Geležies (cheminių elementų) savybės, cheminė struktūra, panaudojimas



The geležies yra pereinamasis metalas, esantis periodinės lentelės VIIIB arba 8 grupėje. Tai vienas iš metalų, kurie žinojo nuo pat ankstyviausių laikų. Kinijos, egiptiečiai ir romėnai dirbo su šiuo metalu. Jo lengvas ištraukimas pažymėjo istoriją, vadinamą geležies amžiumi.

Jo pavadinimas kilęs iš žodžio „ferrum“ lotyniškai, taigi ir cheminio simbolio „Faith“, kuris yra labai reaktyvus elementas, todėl jo sidabro blizgesys paprastai nėra gamtoje. Senovėje šis metalas iš tikrųjų buvo kataloguojamas, kurio vertė buvo didesnė nei aukso dėl jo tariamo trūkumo.

Jo gryna forma buvo nustatyta Grenlandijos regionuose ir Rusijos dirvožemio uolienos akmenyse. Siderealinėje erdvėje manoma, kad tai yra gausus meteoritų komponentas, kuris, paveikęs Žemę, išsaugojo kristalizuotą geležį savo uolose..

Bet, svarbiau nei grynas geležis, yra jo junginiai; ypač jos oksidai. Šie oksidai padengia žemės paviršių dideliu mineralų, tokių kaip magnetitas, piritas, hematitas, goetitas ir daug daugiau. Tiesą sakant, Marso kalnuose ir dykumose pastebėtos spalvos didele dalimi priklauso nuo hematito.

Geležies objektus galima rasti miestuose ar laukuose. Tie, kurie neturi apsauginės plėvelės, tampa raudonos spalvos, nes jie korozuoja drėgme ir deguonimi. Kiti, kaip ir pagrindinio vaizdo žibintas, lieka pilki arba juodi.

Apskaičiuota, kad šis metalas koncentruojasi į Žemės branduolį. Taigi, kad skystoje būsenoje, aukštoje temperatūroje, jis gali būti atsakingas už Žemės magnetinį lauką.

Kita vertus, geležis ne tik papildo mūsų planetos apvalkalą, bet ir yra gyvų būtybių reikalingų maistinių medžiagų dalis. Pavyzdžiui, būtina pernešti deguonį į audinius.

Indeksas

  • 1 Geležies charakteristikos
    • 1.1 Lydymosi ir virimo taškai
    • 1.2 Tankis
    • 1.3 Izotopai
    • 1.4 Toksiškumas
  • 2 Cheminės savybės
    • 2.1 Jo junginių spalvos
    • 2.2 Oksidacijos būsenos
    • 2.3 Oksiduojančios ir redukuojančios medžiagos
  • 3 Cheminė struktūra
  • 4 Naudojimas / taikymas
    • 4.1 Struktūriniai
    • 4.2 Biologiniai
  • 5 Kaip jūs gaunate?
    • 5.1 Reakcijos krosnių viduje
  • 6 Nuorodos

Geležies charakteristikos

Grynas geležis turi savo savybes, kurios ją skiria nuo mineralų. Tai blizgus, pilkas metalas, kuris reaguoja su oru esančiu deguonimi ir drėgme, kad paverstų jį atitinkamu oksidu. Jei atmosferoje nebūtų deguonies, visi papuošalai ir geležies konstrukcijos liktų nepažeistos ir be raudonojo rūdžio..

Jis turi didelį mechaninį stiprumą ir kietumą, tačiau tuo pačiu metu jis yra kaliojo ir kaliojo. Tai leidžia kalviams sukurti daugybę figūrų ir dizaino gabalėlių, dėl kurių geležies masė yra intensyvi. Jis taip pat yra geras šilumos ir elektros laidininkas.

Be to, viena iš svarbiausių jos savybių yra jos sąveika su magnetais ir jo gebėjimas magnetuoti. Plačiajai visuomenei buvo suteikta nemažai parodymų, kaip magnetai daro poveikį geležies drožlių judėjimui, taip pat demonstruoja magneto lauką ir magnetus..

Lydymosi ir virimo taškai

Geležis tirpsta 1535 ° C temperatūroje ir virinama 2750 ° C temperatūroje. Savo skystyje ir kaitinamojoje formoje gaunamas šis metalas. Be to, jo susiliejimo ir garavimo temperatūra yra 13,8 ir 349,6 kJ / mol.

Tankis

Jo tankis yra 7,86 g / cm3. Tai reiškia, kad 1 ml šio metalo sveria 7,86 gramus.

Izotopai

Periodinėje lentelėje, ypač 4 periodo 8 grupėje, randamas geležis, kurios atominė masė yra maždaug 56u (26 protonai, 26 elektronai ir 30 neutronų). Tačiau gamtoje yra trys kiti stabilūs geležies izotopai, ty jie turi tokį patį protonų skaičių, tačiau skirtingų atominių masių.

The 56Tikėjimas yra didžiausias iš visų (91,6%), po to - 54Tikėjimas (5,9%), 57Fe (2,2%) ir galiausiai 58Tikėjimas (0,33%). Šiuos keturis izotopus sudaro visas planetoje esantis geležis. Kitomis sąlygomis (nežemiškomis) šie procentai gali skirtis, bet galbūt 56Tikėjimas tebėra gausiausias.

Kiti izotopai, kurių atominės masės svyruoja nuo 46 iki 69u, yra labai nestabilūs ir turi trumpesnį pusinės eliminacijos laiką nei keturi tik paminėti.

Toksiškumas

Visų pirma tai yra netoksiškas metalas. Priešingu atveju reikės specialaus gydymo (cheminio ir fizinio), o neišmatuojami objektai ir pastatai būtų latentinė rizika aplinkai ir gyvybei.

Cheminės savybės

Elektroninė geležies konfigūracija yra [Ar] 3d64s2, tai reiškia, kad jis du elektronus prisideda prie savo 4s orbitos, o šešis - iš 3d orbitų, kad susidarytų jo metalinės jungtys kristale. Būtent ši kristalinė struktūra paaiškina kai kurias savybes, pvz., Ferromagnetizmą.

Be to, elektroninė konfigūracija paviršutiniškai prognozuoja jo katijonų stabilumą. Kai geležis praranda du savo elektronus, Fe2+, lieka su konfigūracija [Ar] 3d6 (darant prielaidą, kad 4s orbitoje yra šie elektronai). Jei prarandate tris elektronus, tikėjimas3+, jos konfigūracija yra [Ar] 3d5.

Eksperimentiškai buvo įrodyta, kad daug jonų su nd valentine konfigūracija5 Jie yra labai stabilūs. Todėl geležis linksta oksiduotis prieš elektroną priimančias rūšis, kad taptų Fe feriniu katijonu3+; ir mažiau oksidacinėje aplinkoje, geležies katijone Fe2+.

Tuomet terpėje, kurioje yra mažai deguonies, tikimasi, kad vyrauja geležies junginiai. PH taip pat turi įtakos geležies oksidacijos būsenai, nes labai rūgštioje terpėje yra palankesnė jo transformacija į Fe3+.

Jo junginių spalvos

Tikėjimas2+ tirpale yra žalsvas ir tikėjimas3+, minkštos violetinės spalvos. Lygiai taip pat geležies junginiai gali turėti žalias arba raudonas spalvas, priklausomai nuo to, koks yra katijonas ir kokie jonai ar molekulės juos supa.

Žaliųjų pokyčių niuansai pagal Tikėjimo elektroninę aplinką2+. Taigi, FeO, geležies oksidas, yra labai tamsiai žalias kietas; o FeSO4, geležies sulfatas, turi šviesiai žalius kristalus. Kiti Fe junginiai2+ jie gali turėti net melsvų atspalvių, kaip ir prūsų mėlynos spalvos.

Taip pat atsitinka su violetiniais tikėjimo atspalviais3+ jo junginiuose, kurie gali tapti rausvai. Pavyzdžiui, hematitas, tikėjimas2O3, oksidas, atsakingas už daugelį geležies dalių, atrodo rausvai.

Tačiau nemažai geležies junginių yra bespalviai. Geležies chloridas, FeCl3, Jis yra bespalvis, nes tikėjimas3+ Jis iš tikrųjų nerastas jonų pavidalu, bet sudaro kovalentinius ryšius (Fe-Cl).

Kiti junginiai iš tiesų yra kompleksiniai Fe katijonų mišiniai2+ ir tikėjimas3+. Jų spalva visada bus priklausoma nuo to, kokie jonai ar molekulės sąveikauja su geležimi, nors, kaip minėta, didžioji dauguma yra mėlynos, violetinės, rausvos (net geltonos) arba tamsiai žalios.

Oksidacijos būsenos

Kaip paaiškinta, geležies oksidacijos būsena arba valencija gali būti +2 arba +3. Tačiau taip pat įmanoma, kad jis dalyvauja kai kuriuose junginiuose, kurių valentė yra 0; tai yra, kad tai nepatenka į elektronų praradimą.

Šio tipo junginiuose geležis dalyvauja neapdorotos formos. Pavyzdžiui, Fe (CO)5, Geležies pentakarbonilą sudaro aliejus, gaunamas kaitinant porėtą geležį su anglies monoksidu. CO molekulės yra dedamos į skysčio skyles, o Fe yra suderinta su penkiais iš jų (Fe-C≡O)..

Oksiduojančios ir redukuojančios medžiagos

Kuris iš katijonų, tikėjimas2+ o Tikėjimas3+, Ar jie veikia kaip oksiduojantis ar redukuojantis agentas? Tikėjimas2+ rūgšties terpėje arba deguonies pavidalu praranda elektroną, kad taptų Fe3+; todėl jis yra reduktorius:

Tikėjimas2+ => Tikėjimas3+ + e-

Ir tikėjimas3+ jis veikia kaip oksidatorius pagrindinėje terpėje:

Tikėjimas3+ + e- => Tikėjimas2+

Arba net:

Tikėjimas3+ + 3e- => Tikėjimas

Cheminė struktūra

Geležis sudaro polimorfines kietąsias medžiagas, ty jos metalo atomai gali priimti skirtingas kristalines struktūras. Kambario temperatūroje jo atomai kristalizuojasi viename bcc: kubiniame centre (Kūno kubinis centras). Ši kieta fazė yra žinoma kaip feritas, Fe α.

Ši bcc struktūra gali būti dėl to, kad geležis yra metalo konfigūracija6, su elektronine keturių elektronų laisva vieta.

Kai temperatūra pakyla, Fe atomai vibruoja dėl terminio poveikio ir po 906 ° C priima kompaktišką kubinių ccp struktūrą:Cubic Closest Packed). Tai Fe γ, kuris grįžta į Fe α fazę 1401 ° C temperatūroje. Po šios temperatūros geležis lydosi 1535 ° C temperatūroje.

O kaip apie spaudimo padidėjimą? Kai jis padidėja, kristalų atomai priverčia „išspausti“ į tankesnę struktūrą: Fe β. Šis polimorfas turi kompaktišką hcp: šešiakampę struktūrą (Šešiakampė uždara pakuotė).

Naudojimas / taikymas

Struktūriniai

Vien tik geležis turi nedaug programų. Tačiau, kai jis yra padengtas kitu metalu (arba lydiniu, pavyzdžiui, alavu), jis yra apsaugotas nuo korozijos. Taigi geležis yra statybinė medžiaga, esanti pastatuose, tiltuose, vartuose, statulose, automobiliuose, mašinose, transformatoriuose ir kt..

Pridedant nedidelį kiekį anglies ir kitų metalų, jų mechaninės savybės sustiprinamos. Šio tipo lydiniai yra žinomi kaip plienai. Plienas stato beveik visas pramonės šakas ir jų medžiagas.

Kita vertus, metalų, naudojamų elektroninėje įrangoje, gamybai buvo naudojamas geležis, sumaišytas su kitais metalais (kai kuriais retaisiais žemėmis)..

Biologiniai

Geležis vaidina svarbų vaidmenį gyvenime. Mūsų kūnuose jis yra kai kurių baltymų, įskaitant fermentą hemoglobiną, dalis.

Be hemoglobino, deguonies nešiklis dėl savo metalinio Fe centro3+, deguonis negali būti gabenamas į skirtingus kūno regionus, nes vandenyje jis yra labai netirpus.

Hemoglobinas per kraują patenka į raumenų ląsteles, kuriose pH yra rūgštis ir didesnė CO koncentracija yra gausu2. Čia vyksta atvirkštinis procesas, ty deguonis išsiskiria dėl sąlygų ir mažos jų koncentracijos šiose ląstelėse. Šis fermentas gali transportuoti keturias O molekules2.

Kaip jūs gaunate?

Dėl savo reaktyvumo jis randamas žemės plutoje, sudarant oksidus, sulfidus ar kitus mineralus. Todėl kai kurie iš jų gali būti naudojami kaip žaliava; viskas priklausys nuo išlaidų ir sunkumų, susijusių su geležies mažinimu cheminėje aplinkoje.

Pramoniniu požiūriu geležies oksidų redukcija yra labiau įmanoma nei jos sulfidų. Hematitas ir magnetitas, Fe3O4, yra pagrindiniai šio metalo šaltiniai, kurie reaguoja su anglies (kokso pavidalu).

Šiuo būdu gautas geležis yra skystas ir kaitinamas, ir jis ištuštinamas į luitų luitus (pavyzdžiui, lavos kaskadą). Taip pat gali susidaryti dideli dujų kiekiai, kurie gali būti kenksmingi aplinkai. Todėl geležies gavimas apima daugelio veiksnių apsvarstymą.

Reakcijos krosnių viduje

Nenurodant informacijos apie jų gavybą ir transportavimą, šie oksidai, kartu su koksu ir kalkakmeniu (CaCO)3) prie aukštakrosnių. Ekstrahuoti oksidai turi visų rūšių priemaišas, kurios reaguoja su CaO, išsiskiriančiu terminiu CaCO skaidymu3.

Kai žaliava pakraunama į orkaitę, apatinėje jo dalyje teka oro srovė 2000ºC temperatūroje, kuri degina koksą į anglies monoksidą:

2C (s) + O2(g) => 2CO (g) (2000ºC)

Ši CO pakyla į krosnies viršūnę, kur ji atitinka hematitą ir sumažina:

3Fe2O3(s) + CO (g) => 2Fe3O4s) CO2(g) (200 ° C)

Magnetite yra Fe jonai2+, Fe redukcijos produktai3+ su CO. Tada šis produktas ir toliau mažinamas daugiau CO:

Tikėjimas3O4(s) + CO (g) => 3FeO (s) + CO2(g) (700ºC)

Galiausiai, FeO sumažėja iki metalo geležies, kuri lydosi dėl aukštos temperatūros krosnyje:

FeO (s) + CO (g) => Fe (s) + CO2(g)

Tikėjimas (-ai) => Tikėjimas (l)

Tuo pačiu metu CaO reaguoja su silikatais ir priemaišomis, o tai sudaro skystą šlaką. Šis šlakas yra mažiau tankus nei skystas geležis, todėl jis plūduriuoja virš jo ir abi fazes galima atskirti.

Nuorodos

  1. Nacionalinis mokslo išteklių centras. (s.f.). Geležis. Gauta iš: propertiesofmatter.si.edu
  2. R laivas. (s.f.). Geležis. Gauta iš: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  3. B. Calvert. (2003 m. Gruodžio mėn.). Geležis: Marso metalas suteikia mums magnetizmą ir gyvenimą. Gauta iš: mysite.du.edu
  4. Chemicole periodinė lentelė. (2012 m. Spalio 6 d.). Geležis. Gauta iš: chemicool.com
  5. Likutis. (s.f.). Metalo profilis: geležis. Paimta iš: thebalance.com
  6. Shiver & Atkins. (2008). Neorganinė chemija (ketvirtasis leidimas). Mc Graw kalnas.
  7. Clark J. (2015 m. Lapkričio 29 d.). Geležies gavyba. Gauta iš: chem.libretexts.org