Ang bakal ay isang elemento ng side subgroup ng ikawalong grupo ng ika-apat na yugto ng periodic system ng mga elemento ng kemikal ng D.I. Mendeleev na may atomic number 26. Ito ay itinalaga ng simbolo na Fe (lat. Ferrum). Isa sa mga pinakakaraniwang metal sa crust ng lupa (pangalawang lugar pagkatapos ng aluminyo). Katamtamang aktibidad ng metal, ahente ng pagbabawas.
Pangunahing estado ng oksihenasyon - +2, +3
Ang simpleng sangkap na bakal ay isang malleable na silver-white metal na may mataas na chemical reactivity: ang bakal ay mabilis na nabubulok sa mataas na temperatura o mataas na kahalumigmigan sa hangin. Ang bakal ay nasusunog sa purong oxygen, at sa isang pinong dispersed na estado ay kusang nag-aapoy sa hangin.
Mga kemikal na katangian ng isang simpleng sangkap - bakal:
Kinakalawang at nasusunog sa oxygen
1) Sa hangin, ang bakal ay madaling mag-oxidize sa pagkakaroon ng moisture (rusting):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
Ang mainit na wire na bakal ay nasusunog sa oxygen, na bumubuo ng sukat - iron oxide (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)
2) Sa mataas na temperatura (700–900°C), ang bakal ay tumutugon sa singaw ng tubig:
3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Ang bakal ay tumutugon sa mga hindi metal kapag pinainit:
2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)
4) Sa serye ng boltahe, ito ay nasa kaliwa ng hydrogen, tumutugon sa mga dilute acid na HCl at H 2 SO 4, at ang mga iron(II) salts ay nabuo at ang hydrogen ay inilabas:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (ang mga reaksyon ay isinasagawa nang walang air access, kung hindi man ang Fe +2 ay unti-unting na-convert ng oxygen sa Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (natunaw) → FeSO 4 + H 2
Sa concentrated oxidizing acids, ang iron ay natutunaw lamang kapag pinainit; agad itong nagiging Fe 3+ cation:
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
(sa malamig, puro nitric at sulfuric acid pasibo
Ang isang bakal na kuko na nahuhulog sa isang mala-bughaw na solusyon ng tansong sulpate ay unti-unting nababalutan ng isang patong ng pulang metal na tanso.
5) Inalis ng bakal ang mga metal na matatagpuan sa kanan nito mula sa mga solusyon ng kanilang mga asin.
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
Ang mga amphoteric na katangian ng bakal ay lilitaw lamang sa puro alkalis sa panahon ng kumukulo:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O= Na 2 ↓+ H 2
at isang precipitate ng sodium tetrahydroxoferrate(II) ay nabuo.
Teknikal na hardware- mga haluang metal na bakal at carbon: ang cast iron ay naglalaman ng 2.06-6.67% C, bakal 0.02-2.06% C, iba pang mga likas na dumi (S, P, Si) at artipisyal na ipinakilala na mga espesyal na additives (Mn, Ni, Cr) ay madalas na naroroon, na nagbibigay ng mga bakal na haluang metal na teknikal na kapaki-pakinabang na mga katangian - tigas, thermal at corrosion resistance, malleability, atbp . .
Proseso ng paggawa ng bakal sa blast furnace
Ang proseso ng blast furnace para sa paggawa ng cast iron ay binubuo ng mga sumusunod na yugto:
a) paghahanda (pag-ihaw) ng sulfide at carbonate ores - conversion sa oxide ore:
FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2,800°C, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2,500-600°C, -CO 2)
b) pagkasunog ng coke na may mainit na sabog:
C (coke) + O 2 (hangin) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (coke) ⇌ 2 CO (700-1000 ° C)
c) pagbabawas ng oxide ore na may carbon monoxide CO sunud-sunod:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
d) carburization ng iron (hanggang sa 6.67% C) at pagtunaw ng cast iron:
Fe (t ) →(C(coke)900-1200°C) Fe (likido) (cast iron, melting point 1145°C)
Ang cast iron ay laging naglalaman ng cementite Fe 2 C at graphite sa anyo ng mga butil.
Produksyon ng bakal
Ang conversion ng cast iron sa bakal ay isinasagawa sa mga espesyal na hurno (converter, open-hearth, electric), na naiiba sa paraan ng pag-init; temperatura ng proseso 1700-2000 °C. Ang pag-ihip ng hangin na pinayaman ng oxygen ay humahantong sa pagkasunog ng labis na carbon, pati na rin ang sulfur, phosphorus at silikon sa anyo ng mga oxide mula sa cast iron. Sa kasong ito, ang mga oxide ay nakukuha sa anyo ng mga gas na tambutso (CO 2, SO 2), o nakatali sa isang madaling pinaghiwalay na slag - isang pinaghalong Ca 3 (PO 4) 2 at CaSiO 3. Upang makabuo ng mga espesyal na bakal, ang mga alloying additives ng iba pang mga metal ay ipinakilala sa pugon.
Resibo purong bakal sa industriya - electrolysis ng isang solusyon ng mga asing-gamot na bakal, halimbawa:
FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°C) (electrolysis)
(may iba pang mga espesyal na pamamaraan, kabilang ang pagbabawas ng mga iron oxide na may hydrogen).
Ang purong bakal ay ginagamit sa paggawa ng mga espesyal na haluang metal, sa paggawa ng mga core ng electromagnets at mga transformer, cast iron - sa paggawa ng mga casting at bakal, bakal - bilang mga materyales sa istruktura at tool, kabilang ang wear-, init- at corrosion-resistant. mga.
Iron(II) oxide F EO . Isang amphoteric oxide na may mataas na pamamayani ng mga pangunahing katangian. Itim, ay may ionic na istraktura Fe 2+ O 2- . Kapag pinainit, ito ay unang nabubulok at pagkatapos ay nabuo muli. Hindi ito nabubuo kapag nasusunog ang bakal sa hangin. Hindi tumutugon sa tubig. Nabubulok sa mga acid, nagsasama sa alkalis. Dahan-dahang nag-oxidize sa mahalumigmig na hangin. Nabawasan ng hydrogen at coke. Nakikilahok sa proseso ng blast furnace ng pagtunaw ng bakal. Ginagamit ito bilang bahagi ng mga keramika at mineral na pintura. Mga equation ng pinakamahalagang reaksyon:
4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)
FeO + 2HC1 (natunaw) = FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (conc.) = Fe(NO 3) 3 +NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Na 4FeO3 (pula.) trioxoferrate(II)(400-500 °C)
FeO + H 2 =H 2 O + Fe (sobrang dalisay) (350°C)
FeO + C (coke) = Fe + CO (mahigit sa 1000 °C)
FeO + CO = Fe + CO 2 (900°C)
4FeO + 2H 2 O (moisture) + O 2 (hangin) →4FeO(OH) (t)
6FeO + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)
Resibo V mga laboratoryo: thermal decomposition ng iron (II) compounds na walang air access:
Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)
FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)
Diiron(III) oxide - iron( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Dobleng oksido. Itim, ay may ionic na istraktura Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Thermal stable hanggang sa mataas na temperatura. Hindi tumutugon sa tubig. Nabubulok sa mga acid. Nabawasan ng hydrogen, mainit na bakal. Nakikilahok sa proseso ng blast furnace ng paggawa ng cast iron. Ginamit bilang isang bahagi ng mga pinturang mineral ( pulang tingga), keramika, may kulay na semento. Produkto ng espesyal na oksihenasyon ng ibabaw ng mga produktong bakal ( nangingitim, namumula). Ang komposisyon ay tumutugma sa kayumangging kalawang at madilim na sukat sa bakal. Ang paggamit ng gross formula Fe 3 O 4 ay hindi inirerekomenda. Mga equation ng pinakamahalagang reaksyon:
2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (sa itaas 1538 °C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8НС1 (dil.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (conc.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (hangin) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 ° C)
(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (sobrang dalisay, 1000 °C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800°C)
(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)
Resibo: pagkasunog ng bakal (tingnan) sa hangin.
magnetite.
Iron(III) oxide F e 2 O 3 . Amphoteric oxide na may pamamayani ng mga pangunahing katangian. Pula-kayumanggi, may ionic na istraktura (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Thermal stable hanggang sa mataas na temperatura. Hindi ito nabubuo kapag nasusunog ang bakal sa hangin. Hindi tumutugon sa tubig, ang kayumangging amorphous hydrate na Fe 2 O 3 nH 2 O ay namuo mula sa solusyon. Mabagal na tumutugon sa mga acid at alkalis. Binawasan ng carbon monoxide, nilusaw na bakal. Mga piyus sa mga oksido ng iba pang mga metal at bumubuo ng mga dobleng oksido - spinels(ang mga teknikal na produkto ay tinatawag na ferrites). Ginagamit ito bilang isang hilaw na materyal sa pagtunaw ng cast iron sa proseso ng blast furnace, isang katalista sa paggawa ng ammonia, isang bahagi ng keramika, may kulay na mga semento at mineral na pintura, sa thermite welding ng mga istrukturang bakal, bilang isang carrier ng tunog. at imahe sa mga magnetic tape, bilang isang polishing agent para sa bakal at salamin.
Mga equation ng pinakamahalagang reaksyon:
6Fe 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °C)
Fe 2 O 3 + 6НС1 (dil.) →2FeС1 3 + ЗН 2 O (t) (600°С,р)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (conc.) →H 2 O+ 2 NAFeO 2 (pula)dioxoferrate(III)
Fe 2 O 3 + MO=(M II Fe 2 II I)O 4 (M=Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (sobrang dalisay, 1050-1100 °C)
Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)
3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 °C)
Resibo sa laboratoryo - thermal decomposition ng iron (III) salts sa hangin:
Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)
4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)
Sa kalikasan - iron oxide ores hematite Fe 2 O 3 at limonite Fe 2 O 3 nH 2 O
Iron(II) hydroxide F e(OH) 2 . Amphoteric hydroxide na may pamamayani ng mga pangunahing katangian. Puti (kung minsan ay may maberde na tint), ang mga Fe-OH bond ay higit sa lahat covalent. Hindi matatag ang init. Madaling mag-oxidize sa hangin, lalo na kapag basa (nagdidilim ito). Hindi matutunaw sa tubig. Tumutugon sa dilute acids at concentrated alkalis. Karaniwang reducer. Isang intermediate na produkto sa kalawang ng bakal. Ginagamit ito sa paggawa ng aktibong masa ng mga iron-nickel na baterya.
Mga equation ng pinakamahalagang reaksyon:
Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C, atm.N 2)
Fe(OH) 2 + 2HC1 (dil.) = FeC1 2 + 2H 2 O
Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (asul-berde) (kumukulo)
4Fe(OH) 2 (suspension) + O 2 (hangin) →4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)
2Fe(OH) 2 (suspension) +H 2 O 2 (diluted) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O
Fe(OH) 2 + KNO 3 (conc.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)
Resibo: pag-ulan mula sa solusyon na may alkalis o ammonia hydrate sa isang hindi gumagalaw na kapaligiran:
Fe 2+ + 2OH (dil.) = Fe(OH) 2 ↓
Fe 2+ + 2(NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH 4
Iron metahydroxide F eO(OH). Amphoteric hydroxide na may pamamayani ng mga pangunahing katangian. Ang mapusyaw na kayumanggi, Fe - O at Fe - OH na mga bono ay nakararami sa covalent. Kapag pinainit, ito ay nabubulok nang hindi natutunaw. Hindi matutunaw sa tubig. Namuo mula sa solusyon sa anyo ng isang brown na amorphous polyhydrate Fe 2 O 3 nH 2 O, na, kapag itinatago sa ilalim ng dilute alkaline solution o kapag natuyo, nagiging FeO(OH). Tumutugon sa mga acid at solid alkalis. Mahinang oxidizing at reducing agent. Sintered gamit ang Fe(OH) 2. Isang intermediate na produkto sa kalawang ng bakal. Ito ay ginagamit bilang isang base para sa mga dilaw na mineral na pintura at enamel, isang absorber para sa mga basurang gas, at isang katalista sa organic synthesis.
Ang tambalan ng komposisyon Fe(OH) 3 ay hindi kilala (hindi nakuha).
Mga equation ng pinakamahalagang reaksyon:
Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700° C sa hangin, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO(OH) + ZNS1 (dil.) = FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-koloid(NaOH (conc.))
FeO(OH)→ Nisang 3 [Fe(OH) 6 ]puti, Na 5 at K 4 ayon sa pagkakabanggit; sa parehong mga kaso, isang asul na produkto ng parehong komposisyon at istraktura, KFe III, precipitates. Sa laboratoryo ang precipitate na ito ay tinatawag Prussian blue, o asul na turnbull:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Mga kemikal na pangalan ng mga panimulang reagents at mga produkto ng reaksyon:
K 3 Fe III - potassium hexacyanoferrate (III)
K 4 Fe III - potassium hexacyanoferrate (II)
КFe III - iron (III) potassium hexacyanoferrate (II)
Bilang karagdagan, ang isang mahusay na reagent para sa Fe 3+ ions ay ang thiocyanate ion NСS -, ang iron (III) ay pinagsama dito, at lumilitaw ang isang maliwanag na pula ("dugo") na kulay:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Ang reagent na ito (halimbawa, sa anyo ng KNCS salt) ay maaaring makakita ng mga bakas ng bakal (III) sa gripo ng tubig kung ito ay dumaan sa mga bakal na tubo na pinahiran ng kalawang sa loob.
Ang bakal ay ang ikawalong elemento ng ikaapat na yugto sa periodic table. Ang numero nito sa talahanayan (tinatawag ding atomic) ay 26, na tumutugma sa bilang ng mga proton sa nucleus at mga electron sa shell ng elektron. Ito ay itinalaga ng unang dalawang titik ng katumbas nitong Latin - Fe (Latin Ferrum - basahin bilang "ferrum"). Ang bakal ay ang pangalawang pinakakaraniwang elemento sa crust ng lupa, ang porsyento ay 4.65% (ang pinakakaraniwan ay aluminyo, Al). Ang metal na ito ay medyo bihira sa katutubong anyo nito; mas madalas na ito ay mina mula sa halo-halong ore na may nikel.
Sa pakikipag-ugnayan sa
Ano ang katangian ng koneksyon na ito? Ang bakal bilang isang atom ay binubuo ng isang metal na kristal na sala-sala, na nagsisiguro sa katigasan ng mga compound na naglalaman ng elementong ito at katatagan ng molekular. Ito ay may kaugnayan dito na ang metal na ito ay isang tipikal na solid, hindi katulad, halimbawa, mercury.
Iron bilang isang simpleng sangkap- isang kulay-pilak na metal na may mga katangiang tipikal para sa pangkat na ito ng mga elemento: pagkamalleability, metallic luster at ductility. Bilang karagdagan, ang bakal ay lubos na reaktibo. Ang huling ari-arian ay napatunayan sa pamamagitan ng ang katunayan na ang iron corrodes masyadong mabilis sa pagkakaroon ng mataas na temperatura at kaukulang kahalumigmigan. Sa purong oxygen, ang metal na ito ay nasusunog nang mabuti, ngunit kung durugin mo ito sa napakaliit na mga particle, hindi lamang sila masusunog, ngunit kusang mag-apoy.
Kadalasan hindi namin tinatawag na purong bakal na bakal, ngunit ang mga haluang metal nito na naglalaman ng carbon, halimbawa, bakal (<2,14% C) и чугун (>2.14% C). Gayundin ng malaking kahalagahan sa industriya ay ang mga haluang metal kung saan ang mga alloying metal (nickel, manganese, chromium at iba pa) ay idinagdag, dahil sa kung saan ang bakal ay nagiging hindi kinakalawang, i.e. alloyed. Kaya, batay dito, nagiging malinaw kung anong malawak na pang-industriya na aplikasyon ang metal na ito.
Mga Katangian ng Fe
Mga kemikal na katangian ng bakal
Tingnan natin ang mga tampok ng elementong ito.
Mga katangian ng isang simpleng sangkap
- Oksihenasyon sa hangin sa mataas na kahalumigmigan (prosesong kinakaing unti-unti):
4Fe+3O2+6H2O = 4Fe (OH)3 - iron (III) hydroxide (hydroxide)
- Ang pagkasunog ng iron wire sa oxygen na may pagbuo ng isang halo-halong oksido (naglalaman ito ng isang elemento na may parehong estado ng oksihenasyon ng +2 at isang estado ng oksihenasyon ng +3):
3Fe+2O2 = Fe3O4 (iron scale). Posible ang reaksyon kapag pinainit hanggang 160 ⁰C.
- Pakikipag-ugnayan sa tubig sa mataas na temperatura (600−700 ⁰C):
3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2
- Mga reaksyon sa mga di-metal:
a) Reaksyon sa mga halogens (Mahalaga! Sa pakikipag-ugnayang ito, ang estado ng oksihenasyon ng elemento ay nagiging +3)
2Fe+3Cl2 = 2FeCl3 - ferric chloride
b) Reaksyon sa asupre (Mahalaga! Sa pakikipag-ugnayang ito, ang elemento ay may estado ng oksihenasyon na +2)
Iron (III) sulfide - Maaaring makuha ang Fe2S3 sa pamamagitan ng isa pang reaksyon:
Fe2O3+ 3H2S=Fe2S3+3H2O
c) pagbuo ng pyrite
Fe+2S = FeS2 - pyrite. Bigyang-pansin ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento na bumubuo sa tambalang ito: Fe (+2), S (-1).
- Pakikipag-ugnayan sa mga metal salt na matatagpuan sa electrochemical series ng metal activity sa kanan ng Fe:
Fe+CuCl2 = FeCl2+Cu - iron (II) chloride
- Pakikipag-ugnayan sa mga dilute acid (halimbawa, hydrochloric at sulfuric):
Fe+HBr = FeBr2+H2
Fe+HCl = FeCl2+ H2
Pakitandaan na ang mga reaksyong ito ay gumagawa ng iron na may oxidation state na +2.
- Sa mga undiluted acid, na mga malakas na ahente ng oxidizing, ang reaksyon ay posible lamang kapag pinainit; sa malamig na mga acid ang metal ay na-passivated:
Fe+H2SO4 (concentrated) = Fe2 (SO4)3+3SO2+6H2O
Fe+6HNO3 = Fe (NO3)3+3NO2+3H2O
- Ang mga amphoteric na katangian ng bakal ay lilitaw lamang kapag nakikipag-ugnayan sa puro alkalis:
Fe+2KOH+2H2O = K2+H2 - potassium tetrahydroxyferrate (II) precipitates.
Ang proseso ng paggawa ng cast iron sa isang blast furnace
- Pag-ihaw at kasunod na pagkabulok ng sulfide at carbonate ores (paglabas ng mga metal oxide):
FeS2 —> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2). Ang reaksyong ito ay isa ring unang hakbang sa industriyal na synthesis ng sulfuric acid.
FeCO3 —> Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2).
- Nasusunog na coke (sobra):
C (coke)+O2 (hangin) —> CO2 (600−700 ⁰C)
CO2+С (coke) —> 2CO (750−1000 ⁰C)
- Pagbawas ng ore na naglalaman ng oksido na may carbon monoxide:
Fe2O3 —> Fe3O4 (CO, -CO2)
Fe3O4 —> FeO (CO, -CO2)
FeO —> Fe (CO, -CO2)
- Carburization ng iron (hanggang 6.7%) at pagtunaw ng cast iron (temperatura ng pagkatunaw - 1145 ⁰C)
Fe (solid) + C (coke) -> cast iron. Temperatura ng reaksyon - 900−1200 ⁰C.
Palaging naglalaman ang cast iron ng cementite (Fe2C) at grapayt sa anyo ng mga butil.
Mga katangian ng mga compound na naglalaman ng Fe
Pag-aralan natin ang mga tampok ng bawat koneksyon nang hiwalay.
Fe3O4
Mixed o double iron oxide, na naglalaman ng isang elemento na may oxidation state ng parehong +2 at +3. Tinatawag ding Fe3O4 iron oxide. Ang tambalang ito ay lumalaban sa mataas na temperatura. Hindi tumutugon sa tubig o singaw ng tubig. Napapailalim sa agnas ng mga mineral acid. Maaaring mabawasan ng hydrogen o iron sa mataas na temperatura. Tulad ng naiintindihan mo mula sa impormasyon sa itaas, ito ay isang intermediate na produkto sa chain ng reaksyon ng pang-industriyang cast iron production.
Ang sukat ng bakal ay direktang ginagamit sa paggawa ng mga pinturang nakabatay sa mineral, may kulay na semento at mga produktong ceramic. Ang Fe3O4 ay kung ano ang nakukuha kapag ang bakal ay pinaitim at asul. Ang isang halo-halong oksido ay nakuha sa pamamagitan ng pagsunog ng bakal sa hangin (ang reaksyon ay ibinigay sa itaas). Ang mineral na naglalaman ng mga oxide ay magnetite.
Fe2O3
Iron (III) oxide, maliit na pangalan - hematite, isang red-brown compound. Lumalaban sa mataas na temperatura. Hindi ito nabuo sa dalisay nitong anyo sa pamamagitan ng oksihenasyon ng bakal na may atmospheric oxygen. Hindi tumutugon sa tubig, bumubuo ng mga hydrates na namuo. Mahina ang reaksyon sa dilute na alkalis at acids. Maaari itong haluang metal sa mga oxide ng iba pang mga metal, na bumubuo ng mga spinel - double oxides.
Ang pulang iron ore ay ginagamit bilang isang hilaw na materyal sa pang-industriyang produksyon ng cast iron gamit ang paraan ng blast furnace. Pinapabilis din nito ang reaksyon, iyon ay, ito ay gumaganap bilang isang katalista, sa industriya ng ammonia. Ginagamit sa parehong mga lugar tulad ng iron oxide. Dagdag pa, ginamit ito bilang carrier ng tunog at mga larawan sa mga magnetic tape.
FeOH2
Iron(II) hydroxide, isang tambalang may parehong acidic at pangunahing mga katangian, ang huli ay nangingibabaw, iyon ay, ito ay amphoteric. Isang puting substance na mabilis na nag-oxidize sa hangin at "naging kayumanggi" sa iron (III) hydroxide. Napapailalim sa agnas kapag nalantad sa temperatura. Ito ay tumutugon sa parehong mahina na solusyon ng mga acid at alkalis. Hindi tayo matutunaw sa tubig. Sa reaksyon ito ay gumaganap bilang isang ahente ng pagbabawas. Ito ay isang intermediate na produkto sa reaksyon ng kaagnasan.
Pagtuklas ng mga Fe2+ at Fe3+ ions ("kuwalitatibo" na mga reaksyon)
Ang pagkilala sa mga ion ng Fe2+ at Fe3+ sa mga may tubig na solusyon ay isinasagawa gamit ang mga kumplikadong kumplikadong compound - K3, pulang asin sa dugo, at K4, dilaw na asin sa dugo, ayon sa pagkakabanggit. Sa parehong mga reaksyon, ang isang rich blue precipitate ay nabuo na may parehong dami ng komposisyon, ngunit isang magkaibang posisyon ng bakal na may valency +2 at +3. Ang precipitate na ito ay madalas ding tinatawag na Prussian blue o Turnbull blue.
Reaksyon na nakasulat sa ionic form
Fe2++K++3- K+1Fe+2
Fe3++K++4- K+1Fe+3
Ang isang magandang reagent para sa pag-detect ng Fe3+ ay thiocyanate ion (NCS-)
Fe3++ NCS- 3- - ang mga compound na ito ay may maliwanag na pula (“dugo”) na kulay.
Ang reagent na ito, halimbawa, potassium thiocyanate (formula - KNCS), ay nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy kahit na ang hindi gaanong konsentrasyon ng bakal sa mga solusyon. Kaya, kapag sinusuri ang tubig sa gripo, natutukoy niya kung ang mga tubo ay kalawangin.
Ang bakal ay ang pangunahing materyal sa istruktura. Ang metal ay literal na ginagamit sa lahat ng dako - mula sa mga rocket at submarino hanggang sa mga kubyertos at wrought iron grill na mga dekorasyon. Sa isang malaking lawak, ito ay pinadali ng isang elemento sa kalikasan. Gayunpaman, ang tunay na dahilan ay ang lakas at tibay nito.
Sa artikulong ito ay ilalarawan natin ang bakal bilang isang metal at ipahiwatig ang kapaki-pakinabang na pisikal at kemikal na mga katangian nito. Hiwalay, sasabihin namin sa iyo kung bakit ang bakal ay tinatawag na ferrous metal at kung paano ito naiiba sa iba pang mga metal.
Kakatwa, ang tanong kung ang bakal ay isang metal o isang di-metal pa rin minsan arises. Ang bakal ay isang elemento ng pangkat 8, yugto 4 ng talahanayan ni D.I. Mendeleev. Ang molekular na timbang ay 55.8, na medyo mataas.
Ito ay isang silver-gray na metal, medyo malambot, ductile, at may magnetic properties. Sa katunayan, ang purong bakal ay matatagpuan at ginagamit nang napakabihirang, dahil ang metal ay aktibo sa kemikal at sumasailalim sa iba't ibang mga reaksyon.
Sasabihin sa iyo ng video na ito kung ano ang bakal:
Konsepto at mga tampok
Ang bakal ay karaniwang tinatawag na isang haluang metal na may isang maliit na proporsyon ng mga impurities - hanggang sa 0.8%, na nagpapanatili ng halos lahat ng mga katangian ng metal. Ito ay hindi kahit na ang pagpipiliang ito na malawakang ginagamit, ngunit bakal at cast iron. Nakuha nila ang kanilang pangalan - ferrous metal, iron, o, mas tumpak, ang parehong cast iron at steel - salamat sa kulay ng ore - itim.
Ngayon, ang mga haluang metal na bakal ay tinatawag na mga ferrous na metal: bakal, cast iron, ferrite, pati na rin ang mangganeso, at kung minsan ay chromium.
Ang bakal ay isang pangkaraniwang elemento. Sa mga tuntunin ng nilalaman sa crust ng lupa, ito ay nasa ika-4 na ranggo, mas mababa sa oxygen, at. Ang core ng Earth ay naglalaman ng 86% ng bakal, at 14% lamang ang nasa mantle. Ang tubig sa dagat ay naglalaman ng napakakaunting sangkap - hanggang sa 0.02 mg/l; ang tubig sa ilog ay naglalaman ng kaunti pa - hanggang 2 mg/l.
Ang bakal ay isang tipikal na metal, at medyo aktibo din. Ito ay tumutugon sa dilute at concentrated acids, ngunit sa ilalim ng impluwensya ng napakalakas na oxidizing agent maaari itong bumuo ng mga asing-gamot ng ferric acid. Sa hangin, ang bakal ay mabilis na natatakpan ng isang oxide film, na pumipigil sa karagdagang reaksyon.
Gayunpaman, sa pagkakaroon ng kahalumigmigan, lumilitaw ang kalawang sa halip na isang oxide film, na, dahil sa maluwag na istraktura nito, ay hindi pumipigil sa karagdagang oksihenasyon. Ang tampok na ito, ang kaagnasan sa pagkakaroon ng kahalumigmigan, ay ang pangunahing kawalan ng mga haluang metal. Ito ay nagkakahalaga na tandaan na ang mga impurities ay pumukaw ng kaagnasan, habang ang chemically purong metal ay lumalaban sa tubig.
Mahalagang mga parameter
Ang purong bakal na bakal ay medyo ductile, madaling mapeke at mahirap i-cast. Gayunpaman, ang mga maliliit na dumi ng carbon ay makabuluhang nagpapataas ng katigasan at pagkasira nito. Ang kalidad na ito ay naging isa sa mga dahilan para sa pag-alis ng mga kasangkapang tanso ng mga bakal.
- Kung ihahambing natin ang mga haluang metal na bakal at, mula sa mga kilala sa sinaunang mundo, malinaw na, kapwa sa mga tuntunin ng paglaban sa kaagnasan, at, samakatuwid, sa tibay. Gayunpaman, ang napakalaking sukat ay humantong sa pagkaubos ng mga minahan ng lata. At, dahil ito ay makabuluhang mas mababa kaysa sa , ang mga metalurgist ng nakaraan ay nahaharap sa tanong ng kapalit. At pinalitan ng bakal ang tanso. Ang huli ay ganap na napalitan nang lumitaw ang bakal: ang tanso ay hindi nagbibigay ng gayong kumbinasyon ng katigasan at pagkalastiko.
- Ang bakal ay bumubuo ng isang iron triad na may kobalt. Ang mga katangian ng mga elemento ay napakalapit, mas malapit kaysa sa kanilang mga analogue na may parehong istraktura ng panlabas na layer. Ang lahat ng mga metal ay may mahusay na mekanikal na mga katangian: maaari silang madaling maproseso, igulong, iguguhit, at maaaring mapeke at maselyohan. Ang Cobalt ay parehong hindi gaanong reaktibo at mas lumalaban sa kaagnasan kaysa sa bakal. Gayunpaman, ang mas mababang kasaganaan ng mga elementong ito ay hindi nagpapahintulot sa kanila na magamit nang kasing lawak ng bakal.
- Ang pangunahing "kakumpitensya" ng hardware sa mga tuntunin ng lugar ng paggamit ay. Ngunit sa katotohanan, ang parehong mga materyales ay may ganap na magkakaibang mga katangian. Ito ay hindi halos kasing lakas ng bakal, ito ay hindi gaanong madaling mabunot, at hindi maaaring huwad. Sa kabilang banda, ang metal ay mas magaan sa timbang, na ginagawang mas magaan ang istraktura.
Ang electrical conductivity ng bakal ay napaka-katamtaman, habang ang aluminyo sa indicator na ito ay pangalawa lamang sa pilak at ginto. Ang bakal ay ferromagnetic, iyon ay, pinapanatili nito ang magnetization sa kawalan ng magnetic field, at iginuhit sa isang magnetic field.
Ang ganitong iba't ibang mga pag-aari ay humantong sa ganap na magkakaibang mga lugar ng aplikasyon, kaya ang mga materyales sa konstruksiyon ay "lumaban" nang napakabihirang, halimbawa, sa paggawa ng mga kasangkapan, kung saan ang liwanag ng isang profile ng aluminyo ay kaibahan sa lakas ng isang bakal.
Ang mga pakinabang at disadvantages ng bakal ay tinalakay sa ibaba.
Mga kalamangan at kahinaan
Ang pangunahing bentahe ng bakal kumpara sa iba pang mga istrukturang metal ay ang kasaganaan nito at kamag-anak na kadalian ng pagtunaw. Ngunit, dahil sa dami ng bakal na ginamit, ito ay isang napakahalagang kadahilanan.
Mga kalamangan
Ang mga pakinabang ng metal ay kinabibilangan ng iba pang mga katangian.
- Lakas at katigasan habang pinapanatili ang pagkalastiko - hindi namin pinag-uusapan ang tungkol sa chemically purong bakal, ngunit tungkol sa mga haluang metal. Bukod dito, ang mga katangiang ito ay lubos na nag-iiba depende sa grado ng bakal, paraan ng paggamot sa init, paraan ng produksyon, at iba pa.
- Ang iba't ibang mga bakal at ferrite ay nagpapahintulot sa iyo na lumikha at pumili ng isang materyal para sa literal na anumang gawain - mula sa isang tulay na frame hanggang sa isang tool sa paggupit. Ang kakayahang makakuha ng mga tinukoy na katangian sa pamamagitan ng pagdaragdag ng napakaliit na mga dumi ay isang hindi pangkaraniwang malaking kalamangan.
- Ang kadalian ng machining ay ginagawang posible upang makakuha ng mga produkto ng iba't ibang uri: mga tungkod, tubo, hugis na mga produkto, beam, sheet na bakal, at iba pa.
- Ang mga magnetic na katangian ng bakal ay tulad na ang metal ay ang pangunahing materyal sa paggawa ng mga magnetic drive.
- Ang halaga ng mga haluang metal ay nakasalalay, siyempre, sa komposisyon, ngunit mas mababa pa rin kaysa sa karamihan ng mga non-ferrous na haluang metal, kahit na may mas mataas na mga katangian ng lakas.
- Ang malleability ng bakal ay nagbibigay ng materyal na may napakataas na pandekorasyon na mga kakayahan.
Bahid
Ang mga disadvantages ng bakal na haluang metal ay makabuluhan.
- Una sa lahat, ito ay hindi sapat na paglaban sa kaagnasan. Ang mga espesyal na uri ng bakal - hindi kinakalawang na asero - ay may ganitong kapaki-pakinabang na kalidad, ngunit mas mahal din. Mas madalas, ang metal ay protektado gamit ang isang patong - metal o polimer.
- Ang bakal ay may kakayahang mag-imbak ng kuryente, kaya ang mga produktong gawa sa mga haluang metal nito ay napapailalim sa electrochemical corrosion. Ang mga pabahay ng mga instrumento at makina, mga pipeline ay dapat protektahan sa ilang paraan - proteksyon ng cathodic, proteksyon ng sakripisyo, at iba pa.
- Ang metal ay mabigat, kaya ang mga istrukturang bakal ay makabuluhang nagpapabigat sa bagay na konstruksyon - isang gusali, isang karwahe ng tren, isang daluyan ng dagat.
Komposisyon at istraktura
Ang bakal ay umiiral sa 4 na magkakaibang mga pagbabago, na naiiba sa bawat isa sa mga parameter ng sala-sala at istraktura. Ang pagkakaroon ng mga phase ay tunay na mahalaga para sa smelting, dahil ito ay phase transition at ang kanilang pag-asa sa alloying elements na nagsisiguro sa mismong daloy ng mga prosesong metalurhiko sa mundong ito. Kaya, pinag-uusapan natin ang mga sumusunod na yugto:
- Ang α phase ay stable hanggang +769 C at may body-centered cubic lattice. Ang α phase ay ferromagnetic, iyon ay, pinapanatili nito ang magnetization sa kawalan ng magnetic field. Ang temperatura na 769 C ay ang Curie point para sa metal.
- Ang β-phase ay umiiral mula +769 C hanggang +917 C. Ang istraktura ng pagbabago ay pareho, ngunit ang mga parameter ng sala-sala ay medyo naiiba. Sa kasong ito, halos lahat ng pisikal na katangian ay napanatili maliban sa mga magnetic: ang bakal ay nagiging paramagnetic.
- Ang γ phase ay lumilitaw sa hanay mula +917 hanggang +1394 C. Ito ay may nakasentro sa mukha na cubic lattice.
- Ang δ phase ay umiiral sa itaas ng temperatura na +1394 C at may body-centered cubic lattice.
Mayroon ding ε-modification, na lumilitaw sa mataas na presyon, pati na rin bilang resulta ng doping na may ilang mga elemento. Ang ε phase ay may malapit na hexagonal na sala-sala.
Sasabihin sa iyo ng video na ito ang tungkol sa pisikal at kemikal na mga katangian ng bakal:
Mga katangian at katangian
Malaki ang nakasalalay sa kadalisayan nito. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga katangian ng chemically purong bakal at ordinaryong teknikal, at higit pa sa haluang metal na bakal, ay napakahalaga. Bilang isang patakaran, ang mga pisikal na katangian ay ibinibigay para sa teknikal na bakal na may isang bahagi ng impurity na 0.8%.
Ito ay kinakailangan upang makilala ang mga nakakapinsalang impurities mula sa alloying additives. Ang una - sulfur at posporus, halimbawa, ay nagbibigay ng brittleness sa haluang metal nang walang pagtaas ng katigasan o mekanikal na pagtutol. Ang carbon sa bakal ay nagdaragdag ng mga parameter na ito, iyon ay, ito ay isang kapaki-pakinabang na bahagi.
- Ang density ng bakal (g/cm3) ay depende sa ilang lawak sa bahagi. Kaya, ang α-Fe ay may density na 7.87 g/cubic meter. cm sa normal na temperatura at 7.67 g/cc. cm sa +600 C. Ang density ng γ-phase ay mas mababa - 7.59 g/cubic. cm, at ang δ-phase ay mas mababa pa - 7.409 g/cc.
- Ang natutunaw na punto ng sangkap ay +1539 C. Ang bakal ay isang medyo refractory na metal.
- Punto ng kumukulo – +2862 C.
- Ang lakas, iyon ay, ang paglaban sa iba't ibang uri ng mga naglo-load - presyon, pag-igting, baluktot, ay kinokontrol para sa bawat grado ng bakal, cast iron at ferrite, kaya mahirap pag-usapan ang mga tagapagpahiwatig na ito sa pangkalahatan. Kaya, ang high-speed na bakal ay may lakas ng baluktot na 2.5-2.8 GPa. At ang parehong parameter ng ordinaryong teknikal na bakal ay 300 MPa.
- Ang tigas sa Mohs scale ay 4–5. Ang mga espesyal na bakal at purong bakal na may kemikal ay nakakamit ng mas mataas na pagganap.
- Ang partikular na electrical resistance ay 9.7·10-8 ohm·m. Ang bakal ay nagsasagawa ng kasalukuyang mas masahol kaysa sa tanso o aluminyo.
- Ang thermal conductivity ay mas mababa din kaysa sa mga metal na ito at depende sa komposisyon ng bahagi. Sa 25 C ito ay 74.04 W/(m K), sa 1500 C ito ay 31.8 [W/(m K)].
- Ang bakal ay perpektong napeke, parehong sa normal at mataas na temperatura. Maaaring i-cast ang bakal at bakal.
- Ang isang sangkap ay hindi matatawag na biologically inert. Gayunpaman, ang toxicity nito ay napakababa. Gayunpaman, ito ay konektado hindi gaanong sa aktibidad ng elemento, ngunit sa kawalan ng kakayahan ng katawan ng tao na ma-assimilate ito nang maayos: ang maximum ay 20% ng dosis na natanggap.
Ang bakal ay hindi maaaring uriin bilang isang sangkap sa kapaligiran. Gayunpaman, ang pangunahing pinsala sa kapaligiran ay hindi sanhi ng basura nito, dahil ang bakal ay mabilis na kinakalawang, ngunit sa pamamagitan ng basura ng produksyon - ang mga slag at gas na inilabas.
Produksyon
Ang bakal ay isang pangkaraniwang elemento, kaya hindi ito nangangailangan ng malalaking gastos. Ang mga deposito ay binuo gamit ang parehong open-pit at mga pamamaraan ng minahan. Sa katunayan, ang lahat ng mga mining ores ay naglalaman ng bakal, ngunit ang mga kung saan ang proporsyon ng metal ay sapat na malaki ang binuo. Ito ay mga rich ores - pula, magnetic at brown iron ore na may bahaging iron na hanggang 74%, ores na may average na nilalaman - marcasite, halimbawa, at low-grade ores na may bahaging iron na hindi bababa sa 26% - siderite.
Ang mayamang mineral ay agad na ipinadala sa planta. Ang mga bato na may katamtaman at mababang nilalaman ay pinayaman.
Mayroong ilang mga paraan para sa paggawa ng mga bakal na haluang metal. Bilang isang tuntunin, ang smelting ng anumang bakal ay nagsasangkot ng produksyon ng cast iron. Ito ay natunaw sa isang blast furnace sa temperatura na 1600 C. Ang singil - agglomerate, mga pellets, ay na-load kasama ng flux sa pugon at hinipan ng mainit na hangin. Sa kasong ito, ang metal ay natutunaw at ang coke ay nasusunog, na nagpapahintulot sa iyo na sunugin ang mga hindi gustong mga dumi at paghiwalayin ang slag.
Upang makabuo ng bakal, kadalasang ginagamit ang puting cast iron - dito, ang carbon ay itinatali sa isang kemikal na tambalan na may bakal. Ang pinakakaraniwang 3 pamamaraan:
- open hearth - tinunaw na cast iron na may pagdaragdag ng ore at scrap ay natunaw sa 2000 C upang mabawasan ang nilalaman ng carbon. Ang mga karagdagang sangkap, kung mayroon man, ay idinagdag sa dulo ng pagkatunaw. Sa ganitong paraan ang pinakamataas na kalidad na bakal ay nakuha.
- Ang oxygen converter ay isang mas produktibong paraan. Sa pugon, ang kapal ng cast iron ay tinatangay ng hangin sa ilalim ng presyon na 26 kg/sq. Ang pinaghalong oxygen at hangin o purong oxygen ay maaaring gamitin upang mapabuti ang mga katangian ng bakal;
- electric melting - mas madalas na ginagamit upang makagawa ng mga espesyal na bakal na haluang metal. Ang cast iron ay pinaputok sa isang electric furnace sa temperatura na 2200 C.
Ang bakal ay maaari ding makuha sa pamamagitan ng direktang pamamaraan. Upang gawin ito, ang mga pellet na may mataas na nilalaman ng bakal ay inilalagay sa isang shaft furnace at nililinis ng hydrogen sa temperatura na 1000 C. Binabawasan ng huli ang bakal mula sa oksido nang walang mga intermediate na hakbang.
Dahil sa mga detalye ng ferrous metalurhiya, alinman sa ore na may isang tiyak na nilalaman ng bakal o mga natapos na produkto - cast iron, steel, ferrite - ay ibinebenta. Malaki ang pagkakaiba ng kanilang mga presyo. Ang average na halaga ng iron ore sa 2016 - mayaman, na may elementong nilalaman na higit sa 60% - ay $50 bawat tonelada.
Ang halaga ng bakal ay nakasalalay sa maraming mga kadahilanan, na kung minsan ay gumagawa ng mga pagtaas at pagbaba ng presyo ng ganap na hindi mahuhulaan. Noong taglagas ng 2016, ang halaga ng mga fitting at hot- at cold-rolled steel ay tumaas nang husto dahil sa parehong matalim na pagtaas ng mga presyo para sa coking coal, isang kailangang-kailangan na kalahok sa smelting. Noong Nobyembre, ang mga kumpanyang European ay nag-aalok ng hot-rolled steel coils sa 500 Euro kada tonelada.
Lugar ng aplikasyon
Ang saklaw ng paggamit ng bakal at bakal na haluang metal ay napakalaki. Mas madaling ipahiwatig kung saan hindi ginagamit ang metal.
- Konstruksyon - ang pagtatayo ng lahat ng uri ng mga frame, mula sa load-bearing frame ng isang tulay hanggang sa frame ng isang pandekorasyon na fireplace sa isang apartment, ay hindi maaaring gawin nang walang bakal ng iba't ibang grado. Mga fitting, rod, I-beam, channel, anggulo, pipe: ganap na lahat ng hugis at sectional na mga produkto ay ginagamit sa konstruksiyon. Ang parehong naaangkop sa sheet metal: bubong ay ginawa mula dito, at iba pa.
- Mechanical engineering - sa mga tuntunin ng lakas at wear resistance, kakaunti ang maaaring ihambing sa bakal, kaya ang mga bahagi ng katawan ng karamihan ng mga makina ay gawa sa bakal. Lalo na sa mga kaso kung saan ang kagamitan ay dapat gumana sa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na temperatura at presyon.
- Mga tool - sa tulong ng mga elemento ng alloying at hardening, ang metal ay maaaring bigyan ng katigasan at lakas na malapit sa mga diamante. Ang mga high-speed na bakal ay ang batayan ng anumang mga tool sa machining.
- Sa electrical engineering, ang paggamit ng bakal ay mas limitado, tiyak dahil ang mga impurities ay kapansin-pansing lumalala ang mga electrical properties nito, na mababa na. Ngunit ang metal ay kailangang-kailangan sa paggawa ng mga magnetic na bahagi ng mga de-koryenteng kagamitan.
- Pipeline - ang mga komunikasyon ng anumang uri at uri ay ginawa mula sa bakal at cast iron: heating, mga sistema ng supply ng tubig, mga pipeline ng gas, kabilang ang mga pangunahing linya, mga kaluban para sa mga kable ng kuryente, mga pipeline ng langis, at iba pa. Ang bakal lamang ang makatiis ng napakalaking karga at panloob na presyon.
- Gamit sa sambahayan – ginagamit ang bakal sa lahat ng dako: mula sa mga kabit at kubyertos hanggang sa mga bakal na pinto at kandado. Ang lakas ng metal at wear resistance ay ginagawa itong hindi mapapalitan.
Pinagsasama ng bakal at mga haluang metal nito ang lakas, tibay at paglaban sa pagsusuot. Bilang karagdagan, ang metal ay medyo mura upang makagawa, na ginagawa itong isang kailangang-kailangan na materyal para sa modernong pambansang ekonomiya.
Sasabihin sa iyo ng video na ito ang tungkol sa mga bakal na haluang metal na may mga non-ferrous at heavy ferrous na metal:
Ang bakal ay isang kilalang elemento ng kemikal. Ito ay nabibilang sa mga metal ng karaniwang aktibidad ng kemikal. Titingnan natin ang mga katangian at gamit ng bakal sa artikulong ito.
Prevalence sa kalikasan
Mayroong isang malaking bilang ng mga mineral na naglalaman ng ferrum. Una sa lahat, ito ay magnetite. Ito ay pitumpu't dalawang porsyentong bakal. Ang kemikal na formula nito ay Fe 3 O 4. Ang mineral na ito ay tinatawag ding magnetic iron ore. Ito ay may mapusyaw na kulay abo, kung minsan ay may madilim na kulay abo, kahit itim, na may metal na kinang. Ang pinakamalaking deposito nito sa mga bansang CIS ay matatagpuan sa Urals.
Ang susunod na mineral na may mataas na nilalaman ng bakal ay hematite - binubuo ito ng pitumpung porsyento ng elementong ito. Ang kemikal na formula nito ay Fe 2 O 3. Tinatawag din itong pulang iron ore. Mayroon itong kulay mula pula-kayumanggi hanggang pula-kulay-abo. Ang pinakamalaking deposito sa mga bansang CIS ay matatagpuan sa Krivoy Rog.
Ang ikatlong mineral na naglalaman ng ferrum ay limonite. Narito ang bakal ay animnapung porsyento ng kabuuang masa. Ito ay isang mala-kristal na hydrate, iyon ay, ang mga molekula ng tubig ay hinabi sa kanyang kristal na sala-sala, ang pormula ng kemikal nito ay Fe 2 O 3 .H 2 O. Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang mineral na ito ay may kulay na dilaw-kayumanggi, kung minsan ay kayumanggi. Ito ay isa sa mga pangunahing bahagi ng natural na okre at ginagamit bilang pigment. Tinatawag din itong brown iron ore. Ang pinakamalaking lokasyon ay ang Crimea at ang Urals.
Ang siderite, ang tinatawag na spar iron ore, ay naglalaman ng apatnapu't walong porsyentong ferrum. Ang chemical formula nito ay FeCO 3. Ang istraktura nito ay heterogenous at binubuo ng mga kristal ng iba't ibang kulay na magkakaugnay: kulay abo, maputlang berde, kulay abo-dilaw, kayumanggi-dilaw, atbp.
Ang huling karaniwang nagaganap na mineral na may mataas na nilalaman ng ferrum sa kalikasan ay pyrite. Mayroon itong sumusunod na formula ng kemikal: FeS 2. Naglalaman ito ng bakal apatnapu't anim na porsyento ng kabuuang masa. Salamat sa mga atomo ng asupre, ang mineral na ito ay may ginintuang dilaw na kulay.
Marami sa mga mineral na tinalakay ay ginagamit upang makakuha ng purong bakal. Bilang karagdagan, ang hematite ay ginagamit sa paggawa ng mga alahas mula sa mga natural na bato. Ang mga pagsasama ng pyrite ay maaaring naroroon sa lapis lazuli na alahas. Bilang karagdagan, ang bakal ay matatagpuan sa kalikasan sa mga buhay na organismo - ito ay isa sa pinakamahalagang bahagi ng mga selula. Ang microelement na ito ay dapat ibigay sa katawan ng tao sa sapat na dami. Ang mga nakapagpapagaling na katangian ng bakal ay higit sa lahat dahil sa ang katunayan na ang elementong kemikal na ito ay ang batayan ng hemoglobin. Samakatuwid, ang paggamit ng ferrum ay may magandang epekto sa kondisyon ng dugo, at samakatuwid ang buong katawan sa kabuuan.
Iron: pisikal at kemikal na mga katangian
Tingnan natin ang dalawang malalaking seksyon na ito sa pagkakasunud-sunod. Ang bakal ay ang hitsura nito, density, punto ng pagkatunaw, atbp. Iyon ay, lahat ng mga natatanging katangian ng isang sangkap na nauugnay sa pisika. Ang mga kemikal na katangian ng bakal ay ang kakayahang tumugon sa iba pang mga compound. Magsimula tayo sa mga una.
Mga pisikal na katangian ng bakal
Sa dalisay nitong anyo sa ilalim ng normal na mga kondisyon ito ay isang solid. Mayroon itong kulay pilak-kulay-abo at isang binibigkas na kinang ng metal. Ang mga mekanikal na katangian ng bakal ay may kasamang antas ng tigas na apat (medium). Ang bakal ay may magandang electrical at thermal conductivity. Ang huling tampok ay maaaring madama sa pamamagitan ng pagpindot sa isang bagay na bakal sa isang malamig na silid. Dahil ang materyal na ito ay mabilis na nagsasagawa ng init, inaalis nito ang karamihan sa mga ito sa iyong balat sa maikling panahon, kaya naman nakaramdam ka ng lamig.
Kung hinawakan mo, halimbawa, ang kahoy, mapapansin mo na ang thermal conductivity nito ay mas mababa. Ang mga pisikal na katangian ng bakal ay kinabibilangan ng mga punto ng pagkatunaw at pagkulo nito. Ang una ay 1539 degrees Celsius, ang pangalawa ay 2860 degrees Celsius. Maaari nating tapusin na ang mga katangian ng bakal ay mahusay na ductility at fusibility. Ngunit hindi lang iyon.
Gayundin, ang mga pisikal na katangian ng bakal ay kinabibilangan ng ferromagnetism nito. Ano ito? Ang bakal, na ang mga magnetic na katangian ay maaari nating obserbahan sa mga praktikal na halimbawa araw-araw, ang tanging metal na may kakaibang katangian. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na ang materyal na ito ay may kakayahang magnetization sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field. At pagkatapos ng pagtatapos ng pagkilos ng huli, ang bakal, ang mga magnetic na katangian na nabuo pa lamang, ay nananatiling isang magnet sa loob ng mahabang panahon. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa istraktura ng metal na ito mayroong maraming mga libreng electron na maaaring lumipat.
Mula sa isang kemikal na pananaw
Ang elementong ito ay kabilang sa mga metal ng katamtamang aktibidad. Ngunit ang mga kemikal na katangian ng bakal ay tipikal para sa lahat ng iba pang mga metal (maliban sa mga nasa kanan ng hydrogen sa electrochemical series). Ito ay may kakayahang tumugon sa maraming klase ng mga sangkap.
Magsimula tayo sa mga simple
Nakikipag-ugnayan ang Ferrum sa oxygen, nitrogen, halogens (iodine, bromine, chlorine, fluorine), phosphorus, at carbon. Ang unang bagay na dapat isaalang-alang ay ang mga reaksyon sa oxygen. Kapag nasunog ang ferrum, ang mga oxide nito ay nabuo. Depende sa mga kondisyon ng reaksyon at mga proporsyon sa pagitan ng dalawang kalahok, maaari silang mag-iba. Bilang halimbawa ng ganitong uri ng interaksyon, maaaring ibigay ang mga sumusunod na equation ng reaksyon: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. At ang mga katangian ng iron oxide (parehong pisikal at kemikal) ay maaaring iba-iba, depende sa uri nito. Ang mga ganitong uri ng reaksyon ay nangyayari sa mataas na temperatura.
Ang susunod na bagay ay pakikipag-ugnayan sa nitrogen. Maaari rin itong mangyari lamang sa ilalim ng kondisyon ng pag-init. Kung kukuha tayo ng anim na moles ng iron at isang mole ng nitrogen, makakakuha tayo ng dalawang moles ng iron nitride. Ang equation ng reaksyon ay magiging ganito: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.
Kapag nakikipag-ugnayan sa posporus, nabuo ang phosphide. Upang maisagawa ang reaksyon, kinakailangan ang mga sumusunod na sangkap: para sa tatlong moles ng ferrum - isang nunal ng posporus, bilang isang resulta, isang nunal ng phosphide ay nabuo. Ang equation ay maaaring isulat tulad ng sumusunod: 3Fe + P = Fe 3 P.
Bilang karagdagan, sa mga reaksyon na may mga simpleng sangkap, ang pakikipag-ugnayan sa asupre ay maaari ding makilala. Sa kasong ito, maaaring makuha ang sulfide. Ang prinsipyo kung saan nangyayari ang proseso ng pagbuo ng sangkap na ito ay katulad ng mga inilarawan sa itaas. Ibig sabihin, nangyayari ang isang reaksyon sa karagdagan. Ang lahat ng mga kemikal na pakikipag-ugnayan ng ganitong uri ay nangangailangan ng mga espesyal na kondisyon, pangunahin ang mataas na temperatura, mas madalas na mga catalyst.
Ang mga reaksyon sa pagitan ng bakal at mga halogens ay karaniwan din sa industriya ng kemikal. Ang mga ito ay chlorination, bromination, iodination, fluoridation. Tulad ng malinaw sa mga pangalan ng mga reaksyon mismo, ito ang proseso ng pagdaragdag ng chlorine/bromine/iodine/fluorine atoms sa ferrum atoms upang bumuo ng chloride/bromide/iodide/fluoride, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga sangkap na ito ay malawakang ginagamit sa iba't ibang industriya. Bilang karagdagan, ang ferrum ay maaaring pagsamahin sa silikon sa mataas na temperatura. Dahil sa iba't ibang kemikal na katangian ng bakal, madalas itong ginagamit sa industriya ng kemikal.
Ferrum at kumplikadong mga sangkap
Mula sa mga simpleng sangkap ay nagpapatuloy tayo sa mga na ang mga molekula ay binubuo ng dalawa o higit pang magkakaibang elemento ng kemikal. Ang unang bagay na babanggitin ay ang reaksyon ng ferrum sa tubig. Dito lumilitaw ang mga pangunahing katangian ng bakal. Kapag ang tubig ay pinainit, ito ay bumubuo kasama ng bakal (ito ay tinatawag na dahil kapag ito ay nakikipag-ugnayan sa parehong tubig ito ay bumubuo ng isang hydroxide, sa madaling salita, isang base). Kaya, kung kukuha ka ng isang nunal ng parehong mga sangkap, ang mga sangkap tulad ng ferrum dioxide at hydrogen ay nabuo sa anyo ng isang gas na may masangsang na amoy - din sa isa hanggang isang molar na proporsyon. Ang equation para sa ganitong uri ng reaksyon ay maaaring isulat tulad ng sumusunod: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Depende sa mga proporsyon kung saan pinaghalo ang dalawang sangkap na ito, maaaring makuha ang iron di- o trioxide. Ang parehong mga sangkap na ito ay karaniwan sa industriya ng kemikal at ginagamit din sa maraming iba pang mga industriya.
May mga acid at asin
Dahil ang ferrum ay matatagpuan sa kaliwa ng hydrogen sa electrochemical activity series ng mga metal, ito ay may kakayahang ilipat ang elementong ito mula sa mga compound. Ang isang halimbawa nito ay ang displacement reaction na maaaring maobserbahan kapag ang iron ay idinagdag sa isang acid. Halimbawa, kung paghaluin mo ang iron at sulfate acid (kilala rin bilang sulfuric acid) ng katamtamang konsentrasyon sa pantay na proporsyon ng molar, ang resulta ay iron (II) sulfate at hydrogen sa pantay na proporsyon ng molar. Ang equation para sa naturang reaksyon ay magiging ganito: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.
Kapag nakikipag-ugnayan sa mga asing-gamot, lumilitaw ang pagbabawas ng mga katangian ng bakal. Iyon ay, maaari itong magamit upang ihiwalay ang isang hindi gaanong aktibong metal mula sa asin. Halimbawa, kung kukuha ka ng isang nunal at kaparehong dami ng ferrum, maaari kang makakuha ng iron (II) sulfate at purong tanso sa parehong proporsyon ng molar.
Kahalagahan para sa katawan
Ang isa sa mga pinakakaraniwang elemento ng kemikal sa crust ng lupa ay ang bakal. Tiningnan na natin ito, ngayon ay lapitan natin ito mula sa isang biyolohikal na pananaw. Ang Ferrum ay gumaganap ng napakahalagang mga pag-andar kapwa sa antas ng cellular at sa antas ng buong organismo. Una sa lahat, ang bakal ay ang batayan ng naturang protina bilang hemoglobin. Ito ay kinakailangan para sa transportasyon ng oxygen sa pamamagitan ng dugo mula sa mga baga patungo sa lahat ng mga tisyu, organo, sa bawat selula ng katawan, pangunahin sa mga neuron ng utak. Samakatuwid, ang mga kapaki-pakinabang na katangian ng bakal ay hindi maaaring labis na tantiyahin.
Bilang karagdagan sa pag-apekto sa pagbuo ng dugo, ang ferrum ay mahalaga din para sa buong paggana ng thyroid gland (nangangailangan ito hindi lamang ng yodo, gaya ng pinaniniwalaan ng ilan). Ang bakal ay nakikibahagi din sa intracellular metabolism at kinokontrol ang kaligtasan sa sakit. Ang Ferrum ay matatagpuan din sa partikular na malalaking dami sa mga selula ng atay, dahil nakakatulong ito sa pag-neutralize ng mga nakakapinsalang sangkap. Isa rin ito sa mga pangunahing bahagi ng maraming uri ng enzymes sa ating katawan. Ang pang-araw-araw na diyeta ng isang tao ay dapat maglaman ng mula sampu hanggang dalawampung milligrams ng microelement na ito.
Mga pagkaing mayaman sa bakal
Marami sa kanila. Pareho silang pinagmulan ng halaman at hayop. Ang una ay mga cereal, munggo, cereal (lalo na bakwit), mansanas, mushroom (puti), pinatuyong prutas, rose hips, peras, peach, avocado, kalabasa, almond, petsa, kamatis, broccoli, repolyo, blueberries, blackberry, kintsay, atbp Ang pangalawa ay atay at karne. Ang pagkonsumo ng mga pagkaing mataas sa iron ay lalong mahalaga sa panahon ng pagbubuntis, dahil ang katawan ng pagbuo ng fetus ay nangangailangan ng malaking halaga ng trace element na ito para sa ganap na paglaki at pag-unlad.
Mga palatandaan ng kakulangan sa iron sa katawan
Ang mga sintomas ng masyadong maliit na ferrum na pumapasok sa katawan ay ang pagkapagod, patuloy na pagyeyelo ng mga kamay at paa, depresyon, malutong na buhok at mga kuko, pagbaba ng intelektwal na aktibidad, mga digestive disorder, mababang pagganap, at thyroid dysfunction. Kung mapapansin mo ang ilan sa mga sintomas na ito, maaaring sulit na dagdagan ang dami ng mga pagkaing naglalaman ng bakal sa iyong diyeta o bumili ng mga bitamina o pandagdag sa pandiyeta na naglalaman ng ferrum. Dapat ka ring kumunsulta sa isang doktor kung nararamdaman mo ang alinman sa mga sintomas na ito nang labis.
Paggamit ng ferrum sa industriya
Ang mga gamit at katangian ng bakal ay malapit na nauugnay. Dahil sa likas na ferromagnetic nito, ginagamit ito upang gumawa ng mga magnet - parehong mas mahina para sa mga layunin ng sambahayan (souvenir refrigerator magnet, atbp.) at mas malakas para sa mga layuning pang-industriya. Dahil sa ang katunayan na ang metal na pinag-uusapan ay may mataas na lakas at tigas, ito ay ginamit mula noong sinaunang panahon para sa paggawa ng mga armas, sandata at iba pang mga kagamitan sa militar at sambahayan. Sa pamamagitan ng paraan, kahit na sa Sinaunang Ehipto, ang meteorite na bakal ay kilala, ang mga katangian ng kung saan ay higit na mataas sa mga ordinaryong metal. Ang espesyal na bakal na ito ay ginamit din sa Sinaunang Roma. Ang mga elite na sandata ay ginawa mula dito. Ang isang kalasag o espada na gawa sa meteorite na metal ay maaari lamang pag-aari ng isang napakayaman at marangal na tao.
Sa pangkalahatan, ang metal na isinasaalang-alang namin sa artikulong ito ay ang pinaka maraming nalalaman sa lahat ng mga sangkap sa pangkat na ito. Una sa lahat, ang bakal at cast iron ay ginawa mula dito, na ginagamit upang makagawa ng lahat ng uri ng mga produkto na kailangan kapwa sa industriya at sa pang-araw-araw na buhay.
Ang cast iron ay isang haluang metal ng bakal at carbon, kung saan ang huli ay naroroon mula 1.7 hanggang 4.5 porsiyento. Kung ang pangalawa ay mas mababa sa 1.7 porsyento, kung gayon ang ganitong uri ng haluang metal ay tinatawag na bakal. Kung ang tungkol sa 0.02 porsyento ng carbon ay naroroon sa komposisyon, kung gayon ito ay ordinaryong teknikal na bakal. Ang pagkakaroon ng carbon sa haluang metal ay kinakailangan upang bigyan ito ng higit na lakas, paglaban sa init, at paglaban sa kalawang.
Bilang karagdagan, ang bakal ay maaaring maglaman ng maraming iba pang mga elemento ng kemikal bilang mga impurities. Kabilang dito ang manganese, phosphorus, at silicon. Gayundin, ang chromium, nickel, molybdenum, tungsten at marami pang ibang elemento ng kemikal ay maaaring idagdag sa ganitong uri ng haluang metal upang bigyan ito ng ilang mga katangian. Ang mga uri ng bakal na naglalaman ng malaking halaga ng silikon (mga apat na porsiyento) ay ginagamit bilang mga bakal na transpormer. Ang mga naglalaman ng maraming mangganeso (hanggang labindalawa hanggang labing-apat na porsiyento) ay ginagamit sa paggawa ng mga bahagi para sa mga riles, gilingan, pandurog at iba pang mga kasangkapan, ang mga bahagi nito ay napapailalim sa mabilis na pagkagalos.
Ang molibdenum ay idinagdag sa haluang metal upang gawin itong mas lumalaban sa init; ang mga naturang bakal ay ginagamit bilang mga tool steel. Bilang karagdagan, upang makakuha ng mga hindi kinakalawang na asero, na kilala at madalas na ginagamit sa pang-araw-araw na buhay sa anyo ng mga kutsilyo at iba pang mga kasangkapan sa bahay, kinakailangan upang magdagdag ng chromium, nickel at titanium sa haluang metal. At upang makakuha ng impact-resistant, high-strength, ductile steel, sapat na upang magdagdag ng vanadium dito. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng niobium sa komposisyon, ang mataas na pagtutol sa kaagnasan at mga kemikal na agresibong sangkap ay maaaring makamit.
Ang mineral magnetite, na nabanggit sa simula ng artikulo, ay kinakailangan para sa paggawa ng mga hard drive, memory card at iba pang mga device ng ganitong uri. Dahil sa mga magnetic na katangian nito, ang bakal ay matatagpuan sa mga transformer, motor, elektronikong produkto, atbp. Bilang karagdagan, ang ferrum ay maaaring idagdag sa mga haluang metal ng iba pang mga metal upang bigyan sila ng higit na lakas at mekanikal na katatagan. Ang sulfate ng elementong ito ay ginagamit sa paghahalaman upang makontrol ang mga peste (kasama ang tansong sulpate).
Ang mga ito ay kailangang-kailangan para sa paglilinis ng tubig. Bilang karagdagan, ang magnetite powder ay ginagamit sa itim at puting mga printer. Ang pangunahing paggamit ng pyrite ay upang makakuha ng sulfuric acid mula dito. Ang prosesong ito ay nangyayari sa mga kondisyon ng laboratoryo sa tatlong yugto. Sa unang yugto, ang ferrum pyrite ay sinusunog upang makagawa ng iron oxide at sulfur dioxide. Sa ikalawang yugto, ang conversion ng sulfur dioxide sa trioxide nito ay nangyayari sa pakikilahok ng oxygen. At sa huling yugto, ang nagresultang sangkap ay dumaan sa pagkakaroon ng mga catalyst, sa gayon ay gumagawa ng sulfuric acid.
Pagkuha ng bakal
Ang metal na ito ay pangunahing mina mula sa dalawang pangunahing mineral nito: magnetite at hematite. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pagbabawas ng bakal mula sa mga compound nito na may carbon sa anyo ng coke. Ginagawa ito sa mga blast furnace, ang temperatura kung saan umabot sa dalawang libong degrees Celsius. Bilang karagdagan, mayroong isang paraan para sa pagbabawas ng ferrum na may hydrogen. Upang gawin ito, hindi kinakailangan na magkaroon ng blast furnace. Upang ipatupad ang pamamaraang ito, kumuha sila ng espesyal na luad, ihalo ito sa durog na ore at gamutin ito ng hydrogen sa isang hurno ng baras.
Konklusyon
Ang mga katangian at gamit ng bakal ay iba-iba. Ito marahil ang pinakamahalagang metal sa ating buhay. Ang pagkakaroon ng kilala sa sangkatauhan, kinuha nito ang lugar ng tanso, na sa oras na iyon ay ang pangunahing materyal para sa paggawa ng lahat ng mga tool, pati na rin ang mga armas. Ang bakal at cast iron sa maraming paraan ay higit na mataas sa haluang metal ng tanso at lata sa mga tuntunin ng kanilang mga pisikal na katangian at paglaban sa mekanikal na stress.
Bilang karagdagan, ang bakal ay mas sagana sa ating planeta kaysa sa maraming iba pang mga metal. ito ay halos limang porsyento sa crust ng lupa. Ito ang ikaapat na pinakamaraming elemento ng kemikal sa kalikasan. Gayundin, ang elementong kemikal na ito ay napakahalaga para sa normal na paggana ng katawan ng mga hayop at halaman, lalo na dahil ang hemoglobin ay itinayo sa batayan nito. Ang bakal ay isang mahalagang elemento ng bakas, ang pagkonsumo nito ay mahalaga para sa pagpapanatili ng kalusugan at normal na paggana ng mga organo. Bilang karagdagan sa itaas, ito ang tanging metal na may natatanging magnetic properties. Imposibleng isipin ang ating buhay nang walang ferrum.
Ang bakal ay itinuturing na isa sa mga pinakakaraniwang metal sa crust ng lupa pagkatapos ng aluminyo. Ang pisikal at kemikal na mga katangian nito ay tulad na ito ay may mahusay na electrical conductivity, thermal conductivity at malleability, may kulay pilak-puting at mataas na kemikal na reaktibiti upang mabilis na masira sa mataas na kahalumigmigan o mataas na temperatura. Ang pagiging nasa isang pinong dispersed na estado, ito ay nasusunog sa purong oxygen at kusang nag-aapoy sa hangin.
Ang simula ng kasaysayan ng bakal
Sa ikatlong milenyo BC. e. nagsimulang magmina ang mga tao at natutong magproseso ng tanso at tanso. Hindi sila malawak na ginagamit dahil sa kanilang mataas na gastos. Nagpatuloy ang paghahanap ng bagong metal. Ang kasaysayan ng bakal ay nagsimula noong unang siglo BC. e. Sa kalikasan, ito ay matatagpuan lamang sa anyo ng mga compound na may oxygen. Upang makakuha ng purong metal, kinakailangan upang paghiwalayin ang huling elemento. Matagal bago matunaw ang bakal, dahil kailangan itong magpainit sa 1539 degrees. At sa pagdating lamang ng mga hurno sa paggawa ng keso noong unang milenyo BC, sinimulan nilang makuha ang metal na ito. Sa una ito ay marupok at naglalaman ng maraming basura.
Sa pagdating ng mga forges, ang kalidad ng bakal ay bumuti nang malaki. Ito ay higit pang naproseso sa isang panday, kung saan ang slag ay pinaghiwalay ng mga suntok ng martilyo. Ang panday ay naging isa sa mga pangunahing uri ng pagproseso ng metal, at ang panday ay naging isang kailangang-kailangan na sangay ng produksyon. Ang bakal sa dalisay nitong anyo ay isang napakalambot na metal. Ito ay pangunahing ginagamit sa isang haluang metal na may carbon. Pinahuhusay ng additive na ito ang pisikal na pag-aari ng bakal, tulad ng katigasan. Ang murang materyal sa lalong madaling panahon ay tumagos nang malawak sa lahat ng larangan ng aktibidad ng tao at binago ang pag-unlad ng lipunan. Pagkatapos ng lahat, kahit noong sinaunang panahon, ang mga produktong bakal ay natatakpan ng isang makapal na layer ng ginto. Ito ay may mataas na presyo kumpara sa marangal na metal.
Bakal sa kalikasan
Ang lithosphere ay naglalaman ng mas maraming aluminyo kaysa sa bakal. Sa kalikasan, ito ay matatagpuan lamang sa anyo ng mga compound. Ang ferric iron, na tumutugon, ay nagiging kayumanggi ang lupa at binibigyan ang buhangin ng madilaw-dilaw na tint. Ang mga iron oxide at sulfide ay nakakalat sa crust ng lupa, kung minsan may mga akumulasyon ng mga mineral, kung saan ang metal ay kasunod na nakuha. Ang nilalaman ng ferrous iron sa ilang mga mineral spring ay nagbibigay sa tubig ng isang espesyal na lasa.
Ang kalawang na tubig na umaagos mula sa mga lumang tubo ng tubig ay kinulayan ng trivalent na metal. Ang mga atomo nito ay matatagpuan din sa katawan ng tao. Ang mga ito ay matatagpuan sa hemoglobin (protina na naglalaman ng bakal) sa dugo, na nagbibigay ng oxygen sa katawan at nag-aalis ng carbon dioxide. Ang ilang mga meteorite ay naglalaman ng purong bakal, kung minsan ang buong ingot ay matatagpuan.
Anong mga pisikal na katangian ang mayroon ang bakal?
Ito ay isang ductile silver-white metal na may kulay-abo na tint at metal na kinang. Ito ay isang mahusay na konduktor ng electric current at init. Dahil sa ductility nito, perpekto itong ipinapahiram sa forging at rolling. Ang bakal ay hindi natutunaw sa tubig, ngunit natutunaw sa mercury, natutunaw sa temperatura na 1539 at kumukulo sa 2862 degrees Celsius, at may density na 7.9 g/cm³. Ang isang kakaibang katangian ng mga pisikal na katangian ng bakal ay ang metal ay naaakit ng isang magnet at, pagkatapos ng pagkansela ng panlabas na magnetic field, pinapanatili ang magnetization. Gamit ang mga katangiang ito, maaari itong magamit upang gumawa ng mga magnet.
Mga katangian ng kemikal
Ang bakal ay may mga sumusunod na katangian:
- sa hangin at tubig madali itong na-oxidize, nagiging natatakpan ng kalawang;
- sa oxygen, ang mainit na kawad ay nasusunog (at ang sukat ay nabuo sa anyo ng iron oxide);
- sa temperatura na 700-900 degrees Celsius, ito ay tumutugon sa singaw ng tubig;
- kapag pinainit, tumutugon sa mga di-metal (chlorine, sulfur, bromine);
- tumutugon sa mga dilute acid, na nagreresulta sa mga iron salt at hydrogen;
- ay hindi natutunaw sa alkalis;
- ay may kakayahang ilipat ang mga metal mula sa mga solusyon ng kanilang mga asing-gamot (isang bakal na kuko sa isang solusyon ng tansong sulpate ay natatakpan ng isang pulang patong - ito ang pagpapalabas ng tanso);
- Sa puro alkalis kapag kumukulo, ang amphotericity ng bakal ay ipinahayag.
Mga katangian ng tampok
Ang isa sa mga pisikal na katangian ng bakal ay ferromagneticity. Sa pagsasagawa, ang mga magnetic na katangian ng materyal na ito ay madalas na nakatagpo. Ito ang tanging metal na may ganitong pambihirang katangian.
Sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field, ang bakal ay magnetized. Ang metal ay nagpapanatili ng nabuo nitong magnetic properties sa loob ng mahabang panahon at nananatiling isang magnet mismo. Ang pambihirang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na ang istraktura ng bakal ay naglalaman ng isang malaking bilang ng mga libreng electron na maaaring lumipat.
Mga reserba at produksyon
Ang isa sa mga pinakakaraniwang elemento sa mundo ay bakal. Sa mga tuntunin ng nilalaman sa crust ng lupa, ito ay nasa ikaapat na ranggo. Maraming kilalang ores na naglalaman nito, halimbawa, magnetic at brown iron ore. Ang metal ay ginawa sa industriya pangunahin mula sa hematite at magnetite ores gamit ang proseso ng blast furnace. Una, ito ay binabawasan ng carbon sa isang pugon sa isang mataas na temperatura ng 2000 degrees Celsius.
Upang gawin ito, ang iron ore, coke at flux ay pinapakain sa blast furnace mula sa itaas, at ang isang stream ng mainit na hangin ay iniksyon mula sa ibaba. Ang isang direktang proseso para sa pagkuha ng bakal ay ginagamit din. Ang durog na ore ay hinaluan ng espesyal na luad upang bumuo ng mga pellets. Susunod, sila ay pinaputok at ginagamot ng hydrogen sa isang baras na pugon, kung saan ito ay madaling maibalik. Kumuha sila ng solidong bakal at pagkatapos ay tinutunaw ito sa mga electric furnace. Ang purong metal ay nababawasan mula sa mga oksido gamit ang electrolysis ng may tubig na mga solusyon sa asin.
Mga Pakinabang ng Iron
Ang mga pangunahing pisikal na katangian ng sangkap na bakal ay nagbibigay dito at sa mga haluang metal nito ng mga sumusunod na pakinabang sa iba pang mga metal:
Bahid
Bilang karagdagan sa isang malaking bilang ng mga positibong katangian, mayroon ding isang bilang ng mga negatibong katangian ng metal:
- Ang mga produkto ay madaling kapitan ng kaagnasan. Upang maalis ang hindi kanais-nais na epekto na ito, ang mga hindi kinakalawang na asero ay ginawa sa pamamagitan ng alloying, at sa ibang mga kaso, ang espesyal na paggamot sa anti-corrosion ay isinasagawa sa mga istruktura at bahagi.
- Ang bakal ay nag-iipon ng static na kuryente, kaya ang mga produktong naglalaman nito ay napapailalim sa electrochemical corrosion at nangangailangan din ng karagdagang pagproseso.
- Ang tiyak na gravity ng metal ay 7.13 g/cm³. Ang pisikal na ari-arian na ito ng bakal ay nagbibigay sa mga istraktura at mga bahagi ng pagtaas ng timbang.
Komposisyon at istraktura
Ang bakal ay may apat na mala-kristal na pagbabago na naiiba sa istraktura at mga parameter ng sala-sala. Para sa smelting ng mga haluang metal, ito ay ang pagkakaroon ng mga phase transition at alloying additives na napakahalaga. Ang mga sumusunod na estado ay nakikilala:
- Alpha phase. Ito ay tumatagal ng hanggang 769 degrees Celsius. Sa ganitong estado, ang bakal ay nagpapanatili ng mga katangian ng isang ferromagnet at may body-centered cubic lattice.
- Beta phase. Umiiral sa mga temperatura mula 769 hanggang 917 degrees Celsius. Mayroon itong bahagyang naiibang mga parameter ng sala-sala kaysa sa unang kaso. Ang lahat ng mga pisikal na katangian ng bakal ay nananatiling pareho, maliban sa mga magnetic, na nawawala.
- Gamma phase. Ang istraktura ng sala-sala ay nagiging nakasentro sa mukha. Lumilitaw ang yugtong ito sa hanay na 917-1394 degrees Celsius.
- phase ng Omega. Ang estado ng metal na ito ay lumilitaw sa mga temperatura na higit sa 1394 degrees Celsius. Ito ay naiiba mula sa naunang isa lamang sa mga parameter ng sala-sala.
Ang bakal ay ang pinaka hinahangad na metal sa mundo. Mahigit sa 90 porsiyento ng lahat ng produksyon ng metalurhiko ay nahuhulog dito.
Aplikasyon
Ang mga tao ay unang nagsimulang gumamit ng meteorite na bakal, na mas mataas ang halaga kaysa sa ginto. Simula noon, ang saklaw ng metal na ito ay lumawak lamang. Ang mga sumusunod ay ang paggamit ng bakal batay sa pisikal na katangian nito:
- Ang mga ferromagnetic oxide ay ginagamit para sa paggawa ng mga magnetic na materyales: pang-industriya na pag-install, refrigerator, souvenir;
- ang mga iron oxide ay ginagamit bilang mga pintura ng mineral;
- Ang ferric chloride ay kailangang-kailangan sa amateur radio practice;
- Ang mga ferrous sulfate ay ginagamit sa industriya ng tela;
- magnetic iron oxide ay isa sa mga mahalagang materyales para sa produksyon ng pang-matagalang computer memory device;
- ultrafine iron powder ay ginagamit sa itim at puting laser printer;
- ang lakas ng metal ay ginagawang posible ang paggawa ng mga armas at baluti;
- ang cast iron na lumalaban sa pagsusuot ay maaaring gamitin upang makagawa ng mga preno, mga clutch disc, at mga bahagi para sa mga bomba;
- lumalaban sa init - para sa mga blast furnace, thermal furnace, open-hearth furnace;
- lumalaban sa init - para sa kagamitan ng compressor, diesel engine;
- ang mataas na kalidad na bakal ay ginagamit para sa mga pipeline ng gas, mga casing ng heating boiler, dryer, washing machine at dishwasher.
Konklusyon
Ang bakal ay madalas na nangangahulugang hindi ang metal mismo, ngunit ang haluang metal nito - mababang-carbon na de-koryenteng bakal. Ang pagkuha ng purong bakal ay isang medyo kumplikadong proseso, at samakatuwid ito ay ginagamit lamang para sa paggawa ng mga magnetic na materyales. Tulad ng nabanggit na, ang pambihirang pisikal na pag-aari ng simpleng sangkap na bakal ay ferromagnetism, ibig sabihin, ang kakayahang ma-magnetize sa pagkakaroon ng magnetic field.
Ang mga magnetic na katangian ng purong metal ay hanggang sa 200 beses na mas mataas kaysa sa mga teknikal na bakal. Ang ari-arian na ito ay apektado din ng laki ng butil ng metal. Kung mas malaki ang butil, mas mataas ang magnetic properties. Ang mekanikal na pagproseso ay mayroon ding epekto sa ilang lawak. Ang gayong purong bakal na nakakatugon sa mga kinakailangang ito ay ginagamit upang makagawa ng mga magnetic na materyales.