Il ferro è un noto elemento chimico. Appartiene ai metalli con reattività media. Considereremo le proprietà e l'uso del ferro in questo articolo.
Prevalenza in natura
C'è un numero abbastanza elevato di minerali che includono il ferrum. Innanzitutto è la magnetite. È il settantadue per cento di ferro. La sua formula chimica è Fe3O4. Questo minerale è anche chiamato minerale di ferro magnetico. Ha un colore grigio chiaro, a volte con grigio scuro, fino al nero, con riflessi metallici. Il suo deposito più grande tra i paesi della CSI si trova negli Urali.
Il prossimo minerale con un alto contenuto di ferro è l'ematite: è composta per il settanta percento da questo elemento. La sua formula chimica è Fe2O3. Viene anche chiamato minerale di ferro rosso. Ha un colore dal rosso-marrone al rosso-grigio. Il più grande deposito nel territorio dei paesi della CSI si trova a Krivoy Rog.
Il terzo minerale in termini di contenuto di ferrum è la limonite. Qui, il ferro è il sessanta per cento della massa totale. È un idrato cristallino, cioè le molecole d'acqua sono intrecciate nel suo reticolo cristallino,la sua formula chimica è Fe2O3•H2O. Come suggerisce il nome, questo minerale ha un colore giallo-brunastro, occasionalmente marrone. È uno dei componenti principali dell'ocra naturale e viene utilizzato come pigmento. Viene anche chiamato pietra di ferro marrone. Le occorrenze maggiori sono Crimea, Ural.
Nella siderite, il cosiddetto minerale di ferro, il quarantotto percento del ferrum. La sua formula chimica è FeCO3. La sua struttura è eterogenea ed è costituita da cristalli di diversi colori collegati tra loro: grigio, verde pallido, grigio-giallo, marrone-giallo, ecc.
L'ultimo minerale naturale con un alto contenuto di ferrum è la pirite. Ha la seguente formula chimica: FeS2. Il ferro in esso contenuto è il quarantasei percento della massa totale. A causa degli atomi di zolfo, questo minerale ha un colore giallo dorato.
Molti dei minerali considerati vengono utilizzati per ottenere ferro puro. Inoltre, l'ematite viene utilizzata nella produzione di gioielli con pietre naturali. Le inclusioni di pirite si trovano nei gioielli in lapislazzuli. Inoltre, il ferro si trova in natura nella composizione degli organismi viventi: è uno dei componenti più importanti della cellula. Questo oligoelemento deve essere fornito al corpo umano in quantità sufficienti. Le proprietà curative del ferro sono in gran parte dovute al fatto che questo elemento chimico è alla base dell'emoglobina. Pertanto, l'uso del ferrum ha un buon effetto sullo stato del sangue, e quindi sull'intero organismo nel suo insieme.
Ferro: proprietà fisiche e chimiche
Consideriamo queste due grandi sezioni in ordine. Le proprietà fisiche del ferro sono il suo aspetto, la densità, il punto di fusione, ecc. Cioè, tutte le caratteristiche distintive di una sostanza associate alla fisica. Le proprietà chimiche del ferro sono la sua capacità di reagire con altri composti. Cominciamo con il primo.
Proprietà fisiche del ferro
Nella sua forma pura in condizioni normali, è un solido. Ha un colore grigio-argento e una pronunciata lucentezza metallica. Le proprietà meccaniche del ferro includono il livello di durezza sulla scala di Mohs. È uguale a quattro (medio). Il ferro ha una buona conduttività elettrica e termica. L'ultima caratteristica può essere percepita toccando un oggetto di ferro in una stanza fredda. Poiché questo materiale conduce il calore rapidamente, assorbe la maggior parte del calore dalla pelle in un breve lasso di tempo, facendoti sentire freddo.
Toccando, ad esempio, un albero, si può notare che la sua conducibilità termica è molto più bassa. Le proprietà fisiche del ferro sono i suoi punti di fusione e di ebollizione. Il primo è 1539 gradi Celsius, il secondo è 2860 gradi Celsius. Si può concludere che le proprietà caratteristiche del ferro sono una buona duttilità e fusibilità. Ma non è tutto.
Inoltre, le proprietà fisiche del ferro includono il suo ferromagnetismo. Cos'è? Il ferro, le cui proprietà magnetiche possiamo osservare ogni giorno in esempi pratici, è l'unico metallo che ne possiedecaratteristica distintiva unica. Ciò è dovuto al fatto che questo materiale può essere magnetizzato sotto l'influenza di un campo magnetico. E dopo la fine dell'azione di quest'ultimo, il ferro, le cui proprietà magnetiche si sono appena formate, rimane a lungo un magnete. Questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che nella struttura di questo metallo ci sono molti elettroni liberi che sono in grado di muoversi.
Dal punto di vista della chimica
Questo elemento appartiene ai metalli di media attività. Ma le proprietà chimiche del ferro sono tipiche di tutti gli altri metalli (tranne quelli che sono a destra dell'idrogeno nelle serie elettrochimiche). È in grado di reagire con molte classi di sostanze.
Inizia in modo semplice
Ferrum interagisce con ossigeno, azoto, alogeni (iodio, bromo, cloro, fluoro), fosforo, carbonio. La prima cosa da considerare sono le reazioni con l'ossigeno. Quando il ferro viene bruciato, si formano i suoi ossidi. A seconda delle condizioni della reazione e delle proporzioni tra i due partecipanti, possono essere variate. Come esempio di tali interazioni, si possono fornire le seguenti equazioni di reazione: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. E le proprietà dell'ossido di ferro (sia fisiche che chimiche) possono essere variate, a seconda della sua varietà. Questi tipi di reazioni si verificano a temperature elevate.
Next - interazione con l'azoto. Può anche solo succederesoggetto a riscaldamento. Se prendiamo sei moli di ferro e una mole di azoto, otteniamo due moli di nitruro di ferro. L'equazione di reazione sarà simile a questa: 6Fe + N2=2Fe3N.
Quando si interagisce con il fosforo, si forma un fosfuro. Per eseguire la reazione sono necessari i seguenti componenti: per tre moli di ferro - una mole di fosforo, di conseguenza si forma una mole di fosfuro. L'equazione può essere scritta come segue: 3Fe + P=Fe3P.
Inoltre, tra le reazioni con sostanze semplici, si può distinguere anche l'interazione con lo zolfo. In questo caso si può ottenere il solfuro. Il principio con cui avviene il processo di formazione di questa sostanza è simile a quelli sopra descritti. Vale a dire, si verifica una reazione di addizione. Tutte le interazioni chimiche di questo tipo richiedono condizioni speciali, principalmente temperature elevate, catalizzatori meno frequenti.
Le reazioni tra ferro e alogeni sono comuni anche nell'industria chimica. Questi sono clorazione, bromurazione, iodurazione, fluorurazione. Come risulta dai nomi delle reazioni stesse, questo è il processo di aggiunta di atomi di cloro/bromo/iodio/fluoro agli atomi di ferro per formare rispettivamente cloruro/bromuro/ioduro/fluoruro. Queste sostanze sono ampiamente utilizzate in vari settori. Inoltre, il ferro è in grado di combinarsi con il silicio ad alte temperature. A causa delle sue diverse proprietà chimiche, il ferro è spesso utilizzato nell'industria chimica.
Ferum e sostanze complesse
Da sostanze semplici, passiamo a quelle le cui molecole sono composte da due o piùvari elementi chimici. La prima cosa da menzionare è la reazione del ferro con l'acqua. Ecco le principali proprietà del ferro. Quando l'acqua viene riscaldata insieme al ferro si forma un ossido basico (si chiama così perché interagendo con la stessa acqua forma un idrossido, in altre parole una base). Quindi, se prendi una mole di entrambi i componenti, si formano sostanze come il biossido di ferro e l'idrogeno sotto forma di un gas con un odore pungente, anche in proporzioni molari di uno a uno. L'equazione per questo tipo di reazione può essere scritta come segue: Fe + H2O=FeO + H2. A seconda delle proporzioni in cui questi due componenti vengono miscelati, si può ottenere di- o triossido di ferro. Entrambe queste sostanze sono molto comuni nell'industria chimica e sono utilizzate anche in molti altri settori.
Con acidi e sali
Poiché il ferro si trova a sinistra dell'idrogeno nella serie elettrochimica di attività dei metalli, è in grado di spostare questo elemento dai composti. Un esempio di ciò è la reazione di sostituzione che può essere osservata quando il ferro viene aggiunto a un acido. Ad esempio, se mescoli ferro e acido solfato (aka acido solforico) di media concentrazione nelle stesse proporzioni molari, il risultato sarà solfato ferroso (II) e idrogeno nelle stesse proporzioni molari. L'equazione per tale reazione sarebbe simile a questa: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Quando si interagisce con i sali, compaiono le proprietà riducenti del ferro. Cioè, con l'aiuto di esso, un metallo meno attivo può essere isolato dal sale. Ad esempio, seprendi una mole di solfato di rame e la stessa quantità di ferro, quindi puoi ottenere solfato di ferro (II) e rame puro nelle stesse proporzioni molari.
Valore per il corpo
Uno degli elementi chimici più comuni nella crosta terrestre è il ferro. Abbiamo già considerato le proprietà della materia, ora ci avvicineremo ad essa da un punto di vista biologico. Ferrum svolge funzioni molto importanti sia a livello cellulare che a livello dell'intero organismo. Prima di tutto, il ferro è la base di una tale proteina come l'emoglobina. È necessario per il trasporto di ossigeno attraverso il sangue dai polmoni a tutti i tessuti, organi, a ogni cellula del corpo, principalmente ai neuroni del cervello. Pertanto, le proprietà benefiche del ferro non possono essere sopravvalutate.
Oltre al fatto che influisce sulla formazione del sangue, il ferrum è importante anche per il pieno funzionamento della ghiandola tiroidea (questo non richiede solo iodio, come alcuni credono). Il ferro partecipa anche al metabolismo intracellulare, regola l'immunità. Ferrum si trova anche in quantità particolarmente elevate nelle cellule del fegato, poiché aiuta a neutralizzare le sostanze nocive. È anche uno dei componenti principali di molti tipi di enzimi nel nostro corpo. La dieta quotidiana di una persona dovrebbe contenere da dieci a venti milligrammi di questo oligoelemento.
Cibi ricchi di ferro
Ci sono molti di loro. Sono sia di origine vegetale che animale. I primi sono cereali, legumi, cereali (soprattutto grano saraceno), mele, funghi (porcini), frutta secca, rosa canina, pere, pesche,avocado, zucca, mandorle, datteri, pomodori, broccoli, cavoli, mirtilli, more, sedano, ecc. Il secondo - fegato, carne. L'uso di cibi ricchi di ferro è particolarmente importante durante la gravidanza, poiché il corpo del feto in via di sviluppo richiede una grande quantità di questo oligoelemento per una corretta crescita e sviluppo.
Segni di carenza di ferro
I sintomi dell'ingresso di una quantità insufficiente di ferrum nel corpo sono affaticamento, congelamento costante di mani e piedi, depressione, capelli e unghie fragili, diminuzione dell'attività intellettuale, disturbi digestivi, scarso rendimento e disturbi della tiroide. Se noti più di uno di questi sintomi, potresti voler aumentare la quantità di cibi ricchi di ferro nella tua dieta o acquistare vitamine o integratori contenenti ferro. Inoltre, assicurati di consultare un medico se manifesti uno qualsiasi di questi sintomi in modo troppo forte.
Uso di ferro nell'industria
Gli usi e le proprietà del ferro sono strettamente correlati. A causa del suo ferromagnetismo, viene utilizzato per realizzare magneti - sia più deboli per scopi domestici (magneti da frigo souvenir, ecc.), sia più forti - per scopi industriali. A causa del fatto che il metallo in questione ha un'elevata resistenza e durezza, è stato utilizzato fin dall'antichità per la fabbricazione di armi, armature e altri strumenti militari e domestici. A proposito, anche nell'antico Egitto si conosceva il ferro meteoritico, le proprietàche sono superiori a quelli del metallo ordinario. Inoltre, nell'antica Roma veniva usato un ferro così speciale. Ne hanno ricavato armi d'élite. Solo una persona molto ricca e nobile può avere uno scudo o una spada di metallo meteoritico.
In generale, il metallo che stiamo considerando in questo articolo è il più versatile utilizzato tra tutte le sostanze di questo gruppo. Da esso si ricavano innanzitutto acciaio e ghisa, che vengono utilizzati per produrre tutti i tipi di prodotti necessari sia nell'industria che nella vita di tutti i giorni.
La ghisa è una lega di ferro e carbonio, in cui il secondo è presente dall'1,7 al 4,5 percento. Se il secondo è inferiore all'1,7 percento, questo tipo di lega è chiamata acciaio. Se c'è circa lo 0,02% di carbonio nella composizione, allora questo è già un normale ferro tecnico. La presenza di carbonio nella lega è necessaria per conferirle maggiore robustezza, resistenza al calore e resistenza alla ruggine.
Inoltre, l'acciaio può contenere molti altri elementi chimici come impurità. Questo è manganese, fosforo e silicio. Inoltre, a questo tipo di lega possono essere aggiunti cromo, nichel, molibdeno, tungsteno e molti altri elementi chimici per conferirgli determinate qualità. I tipi di acciaio in cui è presente una grande quantità di silicio (circa il quattro percento) vengono utilizzati come acciai per trasformatori. Quelli contenenti molto manganese (fino al dodici o quattordici percento) trovano la loro applicazione nella produzione di partiferrovie, mulini, frantoi e altri strumenti che usurano rapidamente le parti.
Il molibdeno viene introdotto nella composizione della lega per renderla più stabile dal punto di vista termico: tali acciai sono usati come acciai per utensili. Inoltre, per ottenere acciai inossidabili noti e comunemente usati sotto forma di coltelli e altri utensili domestici, è necessario aggiungere alla lega cromo, nichel e titanio. E per ottenere un acciaio resistente agli urti, ad alta resistenza e duttile, è sufficiente aggiungere vanadio. Quando viene introdotto nella composizione del niobio, è possibile ottenere un'elevata resistenza alla corrosione e agli effetti di sostanze chimicamente aggressive.
La magnetite minerale, menzionata all'inizio dell'articolo, è necessaria per la produzione di dischi rigidi, schede di memoria e altri dispositivi di questo tipo. Per le sue proprietà magnetiche, il ferro può essere trovato nella costruzione di trasformatori, motori, prodotti elettronici, ecc. Inoltre, il ferro può essere aggiunto ad altre leghe metalliche per conferire loro maggiore resistenza e stabilità meccanica. Il solfato di questo elemento viene utilizzato in orticoltura per il controllo dei parassiti (insieme al solfato di rame).
I cloruri di ferro sono indispensabili per la depurazione dell'acqua. Inoltre, la polvere di magnetite viene utilizzata nelle stampanti in bianco e nero. L'uso principale della pirite è ottenere da essa acido solforico. Questo processo avviene in laboratorio in tre fasi. Nella prima fase, la pirite ferrosa viene bruciata per produrre ossido di ferro e anidride solforosa. Il secondo passo è la conversione del biossidozolfo al suo triossido con la partecipazione di ossigeno. E nella fase finale, la sostanza risultante viene fatta passare attraverso il vapore acqueo in presenza di catalizzatori, ottenendo così acido solforico.
Prendere ferro
Questo metallo viene estratto principalmente dai suoi due minerali principali: magnetite ed ematite. Questo viene fatto riducendo il ferro dai suoi composti con il carbonio sotto forma di coke. Questo viene fatto negli altiforni, la cui temperatura raggiunge i duemila gradi Celsius. Inoltre, c'è un modo per ridurre il ferro con l'idrogeno. Ciò non richiede un altoforno. Per implementare questo metodo, viene prelevata un'argilla speciale, mescolata con minerale frantumato e trattata con idrogeno in una fornace a pozzo.
Conclusione
Le proprietà e gli usi del ferro sono vari. Questo è forse il metallo più importante della nostra vita. Divenuto noto all'umanità, prese il posto del bronzo, che a quel tempo era il materiale principale per la fabbricazione di tutti gli strumenti, oltre alle armi. Acciaio e ghisa sono per molti versi superiori alla lega rame-stagno in termini di proprietà fisiche, resistenza alle sollecitazioni meccaniche.
Inoltre, il ferro è più comune sul nostro pianeta di molti altri metalli. La sua frazione di massa nella crosta terrestre è quasi il cinque per cento. È il quarto elemento chimico più abbondante in natura. Inoltre, questo elemento chimico è molto importante per il normale funzionamento dell'organismo di animali e piante, principalmente perché l'emoglobina è costruita sulla sua base. Il ferro è un micronutriente essenzialeche è importante per mantenere la salute e il normale funzionamento degli organi. Oltre a quanto sopra, è l'unico metallo che ha proprietà magnetiche uniche. È impossibile immaginare la nostra vita senza ferrum.
