IJzer is een bekend chemisch element. Het behoort tot de metalen met een gemiddelde reactiviteit. In dit artikel gaan we in op de eigenschappen en het gebruik van ijzer.
Prevalentie in de natuur
Er zijn een vrij groot aantal mineralen die ferrum bevatten. Allereerst is het magnetiet. Het is tweeënzeventig procent ijzer. De chemische formule is Fe3O4. Dit mineraal wordt ook wel magnetisch ijzererts genoemd. Het heeft een lichtgrijze kleur, soms met donkergrijs, tot zwart, met een metaalachtige glans. De grootste afzetting onder de GOS-landen bevindt zich in de Oeral.
Het volgende mineraal met een hoog ijzergeh alte is hematiet - het bestaat voor zeventig procent uit dit element. De chemische formule is Fe2O3. Het wordt ook wel rood ijzererts genoemd. Het heeft een kleur van roodbruin tot roodgrijs. De grootste afzetting op het grondgebied van de GOS-landen bevindt zich in Krivoy Rog.
Het derde mineraal in termen van ferrumgeh alte is limoniet. Hier is ijzer zestig procent van de totale massa. Het is een kristallijn hydraat, dat wil zeggen, watermoleculen zijn verweven in het kristalrooster,de chemische formule is Fe2O3•H2O. Zoals de naam al aangeeft, heeft dit mineraal een geelbruine kleur, soms bruin. Het is een van de belangrijkste componenten van natuurlijke oker en wordt gebruikt als pigment. Het wordt ook wel bruine ijzersteen genoemd. De grootste gebeurtenissen zijn de Krim, Oeral.
In sideriet, het zogenaamde spar-ijzererts, achtenveertig procent van ferrum. De chemische formule is FeCO3. De structuur is heterogeen en bestaat uit kristallen van verschillende kleuren die met elkaar verbonden zijn: grijs, lichtgroen, grijsgeel, bruingeel, enz.
Het laatste natuurlijk voorkomende mineraal met een hoog ferrumgeh alte is pyriet. Het heeft de volgende chemische formule: FeS2. IJzer erin is zesenveertig procent van de totale massa. Door zwavelatomen heeft dit mineraal een goudgele kleur.
Veel van de beschouwde mineralen worden gebruikt om puur ijzer te verkrijgen. Bovendien wordt hematiet gebruikt bij de vervaardiging van sieraden van natuursteen. Pyriet-insluitsels zijn te vinden in lapis lazuli-sieraden. Bovendien wordt ijzer in de natuur aangetroffen in de samenstelling van levende organismen - het is een van de belangrijkste componenten van de cel. Dit sporenelement moet in voldoende hoeveelheden aan het menselijk lichaam worden geleverd. De helende eigenschappen van ijzer zijn grotendeels te danken aan het feit dat dit chemische element de basis is van hemoglobine. Daarom heeft het gebruik van ferrum een goed effect op de toestand van het bloed, en dus het hele organisme als geheel.
IJzer: fysische en chemische eigenschappen
Laten we deze twee grote secties in volgorde bekijken. De fysieke eigenschappen van ijzer zijn het uiterlijk, de dichtheid, het smeltpunt, enz. Dat wil zeggen, alle onderscheidende kenmerken van een stof die worden geassocieerd met de natuurkunde. De chemische eigenschappen van ijzer zijn het vermogen om te reageren met andere verbindingen. Laten we beginnen met de eerste.
Fysieke eigenschappen van ijzer
In zijn pure vorm is het onder normale omstandigheden een vaste stof. Het heeft een zilvergrijze kleur en een uitgesproken metaalachtige glans. De mechanische eigenschappen van ijzer omvatten het niveau van hardheid op de schaal van Mohs. Het is gelijk aan vier (gemiddeld). IJzer heeft een goede elektrische en thermische geleidbaarheid. Het laatste kenmerk kan worden gevoeld door een ijzeren voorwerp in een koude kamer aan te raken. Omdat dit materiaal warmte snel geleidt, neemt het in korte tijd de meeste warmte van je huid op, waardoor je het koud krijgt.
Bij het aanraken van bijvoorbeeld een boom, kan worden opgemerkt dat de thermische geleidbaarheid veel lager is. De fysische eigenschappen van ijzer zijn het smelt- en kookpunt. De eerste is 1539 graden Celsius, de tweede is 2860 graden Celsius. Geconcludeerd kan worden dat de karakteristieke eigenschappen van ijzer een goede ductiliteit en smeltbaarheid zijn. Maar dat is niet alles.
De fysieke eigenschappen van ijzer omvatten ook het ferromagnetisme. Wat het is? IJzer, waarvan we de magnetische eigenschappen elke dag in praktijkvoorbeelden kunnen waarnemen, is het enige metaal dat zoiets heeftuniek onderscheidend kenmerk. Dit komt doordat dit materiaal onder invloed van een magnetisch veld gemagnetiseerd kan worden. En na het beëindigen van de werking van de laatste, blijft ijzer, waarvan de magnetische eigenschappen zojuist zijn gevormd, nog lange tijd een magneet. Dit fenomeen kan worden verklaard door het feit dat er in de structuur van dit metaal veel vrije elektronen zijn die kunnen bewegen.
Vanuit het oogpunt van chemie
Dit element behoort tot de metalen met een gemiddelde activiteit. Maar de chemische eigenschappen van ijzer zijn typerend voor alle andere metalen (behalve die rechts van waterstof in de elektrochemische reeks). Het kan met vele klassen stoffen reageren.
Begin simpel
Ferrum interageert met zuurstof, stikstof, halogenen (jodium, broom, chloor, fluor), fosfor, koolstof. Het eerste waar u rekening mee moet houden, zijn reacties met zuurstof. Wanneer ferrum wordt verbrand, worden de oxiden ervan gevormd. Afhankelijk van de omstandigheden van de reactie en de verhoudingen tussen de twee deelnemers, kunnen ze worden gevarieerd. Als voorbeeld van dergelijke interacties kunnen de volgende reactievergelijkingen worden gegeven: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. En de eigenschappen van ijzeroxide (zowel fysisch als chemisch) kunnen variëren, afhankelijk van de variëteit. Dit soort reacties vinden plaats bij hoge temperaturen.
Volgende - interactie met stikstof. Het kan ook alleen gebeurenonderhevig aan verwarming. Als we zes mol ijzer en één mol stikstof nemen, krijgen we twee mol ijzernitride. De reactievergelijking ziet er als volgt uit: 6Fe + N2=2Fe3N.
Bij interactie met fosfor wordt een fosfide gevormd. Om de reactie uit te voeren, zijn de volgende componenten nodig: voor drie mol ferrum - één mol fosfor, wordt als resultaat één mol fosfide gevormd. De vergelijking kan als volgt worden geschreven: 3Fe + P=Fe3P.
Bovendien kan men onder de reacties met eenvoudige stoffen ook de interactie met zwavel onderscheiden. In dit geval kan sulfide worden verkregen. Het principe waarmee het proces van vorming van deze stof plaatsvindt, is vergelijkbaar met die hierboven beschreven. Er treedt namelijk een additiereactie op. Alle chemische interacties van deze soort vereisen speciale omstandigheden, voornamelijk hoge temperaturen, minder vaak katalysatoren.
Reacties tussen ijzer en halogenen komen ook veel voor in de chemische industrie. Dit zijn chlorering, bromering, jodering, fluorering. Zoals blijkt uit de namen van de reacties zelf, is dit het proces van het toevoegen van chloor / broom / jodium / fluoratomen aan ferrumatomen om respectievelijk chloride / bromide / jodide / fluoride te vormen. Deze stoffen worden veel gebruikt in verschillende industrieën. Bovendien kan ferrum zich bij hoge temperaturen met silicium combineren. Vanwege de diverse chemische eigenschappen wordt ijzer vaak gebruikt in de chemische industrie.
Ferrum en complexe stoffen
Laten we van eenvoudige stoffen verder gaan met die waarvan de moleculen uit twee of meer bestaanverschillende chemische elementen. Het eerste dat moet worden vermeld, is de reactie van ferrum met water. Dit zijn de belangrijkste eigenschappen van ijzer. Wanneer water samen met ijzer wordt verwarmd, wordt een basisch oxide gevormd (het wordt zo genoemd omdat het bij interactie met hetzelfde water een hydroxide vormt, met andere woorden, een base). Dus als je van beide componenten één mol neemt, worden stoffen als ferrumdioxide en waterstof gevormd in de vorm van een gas met een penetrante geur - ook in molaire verhoudingen van één op één. De vergelijking voor dit soort reactie kan als volgt worden geschreven: Fe + H2O=FeO + H2. Afhankelijk van de verhoudingen waarin deze twee componenten worden gemengd, kan ijzerdi- of trioxide worden verkregen. Beide stoffen komen veel voor in de chemische industrie en worden ook in veel andere industrieën gebruikt.
Met zuren en zouten
Aangezien ferrum zich links van waterstof bevindt in de elektrochemische reeks van activiteit van metalen, kan het dit element uit verbindingen verdringen. Een voorbeeld hiervan is de substitutiereactie die kan worden waargenomen wanneer ijzer aan een zuur wordt toegevoegd. Als u bijvoorbeeld ijzer en sulfaatzuur (ook bekend als zwavelzuur) met een gemiddelde concentratie in dezelfde molaire verhoudingen mengt, zal het resultaat ferrosulfaat (II) en waterstof in dezelfde molaire verhoudingen zijn. De vergelijking voor zo'n reactie ziet er als volgt uit: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Bij interactie met zouten verschijnen de reducerende eigenschappen van ijzer. Dat wil zeggen, met behulp hiervan kan een minder actief metaal worden geïsoleerd uit zout. Bijvoorbeeld, alsneem één mol kopersulfaat en dezelfde hoeveelheid ferrum, dan krijg je ijzersulfaat (II) en puur koper in dezelfde molaire verhoudingen.
Waarde voor het lichaam
Een van de meest voorkomende chemische elementen in de aardkorst is ijzer. We hebben de eigenschappen van materie al overwogen, nu zullen we het vanuit biologisch oogpunt benaderen. Ferrum vervult zeer belangrijke functies, zowel op cellulair niveau als op het niveau van het hele organisme. Allereerst is ijzer de basis van een eiwit als hemoglobine. Het is noodzakelijk voor het transport van zuurstof door het bloed van de longen naar alle weefsels, organen, naar elke cel van het lichaam, voornamelijk naar de neuronen van de hersenen. Daarom kunnen de gunstige eigenschappen van ijzer niet worden overschat.
Naast het feit dat het de bloedvorming beïnvloedt, is ferrum ook belangrijk voor het volledig functioneren van de schildklier (hiervoor is niet alleen jodium nodig, zoals sommigen denken). IJzer neemt ook deel aan het intracellulaire metabolisme, reguleert de immuniteit. Ferrum wordt ook in bijzonder grote hoeveelheden aangetroffen in levercellen, omdat het helpt bij het neutraliseren van schadelijke stoffen. Het is ook een van de belangrijkste componenten van vele soorten enzymen in ons lichaam. De dagelijkse voeding van een persoon zou tien tot twintig milligram van dit sporenelement moeten bevatten.
Voedsel rijk aan ijzer
Er zijn er veel. Ze zijn van zowel plantaardige als dierlijke oorsprong. De eerste zijn granen, peulvruchten, granen (vooral boekweit), appels, paddenstoelen (eekhoorntjesbrood), gedroogd fruit, rozenbottels, peren, perziken,avocado, pompoen, amandelen, dadels, tomaten, broccoli, kool, bosbessen, bramen, selderij, enz. De tweede - lever, vlees. Het gebruik van voedingsmiddelen met een hoog ijzergeh alte is vooral belangrijk tijdens de zwangerschap, omdat het lichaam van de zich ontwikkelende foetus een grote hoeveelheid van dit sporenelement nodig heeft voor een goede groei en ontwikkeling.
Tekenen van ijzertekort
Symptomen van te weinig ijzer dat het lichaam binnenkomt zijn vermoeidheid, constant bevriezen van handen en voeten, depressie, broos haar en nagels, verminderde intellectuele activiteit, spijsverteringsstoornissen, lage prestaties en schildklieraandoeningen. Als u meer dan één van deze symptomen opmerkt, wilt u misschien de hoeveelheid ijzerrijk voedsel in uw dieet verhogen of vitamines of supplementen kopen die ferrum bevatten. Zorg er ook voor dat u een arts raadpleegt als u een van deze symptomen te sterk ervaart.
Gebruik van ferrum in de industrie
Het gebruik en de eigenschappen van ijzer zijn nauw verwant. Vanwege zijn ferromagnetisme wordt het gebruikt om magneten te maken - zowel zwakker voor huishoudelijke doeleinden (souvenirmagneten, enz.) als sterker - voor industriële doeleinden. Vanwege het feit dat het betreffende metaal een hoge sterkte en hardheid heeft, wordt het al sinds de oudheid gebruikt voor de vervaardiging van wapens, bepantsering en ander militair en huishoudelijk gereedschap. Trouwens, zelfs in het oude Egypte was meteorietijzer bekend, de eigenschappendie superieur zijn aan die van gewoon metaal. Ook werd in het oude Rome zo'n speciaal strijkijzer gebruikt. Ze maakten er elitewapens van. Alleen een zeer rijk en nobel persoon kan een schild of zwaard van meteorietmetaal hebben.
Over het algemeen is het metaal dat we in dit artikel beschouwen het meest veelzijdig dat wordt gebruikt van alle stoffen van deze groep. Allereerst worden er staal en gietijzer van gemaakt, die worden gebruikt om allerlei producten te produceren die zowel in de industrie als in het dagelijks leven nodig zijn.
Gietijzer is een legering van ijzer en koolstof, waarin de tweede aanwezig is van 1,7 tot 4,5 procent. Als de tweede minder dan 1,7 procent is, wordt dit soort legering staal genoemd. Als er ongeveer 0,02 procent koolstof in de samenstelling zit, dan is dit al gewoon technisch ijzer. De aanwezigheid van koolstof in de legering is nodig om het een grotere sterkte, hittebestendigheid en roestbestendigheid te geven.
Bovendien kan staal vele andere chemische elementen als onzuiverheden bevatten. Dit is mangaan, en fosfor, en silicium. Ook kunnen chroom, nikkel, molybdeen, wolfraam en vele andere chemische elementen aan dit soort legering worden toegevoegd om het bepaalde eigenschappen te geven. Als transformatorstaal worden staalsoorten gebruikt waarin een grote hoeveelheid silicium aanwezig is (ongeveer vier procent). Die met veel mangaan (tot twaalf of veertien procent) vinden hun toepassing bij de fabricage van onderdelenspoorwegen, molens, brekers en ander gereedschap dat onderdelen snel verslijt.
Molybdeen wordt in de samenstelling van de legering geïntroduceerd om deze thermisch stabieler te maken - dergelijke staalsoorten worden gebruikt als gereedschapsstaal. Om bekende en veelgebruikte roestvaste staalsoorten in de vorm van messen en ander huishoudelijk gereedschap te verkrijgen, is het bovendien noodzakelijk om chroom, nikkel en titanium aan de legering toe te voegen. En om schokbestendig, zeer sterk, kneedbaar staal te krijgen, volstaat het om er vanadium aan toe te voegen. Wanneer geïntroduceerd in de samenstelling van niobium, is het mogelijk om een hoge weerstand tegen corrosie en de effecten van chemisch agressieve stoffen te bereiken.
Het mineraal magnetiet, dat aan het begin van het artikel werd genoemd, is nodig voor de productie van harde schijven, geheugenkaarten en andere apparaten van dit type. Vanwege zijn magnetische eigenschappen kan ijzer worden gevonden in de constructie van transformatoren, motoren, elektronische producten, enz. Daarnaast kan ferrum worden toegevoegd aan andere metaallegeringen om ze meer sterkte en mechanische stabiliteit te geven. Het sulfaat van dit element wordt in de tuinbouw gebruikt voor ongediertebestrijding (samen met kopersulfaat).
IJzerchloriden zijn onmisbaar voor waterzuivering. Daarnaast wordt magnetietpoeder gebruikt in zwart-witprinters. Het belangrijkste gebruik van pyriet is om er zwavelzuur uit te halen. Dit proces verloopt in het laboratorium in drie fasen. In de eerste fase wordt ferrumpyriet verbrand om ijzeroxide en zwaveldioxide te produceren. De tweede stap is de omzetting van het dioxidezwavel tot zijn trioxide met de deelname van zuurstof. En in de laatste fase wordt de resulterende stof door waterdamp geleid in aanwezigheid van katalysatoren, waardoor zwavelzuur wordt verkregen.
Ijzer halen
Dit metaal wordt voornamelijk gewonnen uit de twee belangrijkste mineralen: magnetiet en hematiet. Dit wordt gedaan door ijzer uit zijn verbindingen te reduceren met koolstof in de vorm van cokes. Dit gebeurt in hoogovens, waarbij de temperatuur tweeduizend graden Celsius bereikt. Daarnaast is er een manier om het ferrum te verkleinen met waterstof. Hiervoor is geen hoogoven nodig. Om deze methode te implementeren, wordt speciale klei genomen, gemengd met gebroken erts en behandeld met waterstof in een schachtoven.
Conclusie
De eigenschappen en toepassingen van ijzer zijn gevarieerd. Dit is misschien wel het belangrijkste metaal in ons leven. Nadat hij bekend was geworden bij de mensheid, nam hij de plaats in van brons, dat in die tijd het belangrijkste materiaal was voor de vervaardiging van alle gereedschappen, evenals wapens. Staal en gietijzer zijn in veel opzichten superieur aan de koper-tinlegering wat betreft hun fysieke eigenschappen en weerstand tegen mechanische belasting.
Bovendien komt ijzer vaker voor op onze planeet dan veel andere metalen. Zijn massafractie in de aardkorst is bijna vijf procent. Het is het vierde meest voorkomende chemische element in de natuur. Ook is dit chemische element erg belangrijk voor de normale werking van het organisme van dieren en planten, voornamelijk omdat hemoglobine op basis daarvan is opgebouwd. IJzer is een essentiële micronutriëntwat belangrijk is voor het behoud van de gezondheid en het normaal functioneren van organen. Naast het bovenstaande is het het enige metaal met unieke magnetische eigenschappen. Het is onmogelijk om ons leven voor te stellen zonder ferrum.
