Карактеристике гвожђа (хемијски елемент), хемијска структура, употреба

Тхе гвожђе је прелазни метал који се налази у групи ВИИИБ или 8 периодне табеле. То је један од метала који је био свјестан још од најранијих времена. Кинези, Египћани и Римљани су радили са овим металом. Његова једноставна екстракција означила је историју познату као гвоздено доба.

Његово име потиче од речи "феррум" на латинском, а самим тим и његов хемијски симбол "Вера", што је веома реактиван елемент, тако да се његов сребрни сјај не налази у природи. У древним временима, овај метал је заправо био каталогизиран са вредношћу која је већа од злата због своје наводне оскудице.

Његова чиста форма је нађена у регионима Гренланда и магматским стенама Русије. У звездастом простору се верује да је то обилна компонента у метеоритима, који су након удара Земље сачували кристализовано гвожђе у својим каменим грудима..

Али важније од чистог гвожђа су његова једињења; посебно, његови оксиди. Ови оксиди покривају површину Земље са великом породицом минерала, као што су магнетит, пирит, хематит, гетит, и још много тога. У ствари, боје које се виде у планинама Марса и пустињама су у великој мери последица хематита.

Гвоздени предмети могу се наћи унутар градова или поља. Они који немају заштитни филм, постају црвенкасти јер кородирају влагом и кисеоником. Други, попут фењера главне слике, остају сиви или црни.

Процењује се да постоји масивна концентрација овог метала у језгру Земље. Толико тога, да у течном стању, производу високих температура, може бити одговорно за магнетно поље Земље.

С друге стране, гвожђе не само да допуњује љуску наше планете, већ је и део хранљивих састојака који су потребни живим бићима. На пример, потребно је транспортовати кисеоник до ткива.

Индек

• 1 Карактеристике гвожђа
  • 1.1 Тачка топљења и кључања
  • 1.2 Густина
  • 1.3 Изотопи
  • 1.4 Токсичност
• 2 Хемијска својства
  • 2.1 Боје његових једињења
  • 2.2 Стања оксидације
  • 2.3 Средства за оксидацију и редукцију
• 3 Хемијска структура
• 4 Коришћење / апликације
  • 4.1 Структурно
  • 4.2 Биолошки
• 5 Како сте дошли?
  • 5.1 Реакције унутар пећи
• 6 Референце

Карактеристике гвожђа

Чисто гвожђе има своје карактеристике које га разликују од минерала. То је сјајни, сивкасти метал који реагује са кисеоником и влагом у ваздуху да би се трансформисао у одговарајући оксид. Ако у атмосфери није било кисеоника, сви украси и жељезне конструкције остали би нетакнути и без црвене хрђе..

Има високу механичку чврстоћу и тврдоћу, али је истовремено кован и дуктилан. То омогућава ковачима да фалсификују комаде са бројним облицима и дизајном подвргавајући жељезне масе интензивним температурама. Такође је добар проводник топлоте и електричне енергије.

Поред тога, једна од њених најдрагоцјенијих особина је њена интеракција са магнетима и његова способност магнетизације. Јавности су дате бројне демонстрације ефекта који магнети обезбеђују на кретање струготине гвожђа, као и на демонстрирање магнетног поља и полова магнета..

Тачке топљења и кључања

Гвожђе се топи на температури од 1535 ºЦ и кључа на 2750ºЦ. У свом течном и ужареном облику овај метал се добија. Поред тога, његове топлоте фузије и испаравања су 13,8 и 349,6 кЈ / мол.

Густина

Његова густина је 7,86 г / цм³. То значи да 1 мл овог метала тежи 7,86 грама.

Изотопи

У периодној табели, посебно у групи 8 периода 4, пронађено је гвожђе, са атомском масом од приближно 56у (26 протона, 26 електрона и 30 неутрона). Међутим, у природи постоје још три стабилна изотопа гвожђа, тј. Они имају исти број протона, али различите атомске масе..

Тхе ⁵⁶Вера је најраспрострањенија од свих (91,6%), а затим следи ⁵⁴Вера (5.9%), ⁵⁷Фе (2,2%) и на крају ⁵⁸Вера (0,33%). Ова четири изотопа чине све гвожђе на планети Земљи. У другим условима (ванземаљски), ови проценти могу да варирају, али вероватно ⁵⁶Вера је и даље најобилнија.

Други изотопи, са атомским масама које осцилирају између 46 и 69у, су веома нестабилне и имају краће полувреме од четири управо поменута..

Токсичност

Изнад свих карактеристика, то је нетоксичан метал. У супротном, потребни су специјални третмани (хемијски и физички), а немерљиви објекти и зграде представљали би латентни ризик за животну средину и живот.

Хемијска својства

Електронска конфигурација гвожђа је [Ар] 3д⁶4с², што значи да доприноси два електрона из своје 4с орбиталне и шест из 3д орбитала, за формирање својих металних веза унутар кристала. Управо ова кристална структура објашњава нека својства као што је феромагнетизам.

Такође, електронска конфигурација површно предвиђа стабилност њених катиона. Када гвожђе изгуби два електрона, Фе²⁺, остаје са конфигурацијом [Ар] 3д⁶ (под претпоставком да је орбита 4с одакле ти електрони долазе). Ако изгубиш три електрона, Фаитх³⁺, његова конфигурација је [Ар] 3д⁵.

Експериментално је показано да многи иони са валном конфигурацијом⁵ Врло су стабилне. Због тога, жељезо има тенденцију оксидације против врста које прихватају електрона да би постало Фе катион³⁺; и у мање оксидативном окружењу, у гвожђе катиону Фе²⁺.

Затим, у медијуму са малим присуством кисеоника, очекује се да превладавају једињења гвожђа. ПХ такође утиче на оксидационо стање гвожђа, јер се у веома киселом медију фаворизује његова трансформација у Фе³⁺.

Боје његових једињења

Тхе Фаитх²⁺ у раствору је зеленкаста, и Вера³⁺, меке љубичице. Исто тако, једињења гвожђа могу имати зелене или црвене боје у зависности од тога који катион је присутан и који јони или молекули их окружују.

Нијансе зелене се мењају у складу са електронским окружењем вере²⁺. Према томе, ФеО, оксид гвожђа, је веома тамно зелена чврста супстанца; док је ФеСО₄, железов сулфат, има светло зелене кристале. Друга једињења Фе²⁺ могу имати чак и плавичасте тонове, као у случају Пруског плавог.

То се дешава и са љубичастим нијансама Вере³⁺ у својим једињењима, која могу постати црвенкаста. На пример, хематит, Фаитх₂О₃, је оксид одговоран за многе комаде гвожђа који изгледају црвенкасто.

Међутим, знатан број једињења гвожђа је безбојан. Жељезни хлорид, ФеЦл₃, Безбојан је, зато што је Вера³⁺ Не налази се у ионској форми већ формира ковалентне везе (Фе-Цл).

Друга једињења су у ствари комплексне смеше Фе катиона²⁺ анд Фаитх³⁺. Њихове боје ће увек бити подложне интеракцији јона или молекула са гвожђем, мада, као што је поменуто, велика већина је плавичаста, љубичаста, црвенкаста (чак и жута) или тамно зелена.

Оксидациона стања

Као што је објашњено, гвожђе може имати оксидационо стање или валенцију од +2, или +3. Међутим, такође је могуће да учествује у неким једињењима са валенцијом од 0; то јест, не трпи никакав губитак електрона.

У овом типу једињења, гвожђе учествује у његовом сировом облику. На пример, Фе (ЦО)₅, Гвожђе пентакарбонил, састоји се од уља добијеног загревања порозног гвожђа са угљен моноксидом. Молекули ЦО се налазе у рупама течности, Фе је координиран са пет од ових (Фе-Ц≡О).

Средства за оксидацију и редукцију

Који од катиона, Фаитх²⁺ о Вера³⁺, Да ли се понашају као оксидациони или редукциони агенс? Тхе Фаитх²⁺ у киселом медију или у присуству кисеоника, губи електрон да постане Фе³⁺; стога је редукциони агенс:

Фаитх²⁺ => Вера³⁺ + е^-

И Вера³⁺ понаша се као оксидациони агенс у основном медију:

Фаитх³⁺ + е^- => Вера²⁺

Или чак:

Фаитх³⁺ + 3е^- => Вера

Хемијска структура

Гвожђе формира полиморфне чврсте материје, односно његови атоми метала могу усвојити различите кристалне структуре. На собној температури, његови атоми кристализују у јединичној јединици бцц: кубични центриран у телу (Боди Центеред Цубиц). Ова чврста фаза је позната као ферит, Фе α.

Ова бцц структура може бити последица чињенице да је гвожђе метална конфигурација⁶, са електронским празним простором од четири електрона.

Када се температура повећа, Фе атоми вибрирају због топлотног ефекта и усвајају, после 906 ° Ц, компактну кубичну ццп структуру:Цубиц Цлосест Пацкед). То је Фе γ, који се враћа у фазу Фе α на температури од 1401ºЦ. Након ове температуре, жељезо се топи на 1535 ° Ц.

А шта је са повећањем притиска? Када се повећа, он присиљава кристалне атоме да "стисну" у гушћу структуру: Фе β. Овај полиморф има компактну хцп: шестерокутну структуру (Хекагонал Цлосед Пацк).

Користи / апликације

Струцтурал

Жељезо има само неколико апликација. Међутим, када је обложен другим металом (или легуром, као што је коситар) заштићен је од корозије. Дакле, гвожђе је грађевински материјал присутан у зградама, мостовима, капијама, киповима, аутомобилима, машинама, трансформаторима итд..

Када се додају мале количине угљеника и других метала, њихова механичка својства су ојачана. Ове врсте легура су познате као челика. Челици граде готово све индустрије и њихове материјале.

С друге стране, жељезо помијешано с другим металима (неке од ријетких земаља) користи се за производњу магнета који се користе у електронској опреми.

Биологицал

Гвожђе игра битну улогу у животу. У нашим телима је део неких протеина, укључујући и ензим хемоглобин.

Без хемоглобина, носач кисеоника захваљујући металном Фе центру³⁺, Кисеоник се не може транспортовати у различите делове тела, јер је у води веома нерастворљив.

Хемоглобин путује кроз крв у мишићне ћелије, где је пХ вредност киселина и веће концентрације ЦО₂. Овде се дешава обрнути процес, тј. Кисеоник се ослобађа услед услова и његове ниске концентрације у овим ћелијама. Овај ензим може транспортовати укупно четири молекула О₂.

Како сте добили?

Због своје реактивности налази се у земљиној кори која формира оксиде, сулфиде или друге минерале. Стога се неке од њих могу користити као сировина; све ће зависити од трошкова и потешкоћа у смањењу гвожђа у његовом хемијском окружењу.

Индустријски, редукција оксида гвожђа је изводљивија од његових сулфида. Хематит и магнетит, Фе₃О₄, су главни извори овог метала, који реагују са угљеником (у облику кокса).

Гвожђе добијено овом методом је течно и са жарном нити и испражњено је у инготе (као лава каскада). Такође, могу се формирати велике количине гасова, који могу бити штетни за околину. Дакле, добијање гвожђа укључује разматрање многих фактора.

Реакције унутар пећи

Без навођења детаља њихове екстракције и транспорта, ови оксиди се крећу, заједно са коксом и кречњаком (ЦаЦО₃) за високе пећи. Екстраховани оксиди носе све врсте нечистоћа, које реагују са ЦаО ослобођеним термалном разградњом ЦаЦО₃.

Једном када се шаржа сировине напуни у рерну, у њеном доњем делу пролази струја ваздуха на 2000ºЦ, која сагорева кокс до угљен моноксида:

2Ц (с) + О₂(г) => 2ЦО (г) (2000ºЦ)

Овај ЦО се диже до врха пећи, где задовољава хематит и смањује га:

3Фе₂О₃(с) + ЦО (г) => 2Фе₃О₄(с) + ЦО₂(г) (200 ° Ц)

У магнетитима постоје Фејони²⁺, Производи за редукцију Фе³⁺ са ЦО. Затим се овај производ наставља смањивати са више ЦО:

Фаитх₃О₄(с) + ЦО (г) => 3ФеО (с) + ЦО₂(г) (700ºЦ)

Коначно, ФеО се своди на метално гвожђе, које се топи због високих температура пећи:

ФеО (с) + ЦО (г) => Фе (с) + ЦО₂(г)

Вера (с) => Вера (л)

У исто време ЦаО реагује са силикатима и нечистоћама, формирајући такозвану течну шљаку. Ова шљака је мање густа од течног гвожђа, због чега она лебди изнад ње и могу се одвојити обе фазе.

Референце

1. Национални центар за научне ресурсе. (с.ф.). Ирон. Преузето са: пропертиесофматтер.си.еду
2. Р Схип. (с.ф.). Ирон. Преузето са: хиперпхисицс.пхи-астр.гсу.еду
3. Б. Цалверт. (Децембар 2003). Гвожђе: метал Марса нам даје магнетизам и живот. Добављено из: мисите.ду.еду
4. Цхемицоле Периодиц Табле. (6. октобар 2012). Ирон. Преузето са: цхемицоол.цом
5. Баланс. (с.ф.). Метал Профиле: Ирон. Преузето са: тхебаланце.цом
6. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија (четврто издање). Мц Грав Хилл.
7. Цларк Ј. (29.11.2015). Екстракција гвожђа. Преузето са: цхем.либретектс.орг