Ang
Iron ay isang kilalang elemento ng kemikal. Ito ay kabilang sa mga metal na may average na reaktibiti. Isasaalang-alang namin ang mga katangian at paggamit ng bakal sa artikulong ito.
Paglaganap sa kalikasan
May medyo malaking bilang ng mga mineral na kinabibilangan ng ferrum. Una sa lahat, ito ay magnetite. Ito ay pitumpu't dalawang porsyentong bakal. Ang chemical formula nito ay Fe3O4. Ang mineral na ito ay tinatawag ding magnetic iron ore. Ito ay may mapusyaw na kulay abo, minsan ay may madilim na kulay abo, hanggang sa itim, na may metal na kinang. Ang pinakamalaking deposito nito sa mga bansang CIS ay matatagpuan sa Urals.
Ang susunod na mineral na may mataas na nilalamang bakal ay hematite - ito ay pitumpung porsyento na binubuo ng elementong ito. Ang chemical formula nito ay Fe2O3. Tinatawag din itong pulang iron ore. Mayroon itong kulay mula pula-kayumanggi hanggang pula-kulay-abo. Ang pinakamalaking deposito sa teritoryo ng mga bansang CIS ay matatagpuan sa Krivoy Rog.
Ang ikatlong mineral sa mga tuntunin ng nilalaman ng ferrum ay limonite. Dito, ang bakal ay animnapung porsyento ng kabuuang masa. Ito ay isang mala-kristal na hydrate, iyon ay, ang mga molekula ng tubig ay hinabi sa kanyang kristal na sala-sala,ang chemical formula nito ay Fe2O3•H2O. Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang mineral na ito ay may kulay dilaw-kayumanggi, paminsan-minsan ay kayumanggi. Ito ay isa sa mga pangunahing bahagi ng natural na okre at ginagamit bilang pigment. Tinatawag din itong kayumangging batong bakal. Ang pinakamalaking pangyayari ay ang Crimea, Ural.
Sa siderite, ang tinatawag na spar iron ore, apatnapu't walong porsyento ng ferrum. Ang chemical formula nito ay FeCO3. Ang istraktura nito ay heterogenous at binubuo ng mga kristal na may iba't ibang kulay na magkakaugnay: kulay abo, maputlang berde, kulay abo-dilaw, kayumanggi-dilaw, atbp.
Ang huling natural na nagaganap na mineral na may mataas na ferrum content ay pyrite. Mayroon itong sumusunod na chemical formula: FeS2. Ang bakal sa loob nito ay apatnapu't anim na porsyento ng kabuuang masa. Dahil sa mga sulfur atom, ang mineral na ito ay may gintong dilaw na kulay.
Marami sa mga itinuturing na mineral ay ginagamit upang makakuha ng purong bakal. Bilang karagdagan, ang hematite ay ginagamit sa paggawa ng mga alahas mula sa mga natural na bato. Ang mga pagsasama ng pyrite ay matatagpuan sa lapis lazuli na alahas. Bilang karagdagan, ang bakal ay matatagpuan sa kalikasan sa komposisyon ng mga nabubuhay na organismo - ito ay isa sa pinakamahalagang bahagi ng cell. Ang trace element na ito ay dapat ibigay sa katawan ng tao sa sapat na dami. Ang mga nakapagpapagaling na katangian ng bakal ay higit sa lahat dahil sa ang katunayan na ang elementong kemikal na ito ay ang batayan ng hemoglobin. Samakatuwid, ang paggamit ng ferrum ay may magandang epekto sa estado ng dugo, at samakatuwid ang buong organismo sa kabuuan.
Iron: katangiang pisikal at kemikal
Isaalang-alang natin ang dalawang malalaking seksyong ito sa pagkakasunud-sunod. Ang mga pisikal na katangian ng bakal ay ang hitsura nito, densidad, punto ng pagkatunaw, atbp. Iyon ay, lahat ng mga natatanging katangian ng isang sangkap na nauugnay sa pisika. Ang mga kemikal na katangian ng bakal ay ang kakayahang tumugon sa iba pang mga compound. Magsimula tayo sa una.
Mga pisikal na katangian ng bakal
Sa dalisay nitong anyo sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ito ay solid. Ito ay may kulay-pilak-kulay-abo na kulay at isang binibigkas na metal na kinang. Kasama sa mga mekanikal na katangian ng bakal ang antas ng katigasan sa sukat ng Mohs. Ito ay katumbas ng apat (medium). Ang bakal ay may magandang electrical at thermal conductivity. Ang huling tampok ay maaaring madama sa pamamagitan ng pagpindot sa isang bagay na bakal sa isang malamig na silid. Dahil ang materyal na ito ay mabilis na nagdadala ng init, sinisipsip nito ang karamihan sa init mula sa iyong balat sa maikling panahon, na nagpapalamig sa iyo.
Halimbawa, nakakaantig ang puno, mapapansing mas mababa ang thermal conductivity nito. Ang mga pisikal na katangian ng bakal ay ang pagkatunaw at pagkulo nito. Ang una ay 1539 degrees Celsius, ang pangalawa ay 2860 degrees Celsius. Maaari itong tapusin na ang mga katangian ng bakal ay mahusay na ductility at fusibility. Ngunit hindi lang iyon.
Gayundin, kasama sa pisikal na katangian ng bakal ang ferromagnetism nito. Ano ito? Ang bakal, na ang mga magnetic na katangian ay maaari nating obserbahan sa mga praktikal na halimbawa araw-araw, ay ang tanging metal na mayroong ganoonnatatanging tampok na tangi. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang materyal na ito ay maaaring ma-magnetize sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field. At pagkatapos ng pagwawakas ng pagkilos ng huli, ang bakal, ang mga magnetic na katangian na kung saan ay nabuo pa lamang, ay nananatiling isang magnet sa loob ng mahabang panahon. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa istraktura ng metal na ito ay maraming mga libreng electron na nakakagalaw sa paligid.
Mula sa pananaw ng chemistry
Ang elementong ito ay nabibilang sa mga metal ng katamtamang aktibidad. Ngunit ang mga kemikal na katangian ng bakal ay tipikal para sa lahat ng iba pang mga metal (maliban sa mga nasa kanan ng hydrogen sa electrochemical series). Ito ay may kakayahang tumugon sa maraming klase ng mga sangkap.
Magsimula sa simple
Nakikipag-ugnayan ang Ferrum sa oxygen, nitrogen, halogens (iodine, bromine, chlorine, fluorine), phosphorus, carbon. Ang unang bagay na dapat isaalang-alang ay ang mga reaksyon sa oxygen. Kapag ang ferrum ay sinunog, ang mga oxide nito ay nabuo. Depende sa mga kondisyon ng reaksyon at ang mga proporsyon sa pagitan ng dalawang kalahok, maaari silang iba-iba. Bilang halimbawa ng gayong mga pakikipag-ugnayan, ang mga sumusunod na equation ng reaksyon ay maaaring ibigay: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. At ang mga katangian ng iron oxide (parehong pisikal at kemikal) ay maaaring iba-iba, depende sa pagkakaiba-iba nito. Nagaganap ang mga ganitong uri ng reaksyon sa mataas na temperatura.
Susunod - pakikipag-ugnayan sa nitrogen. Pwede rin lang mangyarinapapailalim sa pag-init. Kung kukuha tayo ng anim na moles ng iron at isang mole ng nitrogen, makakakuha tayo ng dalawang moles ng iron nitride. Magiging ganito ang reaction equation: 6Fe + N2=2Fe3N.
Kapag nakikipag-ugnayan sa phosphorus, nabubuo ang isang phosphide. Upang maisagawa ang reaksyon, ang mga sumusunod na sangkap ay kinakailangan: para sa tatlong moles ng ferrum - isang nunal ng posporus, bilang isang resulta, isang nunal ng phosphide ay nabuo. Ang equation ay maaaring isulat tulad ng sumusunod: 3Fe + P=Fe3P.
Sa karagdagan, kabilang sa mga reaksyon sa mga simpleng sangkap, maaari ding makilala ang pakikipag-ugnayan sa asupre. Sa kasong ito, maaaring makuha ang sulfide. Ang prinsipyo kung saan nangyayari ang proseso ng pagbuo ng sangkap na ito ay katulad ng mga inilarawan sa itaas. Ibig sabihin, nangyayari ang isang reaksyon sa karagdagan. Ang lahat ng mga kemikal na pakikipag-ugnayan ng ganitong uri ay nangangailangan ng mga espesyal na kundisyon, pangunahin ang mataas na temperatura, mas madalas na mga catalyst.
Ang mga reaksyon sa pagitan ng bakal at mga halogens ay karaniwan din sa industriya ng kemikal. Ang mga ito ay chlorination, bromination, iodination, fluorination. Tulad ng malinaw sa mga pangalan ng mga reaksyon mismo, ito ang proseso ng pagdaragdag ng chlorine / bromine / iodine / fluorine atoms sa ferrum atoms upang bumuo ng chloride / bromide / iodide / fluoride, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga sangkap na ito ay malawakang ginagamit sa iba't ibang industriya. Bilang karagdagan, ang ferrum ay maaaring pagsamahin sa silikon sa mataas na temperatura. Dahil sa magkakaibang katangian ng kemikal nito, kadalasang ginagamit ang bakal sa industriya ng kemikal.
Ferrum at kumplikadong substance
Mula sa mga simpleng substance, lumipat tayo sa mga may molecule na binubuo ng dalawa o higit paiba't ibang elemento ng kemikal. Ang unang bagay na babanggitin ay ang reaksyon ng ferrum sa tubig. Narito ang mga pangunahing katangian ng bakal. Kapag ang tubig ay pinainit kasama ng bakal, ang isang pangunahing oksido ay nabuo (ito ay tinatawag na gayon dahil kapag nakikipag-ugnayan sa parehong tubig ito ay bumubuo ng isang hydroxide, sa madaling salita, isang base). Kaya, kung kukuha ka ng isang nunal ng parehong mga sangkap, ang mga sangkap tulad ng ferrum dioxide at hydrogen ay nabuo sa anyo ng isang gas na may masangsang na amoy - din sa mga proporsyon ng molar ng isa hanggang isa. Ang equation para sa ganitong uri ng reaksyon ay maaaring isulat tulad ng sumusunod: Fe + H2O=FeO + H2. Depende sa mga proporsyon kung saan pinaghalo ang dalawang sangkap na ito, maaaring makuha ang iron di- o trioxide. Parehong pangkaraniwan ang mga sangkap na ito sa industriya ng kemikal at ginagamit din sa maraming iba pang industriya.
May mga acid at asin
Dahil ang ferrum ay matatagpuan sa kaliwa ng hydrogen sa electrochemical series ng aktibidad ng mga metal, nagagawa nitong ilipat ang elementong ito mula sa mga compound. Ang isang halimbawa nito ay ang reaksyon ng pagpapalit na maaaring maobserbahan kapag ang iron ay idinagdag sa isang acid. Halimbawa, kung paghaluin mo ang iron at sulphate acid (aka sulfuric acid) ng katamtamang konsentrasyon sa parehong proporsyon ng molar, ang resulta ay ferrous sulfate (II) at hydrogen sa parehong molar na proporsyon. Magiging ganito ang equation para sa naturang reaksyon: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Kapag nakikipag-ugnayan sa mga asin, lumalabas ang mga nagpapababang katangian ng bakal. Iyon ay, sa tulong nito, ang isang hindi gaanong aktibong metal ay maaaring ihiwalay sa asin. Halimbawa, kungkumuha ng isang nunal ng copper sulfate at ang parehong dami ng ferrum, pagkatapos ay makakakuha ka ng iron sulfate (II) at purong tanso sa parehong proporsyon ng molar.
Halaga para sa katawan
Ang isa sa mga pinakakaraniwang elemento ng kemikal sa crust ng lupa ay ang bakal. Napag-isipan na natin ang mga katangian ng bagay, ngayon ay lalapitan natin ito mula sa isang biological na pananaw. Ang Ferrum ay gumaganap ng napakahalagang mga pag-andar kapwa sa antas ng cellular at sa antas ng buong organismo. Una sa lahat, ang bakal ay ang batayan ng naturang protina bilang hemoglobin. Ito ay kinakailangan para sa transportasyon ng oxygen sa pamamagitan ng dugo mula sa mga baga patungo sa lahat ng mga tisyu, organo, sa bawat selula ng katawan, pangunahin sa mga neuron ng utak. Samakatuwid, ang mga kapaki-pakinabang na katangian ng bakal ay hindi maaaring labis na tantiyahin.
Bilang karagdagan sa katotohanang nakakaapekto ito sa pagbuo ng dugo, ang ferrum ay mahalaga din para sa ganap na paggana ng thyroid gland (hindi lamang ito nangangailangan ng yodo, gaya ng paniniwala ng ilan). Ang bakal ay nakikibahagi din sa intracellular metabolism, kinokontrol ang kaligtasan sa sakit. Matatagpuan din ang ferrum lalo na sa malalaking dami sa mga selula ng atay, dahil nakakatulong ito upang i-neutralize ang mga nakakapinsalang sangkap. Isa rin ito sa mga pangunahing sangkap ng maraming uri ng enzymes sa ating katawan. Ang pang-araw-araw na pagkain ng isang tao ay dapat maglaman ng mula sampu hanggang dalawampung milligrams ng trace element na ito.
Mga pagkaing mayaman sa bakal
Marami sila. Pareho silang pinagmulan ng halaman at hayop. Ang una ay mga cereal, munggo, cereal (lalo na bakwit), mansanas, mushroom (porcini), pinatuyong prutas, rose hips, peras, peach,abukado, kalabasa, almond, petsa, kamatis, brokuli, repolyo, blueberries, blackberries, kintsay, atbp Ang pangalawa - atay, karne. Ang paggamit ng mga pagkaing mataas sa iron ay lalong mahalaga sa panahon ng pagbubuntis, dahil ang katawan ng nabubuong fetus ay nangangailangan ng malaking halaga ng trace element na ito para sa tamang paglaki at pag-unlad.
Mga palatandaan ng kakulangan sa iron
Ang mga sintomas ng masyadong maliit na ferrum na pumapasok sa katawan ay ang pagkapagod, patuloy na pagyeyelo ng mga kamay at paa, depresyon, malutong na buhok at mga kuko, pagbaba ng aktibidad ng intelektwal, mga digestive disorder, mababang performance, at thyroid disorder. Kung mapapansin mo ang higit sa isa sa mga sintomas na ito, maaaring gusto mong dagdagan ang dami ng mga pagkaing mayaman sa bakal sa iyong diyeta o bumili ng mga bitamina o suplementong naglalaman ng ferrum. Gayundin, siguraduhing magpatingin sa doktor kung nakararanas ka ng alinman sa mga sintomas na ito nang labis.
Paggamit ng ferrum sa industriya
Ang mga gamit at katangian ng bakal ay malapit na magkaugnay. Dahil sa ferromagnetism nito, ginagamit ito upang gumawa ng mga magnet - parehong mas mahina para sa mga domestic na layunin (souvenir fridge magnet, atbp.), at mas malakas - para sa mga layuning pang-industriya. Dahil sa ang katunayan na ang metal na pinag-uusapan ay may mataas na lakas at katigasan, ito ay ginagamit mula noong sinaunang panahon para sa paggawa ng mga armas, sandata at iba pang mga kagamitan sa militar at sambahayan. Sa pamamagitan ng paraan, kahit na sa sinaunang Ehipto, meteorite iron ay kilala, ang mga katangianna higit na mataas kaysa sa ordinaryong metal. Gayundin, ang gayong espesyal na bakal ay ginamit sa sinaunang Roma. Gumawa sila ng mga piling armas mula dito. Isang napakayaman at marangal na tao lamang ang maaaring magkaroon ng kalasag o espada na gawa sa meteorite metal.
Sa pangkalahatan, ang metal na isinasaalang-alang namin sa artikulong ito ay ang pinaka maraming nalalaman na ginagamit sa lahat ng mga sangkap ng pangkat na ito. Una sa lahat, ang bakal at cast iron ay ginawa mula dito, na ginagamit upang makagawa ng lahat ng uri ng mga produkto na kinakailangan kapwa sa industriya at sa pang-araw-araw na buhay.
Ang cast iron ay isang haluang metal na bakal at carbon, kung saan ang pangalawa ay nasa 1.7 hanggang 4.5 na porsyento. Kung ang pangalawa ay mas mababa sa 1.7 porsyento, kung gayon ang ganitong uri ng haluang metal ay tinatawag na bakal. Kung mayroong halos 0.02 porsyento na carbon sa komposisyon, kung gayon ito ay ordinaryong teknikal na bakal. Ang pagkakaroon ng carbon sa haluang metal ay kinakailangan upang bigyan ito ng higit na lakas, paglaban sa init, at paglaban sa kalawang.
Sa karagdagan, ang bakal ay maaaring maglaman ng maraming iba pang mga kemikal na elemento bilang mga impurities. Ito ay mangganeso, at posporus, at silikon. Gayundin, ang chromium, nickel, molibdenum, tungsten at marami pang ibang elemento ng kemikal ay maaaring idagdag sa ganitong uri ng haluang metal upang bigyan ito ng ilang mga katangian. Ang mga uri ng bakal kung saan mayroong malaking halaga ng silikon (mga apat na porsiyento) ay ginagamit bilang mga bakal na transpormer. Ang mga naglalaman ng maraming mangganeso (hanggang labindalawa o labing-apat na porsyento) ay nahahanap ang kanilang aplikasyon sa paggawa ng mga bahagiriles, mill, crusher at iba pang tool na mabilis magsuot ng mga piyesa.
Ang
Molybdenum ay ipinapasok sa komposisyon ng haluang metal upang gawin itong mas matatag sa thermally - ang mga naturang bakal ay ginagamit bilang mga tool steel. Bilang karagdagan, upang makakuha ng kilalang at karaniwang ginagamit na mga hindi kinakalawang na asero sa anyo ng mga kutsilyo at iba pang mga kagamitan sa sambahayan, kinakailangang magdagdag ng chromium, nickel at titanium sa haluang metal. At upang makakuha ng shock-resistant, mataas na lakas, ductile steel, sapat na upang magdagdag ng vanadium dito. Kapag ipinakilala sa komposisyon ng niobium, posibleng makamit ang mataas na pagtutol sa kaagnasan at ang mga epekto ng mga kemikal na agresibong sangkap.
Ang mineral magnetite, na binanggit sa simula ng artikulo, ay kailangan para sa paggawa ng mga hard drive, memory card at iba pang mga device ng ganitong uri. Dahil sa mga magnetic na katangian nito, ang bakal ay matatagpuan sa pagtatayo ng mga transformer, motor, elektronikong produkto, atbp. Bilang karagdagan, ang ferrum ay maaaring idagdag sa iba pang mga haluang metal upang bigyan sila ng higit na lakas at mekanikal na katatagan. Ang sulfate ng elementong ito ay ginagamit sa paghahalaman para sa pagkontrol ng peste (kasama ang copper sulfate).
Ang mga bakal na klorido ay kailangang-kailangan para sa paglilinis ng tubig. Bilang karagdagan, ang magnetite powder ay ginagamit sa itim at puting mga printer. Ang pangunahing paggamit ng pyrite ay upang makakuha ng sulfuric acid mula dito. Ang prosesong ito ay nangyayari sa laboratoryo sa tatlong yugto. Sa unang yugto, ang ferrum pyrite ay sinusunog upang makagawa ng iron oxide at sulfur dioxide. Ang ikalawang hakbang ay ang conversion ng dioxidesulfur sa trioxide nito na may partisipasyon ng oxygen. At sa huling yugto, ang nagreresultang sangkap ay ipinapasa sa singaw ng tubig sa pagkakaroon ng mga catalyst, sa gayon ay nakakakuha ng sulfuric acid.
Pagpaplantsa
Ang metal na ito ay pangunahing mina mula sa dalawang pangunahing mineral nito: magnetite at hematite. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pagbabawas ng bakal mula sa mga compound nito na may carbon sa anyo ng coke. Ginagawa ito sa mga blast furnace, ang temperatura kung saan umabot sa dalawang libong degrees Celsius. Bilang karagdagan, mayroong isang paraan upang mabawasan ang ferrum na may hydrogen. Hindi ito nangangailangan ng blast furnace. Para ipatupad ang pamamaraang ito, kumuha ng espesyal na luad, hinaluan ng dinurog na ore at ginagamot sa hydrogen sa isang baras na hurno.
Konklusyon
Ang mga katangian at gamit ng bakal ay iba-iba. Ito marahil ang pinakamahalagang metal sa ating buhay. Ang pagkakaroon ng kilala sa sangkatauhan, kinuha niya ang lugar ng tanso, na sa oras na iyon ay ang pangunahing materyal para sa paggawa ng lahat ng mga tool, pati na rin ang mga armas. Ang bakal at cast iron sa maraming paraan ay higit na mataas sa copper-tin alloy sa mga tuntunin ng kanilang pisikal na katangian, paglaban sa mekanikal na stress.
Bilang karagdagan, ang bakal ay mas karaniwan sa ating planeta kaysa sa maraming iba pang mga metal. Ang mass fraction nito sa crust ng lupa ay halos limang porsyento. Ito ang ikaapat na pinaka-masaganang elemento ng kemikal sa kalikasan. Gayundin, ang elementong kemikal na ito ay napakahalaga para sa normal na paggana ng organismo ng mga hayop at halaman, lalo na dahil ang hemoglobin ay itinayo sa batayan nito. Ang iron ay isang mahalagang micronutrientna mahalaga para sa pagpapanatili ng kalusugan at normal na paggana ng mga organo. Bilang karagdagan sa itaas, ito ay ang tanging metal na may natatanging magnetic properties. Imposibleng isipin ang ating buhay na walang ferrum.
