Demir iyi bilinen bir kimyasal elementtir. Ortalama reaktiviteye sahip metallere aittir. Bu yazımızda demirin özelliklerini ve kullanımını ele alacağız.
Doğadaki yaygınlık
Ferrum içeren oldukça fazla sayıda mineral vardır. Her şeyden önce, bu manyetittir. Yüzde yetmiş iki demirdir. Kimyasal formülü Fe3O4 şeklindedir. Bu mineral aynı zamanda manyetik demir cevheri olarak da adlandırılır. Metalik bir parlaklığa sahip, bazen koyu gri, siyaha kadar açık gri bir renge sahiptir. BDT ülkeleri arasındaki en büyük mevduatı Urallarda bulunmaktadır.
Bir sonraki yüksek demir içeriğine sahip mineral hematittir - yüzde yetmişi bu elementten oluşur. Kimyasal formülü Fe2O3 şeklindedir. Kırmızı demir cevheri olarak da adlandırılır. Kırmızı-kahverengiden kırmızı-griye kadar bir renge sahiptir. BDT ülkelerinin topraklarındaki en büyük mevduat Krivoy Rog'da bulunuyor.
Ferrum içeriği açısından üçüncü mineral limonittir. Burada demir toplam kütlenin yüzde altmışıdır. Bu kristalli bir hidrattır, yani su molekülleri kristal kafesine dokunmuştur,kimyasal formülü Fe2O3•H2O'dur. Adından da anlaşılacağı gibi, bu mineral sarı-kahverengi bir renge sahiptir, bazen kahverengidir. Doğal hardalın ana bileşenlerinden biridir ve pigment olarak kullanılır. Kahverengi demirtaşı olarak da adlandırılır. En büyük olaylar Kırım, Ural'dır.
Sideritte, sözde spar demir cevheri, ferrumun yüzde kırk sekizi. Kimyasal formülü FeCO3 şeklindedir. Yapısı heterojendir ve birbirine bağlı farklı renklerde kristallerden oluşur: gri, soluk yeşil, gri-sarı, kahverengi-sarı, vb.
Yüksek ferrum içeriğine sahip doğal olarak oluşan son mineral pirittir. Aşağıdaki kimyasal formüle sahiptir: FeS2. İçindeki demir, toplam kütlenin yüzde kırk altısıdır. Kükürt atomları nedeniyle bu mineral altın sarısı bir renge sahiptir.
Değerlendirilen minerallerin çoğu saf demir elde etmek için kullanılır. Ayrıca doğal taşlardan mücevher yapımında hematit kullanılmaktadır. Pirit kapanımları lapis lazuli mücevherlerinde bulunabilir. Ek olarak, demir doğada canlı organizmaların bileşiminde bulunur - hücrenin en önemli bileşenlerinden biridir. Bu eser element, insan vücuduna yeterli miktarlarda sağlanmalıdır. Demirin iyileştirici özellikleri büyük ölçüde bu kimyasal elementin hemoglobinin temeli olmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, ferrum kullanımı kanın durumu ve dolayısıyla bir bütün olarak tüm organizma üzerinde iyi bir etkiye sahiptir.
Demir: fiziksel ve kimyasal özellikler
Bu iki büyük bölümü sırayla ele alalım. Demirin fiziksel özellikleri, görünümü, yoğunluğu, erime noktası vb. Gibidir. Yani, bir maddenin fizikle ilişkili tüm ayırt edici özellikleri. Demirin kimyasal özellikleri, diğer bileşiklerle reaksiyona girme yeteneğidir. İlkiyle başlayalım.
Demirin fiziksel özellikleri
Normal şartlar altında saf haliyle katıdır. Gümüşi gri bir renge ve belirgin bir metalik parlaklığa sahiptir. Demirin mekanik özellikleri, Mohs ölçeğindeki sertlik seviyesini içerir. Dörde (orta) eşittir. Demir iyi elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir. Son özellik, soğuk bir odada demir bir nesneye dokunarak hissedilebilir. Bu malzeme ısıyı hızlı ilettiği için cildinizdeki ısının çoğunu kısa sürede emer ve üşümenize neden olur.
Örneğin bir ağaca dokunulduğunda, termal iletkenliğinin çok daha düşük olduğu not edilebilir. Demirin fiziksel özellikleri erime ve kaynama noktalarıdır. Birincisi 1539 santigrat derece, ikincisi 2860 santigrat derece. Demirin karakteristik özelliklerinin iyi süneklik ve eriyebilirlik olduğu sonucuna varılabilir. Ama hepsi bu değil.
Ayrıca, demirin fiziksel özellikleri onun ferromanyetizmasını içerir. Ne olduğunu? Manyetik özelliklerini her gün pratik örneklerle gözlemleyebildiğimiz demir, bu özelliğe sahip tek metaldir.benzersiz ayırt edici özellik. Bunun nedeni, bu malzemenin bir manyetik alanın etkisi altında manyetize edilebilmesidir. Ve ikincisinin etkisinin sona ermesinden sonra, manyetik özellikleri henüz oluşmuş olan demir, uzun süre bir mıknatıs olarak kalır. Bu fenomen, bu metalin yapısında hareket edebilen birçok serbest elektron olduğu gerçeğiyle açıklanabilir.
Kimya açısından
Bu element orta aktiviteli metallere aittir. Ancak demirin kimyasal özellikleri diğer tüm metaller için tipiktir (elektrokimyasal seride hidrojenin sağındakiler hariç). Birçok madde sınıfıyla reaksiyona girebilir.
Basit başlayın
Ferrum oksijen, nitrojen, halojenler (iyot, brom, klor, flor), fosfor, karbon ile etkileşime girer. Dikkate alınması gereken ilk şey oksijenle reaksiyonlardır. Ferrum yandığında oksitleri oluşur. Reaksiyonun koşullarına ve iki katılımcı arasındaki oranlara bağlı olarak bunlar değişebilir. Bu tür etkileşimlere örnek olarak aşağıdaki reaksiyon denklemleri verilebilir: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Ve demir oksidin özellikleri (hem fiziksel hem de kimyasal), çeşidine bağlı olarak değişebilir. Bu tür reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda meydana gelir.
Sonraki - nitrojen ile etkileşim. Ayrıca sadece olabilirısıtmaya tabidir. Altı mol demir ve bir mol nitrojen alırsak, iki mol demir nitrür elde ederiz. Reaksiyon denklemi şöyle görünecektir: 6Fe + N2=2Fe3N.
Fosforla etkileşime girdiğinde bir fosfit oluşur. Reaksiyonu gerçekleştirmek için aşağıdaki bileşenler gereklidir: üç mol ferrum için - bir mol fosfor, sonuç olarak bir mol fosfit oluşur. Denklem şu şekilde yazılabilir: 3Fe + P=Fe3P.
Ayrıca basit maddelerle reaksiyonlar arasında kükürt ile etkileşim de ayırt edilebilir. Bu durumda, sülfür elde edilebilir. Bu maddenin oluşum sürecinin gerçekleştiği ilke, yukarıda açıklananlara benzer. Yani, bir ekleme reaksiyonu meydana gelir. Bu tür tüm kimyasal etkileşimler, özellikle yüksek sıcaklıklar, daha az sıklıkla katalizörler olmak üzere özel koşullar gerektirir.
Demir ve halojenler arasındaki reaksiyonlar kimya endüstrisinde de yaygındır. Bunlar klorlama, brominasyon, iyodinasyon, florlamadır. Reaksiyonların isimlerinden de anlaşılacağı gibi, klor / brom / iyot / flor atomlarının sırasıyla klor / brom / iyodür / florür oluşturmak için ferrum atomlarına eklenmesi işlemidir. Bu maddeler çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca ferrum, yüksek sıcaklıklarda silikon ile birleşebilir. Demir, çeşitli kimyasal özelliklerinden dolayı kimya endüstrisinde sıklıkla kullanılır.
Ferrum ve karmaşık maddeler
Basit maddelerden, molekülleri iki veya daha fazla olan maddelere geçelim.çeşitli kimyasal elementler. Bahsedilecek ilk şey, ferrumun su ile reaksiyonudur. İşte demirin ana özellikleri. Su, demir ile birlikte ısıtıldığında, bir bazik oksit oluşur (aynı su ile etkileşime girdiğinde bir hidroksit, başka bir deyişle bir baz oluşturduğu için buna böyle denir). Bu nedenle, her iki bileşenden bir mol alırsanız, ferrum dioksit ve hidrojen gibi maddeler, keskin kokulu bir gaz şeklinde - ayrıca bire bir molar oranlarda - oluşur. Bu tür bir reaksiyon için denklem şu şekilde yazılabilir: Fe + H2O=FeO + H2. Bu iki bileşenin karıştırıldığı oranlara bağlı olarak demir di- veya trioksit elde edilebilir. Bu maddelerin her ikisi de kimya endüstrisinde çok yaygındır ve diğer birçok endüstride de kullanılmaktadır.
Asit ve tuzlarla
Ferrum, metallerin elektrokimyasal aktivite serilerinde hidrojenin solunda yer aldığından, bu elementi bileşiklerden uzaklaştırabilir. Buna bir örnek, bir aside demir eklendiğinde gözlemlenebilen ikame reaksiyonudur. Örneğin, aynı molar oranlarda orta konsantrasyondaki demir ve sülfat asidini (aka sülfürik asit) karıştırırsanız, sonuç aynı molar oranlarda demir sülfat (II) ve hidrojen olacaktır. Böyle bir reaksiyonun denklemi şöyle görünür: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Tuzlarla etkileşime girdiğinde, demirin indirgeyici özellikleri ortaya çıkar. Yani, onun yardımıyla tuzdan daha az aktif bir metal izole edilebilir. örneğin, eğerbir mol bakır sülfat ve aynı miktarda demir alın, o zaman aynı molar oranlarda demir sülfat (II) ve saf bakır elde edebilirsiniz.
Vücut için değer
Yer kabuğundaki en yaygın kimyasal elementlerden biri demirdir. Maddenin özelliklerini zaten düşündük, şimdi ona biyolojik bir bakış açısıyla yaklaşacağız. Ferrum, hem hücresel düzeyde hem de tüm organizma düzeyinde çok önemli işlevleri yerine getirir. Her şeyden önce demir, hemoglobin gibi bir proteinin temelidir. Oksijenin kan yoluyla akciğerlerden tüm dokulara, organlara, başta beyin nöronları olmak üzere vücudun her hücresine taşınması için gereklidir. Bu nedenle, demirin faydalı özellikleri fazla tahmin edilemez.
Kan oluşumunu etkilediği gerçeğine ek olarak, ferrum tiroid bezinin tam çalışması için de önemlidir (bazılarının inandığı gibi bu sadece iyot gerektirmez). Demir ayrıca hücre içi metabolizmada yer alır, bağışıklığı düzenler. Ferrum, zararlı maddeleri nötralize etmeye yardımcı olduğu için özellikle karaciğer hücrelerinde büyük miktarlarda bulunur. Aynı zamanda vücudumuzdaki birçok enzim türünün ana bileşenlerinden biridir. Bir kişinin günlük diyeti, bu eser elementin on ila yirmi miligramını içermelidir.
Demir açısından zengin besinler
Birçoğu var. Hem bitki hem de hayvan kökenlidirler. İlki tahıllar, baklagiller, tahıllar (özellikle karabuğday), elma, mantar (porcini), kuru meyveler, kuşburnu, armut, şeftali,avokado, balkabağı, badem, hurma, domates, brokoli, lahana, yaban mersini, böğürtlen, kereviz vb. İkinci - karaciğer, et. Gelişmekte olan fetüsün vücudu, uygun büyüme ve gelişme için bu eser elementin büyük bir miktarını gerektirdiğinden, hamilelik sırasında demir içeriği yüksek gıdaların kullanımı özellikle önemlidir.
Demir eksikliği belirtileri
Vücuda çok az demir girmesinin belirtileri yorgunluk, ellerin ve ayakların sürekli donması, depresyon, kırılgan saç ve tırnaklar, zihinsel aktivitede azalma, sindirim bozuklukları, düşük performans ve tiroid bozukluklarıdır. Bu belirtilerden birden fazlasını fark ederseniz, diyetinizdeki demir açısından zengin gıdaların miktarını artırmak veya demir içeren vitaminler veya takviyeler satın almak isteyebilirsiniz. Ayrıca, bu belirtilerden herhangi birini çok şiddetli yaşıyorsanız mutlaka bir doktora görünün.
Sektörde ferrum kullanımı
Demirin kullanımları ve özellikleri yakından ilişkilidir. Ferromanyetizma özelliğinden dolayı, hem evsel amaçlar için daha zayıf (hediyelik eşya buzdolabı mıknatısları vb.) hem de endüstriyel amaçlar için daha güçlü mıknatıslar yapmak için kullanılır. Söz konusu metalin yüksek mukavemet ve sertliğe sahip olması nedeniyle eski çağlardan beri silah, zırh ve diğer askeri ve ev aletlerinin imalatında kullanılmaktadır. Bu arada, eski Mısır'da bile göktaşı demiri biliniyordu, özelliklerisıradan metalden daha üstün olan. Ayrıca, antik Roma'da böyle özel bir demir kullanıldı. Ondan elit silahlar yaptılar. Yalnızca çok zengin ve asil bir kişinin göktaşı metalinden yapılmış bir kalkanı veya kılıcı olabilir.
Genel olarak, bu makalede ele aldığımız metal, bu grubun tüm maddeleri arasında en çok yönlü kullanılandır. Öncelikle ondan hem sanayide hem de günlük hayatta gerekli olan her türlü ürünü üretmek için kullanılan çelik ve dökme demir yapılır.
Dökme demir, ikincisinin yüzde 1,7 ila 4,5 arasında bulunduğu bir demir ve karbon alaşımıdır. İkincisi yüzde 1,7'den azsa, bu tür alaşıma çelik denir. Bileşimde yaklaşık yüzde 0.02 karbon varsa, bu zaten sıradan teknik demirdir. Alaşımda karbon bulunması, alaşıma daha fazla güç, ısı direnci ve pas direnci kazandırmak için gereklidir.
Ayrıca çelik, kirlilik olarak birçok başka kimyasal element içerebilir. Bu manganez, fosfor ve silikondur. Ayrıca, bu tür alaşımlara belirli nitelikler kazandırmak için krom, nikel, molibden, tungsten ve diğer birçok kimyasal element eklenebilir. İçinde büyük miktarda silisyum bulunan (yaklaşık yüzde dört) çelik türleri, transformatör çelikleri olarak kullanılır. Çok fazla manganez içerenler (yüzde on iki veya on dörde kadar) uygulamalarını parça imalatında bulurlar.parçaları hızla aşındıran demiryolları, değirmenler, kırıcılar ve diğer aletler.
Molibden, alaşımı termal olarak daha kararlı hale getirmek için alaşımın bileşimine dahil edilir - bu tür çelikler takım çelikleri olarak kullanılır. Ayrıca, bıçak ve diğer ev aletleri şeklinde iyi bilinen ve yaygın olarak kullanılan paslanmaz çelikleri elde etmek için alaşıma krom, nikel ve titanyum eklemek gerekir. Darbeye dayanıklı, yüksek mukavemetli, sünek çelik elde etmek için ona vanadyum eklemek yeterlidir. Niyobyum bileşimine dahil edildiğinde, korozyona ve kimyasal olarak agresif maddelerin etkilerine karşı yüksek direnç elde etmek mümkündür.
Makalenin başında bahsedilen mineral manyetit, sabit disklerin, hafıza kartlarının ve bu tip diğer cihazların üretimi için gereklidir. Manyetik özelliklerinden dolayı demir, transformatörlerin, motorların, elektronik ürünlerin vb. yapımında bulunabilir. Ek olarak, onlara daha fazla güç ve mekanik stabilite kazandırmak için diğer metal alaşımlarına ferrum eklenebilir. Bu elementin sülfatı bahçecilikte haşere kontrolü için kullanılır (bakır sülfat ile birlikte).
Demir klorürler su arıtma için vazgeçilmezdir. Ayrıca siyah beyaz yazıcılarda manyetit tozu kullanılmaktadır. Piritin ana kullanımı, ondan sülfürik asit elde etmektir. Bu süreç laboratuvarda üç aşamada gerçekleşir. İlk aşamada, demir oksit ve kükürt dioksit üretmek için ferrum piriti yakılır. İkinci adım, dioksitin dönüştürülmesidir.oksijenin katılımıyla kükürt trioksitine dönüştürülür. Ve son aşamada, ortaya çıkan madde katalizörler eşliğinde su buharından geçirilerek sülfürik asit elde edilir.
Ütü almak
Bu metal esas olarak iki ana mineralinden çıkarılır: manyetit ve hematit. Bu, demirin karbonlu bileşiklerinden kok formunda indirgenmesiyle yapılır. Bu, sıcaklığı iki bin santigrat dereceye ulaşan yüksek fırınlarda yapılır. Ek olarak, ferrumu hidrojenle az altmanın bir yolu var. Bu, yüksek fırın gerektirmez. Bu yöntemi uygulamak için özel kil alınır, ezilmiş cevher ile karıştırılır ve bir şaft fırınında hidrojen ile işlenir.
Sonuç
Demirin özellikleri ve kullanımları çeşitlidir. Bu belki de hayatımızdaki en önemli metaldir. İnsanlık tarafından tanınan, o zamanlar tüm aletlerin yanı sıra silahların üretimi için ana malzeme olan bronzun yerini aldı. Çelik ve dökme demir, fiziksel özellikleri, mekanik strese karşı dirençleri açısından bakır-kalay alaşımından birçok yönden üstündür.
Ayrıca, demir gezegenimizde diğer birçok metalden daha yaygındır. Yerkabuğundaki kütle oranı neredeyse yüzde beştir. Doğada en çok bulunan dördüncü kimyasal elementtir. Ayrıca, bu kimyasal element, öncelikle hemoglobin temelinde inşa edildiğinden, hayvan ve bitki organizmasının normal işleyişi için çok önemlidir. Demir temel bir mikro besindirBu, organların sağlığını ve normal işleyişini korumak için önemlidir. Yukarıdakilere ek olarak, benzersiz manyetik özelliklere sahip tek metaldir. Ferrum olmadan hayatımızı hayal etmek imkansız.
