Jern er et velkjent kjemisk grunnstoff. Det tilhører metallene med gjennomsnittlig reaktivitet. Vi vil vurdere egenskapene og bruken av jern i denne artikkelen.
Utbredelse i naturen
Det er et ganske stort antall mineraler som inkluderer ferrum. Først av alt er det magnetitt. Det er syttito prosent jern. Dens kjemiske formel er Fe3O4. Dette mineralet kalles også magnetisk jernmalm. Den har en lys grå farge, noen ganger med mørk grå, opp til svart, med en metallisk glans. Dens største forekomst blant CIS-landene ligger i Ural.
Det neste mineralet med høyt jerninnhold er hematitt - det er sytti prosent sammensatt av dette grunnstoffet. Dens kjemiske formel er Fe2O3. Det kalles også rød jernmalm. Den har en farge fra rødbrun til rødgrå. Den største forekomsten på territoriet til CIS-landene ligger i Krivoy Rog.
Det tredje mineralet når det gjelder ferruminnhold er limonitt. Her er jern seksti prosent av den totale massen. Det er et krystallinsk hydrat, det vil si at vannmolekyler er vevd inn i dets krystallgitter,dens kjemiske formel er Fe2O3•H2O. Som navnet tilsier, har dette mineralet en gul-brunaktig farge, noen ganger brun. Det er en av hovedkomponentene i naturlig oker og brukes som pigment. Det kalles også brun jernstein. De største forekomstene er Krim, Ural.
I sideritt, den såk alte jernmalmen, førtiåtte prosent av ferrum. Dens kjemiske formel er FeCO3. Strukturen er heterogen og består av krystaller av forskjellige farger koblet sammen: grå, blekgrønn, grå-gul, brun-gul osv.
Det siste naturlig forekommende mineralet med høyt ferruminnhold er pyritt. Den har følgende kjemiske formel: FeS2. Jern i den er førtiseks prosent av den totale massen. På grunn av svovelatomer har dette mineralet en gylden gul farge.
Mange av de betraktede mineralene brukes til å oppnå rent jern. I tillegg brukes hematitt til fremstilling av smykker fra naturstein. Pyritt inneslutninger kan finnes i lapis lazuli smykker. I tillegg finnes jern i naturen i sammensetningen av levende organismer - det er en av de viktigste komponentene i cellen. Dette sporelementet må tilføres menneskekroppen i tilstrekkelige mengder. Jernets helbredende egenskaper skyldes i stor grad det faktum at dette kjemiske elementet er grunnlaget for hemoglobin. Derfor har bruk av ferrum god effekt på blodets tilstand, og derfor hele organismen som helhet.
Jern: fysiske og kjemiske egenskaper
La oss vurdere disse to store delene i rekkefølge. De fysiske egenskapene til jern er dets utseende, tetthet, smeltepunkt, etc. Det vil si alle kjennetegn ved et stoff som er assosiert med fysikk. De kjemiske egenskapene til jern er dets evne til å reagere med andre forbindelser. La oss starte med den første.
Fysiske egenskaper til jern
I sin rene form under normale forhold er det et fast stoff. Den har en sølvgrå farge og en utt alt metallisk glans. De mekaniske egenskapene til jern inkluderer hardhetsnivået på Mohs-skalaen. Det er lik fire (middels). Jern har god elektrisk og termisk ledningsevne. Den siste funksjonen kan føles ved å berøre en jerngjenstand i et kaldt rom. Fordi dette materialet leder varme raskt, absorberer det mesteparten av varmen fra huden din på kort tid, noe som gjør at du føler deg kald.
Når du berører for eksempel et tre, kan det bemerkes at dets varmeledningsevne er mye lavere. De fysiske egenskapene til jern er dets smelte- og kokepunkt. Den første er 1539 grader Celsius, den andre er 2860 grader Celsius. Det kan konkluderes med at de karakteristiske egenskapene til jern er god duktilitet og smelteevne. Men det er ikke alt.
De fysiske egenskapene til jern inkluderer også dets ferromagnetisme. Hva det er? Jern, hvis magnetiske egenskaper vi kan observere i praktiske eksempler hver dag, er det eneste metallet som har slikeunikt kjennetegn. Dette skyldes det faktum at dette materialet er i stand til å magnetiseres under påvirkning av et magnetfelt. Og etter avslutningen av virkningen av sistnevnte, forblir jern, hvis magnetiske egenskaper nettopp er dannet, en magnet i lang tid. Dette fenomenet kan forklares med at det i strukturen til dette metallet er mange frie elektroner som er i stand til å bevege seg rundt.
Fra et kjemisynspunkt
Dette grunnstoffet tilhører metallene med middels aktivitet. Men de kjemiske egenskapene til jern er typiske for alle andre metaller (unntatt de som er til høyre for hydrogen i den elektrokjemiske serien). Den er i stand til å reagere med mange klasser av stoffer.
Start enkelt
Ferrum interagerer med oksygen, nitrogen, halogener (jod, brom, klor, fluor), fosfor, karbon. Det første du bør vurdere er reaksjoner med oksygen. Når ferrum brennes, dannes dets oksider. Avhengig av reaksjonsbetingelsene og proporsjonene mellom de to deltakerne, kan de varieres. Som et eksempel på slike interaksjoner kan følgende reaksjonsligninger gis: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Og egenskapene til jernoksid (både fysisk og kjemisk) kan varieres, avhengig av variasjonen. Slike reaksjoner skjer ved høye temperaturer.
Neste - interaksjon med nitrogen. Det kan også bare skjeutsatt for oppvarming. Hvis vi tar seks mol jern og en mol nitrogen, får vi to mol jernnitrid. Reaksjonsligningen vil se slik ut: 6Fe + N2=2Fe3N.
Ved interaksjon med fosfor dannes det et fosfid. For å utføre reaksjonen er følgende komponenter nødvendige: for tre mol ferrum - en mol fosfor, som et resultat dannes en mol fosfid. Ligningen kan skrives som følger: 3Fe + P=Fe3P.
I tillegg kan man blant reaksjonene med enkle stoffer også skille ut interaksjonen med svovel. I dette tilfellet kan sulfid oppnås. Prinsippet for dannelsen av dette stoffet er likt de som er beskrevet ovenfor. Det oppstår nemlig en addisjonsreaksjon. Alle kjemiske interaksjoner av denne typen krever spesielle forhold, hovedsakelig høye temperaturer, sjeldnere katalysatorer.
Reaksjoner mellom jern og halogener er også vanlig i kjemisk industri. Disse er klorering, bromering, jodering, fluorering. Som det fremgår av navnene på selve reaksjonene, er dette prosessen med å tilsette klor / brom / jod / fluor atomer til ferrum atomer for å danne henholdsvis klorid / bromid / jodid / fluorid. Disse stoffene er mye brukt i ulike bransjer. I tillegg er ferrum i stand til å kombinere med silisium ved høye temperaturer. På grunn av dets forskjellige kjemiske egenskaper, brukes jern ofte i kjemisk industri.
Ferrum og komplekse stoffer
Fra enkle stoffer, la oss gå videre til de hvis molekyler består av to eller flereulike kjemiske elementer. Det første å nevne er reaksjonen av ferrum med vann. Her er hovedegenskapene til jern. Når vann varmes opp sammen med jern, dannes det et basisk oksid (det kalles det fordi det når det samhandler med det samme vannet danner et hydroksid, med andre ord en base). Så hvis du tar en mol av begge komponentene, dannes stoffer som ferrumdioksid og hydrogen i form av en gass med en skarp lukt - også i molare proporsjoner på en til en. Ligningen for denne typen reaksjon kan skrives som følger: Fe + H2O=FeO + H2. Avhengig av proporsjonene som disse to komponentene er blandet i, kan jerndi- eller trioksid oppnås. Begge disse stoffene er svært vanlige i kjemisk industri og brukes også i mange andre industrier.
Med syrer og s alter
Siden ferrum ligger til venstre for hydrogen i den elektrokjemiske aktivitetsserien til metaller, er det i stand til å fortrenge dette grunnstoffet fra forbindelser. Et eksempel på dette er substitusjonsreaksjonen som kan observeres når jern tilsettes en syre. For eksempel, hvis du blander jern og sulfatsyre (aka svovelsyre) med middels konsentrasjon i samme molare proporsjoner, vil resultatet være jernsulfat (II) og hydrogen i samme molare proporsjoner. Ligningen for en slik reaksjon vil se slik ut: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Når du samhandler med s alter, vises de reduserende egenskapene til jern. Det vil si at ved hjelp av det kan et mindre aktivt metall isoleres fra s alt. For eksempel hvista en mol kobbersulfat og samme mengde ferrum, så kan du få jernsulfat (II) og rent kobber i samme molare proporsjoner.
Verdi for kroppen
Et av de vanligste kjemiske grunnstoffene i jordskorpen er jern. Vi har allerede vurdert egenskapene til materie, nå vil vi nærme oss det fra et biologisk synspunkt. Ferrum utfører svært viktige funksjoner både på cellenivå og på nivå med hele organismen. Først av alt er jern grunnlaget for et slikt protein som hemoglobin. Det er nødvendig for transport av oksygen gjennom blodet fra lungene til alle vev, organer, til hver celle i kroppen, først og fremst til nevronene i hjernen. Derfor kan de fordelaktige egenskapene til jern ikke overvurderes.
I tillegg til at det påvirker bloddannelsen, er ferrum også viktig for full funksjon av skjoldbruskkjertelen (dette krever ikke bare jod, som noen tror). Jern deltar også i intracellulær metabolisme, regulerer immunitet. Ferrum finnes også i spesielt store mengder i leverceller, da det bidrar til å nøytralisere skadelige stoffer. Det er også en av hovedkomponentene i mange typer enzymer i kroppen vår. Det daglige kostholdet til en person bør inneholde fra ti til tjue milligram av dette sporstoffet.
Mat rik på jern
Det er mange av dem. De er av både plante- og animalsk opprinnelse. Den første er frokostblandinger, belgfrukter, frokostblandinger (spesielt bokhvete), epler, sopp (porcini), tørket frukt, nyper, pærer, fersken,avokado, gresskar, mandler, dadler, tomater, brokkoli, kål, blåbær, bjørnebær, selleri, etc. Den andre - lever, kjøtt. Bruk av mat med mye jern er spesielt viktig under graviditet, siden kroppen til det utviklende fosteret krever en stor mengde av dette sporstoffet for riktig vekst og utvikling.
Tegn på jernmangel
Symptomer på at for lite ferrum kommer inn i kroppen er tretthet, konstant frysing av hender og føtter, depresjon, skjørt hår og negler, nedsatt intellektuell aktivitet, fordøyelsesforstyrrelser, lav ytelse og skjoldbruskkjertelforstyrrelser. Hvis du merker mer enn ett av disse symptomene, kan det være lurt å øke mengden jernrik mat i kostholdet ditt eller kjøpe vitaminer eller kosttilskudd som inneholder ferrum. Sørg også for å oppsøke lege hvis du opplever noen av disse symptomene for sterkt.
Bruk av ferrum i industrien
Bruken og egenskapene til jern er nært beslektet. På grunn av sin ferromagnetisme, brukes den til å lage magneter - både svakere for husholdningsformål (souvenir kjøleskapsmagneter, etc.), og sterkere - for industrielle formål. På grunn av det faktum at det aktuelle metallet har høy styrke og hardhet, har det blitt brukt siden antikken til fremstilling av våpen, rustninger og andre militære og husholdningsverktøy. Forresten, selv i det gamle Egypt, var meteorittjern kjent, egenskapenesom er overlegne de av vanlig metall. Også et slikt spesielt jern ble brukt i det gamle Roma. De laget elitevåpen av det. Bare en veldig rik og edel person kunne ha et skjold eller sverd laget av meteorittmetall.
Generelt er metallet som vi vurderer i denne artikkelen det mest allsidige som brukes blant alle stoffene i denne gruppen. Først av alt lages stål og støpejern av det, som brukes til å produsere alle slags produkter som er nødvendige både i industrien og i hverdagen.
Støpejern er en legering av jern og karbon, hvor den andre er tilstede fra 1,7 til 4,5 prosent. Hvis den andre er mindre enn 1,7 prosent, kalles denne typen legering stål. Hvis det er omtrent 0,02 prosent karbon i sammensetningen, er dette allerede vanlig teknisk jern. Tilstedeværelsen av karbon i legeringen er nødvendig for å gi den større styrke, varmebestandighet og rustmotstand.
I tillegg kan stål inneholde mange andre kjemiske elementer som urenheter. Dette er mangan, fosfor og silisium. Dessuten kan krom, nikkel, molybden, wolfram og mange andre kjemiske elementer legges til denne typen legeringer for å gi den visse kvaliteter. Ståltyper hvor det er mye silisium (omtrent fire prosent) brukes som transformatorstål. De som inneholder mye mangan (opptil tolv eller fjorten prosent) finner sin anvendelse i produksjon av delerjernbaner, møller, knusere og annet verktøy som sliter deler raskt.
Molybden introduseres i sammensetningen av legeringen for å gjøre den mer termisk stabil - slike stål brukes som verktøystål. I tillegg, for å få velkjente og ofte brukte rustfrie stål i form av kniver og andre husholdningsverktøy, er det nødvendig å tilsette krom, nikkel og titan til legeringen. Og for å få støtbestandig, høyfast, duktilt stål, er det nok å legge til vanadium. Når det innføres i sammensetningen av niob, er det mulig å oppnå høy motstand mot korrosjon og effekten av kjemisk aggressive stoffer.
Mineralet magnetitt, som ble nevnt i begynnelsen av artikkelen, er nødvendig for produksjon av harddisker, minnekort og andre enheter av denne typen. På grunn av sine magnetiske egenskaper kan jern finnes i konstruksjonen av transformatorer, motorer, elektroniske produkter osv. I tillegg kan ferrum tilsettes andre metallegeringer for å gi dem større styrke og mekanisk stabilitet. Sulfatet til dette elementet brukes i hagebruk for skadedyrbekjempelse (sammen med kobbersulfat).
Jernklorider er uunnværlige for vannrensing. I tillegg brukes magnetittpulver i svart-hvitt-skrivere. Hovedbruken av pyritt er å få svovelsyre fra den. Denne prosessen skjer i laboratoriet i tre trinn. I det første trinnet brennes ferrumkis for å produsere jernoksid og svoveldioksid. Det andre trinnet er omdannelsen av dioksidetsvovel til trioksid med deltakelse av oksygen. Og på det siste stadiet føres det resulterende stoffet gjennom vanndamp i nærvær av katalysatorer, og oppnår derved svovelsyre.
Får stryke
Dette metallet utvinnes hovedsakelig fra de to hovedmineralene: magnetitt og hematitt. Dette gjøres ved å redusere jern fra dets forbindelser med karbon i form av koks. Dette gjøres i masovner, hvor temperaturen når to tusen grader Celsius. I tillegg er det en måte å redusere ferrum med hydrogen. Dette krever ikke en masovn. For å implementere denne metoden tas spesiell leire, blandes med knust malm og behandles med hydrogen i en sjaktovn.
Konklusjon
Egenskapene og bruken av jern er varierte. Dette er kanskje det viktigste metallet i livene våre. Etter å ha blitt kjent for menneskeheten, tok han plassen til bronse, som på den tiden var hovedmaterialet for produksjon av alle verktøy, så vel som våpen. Stål og støpejern er på mange måter overlegen kobber-tinnlegeringen når det gjelder fysiske egenskaper, motstand mot mekanisk påkjenning.
I tillegg er jern mer vanlig på planeten vår enn mange andre metaller. Dens massefraksjon i jordskorpen er nesten fem prosent. Det er det fjerde mest tallrike kjemiske elementet i naturen. Dette kjemiske elementet er også veldig viktig for normal funksjon av organismen til dyr og planter, først og fremst fordi hemoglobin er bygget på grunnlaget. Jern er et essensielt mikronæringsstoffsom er viktig for å opprettholde helse og normal funksjon av organer. I tillegg til det ovennevnte er det det eneste metallet som har unike magnetiske egenskaper. Det er umulig å forestille seg livet vårt uten ferrum.
