ברזל (יסוד כימי) מאפיינים, מבנה כימי, משתמש

ה ברזל הוא מתכת המעבר הממוקם בקבוצה VIIIB או 8 של הטבלה המחזורית. זהו אחד המתכות כי כבר מודע מאז המוקדמות. הסינים, המצרים והרומאים, עבדו עם המתכת הזאת. מיצוי קל שלה מסומן שלב בהיסטוריה המכונה תקופת הברזל.

השם שלה נובע מהמילה 'פראום' בלטינית, ומכאן הסמל הכימי פיית 'שלה, זהו אלמנט תגובתי מאוד, ולכן הברק הכסוף שלה אינו נמצא בדרך כלל בטבע. בימי קדם, מתכת זו היתה למעשה מקוטלג עם ערך גבוה מזה של זהב בשל מחסור לכאורה שלה.

הצורה הטהורה שלה נמצאה באזורים של גרינלנד ובסלעים נודדים של קרקעות ברוסיה. בחלל השמימי, הוא האמין כי הוא מרכיב בשפע מטאוריטים, אשר לאחר שהשפיעו על כדור הארץ כמה שימרו את ברזל מגובש בחזה הסלעי שלהם.

אבל, חשוב יותר ברזל טהור, הם תרכובות שלה; במיוחד, תחמוצות שלה. תחמוצות אלה לכסות את פני השטח של כדור הארץ עם משפחה גדולה של מינרלים, כגון מגנטיט, pyrite, hematite, goethite, ועוד רבים. למעשה, את הצבעים שנצפו בהרי מאדים מדבריות הן בשל במידה רבה ההמטיט.

חפצי ברזל ניתן למצוא בתוך ערים או שדות. אלה שאין להם מגן הסרט, להפוך אדמדם כי הם corrode על ידי לחות וחמצן. אחרים, כמו פנס הדימוי הראשי, נשארים אפורים או שחורים.

ההערכה היא כי יש ריכוז מסיבי של מתכת זו בתוך הליבה של כדור הארץ. עד כדי כך, כי במצב נוזלי, המוצר של טמפרטורות גבוהות, זה יכול להיות אחראי על השדה המגנטי של כדור הארץ.

מצד שני, ברזל לא רק משלים את הקליפה של הפלנטה שלנו, אלא גם חלק מן החומרים המזינים הנדרשים על ידי יצורים חיים. לדוגמה, יש צורך להעביר חמצן לרקמות.

אינדקס

• 1 תכונות ברזל
  • 1.1 התכה ונקודות רתיחה
  • 1.2 צפיפות
  • 1.3 איזוטופים
  • 1.4 רעילות
• תכונות כימיות
  • 2.1 צבעים של תרכובות שלה
  • 2.2 מדינות חמצון
  • 2.3 חימצון וצמצום סוכנים
• מבנה כימי
• 4 שימושים / יישומים
  • 4.1 מבניים
  • 4.2 ביולוגי
• 5 איך מגיעים?
  • 5.1 תגובות בתוך הכבשנים
• 6 הפניות

מאפייני ברזל

ברזל טהור יש מאפיינים משלו להבדיל אותו מינרלים שלה. זהו מתכת מבריקה, אפרפרית, המגיבה עם חמצן ולחות באוויר כדי להפוך את תחמוצת המקביל שלה. אם לא היה חמצן באטמוספירה, כל הקישוטים ומבני הברזל יישארו ללא פגע וללא חלודה אדומה..

יש לו חוזק מכני גבוה וקשיות, אבל באותו זמן הוא חמקן רקיע. זה מאפשר נפחים לזייף חתיכות עם צורות רבות ועיצובים המסווה ברזל מסה לטמפרטורות אינטנסיבי. זה גם מנצח טוב של חום וחשמל.

בנוסף, אחת התכונות היקרות ביותר שלו היא האינטראקציה שלה עם מגנטים ואת היכולת שלה למגנט. לציבור הרחב ניתנו הפגנות רבות על ההשפעה שמגנטים מספקים על תנועת שבבי ברזל, וכן להדגים את השדה המגנטי ואת מוטות המגנט.

התכה ונקודות רתיחה

הברזל נמס בטמפרטורה של 1535 מעלות צלזיוס ומרתיח ב -2750 מעלות צלזיוס. בצורתו הנוזל והליבון מתקבל המתכת. בנוסף, החום של היתוך והתאיידות הם של 13.8 ו - 349.6 kJ / mol.

צפיפות

צפיפותו היא 7.86g / cm³. כלומר, כי 1mL של מתכת זו שוקל 7.86 גרם.

איזוטופים

בטבלה המחזורית, במיוחד בקבוצה 8 של תקופה 4, נמצא ברזל, עם מסה אטומית של כ -56u (26 פרוטונים, 26 אלקטרונים ו -30 נויטרונים). עם זאת, בטבע ישנם שלושה איזוטופים יציבים אחרים של ברזל, כלומר, יש להם את אותו מספר של פרוטונים אבל המוני אטומיים שונים.

ה ⁵⁶האמונה היא השכיחה מכולם (91.6%), ואחריה ⁵⁴אמונה (5.9%), ⁵⁷Fe (2.2%) ולבסוף ⁵⁸אמונה (0.33%). אלו ארבעת האיזוטופים המרכיבים את כל הברזל הנמצא בכדור הארץ. בתנאים אחרים (מחוץ לכדור הארץ), אחוז זה עשוי להשתנות, אבל אולי ⁵⁶האמונה ממשיכה להיות הכי שופע.

איזוטופים אחרים, עם מסה אטומית מתנודדת בין 46 ל 69u, הם מאוד לא יציב ויש להם חצי חיים קצרים יותר מאשר ארבעת המוזכרים.

רעילות

מעל לכל התכונות, זה מתכת רעיל. אחרת, יידרשו טיפולים מיוחדים (כימיים ופיזיים), וחפצים ומבנים בלתי ניתנים למדידה יהוו סיכון חבוי לסביבה ולחיים.

תכונות כימיות

תצורה אלקטרונית של ברזל הוא [Ar] 3d⁶4s², כלומר הוא תורם שני אלקטרונים מן 4S מסלולית שלה, ו 6 מן האורביטלים 3D, להיווצרות של קשרי מתכת בתוך הגביש. זה המבנה הגבישי הזה מסביר כמה מאפיינים כגון פרומגנטיות.

כמו כן, תצורה אלקטרונית באופן שטחי מנבא את היציבות של הקטיונים שלה. כאשר ברזל מאבד את שני האלקטרונים שלו, Fe²⁺, נשאר עם תצורה [Ar] 3d⁶ (בהנחה כי מסלול 4S הוא המקום שבו אלה האלקטרונים באים). אם אתה מאבד שלושה אלקטרונים, אמונה³⁺, התצורה שלו היא [Ar] 3d⁵.

ניסוי זה הוכח כי יונים רבים עם תצורה valence nd⁵ הם יציבים מאוד. לכן, ברזל נוטה לחמצן נגד מינים המקבלים אלקטרונים כדי להפוך קטיפה Fe Feric³⁺; ו בסביבה פחות חמצון, ב קטיפה הברזל Fe²⁺.

ואז, במדיום עם נוכחות חמצן קטנה, תרכובות ברזלי צפויים להשתלט. ה- pH משפיע גם על מצב החימצון של ברזל, שכן באמצעי חומצי מאוד הוא העדיף את השינוי שלה Fe³⁺.

צבעים של תרכובות שלה

האמונה²⁺ הפתרון הוא ירקרק, ואת האמונה³⁺, של סגול רך. כמו כן, תרכובות ברזל עשויים להיות בצבעי ירוק או אדום תלוי מה קטיון נוכח אילו יונים או מולקולות להקיף אותם.

הניואנסים של שינוי ירוק על פי הסביבה האלקטרונית של אמונה²⁺. לכן, FeO, תחמוצת הברזל, הוא מוצק מאוד ירוק כהה; בעוד FeSO₄, ברזל גופרתי, יש קריסטלים ירוקים. תרכובות פה אחרות²⁺ הם עשויים אפילו גוונים כחלחלים, כמו במקרה של כחול פרוסי.

זה קורה גם עם גוונים סגולים של אמונה³⁺ תרכובות שלה, אשר יכול להיות אדמדם. לדוגמה, hematite, אמונה₂הו₃, הוא תחמוצת האחראית על חלקים רבים של ברזל נראה אדמדם.

מספר רב של תרכובות ברזל, לעומת זאת, הם חסרי צבע. Ferric כלוריד, FeCl₃, זה חסר צבע, כי האמונה³⁺ זה באמת לא נמצא בצורה יונית אלא יצירת קשרים קוולנטיים (Fe-Cl).

תרכובות אחרות הן למעשה תערובות מורכבות של קטיון פה²⁺ ואת האמונה³⁺. הצבעים שלהם תמיד יהיו כפופים להם יונים או מולקולות אינטראקציה עם ברזל, אם כי כאמור, רוב גדול נוטים להיות כחלחל, סגול, אדמדם (אפילו צהוב) או ירוק כהה.

מדינות חמצון

כפי שהוסבר, ברזל יכול להיות מצב חמצון או valence של +2, או +3. עם זאת, ייתכן גם כי הוא משתתף בכמה compounds עם valence של 0; כלומר, זה לא סובל אובדן של אלקטרונים.

בסוג זה של תרכובות, ברזל משתתף בצורתו הגולמית. לדוגמה, Fe (CO)₅, ברזל pentacarbonyl, מורכב שמן המתקבל על ידי חימום ברזל נקבובי עם חד תחמוצת הפחמן. המולקולות של CO ממוקמות בחורים של הנוזל, Fe להיות מתואמת עם חמישה אלה (Fe-C≡O).

חמצון וצמצום סוכנים

איזו קטיון, אמונה²⁺ o אמונה³⁺, האם הם מתנהגים כחומר מחמצן או צמצום? האמונה²⁺ במדיום חומצי או בנוכחות חמצן, מאבד אלקטרון להיות Fe³⁺; לכן, הוא סוכן הפחתת:

אמונה²⁺ => אמונה³⁺ + ה^-

והאמונה³⁺ הוא מתנהג כסוכן חמצון במדיום בסיסי:

אמונה³⁺ + ה^- => אמונה²⁺

או אפילו:

אמונה³⁺ + 3 ה^- => אמונה

מבנה כימי

צורות ברזל יצוקים פולימורפיים, כלומר, אטומי המתכת שלה יכולים לאמץ מבנים גבישיים שונים. בטמפרטורת החדר, האטומים שלה מתגבשים ביחידה היחידה עותק: מעוקב מרוכז בגוף (גוף מעוקב מעוקב). שלב מוצק זה ידוע בשם פרית, Fe α.

זה מבנה bcc עשוי להיות בשל העובדה כי ברזל הוא תצורה מתכת⁶, עם אלקטרונית ארבעה אלקטרון פנוי.

כאשר הטמפרטורה עולה, אטומי Fe רוטט עקב אפקט תרמי ולאמץ, לאחר 906 מעלות צלזיוס, מבנה ccp מעוקב קומפקטי:מעוקב סגור ביותר). זהו γ Fe, אשר חוזר אל שלב α פה בטמפרטורה של 1401 מעלות צלזיוס. לאחר טמפרטורה זו, ברזל נמס ב 1535 מעלות צלזיוס.

ומה עם העלייה בלחץ? כאשר הוא מגביר, הוא מאלץ את אטומי הבדולח "לסחוט" לתוך מבנה צפוף יותר: Fe β. זה פולימורף יש hcp קומפקטי: מבנה משושה (משושה סגור).

שימושים / יישומים

מבנה

ברזל לבד יש יישומים מעטים. עם זאת, כאשר הוא מצופה מתכת אחרת (או סגסוגת, כגון פח) הוא מוגן מפני קורוזיה. לפיכך, ברזל הוא חומר בניין הנוכחי בבניינים, גשרים, שערים, פסלים, מכוניות, מכונות, שנאים, וכו '.

כאשר כמויות קטנות של פחמן ומתכות אחרות מתווספים, תכונות מכניות שלהם הם חיזקו. סוגים אלה של סגסוגות ידועים פלדות. הפלדות בונות כמעט את כל התעשיות והחומרים שלהן.

מצד שני, ברזל מעורבב עם מתכות אחרות (כמה נדיר Earths) שימש לייצור מגנטים המשמשים ציוד אלקטרוני.

ביולוגית

ברזל משחק תפקיד חיוני בחיים. בגופנו, זה חלק מחלבונים מסוימים, כולל המוגלובין האנזים.

ללא המוגלובין, המוביל של חמצן תודה על מרכז Fe מתכתי שלה³⁺, החמצן לא יכול להיות מועבר לאזורים שונים של הגוף, כי במים זה מאוד לא מסיס.

המוגלובין עובר דרך הדם לתאי שריר, כאשר ה- pH הוא חומצה וריכוזים גבוהים יותר של CO הם בשפע₂. כאן התהליך ההפוך מתרחשת, כלומר, חמצן הוא שוחרר בשל התנאים ריכוז נמוך שלה תאים אלה. אנזים זה יכול להעביר סך של ארבע מולקולות O₂.

איך אתה מקבל?

בשל תגובתיות שלה הוא נמצא קרום כדור הארץ להרכיב תחמוצות, גופרית או מינרלים אחרים. לכן, חלק מהם יכולים לשמש חומר גלם; הכל יהיה תלוי בעלויות והקשיים להפחית ברזל בסביבה הכימית שלו.

מבחינה תעשייתית, הפחתת תחמוצות הברזל היא ריאלית יותר מאשר הגופרית שלה. המטיט ומגנטיט, פה₃הו₄, הם המקורות העיקריים של מתכת זו, אשר מגיבים עם פחמן (בצורה של קוקאין).

הברזל המתקבל על ידי שיטה זו הוא נוזלי וליבון, והוא מרוקן לתוך מטילי מטילי (כמו מפל לבה). כמו כן, כמויות גדולות של גזים יכול להיווצר, אשר יכול להזיק לסביבה. לכן, קבלת ברזל כרוך השיקול של גורמים רבים.

תגובות בתוך התנורים

מבלי לנקוב בשמות של החילוץ וההובלה שלהם, אלה תחמוצות לנוע, יחד עם קוקאין אבן גיר (CaCO₃) כדי תנורים הפיצוץ. תחמוצות חילוץ לשאת כל מיני זיהומים, אשר מגיבים עם CaO שוחרר מן הפירוק התרמי של CaCO₃.

לאחר טעינה של אצווה של חומר גלם לתנור, בחלק התחתון שלה מפעילה זרם של אוויר ב 2000 ºC, אשר הבעירה את קולה כדי חד תחמוצת הפחמן:

2C (ים) + O₂(g) => 2CO (g) (2000ºC)

זה CO עולה בראש הכבשן, שם הוא פוגש hematite ומקטין אותו:

3Fe₂הו₃(ים) + CO (g) => 2Fe₃הו₄(ים) + CO₂(g) (200 ° C)

במגנטיט יש יונים פה²⁺, Fe מוצרים הפחתת³⁺ עם CO. לאחר מכן, מוצר זה ממשיך להיות מופחת עם יותר CO:

אמונה₃הו₄(ים) + CO (g) => 3 FeO (ים) + CO₂(g) (700ºC)

לבסוף, FeO בסופו של דבר להיות מופחת ברזל מתכתי, אשר נמס בשל הטמפרטורות הגבוהות של הכבשן:

FeO (ים) + CO (g) => Fe (ים) + CO₂(ז)

אמונה (ים) => אמונה (l)

בעוד באותו זמן CaO מגיב עם silicates ו זיהומים, ויצרו את מה שמכונה סיגים נוזלי. זה סיגים פחות צפוף מאשר ברזל נוזלי, ולכן הוא מרחף מעל זה ואת שני השלבים ניתן להפריד.

הפניות

1. המרכז הלאומי למדע משאבים. (s.f.). ברזל. מקור: מאפיינים
2. R ספינה. (s.f.). ברזל. מקור: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
3. ב Calvert. (דצמבר 2003). ברזל: המתכת של מאדים מעניקה לנו מגנטיות וחיים. מקור: mysite.du.edu
4. לוח זמנים תקופתי. (6 באוקטובר 2012). ברזל. מקור: chemicool.com
5. היתרה. (s.f.). פרופיל מתכת: ברזל. נלקח מ: thebalance.com
6. צמרמורת & אטקינס. (2008). כימיה אנאורגנית (מהדורה רביעית). מק גרב היל.
7. קלארק ג '(29 נובמבר 2015). הפקת הברזל. מקור: chem.libretexts.org