Demir, atom numarası 26 olan D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sisteminin dördüncü periyodunun sekizinci grubunun yan alt grubunun bir elementidir. Fe (lat. Ferrum) sembolü ile gösterilir. Yer kabuğunda en yaygın metallerden biri (alüminyumdan sonra ikinci sırada). Orta aktiviteli metal, indirgeyici ajan.
Ana oksidasyon durumları - +2, +3
Basit demir maddesi, yüksek kimyasal reaktiviteye sahip, dövülebilir gümüş-beyaz bir metaldir: demir, yüksek sıcaklıklarda veya havadaki yüksek nemde hızla paslanır. Demir saf oksijende yanar ve ince bir şekilde dağılmış halde havada kendiliğinden tutuşur.
Basit bir maddenin kimyasal özellikleri - demir:
Oksijende paslanma ve yanma
1) Havada demir, nem varlığında kolayca oksitlenir (paslanma):
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
Sıcak demir tel oksijende yanar, kireç oluşturur - demir oksit (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)
2) Yüksek sıcaklıklarda (700–900°C) demir, su buharıyla reaksiyona girer:
3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Demir ısıtıldığında metal olmayanlarla reaksiyona girer:
2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)
4) Gerilim serisinde hidrojenin solundadır, seyreltik asitler HCl ve H2SO4 ile reaksiyona girer ve demir(II) tuzları oluşur ve hidrojen açığa çıkar:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaksiyonlar hava erişimi olmadan gerçekleştirilir, aksi takdirde Fe +2, oksijen tarafından yavaş yavaş Fe +3'e dönüştürülür)
Fe + H 2 SO 4 (seyreltilmiş) → FeSO 4 + H 2
Konsantre oksitleyici asitlerde demir yalnızca ısıtıldığında çözünür, hemen Fe3+ katyonuna dönüşür:
2Fe + 6H 2 SO 4 (kons.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (kons.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(soğuk, konsantre nitrik ve sülfürik asitlerde pasifleştirmek
Mavimsi bir bakır sülfat çözeltisine batırılan bir demir çivi, yavaş yavaş kırmızı metalik bakırla kaplanır.
5) Demir, sağında bulunan metalleri tuzlarının çözeltilerinden uzaklaştırır.
Fe + CuS04 → FeS04 + Cu
Demirin amfoterik özellikleri yalnızca kaynama sırasında konsantre alkalilerde görülür:
Fe + 2NaOH (%50) + 2H20= Na2 ↓+ H2
ve bir sodyum tetrahidroksoferrat(II) çökeltisi oluşur.
Teknik donanım- demir ve karbon alaşımları: dökme demir %2,06-6,67 C içerir, çelik% 0,02-2,06 C, diğer doğal safsızlıklar (S, P, Si) ve yapay olarak eklenen özel katkı maddeleri (Mn, Ni, Cr) sıklıkla mevcuttur; bu, demir alaşımlarına teknik olarak yararlı özellikler verir - sertlik, termal ve korozyon direnci, işlenebilirlik, vb. . .
Yüksek fırın demir üretim süreci
Dökme demir üretimi için yüksek fırın prosesi aşağıdaki aşamalardan oluşur:
a) sülfit ve karbonat cevherlerinin hazırlanması (kavurulması) - oksit cevherine dönüştürülmesi:
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) kokun sıcak hava ile yakılması:
C (kok) + O 2 (hava) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (kok) ⇌ 2 CO (700-1000 ° C)
c) oksit cevherinin karbon monoksit CO ile sırayla indirgenmesi:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
d) demirin karbürizasyonu (%6,67 C'ye kadar) ve dökme demirin eritilmesi:
Fe (t ) →(C(kola)900-1200°C) Fe (sıvı) (dökme demir, erime noktası 1145°С)
Dökme demir her zaman sementit Fe 2 C ve tane şeklinde grafit içerir.
Çelik üretimi
Dökme demirin çeliğe dönüştürülmesi, ısıtma yönteminde farklılık gösteren özel fırınlarda (konvertör, açık ocak, elektrikli) gerçekleştirilir; proses sıcaklığı 1700-2000 °C. Oksijenle zenginleştirilmiş havanın üflenmesi, fazla karbonun yanı sıra dökme demirden oksit formundaki kükürt, fosfor ve silikonun yanmasına yol açar. Bu durumda, oksitler ya egzoz gazları (CO2, SO2) şeklinde yakalanır ya da kolayca ayrılan bir cürufa - Ca3 (PO4)2 ve CaSi03 karışımına bağlanır. Özel çelikler üretmek için fırına diğer metallerin alaşım katkı maddeleri eklenir.
Fiş endüstride saf demir - örneğin bir demir tuzu çözeltisinin elektrolizi:
FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°С) (elektroliz)
(Demir oksitlerin hidrojenle indirgenmesi dahil başka özel yöntemler de vardır).
Saf demir, özel alaşımların üretiminde, elektromıknatısların ve transformatörlerin çekirdeklerinin imalatında, dökme demir - döküm ve çelik üretiminde, çelik - aşınmaya, ısıya ve korozyona dayanıklı olanlar da dahil olmak üzere yapısal ve alet malzemeleri olarak kullanılır. olanlar.
Demir(II) oksit F EO . Temel özelliklerin yüksek oranda baskın olduğu bir amfoterik oksit. Siyah, Fe 2+ O 2- iyonik bir yapıya sahiptir. Isıtıldığında önce ayrışır, sonra yeniden oluşur. Demirin havada yanması sonucu oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez. Asitlerle ayrışır, alkalilerle birleşir. Nemli havada yavaşça oksitlenir. Hidrojen ve kok ile indirgenir. Yüksek fırın demir eritme işlemine katılır. Seramik ve mineral boyaların bileşeni olarak kullanılır. En önemli reaksiyonların denklemleri:
4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)
FeO + 2HC1 (seyreltilmiş) = FeC12 + H2O
FeO + 4HNO3 (kons.) = Fe(NO3)3 +NO2 + 2H2O
FeO + 4NaOH = 2H20 + N4FeÖ3(kırmızı.) trioksoferrat(II)(400-500°C)
FeO + H 2 =H 2 O + Fe (ekstra saf) (350°C)
FeO + C (kok) = Fe + CO (1000 °C'nin üstünde)
FeO + CO = Fe + CO2 (900°C)
4FeO + 2H2O (nem) + O2 (hava) →4FeO(OH) (t)
6FeO + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)
Fiş V laboratuvarlar: demir (II) bileşiklerinin hava erişimi olmadan termal ayrışması:
Fe(OH)2 = FeO + H20 (150-200 °C)
FeCO3 = FeO + CO2 (490-550 °C)
Diiron(III) oksit - demir( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Çift oksit. Siyah, Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 iyonik yapısına sahiptir. Yüksek sıcaklıklara kadar termal olarak stabildir. Su ile reaksiyona girmez. Asitlerle ayrışır. Hidrojen ve sıcak demir ile indirgenir. Dökme demir üretiminde yüksek fırın prosesine katılır. Mineral boyaların bir bileşeni olarak kullanılır ( kırmızı kurşun), seramikler, renkli çimento. Çelik ürünlerin yüzeyinin özel oksidasyon ürünü ( kararma, mavileşme). Bileşimi demir üzerindeki kahverengi pas ve koyu pula karşılık gelir. Brüt Fe3O4 formülünün kullanılması önerilmez. En önemli reaksiyonların denklemleri:
2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (1538 °C'nin üstünde)
(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 (kons.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (hava) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 ° C)
(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (ekstra saf, 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)
Fiş: demirin havada yanması (bkz.).
manyetit.
Demir(III) oksit F e203 . Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik oksit. Kırmızı-kahverengi, iyonik bir yapıya sahiptir (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Yüksek sıcaklıklara kadar termal olarak stabildir. Demirin havada yanması sonucu oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez, çözeltiden kahverengi amorf hidrat Fe2O3 nH2O çöker, asitler ve alkalilerle yavaş reaksiyona girer. Karbon monoksit ve erimiş demir ile azaltılır. Diğer metallerin oksitleriyle birleşerek çift oksitler oluşturur - spineller(teknik ürünlere ferrit denir). Yüksek fırın prosesinde dökme demirin eritilmesinde hammadde olarak, amonyak üretiminde katalizör olarak, seramik bileşeni, renkli çimentolar ve mineral boyalarda, çelik yapıların termit kaynağında, ses taşıyıcı olarak kullanılır. ve çelik ve cam için parlatma maddesi olarak manyetik bantlar üzerindeki görüntü.
En önemli reaksiyonların denklemleri:
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 (kons.) →H 2 O+ 2 NAFeÖ 2 (kırmızı)dioksoferrat(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 (ekstra saf, 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)
Fiş laboratuvarda - demir (III) tuzlarının havada termal ayrışması:
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)
Doğada - demir oksit cevherleri hematit Fe 2 O 3 ve limonit Fe 2 O 3 nH 2 O
Demir(II) hidroksit F e(OH)2 . Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik hidroksit. Beyaz (bazen yeşilimsi bir renk tonu ile), Fe-OH bağları ağırlıklı olarak kovalenttir. Termal olarak kararsız. Özellikle ıslandığında havada kolayca oksitlenir (kararır). Suda çözünmez. Seyreltik asitler ve konsantre alkalilerle reaksiyona girer. Tipik redüktör. Demirin paslanmasında bir ara üründür. Demir-nikel pillerin aktif kütlesinin üretiminde kullanılır.
En önemli reaksiyonların denklemleri:
Fe(OH)2 = FeO + H20 (150-200 °C, atm.N2)
Fe(OH)2 + 2HC1 (dil.) = FeC12 + 2H20
Fe(OH)2 + 2NaOH (> %50) = Na2 ↓ (mavi-yeşil) (kaynama)
4Fe(OH)2 (süspansiyon) + O2 (hava) →4FeO(OH)↓ + 2H2O (t)
2Fe(OH)2 (süspansiyon) +H202 (seyreltilmiş) = 2FeO(OH)↓ + 2H2O
Fe(OH)2 + KNO3 (kons.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)
Fiş: İnert bir atmosferde alkaliler veya amonyak hidratlı çözeltiden çökeltme:
Fe 2+ + 2OH (dil.) = Fe(OH)2 ↓
Fe 2+ + 2(NH3H2O) = Fe(OH)2 ↓+ 2NH4
Demir metahidroksit F eO(OH). Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik hidroksit. Açık kahverengi, Fe - O ve Fe - OH bağları ağırlıklı olarak kovalenttir. Isıtıldığında erimeden ayrışır. Suda çözünmez. Seyreltik bir alkalin çözelti altında tutulduğunda veya kurutulduğunda FeO(OH)'a dönüşen kahverengi amorf polihidrat Fe203 nH20 biçiminde çözeltiden çökelir. Asitlerle ve katı alkalilerle reaksiyona girer. Zayıf oksitleyici ve indirgeyici ajan. Fe(OH)2 ile sinterlendi. Demirin paslanmasında bir ara üründür. Sarı mineral boyalar ve emayeler için baz, atık gazlar için emici ve organik sentezde katalizör olarak kullanılır.
Fe(OH)3 bileşiminin bileşiği bilinmemektedir (elde edilmemiştir).
En önemli reaksiyonların denklemleri:
Fe203. nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 Ö) FeO(OH)→( Havada 560-700°C, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO(OH) + ZNS1 (dil.) = FeC13 + 2H20
FeO(OH)→ Fe 2 Ö 3 . nH 2 Ö-kolloid(NaOH (kons.))
FeO(OH)→ Nbir 3 [Fe(OH)6]beyaz, sırasıyla Na5 ve K4; her iki durumda da aynı bileşim ve yapıya sahip mavi bir ürün olan KFe III çöker. Laboratuvarda bu çökeltiye denir Prusya mavisi, veya Turnbull mavisi:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Başlangıç reaktiflerinin ve reaksiyon ürünlerinin kimyasal isimleri:
K3 Fe III - potasyum hekzasiyanoferrat (III)
K 4 Fe III - potasyum hekzasiyanoferrat (II)
КFe III - demir (III) potasyum hekzasiyanoferrat (II)
Ek olarak, Fe3+ iyonları için iyi bir reaktif, tiyosiyanat iyonu NСS -'dir, demir (III) onunla birleşir ve parlak kırmızı ("kanlı") bir renk ortaya çıkar:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Bu reaktif (örneğin KNCS tuzu formunda), içi pasla kaplanmış demir borulardan geçerse musluk suyundaki demir (III) izlerini bile tespit edebilir.
Demir, periyodik tabloda dördüncü periyodun sekizinci elementidir. Tablodaki sayısı (atom olarak da adlandırılır) 26'dır ve bu, çekirdekteki protonların ve elektron kabuğundaki elektronların sayısına karşılık gelir. Latince eşdeğeri Fe'nin (Latince Ferrum - "ferrum" olarak okunur) ilk iki harfiyle gösterilir. Demir, yerkabuğunda en yaygın ikinci element olup, yüzdesi %4,65'tir (en yaygın olanı alüminyum, Al'dir). Bu metal doğal haliyle oldukça nadirdir; daha çok nikel ile karışık cevherden çıkarılır.
Temas halinde
Bu bağlantının doğası nedir? Bir atom olarak demir, bu elementi içeren bileşiklerin sertliğini ve moleküler stabiliteyi sağlayan metalik bir kristal kafesten oluşur. Bununla bağlantılı olarak bu metal, örneğin cıvanın aksine tipik bir katıdır.
Basit bir madde olarak demir- bu element grubu için tipik özelliklere sahip gümüş renkli bir metal: dövülebilirlik, metalik parlaklık ve süneklik. Ayrıca demir oldukça reaktiftir. İkinci özellik, demirin yüksek sıcaklık ve buna karşılık gelen nem varlığında çok hızlı paslanmasıyla kanıtlanır. Saf oksijende bu metal iyi yanar, ancak onu çok küçük parçacıklara ayırırsanız sadece yanmakla kalmayacak, aynı zamanda kendiliğinden tutuşacaktır.
Çoğu zaman saf metale demir deriz, ancak karbon içeren alaşımlarına, örneğin çelik (<2,14% C) и чугун (>%2,14 C). Ayrıca, çeliğin paslanmaz hale gelmesi nedeniyle alaşım metallerinin (nikel, manganez, krom ve diğerleri) eklendiği alaşımlar da büyük endüstriyel öneme sahiptir. Böylece, buna dayanarak, bu metalin ne kadar kapsamlı endüstriyel uygulamalara sahip olduğu netleşiyor.
Fe'nin Özellikleri
Demirin kimyasal özellikleri
Bu elementin özelliklerine daha yakından bakalım.
Basit bir maddenin özellikleri
- Yüksek nemde havada oksidasyon (aşındırıcı süreç):
4Fe+3O2+6H2O = 4Fe (OH)3 - demir (III) hidroksit (hidroksit)
- Demir telin oksijen içinde karışık bir oksit oluşumuyla yanması (hem +2 oksidasyon durumuna hem de +3 oksidasyon durumuna sahip bir element içerir):
3Fe+2O2 = Fe3O4 (demir ölçeği). Reaksiyon 160 ⁰C'ye ısıtıldığında mümkündür.
- Yüksek sıcaklıklarda (600−700 ⁰C) su ile etkileşim:
3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2
- Metal olmayanlarla reaksiyonlar:
a) Halojenlerle reaksiyon (Önemli! Bu etkileşimle elementin oksidasyon durumu +3 olur)
2Fe+3Cl2 = 2FeCl3 - demir klorür
b) Kükürt ile reaksiyon (Önemli! Bu etkileşimle elementin oksidasyon durumu +2 olur)
Demir (III) sülfür - Fe2S3 başka bir reaksiyonla elde edilebilir:
Fe2O3+ 3H2S=Fe2S3+3H2O
c) Pirit oluşumu
Fe+2S = FeS2 - pirit. Bu bileşiği oluşturan elementlerin oksidasyon durumuna dikkat edin: Fe (+2), S (-1).
- Fe'nin sağındaki elektrokimyasal metal aktivite serisinde yer alan metal tuzlarıyla etkileşim:
Fe+CuCl2 = FeCl2+Cu - demir (II) klorür
- Seyreltik asitlerle etkileşim (örneğin hidroklorik ve sülfürik):
Fe+HBr = FeBr2+H2
Fe+HCl = FeCl2+ H2
Bu reaksiyonların oksidasyon durumu +2 olan demir ürettiğini lütfen unutmayın.
- Güçlü oksitleyici maddeler olan seyreltilmemiş asitlerde reaksiyon yalnızca ısıtıldığında mümkündür; soğuk asitlerde metal pasifleştirilir:
Fe+H2SO4 (konsantre) = Fe2 (SO4)3+3SO2+6H2O
Fe+6HNO3 = Fe (NO3)3+3NO2+3H2O
- Demirin amfoterik özellikleri yalnızca konsantre alkalilerle etkileşime girdiğinde ortaya çıkar:
Fe+2KOH+2H2O = K2+H2 - potasyum tetrahidroksiferrat (II) çöker.
Yüksek fırında dökme demir üretme süreci
- Sülfit ve karbonat cevherlerinin kavrulması ve ardından ayrışması (metal oksitlerin salınması):
FeS2 —> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2). Bu reaksiyon aynı zamanda sülfürik asidin endüstriyel sentezinde de ilk adımdır.
FeCO3 —> Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2).
- Kolanın yakılması (fazla):
C (kok)+O2 (hava) —> CO2 (600−700 ⁰C)
CO2+С (kok) —> 2CO (750−1000 ⁰C)
- Oksit içeren cevherin karbon monoksit ile indirgenmesi:
Fe2O3 —> Fe3O4 (CO, -CO2)
Fe3O4 —> FeO (CO, -CO2)
FeO —> Fe (CO, -CO2)
- Demirin karbürizasyonu (%6,7'ye kadar) ve dökme demirin eritilmesi (erime sıcaklığı - 1145 ⁰C)
Fe (katı) + C (kok) -> dökme demir. Reaksiyon sıcaklığı - 900−1200 ⁰C.
Dökme demir her zaman tanecik halinde sementit (Fe2C) ve grafit içerir.
Fe içeren bileşiklerin özellikleri
Her bağlantının özelliklerini ayrı ayrı inceleyelim.
Fe3O4
Hem +2 hem de +3 oksidasyon durumuna sahip bir element içeren karışık veya çift demir oksit. Fe3O4 olarak da adlandırılır Demir oksit. Bu bileşik yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır. Su veya su buharı ile reaksiyona girmez. Mineral asitler tarafından ayrışmaya tabidir. Yüksek sıcaklıklarda hidrojen veya demir ile indirgenebilir. Yukarıdaki bilgilerden de anlayacağınız üzere endüstriyel dökme demir üretiminin reaksiyon zincirinde bir ara üründür.
Demir tufal, mineral esaslı boyaların, renkli çimento ve seramik ürünlerinin üretiminde doğrudan kullanılmaktadır. Fe3O4, çeliğin karartılması ve mavileştirilmesiyle elde edilen şeydir. Demirin havada yakılmasıyla karışık bir oksit elde edilir (reaksiyon yukarıda verilmiştir). Oksit içeren cevher manyetittir.
Fe2O3
Demir (III) oksit, önemsiz isim - hematit, kırmızı-kahverengi bir bileşik. Yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır. Demirin atmosferik oksijenle oksidasyonu sonucu saf haliyle oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez, çöken hidratlar oluşturur. Seyreltik alkaliler ve asitlerle zayıf reaksiyona girer. Diğer metallerin oksitleriyle alaşım oluşturarak spinel (çift oksit) oluşturabilir.
Kırmızı demir cevheri, yüksek fırın yöntemi kullanılarak endüstriyel dökme demir üretiminde hammadde olarak kullanılmaktadır. Ayrıca amonyak endüstrisinde reaksiyonu hızlandırır, yani katalizör görevi görür. Demir oksitle aynı alanlarda kullanılır. Ayrıca manyetik bantlarda ses ve resim taşıyıcı olarak da kullanılıyordu.
FeOH2
Demir(II) hidroksit Hem asidik hem de bazik özelliklere sahip olan, ikincisi baskın olan, yani amfoterik bir bileşik. Havada hızla oksitlenen ve demir (III) hidroksite "kahverengiye dönüşen" beyaz bir madde. Sıcaklığa maruz kaldığında ayrışmaya maruz kalır. Hem zayıf asit hem de alkali çözeltileriyle reaksiyona girer. Suda çözünmeyeceğiz. Reaksiyonda indirgeyici ajan olarak görev yapar. Korozyon reaksiyonunda bir ara üründür.
Fe2+ ve Fe3+ iyonlarının tespiti (“nitel” reaksiyonlar)
Sulu çözeltilerde Fe2+ ve Fe3+ iyonlarının tanınması, sırasıyla K3, kırmızı kan tuzu ve K4, sarı kan tuzu gibi karmaşık kompleks bileşikler kullanılarak gerçekleştirilir. Her iki reaksiyonda da aynı kantitatif bileşime sahip, ancak +2 ve +3 değerlikli demirin farklı pozisyonunda zengin mavi bir çökelti oluşur. Bu çökeltiye genellikle Prusya mavisi veya Turnbull mavisi de denir.
İyonik formda yazılmış reaksiyon
Fe2++K++3- K+1Fe+2
Fe3++K++4- K+1Fe+3
Fe3+'yı tespit etmek için iyi bir reaktif tiyosiyanat iyonudur (NCS-)
Fe3++ NCS- 3- - bu bileşikler parlak kırmızı (“kanlı”) bir renge sahiptir.
Bu reaktif, örneğin potasyum tiyosiyanat (formül - KNCS), çözeltilerdeki ihmal edilebilir demir konsantrasyonlarını bile belirlemenizi sağlar. Böylece musluk suyunu incelerken boruların paslı olup olmadığını tespit edebiliyor.
Demir ana yapısal malzemedir. Metal, roketlerden denizaltılara, çatal bıçak takımlarından ferforje ızgara süslemelerine kadar kelimenin tam anlamıyla her yerde kullanılıyor. Bu büyük ölçüde doğadaki bir element tarafından kolaylaştırılmaktadır. Ancak asıl sebep, gücü ve dayanıklılığıdır.
Bu yazıda demiri bir metal olarak tanımlayacağız ve faydalı fiziksel ve kimyasal özelliklerini göstereceğiz. Ayrı olarak, demirin neden demirli metal olarak adlandırıldığını ve diğer metallerden nasıl farklı olduğunu anlatacağız.
İşin garibi, bazen demirin metal mi yoksa metal olmayan mı olduğu sorusu hala ortaya çıkıyor. Demir, D.I. Mendeleev'in tablosunun 8. grup, 4. periyodunun bir elementidir. Molekül ağırlığı 55,8 olup oldukça yüksektir.
Bu gümüş grisi bir metaldir, oldukça yumuşaktır, sünektir ve manyetik özelliklere sahiptir. Aslında saf demir, metalin kimyasal olarak aktif olması ve çeşitli reaksiyonlara uğraması nedeniyle son derece nadir bulunur ve kullanılır.
Bu video size demirin ne olduğunu anlatacak:
Konsept ve özellikler
Demir genellikle metalin neredeyse tüm özelliklerini koruyan% 0,8'e kadar az miktarda yabancı madde içeren bir alaşım olarak adlandırılır. Yaygın olarak kullanılan bu seçenek bile değil, çelik ve dökme demirdir. Cevherin siyah rengi sayesinde isimlerini - demirli metal, demir veya daha doğrusu aynı dökme demir ve çelik - aldılar.
Günümüzde demir alaşımlarına demir metalleri adı verilmektedir: çelik, dökme demir, ferrit, manganez ve bazen krom.
Demir çok yaygın bir elementtir. Yer kabuğundaki içerik açısından oksijenden daha düşük olan 4. sırada yer alır. Dünyanın çekirdeği %86 oranında demir içerir ve yalnızca %14'ü mantoda bulunur. Deniz suyu bu maddeden çok az miktarda içerir - 0,02 mg/l'ye kadar; nehir suyu biraz daha fazla - 2 mg/l'ye kadar içerir.
Demir tipik bir metaldir ve aynı zamanda oldukça aktiftir. Seyreltik ve konsantre asitlerle reaksiyona girer, ancak çok güçlü oksitleyici maddelerin etkisi altında ferrik asit tuzları oluşturabilir. Havada demir hızla bir oksit filmi ile kaplanır ve daha fazla reaksiyonu önler.
Bununla birlikte, nem varlığında, gevşek yapısı nedeniyle daha fazla oksidasyonu engellemeyen oksit filmi yerine pas ortaya çıkar. Bu özellik, nem varlığında korozyon, demir alaşımlarının temel dezavantajıdır. Kirliliğin korozyona neden olduğunu, kimyasal olarak saf metalin ise suya dayanıklı olduğunu belirtmekte fayda var.
Önemli parametreler
Saf metal demir oldukça sünektir, kolayca dövülür ve dökülmesi zordur. Bununla birlikte, karbonun küçük safsızlıkları sertliğini ve kırılganlığını önemli ölçüde artırır. Bu kalite, bronz aletlerin demir aletlerle yer değiştirmesinin nedenlerinden biri haline geldi.
- Demir alaşımlarını antik dünyada bilinenlerle karşılaştırırsak, hem korozyon direnci hem de dolayısıyla dayanıklılık açısından açıkça görülür. Ancak devasa ölçek, kalay madenlerinin tükenmesine yol açtı. Ve bu, önemli ölçüde daha az olduğundan, geçmişteki metalurjistler değiştirme sorunuyla karşı karşıya kaldılar. Ve bronzun yerini demir aldı. İkincisi, çelik ortaya çıktığında tamamen değiştirildi: bronz, böyle bir sertlik ve esneklik kombinasyonu sağlamaz.
- Demir, kobalt ile bir demir üçlüsü oluşturur. Elementlerin özellikleri, dış katmanın aynı yapısına sahip analoglarına göre çok yakındır. Tüm metaller mükemmel mekanik özelliklere sahiptir: kolayca işlenebilir, haddelenebilir, çekilebilir, dövülebilir ve damgalanabilir. Kobalt demire göre hem daha az reaktif hem de korozyona karşı daha dayanıklıdır. Ancak bu elementlerin bolluğu, bunların demir kadar yaygın olarak kullanılmasına izin vermez.
- Donanımın kullanım alanı açısından ana “rakibi” dir. Ancak gerçekte her iki malzemenin de tamamen farklı nitelikleri vardır. Demir kadar güçlü değildir, daha zor çekilir ve dövülemez. Öte yandan metalin ağırlığı çok daha hafif olduğundan yapıyı çok daha hafif hale getirir.
Demirin elektriksel iletkenliği oldukça ortalama olup, bu göstergedeki alüminyum yalnızca gümüş ve altından sonra ikinci sıradadır. Demir ferromanyetiktir, yani manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanmayı korur ve manyetik alana çekilir.
Bu tür farklı özellikler tamamen farklı uygulama alanlarına yol açar, bu nedenle inşaat malzemeleri çok nadiren "mücadele eder", örneğin alüminyum profilin hafifliğinin çelik profilin gücüyle kontrast oluşturduğu mobilya üretiminde.
Demirin avantajları ve dezavantajları aşağıda tartışılmaktadır.
Avantajlar ve dezavantajlar
Demirin diğer yapısal metallere göre temel avantajı, bolluğu ve göreceli olarak eritilmesinin kolaylığıdır. Ancak kullanılan demir miktarı göz önüne alındığında bu çok önemli bir faktördür.
Avantajları
Metalin avantajları diğer nitelikleri içerir.
- Esnekliği korurken güç ve sertlik - kimyasal olarak saf demirden değil, alaşımlardan bahsediyoruz. Üstelik bu nitelikler çeliğin kalitesine, ısıl işlem yöntemine, üretim yöntemine vb. bağlı olarak oldukça büyük farklılıklar gösterir.
- Çelik ve ferritlerin çeşitliliği, köprü çerçevesinden kesme aletine kadar her türlü görev için malzeme oluşturmanıza ve seçmenize olanak tanır. Çok küçük yabancı maddeler ekleyerek belirli özelliklerin elde edilebilmesi alışılmadık derecede büyük bir avantajdır.
- İşleme kolaylığı, çok çeşitli türlerde ürünlerin elde edilmesini mümkün kılar: çubuklar, borular, şekilli ürünler, kirişler, sac vb.
- Demirin manyetik özellikleri öyledir ki, manyetik tahriklerin üretiminde ana malzeme metaldir.
- Alaşımların maliyeti elbette bileşime bağlıdır, ancak daha yüksek mukavemet özelliklerine rağmen yine de çoğu demir dışı alaşımdan önemli ölçüde daha düşüktür.
- Demirin dövülebilirliği, malzemeye çok yüksek dekoratif yetenekler sağlar.
Kusurlar
Demir alaşımlarının dezavantajları önemlidir.
- Her şeyden önce, bu yetersiz korozyon direncidir. Özel çelik türleri - paslanmaz çelik - bu kullanışlı kaliteye sahiptir, ancak aynı zamanda çok daha pahalıdır. Çok daha sık olarak metal, bir kaplama - metal veya polimer kullanılarak korunur.
- Demir elektrik depolayabildiği için alaşımlarından yapılan ürünler elektrokimyasal korozyona maruz kalır. Aletlerin ve makinelerin muhafazaları, boru hatları bir şekilde korunmalıdır - katodik koruma, fedakarlık koruması vb.
- Metal ağırdır, bu nedenle demir yapılar inşaat nesnesine (bir bina, bir demiryolu vagonu, bir deniz gemisi) önemli ölçüde ağırlık verir.
Kompozisyon ve yapı
Demir, kafes parametreleri ve yapısı bakımından birbirinden farklı 4 farklı modifikasyonda mevcuttur. Fazların varlığı, eritme için gerçekten çok önemlidir, çünkü bu dünyadaki metalurjik süreçlerin akışını sağlayan faz geçişleri ve bunların alaşım elementlerine bağımlılığıdır. Yani aşağıdaki aşamalardan bahsediyoruz:
- α fazı +769 C'ye kadar stabildir ve vücut merkezli kübik bir kafese sahiptir. α fazı ferromanyetiktir, yani manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanmayı korur. 769 C sıcaklık metalin Curie noktasıdır.
- β-fazı +769 C ila +917 C arasında mevcuttur. Modifikasyonun yapısı aynıdır, ancak kafes parametreleri biraz farklıdır. Bu durumda, manyetik olanlar dışında neredeyse tüm fiziksel özellikler korunur: demir paramanyetik hale gelir.
- γ fazı +917 ila +1394 C aralığında görünür. Yüz merkezli kübik bir kafese sahiptir.
- δ fazı +1394 C'nin üzerinde bir sıcaklıkta bulunur ve vücut merkezli bir kübik kafese sahiptir.
Ayrıca, yüksek basınçta ve belirli elementlerle katkılamanın bir sonucu olarak ortaya çıkan bir ε-modifikasyonu da vardır. ε fazı sıkı paketlenmiş altıgen bir kafese sahiptir.
Bu video size demirin fiziksel ve kimyasal özelliklerini anlatacak:
Özellikler ve özellikler
Çok fazla saflığına bağlıdır. Kimyasal olarak saf demir ile sıradan teknik ve hatta alaşımlı çeliğin özellikleri arasındaki fark çok önemlidir. Kural olarak, teknik demir için safsızlık oranı% 0,8 olan fiziksel özellikler verilmektedir.
Zararlı safsızlıkları alaşım katkılarından ayırmak gerekir. Örneğin kükürt ve fosfor, sertliği veya mekanik direnci artırmadan alaşıma kırılganlık kazandırır. Çelikteki karbon bu parametreleri arttırır yani faydalı bir bileşendir.
- Demirin yoğunluğu (g/cm3) bir dereceye kadar faza bağlıdır. Böylece α-Fe'nin yoğunluğu 7,87 g/metreküp olur. normal sıcaklıkta cm ve 7,67 g/cc. +600 C'de cm. γ fazının yoğunluğu daha düşüktür - 7,59 g/kübik. cm ve δ fazı daha da azdır - 7,409 g/cc.
- Maddenin erime noktası +1539 C'dir. Demir orta derecede refrakter bir metaldir.
- Kaynama noktası – +2862 C.
- Mukavemet, yani çeşitli yük türlerine karşı direnç - basınç, gerginlik, bükülme, her çelik, dökme demir ve ferrit kalitesi için düzenlenir, bu nedenle genel olarak bu göstergeler hakkında konuşmak zordur. Böylece, yüksek hız çeliğinin bükülme mukavemeti 2,5–2,8 GPa'dır. Ve sıradan teknik demirin aynı parametresi 300 MPa'dır.
- Mohs ölçeğindeki sertlik 4-5'tir. Özel çelikler ve kimyasal olarak saf demir çok daha yüksek performansa ulaşır.
- Spesifik elektrik direnci 9,7·10-8 ohm·m'dir. Demir, akımı bakır veya alüminyumdan çok daha kötü iletir.
- Isı iletkenliği de bu metallerinkinden daha düşüktür ve faz bileşimine bağlıdır. 25°C'de 74,04 W/(m·K), 1500°C'de 31,8 [W/(m·K)]'dir.
- Demir hem normal hem de yüksek sıcaklıklarda mükemmel şekilde dövülür. Dökme demir ve çelik dökülebilir.
- Bir madde biyolojik olarak inert olarak adlandırılamaz. Ancak toksisitesi oldukça düşüktür. Ancak bu, elementin aktivitesiyle değil, insan vücudunun onu iyi özümseyememesiyle bağlantılıdır: maksimum, alınan dozun% 20'sidir.
Demir çevresel bir madde olarak sınıflandırılamaz. Bununla birlikte, çevreye verilen asıl zarar, demirin oldukça hızlı paslanması nedeniyle atıklarından değil, üretim atıklarından - cüruf ve açığa çıkan gazlardan kaynaklanmaktadır.
Üretme
Demir çok yaygın bir element olduğundan büyük masraflar gerektirmez. Mevduatlar hem açık ocak hem de maden yöntemleri kullanılarak geliştirilmektedir. Aslında tüm madencilik cevherleri demir içerir, ancak yalnızca metal oranının yeterince büyük olduğu olanlar geliştirilir. Bunlar zengin cevherlerdir -% 74'e kadar demir payına sahip kırmızı, manyetik ve kahverengi demir cevheri, ortalama içerikli cevherler - örneğin markazit ve en az% 26 demir payına sahip düşük dereceli cevherler - siderit.
Zengin cevher hemen tesise gönderilir. Orta ve düşük içerikli kayalar zenginleştirilmiştir.
Demir alaşımları üretmek için çeşitli yöntemler vardır. Kural olarak, herhangi bir çeliğin eritilmesi, dökme demir üretimini içerir. Yüksek fırında 1600 C sıcaklıkta eritilir. Yük - aglomerat, peletler, akı ile birlikte fırına yüklenir ve sıcak hava ile üflenir. Bu durumda metal erir ve kok yanar, bu da istenmeyen yabancı maddeleri yakmanıza ve cürufu ayırmanıza olanak tanır.
Çelik üretmek için genellikle beyaz dökme demir kullanılır - içinde karbon, demir ile kimyasal bir bileşiğe bağlanır. En yaygın 3 yöntem:
- açık ocak - karbon içeriğini azaltmak için cevher ve hurda ilavesiyle erimiş dökme demir 2000 C'de eritilir. Erimenin sonunda varsa ek bileşenler eklenir. Bu sayede en kaliteli çelik elde edilir.
- oksijen dönüştürücü daha verimli bir yöntemdir. Fırında, dökme demirin kalınlığı 26 kg/m2 basınç altında hava ile üflenir. Çeliğin özelliklerini iyileştirmek için oksijen ve hava karışımı veya saf oksijen kullanılabilir;
- elektrikle eritme - daha çok özel alaşımlı çeliklerin üretiminde kullanılır. Dökme demir, 2200 C sıcaklıkta bir elektrikli fırında ateşlenir.
Çelik doğrudan yöntemle de elde edilebilir. Bunu yapmak için yüksek demir içeriğine sahip peletler şaft fırınına yüklenir ve 1000 C sıcaklıkta hidrojenle temizlenir. İkincisi, ara adımlar olmadan demiri oksitten azaltır.
Demir metalurjisinin özellikleri nedeniyle, ya belirli bir demir içeriğine sahip cevher ya da bitmiş ürünler - dökme demir, çelik, ferrit - satılmaktadır. Fiyatları oldukça değişkendir. Zengin, element içeriği %60'ın üzerinde olan demir cevherinin 2016 yılında ortalama maliyeti ton başına 50 dolardır.
Çeliğin maliyeti birçok faktöre bağlıdır ve bu da bazen fiyat artışlarını ve düşüşlerini tamamen öngörülemez hale getirir. 2016 sonbaharında, eritme işleminin vazgeçilmez bir katılımcısı olan koklaşabilir taş kömürü fiyatlarındaki eşit derecede keskin artış nedeniyle bağlantı parçaları ile sıcak ve soğuk haddelenmiş çeliğin maliyeti keskin bir şekilde arttı. Kasım ayında Avrupalı şirketler sıcak haddelenmiş çelik ruloları ton başına 500 Euro'dan teklif ediyor.
Uygulama alanı
Demir ve demir alaşımlarının kullanım kapsamı çok büyüktür. Metalin kullanılmadığı yerleri belirtmek daha kolaydır.
- İnşaat - Bir köprünün taşıyıcı çerçevesinden bir apartman dairesindeki dekoratif şöminenin çerçevesine kadar her türlü çerçevenin inşası, farklı kalitelerde çelik olmadan yapılamaz. Bağlantı parçaları, çubuklar, I-kirişler, kanallar, köşebentler, borular: inşaatta kesinlikle tüm şekilli ve kesitli ürünler kullanılmaktadır. Aynısı metal levha için de geçerlidir: çatı kaplaması yapılır vb.
- Makine mühendisliği - güç ve aşınma direnci açısından çelikle karşılaştırılabilecek çok az şey vardır, bu nedenle makinelerin büyük çoğunluğunun gövde parçaları çelikten yapılmıştır. Özellikle ekipmanın yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında çalışması gerektiği durumlarda.
- Aletler – alaşım elementleri ve sertleştirme yardımıyla metale elmasa yakın sertlik ve dayanıklılık kazandırılabilir. Yüksek hız çelikleri tüm işleme takımlarının temelini oluşturur.
- Elektrik mühendisliğinde demirin kullanımı daha sınırlıdır, çünkü safsızlıklar zaten düşük olan elektriksel özelliklerini belirgin şekilde kötüleştirir. Ancak elektrikli ekipmanların manyetik parçalarının üretiminde metal vazgeçilmezdir.
- Boru hattı - her tür ve türden iletişim çelik ve dökme demirden yapılır: ısıtma, su temin sistemleri, ana hatlar dahil gaz boru hatları, güç kabloları için kılıflar, petrol boru hatları vb. Bu kadar büyük yüklere ve iç basınca yalnızca çelik dayanabilir.
- Ev kullanımı – çelik her yerde kullanılır: bağlantı elemanlarından çatal bıçak takımlarına, demir kapılardan kilitlere kadar. Metalin gücü ve aşınma direnci onu yeri doldurulamaz kılar.
Demir ve alaşımları gücü, dayanıklılığı ve aşınma direncini birleştirir. Ayrıca metalin üretimi nispeten ucuz olduğundan modern ulusal ekonomi için vazgeçilmez bir malzeme haline gelmektedir.
Bu video size demir dışı ve ağır demirli metallerle demir alaşımları hakkında bilgi verecektir:
Demir iyi bilinen bir kimyasal elementtir. Ortalama kimyasal aktiviteye sahip metallere aittir. Bu yazımızda demirin özelliklerine ve kullanım alanlarına bakacağız.
Doğada yaygınlık
Ferrum içeren oldukça fazla sayıda mineral vardır. Her şeyden önce manyetittir. Yüzde yetmiş iki demirdir. Kimyasal formülü Fe3O4'tür. Bu minerale manyetik demir cevheri de denir. Açık gri, bazen koyu gri, hatta siyah, metalik bir parlaklığa sahiptir. BDT ülkeleri arasındaki en büyük yatağı Urallarda bulunmaktadır.
Demir içeriği yüksek olan bir sonraki mineral hematittir - bu elementin yüzde yetmişini oluşturur. Kimyasal formülü Fe 2 O 3'tür. Kırmızı demir cevheri olarak da adlandırılır. Kırmızı-kahverengiden kırmızı-griye kadar değişen bir rengi vardır. BDT ülkelerindeki en büyük yatak Krivoy Rog'da bulunuyor.
Ferrum içeren üçüncü mineral ise limonittir. Burada demir toplam kütlenin yüzde altmışıdır. Bu kristalimsi bir hidrattır, yani su molekülleri kristal kafesine dokunmuştur, kimyasal formülü Fe203.H20'dur. Adından da anlaşılacağı gibi, bu mineral sarı-kahverengimsi, bazen kahverengi bir renge sahiptir. Doğal aşı boyasının ana bileşenlerinden biridir ve pigment olarak kullanılır. Aynı zamanda kahverengi demir cevheri olarak da adlandırılır. En büyük yerler Kırım ve Urallardır.
Sfer demir cevheri olarak adlandırılan Siderit, yüzde kırk sekiz ferrum içerir. Kimyasal formülü FeCO3’tür. Yapısı heterojendir ve birbirine bağlı farklı renkteki kristallerden oluşur: gri, soluk yeşil, gri-sarı, kahverengi-sarı vb.
Doğada yüksek ferrum içeriğine sahip son yaygın mineral pirittir. Aşağıdaki kimyasal formüle sahiptir: FeS 2. Toplam kütlenin yüzde kırk altısını demir içerir. Kükürt atomları sayesinde bu mineral altın sarısı bir renge sahiptir.
Tartışılan minerallerin çoğu saf demir elde etmek için kullanılır. Ayrıca doğal taşlardan takı imalatında hematit kullanılmaktadır. Lapis lazuli takılarda pirit kalıntıları mevcut olabilir. Ayrıca demir, doğada canlı organizmalarda bulunur - hücrelerin en önemli bileşenlerinden biridir. Bu mikro elementin insan vücuduna yeterli miktarlarda sağlanması gerekir. Demirin iyileştirici özellikleri büyük ölçüde bu kimyasal elementin hemoglobinin temeli olmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle ferrum kullanımının kanın durumu ve dolayısıyla bir bütün olarak tüm vücut üzerinde iyi bir etkisi vardır.
Demir: fiziksel ve kimyasal özellikler
Şimdi bu iki büyük bölüme sırasıyla bakalım. demir onun görünümü, yoğunluğu, erime noktası vb. Yani bir maddenin fizikle ilişkilendirilen tüm ayırt edici özellikleridir. Demirin kimyasal özellikleri diğer bileşiklerle reaksiyona girebilme yeteneğidir. İlk olanlardan başlayalım.
Demirin fiziksel özellikleri
Normal koşullar altında saf haliyle katıdır. Gümüş-gri bir renge ve belirgin bir metalik parlaklığa sahiptir. Demirin mekanik özellikleri arasında dört (orta) sertlik seviyesi bulunur. Demir iyi bir elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir. Son özellik, soğuk bir odada demir bir nesneye dokunulduğunda hissedilebilir. Bu malzeme ısıyı hızlı ilettiği için büyük bir kısmını kısa sürede cildinizden uzaklaştırır ve bu nedenle üşürsünüz.
Örneğin ahşaba dokunursanız ısı iletkenliğinin çok daha düşük olduğunu fark edeceksiniz. Demirin fiziksel özellikleri erime ve kaynama noktalarını içerir. Birincisi 1539 santigrat derece, ikincisi 2860 santigrat derece. Demirin karakteristik özelliklerinin iyi süneklik ve eriyebilirlik olduğu sonucuna varabiliriz. Ama hepsi bu değil.
Ayrıca demirin fiziksel özellikleri ferromanyetizmasını da içerir. Ne olduğunu? Manyetik özelliklerini her gün pratik örneklerde gözlemleyebildiğimiz demir, bu kadar eşsiz bir ayırt edici özelliğe sahip olan tek metaldir. Bu, bu malzemenin manyetik alanın etkisi altında mıknatıslanma kabiliyetine sahip olmasıyla açıklanmaktadır. Ve ikincisinin etkisinin sona ermesinden sonra, manyetik özellikleri henüz oluşmuş olan demir, uzun süre mıknatıs olarak kalır. Bu fenomen, bu metalin yapısında hareket edebilen çok sayıda serbest elektronun bulunmasıyla açıklanabilir.
Kimyasal açıdan
Bu element orta aktiviteli metallere aittir. Ancak demirin kimyasal özellikleri diğer tüm metaller için tipiktir (elektrokimyasal seride hidrojenin sağında yer alanlar hariç). Birçok madde sınıfıyla reaksiyona girme yeteneğine sahiptir.
Basit olanlarla başlayalım
Ferrum oksijen, nitrojen, halojenler (iyot, brom, klor, flor), fosfor ve karbon ile etkileşime girer. Dikkate alınması gereken ilk şey oksijenle reaksiyonlardır. Ferrum yakıldığında oksitleri oluşur. Reaksiyon koşullarına ve iki katılımcı arasındaki oranlara bağlı olarak bunlar değişebilir. Bu tür etkileşime örnek olarak aşağıdaki reaksiyon denklemleri verilebilir: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O2 = 2Fe203; 3Fe + 2O2 = Fe304. Ve demir oksidin özellikleri (hem fiziksel hem de kimyasal), türüne bağlı olarak değişebilir. Bu tür reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda meydana gelir.
Bir sonraki şey nitrojenle etkileşimdir. Ayrıca yalnızca ısıtma durumunda da meydana gelebilir. Altı mol demir ve bir mol nitrojen alırsak iki mol demir nitrür elde ederiz. Reaksiyon denklemi şu şekilde görünecektir: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.
Fosfor ile etkileşime girdiğinde fosfit oluşur. Reaksiyonu gerçekleştirmek için aşağıdaki bileşenlere ihtiyaç vardır: üç mol ferrum için - bir mol fosfor, sonuç olarak bir mol fosfit oluşur. Denklem şu şekilde yazılabilir: 3Fe + P = Fe 3 P.
Ayrıca basit maddelerle reaksiyonlar arasında kükürt ile etkileşim de ayırt edilebilir. Bu durumda sülfür elde edilebilir. Bu maddenin oluşum sürecinin meydana gelme prensibi yukarıda açıklananlara benzer. Yani bir katılma reaksiyonu meydana gelir. Bu tür tüm kimyasal etkileşimler, çoğunlukla yüksek sıcaklıklar ve daha az sıklıkla katalizörler olmak üzere özel koşullar gerektirir.
Demir ve halojenler arasındaki reaksiyonlar kimya endüstrisinde de yaygındır. Bunlar klorlama, brominasyon, iyotlama, florlamadır. Reaksiyonların isimlerinden de anlaşılacağı gibi, bu, sırasıyla klorür/bromür/iyodür/florür oluşturmak üzere ferrum atomlarına klor/brom/iyot/flor atomlarının eklenmesi işlemidir. Bu maddeler çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca ferrum, yüksek sıcaklıklarda silikonla birleşebilmektedir. Demirin çeşitli kimyasal özellikleri nedeniyle kimya endüstrisinde sıklıkla kullanılır.
Ferrum ve karmaşık maddeler
Basit maddelerden, molekülleri iki veya daha fazla farklı kimyasal elementten oluşan maddelere geçiyoruz. Bahsedilmesi gereken ilk şey ferrumun su ile reaksiyonudur. Demirin temel özellikleri burada ortaya çıkar. Su ısıtıldığında demir ile birlikte oluşur (aynı su ile etkileşime girdiğinde hidroksit yani baz oluşturduğu için bu adı almıştır). Yani, her iki bileşenden bir mol alırsanız, ferrum dioksit ve hidrojen gibi maddeler keskin kokulu bir gaz formunda oluşur - yine bire bir molar oranlarda. Bu tip reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılabilir: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Bu iki bileşenin karıştırıldığı oranlara bağlı olarak demir di- veya trioksit elde edilebilir. Bu maddelerin her ikisi de kimya endüstrisinde oldukça yaygındır ve diğer birçok endüstride de kullanılmaktadır.
Asitler ve tuzlar ile
Ferrum, metallerin elektrokimyasal aktivite dizisinde hidrojenin solunda yer aldığından, bu elementi bileşiklerden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir. Bunun bir örneği, bir aside demir eklendiğinde gözlemlenebilen yer değiştirme reaksiyonudur. Örneğin, orta konsantrasyondaki demir ve sülfat asidini (sülfürik asit olarak da bilinir) eşit molar oranlarda karıştırırsanız sonuç, eşit molar oranlarda demir (II) sülfat ve hidrojen olur. Böyle bir reaksiyonun denklemi şu şekilde görünecektir: Fe + H 2 SO 4 = FeS04 + H 2.
Tuzlarla etkileşime girdiğinde demirin indirgeyici özellikleri ortaya çıkar. Yani tuzdan daha az aktif bir metali izole etmek için kullanılabilir. Örneğin, bir mol ve aynı miktarda ferrum alırsanız, aynı molar oranlarda demir (II) sülfat ve saf bakır elde edebilirsiniz.
Vücut için önemi
Yer kabuğundaki en yaygın kimyasal elementlerden biri demirdir. Zaten baktık, şimdi biyolojik açıdan yaklaşalım. Ferrum hem hücresel düzeyde hem de tüm organizma düzeyinde çok önemli işlevleri yerine getirir. Her şeyden önce demir, hemoglobin gibi bir proteinin temelidir. Oksijenin akciğerlerden kan yoluyla tüm dokulara, organlara, başta beyindeki nöronlar olmak üzere vücudun her hücresine taşınması için gereklidir. Bu nedenle demirin faydalı özellikleri fazla tahmin edilemez.
Ferrum, kan oluşumunu etkilemesinin yanı sıra tiroid bezinin tam işleyişi için de önemlidir (bazılarının inandığı gibi bu sadece iyot gerektirmez). Demir ayrıca hücre içi metabolizmada rol alır ve bağışıklığı düzenler. Ferrum, zararlı maddelerin nötralize edilmesine yardımcı olduğundan karaciğer hücrelerinde de özellikle büyük miktarlarda bulunur. Aynı zamanda vücudumuzdaki birçok enzim türünün de ana bileşenlerinden biridir. Bir kişinin günlük diyeti bu mikro elementin on ila yirmi miligramını içermelidir.
Demir açısından zengin gıdalar
Bunlardan çok var. Hem bitki hem de hayvan kökenlidirler. Bunlardan ilki tahıllar, baklagiller, tahıllar (özellikle karabuğday), elma, mantar (beyaz), kurutulmuş meyveler, kuşburnu, armut, şeftali, avokado, kabak, badem, hurma, domates, brokoli, lahana, yaban mersini, böğürtlen, kereviz, vb. İkincisi ise karaciğer ve ettir. Demir içeriği yüksek gıdaların tüketimi hamilelik sırasında özellikle önemlidir, çünkü gelişmekte olan fetüsün vücudu, tam büyüme ve gelişme için bu eser elementin büyük miktarlarına ihtiyaç duyar.
Vücutta demir eksikliği belirtileri
Vücuda çok az ferrum girişinin belirtileri yorgunluk, el ve ayakların sürekli donması, depresyon, kırılgan saç ve tırnaklar, entelektüel aktivitede azalma, sindirim bozuklukları, düşük performans ve tiroid fonksiyon bozukluklarıdır. Bu semptomlardan birkaçını fark ederseniz, diyetinizdeki demir içeren gıdaların miktarını artırmanız veya ferrum içeren vitaminler veya diyet takviyeleri satın almanız faydalı olabilir. Ayrıca bu belirtilerden herhangi birini çok şiddetli hissediyorsanız bir doktora başvurmalısınız.
Demirin endüstride kullanımı
Demirin kullanım alanları ve özellikleri yakından ilişkilidir. Ferromanyetik doğası nedeniyle, hem ev amaçlı olarak daha zayıf olan (hediyelik buzdolabı mıknatısları vb.) hem de endüstriyel amaçlar için daha güçlü olan mıknatısların yapımında kullanılır. Söz konusu metalin yüksek mukavemet ve sertliğe sahip olması nedeniyle eski çağlardan beri silah, zırh ve diğer askeri ve ev aletlerinin imalatında kullanılmaktadır. Bu arada, özellikleri sıradan metalden üstün olan göktaşı demiri Eski Mısır'da bile biliniyordu. Bu özel demir Antik Roma'da da kullanılmıştır. Ondan elit silahlar yapıldı. Göktaşı metalinden yapılmış bir kalkan veya kılıca ancak çok zengin ve asil bir kişi sahip olabilir.
Genel olarak bu makalede ele aldığımız metal, bu gruptaki tüm maddeler arasında en çok yönlü olanıdır. Öncelikle hem sanayide hem de günlük hayatta ihtiyaç duyulan her türlü ürünün üretiminde kullanılan çelik ve dökme demir yapılmaktadır.
Dökme demir, demir ve karbonun yüzde 1,7 ila 4,5 arasında bulunduğu bir alaşımdır. İkincisi yüzde 1,7'den azsa bu tür alaşıma çelik denir. Bileşimde yaklaşık yüzde 0,02 oranında karbon mevcutsa, bu zaten sıradan bir teknik demirdir. Alaşımda karbonun varlığı, ona daha fazla güç, ısı direnci ve pas direnci kazandırmak için gereklidir.
Ayrıca çelik, yabancı madde olarak birçok başka kimyasal element de içerebilir. Buna manganez, fosfor ve silikon dahildir. Ayrıca bu tür alaşımlara belirli nitelikler kazandırmak için krom, nikel, molibden, tungsten ve diğer birçok kimyasal element eklenebilir. Transformatör çelikleri olarak büyük miktarda silikon (yaklaşık yüzde dört) içeren çelik türleri kullanılır. Çok fazla manganez içerenler (yüzde on iki ila on dörde kadar) demiryolları, değirmenler, kırıcılar ve parçaları hızlı aşınmaya maruz kalan diğer aletlerin imalatında kullanılır.
Isıya daha dayanıklı hale getirmek için alaşıma molibden eklenir; bu tür çelikler takım çelikleri olarak kullanılır. Ayrıca bıçak ve diğer ev aletleri şeklinde iyi bilinen ve günlük yaşamda sıklıkla kullanılan paslanmaz çeliklerin elde edilmesi için alaşıma krom, nikel ve titanyum eklenmesi gerekmektedir. Darbelere dayanıklı, yüksek mukavemetli, sünek çelik elde etmek için ise içine vanadyum eklenmesi yeterlidir. Bileşime niyobyum eklenerek korozyona ve kimyasal olarak agresif maddelere karşı yüksek direnç elde edilebilir.
Makalenin başında bahsedilen mineral manyetit, sabit disklerin, hafıza kartlarının ve bu tip diğer cihazların üretimi için gereklidir. Manyetik özellikleri nedeniyle demir, transformatörlerde, motorlarda, elektronik ürünlerde vb. bulunabilir. Ayrıca, diğer metallerin alaşımlarına daha fazla güç ve mekanik stabilite kazandırmak için ferrum eklenebilir. Bu elementin sülfatı bahçecilikte haşere kontrolü için kullanılır (bakır sülfatla birlikte).
Su arıtımı için vazgeçilmezdirler. Ayrıca siyah beyaz yazıcılarda manyetit tozu kullanılmaktadır. Piritin ana kullanımı ondan sülfürik asit elde etmektir. Bu süreç laboratuvar koşullarında üç aşamada gerçekleşir. İlk aşamada ferrum pirit yakılarak demir oksit ve kükürt dioksit üretilir. İkinci aşamada, oksijenin katılımıyla kükürt dioksitin trioksite dönüşümü gerçekleşir. Ve son aşamada, ortaya çıkan madde katalizörlerin varlığında geçirilir ve böylece sülfürik asit üretilir.
Demir almak
Bu metal esas olarak iki ana mineralden çıkarılır: manyetit ve hematit. Bu, demirin kok formundaki karbonla olan bileşiklerinden indirgenmesiyle yapılır. Bu, sıcaklığın iki bin santigrat dereceye ulaştığı yüksek fırınlarda yapılır. Ayrıca ferrumun hidrojenle indirgenmesine yönelik bir yöntem vardır. Bunu yapmak için yüksek fırına sahip olmak gerekli değildir. Bu yöntemi uygulamak için özel kil alıp, kırılmış cevherle karıştırıp, şaft fırınında hidrojenle işliyorlar.
Çözüm
Demirin özellikleri ve kullanım alanları çeşitlidir. Bu belki de hayatımızdaki en önemli metaldir. İnsanlığın bildiği hale geldikten sonra, o zamanlar silahların yanı sıra tüm aletlerin imalatında ana malzeme olan bronzun yerini aldı. Çelik ve dökme demir, fiziksel özellikleri ve mekanik strese karşı direnç açısından bakır ve kalay alaşımından birçok yönden üstündür.
Ayrıca demir gezegenimizde diğer birçok metalden daha fazla miktarda bulunur. yer kabuğunda neredeyse yüzde beştir. Doğada en çok bulunan dördüncü kimyasal elementtir. Ayrıca bu kimyasal element, hayvan ve bitki vücudunun normal işleyişi için çok önemlidir, çünkü öncelikle hemoglobin onun temelinde inşa edilmiştir. Demir, sağlığın korunması ve organların normal işleyişinin sürdürülmesi için tüketimi önemli olan önemli bir eser elementtir. Yukarıdakilere ek olarak, benzersiz manyetik özelliklere sahip olan tek metaldir. Ferrum olmadan hayatımızı hayal etmek imkansızdır.
Demir, alüminyumdan sonra yer kabuğunda en yaygın metallerden biri olarak kabul edilir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri, mükemmel elektriksel iletkenliğe, termal iletkenliğe ve işlenebilirliğe sahip olacak, gümüşi beyaz bir renge ve yüksek kimyasal reaktiviteye sahip olacak ve yüksek nem veya yüksek sıcaklıklarda hızla paslanabilecek şekildedir. İnce bir şekilde dağılmış halde olduğundan saf oksijende yanar ve havada kendiliğinden tutuşur.
Demir tarihinin başlangıcı
MÖ üçüncü bin yılda. e. insanlar madencilik yapmaya başladı ve bronz ve bakır işlemeyi öğrendi. Yüksek maliyetlerinden dolayı yaygın olarak kullanılmadılar. Yeni metal arayışı devam etti. Demirin tarihi M.Ö. 1. yüzyılda başlamıştır. e. Doğada yalnızca oksijenli bileşikler halinde bulunabilir. Saf metal elde etmek için son elementin ayrılması gerekir. 1539 dereceye kadar ısıtılması gerektiğinden demirin eritilmesi uzun zaman aldı. Ve ancak MÖ 1. bin yılda peynir yapım fırınlarının ortaya çıkmasıyla bu metali elde etmeye başladılar. İlk başta kırılgandı ve çok fazla atık içeriyordu.
Demirhanelerin gelişiyle demirin kalitesi önemli ölçüde arttı. Cürufun çekiç darbeleriyle ayrıldığı bir demircide daha da işlendi. Dövme, metal işlemenin ana türlerinden biri haline geldi ve demircilik, vazgeçilmez bir üretim dalı haline geldi. Demir saf haliyle çok yumuşak bir metaldir. Esas olarak karbonlu bir alaşımda kullanılır. Bu katkı maddesi demirin sertlik gibi fiziksel özelliklerini arttırır. Ucuz malzeme çok geçmeden insan faaliyetinin tüm alanlarına geniş çapta nüfuz etti ve toplumun gelişiminde devrim yarattı. Sonuçta, eski zamanlarda bile demir ürünler kalın bir altın tabakasıyla kaplanıyordu. Asil metalle karşılaştırıldığında yüksek bir fiyatı vardı.
Doğada demir
Litosfer demirden daha fazla alüminyum içerir. Doğada yalnızca bileşikler halinde bulunabilir. Ferrik demir reaksiyona girerek toprağı kahverengiye çevirir ve kuma sarımsı bir renk verir. Demir oksitler ve sülfitler yer kabuğuna dağılmıştır, bazen metalin daha sonra çıkarıldığı mineral birikimleri vardır. Bazı maden kaynaklarındaki demirli demir içeriği suya özel bir tat verir.
Eski su borularından akan paslı su, üç değerlikli metal tarafından renklendirilir. Atomları insan vücudunda da bulunur. Vücuda oksijen sağlayan ve karbondioksiti uzaklaştıran kandaki hemoglobinde (demir içeren protein) bulunurlar. Bazı meteorlar saf demir içerir, bazen de bütün külçeler bulunur.
Demirin fiziksel özellikleri nelerdir?
Grimsi bir renk tonu ve metalik parlaklığa sahip sünek gümüş beyazı bir metaldir. Elektrik akımını ve ısıyı iyi iletir. Sünekliği nedeniyle dövme ve haddelemeye mükemmel uyum sağlar. Demir suda çözünmez ancak cıvada sıvılaşır, 1539 sıcaklıkta erir ve 2862 santigrat derecede kaynar ve 7,9 g/cm³ yoğunluğa sahiptir. Demirin fiziksel özelliklerinin bir özelliği, metalin bir mıknatıs tarafından çekilmesi ve dış manyetik alanın iptal edilmesinden sonra mıknatıslanmayı korumasıdır. Bu özellikleri kullanılarak mıknatıs yapımında kullanılabilir.
Kimyasal özellikler
Demir aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- havada ve suda kolayca oksitlenir, pasla kaplanır;
- oksijende sıcak tel yanar (ve demir oksit formunda kireç oluşur);
- 700-900 santigrat derece sıcaklıkta su buharı ile reaksiyona girer;
- ısıtıldığında metal olmayanlarla (klor, kükürt, brom) reaksiyona girer;
- seyreltik asitlerle reaksiyona girerek demir tuzları ve hidrojen oluşturur;
- alkalilerde çözünmez;
- metalleri tuz çözeltilerinden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir (bakır sülfat çözeltisindeki demir çivi kırmızı bir kaplamayla kaplanır - bu bakırın salınmasıdır);
- Kaynama sırasında konsantre alkalilerde demirin amfoterisitesi ortaya çıkar.
Özellik özellikleri
Demirin fiziksel özelliklerinden biri ferromanyetikliktir. Uygulamada bu malzemenin manyetik özelliklerine sıklıkla rastlanmaktadır. Bu kadar nadir bir özelliğe sahip olan tek metal budur.
Manyetik alanın etkisi altında demir mıknatıslanır. Metal, oluşan manyetik özelliklerini uzun süre korur ve kendisi bir mıknatıs olarak kalır. Bu istisnai olay, demirin yapısının hareket edebilen çok sayıda serbest elektron içermesiyle açıklanmaktadır.
Rezervler ve üretim
Dünyadaki en yaygın elementlerden biri demirdir. Yerkabuğundaki içerik bakımından dördüncü sırada yer almaktadır. Manyetik ve kahverengi demir cevheri gibi bunu içeren birçok bilinen cevher vardır. Metal, sanayide yüksek fırın prosesi kullanılarak esas olarak hematit ve manyetit cevherlerinden üretilir. İlk olarak 2000 santigrat derece yüksek sıcaklıktaki bir fırında karbonla indirgenir.
Bunu yapmak için, yüksek fırına yukarıdan demir cevheri, kok ve akı beslenir ve alttan bir sıcak hava akışı enjekte edilir. Demir elde etmek için doğrudan bir süreç de kullanılır. Ezilmiş cevher özel kil ile karıştırılarak peletler oluşturulur. Daha sonra ateşlenirler ve bir şaft fırınında hidrojenle işlenirler, burada kolayca yenilenirler. Katı demir elde edip elektrik fırınlarında eritiyorlar. Saf metal, sulu tuz çözeltilerinin elektrolizi kullanılarak oksitlerden indirgenir.
Demirin Faydaları
Demir maddesinin temel fiziksel özellikleri ona ve alaşımlarına diğer metallere göre aşağıdaki avantajları sağlar:
Kusurlar
Çok sayıda olumlu niteliğe ek olarak, metalin bir takım olumsuz özellikleri de vardır:
- Ürünler korozyona karşı hassastır. Bu istenmeyen etkiyi ortadan kaldırmak için paslanmaz çelikler alaşımlanarak üretilir ve diğer durumlarda yapılara ve parçalara özel korozyon önleyici işlemler uygulanır.
- Demir statik elektrik biriktirir, dolayısıyla onu içeren ürünler elektrokimyasal korozyona maruz kalır ve ayrıca ek işlem gerektirir.
- Metalin özgül ağırlığı 7,13 g/cm³'tür. Demirin bu fiziksel özelliği yapılara ve parçalara daha fazla ağırlık kazandırır.
Kompozisyon ve yapı
Demirin yapı ve kafes parametreleri bakımından farklılık gösteren dört kristal modifikasyonu vardır. Alaşımların ergitilmesinde faz geçişlerinin ve alaşım katkı maddelerinin varlığı büyük önem taşımaktadır. Aşağıdaki durumlar ayırt edilir:
- Alfa aşaması. 769 santigrat dereceye kadar dayanır. Bu durumda demir, ferromıknatısın özelliklerini korur ve vücut merkezli kübik bir kafese sahiptir.
- Beta aşaması. 769 ila 917 santigrat derece arasındaki sıcaklıklarda bulunur. İlk duruma göre biraz farklı kafes parametrelerine sahiptir. Demirin kaybettiği manyetik özellikler dışında tüm fiziksel özellikleri aynı kalır.
- Gama aşaması. Kafes yapısı yüz merkezli hale gelir. Bu aşama 917-1394 santigrat derece aralığında görünür.
- Omega aşaması. Metalin bu durumu 1394 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda ortaya çıkar. Öncekinden yalnızca kafes parametrelerinde farklılık gösterir.
Demir dünyada en çok aranan metaldir. Tüm metalurjik üretimin yüzde 90'ından fazlası buna bağlı.
Başvuru
İnsanlar ilk olarak altından daha değerli olan göktaşı demirini kullanmaya başladılar. O zamandan beri bu metalin kapsamı daha da genişledi. Demirin fiziksel özelliklerine göre kullanım alanları şunlardır:
- ferromanyetik oksitler manyetik malzemelerin üretiminde kullanılır: endüstriyel tesisler, buzdolapları, hediyelik eşyalar;
- demir oksitler mineral boya olarak kullanılır;
- amatör radyo uygulamalarında demir klorür vazgeçilmezdir;
- Demir sülfatlar tekstil endüstrisinde kullanılmaktadır;
- manyetik demir oksit, uzun vadeli bilgisayar bellek cihazlarının üretiminde önemli malzemelerden biridir;
- siyah beyaz lazer yazıcılarda ultra ince demir tozu kullanılır;
- metalin gücü silah ve zırh üretimini mümkün kılar;
- aşınmaya dayanıklı dökme demir, frenler, debriyaj diskleri ve pompa parçaları üretmek için kullanılabilir;
- ısıya dayanıklı - yüksek fırınlar, termal fırınlar, açık ocak fırınları için;
- ısıya dayanıklı - kompresör ekipmanı, dizel motorlar için;
- Gaz boru hatları, ısıtma kazanlarının kasaları, kurutucular, çamaşır makineleri ve bulaşık makineleri için yüksek kaliteli çelik kullanılır.
Çözüm
Demir genellikle metalin kendisi değil, alaşımı olan düşük karbonlu elektrikli çelik anlamına gelir. Saf demir elde etmek oldukça karmaşık bir işlemdir ve bu nedenle yalnızca manyetik malzemelerin üretiminde kullanılır. Daha önce belirtildiği gibi, basit demir maddesinin olağanüstü fiziksel özelliği ferromanyetizmadır, yani manyetik bir alanın varlığında mıknatıslanma yeteneğidir.
Saf metalin manyetik özellikleri teknik çeliğe göre 200 kat daha yüksektir. Bu özellik aynı zamanda metalin tane boyutundan da etkilenir. Tane ne kadar büyük olursa, manyetik özellikler de o kadar yüksek olur. Mekanik işlemenin de bir dereceye kadar etkisi vardır. Bu gereksinimleri karşılayan bu tür saf demir, manyetik malzemelerin üretiminde kullanılır.