Demir (kimyasal element) karakteristikleri, kimyasal yapı, kullanımları



demir periyodik tablonun VIIIB veya 8 grubunda bulunan bir geçiş metalidir. En eski zamanlardan beri farkında olan metallerden biri. Çinliler, Mısırlılar ve Romalılar bu metalle çalıştılar. Kolay çıkarılması, Demir Çağı olarak bilinen bir tarih aşamasına işaret ediyordu..

Adı Latince'deki “ferrum” kelimesinden türemiştir ve bu nedenle onun kimyasal sembolü olan İnanç Çok reaktif bir elementtir, dolayısıyla gümüş parıltısı genellikle doğada bulunmaz. Antik çağda, bu metal aslında sözde azlığı nedeniyle altından daha yüksek bir değere sahipti..

Saf hali Grönland bölgelerinde ve Rusya topraklarının magmatik kayalarında bulundu. Sidereal uzayda meteorlarda bol miktarda bir bileşen olduğuna inanılmaktadır, Dünya'yı etkiledikten sonra bazı kristalize demiri kayalık göğüslerinde muhafaza etmişlerdir..

Ancak, saf demirden daha önemli olan bileşiklerdir; özellikle de oksitler. Bu oksitler dünyanın yüzeyini manyetit, pirit, hematit, goetit ve daha fazlası gibi geniş bir mineral ailesi ile kaplar. Aslında, Mars dağlarında ve çöllerinde gözlenen renklenmeler büyük ölçüde hematite bağlı.

Şehirlerde veya tarlalarda demir nesneler bulunabilir. Koruyucu bir filmi olmayanlar rutubete dönüşür çünkü nem ve oksijenden dolayı aşındırırlar. Ana görüntünün feneri gibi diğerleri gri veya siyah kalıyor.

Dünya'nın çekirdeğinde bu metalin büyük bir konsantrasyonunun olduğu tahmin ediliyor. Öyle ki, sıvı halde, yüksek sıcaklıklarda ürün, Dünya'nın manyetik alanından sorumlu olabilir..

Öte yandan, demir sadece gezegenimizin kabuğunu tamamlamaz, aynı zamanda canlıların ihtiyaç duyduğu besin maddelerinin bir parçasıdır. Örneğin, oksijenin dokulara taşınması gerekir.

indeks

  • 1 Demir özellikleri
    • 1.1 Erime ve kaynama noktaları
    • 1.2 Yoğunluk
    • 1.3 İzotoplar
    • 1.4 Zehirlilik
  • 2 Kimyasal özellikler
    • 2.1 Bileşiklerinin renkleri
    • 2.2 Yükseltgenme durumları
    • 2.3 Yükseltgen ve indirgeyici ajanlar
  • 3 Kimyasal yapı
  • 4 Kullanımlar / uygulamalar
    • 4.1 Yapısal
    • 4.2 Biyolojik
  • 5 nasıl alırsınız?
    • 5.1 Fırınların içindeki reaksiyonlar
  • 6 Kaynakça

Demirin özellikleri

Saf demir, onu minerallerinden ayıran kendine has özelliklere sahiptir. Parlak, grimsi bir metaldir ve havadaki oksijen ve nemle reaksiyona girerek karşılık gelen okside dönüşür. Atmosferde oksijen yoksa, tüm süs eşyaları ve demir yapılar sağlam ve kırmızı pas içermez..

Mekanik mukavemeti ve sertliği yüksektir, fakat aynı zamanda dövülebilir ve sünektir. Bu, demircilerin sayısız şekildeki parçaları şekillendirmelerini ve demir kütlelerini yoğun sıcaklıklara maruz bırakmalarını sağlar. Aynı zamanda iyi bir ısı ve elektrik iletkenidir.

Ek olarak, en değerli özelliklerinden biri mıknatıslarla etkileşimi ve mıknatıslanma kabiliyetidir. Genel halka, mıknatısların demir talaşlarının hareketine sağladığı etkinin ve ayrıca manyetik alanın ve bir mıknatısın kutuplarının gösterilmesi için birçok gösteri yapılmıştır..

Erime ve kaynama noktaları

Demir 1535ºC sıcaklıkta erir ve 2750ºC'de kaynar. Sıvı ve akkor formunda bu metal elde edilir. Ek olarak, füzyon ve buharlaşma sıcaklıkları 13.8 ve 349.6 kJ / mol'dür..

yoğunluk

Yoğunluğu 7.86 g / cm'dir3. Yani, bu metalin 1 mL'si 7.86 gramdır..

izotoplar

Periyodik tabloda, özellikle 4. periyotta 8. grupta, yaklaşık 56u atomik bir kütleye sahip (26 proton, 26 elektron ve 30 nötron) demir bulunur. Bununla birlikte, doğada demirin diğer üç stabil izotopu vardır, yani, aynı sayıda protona, ancak farklı atomik kütlelere sahiptirler..

56İnanç, en bol olanı (% 91,6), ardından 54İnanç (% 5,9), 57Fe (% 2.2) ve sonunda 58İnanç (% 0,33). Dünya gezegeninde bulunan tüm demiri oluşturan bu dört izotoptur. Diğer koşullarda (dünya dışı), bu yüzdeler değişebilir, ancak muhtemelen 56İnanç en bol olmaya devam ediyor.

46 ve 69u arasında salınan atom kütleleri olan diğer izotoplar çok dengesizdir ve az önce bahsedilen dörtten daha kısa yarı ömre sahiptir..

toksisite

Tüm özelliklerin üstünde toksik olmayan bir metaldir. Aksi takdirde, özel işlemler (kimyasal ve fiziksel) gerekli olacak ve ölçülemez nesneler ve binalar çevre ve yaşam için gizli bir risk oluşturacaktır..

Kimyasal özellikleri

Ütünün elektronik konfigürasyonu [Ar] 3d64s2, bu, kristalin içindeki metal bağlarının oluşması için 4s orbitalinden iki elektron, 3d orbitallerden altı elektronuna katkıda bulunduğu anlamına gelir. Ferromanyetizma gibi bazı özellikleri açıklayan bu kristal yapıdır.

Ayrıca, elektronik konfigürasyon yüzeysel olarak katyonların stabilitesini öngörür. Demir elektronlarının ikisini kaybedince, Fe2+, yapılandırma [Ar] 3d ile kalır6 (4s orbitalinin, bu elektronların geldiği yer olduğu varsayılarak). Üç elektron kaybederseniz, Faith3+, yapılandırması [Ar] 3d5.

Deneysel olarak, nd değerlik yapılandırmasına sahip birçok iyonun olduğu gösterilmiştir.5 Çok kararlılar. Bu nedenle demir, Fe ferrik katyon haline gelmek için elektron kabul eden türlere karşı oksitlenme eğilimindedir.3+; ve daha az oksidatif ortamda, demir katyonunda Fe2+.

Daha sonra, az oksijen bulunan bir ortamda, demir bileşiklerinin baskın olması beklenir. PH ayrıca demirin oksidasyon durumunu da etkiler çünkü çok asitli ortamlarda Fe'ye dönüşümü tercih edilir3+.

Bileşiklerinin renkleri

İnanç2+ çözümde yeşilimsi ve iman3+, Yumuşak bir menekşe Benzer şekilde, demir bileşikleri, hangi katyonun mevcut olduğuna ve onları hangi iyonların veya moleküllerin çevrelediğine bağlı olarak yeşil veya kırmızı renklere sahip olabilir..

İnanç elektronik ortamına göre yeşil değişimin farklılıkları2+. Böylece, demir oksit olan FeO çok koyu yeşil bir katıdır; FeSO4, demir sülfat, açık yeşil kristallere sahiptir. Diğer Fe bileşikleri2+ Prusya mavisinde olduğu gibi mavimsi tonları bile olabilir..

Aynı zamanda imanın menekşe tonları ile olur.3+ kırmızımsı olabilen bileşiklerinde. Örneğin, hematit, İnanç2Ey3, Oksit, pek çok demirin kırmızımsı görünümündeki parçalarından sorumludur..

Bununla birlikte, kayda değer sayıda demir bileşiği renksizdir. Ferrik klorür, FeCl3, Renksiz, çünkü İnanç3+ Gerçekten iyonik biçimde bulunmaz fakat kovalent bağlar oluşturur (Fe-Cl).

Diğer bileşikler aslında Fe katyonlarının karmaşık karışımlarıdır.2+ ve inanç3+. Renkleri her zaman iyonların veya moleküllerin demir ile etkileşime girmesine maruz kalacaktır, ancak belirtildiği gibi, büyük bir çoğunluk mavimsi, menekşe, kırmızımsı (hatta sarı) veya koyu yeşil olma eğilimindedir..

Yükseltgenme durumları

Açıklandığı gibi, demir oksidasyon durumuna veya +2 ​​veya +3 değerine sahip olabilir. Bununla birlikte, 0 değerine sahip bazı bileşiklere katılması da mümkündür; yani, herhangi bir elektron kaybı olmaz.

Bu tür bileşiklerde, demir ham formuna katılır. Örneğin, Fe (CO)5, Demir pentakarbonil, gözenekli demirin karbon monoksit ile ısıtılmasıyla elde edilen bir yağdan oluşur. CO molekülleri sıvının deliklerine yerleştirilir, Fe bunlardan beşiyle (Fe-C≡O) koordine edilir.

Yükseltgen ve indirgeyici ajanlar

Katyonlardan hangisi, İnanç2+ o İnanç3+, Oksitleyici veya indirgeyici bir madde olarak mı davranıyorlar? İnanç2+ Bir asit ortamında veya oksijen varlığında, Fe olmak için bir elektron kaybeder3+; bu nedenle, bir indirgeyici maddedir:

inanç2+ => İnanç3+ + ve-

Ve İman3+ bazik bir ortamda oksitleyici bir madde olarak davranır:

inanç3+ + ve- => İnanç2+

Veya hatta:

inanç3+ + 3e- => İnanç

Kimyasal yapısı

Demir, polimorfik katılar oluşturur, yani metal atomları farklı kristal yapılarını benimseyebilir. Oda sıcaklığında, atomları ünite birimi bcc: vücutta merkezlenen kübik kristalleşir (Gövde Merkezli Kübik). Bu katı faz, ferrit, Fea olarak bilinir..

Bu bcc yapısı, demirin metal bir konfigürasyon olması nedeniyle olabilir6, elektronik dört elektron boşluğu olan.

Sıcaklık arttığında, Fe atomları termal etkiden dolayı titrer ve 906 ° C'den sonra kompakt bir küp ccp yapısını benimser:En Yakın Paketlenmiş Kübik). Fe α fazına 1401ºC sıcaklıkta geri dönen Fe γ 'dir. Bu sıcaklıktan sonra, demir 1535 ° C'de erir.

Peki ya basınçtaki artış? Arttığında, kristal atomlarını daha yoğun bir yapıya “sıkmaya” zorlar: Fe β. Bu polimorf kompakt bir hcp: altıgen yapıya sahiptir (Altıgen Kapalı Paket).

Kullanımlar / uygulamalar

yapısal

Yalnız demirin çok az uygulaması vardır. Bununla birlikte, başka bir metalle (veya kalay gibi alaşımlarla) kaplandığında korozyona karşı korunur. Dolayısıyla demir, binalarda, köprülerde, kapılarda, heykellerde, otomobillerde, makinelerde, trafolarda vb. Mevcut bir yapı malzemesidir..

Küçük miktarlarda karbon ve diğer metaller eklendiğinde mekanik özellikleri güçlendirilir. Bu tip alaşımlar çelik olarak bilinir. Çelikler hemen hemen tüm endüstrileri ve malzemelerini inşa ediyor.

Öte yandan, elektronik ekipmanlarda kullanılan mıknatısların imalatında, diğer metallerle karıştırılmış demir (bazı toprakların az bulunan) kullanılmaktadır..

biyolojik

Demir yaşamda önemli bir rol oynar. Vücudumuzda, enzim hemoglobin de dahil olmak üzere bazı proteinlerin bir parçasıdır.

Hemoglobin olmadan, metalik Fe merkezi sayesinde oksijen taşıyıcısı3+, Oksijen vücudun farklı bölgelerine taşınamadı, çünkü suda çok çözünmez..

Hemoglobin kanda kas hücrelerine geçer, burada pH asit ve yüksek CO konsantrasyonları bol miktarda bulunur2. Burada ters işlem gerçekleşir, yani koşullar ve bu hücrelerdeki düşük konsantrasyonu nedeniyle oksijen salınır. Bu enzim toplam dört O molekülü taşıyabilir2.

Nasıl alırsın?

Reaktivitesinden dolayı yer kabuğunda yer alan oksitler, sülfitler veya diğer minerallerde bulunur. Bu nedenle, bazıları hammadde olarak kullanılabilir; her şey maliyetlere ve onun kimyasal ortamında demiri azaltma zorluklarına bağlı olacaktır..

Endüstriyel olarak, demir oksitlerin indirgenmesi, sülfidlerinden daha uygundur. Hematit ve manyetit, Fe3Ey4, Bu metalin karbonla tepkimeye giren başlıca koklarıdır (kok şeklinde)..

Bu yöntemle elde edilen demir sıvı ve akkordur ve külçe külçelerine (lav kaskadı gibi) boşaltılır. Ayrıca, çevreye zararlı olabilecek büyük miktarlarda gaz oluşabilir. Bu nedenle, demir elde etmek birçok faktörün dikkate alınmasını gerektirir.

Fırınların içindeki reaksiyonlar

Ekstraksiyon ve taşıma detaylarını isimlendirmeden, bu oksitler kok ve kireçtaşlarıyla (CaCO) birlikte hareket eder.3) yüksek fırınlar için. Çıkarılan oksitler, CaCO'nun termal ayrışmasından salınan CaO ile reaksiyona giren her türlü safsızlığı taşır.3.

Ham madde yığınını fırına doldurduktan sonra, alt kısmında 2000 ° C'de bir kok akımı karbon monoksitle yanan bir hava akımı çalışır:

2C (s) + O2(g) => 2CO (g) (2000ºC)

Bu CO, fırının tepesine yükselir, burada hematit ile karşılaşır ve onu azaltır:

3FE2Ey3(s) + CO (g) => 2Fe3Ey4(s) + CO2(g) (200 ° C)

Manyetitte Fe iyonları var2+, Fe azaltma ürünleri3+ CO ile birlikte. Ardından, bu ürün daha fazla CO ile azalmaya devam ediyor:

inanç3Ey4(s) + CO (g) => 3FeO (s) + CO2(g) (700ºC)

Son olarak, FeO fırının yüksek sıcaklıklarından dolayı erimekte olan metalik demire indirgenir:

FeO (lar) + CO (g) => Fe (s) + CO2(G)

İnanç (lar) => İnanç (l)

Aynı zamanda, CaO, sıvı cüruf olarak bilinen şeyi oluşturan silikatlar ve safsızlıklar ile reaksiyona girer. Bu cüruf, sıvı demirden daha az yoğundur, bu yüzden üstünde yüzer ve her iki faz ayrılabilir..

referanslar

  1. Ulusal Bilim Kaynakları Merkezi. (N.D.). Demir. Alınan kaynak: propertiesofmatter.si.edu
  2. R Gemisi. (N.D.). Demir. Alınan: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  3. B. Calvert. (Aralık 2003). Demir: Mars'ın metali bize manyetizma ve yaşam verir. Alınan: mysite.du.edu
  4. Chemicole Periyodik Tablo. (6 Ekim 2012). Demir. Şu kaynaktan alındı: chemicool.com
  5. Denge. (N.D.). Metal Profil: Demir. Alınan: thebalance.com
  6. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya (dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
  7. Clark J. (29 Kasım 2015). Demir Ekstraksiyonu. Şu kaynaktan alındı: chem.libretexts.org