El ferro és un element químic conegut. Pertany als metalls amb reactivitat mitjana. Considerarem les propietats i l'ús del ferro en aquest article.
Prevalència a la natura
Hi ha un nombre bastant gran de minerals que inclouen ferrum. En primer lloc, és magnetita. És un setanta-dos per cent de ferro. La seva fórmula química és Fe3O4. Aquest mineral també s'anomena mineral de ferro magnètic. Té un color gris clar, de vegades amb gris fosc, fins a negre, amb una brillantor metàl·lica. El seu dipòsit més gran entre els països de la CEI es troba als Urals.
El següent mineral amb un alt contingut de ferro és l'hematita: el setanta per cent està compost per aquest element. La seva fórmula química és Fe2O3. També s'anomena mineral de ferro vermell. Té un color des del vermell-marró fins al vermell-gris. El jaciment més gran del territori dels països de la CEI es troba a Krivoy Rog.
El tercer mineral pel que fa al contingut de ferro és la limonita. Aquí, el ferro és el seixanta per cent de la massa total. És un hidrat cristal·lí, és a dir, les molècules d'aigua es teixeixen a la seva xarxa cristal·lina,la seva fórmula química és Fe2O3•H2O. Com el seu nom indica, aquest mineral té un color groc-marró, de vegades marró. És un dels components principals de l'ocre natural i s'utilitza com a pigment. També s'anomena pedra de ferro marró. Els casos més grans són Crimea, Ural.
En siderita, l'anomenat mineral de ferro espar, quaranta-vuit per cent de ferrum. La seva fórmula química és FeCO3. La seva estructura és heterogènia i està formada per cristalls de diferents colors connectats entre ells: gris, verd pàl·lid, gris-groc, marró-groc, etc.
L'últim mineral natural amb un alt contingut en ferro és la pirita. Té la fórmula química següent: FeS2. El ferro que hi ha constitueix el quaranta-sis per cent de la massa total. A causa dels àtoms de sofre, aquest mineral té un color groc daurat.
Molts dels minerals considerats s'utilitzen per obtenir ferro pur. A més, l'hematita s'utilitza en la fabricació de joies amb pedres naturals. Les inclusions de pirita es poden trobar a les joies de lapislàtzuli. A més, el ferro es troba a la natura en la composició dels organismes vius: és un dels components més importants de la cèl·lula. Aquest oligoelement s'ha de subministrar al cos humà en quantitats suficients. Les propietats curatives del ferro es deuen en gran part al fet que aquest element químic és la base de l'hemoglobina. Per tant, l'ús de ferrum té un bon efecte en l'estat de la sang i, per tant, en tot l'organisme en conjunt.
Ferro: propietats físiques i químiques
Considerem aquestes dues grans seccions en ordre. Les propietats físiques del ferro són l'aspecte, la densitat, el punt de fusió, etc. És a dir, totes les característiques distintives d'una substància que s'associen a la física. Les propietats químiques del ferro són la seva capacitat de reaccionar amb altres compostos. Comencem pel primer.
Propietats físiques del ferro
En la seva forma pura en condicions normals, és un sòlid. Té un color gris platejat i una brillantor metàl·lica pronunciada. Les propietats mecàniques del ferro inclouen el nivell de duresa a l'escala de Mohs. És igual a quatre (mitjana). El ferro té una bona conductivitat elèctrica i tèrmica. L'última característica es pot sentir tocant un objecte de ferro en una cambra freda. Com que aquest material condueix la calor ràpidament, absorbeix la major part de la calor de la pell en poc temps i et fa sentir fred.
Tocant, per exemple, un arbre, es pot observar que la seva conductivitat tèrmica és molt menor. Les propietats físiques del ferro són els seus punts de fusió i ebullició. El primer és de 1539 graus centígrads, el segon és de 2860 graus centígrads. Es pot concloure que les propietats característiques del ferro són una bona ductilitat i fusibilitat. Però això no és tot.
A més, les propietats físiques del ferro inclouen el seu ferromagnetisme. Què és això? El ferro, les propietats magnètiques del qual podem observar en exemples pràctics cada dia, és l'únic metall que en técaracterística distintiva única. Això es deu al fet que aquest material es pot magnetitzar sota la influència d'un camp magnètic. I després de la finalització de l'acció d'aquest últim, el ferro, les propietats magnètiques del qual s'acaben de formar, segueix sent un imant durant molt de temps. Aquest fenomen es pot explicar pel fet que a l'estructura d'aquest metall hi ha molts electrons lliures capaços de moure's.
Des del punt de vista de la química
Aquest element pertany als metalls d'activitat mitjana. Però les propietats químiques del ferro són típiques de tots els altres metalls (excepte els que es troben a la dreta de l'hidrogen en la sèrie electroquímica). És capaç de reaccionar amb moltes classes de substàncies.
Comença senzill
El ferro interacciona amb l'oxigen, el nitrogen, els halògens (iode, brom, clor, fluor), fòsfor i carboni. El primer que cal tenir en compte són les reaccions amb l'oxigen. Quan es crema ferrum, es formen els seus òxids. Segons les condicions de la reacció i les proporcions entre els dos participants, es poden variar. Com a exemple d'aquestes interaccions, es poden donar les següents equacions de reacció: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. I les propietats de l'òxid de ferro (tant físiques com químiques) poden variar, segons la seva varietat. Aquest tipus de reaccions es produeixen a altes temperatures.
Següent - interacció amb nitrogen. També només pot passarsubjectes a calefacció. Si prenem sis mols de ferro i un mol de nitrogen, obtenim dos mols de nitrur de ferro. L'equació de reacció tindrà aquest aspecte: 6Fe + N2=2Fe3N.
En interactuar amb el fòsfor, es forma un fosfur. Per dur a terme la reacció, són necessaris els components següents: per a tres mols de ferro - un mol de fòsfor, com a resultat, es forma un mol de fosfur. L'equació es pot escriure de la següent manera: 3Fe + P=Fe3P.
A més, entre les reaccions amb substàncies simples, també es pot distingir la interacció amb el sofre. En aquest cas, es pot obtenir sulfur. El principi pel qual es produeix el procés de formació d'aquesta substància és similar als descrits anteriorment. És a dir, es produeix una reacció d'addició. Totes les interaccions químiques d'aquest tipus requereixen condicions especials, principalment altes temperatures, menys sovint catalitzadors.
Les reaccions entre el ferro i els halògens també són habituals a la indústria química. Aquests són la cloració, la bromació, la iodació, la fluoració. Com es desprèn dels noms de les mateixes reaccions, aquest és el procés d'afegir àtoms de clor / brom / iode / fluor als àtoms de ferro per formar clorur / bromur / iodur / fluor, respectivament. Aquestes substàncies s'utilitzen àmpliament en diverses indústries. A més, ferrum és capaç de combinar-se amb silici a altes temperatures. A causa de les seves diverses propietats químiques, el ferro s'utilitza sovint a la indústria química.
Ferrum i substàncies complexes
De les substàncies simples, passem a aquelles les molècules de les quals consisteixen en dues o mésdiversos elements químics. El primer que cal esmentar és la reacció del ferrum amb l'aigua. Aquestes són les principals propietats del ferro. Quan s'escalfa l'aigua juntament amb el ferro, es forma un òxid bàsic (s'anomena així perquè en interaccionar amb la mateixa aigua forma un hidròxid, és a dir, una base). Per tant, si preneu un mol dels dos components, substàncies com el diòxid de ferro i l'hidrogen es formen en forma de gas amb una olor picant, també en proporcions molars d'un a un. L'equació d'aquest tipus de reacció es pot escriure de la següent manera: Fe + H2O=FeO + H2. Segons les proporcions en què es barregin aquests dos components, es pot obtenir diòxid o triòxid de ferro. Ambdues substàncies són molt comunes a la indústria química i també s'utilitzen en moltes altres indústries.
Amb àcids i sals
Com que el ferro es troba a l'esquerra de l'hidrogen en la sèrie electroquímica d'activitat dels metalls, és capaç de desplaçar aquest element dels compostos. Un exemple d'això és la reacció de substitució que es pot observar quan s'afegeix ferro a un àcid. Per exemple, si barregeu ferro i àcid sulfat (també conegut com àcid sulfúric) de concentració mitjana en les mateixes proporcions molars, el resultat serà sulfat fèrric (II) i hidrogen en les mateixes proporcions molars. L'equació d'aquesta reacció seria així: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
En interactuar amb les sals, apareixen les propietats reductores del ferro. És a dir, amb l'ajuda d'ell es pot aïllar de la sal un metall menys actiu. Per exemple, siagafeu un mol de sulfat de coure i la mateixa quantitat de ferro, llavors podeu obtenir sulfat de ferro (II) i coure pur en les mateixes proporcions molars.
Valor per al cos
Un dels elements químics més comuns de l'escorça terrestre és el ferro. Ja hem considerat les propietats de la matèria, ara l'abordarem des del punt de vista biològic. Ferrum realitza funcions molt importants tant a nivell cel·lular com a nivell de tot l'organisme. En primer lloc, el ferro és la base d'una proteïna com l'hemoglobina. És necessari per al transport d'oxigen a través de la sang des dels pulmons a tots els teixits, òrgans, a totes les cèl·lules del cos, principalment a les neurones del cervell. Per tant, no es poden sobreestimar les propietats beneficioses del ferro.
A més del fet que afecta la formació de sang, el ferro també és important per al ple funcionament de la glàndula tiroide (això requereix no només iode, com alguns creuen). El ferro també participa en el metabolisme intracel·lular, regula la immunitat. Ferrum també es troba en quantitats especialment grans a les cèl·lules del fetge, ja que ajuda a neutralitzar les substàncies nocives. També és un dels components principals de molts tipus d'enzims del nostre cos. La dieta diària d'una persona hauria de contenir de deu a vint mil·ligrams d'aquest oligoelement.
Aliments rics en ferro
N'hi ha molts. Són d'origen tant vegetal com animal. Els primers són cereals, llegums, cereals (especialment blat sarraí), pomes, bolets (porcini), fruits secs, rosa mosqueta, peres, préssecs,alvocat, carbassa, ametlles, dàtils, tomàquets, bròquil, col, nabius, mores, api, etc. El segon - fetge, carn. L'ús d'aliments rics en ferro és especialment important durant l'embaràs, ja que el cos del fetus en desenvolupament necessita una gran quantitat d'aquest oligoelement per a un creixement i desenvolupament adequats.
Signes de deficiència de ferro
Els símptomes d'entrar massa poc ferrum al cos són fatiga, congelació constant de mans i peus, depressió, cabells i ungles trencadissos, disminució de l'activitat intel·lectual, trastorns digestius, baix rendiment i trastorns de la tiroide. Si observeu més d'un d'aquests símptomes, és possible que vulgueu augmentar la quantitat d'aliments rics en ferro a la vostra dieta o comprar vitamines o suplements que contenen ferrum. A més, assegureu-vos de veure un metge si experimenteu algun d'aquests símptomes amb massa intensitat.
Ús de ferrum a la indústria
Els usos i propietats del ferro estan estretament relacionats. A causa del seu ferromagnetisme, s'utilitza per fabricar imants -tant més febles per a usos domèstics (imants de nevera de records, etc.) com més forts- amb finalitats industrials. A causa del fet que el metall en qüestió té una gran resistència i duresa, s'ha utilitzat des de l'antiguitat per a la fabricació d'armes, armadures i altres eines militars i domèstiques. Per cert, fins i tot a l'antic Egipte, es coneixia el ferro del meteorit, les propietatsque són superiors a les del metall normal. A més, un ferro tan especial es va utilitzar a l'antiga Roma. En van fer armes d'elit. Només una persona molt rica i noble podria tenir un escut o una espasa de metall de meteorit.
En general, el metall que estem considerant en aquest article és el més versàtil utilitzat entre totes les substàncies d'aquest grup. En primer lloc, se'n fa acer i ferro colat, que serveixen per produir tot tipus de productes necessaris tant a la indústria com a la vida quotidiana.
El ferro colat és un aliatge de ferro i carboni, en el qual el segon està present de l'1,7 al 4,5 per cent. Si el segon és inferior a l'1,7 per cent, aquest tipus d'aliatge s'anomena acer. Si hi ha aproximadament un 0,02 per cent de carboni a la composició, això ja és ferro tècnic normal. La presència de carboni a l'aliatge és necessària per donar-li una major resistència, resistència a la calor i resistència a l'òxid.
A més, l'acer pot contenir molts altres elements químics com a impureses. Això és manganès, fòsfor i silici. També es poden afegir crom, níquel, molibdè, tungstè i molts altres elements químics a aquest tipus d'aliatge per donar-li certes qualitats. Els tipus d'acer en què hi ha una gran quantitat de silici (al voltant del quatre per cent) s'utilitzen com a acers de transformació. Els que contenen molt manganès (fins al dotze o catorze per cent) troben la seva aplicació en la fabricació de peces.ferrocarrils, molins, trituradores i altres eines que es desgasten ràpidament.
El molibdè s'introdueix a la composició de l'aliatge per fer-lo més estable tèrmicament; aquests acers s'utilitzen com a acers per a eines. A més, per obtenir acers inoxidables coneguts i d'ús habitual en forma de ganivets i altres eines domèstiques, cal afegir crom, níquel i titani a l'aliatge. I per aconseguir un acer dúctil resistent als cops, d' alta resistència, n'hi ha prou amb afegir-hi vanadi. Quan s'introdueix a la composició del niobi, és possible aconseguir una alta resistència a la corrosió i als efectes de substàncies químicament agressives.
La magnetita mineral, que es va esmentar al principi de l'article, és necessària per a la fabricació de discs durs, targetes de memòria i altres dispositius d'aquest tipus. Per les seves propietats magnètiques, el ferro es pot trobar en la construcció de transformadors, motors, productes electrònics, etc. A més, el ferro es pot afegir a altres aliatges metàl·lics per donar-los una major resistència i estabilitat mecànica. El sulfat d'aquest element s'utilitza en horticultura per al control de plagues (juntament amb el sulfat de coure).
Els clorurs de ferro són indispensables per a la purificació de l'aigua. A més, la pols de magnetita s'utilitza en impressores en blanc i negre. L'ús principal de la pirita és obtenir-ne àcid sulfúric. Aquest procés es produeix al laboratori en tres etapes. En la primera etapa, la pirita de ferro es crema per produir òxid de ferro i diòxid de sofre. El segon pas és la conversió del diòxidsofre al seu triòxid amb la participació d'oxigen. I en l'etapa final, la substància resultant es fa passar pel vapor d'aigua en presència de catalitzadors, obtenint així àcid sulfúric.
Aconseguint el ferro
Aquest metall s'extreu principalment dels seus dos minerals principals: magnetita i hematita. Això es fa reduint el ferro dels seus compostos amb carboni en forma de coc. Això es fa en alts forns, la temperatura en què arriba als dos mil graus centígrads. A més, hi ha una manera de reduir el ferro amb hidrogen. Això no requereix un alt forn. Per implementar aquest mètode, s'agafa argila especial, es barreja amb mineral triturat i es tracta amb hidrogen en un forn d'eix.
Conclusió
Les propietats i usos del ferro són variats. Aquest és potser el metall més important de les nostres vides. Després de ser conegut per la humanitat, va substituir el bronze, que en aquella època era el material principal per a la fabricació de totes les eines, així com les armes. L'acer i el ferro colat són en molts aspectes superiors a l'aliatge de coure-estany pel que fa a les seves propietats físiques i resistència a l'estrès mecànic.
A més, el ferro és més comú al nostre planeta que molts altres metalls. La seva fracció de massa a l'escorça terrestre és gairebé el cinc per cent. És el quart element químic més abundant a la natura. A més, aquest element químic és molt important per al funcionament normal de l'organisme dels animals i les plantes, principalment perquè l'hemoglobina es construeix sobre la seva base. El ferro és un micronutrient essencialque és important per mantenir la salut i el funcionament normal dels òrgans. A més de l'anterior, és l'únic metall que té propietats magnètiques úniques. És impossible imaginar la nostra vida sense ferrum.
