O ferro é um elemento de um subgrupo lateral do oitavo grupo do quarto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev com número atômico 26. É designado pelo símbolo Fe (lat. Ferrum). Um dos metais mais comuns na crosta terrestre (segundo lugar depois do alumínio). Metal de média atividade, agente redutor.
Principais estados de oxidação - +2, +3
Uma substância simples, o ferro é um metal prateado maleável com alta reatividade química: o ferro corrói rapidamente em altas temperaturas ou alta umidade no ar. Em oxigênio puro, o ferro queima e, em um estado finamente disperso, inflama-se espontaneamente no ar.
Propriedades químicas de uma substância simples - ferro:
Enferrujando e queimando em oxigênio
1) No ar, o ferro é facilmente oxidado na presença de umidade (ferrugem):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
Um fio de ferro aquecido queima em oxigênio, formando incrustações - óxido de ferro (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)
2) Em altas temperaturas (700–900°C), o ferro reage com o vapor de água:
3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) O ferro reage com não-metais quando aquecido:
2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °С)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)
4) Em uma série de tensões, fica à esquerda do hidrogênio, reage com os ácidos diluídos Hcl e H 2 SO 4, enquanto os sais de ferro (II) são formados e o hidrogênio é liberado:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (as reações são realizadas sem acesso ao ar, caso contrário, o Fe +2 é gradualmente convertido pelo oxigênio em Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (dif.) → FeSO 4 + H 2
Em ácidos oxidantes concentrados, o ferro se dissolve apenas quando aquecido, ele passa imediatamente para o cátion Fe 3+:
2Fe + 6H 2 SO 4 (conc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (conc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(no frio, ácidos nítrico e sulfúrico concentrados passivar
Um prego de ferro imerso em uma solução azulada de sulfato de cobre é gradualmente coberto com uma camada de cobre metálico vermelho.
5) O ferro desloca os metais para a direita em soluções de seus sais.
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
A anfotericidade do ferro se manifesta apenas em álcalis concentrados durante a fervura:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2
e forma-se um precipitado de tetrahidroxoferrato(II) de sódio.
ferro técnico- ligas de ferro com carbono: ferro fundido contém 2,06-6,67% C, aço 0,02-2,06% C, outras impurezas naturais (S, P, Si) e aditivos especiais introduzidos artificialmente (Mn, Ni, Cr) estão frequentemente presentes, o que confere às ligas de ferro propriedades tecnicamente úteis - dureza, resistência térmica e à corrosão, maleabilidade, etc. . .
Processo de produção de ferro de alto-forno
O processo de produção de ferro em alto-forno consiste nas seguintes etapas:
a) preparação (torrefação) de minérios de sulfeto e carbonato - conversão em minério de óxido:
FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)
b) queima de coque com jato quente:
C (coque) + O 2 (ar) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (coque) ⇌ 2CO (700-1000 ° C)
c) redução de minério de óxido com monóxido de carbono CO em sucessão:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fé
d) carbonetação do ferro (até 6,67% C) e fusão do ferro fundido:
Fe (t ) →(C(Coca)900-1200°С) Fe (g) (ferro fundido, t pl 1145°C)
No ferro fundido, a cementita Fe 2 C e a grafita estão sempre presentes na forma de grãos.
Produção de aço
A redistribuição do ferro fundido em aço é realizada em fornos especiais (conversor, forno aberto, elétrico), que diferem no método de aquecimento; temperatura do processo 1700-2000 °C. Soprar ar enriquecido com oxigênio queima o excesso de carbono do ferro fundido, bem como enxofre, fósforo e silício na forma de óxidos. Nesse caso, os óxidos são capturados na forma de gases de exaustão (CO 2, SO 2) ou ligados a uma escória facilmente separada - uma mistura de Ca 3 (PO 4) 2 e CaSiO 3. Para obter aços especiais, aditivos de liga de outros metais são introduzidos no forno.
Recibo ferro puro na indústria - eletrólise de uma solução de sais de ferro, por exemplo:
FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (eletrólise)
(existem outros métodos especiais, inclusive a redução de óxidos de ferro com hidrogênio).
O ferro puro é usado na produção de ligas especiais, na fabricação de núcleos de eletroímãs e transformadores, o ferro fundido é usado na produção de peças fundidas e aço, o aço é usado como material estrutural e de ferramentas, incluindo desgaste, calor e corrosão -materiais resistentes.
Óxido de ferro(II) F EO . Óxido anfótero com grande predominância de propriedades básicas. Preto, tem uma estrutura iônica de Fe 2+ O 2-. Quando aquecido, primeiro se decompõe e depois se reconstitui. Não é formado durante a combustão do ferro no ar. Não reage com água. Decomposto por ácidos, fundido com álcalis. Oxida lentamente em ar úmido. Recuperado por hidrogênio, coque. Participa do processo de fundição de ferro em alto-forno. É usado como componente de cerâmica e tintas minerais. Equações das reações mais importantes:
4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)
FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (conc.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Num 4FeO3(vermelho.) trioxoferrato(II)(400-500 °С)
FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (alta pureza) (350 ° C)
FeO + C (coque) \u003d Fe + CO (acima de 1000 ° C)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)
4FeO + 2H 2 O (umidade) + O 2 (ar) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)
Recibo V laboratórios: decomposição térmica de compostos de ferro (II) sem acesso de ar:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)
Óxido de ferro (III) - ferro ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Óxido duplo. Preto, tem a estrutura iônica de Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termicamente estável até altas temperaturas. Não reage com água. Decomposto por ácidos. É reduzido por hidrogênio, ferro em brasa. Participa do processo de alto-forno de produção de ferro. É usado como componente de tintas minerais ( ferro minimo), cerâmica, cimento colorido. O produto da oxidação especial da superfície dos produtos de aço ( escurecimento, azulado). A composição corresponde a ferrugem marrom e escamas escuras no ferro. O uso da fórmula Fe 3 O 4 não é recomendado. Equações das reações mais importantes:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (acima de 1538 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (conc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (ar) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (alta pureza, 1000 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 ° С, 560-700 ° С)
Recibo: combustão do ferro (ver) no ar.
magnetita.
Óxido de ferro(III) F e 2 O 3 . Óxido anfótero com predominância de propriedades básicas. Castanho-avermelhado, possui estrutura iônica (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termicamente estável até altas temperaturas. Não é formado durante a combustão do ferro no ar. Não reage com água, um hidrato amorfo marrom Fe 2 O 3 nH 2 O precipita da solução. Reage lentamente com ácidos e álcalis. É reduzido por monóxido de carbono, ferro fundido. Liga com óxidos de outros metais e forma óxidos duplos - espinélios(produtos técnicos são chamados de ferritas). É utilizado como matéria-prima na fundição de ferro no processo de alto-forno, como catalisador na produção de amônia, como componente de cerâmicas, cimentos coloridos e tintas minerais, na soldagem termita de estruturas de aço, como portador de som e imagem em fitas magnéticas, como agente de polimento de aço e vidro.
Equações das reações mais importantes:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)
Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (conc.) → H 2 O+ 2 NAFeO 2 (vermelho)dioxoferrato(III)
Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (altamente puro, 1050-1100 ° С)
Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)
Recibo no laboratório - decomposição térmica de sais de ferro (III) no ar:
Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)
4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)
Na natureza - minérios de óxido de ferro hematita Fe 2 O 3 e limonita Fe 2 O 3 nH 2 O
Hidróxido de ferro(II) F e(OH) 2 . Hidróxido anfótero com predominância de propriedades básicas. Brancas (às vezes com um tom esverdeado), as ligações Fe-OH são predominantemente covalentes. Termicamente instável. Oxida facilmente no ar, especialmente quando molhado (escurece). Insolúvel em água. Reage com ácidos diluídos, álcalis concentrados. Típico restaurador. Produto intermediário na oxidação do ferro. É utilizado na fabricação da massa ativa de baterias de ferro-níquel.
Equações das reações mais importantes:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, em atm.N 2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (azul esverdeado) (em ebulição)
4Fe(OH) 2 (suspensão) + O 2 (ar) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)
2Fe (OH) 2 (suspensão) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + KNO 3 (conc.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)
Recibo: precipitação de solução com álcalis ou hidrato de amônia em uma atmosfera inerte:
Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2 ↓
Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4
metahidróxido de ferro F eO(OH). Hidróxido anfótero com predominância de propriedades básicas. Castanho claro, as ligações Fe-O e Fe-OH são predominantemente covalentes. Quando aquecido, decompõe-se sem derreter. Insolúvel em água. Precipita da solução na forma de um poliidrato amorfo marrom Fe 2 O 3 nH 2 O, que, quando mantido em solução alcalina diluída ou quando seco, transforma-se em FeO (OH). Reage com ácidos, álcalis sólidos. Agente oxidante e redutor fraco. Sinterizado com Fe(OH) 2 . Produto intermediário na oxidação do ferro. É usado como base para tintas minerais amarelas e esmaltes, como absorvedor de gases de escape, como catalisador em síntese orgânica.
A composição da conexão Fe(OH) 3 não é conhecida (não recebida).
Equações das reações mais importantes:
Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C no ar, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fé 2 O 3 . nH 2 O-colóide(NaOH (conc.))
FeO(OH) → Num 3 [Fe(OH)6]branco, Na 5 e K 4, respectivamente; em ambos os casos, precipita um produto azul de mesma composição e estrutura, KFe III. Em laboratório, esse precipitado é denominado azul da Prússia, ou virabrequim azul:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Nomes químicos dos reagentes iniciais e do produto da reação:
K 3 Fe III - hexacianoferrato de potássio (III)
K 4 Fe III - hexacianoferrato de potássio (II)
KFe III - hexacianoferrato (II) ferro (III) potássio
Além disso, o íon tiocianato NCS - é um bom reagente para íons Fe 3+, ferro (III) se combina com ele e uma cor vermelha brilhante (“sangrenta”) aparece:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Com este reagente (por exemplo, na forma de sal KNCS), até vestígios de ferro (III) podem ser detectados na água da torneira se ela passar por canos de ferro cobertos de ferrugem por dentro.
O ferro é o oitavo elemento do quarto período da tabela periódica. Seu número na tabela (também chamado de atômico) é 26, que corresponde ao número de prótons no núcleo e elétrons na camada eletrônica. É designado pelas duas primeiras letras de seu equivalente latino - Fe (lat. Ferrum - lê-se como "ferrum"). O ferro é o segundo elemento mais comum na crosta terrestre, o percentual é de 4,65% (o mais comum é o alumínio, Al). Em sua forma nativa, esse metal é bastante raro; na maioria das vezes, é extraído de minério misturado com níquel.
Em contato com
Qual é a natureza deste composto? O ferro como átomo consiste em uma rede cristalina de metal, o que garante a dureza dos compostos que contêm esse elemento e a estabilidade molecular. É em conexão com isso que este metal é um corpo sólido típico, ao contrário, por exemplo, do mercúrio.
Ferro como uma substância simples- metal prateado com propriedades típicas deste grupo de elementos: maleabilidade, brilho metálico e ductilidade. Além disso, o ferro tem uma alta reatividade. A última propriedade é evidenciada pelo fato de que o ferro corrói muito rapidamente na presença de alta temperatura e umidade apropriada. Em oxigênio puro, esse metal queima bem e, se for esmagado em partículas muito pequenas, elas não apenas queimam, mas também se inflamam espontaneamente.
Freqüentemente, chamamos de ferro não um metal puro, mas suas ligas contendo carbono ©, por exemplo, aço (<2,14% C) и чугун (>2,14%C). Também de grande importância industrial são as ligas, às quais são adicionados metais de liga (níquel, manganês, cromo e outros), devido aos quais o aço se torna inoxidável, ou seja, ligado. Assim, com base nisso, fica claro o que uma extensa aplicação industrial tem este metal.
Fe Característico
Propriedades químicas do ferro
Vamos dar uma olhada mais de perto nos recursos desse elemento.
Propriedades de uma substância simples
- Oxidação no ar em alta umidade (processo corrosivo):
4Fe + 3O2 + 6H2O \u003d 4Fe (OH) 3 - ferro (III) hidróxido (hidróxido)
- Combustão de um fio de ferro em oxigênio com a formação de um óxido misto (contém um elemento com estado de oxidação +2 e estado de oxidação +3):
3Fe+2O2 = Fe3O4 (escama de ferro). A reação é possível quando aquecida a 160 ⁰C.
- Interação com água em alta temperatura (600−700 ⁰C):
3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2
- Reações com não metais:
a) Reação com halogênios (Importante! Com essa interação adquire o estado de oxidação do elemento +3)
2Fe + 3Cl2 \u003d 2FeCl3 - cloreto férrico
b) Reação com enxofre (Importante! Nessa interação o elemento tem estado de oxidação +2)
O sulfeto de ferro (III) - Fe2S3 pode ser obtido durante outra reação:
Fe2O3+ 3H2S=Fe2S3+3H2O
c) Formação de pirita
Fe + 2S \u003d FeS2 - pirita. Preste atenção ao grau de oxidação dos elementos que compõem este composto: Fe (+2), S (-1).
- Interação com sais metálicos na série eletroquímica de atividade metálica à direita de Fe:
Fe + CuCl2 \u003d FeCl2 + Cu - cloreto de ferro (II)
- Interação com ácidos diluídos (por exemplo, clorídrico e sulfúrico):
Fe+HBr = FeBr2+H2
Fe+HCl = FeCl2+ H2
Observe que essas reações produzem ferro com um estado de oxidação de +2.
- Em ácidos não diluídos, que são os agentes oxidantes mais fortes, a reação só é possível quando aquecido; em ácidos frios, o metal é passivado:
Fe + H2SO4 (concentrado) = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O
Fe+6HNO3 = Fe(NO3)3+3NO2+3H2O
- As propriedades anfotéricas do ferro se manifestam apenas ao interagir com álcalis concentrados:
Fe + 2KOH + 2H2O \u003d K2 + H2 - tetra-hidroxiferrato de potássio (II) precipita.
Processo de fabricação de ferro em um alto-forno
- Torrefação e subsequente decomposição de minérios de sulfeto e carbonato (isolamento de óxidos metálicos):
FeS2 -> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2). Esta reação é também o primeiro passo na síntese industrial do ácido sulfúrico.
FeCO3 -> Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2).
- Queima de coque (em excesso):
С (coque) + O2 (ar) —> CO2 (600−700 ⁰C)
CO2+С (coque) —> 2CO (750−1000 ⁰C)
- Recuperação de minério contendo óxido com monóxido de carbono:
Fe2O3 —> Fe3O4 (CO, -CO2)
Fe3O4 —> FeO (CO, -CO2)
FeO —> Fe(CO, -CO2)
- Carburização do ferro (até 6,7%) e fusão do ferro fundido (t⁰fusão - 1145 ⁰C)
Fe (sólido) + C (coque) -> ferro fundido. A temperatura da reação é 900−1200 ⁰C.
No ferro fundido, a cementita (Fe2C) e a grafita estão sempre presentes na forma de grãos.
Caracterização de compostos contendo Fe
Estudaremos os recursos de cada conexão separadamente.
Fe3O4
Óxido de ferro misto ou duplo, contendo um elemento com um estado de oxidação de +2 e +3. Também Fe3O4 é chamado óxido de ferro. Este composto é resistente a altas temperaturas. Não reage com água, vapor de água. Decomposto por ácidos minerais. Pode ser reduzido com hidrogênio ou ferro em alta temperatura. Como você pode entender pelas informações acima, é um produto intermediário na cadeia de reações da produção industrial de ferro.
O óxido de ferro direto é usado na produção de tintas de base mineral, cimento colorido e produtos cerâmicos. Fe3O4 é o que se obtém escurecendo e azulando o aço. Um óxido misto é obtido pela queima de ferro ao ar (a reação é dada acima). Um minério contendo óxidos é a magnetita.
Fe2O3
Óxido de ferro(III), nome trivial - hematita, composto marrom-avermelhado. Resistente a altas temperaturas. Em sua forma pura, não é formado durante a oxidação do ferro com o oxigênio atmosférico. Não reage com a água, forma hidratos que precipitam. Reage mal com álcalis e ácidos diluídos. Pode ser ligado com óxidos de outros metais, formando espinélios - óxidos duplos.
O minério de ferro vermelho é utilizado como matéria-prima na produção industrial de ferro-gusa pelo método de alto-forno. Também acelera a reação, ou seja, é um catalisador na indústria da amônia. É usado nas mesmas áreas que o óxido de ferro. Além disso, era usado como portador de som e imagens em fitas magnéticas.
FeOH2
Hidróxido de ferro(II), composto que possui tanto propriedades ácidas quanto básicas, predominam estas últimas, ou seja, é anfotérico. Uma substância branca que se oxida rapidamente no ar, "torna-se marrom" em hidróxido de ferro (III). Decompõe-se quando exposto à temperatura. Reage com soluções fracas de ácidos e álcalis. Não nos dissolveremos na água. Na reação, atua como um agente redutor. É um produto intermediário na reação de corrosão.
Detecção de íons Fe2+ e Fe3+ (reações "qualitativas")
O reconhecimento dos íons Fe2+ e Fe3+ em soluções aquosas é feito por meio de compostos complexos complexos - K3, sal vermelho do sangue e K4, sal amarelo do sangue, respectivamente. Em ambas as reações, forma-se um precipitado de cor azul saturado com a mesma composição quantitativa, mas uma posição diferente de ferro com valência +2 e +3. Este precipitado também é frequentemente referido como azul da Prússia ou azul de Turnbull.
Reação escrita na forma iônica
Fe2++K++3- K+1Fe+2
Fe3++K++4- K+1Fe+3
Um bom reagente para detectar Fe3+ é o íon tiocianato (NCS-)
Fe3++ NCS- 3- - esses compostos têm uma cor vermelha brilhante ("sangrenta").
Este reagente, por exemplo, tiocianato de potássio (fórmula - KNCS), permite determinar até mesmo uma concentração insignificante de ferro em soluções. Assim, ele é capaz de determinar se os canos estão enferrujados ao examinar a água da torneira.
O ferro é o principal material estrutural. O metal é usado literalmente em todos os lugares - de foguetes e submarinos a talheres e ornamentos forjados na grelha. Em grande medida, isso é facilitado por um elemento da natureza. No entanto, a verdadeira razão é, no entanto, a sua resistência e durabilidade.
Neste artigo, caracterizaremos o ferro como metal, indicaremos suas propriedades físicas e químicas úteis. Separadamente, contamos por que o ferro é chamado de metal ferroso, como ele difere de outros metais.
Por mais estranho que pareça, às vezes ainda surge a questão de saber se o ferro é um metal ou um não-metal. O ferro é um elemento do 8º grupo, 4 períodos da tabela de D. I. Mendeleev. O peso molecular é 55,8, o que é bastante.
Este é um metal cinza prateado, bastante macio, dúctil, com propriedades magnéticas. Na verdade, o ferro puro é encontrado e usado muito raramente, uma vez que o metal é quimicamente ativo e entra em uma variedade de reações.
Sobre o que é o ferro, este vídeo contará:
Conceito e características
O ferro é geralmente chamado de liga com uma pequena proporção de impurezas - até 0,8%, que retém quase todas as propriedades do metal. Não é nem mesmo essa opção que encontra uso generalizado, mas o aço e o ferro fundido. Seu nome - metal ferroso, ferro, ou melhor, o mesmo ferro fundido e aço, recebido devido à cor do minério - preto.
Hoje, as ligas de ferro são chamadas de metais ferrosos: aço, ferro fundido, ferrita, manganês e às vezes cromo.
O ferro é um elemento muito comum. Em termos de conteúdo na crosta terrestre, ocupa o 4º lugar, atrás do oxigênio, e. O núcleo da Terra contém 86% de ferro e apenas 14% - no manto. Na água do mar, a substância contém muito pouco - até 0,02 mg / l, na água do rio um pouco mais - até 2 mg / l.
O ferro é um metal típico e também bastante ativo. Reage com ácidos diluídos e concentrados, mas sob a ação de agentes oxidantes muito fortes, pode formar sais de ferro. No ar, o ferro fica rapidamente coberto por uma película de óxido que impede a continuação da reação.
No entanto, na presença de umidade, em vez de um filme de óxido, aparece a ferrugem, que, devido à sua estrutura solta, não impede a oxidação posterior. Essa característica - corrosão na presença de umidade - é a principal desvantagem das ligas de ferro. Vale ressaltar que as impurezas provocam corrosão, enquanto o metal quimicamente puro é resistente à água.
Parâmetros importantes
O ferro metálico puro é bastante dúctil, presta-se bem ao forjamento e é mal fundido. No entanto, pequenas impurezas de carbono aumentam significativamente sua dureza e fragilidade. Essa qualidade tornou-se um dos motivos do deslocamento das ferramentas de bronze pelas de ferro.
- Se compararmos as ligas de ferro e, daquelas que eram conhecidas no mundo antigo, é óbvio que, em termos de resistência à corrosão e, portanto, em termos de durabilidade. No entanto, a massa levou ao esgotamento das minas de estanho. E, como é bem menor que isso, os metalúrgicos do passado tinham a questão de substituir. E o ferro substituiu o bronze. Este último foi completamente suplantado com o surgimento do aço: o bronze não oferece essa combinação de dureza e elasticidade.
- Ferro forma uma tríade de ferro com cobalto. As propriedades dos elementos são muito próximas, mais próximas do que suas contrapartes com a mesma estrutura da camada externa. Todos os metais têm excelentes propriedades mecânicas: são facilmente processados, laminados, esticados, podem ser forjados e estampados. O cobalto não é tão reativo e mais resistente à corrosão do que o ferro. No entanto, a menor prevalência desses elementos não permite sua utilização tão ampla quanto o ferro.
- O principal "concorrente" do ferro em termos de uso é. Mas, na verdade, ambos os materiais têm qualidades completamente diferentes. longe de ser tão forte quanto o ferro, estica pior, não pode ser forjado. Por outro lado, o metal difere, muito menos peso, o que facilita significativamente o design.
A condutividade elétrica do ferro é muito média, enquanto o alumínio neste indicador perde apenas para a prata e o ouro. O ferro é um ferroímã, ou seja, permanece magnetizado na ausência de um campo magnético e é atraído para um campo magnético.
Propriedades tão diferentes levam a áreas de aplicação completamente diferentes, de modo que os materiais estruturais "lutam" muito raramente, por exemplo, na fabricação de móveis, onde a leveza de um perfil de alumínio se opõe à resistência de um de aço.
As vantagens e desvantagens do ferro são discutidas abaixo.
Vantagens e desvantagens
A principal vantagem do ferro em comparação com outros metais estruturais é a prevalência e relativa facilidade de fundição. Mas, considerando quanto ferro é usado, esse é um fator muito importante.
Vantagens
As vantagens do metal incluem outras qualidades.
- Força e dureza mantendo a elasticidade - não estamos falando de ferro quimicamente puro, mas de ligas. Além disso, essas qualidades variam em uma faixa bastante ampla, dependendo do tipo de aço, método de tratamento térmico, método de produção e assim por diante.
- Uma variedade de aços e ferritas permite que você crie e selecione um material para literalmente qualquer tarefa - desde a estrutura da ponte até a ferramenta de corte. A capacidade de obter as propriedades desejadas pela adição de impurezas muito pequenas é uma vantagem excepcionalmente grande.
- A facilidade de usinagem possibilita a obtenção de produtos de diversos tipos: vergalhões, tubos, produtos perfilados, vigas, chapas de ferro, etc.
- As propriedades magnéticas do ferro são tais que o metal é o principal material na produção de acionamentos magnéticos.
- O custo das ligas, é claro, depende da composição, mas ainda é significativamente menor que o da maioria das ligas não ferrosas, embora com características de maior resistência.
- A ductilidade do ferro confere ao material possibilidades decorativas muito elevadas.
Imperfeições
As desvantagens das ligas de ferro são significativas.
- Primeiro de tudo, isso é resistência à corrosão insuficiente. Tipos especiais de aços - inoxidáveis, têm essa qualidade útil, mas são muito mais caros. Com muito mais frequência, o metal é protegido por um revestimento - metal ou polímero.
- O ferro é capaz de acumular eletricidade, de modo que os produtos feitos de suas ligas estão sujeitos à corrosão eletroquímica. Caixas de dispositivos e máquinas, tubulações devem ser protegidas de alguma forma - proteção catódica, proteção do piso e assim por diante.
- O metal é pesado, então as estruturas de ferro aumentam significativamente o peso do objeto de construção - um prédio, um vagão ferroviário, uma embarcação marítima.
Composição e estrutura
O ferro existe em 4 modificações diferentes, diferindo umas das outras em parâmetros de rede e estrutura. A presença de fases é realmente de importância decisiva para a fundição, pois são precisamente as transições de fase e sua dependência de elementos de liga que garantem o próprio andamento dos processos metalúrgicos neste mundo. Então, estamos falando das seguintes fases:
- A fase α é estável até +769 C, tem uma rede cúbica de corpo centrado. A fase α é ferromagnética, ou seja, retém sua magnetização na ausência de um campo magnético. Uma temperatura de 769 C é o ponto de Curie para o metal.
- A fase β existe de +769 C a +917 C. A estrutura da modificação é a mesma, mas os parâmetros de rede são um pouco diferentes. Ao mesmo tempo, quase todas as propriedades físicas são preservadas, exceto as magnéticas: o ferro torna-se um paramagneto.
- A fase γ aparece na faixa de +917 a +1394 C. Possui uma rede cúbica de face centrada.
- A fase δ existe acima de uma temperatura de +1394 C e tem uma rede cúbica de corpo centrado.
Há também uma modificação ε, que aparece em alta pressão, bem como como resultado da dopagem de alguns elementos. A fase ε tem uma rede hexagonal compacta.
Este vídeo falará sobre as propriedades físicas e químicas do ferro:
Propriedades e características
Muito depende de sua pureza. A diferença entre as propriedades do ferro quimicamente puro e do aço técnico comum, e ainda mais ligado, é muito significativa. Como regra, as características físicas são dadas para o ferro técnico com um teor de impurezas de 0,8%.
É necessário distinguir as impurezas nocivas dos aditivos de liga. Os primeiros, enxofre e fósforo, por exemplo, conferem fragilidade à liga sem aumentar a dureza ou a resistência mecânica. O carbono no aço aumenta esses parâmetros, ou seja, é um componente útil.
- A densidade do ferro (g/cm3) depende até certo ponto da fase. Assim, o α-Fe tem uma densidade de 7,87 g/cu. cm em temperatura normal e 7,67 g/cu. cm a +600 C. A densidade da fase γ é menor - 7,59 g / cu. cm e a fase δ é ainda menor - 7,409 g / cc.
- O ponto de fusão da substância é +1539 C. O ferro pertence a metais moderadamente refratários.
- Ponto de ebulição - +2862 C.
- A resistência, ou seja, a resistência a cargas de vários tipos - pressão, tensão, flexão, é regulada para cada tipo de aço, ferro fundido e ferrita, por isso é difícil falar sobre esses indicadores em geral. Assim, os aços rápidos têm uma resistência à flexão igual a 2,5–2,8 GPa. E o mesmo parâmetro do ferro técnico convencional é de 300 MPa.
- Dureza na escala de Mohs - 4–5. Aços especiais e ferro quimicamente puro alcançam taxas muito mais altas.
- Resistência elétrica específica 9,7·10-8 ohm·m. O ferro conduz a corrente muito pior do que o cobre ou o alumínio.
- A condutividade térmica também é menor que a desses metais e depende da composição da fase. A 25 C é 74,04 W/(m.K), a 1500 C é 31,8 [W/(m.K)].
- O ferro é perfeitamente forjado, tanto em temperaturas normais quanto elevadas. Ferro fundido e aço podem ser fundidos.
- Uma substância não pode ser chamada de biologicamente inerte. No entanto, sua toxicidade é muito baixa. Isso está relacionado, porém, não tanto à atividade do elemento, mas à incapacidade do corpo humano de absorvê-lo bem: o máximo é de 20% da dose recebida.
O ferro não pode ser atribuído a substâncias ambientais. No entanto, o principal dano ao meio ambiente não é causado por seus resíduos, pois o ferro enferruja rapidamente, mas pelos resíduos da produção - escória, gases liberados.
Produção
O ferro é um dos elementos mais comuns, por isso não requer grandes gastos. Os depósitos estão sendo desenvolvidos por métodos abertos e de mineração. Na verdade, todos os minérios de mineração incluem ferro, mas apenas aqueles em que a proporção de metal é grande o suficiente estão sendo desenvolvidos. São minérios ricos - minério de ferro vermelho, magnético e marrom com teor de ferro de até 74%, minérios com teor médio - marcassita, por exemplo, e minérios pobres com teor de ferro de pelo menos 26% - siderita.
O minério rico é enviado imediatamente para a usina. Raças com médio e baixo teor são enriquecidas.
Existem vários métodos para a produção de ligas de ferro. Via de regra, a fundição de qualquer aço inclui a produção de ferro-gusa. É fundido em um alto-forno a uma temperatura de 1600 C. A carga - sínter, pelotas, é carregada no forno junto com o fluxo e soprada com ar quente. Nesse caso, o metal derrete e o coque queima, o que permite queimar as impurezas indesejadas e separar a escória.
Para obter aço, geralmente é usado ferro fundido branco - nele o carbono é ligado a um composto químico com ferro. As 3 formas mais comuns são:
- forno aberto - o ferro fundido com a adição de minério e sucata é derretido a 2000 C para reduzir o teor de carbono. Ingredientes adicionais, se houver, são adicionados no final da fusão. Desta forma, obtém-se o aço da mais alta qualidade.
- conversor de oxigênio - um método mais produtivo. No forno, a espessura do ferro fundido é soprada com ar a uma pressão de 26 kg/m2. Ver. Uma mistura de oxigênio com ar ou oxigênio puro pode ser usada para melhorar as propriedades do aço;
- eletrofusão - mais frequentemente usada para produzir ligas de aço especiais. Ferro fundido é queimado em um forno elétrico a uma temperatura de 2200 C.
O aço também pode ser obtido pelo método direto. Para fazer isso, pelotas com alto teor de ferro são carregadas em um forno de cuba e sopradas com hidrogênio a uma temperatura de 1000 C. Este último restaura o ferro do óxido sem etapas intermediárias.
Em conexão com as especificidades da metalurgia ferrosa, são vendidos minério com um determinado teor de ferro ou produtos acabados - ferro fundido, aço, ferrita. O preço deles é muito diferente. O custo médio do minério de ferro em 2016 - rico, com teor de elemento superior a 60%, é de US $ 50 por tonelada.
O custo do aço depende de muitos fatores, o que às vezes torna as altas e baixas dos preços completamente imprevisíveis. No outono de 2016, o custo do vergalhão, aço laminado a quente e a frio aumentou acentuadamente devido a um aumento igualmente acentuado nos preços do carvão de coque, um participante indispensável na fundição. Em novembro, as empresas europeias ofertaram uma bobina de aço laminado a quente por 500 euros a tonelada.
Area de aplicação
O escopo de uso de ferro e ligas de ferro é enorme. É mais fácil indicar onde o metal não é usado.
- Construção - a construção de todos os tipos de estruturas, desde a estrutura de suporte da ponte até a caixa decorativa da lareira no apartamento, não pode prescindir de aço de diferentes qualidades. Conexões, hastes, vigas I, canais, ângulos, tubos: absolutamente todos os produtos moldados e seccionais são usados na construção. O mesmo se aplica à chapa: a cobertura é feita com ela e assim por diante.
- Engenharia mecânica - há muito pouco que possa ser comparado ao aço em termos de resistência e resistência ao desgaste; portanto, as partes do corpo da grande maioria das máquinas são feitas de aço. Especialmente nos casos em que o equipamento deve operar em altas temperaturas e pressões.
- Ferramentas - com a ajuda de elementos de liga e endurecimento, o metal pode receber dureza e resistência próximas aos diamantes. Os aços rápidos são a base de qualquer ferramenta de usinagem.
- Na engenharia elétrica, o uso do ferro é mais limitado, justamente porque as impurezas pioram significativamente suas propriedades elétricas, e já são pequenas. Mas o metal é indispensável na produção de peças magnéticas de equipamentos elétricos.
- Pipeline - comunicações de qualquer tipo e tipo são feitas de aço e ferro fundido: aquecimento, tubulações de água, gasodutos, incluindo linhas tronco, bainhas para cabos de energia, oleodutos e assim por diante. Somente o aço é capaz de suportar cargas e pressões internas tão grandes.
- Uso doméstico - o aço está presente em todos os lugares: desde acessórios e talheres até portas e fechaduras de ferro. A força do metal e a resistência ao desgaste o tornam indispensável.
O ferro e suas ligas combinam resistência, durabilidade e resistência ao desgaste. Além disso, o metal é relativamente barato de produzir, o que o torna um material indispensável para a moderna economia nacional.
Sobre ligas de ferro com metais não ferrosos e preto pesado contará este vídeo:
O ferro é um elemento químico bem conhecido. Pertence aos metais com reatividade média. Vamos considerar as propriedades e o uso do ferro neste artigo.
Prevalência na natureza
Existe um número bastante grande de minerais que incluem o ferro. Primeiro de tudo, é magnetita. É setenta e dois por cento de ferro. Sua fórmula química é Fe 3 O 4 . Este mineral também é chamado de minério de ferro magnético. Tem uma cor cinza claro, às vezes com cinza escuro, até preto, com brilho metálico. Seu maior depósito entre os países da CEI está localizado nos Urais.
O próximo mineral com alto teor de ferro é a hematita - consiste em setenta por cento desse elemento. Sua fórmula química é Fe 2 O 3 . Também é chamado de minério de ferro vermelho. Tem uma cor de vermelho-marrom a vermelho-cinza. O maior depósito no território dos países da CEI está localizado em Krivoy Rog.
O terceiro mineral em termos de teor de ferro é a limonita. Aqui, o ferro é sessenta por cento da massa total. É um hidrato cristalino, ou seja, moléculas de água são tecidas em sua rede cristalina, sua fórmula química é Fe 2 O 3 .H 2 O. Como o nome indica, este mineral tem uma cor amarelo-acastanhada, ocasionalmente marrom. É um dos principais componentes do ocre natural e é usado como pigmento. Também é chamado de ironstone marrom. As maiores ocorrências são a Crimeia, os Urais.
Na siderita, o chamado minério de ferro, quarenta e oito por cento de ferro. Sua fórmula química é FeCO 3 . Sua estrutura é heterogênea e consiste em cristais de cores diferentes conectados entre si: cinza, verde claro, amarelo acinzentado, amarelo marrom, etc.
O último mineral natural com alto teor de ferro é a pirita. Tem a seguinte fórmula química FeS 2 . O ferro é quarenta e seis por cento da massa total. Devido aos átomos de enxofre, este mineral tem uma cor amarela dourada.
Muitos dos minerais considerados são usados para obter ferro puro. Além disso, a hematita é utilizada na fabricação de joias a partir de pedras naturais. Inclusões de pirita podem ser encontradas em joias de lápis-lazúli. Além disso, o ferro é encontrado na natureza na composição dos organismos vivos - é um dos componentes mais importantes da célula. Este oligoelemento deve ser fornecido ao corpo humano em quantidades suficientes. As propriedades curativas do ferro se devem em grande parte ao fato de que esse elemento químico é a base da hemoglobina. Portanto, o uso de ferrum tem um bom efeito no estado do sangue e, portanto, em todo o organismo como um todo.
Ferro: propriedades físicas e químicas
Vamos dar uma olhada nessas duas seções principais em ordem. o ferro é sua aparência, densidade, ponto de fusão etc. Ou seja, todas as características distintivas de uma substância associadas à física. As propriedades químicas do ferro são sua capacidade de reagir com outros compostos. Vamos começar com o primeiro.
Propriedades físicas do ferro
Em sua forma pura em condições normais, é um sólido. Tem uma cor cinza prateada e um brilho metálico pronunciado. As propriedades mecânicas do ferro incluem um nível de dureza igual a quatro (médio). O ferro tem boa condutividade elétrica e térmica. A última característica pode ser sentida ao tocar um objeto de ferro em uma sala fria. Como esse material conduz o calor rapidamente, ele tira muito dele da pele em pouco tempo, e é por isso que você sente frio.
Tocando, por exemplo, uma árvore, nota-se que sua condutividade térmica é bem menor. As propriedades físicas do ferro são seus pontos de fusão e ebulição. O primeiro é 1539 graus Celsius, o segundo é 2860 graus Celsius. Pode-se concluir que as propriedades características do ferro são boa ductilidade e fusibilidade. Mas isso não é tudo.
As propriedades físicas do ferro também incluem seu ferromagnetismo. O que é isso? O ferro, cujas propriedades magnéticas podemos observar em exemplos práticos todos os dias, é o único metal que possui uma característica tão única. Isso se deve ao fato de que esse material pode ser magnetizado sob a influência de um campo magnético. E após o término da ação deste último, o ferro, cujas propriedades magnéticas acabaram de ser formadas, permanece um ímã por muito tempo. Esse fenômeno pode ser explicado pelo fato de que na estrutura desse metal existem muitos elétrons livres que podem se mover.
Em termos de química
Este elemento pertence aos metais de atividade média. Mas as propriedades químicas do ferro são típicas de todos os outros metais (exceto aqueles que estão à direita do hidrogênio na série eletroquímica). É capaz de reagir com muitas classes de substâncias.
Vamos começar simples
Ferrum interage com oxigênio, nitrogênio, halogênios (iodo, bromo, cloro, flúor), fósforo, carbono. A primeira coisa a considerar são as reações com o oxigênio. Quando o ferro é queimado, seus óxidos são formados. Dependendo das condições da reação e das proporções entre os dois participantes, elas podem variar. Como exemplo dessas interações, podem ser dadas as seguintes equações de reação: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4. E as propriedades do óxido de ferro (tanto físicas quanto químicas) podem variar, dependendo de sua variedade. Essas reações ocorrem em altas temperaturas.
A próxima é a interação com o nitrogênio. Também pode ocorrer apenas sob a condição de aquecimento. Se pegarmos seis moles de ferro e um mole de nitrogênio, obtemos dois moles de nitreto de ferro. A equação da reação ficará assim: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.
Ao interagir com o fósforo, um fosfeto é formado. Para realizar a reação, são necessários os seguintes componentes: para três moles de ferro - um mole de fósforo, como resultado, forma-se um mole de fosfeto. A equação pode ser escrita da seguinte forma: 3Fe + P = Fe 3 P.
Além disso, entre as reações com substâncias simples, também pode ser distinguida a interação com o enxofre. Neste caso, sulfeto pode ser obtido. O princípio pelo qual ocorre o processo de formação dessa substância é semelhante aos descritos acima. Ou seja, ocorre uma reação de adição. Todas as interações químicas desse tipo requerem condições especiais, principalmente altas temperaturas, menos frequentemente catalisadores.
Também são comuns na indústria química as reações entre o ferro e os halogênios. Estes são cloração, bromação, iodação, fluoração. Como fica claro pelos nomes das próprias reações, este é o processo de adição de átomos de cloro / bromo / iodo / flúor a átomos de ferro para formar cloreto / brometo / iodeto / flúor, respectivamente. Essas substâncias são amplamente utilizadas em diversas indústrias. Além disso, o ferro é capaz de se combinar com o silício em altas temperaturas. Devido ao fato de as propriedades químicas do ferro serem diversas, ele é frequentemente usado na indústria química.
Ferrum e substâncias complexas
Das substâncias simples, passemos àquelas cujas moléculas são constituídas por dois ou mais elementos químicos diferentes. A primeira coisa a mencionar é a reação do ferro com a água. Aqui estão as principais propriedades do ferro. Quando a água é aquecida, ela forma junto com o ferro (é assim chamada porque, ao interagir com a mesma água, forma um hidróxido, ou seja, uma base). Portanto, se você pegar um mol de ambos os componentes, substâncias como dióxido de ferro e hidrogênio são formadas na forma de um gás com um odor pungente - também em proporções molares de um para um. A equação para esse tipo de reação pode ser escrita da seguinte forma: Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2. Dependendo das proporções em que esses dois componentes são misturados, pode-se obter di ou trióxido de ferro. Ambas as substâncias são muito comuns na indústria química e também são usadas em muitas outras indústrias.
Com ácidos e sais
Como o ferro está localizado à esquerda do hidrogênio na série eletroquímica da atividade do metal, ele é capaz de deslocar esse elemento dos compostos. Um exemplo disso é a reação de substituição que pode ser observada quando o ferro é adicionado a um ácido. Por exemplo, se você misturar ferro e ácido sulfúrico (também conhecido como ácido sulfúrico) de concentração média nas mesmas proporções molares, o resultado será sulfato de ferro (II) e hidrogênio nas mesmas proporções molares. A equação para tal reação ficará assim: Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.
Ao interagir com os sais, as propriedades redutoras do ferro se manifestam. Ou seja, com a ajuda dele, um metal menos ativo pode ser isolado do sal. Por exemplo, se você pegar um mol e a mesma quantidade de ferro, poderá obter sulfato de ferro (II) e cobre puro nas mesmas proporções molares.
Significado para o corpo
Um dos elementos químicos mais comuns na crosta terrestre é o ferro. já consideramos, agora vamos abordá-lo do ponto de vista biológico. Ferrum desempenha funções muito importantes tanto no nível celular quanto no nível de todo o organismo. Em primeiro lugar, o ferro é a base de uma proteína como a hemoglobina. É necessário para o transporte de oxigênio pelo sangue dos pulmões para todos os tecidos, órgãos, para todas as células do corpo, principalmente para os neurônios do cérebro. Portanto, as propriedades benéficas do ferro não podem ser superestimadas.
Além de afetar a formação do sangue, o ferrum também é importante para o pleno funcionamento da glândula tireóide (isso requer não apenas iodo, como alguns acreditam). O ferro também participa do metabolismo intracelular, regula a imunidade. Ferrum também é encontrado em quantidades especialmente grandes nas células do fígado, pois ajuda a neutralizar substâncias nocivas. É também um dos principais componentes de muitos tipos de enzimas em nosso corpo. A dieta diária de uma pessoa deve conter de dez a vinte miligramas desse oligoelemento.
Alimentos ricos em ferro
Existem muitos. São de origem vegetal e animal. Os primeiros são cereais, legumes, cereais (especialmente trigo sarraceno), maçãs, cogumelos (brancos), frutas secas, roseira brava, peras, pêssegos, abacates, abóbora, amêndoas, tâmaras, tomates, brócolis, repolho, mirtilos, amoras, aipo, etc. O segundo - fígado, carne. O uso de alimentos ricos em ferro é especialmente importante durante a gravidez, pois o corpo do feto em desenvolvimento requer uma grande quantidade desse oligoelemento para um crescimento e desenvolvimento adequados.
Sinais de deficiência de ferro no corpo
Os sintomas de muito pouco ferrum entrando no corpo são fadiga, congelamento constante de mãos e pés, depressão, cabelos e unhas quebradiços, diminuição da atividade intelectual, distúrbios digestivos, baixo desempenho e distúrbios da tireoide. Se você notar mais de um desses sintomas, pode aumentar a quantidade de alimentos ricos em ferro em sua dieta ou comprar vitaminas ou suplementos contendo ferro. Além disso, não deixe de consultar um médico se algum desses sintomas for muito agudo.
O uso de ferro na indústria
Os usos e propriedades do ferro estão intimamente relacionados. Devido ao seu ferromagnetismo, é utilizado para fazer ímãs - tanto mais fracos para fins domésticos (imãs de geladeira para souvenirs, etc.), quanto mais fortes - para fins industriais. Devido ao fato de o metal em questão ter alta resistência e dureza, ele é usado desde a antiguidade para a fabricação de armas, armaduras e outras ferramentas militares e domésticas. A propósito, mesmo no Egito antigo, o ferro de meteorito era conhecido, cujas propriedades são superiores às do metal comum. Além disso, esse ferro especial era usado na Roma antiga. Eles fizeram armas de elite com isso. Somente uma pessoa muito rica e nobre poderia ter um escudo ou espada feita de metal de meteorito.
Em geral, o metal que consideramos neste artigo é o mais versátil entre todas as substâncias desse grupo. Em primeiro lugar, é feito aço e ferro fundido, que são usados \u200b\u200bpara produzir todos os tipos de produtos necessários tanto na indústria quanto na vida cotidiana.
O ferro fundido é uma liga de ferro e carbono, na qual o segundo está presente de 1,7 a 4,5 por cento. Se o segundo for menor que 1,7%, esse tipo de liga é chamado de aço. Se cerca de 0,02% de carbono estiver presente na composição, isso já é ferro técnico comum. A presença de carbono na liga é necessária para conferir maior resistência, estabilidade térmica e resistência à ferrugem.
Além disso, o aço pode conter muitos outros elementos químicos como impurezas. Isso é manganês, fósforo e silício. Além disso, cromo, níquel, molibdênio, tungstênio e muitos outros elementos químicos podem ser adicionados a este tipo de liga para dar-lhe certas qualidades. Tipos de aço nos quais uma grande quantidade de silício está presente (cerca de quatro por cento) são usados como aços transformadores. Aqueles que contêm muito manganês (até doze a quatorze por cento) encontram seu uso na fabricação de peças para ferrovias, moinhos, trituradores e outras ferramentas, cujas peças estão sujeitas a abrasão rápida.
O molibdênio é introduzido na composição da liga para torná-la mais estável termicamente - esses aços são usados como aços para ferramentas. Além disso, para obter aços inoxidáveis conhecidos e frequentemente usados na vida cotidiana na forma de facas e outras ferramentas domésticas, é necessário adicionar cromo, níquel e titânio à liga. E para obter aço dúctil resistente a choques e de alta resistência, basta adicionar vanádio a ele. Quando introduzido na composição do nióbio, é possível obter alta resistência à corrosão e aos efeitos de substâncias quimicamente agressivas.
O mineral magnetita, mencionado no início do artigo, é necessário para a fabricação de discos rígidos, cartões de memória e outros dispositivos desse tipo. Devido às suas propriedades magnéticas, o ferro pode ser encontrado na construção de transformadores, motores, produtos eletrônicos, etc. Além disso, o ferro pode ser adicionado a outras ligas metálicas para dar-lhes maior resistência e estabilidade mecânica. O sulfato deste elemento é usado na horticultura para controle de pragas (juntamente com o sulfato de cobre).
São indispensáveis na purificação da água. Além disso, o pó de magnetita é usado em impressoras preto e branco. O principal uso da pirita é obter dela ácido sulfúrico. Esse processo ocorre no laboratório em três etapas. Na primeira etapa, a pirita de ferro é queimada para produzir óxido de ferro e dióxido de enxofre. Na segunda etapa, ocorre a conversão do dióxido de enxofre em seu trióxido com a participação do oxigênio. E na fase final, a substância resultante é passada na presença de catalisadores, obtendo-se assim o ácido sulfúrico.
pegando ferro
Este metal é extraído principalmente de seus dois minerais principais: magnetita e hematita. Isso é feito reduzindo o ferro de seus compostos com carbono na forma de coque. Isso é feito em altos-fornos, cuja temperatura chega a dois mil graus Celsius. Além disso, existe uma maneira de reduzir o ferro com hidrogênio. Isso não requer um alto-forno. Para implementar esse método, uma argila especial é retirada, misturada com minério triturado e tratada com hidrogênio em um forno de cuba.
Conclusão
As propriedades e usos do ferro são variados. Este é talvez o metal mais importante em nossas vidas. Tendo se tornado conhecido da humanidade, ocupou o lugar do bronze, que na época era o principal material para a fabricação de todas as ferramentas, assim como de armas. O aço e o ferro fundido são em muitos aspectos superiores à liga de cobre e estanho em termos de propriedades físicas, resistência ao estresse mecânico.
Além disso, o ferro é mais comum em nosso planeta do que muitos outros metais. na crosta terrestre é de quase cinco por cento. É o quarto elemento químico mais abundante na natureza. Além disso, esse elemento químico é muito importante para o funcionamento normal do organismo de animais e plantas, principalmente porque a hemoglobina é construída com base nele. O ferro é um oligoelemento essencial, cujo uso é importante para manter a saúde e o funcionamento normal dos órgãos. Além do acima, é o único metal que possui propriedades magnéticas únicas. Sem ferrum é impossível imaginar nossa vida.
O ferro é um dos metais mais comuns na crosta terrestre depois do alumínio. Suas propriedades físicas e químicas são tais que possui excelente condutividade elétrica, condutividade térmica e ductilidade, possui uma cor branca prateada e alta reatividade química para corroer rapidamente em alta umidade ou altas temperaturas. Estando em um estado finamente disperso, queima em oxigênio puro e inflama-se espontaneamente no ar.
O início da história do ferro
No terceiro milênio aC. e. as pessoas começaram a minerar e aprenderam a processar bronze e cobre. Eles não foram amplamente utilizados devido ao seu alto custo. A busca por novos metais continuou. A história do ferro começou no século I aC. e. Na natureza, só pode ser encontrado na forma de compostos com oxigênio. Para obter um metal puro, é necessário separar o último elemento. Por muito tempo não foi possível derreter o ferro, pois teve que ser aquecido a 1539 graus. E somente com o advento dos fornos de sopro de queijo no primeiro milênio aC, esse metal começou a ser obtido. A princípio, era quebradiço e continha muita escória.
Com o advento das forjas, a qualidade do ferro melhorou significativamente. Foi posteriormente processado em um ferreiro, onde a escória foi separada por golpes de martelo. O forjamento tornou-se um dos principais tipos de processamento de metais, e a ferraria tornou-se um ramo indispensável da produção. O ferro em sua forma mais pura é um metal muito macio. É usado principalmente em uma liga com carbono. Este aditivo melhora uma propriedade física do ferro como a dureza. O material barato logo penetrou amplamente em todas as esferas da atividade humana e fez uma revolução no desenvolvimento da sociedade. De fato, mesmo nos tempos antigos, os produtos de ferro eram cobertos com uma espessa camada de ouro. Tinha um preço alto em comparação com o metal nobre.
ferro na natureza
Um alumínio na litosfera contém mais do que ferro. Na natureza, só pode ser encontrado na forma de compostos. O ferro trivalente, reagindo, mancha o solo de marrom e dá à areia um tom amarelado. Óxidos de ferro e sulfetos estão espalhados na crosta terrestre, às vezes há acúmulos de minerais, dos quais o metal é posteriormente extraído. O teor de ferro ferroso em algumas fontes minerais confere à água um sabor especial.
A água enferrujada que flui de canos de água antigos é colorida pelo metal trivalente. Seus átomos também são encontrados no corpo humano. Eles são encontrados na hemoglobina (uma proteína que contém ferro) no sangue, que fornece oxigênio ao corpo e remove o dióxido de carbono. Alguns meteoritos contêm ferro puro, às vezes lingotes inteiros são encontrados.
Quais são as propriedades físicas do ferro?
É um metal dúctil branco prateado com uma tonalidade acinzentada, com um brilho metálico. É um bom condutor de eletricidade e calor. Devido à sua plasticidade, presta-se perfeitamente ao forjamento e à laminação. O ferro não se dissolve na água, mas se liquefaz no mercúrio, funde a 1539 e ferve a 2862 graus Celsius, tem densidade de 7,9 g/cm³. Uma característica das propriedades físicas do ferro é que o metal é atraído por um ímã e, após a anulação do campo magnético externo, retém a magnetização. Usando essas propriedades, pode ser usado para fazer ímãs.
Propriedades quimicas
O ferro tem as seguintes propriedades:
- no ar e na água oxida-se facilmente, enferrujando;
- no oxigênio, o fio aquecido queima (neste caso, forma-se incrustação na forma de óxido de ferro);
- a uma temperatura de 700-900 graus Celsius, reage com o vapor de água;
- quando aquecido, reage com não metais (cloro, enxofre, bromo);
- reage com ácidos diluídos, resultando em sais de ferro e hidrogênio;
- não se dissolve em álcalis;
- é capaz de deslocar os metais das soluções de seus sais (um prego de ferro, em uma solução de sulfato de cobre, é coberto com uma flor vermelha - isso é cobre);
- em álcalis concentrados, quando fervidos, manifesta-se a anfotericidade do ferro.
Recurso Recurso
Uma das propriedades físicas do ferro é o ferromagnetismo. Na prática, as propriedades magnéticas deste material são encontradas com frequência. É o único metal que tem uma característica tão rara.
Sob a influência de um campo magnético, o ferro é magnetizado. As propriedades magnéticas formadas do metal retêm por muito tempo e permanecem um ímã em si. Este fenômeno excepcional é explicado pelo fato de que a estrutura do ferro contém um grande número de elétrons livres que podem se mover.
Reservas e produção
Um dos elementos mais comuns na terra é o ferro. Em termos de conteúdo na crosta terrestre, ocupa o quarto lugar. Muitos minérios são conhecidos que o contêm, por exemplo, minério de ferro magnético e marrom. O metal na indústria é obtido principalmente de minérios de hematita e magnetita usando um processo de alto-forno. Primeiro, é reduzido com carbono em um forno a uma temperatura de 2.000 graus Celsius.
Para fazer isso, minério de ferro, coque e fundente são alimentados no alto-forno por cima e uma corrente de ar quente é injetada por baixo. Também é utilizado o processo direto de obtenção do ferro. O minério triturado é misturado com argila especial para formar pelotas. Em seguida, são queimados e tratados com hidrogênio em um forno de cuba, onde são facilmente restaurados. O ferro sólido é obtido e depois é derretido em fornos elétricos. O metal puro é recuperado dos óxidos por eletrólise de soluções aquosas de sais.
Benefícios do ferro
As principais propriedades físicas da substância de ferro conferem a ele e suas ligas as seguintes vantagens sobre outros metais:
Imperfeições
Além de um grande número de qualidades positivas, existem várias propriedades negativas do metal:
- Os produtos estão sujeitos à corrosão. Para eliminar esse efeito indesejável, os aços inoxidáveis são obtidos por liga e, em outros casos, é feito tratamento especial anticorrosivo de estruturas e peças.
- O ferro acumula eletricidade estática, portanto, os produtos que o contêm estão sujeitos à corrosão eletroquímica e também requerem processamento adicional.
- A gravidade específica do metal é de 7,13 g/cm³. Esta propriedade física do ferro confere maior peso às estruturas e peças.
Composição e estrutura
De acordo com a característica cristalina, o ferro tem quatro modificações que diferem na estrutura e nos parâmetros de rede. Para a fundição de ligas, é essencial a presença de transições de fase e aditivos de liga. Existem os seguintes estados:
- Fase alfa. Persiste até 769 graus Celsius. Nesse estado, o ferro retém as propriedades de um ferromagneto e possui uma rede cúbica de corpo centrado.
- Fase beta. Existe em temperaturas de 769 a 917 graus Celsius. Tem parâmetros de rede ligeiramente diferentes do que no primeiro caso. Todas as propriedades físicas do ferro permanecem as mesmas, exceto as magnéticas, que ele perde.
- Fase gama. A estrutura da rede torna-se centrada na face. Esta fase aparece na faixa de 917-1394 graus Celsius.
- Fase ômega. Este estado do metal aparece em temperaturas acima de 1394 graus Celsius. Difere do anterior apenas nos parâmetros de rede.
O ferro é o metal mais procurado do mundo. Mais de 90 por cento de toda a produção metalúrgica recai sobre ela.
Aplicativo
As pessoas começaram a usar o ferro de meteorito, que era mais valorizado que o ouro. Desde então, o escopo desse metal só se expandiu. Abaixo está a aplicação do ferro, com base em suas propriedades físicas:
- os óxidos ferromagnéticos são utilizados para a produção de materiais magnéticos: plantas industriais, geladeiras, souvenirs;
- óxidos de ferro são usados como tintas minerais;
- o cloreto férrico é indispensável na prática do radioamadorismo;
- sulfatos de ferro são usados na indústria têxtil;
- o óxido de ferro magnético é um dos materiais importantes para a produção de dispositivos de memória de computador de longo prazo;
- pó de ferro ultrafino é usado em impressoras a laser preto e branco;
- a força do metal permite fazer armas e armaduras;
- ferro fundido resistente ao desgaste pode ser usado para a produção de freios, discos de embreagem e peças para bombas;
- resistente ao calor - para fornos de explosão, térmicos e de soleira aberta;
- resistente ao calor - para equipamentos de compressores, motores a diesel;
- aço de alta qualidade é usado para gasodutos, corpos de caldeiras, secadores, máquinas de lavar e lava-louças.
Conclusão
Por ferro muitas vezes não se entende o metal em si, mas sua liga - aço elétrico de baixo carbono. A obtenção de ferro puro é um processo bastante complicado e, portanto, é usado apenas para a produção de materiais magnéticos. Como já foi observado, a propriedade física excepcional de uma substância simples de ferro é o ferromagnetismo, ou seja, a capacidade de ser magnetizada na presença de um campo magnético.
As propriedades magnéticas do metal puro são até 200 vezes maiores do que as do aço técnico. Esta propriedade também é afetada pelo tamanho do grão do metal. Quanto maior o grão, maiores as propriedades magnéticas. A usinagem também tem algum efeito. Esse ferro puro, que atende a esses requisitos, é usado para obter materiais magnéticos.