậy, nếu bạn lấy một mol của cả hai thành phần, các chất như ferrum dioxide và hydro được tạo thành ở dạng khí có mùi hăng - cũng theo tỷ lệ mol 1-1. Phương trình của loại phản ứng này có thể được viết như sau: Fe + H2O=FeO + H2. Tùy thuộc vào tỷ lệ mà hai thành phần này được trộn lẫn, có thể thu được sắt di- hoặc trioxit. Cả hai chất này đều rất phổ biến trong ngành công nghiệp hóa chất và cũng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác.
Với axit và muối
Vì ferrum nằm ở bên trái của hydro trong chuỗi hoạt động điện hóa của kim loại, nên nó có thể chuyển nguyên tố này khỏi các hợp chất. Một ví dụ về điều này là phản ứng thay thế có thể quan sát được khi sắt được thêm vào axit. Ví dụ, nếu bạn trộn sắt và axit sunfat (hay còn gọi là axit sunfuric) có nồng độ trung bình với cùng tỷ lệ mol, kết quả sẽ là sắt sunfat (II) và hydro theo cùng tỷ lệ mol. Phương trình của một phản ứng như vậy sẽ giống như sau: Fe + H2SO4=FeSO4+ H2.
Khi tương tác với muối, sắt xuất hiện tính khử. Có nghĩa là, với sự trợ giúp của nó, một kim loại kém hoạt động hơn có thể được phân lập khỏi muối. Ví dụ, nếulấy một mol đồng sunfat và cùng một lượng fero, thì bạn có thể nhận được sắt sunfat (II) và đồng nguyên chất với cùng tỷ lệ mol.
Giá trị cho cơ thể
Một trong những nguyên tố hóa học phổ biến nhất trong vỏ trái đất là sắt. Chúng ta đã xem xét các thuộc tính của vật chất rồi, bây giờ chúng ta sẽ tiếp cận nó theo quan điểm sinh học. Ferrum thực hiện các chức năng rất quan trọng cả ở cấp độ tế bào và cấp độ toàn bộ sinh vật. Trước hết, sắt là cơ sở của một loại protein như hemoglobin. Nó cần thiết cho việc vận chuyển oxy qua máu từ phổi đến tất cả các mô, cơ quan, đến mọi tế bào của cơ thể, chủ yếu là đến các tế bào thần kinh của não. Do đó, các đặc tính có lợi của sắt không thể được đánh giá quá cao.
Ngoài thực tế là nó ảnh hưởng đến sự hình thành máu, ferrum cũng rất quan trọng đối với hoạt động đầy đủ của tuyến giáp (điều này không chỉ cần iốt, như một số người tin tưởng). Sắt cũng tham gia vào quá trình chuyển hóa nội bào, điều hòa khả năng miễn dịch. Ferrum cũng được tìm thấy với số lượng đặc biệt lớn trong tế bào gan, vì nó giúp trung hòa các chất độc hại. Nó cũng là một trong những thành phần chính của nhiều loại enzym trong cơ thể chúng ta. Chế độ ăn uống hàng ngày của một người nên chứa từ 10 đến 20 miligam nguyên tố vi lượng này.
Thực phẩm giàu chất sắt
Có rất nhiều người trong số họ. Chúng có nguồn gốc thực vật và động vật. Đầu tiên là ngũ cốc, các loại đậu, ngũ cốc (đặc biệt là kiều mạch), táo, nấm (porcini), trái cây sấy khô, hoa hồng hông, lê, đào,bơ, bí đỏ, hạnh nhân, chà là, cà chua, bông cải xanh, bắp cải, quả việt quất, dâu đen, cần tây, vv Thứ hai - gan, thịt. Việc sử dụng thực phẩm giàu chất sắt đặc biệt quan trọng trong thời kỳ mang thai, vì cơ thể của thai nhi đang phát triển đòi hỏi một lượng lớn nguyên tố vi lượng này để tăng trưởng và phát triển thích hợp.
Dấu hiệu thiếu sắt
Các triệu chứng của quá ít ferrum xâm nhập vào cơ thể là mệt mỏi, tay chân lạnh liên tục, trầm cảm, tóc và móng tay giòn, giảm hoạt động trí tuệ, rối loạn tiêu hóa, hiệu suất thấp và rối loạn tuyến giáp. Nếu bạn nhận thấy nhiều hơn một trong những triệu chứng này, bạn có thể muốn tăng lượng thực phẩm giàu chất sắt trong chế độ ăn uống của mình hoặc mua vitamin hoặc chất bổ sung có chứa ferrum. Ngoài ra, hãy chắc chắn đi khám bác sĩ nếu bạn gặp bất kỳ triệu chứng nào trong số những triệu chứng này quá nghiêm trọng.
Sử dụng ferrum trong ngành công nghiệp
Công dụng và đặc tính của sắt có quan hệ mật thiết với nhau. Do tính sắt từ của nó, nó được sử dụng để làm nam châm - cả yếu hơn cho mục đích gia dụng (nam châm tủ lạnh lưu niệm, v.v.) và mạnh hơn - cho mục đích công nghiệp. Do kim loại được đề cập có độ bền và độ cứng cao, nó đã được sử dụng từ thời cổ đại để sản xuất vũ khí, áo giáp và các công cụ quân sự và gia dụng khác. Nhân tiện, ngay cả ở Ai Cập cổ đại, sắt thiên thạch đã được biết đến, các tính chấtvượt trội hơn so với kim loại thông thường. Ngoài ra, một loại sắt đặc biệt như vậy đã được sử dụng ở La Mã cổ đại. Họ đã chế tạo ra những vũ khí tinh nhuệ từ nó. Chỉ những người rất giàu có và cao quý mới có thể có khiên hoặc kiếm làm bằng kim loại thiên thạch.
Nói chung, kim loại mà chúng ta đang xem xét trong bài viết này được sử dụng linh hoạt nhất trong số tất cả các chất của nhóm này. Trước hết, thép và gang được làm từ nó, được sử dụng để sản xuất tất cả các loại sản phẩm cần thiết cả trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày.
Gang là hợp kim của sắt và cacbon, trong đó chất thứ hai chiếm từ 1,7 đến 4,5 phần trăm. Nếu phần thứ hai nhỏ hơn 1,7 phần trăm, thì loại hợp kim này được gọi là thép. Nếu có khoảng 0,02% cacbon trong thành phần, thì đây đã là sắt kỹ thuật thông thường. Sự hiện diện của cacbon trong hợp kim là cần thiết để mang lại cho nó sức mạnh, khả năng chịu nhiệt và chống gỉ cao hơn.
Ngoài ra, thép có thể chứa nhiều nguyên tố hóa học khác như tạp chất. Đây là mangan, phốt pho và silic. Ngoài ra, crom, niken, molypden, vonfram và nhiều nguyên tố hóa học khác có thể được thêm vào loại hợp kim này để tạo cho nó những phẩm chất nhất định. Các loại thép có một lượng lớn silic (khoảng 4%) được sử dụng làm thép biến áp. Những loại có chứa nhiều mangan (lên đến mười hai hoặc mười bốn phần trăm) tìm thấy ứng dụng của chúng trong sản xuất các bộ phậnđường sắt, nhà máy, máy nghiền và các công cụ khác làm mòn các bộ phận nhanh chóng.
Molypden được đưa vào thành phần của hợp kim để làm cho nó ổn định hơn về mặt nhiệt - những loại thép như vậy được sử dụng làm thép công cụ. Ngoài ra, để có được thép không gỉ nổi tiếng và được sử dụng phổ biến ở dạng dao và các dụng cụ gia đình khác, cần phải thêm crom, niken và titan vào hợp kim. Và để có được thép dẻo chống va đập, độ bền cao, chỉ cần thêm vanadi vào nó là đủ. Khi được đưa vào thành phần của niobi, nó có thể đạt được khả năng chống ăn mòn cao và ảnh hưởng của các chất có tính xâm thực hóa học.
Mineral magnetite, được đề cập ở đầu bài viết, cần thiết cho việc sản xuất ổ cứng, thẻ nhớ và các thiết bị khác thuộc loại này. Do tính chất từ tính của nó, sắt có thể được tìm thấy trong chế tạo máy biến áp, động cơ, sản phẩm điện tử, v.v. Ngoài ra, ferrum có thể được thêm vào các hợp kim kim loại khác để tạo cho chúng độ bền và độ ổn định cơ học cao hơn. Sulfat của nguyên tố này được sử dụng trong nghề làm vườn để kiểm soát dịch hại (cùng với sulfat đồng).
Clorua sắt không thể thiếu để lọc nước. Ngoài ra, bột magnetite được sử dụng trong máy in đen trắng. Công dụng chính của pyrit là thu được axit sunfuric từ nó. Quá trình này xảy ra trong phòng thí nghiệm theo ba giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, ferrum pyrit được đốt cháy để tạo ra oxit sắt và lưu huỳnh đioxit. Bước thứ hai là chuyển đổi điôxítlưu huỳnh thành trioxit của nó với sự tham gia của oxi. Và ở giai đoạn cuối cùng, chất tạo thành được đi qua hơi nước với sự có mặt của chất xúc tác, do đó thu được axit sunfuric.
Lấy sắt
Kim loại này chủ yếu được khai thác từ hai khoáng chất chính của nó: magnetit và hematit. Điều này được thực hiện bằng cách khử sắt từ các hợp chất của nó với cacbon ở dạng than cốc. Điều này được thực hiện trong lò cao, nhiệt độ trong đó lên đến hai nghìn độ C. Ngoài ra, có một cách để khử ferrum bằng hydro. Điều này không yêu cầu một lò cao. Để thực hiện phương pháp này, người ta lấy đất sét đặc biệt, trộn với quặng nghiền và xử lý bằng hydro trong lò trục.
Kết
Tính chất và công dụng của sắt rất đa dạng. Đây có lẽ là kim loại quan trọng nhất trong cuộc sống của chúng ta. Khi được nhân loại biết đến, ông đã thay thế đồ đồng, vào thời điểm đó là nguyên liệu chính để sản xuất tất cả các công cụ cũng như vũ khí. Về nhiều mặt, thép và gang vượt trội hơn hợp kim đồng-thiếc về các tính chất vật lý, khả năng chống lại ứng suất cơ học.
Ngoài ra, sắt phổ biến trên hành tinh của chúng ta hơn nhiều kim loại khác. Phần khối lượng của nó trong vỏ trái đất là gần năm phần trăm. Nó là nguyên tố hóa học phong phú thứ tư trong tự nhiên. Ngoài ra, nguyên tố hóa học này rất quan trọng đối với hoạt động bình thường của cơ thể động vật và thực vật, chủ yếu là do hemoglobin được xây dựng trên cơ sở của nó. Sắt là một vi chất dinh dưỡng thiết yếuđiều này rất quan trọng để duy trì sức khỏe và hoạt động bình thường của các cơ quan. Ngoài những điều trên, nó là kim loại duy nhất có tính chất từ tính duy nhất. Không thể tưởng tượng được cuộc sống của chúng ta mà không có ferrum.
