Las propiedades químicas y físicas de hierro

El hierro es un elemento químico bien conocido. Se refiere al promedio de la actividad química de los metales. Las propiedades y aplicaciones del hierro se discuten en este artículo.

Prevalencia en la naturaleza

Hay una cantidad bastante grande de minerales, que incluyen ferrum. En primer lugar, es la magnetita. El setenta y dos por ciento de hierro. Su fórmula química es Fe ₃ O ₄ . Este mineral también se llama mineral de hierro magnético. Tiene un color gris claro, a veces con un gris oscuro, hasta negro, con un brillo metálico. Su mayor depósito entre los países de la CEI se encuentra en los Urales.

El siguiente mineral con alto contenido de hierro es hematita – es el setenta por ciento de este elemento. Su fórmula química es Fe ₂ O ₃ . También se le llama mineral de hierro rojo. Tiene una coloración de rojo-marrón a rojizo-gris. El campo más grande de la CEI está en Krivoy Rog.

El tercer mineral del ferrum es limonita. Aquí el hierro es el sesenta por ciento de la masa total. Este es el hidrato cristalino, es decir, las moléculas de agua se tejen en su red cristalina, su fórmula química es Fe ₂ O ₃ • H ₂ O. Como su nombre indica, este mineral tiene un color marrón amarillento, ocasionalmente marrón. Es uno de los componentes principales del ocre natural y se utiliza como pigmento. También se le llama mineral de hierro marrón. Los lugares más grandes son la Crimea, los Urales.

En siderita, el llamado mineral de hierro, cuarenta y ocho por ciento de ferrum. Su fórmula química es FeCO ₃ . Su estructura es heterogénea y consiste en cristales de diferentes colores unidos entre sí: gris, verde pálido, gris-amarillo, marrón-amarillo, etc.

Este último es un mineral natural con un alto contenido de pirumita, pirita. Tiene una fórmula química de FeS ₂ . El hierro en él es cuarenta y seis por ciento de la masa total. Debido a los átomos de azufre, este mineral tiene un color amarillo dorado.

Muchos de los minerales considerados se utilizan para producir hierro puro. Además, la hematita se utiliza en la fabricación de joyas de piedras naturales. Las inclusiones de pirita se pueden encontrar en adornos hechos de lapislázuli. Además, en la naturaleza, el hierro se encuentra en los organismos vivos – es uno de los componentes más importantes de la célula. Este microelemento debe entrar necesariamente en el cuerpo humano en cantidades suficientes. Las propiedades curativas del hierro se deben en gran parte al hecho de que este elemento químico es la base de la hemoglobina. Por lo tanto, el uso de ferrum bien afecta la condición de la sangre y, en consecuencia, de todo el organismo en su conjunto.

Hierro: propiedades físicas y químicas

Considere en orden dos de estas secciones grandes. Las propiedades físicas del hierro son su aspecto, densidad, punto de fusión, etc. Es decir, todas las características distintivas de la materia que están relacionadas con la física. Las propiedades químicas del hierro son su capacidad de reaccionar con otros compuestos. Comencemos con la primera.

Propiedades físicas del hierro

En su forma pura, en condiciones normales, es una sustancia sólida. Tiene un color gris plateado y un brillo metálico pronunciado. Las propiedades mecánicas del hierro incluyen el nivel de dureza Mohs. Es igual a cuatro (promedio). El hierro tiene buena conductividad eléctrica y conductividad térmica. La última característica se puede sentir tocando un objeto de hierro en una habitación fría. Puesto que este material conduce rápidamente calor, toma una gran parte de él fuera de su piel en un período corto de tiempo, y por lo tanto usted siente frío. Habiendo tocado, por ejemplo, a un árbol, se puede observar que su conductividad térmica es mucho menor. Las propiedades físicas del hierro son también sus puntos de fusión y de ebullición. El primero es 1539 grados Celsius, el segundo – 2860 grados centígrados. Se puede concluir que las propiedades características del hierro – una buena plasticidad y fusibilidad. Pero incluso esto no es todo.

También en las propiedades físicas del hierro es su ferromagnetismo. ¿Qué es? El hierro, cuyas propiedades magnéticas podemos observar en los ejemplos prácticos todos los días, es el único metal que posee un rasgo distintivo único. Esto se debe al hecho de que este material es capaz de magnetizarse bajo la acción de un campo magnético. Y después de la terminación del último hierro, cuyas propiedades magnéticas acaba de formarse, sigue siendo un imán durante mucho tiempo. Este fenómeno puede explicarse por el hecho de que en la estructura de un metal dado hay muchos electrones libres que son capaces de moverse.

Desde el punto de vista de la química

Este elemento se refiere a metales de actividad media. Pero las propiedades químicas del hierro son típicas para todos los demás metales (excepto los que están a la derecha del hidrógeno en la serie electroquímica). Es capaz de reaccionar con muchas clases de sustancias.

Empecemos con un simple

Ferrum interactúa con un kilo, nitrógeno, halógenos (yodo, bromo, cloro, flúor), fósforo, carbono. La primera cosa a considerar es la reacción con el oxígeno. Cuando se quema el ferrum, se forman sus óxidos. Dependiendo de las condiciones de la reacción y las proporciones entre los dos participantes, pueden ser diversas. Como ejemplo de este tipo de interacción, se pueden citar las siguientes ecuaciones de reacción: 2Fe + O2 = 2FeO; 4Fe + 3O $ _₂ $ = 2Fe $ _₂ $ O $ ₃ $; 3Fe + 2O $ _₂ $ = Fe $ ₃ _$ O $ _₄ $. Y las propiedades del óxido de hierro (tanto físico como químico) pueden ser variadas, dependiendo de su variedad. Tales reacciones se producen a altas temperaturas.

La siguiente es la interacción con el nitrógeno. También puede ocurrir sólo bajo condiciones de calentamiento. Si tomamos seis moles de hierro y un mol de nitrógeno, obtenemos dos moles de nitruro de hierro. La ecuación de reacción será la siguiente: 6Fe + N2 = 2Fe3N.

Al interactuar con el fósforo, se forma un fosfuro. Para llevar a cabo la reacción, tales componentes son necesarios: tres moles de virola – un mol de fósforo, dando como resultado la formación de un mol de fosfuro. La ecuación puede escribirse como sigue: 3Fe + P = Fe ₃ P.

Además, entre las reacciones con sustancias simples, también es posible separar la interacción con azufre. En este caso, es posible obtener sulfuro. El principio por el cual tiene lugar el proceso de formación de esta sustancia es similar al descrito anteriormente. Es decir, la reacción de adición tiene lugar. Para todas las interacciones químicas de este tipo, se necesitan condiciones especiales, principalmente temperaturas altas, y menos frecuentemente catalizadores.

Las reacciones entre el hierro y los halógenos también son comunes en la industria química. Esto es cloración, brominación, yodación, fluoración. Como se desprende de los nombres de las reacciones mismas, este es el proceso de adición de átomos de cloro / bromo / yodo / flúor a los átomos de hierro para formar cloruro / bromuro / yoduro / fluoruro, respectivamente. Estas sustancias son ampliamente utilizadas en una variedad de industrias. Además, el ferrum es capaz de combinar con el silicio a altas temperaturas. Debido al hecho de que las propiedades químicas del hierro son diversas, se utiliza a menudo en la industria química.

Ferrum y sustancias complejas

De sustancias simples procedemos a aquellas cuyas moléculas consisten en dos o más elementos químicos diferentes. La primera cosa a mencionar es la reacción del ferrum con el agua. Aquí se manifiestan las propiedades básicas del hierro. Cuando el agua se calienta junto con el hierro, se forma el óxido básico (se le llama así porque forma hidróxido al interactuar con el mismo agua, es decir, la base). Por lo tanto, si se toma un mol de ambos componentes, se forman sustancias tales como dióxido férrico e hidrógeno en forma de un gas con un olor agudo, también en proporciones molares de uno a uno. La ecuación de este tipo de reacción puede escribirse como sigue: Fe + H ₂ O = FeO + H ₂ . Dependiendo de las proporciones en que se mezclan estos dos componentes, se puede obtener di-ó trióxido de hierro. Ambas sustancias son muy comunes en la industria química, y también se utilizan en muchas otras industrias.

Con ácidos y sales

Dado que el ferrum se encuentra a la izquierda del hidrógeno en la serie electroquímica de la actividad del metal, es capaz de desplazar este elemento de los compuestos. Un ejemplo de esto es la reacción de sustitución, que puede observarse añadiendo hierro al ácido. Por ejemplo, si se mezcla hierro y ácido sulfúrico (el mismo ácido sulfúrico) en una concentración media, en las mismas proporciones molares, como resultado, obtenemos sulfato ferroso (II) e hidrógeno en las mismas proporciones molares. La ecuación para esta reacción sería así: Fe + H ₂ SO ₄ = FeSO ₄ + H ₂ .

Al reaccionar con sales, se manifiestan las propiedades reductoras del hierro. Es decir, con la ayuda de ella puede seleccionar un metal menos activo de la sal. Por ejemplo, si usted toma un mol de sulfato de cobre y la misma cantidad de ferrum, puede obtener sulfato ferroso (II) y cobre puro en las mismas proporciones molares.

Importancia para el cuerpo

Uno de los elementos químicos más comunes en la corteza terrestre es el hierro. Ya hemos examinado las propiedades de la materia , ahora nos acercamos desde el punto de vista biológico. Ferrum desempeña funciones muy importantes tanto a nivel celular como a nivel de todo el organismo. En primer lugar, el hierro es la base de una proteína como la hemoglobina. Es necesario para el transporte de oxígeno por la sangre de los pulmones a todos los tejidos, órganos, a cada célula del cuerpo, principalmente a las neuronas del cerebro. Por lo tanto, las propiedades útiles del hierro no pueden ser exageradas.

Además del hecho de que afecta la formación de la sangre, el ferrum es también importante para el buen funcionamiento de la glándula tiroides (esto requiere no sólo el yodo, como algunos creen). Además, el hierro participa en el metabolismo intracelular, regula la inmunidad. Todavía ferrum en una cantidad especialmente grande está contenido en las células del hígado, ya que ayuda a neutralizar las sustancias nocivas. También es uno de los principales componentes de muchos tipos de enzimas en nuestro cuerpo. La dieta diaria de una persona debe contener entre diez y veinte miligramos de este oligoelemento.

Productos ricos en hierro

Hay muchos de ellos. Ambos son vegetales y animales. Las primeras son cereales, legumbres, cereales (especialmente trigo sarraceno), manzanas, setas (blancas), frutos secos, rosa de perro, peras, melocotones, aguacate, calabaza, almendras, dátiles, tomates, brócoli, repollo, arándanos, moras, apio y otros. El segundo – el hígado, la carne. El uso de alimentos con un alto contenido de hierro es especialmente importante durante el embarazo, ya que el cuerpo del feto que se está formando requiere una gran cantidad de este oligoelemento para el pleno crecimiento y desarrollo.

Signos de una deficiencia en el cuerpo de hierro

Los síntomas del ingreso demasiado bajo de ferrum en el cuerpo son fatiga, congelación permanente de manos y pies, depresión, cabello quebradizo y uñas, disminución de la actividad intelectual, trastornos digestivos, mal funcionamiento, anormalidades en la glándula tiroides. Si usted nota varios de estos síntomas, entonces vale la pena aumentar el número de productos con contenido de hierro en su dieta o comprar vitaminas o suplementos alimenticios que contienen ferrum. También es necesario consultar a un médico si alguno de estos síntomas se siente demasiado agudamente.

Uso de la virola en la industria

La aplicación y las propiedades del hierro están estrechamente relacionadas. En relación con su ferromagnetismo, se utiliza para fabricar imanes – más débiles para uso doméstico (imanes de recuerdo para refrigeradores, etc.) y para los más fuertes – para fines industriales. Debido al hecho de que el metal en cuestión tiene alta resistencia y dureza, se utilizó desde la antigüedad para la fabricación de armas, armaduras y otras herramientas militares y domésticas. Por cierto, en el antiguo Egipto se conocía el hierro del meteorito, cuyas propiedades exceden a las del metal ordinario. También se usó hierro especial y en la Roma Antigua. De él hicieron las armas de la élite. Un escudo o una espada hecha de metal meteórico sólo podría tener una persona muy rica y noble.

En general, el metal, que consideramos en este artículo, es el más versátil utilizado entre todas las sustancias de este grupo. En primer lugar, produce acero y hierro fundido, que se utilizan para producir todo tipo de productos necesarios en la industria y en la vida cotidiana.

El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono, en la que la segunda está presente de 1,7 a 4,5 por ciento. Si el segundo es menos del 1,7 por ciento, entonces este tipo de aleación se llama acero. Si el carbono en la composición está presente alrededor del 0,02 por ciento, entonces este es ya hierro técnico ordinario. La presencia de carbono en la aleación es necesaria para darle mayor resistencia, estabilidad térmica, resistencia a la corrosión.

Además, el acero puede contener muchos otros elementos químicos como impurezas. Esto es manganeso, y fósforo, y silicio. También en este tipo de aleación para darle ciertas cualidades se pueden agregar cromo, níquel, molibdeno, tungsteno y muchos otros elementos químicos. Los tipos de acero, en los que hay una gran cantidad de silicio (alrededor del cuatro por ciento), se utilizan como transformador. Aquellas en las que se emplea una gran cantidad de manganeso (hasta doce o catorce por ciento) en la fabricación de partes de ferrocarriles, molinos, trituradoras y otras herramientas, algunas de las cuales son propensas a un rápido borrado.

Molibdeno se incorpora en la aleación para hacerlo más estable térmicamente – tales aceros se utilizan como molinos de herramientas. Además, para obtener todos los conocidos ya menudo utilizados en el hogar en forma de cuchillos y otras herramientas domésticas de acero inoxidable, es necesario añadir cromo, níquel y titanio a la aleación. Y con el fin de obtener un acero resistente a los golpes, de alta resistencia, dúctil, es suficiente para añadir vanadio a la misma. Con la introducción del niobio, es posible lograr una alta resistencia a la corrosión ya sustancias químicamente agresivas.

Para la fabricación de discos duros, tarjetas de memoria y otros dispositivos de este tipo se necesita magnetita mineral, mencionada al principio del artículo. Debido a las propiedades magnéticas, el hierro se puede encontrar en el dispositivo de transformadores, motores, productos electrónicos, etc Además, el ferrum se puede agregar a las aleaciones de otros metales para darles mayor resistencia y estabilidad mecánica. El sulfato de este elemento se utiliza en la horticultura para el control de plagas (junto con el sulfato de cobre). Cloruro de hierro es esencial para la purificación del agua. Además, el polvo de magnetita se utiliza en impresoras en blanco y negro. La forma principal de usar pirita es obtener ácido sulfúrico de ella. Este proceso tiene lugar en el laboratorio en tres etapas. En la primera etapa de pirita, la virola se quema, obteniendo de este modo óxido de hierro y dióxido de azufre. En la segunda etapa, la conversión de dióxido de azufre en su trióxido tiene lugar con la participación de oxígeno. Y en la fase final, la sustancia resultante se hace pasar a través de vapor de agua en presencia de catalizadores, obteniendo de este modo ácido sulfúrico.

Preparación de hierro

Básicamente metal activo se extrae de sus dos minerales principales: magnetita y hematites. Hacer esto con una reducción de hierro a partir de sus compuestos de carbono en forma de coque. Esto se realiza en un alto horno, en el que la temperatura alcanza los dos mil grados centígrados. Además, hay una forma de restaurar Ferrum hidrógeno. Para este propósito el opcionalmente presencia de un alto horno. Para implementar este método toma una arcilla especial, se mezcla con el mineral triturado y se trató con hidrógeno en el horno de cuba.

conclusión

Las propiedades y aplicaciones de hierro variaron. Esta es quizás la más importante de nuestra vida de metal. Llegando a ser conocido por el hombre, que tomó el lugar de bronce, que en ese momento era el material principal para la fabricación de herramientas y armas. Acero y hierro en muchos aspectos superior a la aleación de cobre y estaño en términos de sus propiedades físicas, resistencia a la tensión mecánica.

Además, el hierro en nuestro planeta es más común de lo que muchos otros metales. fracción de masa en la corteza terrestre es casi cinco por ciento. Es el cuarto elemento químico más abundante en la naturaleza. Además, este elemento químico es muy importante para el funcionamiento normal del cuerpo de animales y plantas, sobre todo porque se basa en la hemoglobina construido. El hierro es un oligoelemento esencial, el uso del cual es importante para el funcionamiento normal de los órganos y de salud. Además de lo anterior, es el único metal que tiene propiedades magnéticas únicas. Sin Ferrum es imposible imaginar nuestra vida.