Charakterystyka żelaza (pierwiastka), struktura chemiczna, wykorzystuje

On żelazo Jest to metal przejściowy, który należy do grupy 8 lub viiib stolika okresowego i jest reprezentowany z symbolem chemicznym Fe. Jest to szarawy metal, plastyczny, plastyczny i o wielkiej wytrwałości, używany w wielu zastosowaniach bardzo przydatnych dla człowieka i społeczeństwa.

Stanowi 5% skorupy ziemskiej, a także drugim najliczniejszym metalem po aluminium. Ponadto jego obfitość jest przezwyciężona przez tlen i krzem. Jednak w odniesieniu do jądra Ziemi 35% z nich składa się z metalicznego i ciekłego żelaza.

Alchemist-HP (rozmowa) (www.Pse-Mendelejew.of) [fal lub gfdl 1.2 (http: // www.gnu antylopa.Org/licencje/stare licencje/FDL-1.2.html)]

Poza jądrem lądowym żelazo nie jest metalem, ponieważ szybko utlenia się po wystawieniu na wilgotne powietrze. Znajduje się w skałach bazaltowych, osadach karbońskich i meteorytach; ogólnie w stopie z niklem, jak w minerałach Kamacita.

Główne minerały żelaza używane do eksploatacji wydobycia to: hematyt (tlenek żelaza, wiara₂ALBO₃), Magnetyt (tlenek ferrosoferryczny, wiara₃ALBO₄), Limonit (wodorotlenek tlenku żeglarskim, [brzydki (OH) nh₂O]) i siderit (węglan żelaza, feCo₃).

Średnio człowiek ma 4,5 g zawartości żelaza, z czego 65 % ma postać hemoglobiny. Białko to interweniuje w transporcie tlenu we krwi i jego dystrybucji do różnych tkanek, do późniejszego zbierania przez mioglobinę i neuroglobinę.

Pomimo licznych korzyści żelaza dla człowieka, nadmiar metalu może mieć bardzo poważne toksyczne działania, szczególnie na wątrobę, układ sercowo -naczyniowy i trzustkę; Tak jest w przypadku dziedzicznej choroby hematochromatyzmu.

Żelazo jest synonimem budowy, siły i wojen. Z drugiej strony, po jego obfitości zawsze jest alternatywą, aby wziąć pod uwagę opracowanie nowych materiałów, katalizatorów, leków lub polimerów; I pomimo czerwonego koloru jego rdzewień, jest to zielony metal dla środowiska.

[TOC]

Historia

Antyk

Żelazo było ścigane przez tysiąclecia. Trudno jednak znaleźć żelazne obiekty w tak starożytnym wieku ze względu na ich podatność na Corroze, co powoduje jego zniszczenie. Najstarsze obiekty żelaza zostały wykonane z tym, które można znaleźć w meteorytach.

Takie są rodzajem rachunków opracowanych w 3500 do.C., Znaleziono w Gerzah, Egipt i sztylet znaleziony w grobie Tutanchhamun. Żelazne meteoryty charakteryzują się wysoką zawartością niklu, więc możliwe było zidentyfikowanie ich pochodzenia w tych obiektach.

Dowody żeliwa w Asmar, Mezopotamii i Bazaar Chagar w Syrii znaleziono również od 3000 do 2700 do 2700.C. Chociaż odlewnia żelaza rozpoczęła się w epoce brązu, zajęło wieki, w których mogła przenieść się do brązu.

Ponadto znaleziono żeliwne artefakty w Indiach, 1800 do 1200 do.C. A w Levante, około 1500 do.C. Uważa się, że epoka żelaza zaczęła się w 1000 roku.C., Zmniejszając koszty jego produkcji.

Pojawia się w Chinach od 700 do 500 do.C., Prawdopodobnie przetransportowany przez Azję Środkową. Pierwsze obiekty żelaza znaleziono w Luhe Jiangsu w Chinach.

Europa

Wykute żelazo zostało wyprodukowane w Europie, używając galowych połączeń. W tym procesie stosowanie węgla było wymagane jako paliwo.

Wysokie średniowieczne piekarniki miały 3,0 m wysokości, zostały wykonane z zapalonych cegieł, a powietrze było dostarczane przez ręczne mieszki. W 1709 r.

Dostępność taniego żelaza była jednym z czynników, które doprowadziły do ​​rewolucji przemysłowej. W tym okresie rozpoczęło się udoskonalenie żelaza z żelazem, które było używane do budowy mostów, statków, depozytów itp.

Stal

Stal wykorzystuje stężenie węgla większe niż kutego żelaza. Stal miała miejsce w Luristanie w Persji, w 1000 roku.C. W rewolucji przemysłowej opracowano nowe metody produkcji żelaznych prętów bez węgla, które następnie zastosowano do produkcji stali.

Pod koniec lat 50. XIX wieku Henry Bessemer zaprojektował powietrze do stopionego arrabio, aby produkować słodką stal, co sprawiło, że produkcja najbardziej ekonomicznej stali. Spowodowało to spadek produkcji z kutego żelaza.

Nieruchomości

https: // giphy.com/gifs/metal-aluminium-73sauwqj7xhc

Wygląd

Metalowy połysk z szarawnym barwnikiem.

Masa atomowa

55 845 u.

Liczba atomowa (z)

26

Temperatura topnienia

1.533 ° C

Punkt wrzenia

2.862 ºC

Gęstość

-Temperatura otoczenia: 7874 g/ml.

-Punkt fuzji (ciecz): 6980 g/ml.

Fusion Heat

13,81 kJ/mol

Ciepło parowe

340 kJ/mol

Może ci służyć: hipochloryt potasowy (KCLO)

Pojemność kaloryczna trzonowa

25,10 J/(mol · k)

Energia jonizacji

-Pierwszy poziom jonizacji: 762,5 kJ/mol (wiara⁺ gazowy)

-Drugi poziom jonizacji: 1.561,9 kJ/mol (wiara²⁺ gazowy)

-Jonizacja trzeciego poziomu: 2.957, KJ/mol (wiara³⁺ gazowy)

Elektronialiczność

1.83 w skali Pauling

Radio atomowe

Empiryczne 126 PM

Przewodność cieplna

80,4 W/(M · K)

Rezystancja

96,1 Ω · m (przy 20 ° C)

Curie Point

W przybliżeniu 770 ° C. W tej temperaturze żelazo przestaje być ferromagnetyczne.

Izotopy

Stabilne izotopy: ⁵⁴Wiara, z obfitością 5,85%; ⁵⁶Wiara, z obfitością 91,75%; ⁵⁷Wiara, z obfitością 2,12%; I ⁵⁷Wiara, z obfitością 0,28%. Będąc ⁵⁶Wiara Najbardziej stabilna i obfity izotop nie jest zaskoczony, że masa atomowa żelaza jest bardzo blisko 56 u.

Podczas gdy izotopy radioaktywne to: ⁵⁵Wiara, ⁵⁹Wiara i ⁶⁰Wiara.

Struktura elektroniczna i konfiguracja

-Alotropy

Żelazo w temperaturze pokojowej krystalizuje się w strukturze sześciennej skupionej na ciele (BCC), znanym również jako α-FE lub ferryt (w obrębie żargonu metalurgicznego). Ponieważ możesz przyjąć różne struktury krystaliczne w zależności od temperatury i ciśnienia, mówi się, że żelazo jest metalem alotropowym.

BCC Alotrope to powszechne żelazo (ferromagnetyczne), którego ludzie wiedzą tak wiele i przyciąga magnes. Kiedy jest ogrzewany powyżej 771 °. Pozostałe alotropy żelaza są również paramagnetyczne.

Od 910 ° C do 1394 °. Konwersja między Austenita i Ferrita ma istotny wpływ na produkcję stali; Ponieważ atomy węgla są bardziej rozpuszczalne w austenicie niż w ferryt.

A następnie, powyżej 1394 ° Ale w przeciwieństwie do ferrytu, ten alotropowy jest paramagnetyczny.

Żelazo opsilon

Poprzez zwiększenie ciśnienia do 10 GPa, w temperaturze kilkuset stopni Celsjusza, alotropowy α lub ferryt ewoluuje do alotrope ε, Epsilon, charakteryzujące się krystalizacją w zwartej strukturze sześciokątnej; to znaczy z najbardziej zagęszczonymi atomami wiary. To jest czwarta alotropowa forma żelaza.

Niektóre badania teoretyzują możliwe istnienie innych żelazek żelaza pod takim ciśnieniem, ale w jeszcze wyższych temperaturach.

-Metal Link

Niezależnie od żelaza alotropo i temperatury, która „miesza” jego atomy wiary lub ciśnienie, które je zagęszczają, oddziałują ze sobą z tymi samymi elektronami walencji; Są to te pokazane w ich konfiguracji elektronicznej:

[AR] 3D⁶ 4s²

Dlatego istnieje osiem elektronów uczestniczących w wiązaniu metalowym, czy to osłabia, czy wzmacnia podczas przejść alotropowych. To także te osiem elektronów definiują właściwości żelaza, takie jak przewodność termiczna lub elektryczna.

-Liczby utleniania

Najważniejsze liczby utleniania (i powszechne) żelaza to +2 (wiara²⁺) i +3 (wiara³⁺). W rzeczywistości konwencjonalna nomenklatura rozważa tylko te dwie liczby lub stany. Istnieją jednak związki, w których żelazo może wygrać lub stracić kolejną ilość elektronów; to znaczy zakłada się istnienie innych kationów.

Na przykład żelazo może również mieć +1 liczby utleniania (wiara⁺), +4 (wiara⁴⁺), +5 (wiara⁵⁺), +6 (wiara⁶⁺) i +7 (wiara⁷⁺). Gatunki anionowe Ferrato, brzydkie₄^2-, Ma żelazo z liczbą utleniania +6, ponieważ cztery atomy tlenu utleniły je do tak ekstremalnej.

Podobnie żelazo może mieć ujemne liczby utleniania; takie jak: -4 (wiara^4-), -2 (wiara^2-) i -1 (wiara^-). Jednak związki, które mają centra żelaza z tymi zyski elektronów, są bardzo rzadkie. Dlatego, chociaż w tym aspekcie przekracza mangan, ta ostatnia forma znacznie bardziej stabilnych związków z zakresem stanów utleniania.

Wynik, dla celów praktycznych, po prostu rozważ wiarę²⁺ lub wiara³⁺; Pozostałe kationy są zarezerwowane dla niektórych określonych jonów lub związków.

Jak to jest uzyskiwane?

Ozdoby stalowe, najważniejszy stop. Źródło: Pxhere.

Kolekcja surowców

Musi przejść do lokalizacji najbardziej odpowiednich minerałów do wykorzystywania minerałów żelaza. Najczęściej używanymi minerałami do uzyskania są: hematyt (wiara₂ALBO₃), Magnetyt (wiara₃ALBO₄) Limonit (brzydki · oh · nh₂O) i siderite (feco₃).

Może ci służyć: chlorek chromowy (CRCL3): struktura, właściwości, zastosowania

Następnie pierwszym krokiem w ekstrakcji jest zbieranie skał za pomocą rudy żelaza. Te skały są zmiażdżone, aby je podzielić w kawałki małych rozmiarów. Następnie istnieje faza selekcji fragmentów skał z żelaznym minerałem.

W wyborze następuje dwie strategie: zastosowanie pola magnetycznego i sedymentacji w wodzie. Fragmenty skały są poddawane polu magnetycznemu, a fragmenty z minerałami są w nim zorientowane, a można je oddzielić.

W drugiej metodzie fragmenty skaliste są odprowadzane do wody, a te, które zawierają żelazo, ponieważ są cięższe, są usiane na dnie wody, znajdując się na szczycie okazji, ponieważ ma mniejszą wagę.

Wielki Piec

Wysoki piekarnik, w którym produkowana jest stal. Źródło: Pixabay.

Minerały żelaza są transportowane do wysokich piekarników, gdzie są rozlane razem z węglem koksowym, który ma papier paliwowy i dostawcę węgla. Ponadto dodaje się wapień lub wapień, który spełnia funkcję założyciela.

Do krótkiego piekarnika, z poprzednią mieszanką, gorące powietrze jest wstrzykiwane w temperaturze 1.000 ºC. Żelazo topi się przez spalanie węgla, które przenosi temperaturę do 1.800 ° C. Gdy ciecz nazywa się arrabio, który gromadzi się na dnie piekarnika.

Arrabio jest wydobywane z piekarnika i wlewa się do pojemników, aby je przetransportować do nowej odlewni; Podczas gdy żużla, nieczystość znajdująca się na powierzchni arrabio, jest odrzucana.

Arrabio wylewa się przez użycie łyżek odlewań w piekarniku konwertera, wraz z kamieniem wapiennym jako stopieniem, a tlen wprowadza. Zatem zawartość węgla jest zmniejszona, udoskonalając arrabio, aby zamienić go w stal.

Następnie stal przechodzi przez piekarniki elektryczne w celu produkcji stali specjalnych.

Aplikacje

-Żelazo metaliczne

Żelazny most w Anglii, jedna z konstrukcji sojowych wykonanych z żelaza lub jego stopów. Źródło: Brak, który można odczytać, nie dostarczył autora. Jasonjsmith przyjął (na podstawie roszczeń dotyczących praw autorskich). [Domena publiczna]

Ponieważ jest to metal o niskiej produkcji, plastyczny, plastyczny i zamieniony w odporną na korozję, osiągnięto, że jest to najbardziej przydatny metal dla człowieka, w różnych postaci.

Żelazo służy do budowy:

-Mosty

-Podstawy budynków

-Drzwi i okna

-Łodzie

-Różne narzędzia

-Rury do wody pitnej

-Rurki do zbierania ścieków

-Meble ogrodowe

-Klasy dla gospodarstw domowych

Jest również używany w opracowaniu przyborów domowych, takich jak garnki, patelnie, noże, posiadacze. Ponadto jest stosowany w produkcji lodówek, kuchni, pralki, zmywarki, mikserów, piekarników, tosterów.

Krótko mówiąc, żelazo jest obecne we wszystkich przedmiotach otaczających mężczyznę.

Nanocząstki

Żelazo metaliczne przygotowują się również jako nanocząstki, które są bardzo reaktywne i zachowują właściwości magnetyczne makroskopowego ciała stałego.

Te kule wiary (i jej wiele dodatkowych morfologii) są wykorzystywane do oczyszczania wody związków chlorowych, a jako podtrzymywania leków przyjętych do wybranych obszarów ciała poprzez zastosowanie pola magnetycznego.

Mogą również służyć jako podparcie katalityczne w reakcjach, w których wiązania węglowe są rozbite, C-C.

-Związki żelaza

Tlenki

Ferrous, brzydki tlenek jest stosowany jako pigment do kryształów. Tlenek żelazowy, wiara₂ALBO₃, Jest to podstawa serii pigmentów, od żółtego do czerwonego, znana jako czerwona. Czerwony kształt, zwany rouge, służy do polerowania metali szlachetnych i diamentów.

Tlenek ferrosoferryczny, wiara₃ALBO₄, Jest stosowany w ferritas, substancjach o wysokiej dostępności magnetycznej i rezystywności elektrycznej, użytecznych w niektórych wspomnieniach komputerowych i w masce magnetycznej. Został również stosowany jako środek pigmentowy i polerowania.

Siarczany

Heptahydrate ferrous siarczan, feso₄· 7H₂Lub jest to najczęstsza postać siarczanu żelaza, znana jako zielony witriolu lub miepa. Jest stosowany jako środek redukujący i w produkcji atramentów, nawozów i pestycydów. Znajduje się również w galwanoplastyce żelaza.

Siarczan żelazowy, wiara₂(POŁUDNIOWY ZACHÓD₄)₃, Służy do uzyskania aluminium żelaza i innych związków żelazowych. Służy jako koagulant w oczyszczaniu ścieków i jako mordant w barwniku tekstylnym.

Chlorki

Chlorek żelaza, fecl₂, Jest używany jako środek mordujący i redukujący. Tymczasem chlorek żelazowy, FECL₃, Jest stosowany jako środek chlorowania metalu (srebro i miedź) i niektóre związki organiczne.

Leczenie wiary³⁺ Z jonem heksocianoferrato [Fe (CN)₆]^-4 wytwarza niebieski osad, zwany Prus Blue, używany w obrazach i lakierach.

Może ci służyć: bisulfit sodu (NaHSO3): struktura, właściwości, użycia, uzyskiwanie

Żelazna żywność

Małże są źródłem żywności bogate w żelazo. Źródło: Pxhere.

Zasadniczo zaleca się spożycie 18 mg/żelaza. Wśród żywności, która zapewnia go w codziennej diecie, są następujące:

Owoce morza przyczyniają się do żelaza w heminie, więc nie ma hamowania w absorpcji jelitowej tego samego. Małże przyczyniają się do 28 mg żelaza na 100 g; Dlatego ta ilość małży wystarczyłaby, aby zaspokoić codzienne zapotrzebowanie żelaza.

Szpinak zawiera 3,6 mg żelaza na 100 g. Mięso narządów Vaccinos, na przykład wątroba cielęcina, zawiera 6,5 ​​mg żelaza na 100 g. Jest prawdopodobne, że wkład Czarnego Puddingu jest nieco wyższy. Czarny pudding składa się z części jelita cienkiego, wypełnionego krwią wołowiny.

Rośliny strączkowe, takie jak soczewica, zawierają 6,6 mg żelaza za 198 g. Czerwone mięso zawiera 2,7 mg żelaza na 100 g. Nasiona dyni zawierają 4,2 mg na 28 g. Komosa ryżowa zawiera 2,8 mg żelaza na 185 g. Ciemne mięso z indyka zawiera 2,3 mg na 100 g. Brokuły zawierają 2,3 mg na 156 mg.

Tofu zawiera 3,6 mg na 126 g.  Tymczasem czarna czekolada zawiera 3,3 mg na 28 g.

Artykuł biologiczny

Funkcje, które odtwarza żelazo, szczególnie w żyjących kręgowcach, są niezliczone. Szacuje się, że ponad 300 enzymów wymaga żelaza do jego działania. Wśród enzymów i białek, które go używają, są następujące:

-Białka, które mają grupę HEMO i nie mają aktywności enzymatycznej: hemoglobina, mioglobina i neuroglobina.

-Enzymy z grupą hemo zaangażowaną w transport elektronów: cytochromy A, B i F oraz aktywność oksydazy cytochromu i/lub oksydazy; Sulfit oksydazy, oksydaza cytochromu P450, mieloperoksydaza, peroksydaza, katalaza itp.

-Białka zawierające cukier żelazo, związane z aktywnością szczawiku, zaangażowane w produkcję energii: dehydrogenaza bursztynianowa, dehydrogenaza izocjanowa i akonytaza lub enzymy zaangażowane w replikację i naprawę DNA: DNA-polimerasa i DNA-heliclasas.

-Enzymy nie spadają, że używają żelaza jako kofaktora do swojej aktywności katalitycznej: hydrolaza fenyloalaniny, hydrolaza tyrozyna, hydrolaza Tryptofan i leżenie hydrolazy.

-Brak białek hemo odpowiedzialnych za transport i przechowywanie żelaza: ferrytyna, transferyna, haptoglobina itp.

Ryzyko

Toksyczność

Ryzyko narażenia na nadmiar żelaza może być ostre lub przewlekłe. Przyczyną ostrego zatrucia żelaza może być nadmierne spożycie żelaznych tabletek, w postaci glukonianu, fumaranu itp.

Żelazo może powodować podrażnienie błony śluzowej jelit, której dyskomfort objawia się natychmiast po spożyciu i znika po 6 do 12 godzin. Absorbowane żelazo jest osadzane w różnych narządach. Ta akumulacja może powodować zmiany metaboliczne.

Jeśli ilość spożycia żelaza jest toksyczna, może powodować perforację jelit z zapaleniem otrzewnej.

W układzie sercowo -naczyniowym wytwarza hipowolemiię, która może być spowodowana krwotokiem przewodu pokarmowego i uwalnianiem żelaza z substancji wazoaktywnych, takich jak serotonina i histamina. Może się ostatecznie wystąpić, masywna martwica wątroby i niewydolność wątroby.

Hemochromatyzm

Hemochromatyzm jest dziedziczną chorobą, która ma zmianę w mechanizmie regulacji żelaza ciała, który objawia się wzrostem stężenia żelaza w krwi i jego akumulacji w różnych narządach; wśród nich wątroba, serce i trzustka.

Początkowe objawy choroby są następujące: ból stawu, ból brzucha, zmęczenie i osłabienie. Z następującymi objawami i późniejszymi oznakami choroby: cukrzyca, utrata pożądania seksualnego, impotencja, niewydolność serca i niewydolność wątroby.

Hososideroza

Hermosiderosis charakteryzuje się, na co wskazuje jego nazwa, akumulacja Hososiderina w tkankach. Nie powoduje to uszkodzenia tkanek, ale może ewoluować do uszkodzeń podobnych do tych obserwowanych w hemochromatyzmie.

Hoseroza może być wytwarzana przez następujące przyczyny: Wzrost wchłaniania żelaza diety, niedokrwistość hemolityczna, która uwalnia żelazo z erytrocytów i nadmierne transfuzje krwi.

Hermoziroza i hemochromatyzm mogą być spowodowane niewłaściwym funkcjonowaniem hormonu hepcydyny, hormonu wydzielanego przez wątrobę, która interweniuje w regulacji żelaza ciała.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Foist l. (2019). Allotropy żelaza: typy, gęstość, zastosowania i fakty. Badanie. Odzyskane z: Study.com
3. Jayanti s. (S.F.). Alotropia żelaza: termodynamika i struktury krystaliczne. Metalurgia. Odzyskane z: inżynierii.com
4. Nanoshel. (2018). Żelazna moc nano. Odzyskany z: nanoshel.com
5. Wikipedia. (2019). Żelazo. Źródło: w:.Wikipedia.org
6. Historia Shropshire. (S.F.). Właściwości żelaza. Odzyskane z: Shropshirehistory.com
7. Dr. Ciasto Stewart. (2019). Fakty żelaza. Odzyskane z: Chemicool.com
8. Franziska Spritzler. (18 lipca 2018 r.). 11 Zdrowa żywność bogata w żelazo. Odzyskane z: Healthline.com
9. Lentech. (2019). Tabela okresu: Żelazo. Odzyskane z: lentech.com
10. Redaktorzy Enyclopaedia Britannica. (13 czerwca 2019). Żelazo. Encyclopædia Britannica. Odzyskane z: Britannica.com