Jern er et velkendt kemisk grundstof. Det tilhører metallerne med gennemsnitlig reaktivitet. Vi vil overveje egenskaberne og brugen af jern i denne artikel.
Udbredelse i naturen
Der er et ret stort antal mineraler, der inkluderer ferrum. Først og fremmest er det magnetit. Det er 72 procent jern. Dens kemiske formel er Fe3O4. Dette mineral kaldes også magnetisk jernmalm. Den har en lysegrå farve, nogle gange med mørkegrå, op til sort, med en metallisk glans. Dens største forekomst blandt SNG-landene er beliggende i Ural.
Det næste mineral med et højt jernindhold er hæmatit - det består af halvfjerds procent af dette grundstof. Dens kemiske formel er Fe2O3. Det kaldes også rød jernmalm. Den har en farve fra rødbrun til rødgrå. Den største forekomst i SNG-landenes territorium ligger i Krivoy Rog.
Det tredje mineral med hensyn til ferrumindhold er limonit. Her er jern tres procent af den samlede masse. Det er et krystallinsk hydrat, det vil sige, at vandmolekyler er vævet ind i dets krystalgitter,dens kemiske formel er Fe2O3•H2O. Som navnet antyder, har dette mineral en gul-brunlig farve, lejlighedsvis brun. Det er en af hovedkomponenterne i naturlig okker og bruges som pigment. Det kaldes også brun jernsten. De største forekomster er Krim, Ural.
I siderit, den såkaldte jernmalm, 48 procent af ferrum. Dens kemiske formel er FeCO3. Dens struktur er heterogen og består af krystaller af forskellige farver forbundet med hinanden: grå, lysegrøn, grå-gul, brun-gul osv.
Det sidste naturligt forekommende mineral med et højt ferrumindhold er pyrit. Den har følgende kemiske formel: FeS2. Jern i det er seksogfyrre procent af den samlede masse. På grund af svovlatomer har dette mineral en gyldengul farve.
Mange af de betragtede mineraler bruges til at opnå rent jern. Derudover bruges hæmatit til fremstilling af smykker fra natursten. Pyrit indeslutninger kan findes i lapis lazuli smykker. Derudover findes jern i naturen i sammensætningen af levende organismer - det er en af cellens vigtigste komponenter. Dette sporstof skal tilføres menneskekroppen i tilstrækkelige mængder. Jerns helbredende egenskaber skyldes i høj grad, at dette kemiske element er grundlaget for hæmoglobin. Derfor har brugen af ferrum en god effekt på blodets tilstand, og derfor hele organismen som helhed.
Jern: fysiske og kemiske egenskaber
Lad os overveje disse to store sektioner i rækkefølge. Jerns fysiske egenskaber er dets udseende, tæthed, smeltepunkt osv. Det vil sige alle de kendetegn ved et stof, der er forbundet med fysik. Jerns kemiske egenskaber er dets evne til at reagere med andre forbindelser. Lad os starte med den første.
Jerns fysiske egenskaber
I sin rene form under normale forhold er det et fast stof. Den har en sølvgrå farve og en udt alt metallisk glans. Jerns mekaniske egenskaber inkluderer hårdhedsniveauet på Mohs-skalaen. Det er lig med fire (medium). Jern har god elektrisk og termisk ledningsevne. Den sidste egenskab kan mærkes ved at røre ved en jerngenstand i et koldt rum. Fordi dette materiale leder varme hurtigt, absorberer det det meste af varmen fra din hud på kort tid, hvilket får dig til at føle dig kold.
Når man for eksempel rører ved et træ, kan det bemærkes, at dets varmeledningsevne er meget lavere. Jerns fysiske egenskaber er dets smelte- og kogepunkter. Den første er 1539 grader Celsius, den anden er 2860 grader Celsius. Det kan konkluderes, at jerns karakteristiske egenskaber er god duktilitet og smelteevne. Men det er ikke alt.
Jerns fysiske egenskaber omfatter også dets ferromagnetisme. Hvad er det? Jern, hvis magnetiske egenskaber vi kan observere i praktiske eksempler hver dag, er det eneste metal, der har sådanneunikt kendetegn. Dette skyldes det faktum, at dette materiale er i stand til at magnetiseres under påvirkning af et magnetfelt. Og efter afslutningen af sidstnævntes virkning forbliver jern, hvis magnetiske egenskaber netop er blevet dannet, en magnet i lang tid. Dette fænomen kan forklares ved, at der i strukturen af dette metal er mange frie elektroner, som er i stand til at bevæge sig rundt.
Fra et kemisynspunkt
Dette grundstof tilhører metallerne med middel aktivitet. Men jernets kemiske egenskaber er typiske for alle andre metaller (undtagen dem, der er til højre for brint i den elektrokemiske serie). Det er i stand til at reagere med mange klasser af stoffer.
Start enkelt
Ferrum interagerer med oxygen, nitrogen, halogener (jod, brom, klor, fluor), fosfor, kulstof. Den første ting at overveje er reaktioner med ilt. Når ferrum brændes, dannes dets oxider. Afhængigt af reaktionsbetingelserne og proportionerne mellem de to deltagere kan de varieres. Som et eksempel på sådanne vekselvirkninger kan følgende reaktionsligninger gives: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Og egenskaberne af jernoxid (både fysisk og kemisk) kan varieres afhængigt af dets sort. Denne slags reaktioner forekommer ved høje temperaturer.
Næste - interaktion med nitrogen. Det kan også kun skeudsat for opvarmning. Hvis vi tager seks mol jern og et mol nitrogen, får vi to mol jernnitrid. Reaktionsligningen vil se sådan ud: 6Fe + N2=2Fe3N.
Når det interagerer med fosfor, dannes et fosfid. For at udføre reaktionen er følgende komponenter nødvendige: for tre mol ferrum - et mol fosfor, som et resultat dannes et mol fosfid. Ligningen kan skrives som følger: 3Fe + P=Fe3P.
Derudover kan man blandt reaktionerne med simple stoffer også skelne interaktionen med svovl. I dette tilfælde kan sulfid opnås. Princippet, hvorved processen med dannelse af dette stof sker, ligner dem, der er beskrevet ovenfor. Der opstår nemlig en additionsreaktion. Alle kemiske interaktioner af denne art kræver særlige forhold, hovedsageligt høje temperaturer, sjældnere katalysatorer.
Reaktioner mellem jern og halogener er også almindelige i den kemiske industri. Disse er klorering, bromering, jodering, fluorering. Som det fremgår af navnene på selve reaktionerne, er dette processen med at tilsætte chlor / brom / jod / fluor-atomer til ferrum-atomer for at danne henholdsvis chlorid / bromid / iodid / fluorid. Disse stoffer er meget udbredt i forskellige industrier. Derudover er ferrum i stand til at kombinere med silicium ved høje temperaturer. På grund af dets forskellige kemiske egenskaber bruges jern ofte i den kemiske industri.
ferrum og komplekse stoffer
Fra simple stoffer, lad os gå videre til dem, hvis molekyler består af to eller flereforskellige kemiske grundstoffer. Den første ting at nævne er ferrums reaktion med vand. Her er jernets vigtigste egenskaber. Når vand opvarmes sammen med jern, dannes et basisk oxid (det kaldes det, fordi det når det interagerer med det samme vand danner et hydroxid, med andre ord en base). Så hvis man tager én mol af begge komponenter, dannes der stoffer som ferrumdioxid og brint i form af en gas med en skarp lugt – også i molforhold på én til én. Ligningen for denne slags reaktion kan skrives som følger: Fe + H2O=FeO + H2. Afhængigt af de forhold, hvori disse to komponenter er blandet, kan jerndi- eller trioxid opnås. Begge disse stoffer er meget almindelige i den kemiske industri og bruges også i mange andre industrier.
Med syrer og s alte
Da ferrum er placeret til venstre for brint i den elektrokemiske række af aktivitet af metaller, er det i stand til at fortrænge dette grundstof fra forbindelser. Et eksempel på dette er den substitutionsreaktion, der kan observeres, når jern tilsættes til en syre. For eksempel, hvis du blander jern og sulfatsyre (alias svovlsyre) med middel koncentration i samme molære forhold, vil resultatet være jernsulfat (II) og brint i samme molære forhold. Ligningen for en sådan reaktion ville se sådan ud: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Når man interagerer med s alte, vises jernets reducerende egenskaber. Det vil sige, ved hjælp af det kan et mindre aktivt metal isoleres fra s alt. For eksempel hvistag et mol kobbersulfat og den samme mængde ferrum, så kan du få jernsulfat (II) og rent kobber i samme molære forhold.
Værdi for kroppen
Et af de mest almindelige kemiske grundstoffer i jordskorpen er jern. Vi har allerede overvejet materiens egenskaber, nu vil vi nærme os det fra et biologisk synspunkt. Ferrum udfører meget vigtige funktioner både på celleniveau og på hele organismens niveau. Først og fremmest er jern grundlaget for et sådant protein som hæmoglobin. Det er nødvendigt for transporten af ilt gennem blodet fra lungerne til alle væv, organer, til hver celle i kroppen, primært til hjernens neuroner. Derfor kan de gavnlige egenskaber ved jern ikke overvurderes.
Ud over at det påvirker bloddannelsen, er ferrum også vigtigt for skjoldbruskkirtlens fulde funktion (dette kræver ikke kun jod, som nogle mener). Jern deltager også i intracellulær metabolisme, regulerer immunitet. Ferrum findes også i særligt store mængder i leverceller, da det er med til at neutralisere skadelige stoffer. Det er også en af hovedkomponenterne i mange typer enzymer i vores krop. En persons daglige kost bør indeholde fra ti til tyve milligram af dette sporstof.
Fødevarer rige på jern
Der er mange af dem. De er af både plante- og animalsk oprindelse. Den første er korn, bælgfrugter, korn (især boghvede), æbler, svampe (porcini), tørrede frugter, hyben, pærer, ferskner,avocado, græskar, mandler, dadler, tomater, broccoli, kål, blåbær, brombær, selleri osv. Den anden - lever, kød. Brugen af fødevarer med et højt indhold af jern er især vigtigt under graviditeten, da kroppen af det udviklende foster kræver en stor mængde af dette sporstof for korrekt vækst og udvikling.
Tegn på jernmangel
Symptomer på, at der kommer for lidt ferrum ind i kroppen, er træthed, konstant frysning af hænder og fødder, depression, skørt hår og negle, nedsat intellektuel aktivitet, fordøjelsesforstyrrelser, lav ydeevne og skjoldbruskkirtellidelser. Hvis du bemærker mere end et af disse symptomer, vil du måske øge mængden af jernrige fødevarer i din kost eller købe vitaminer eller kosttilskud, der indeholder ferrum. Sørg også for at se en læge, hvis du oplever nogle af disse symptomer for kraftigt.
Brug af ferrum i industrien
Jerns anvendelser og egenskaber er tæt beslægtede. På grund af sin ferromagnetisme bruges den til at fremstille magneter - både svagere til husholdningsformål (souvenir køleskabsmagneter osv.), og stærkere - til industrielle formål. På grund af det faktum, at det pågældende metal har høj styrke og hårdhed, har det været brugt siden oldtiden til fremstilling af våben, rustninger og andre militære og husholdningsværktøjer. Forresten, selv i det gamle Egypten, var meteoritjern kendt, egenskabernesom er overlegne i forhold til almindeligt metal. Også et sådant specielt jern blev brugt i det gamle Rom. De lavede elitevåben af det. Kun en meget rig og ædel person kunne have et skjold eller sværd lavet af meteoritmetal.
Generelt er det metal, som vi overvejer i denne artikel, det mest alsidige, der bruges blandt alle stofferne i denne gruppe. Først og fremmest fremstilles stål og støbejern af det, som bruges til at fremstille alle slags produkter, der er nødvendige både i industrien og i hverdagen.
Støbejern er en legering af jern og kulstof, hvor den anden er til stede fra 1,7 til 4,5 procent. Hvis den anden er mindre end 1,7 procent, kaldes denne form for legering stål. Hvis der er omkring 0,02 procent kulstof i sammensætningen, så er dette allerede almindeligt teknisk jern. Tilstedeværelsen af kulstof i legeringen er nødvendig for at give den større styrke, varmebestandighed og rustbestandighed.
Derudover kan stål indeholde mange andre kemiske grundstoffer som urenheder. Dette er mangan, fosfor og silicium. Også krom, nikkel, molybdæn, wolfram og mange andre kemiske elementer kan tilføjes til denne slags legering for at give den visse kvaliteter. Ståltyper, hvori en stor mængde silicium er til stede (ca. fire procent), bruges som transformerstål. Dem, der indeholder meget mangan (op til tolv eller fjorten procent) finder deres anvendelse i fremstillingen af delejernbaner, møller, knusere og andet værktøj, der slider dele hurtigt.
Molybdæn indføres i sammensætningen af legeringen for at gøre den mere termisk stabil - sådanne stål bruges som værktøjsstål. For at opnå velkendte og almindeligt anvendte rustfrit stål i form af knive og andre husholdningsværktøjer er det desuden nødvendigt at tilføje krom, nikkel og titanium til legeringen. Og for at få stødfast, højstyrke, duktilt stål, er det nok at tilføje vanadium til det. Når det indføres i sammensætningen af niobium, er det muligt at opnå høj modstand mod korrosion og virkningerne af kemisk aggressive stoffer.
Mineralet magnetit, som blev nævnt i begyndelsen af artiklen, er nødvendigt til fremstilling af harddiske, hukommelseskort og andre enheder af denne type. På grund af dets magnetiske egenskaber kan jern findes i konstruktionen af transformere, motorer, elektroniske produkter osv. Desuden kan ferrum tilsættes andre metallegeringer for at give dem større styrke og mekanisk stabilitet. Sulfatet af dette grundstof bruges i havebrug til skadedyrsbekæmpelse (sammen med kobbersulfat).
Jernklorider er uundværlige til vandrensning. Derudover bruges magnetitpulver i sort/hvide printere. Hovedanvendelsen af pyrit er at opnå svovlsyre fra det. Denne proces foregår i laboratoriet i tre trin. I den første fase afbrændes ferrum pyrit for at producere jernoxid og svovldioxid. Det andet trin er omdannelsen af dioxidensvovl til dets trioxid med deltagelse af ilt. Og på det sidste trin ledes det resulterende stof gennem vanddamp i nærværelse af katalysatorer, hvorved der opnås svovlsyre.
Får jern
Dette metal udvindes hovedsageligt fra dets to hovedmineraler: magnetit og hæmatit. Dette gøres ved at reducere jern fra dets forbindelser med kulstof i form af koks. Dette gøres i højovne, hvor temperaturen når to tusinde grader Celsius. Derudover er der en måde at reducere ferrum med brint. Dette kræver ikke en højovn. For at implementere denne metode tages specielt ler, blandes med knust malm og behandles med brint i en skaktovn.
Konklusion
Egenskaberne og anvendelsen af jern er varieret. Dette er måske det vigtigste metal i vores liv. Efter at være blevet kendt for menneskeheden overtog han bronzepladsen, som på det tidspunkt var hovedmaterialet til fremstilling af alle værktøjer såvel som våben. Stål og støbejern er på mange måder kobber-tin-legeringen overlegen med hensyn til deres fysiske egenskaber, modstandsdygtighed over for mekanisk belastning.
Derudover er jern mere almindeligt på vores planet end mange andre metaller. Dens massefraktion i jordskorpen er næsten fem procent. Det er det fjerde mest udbredte kemiske grundstof i naturen. Også dette kemiske element er meget vigtigt for den normale funktion af organismen af dyr og planter, primært fordi hæmoglobin er bygget på dets grundlag. Jern er et vigtigt mikronæringsstofhvilket er vigtigt for at opretholde sundhed og normal funktion af organer. Ud over ovenstående er det det eneste metal, der har unikke magnetiske egenskaber. Det er umuligt at forestille sig vores liv uden ferrum.
