ברזל הוא יסוד כימי ידוע. הוא שייך למתכות בעלות תגובתיות ממוצעת. נשקול את התכונות והשימוש של ברזל במאמר זה.
שכיחות בטבע
יש מספר גדול למדי של מינרלים הכוללים פררום. קודם כל, זה מגנט. זה שבעים ושניים אחוז ברזל. הנוסחה הכימית שלו היא Fe3O4. מינרל זה נקרא גם עפרת ברזל מגנטית. יש לו צבע אפור בהיר, לפעמים עם אפור כהה, עד שחור, עם ברק מתכתי. הפיקדון הגדול ביותר שלה מבין מדינות חבר העמים נמצא באזור אוראל.
המינרל הבא עם תכולת ברזל גבוהה הוא המטיט - הוא מורכב משבעים אחוז מהיסוד הזה. הנוסחה הכימית שלו היא Fe2O3. זה נקרא גם עפרת ברזל אדומה. יש לו צבע מאדום-חום עד אדום-אפור. הפיקדון הגדול ביותר בשטח מדינות חבר העמים נמצא ב-Krivoy Rog.
המינרל השלישי מבחינת תכולת הפרום הוא לימוניט. כאן, ברזל הוא שישים אחוז מהמסה הכוללת. זהו הידרט גבישי, כלומר מולקולות מים שזורות בסריג הגביש שלו,הנוסחה הכימית שלו היא Fe2O3•H2O. כפי שהשם מרמז, למינרל זה צבע צהוב-חום, מדי פעם חום. זהו אחד המרכיבים העיקריים של אוקר טבעי ומשמש כפיגמנט. זה נקרא גם אבן ברזל חומה. ההתרחשויות הגדולות ביותר הן קרים, אוראל.
בסידריט, מה שנקרא עפרת ברזל ספוגית, ארבעים ושמונה אחוז מהפרום. הנוסחה הכימית שלו היא FeCO3. המבנה שלו הטרוגני ומורכב מגבישים בצבעים שונים המחוברים ביניהם: אפור, ירוק בהיר, אפור-צהוב, חום-צהוב וכו'.
המינרל האחרון המופיע באופן טבעי עם תכולת פרום גבוהה הוא פיריט. יש לו את הנוסחה הכימית הבאה: FeS2. הברזל בו הוא ארבעים ושישה אחוזים מהמסה הכוללת. בשל אטומי גופרית, למינרל זה צבע צהוב זהוב.
רבים מהמינרלים הנחשבים משמשים להשגת ברזל טהור. בנוסף, המטיט משמש לייצור תכשיטים מאבנים טבעיות. תכלילים של פיריט ניתן למצוא בתכשיטי לאפיס לזולי. בנוסף, ברזל נמצא בטבע בהרכב של אורגניזמים חיים - הוא אחד המרכיבים החשובים ביותר של התא. יסוד קורט זה חייב להיות מסופק לגוף האדם בכמות מספקת. תכונות הריפוי של הברזל נובעות במידה רבה מהעובדה שהיסוד הכימי הזה הוא הבסיס להמוגלובין. לכן, לשימוש ב-ferrum יש השפעה טובה על מצב הדם, ולכן על האורגניזם כולו בכללותו.
ברזל: תכונות פיזיקליות וכימיות
בואו נשקול את שני החלקים הגדולים האלה לפי הסדר. התכונות הפיזיקליות של הברזל הן המראה שלו, צפיפותו, נקודת התכה וכו'. כלומר, כל המאפיינים המבדילים של חומר הקשורים לפיזיקה. התכונות הכימיות של הברזל הן יכולתו להגיב עם תרכובות אחרות. בואו נתחיל עם הראשון.
מאפיינים פיזיים של ברזל
בצורתו הטהורה בתנאים רגילים, זהו מוצק. יש לו צבע אפור כסוף וברק מתכתי בולט. התכונות המכניות של הברזל כוללות את רמת הקשיות בסולם Mohs. זה שווה לארבע (בינוני). לברזל מוליכות חשמלית ותרמית טובה. ניתן להרגיש את התכונה האחרונה על ידי נגיעה בחפץ ברזל בחדר קר. מכיוון שחומר זה מוליך חום במהירות, הוא סופג את רוב החום מהעור שלך תוך פרק זמן קצר, וגורם לך להרגיש קר.
נוגע, למשל, בעץ, ניתן לציין שהמוליכות התרמית שלו נמוכה בהרבה. התכונות הפיזיקליות של הברזל הן נקודות ההיתוך והרתיחה שלו. הראשון הוא 1539 מעלות צלזיוס, השני הוא 2860 מעלות צלזיוס. ניתן להסיק שהמאפיינים האופייניים של ברזל הם גמישות טובה והתמזגות. אבל זה לא הכל.
כמו כן, התכונות הפיזיקליות של הברזל כוללות את הפרומגנטיות שלו. מה זה? ברזל, שתכונותיו המגנטיות נוכל לראות בדוגמאות מעשיות מדי יום, הוא המתכת היחידה שיש לה כאלהתכונת הבחנה ייחודית. זאת בשל העובדה שחומר זה מסוגל להיות ממוגנט בהשפעת שדה מגנטי. ולאחר סיום פעולתו של האחרון, הברזל, שתכונותיו המגנטיות רק נוצרו, נשאר מגנט במשך זמן רב. ניתן להסביר תופעה זו בכך שבמבנה של מתכת זו ישנם אלקטרונים חופשיים רבים המסוגלים לנוע.
מנקודת מבט של כימיה
אלמנט זה שייך למתכות בעלות פעילות בינונית. אבל התכונות הכימיות של הברזל אופייניות לכל שאר המתכות (למעט אלו שנמצאות מימין למימן בסדרה האלקטרוכימית). הוא מסוגל להגיב עם סוגים רבים של חומרים.
התחל פשוט
Ferrum יוצר אינטראקציה עם חמצן, חנקן, הלוגנים (יוד, ברום, כלור, פלואור), זרחן, פחמן. הדבר הראשון שיש לקחת בחשבון הוא תגובות עם חמצן. כאשר שורפים את הפרום, נוצרות התחמוצות שלו. בהתאם לתנאי התגובה והפרופורציות בין שני המשתתפים, ניתן לגוון אותם. כדוגמה לאינטראקציות כאלה, ניתן לתת את משוואות התגובה הבאות: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. והתכונות של תחמוצת ברזל (הן הפיזיקלית והן הכימית) יכולות להיות מגוונות, בהתאם למגוון שלה. תגובות מסוג זה מתרחשות בטמפרטורות גבוהות.
הבא - אינטראקציה עם חנקן. זה גם יכול לקרות רקנתון לחימום. אם ניקח שש שומות ברזל ושומה אחת של חנקן, נקבל שתי שומות של ניטריד ברזל. משוואת התגובה תיראה כך: 6Fe + N2=2Fe3N.
בעת אינטראקציה עם זרחן, נוצר פוספיד. כדי לבצע את התגובה, יש צורך ברכיבים הבאים: עבור שלוש שומות של פרום - שומה אחת של זרחן, כתוצאה מכך נוצרת שומה אחת של פוספיד. ניתן לכתוב את המשוואה באופן הבא: 3Fe + P=Fe3P.
בנוסף, בין התגובות עם חומרים פשוטים, ניתן להבחין גם באינטראקציה עם גופרית. במקרה זה, ניתן להשיג גופרית. העיקרון שבו מתרחש תהליך היווצרות החומר הזה דומה לאלו שתוארו לעיל. כלומר, מתרחשת תגובת הוספה. כל אינטראקציות כימיות מסוג זה דורשות תנאים מיוחדים, בעיקר טמפרטורות גבוהות, לעתים רחוקות יותר זרזים.
תגובות בין ברזל להלוגנים נפוצות גם בתעשייה הכימית. אלה הם הכלרה, ברומינציה, יוד, הפלרה. כפי שעולה משמות התגובות עצמן, זהו תהליך הוספת אטומי כלור / ברום / יוד / פלואור לאטומי פרום ליצירת כלוריד / ברומיד / יודיד / פלואוריד, בהתאמה. חומרים אלו נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות שונות. בנוסף, ferrum מסוגל לשלב עם סיליקון בטמפרטורות גבוהות. בשל תכונותיו הכימיות המגוונות, ברזל משמש לעתים קרובות בתעשייה הכימית.
פרום וחומרים מורכבים
מחמרים פשוטים, בואו נעבור לאלו שהמולקולות שלהם מורכבות משתיים או יותריסודות כימיים שונים. הדבר הראשון שיש להזכיר הוא התגובה של פררום עם מים. להלן התכונות העיקריות של הברזל. כאשר מחממים מים יחד עם ברזל, נוצרת תחמוצת בסיסית (היא נקראת כך מכיוון שבאינטראקציה עם אותם מים היא יוצרת הידרוקסיד, במילים אחרות, בסיס). לכן, אם לוקחים שומה אחת משני הרכיבים, נוצרים חומרים כמו דו-תחמוצת הברזל ומימן בצורה של גז עם ריח חריף - גם בפרופורציות מולריות של אחד לאחד. ניתן לכתוב את המשוואה לתגובה מסוג זה באופן הבא: Fe + H2O=FeO + H2. בהתאם לפרופורציות שבהן שני הרכיבים הללו מעורבבים, ניתן להשיג ברזל דו- או טריאוקסיד. שני החומרים הללו נפוצים מאוד בתעשייה הכימית ומשמשים גם בתעשיות רבות אחרות.
עם חומצות ומלחים
מכיוון שהפררום ממוקם משמאל למימן בסדרת הפעילות האלקטרוכימית של מתכות, הוא מסוגל לעקור יסוד זה מתרכובות. דוגמה לכך היא תגובת ההחלפה שניתן לראות כאשר מוסיפים ברזל לחומצה. לדוגמה, אם תערבבו ברזל וחומצה גופרתית (המכונה גם חומצה גופרתית) בריכוז בינוני באותם פרופורציות מולריות, התוצאה תהיה ברזל סולפט (II) ומימן באותם פרופורציות מולריות. המשוואה לתגובה כזו תיראה כך: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
בעת אינטראקציה עם מלחים, התכונות המפחיתות של הברזל מופיעות. כלומר, בעזרתו ניתן לבודד מתכת פחות פעילה ממלח. לדוגמה, אםקח שומה אחת של גופרת נחושת ואותה כמות של פרום, ואז תוכל להשיג ברזל גופרתי (II) ונחושת טהורה באותן פרופורציות טוחנות.
Value for the body
אחד היסודות הכימיים הנפוצים ביותר בקרום כדור הארץ הוא ברזל. כבר שקלנו את תכונות החומר, כעת ניגש אליו מנקודת מבט ביולוגית. Ferrum מבצע פונקציות חשובות מאוד הן ברמת התא והן ברמת האורגניזם כולו. קודם כל, ברזל הוא הבסיס לחלבון כזה כמו המוגלובין. זה הכרחי להובלת חמצן דרך הדם מהריאות לכל הרקמות, האיברים, לכל תא בגוף, בעיקר לנוירונים של המוח. לכן, לא ניתן להפריז בתכונות המועילות של ברזל.
בנוסף לעובדה שהוא משפיע על יצירת הדם, הפררום חשוב גם לתפקוד מלא של בלוטת התריס (זה דורש לא רק יוד, כפי שסבורים). ברזל גם לוקח חלק בחילוף החומרים התוך תאי, מסדיר את החסינות. פרום מצוי גם בכמויות גדולות במיוחד בתאי הכבד, שכן הוא עוזר לנטרל חומרים מזיקים. זהו גם אחד המרכיבים העיקריים של סוגים רבים של אנזימים בגופנו. התזונה היומית של אדם צריכה להכיל בין עשרה לעשרים מיליגרם של יסוד קורט זה.
מזונות עשירים בברזל
יש הרבה מהם. הם ממקור צמחי ובעלי חיים כאחד. הראשונים הם דגנים, קטניות, דגנים (במיוחד כוסמת), תפוחים, פטריות (פורצ'יני), פירות יבשים, ורדים, אגסים, אפרסקים,אבוקדו, דלעת, שקדים, תמרים, עגבניות, ברוקולי, כרוב, אוכמניות, פטל שחור, סלרי וכו'. השני - כבד, בשר. השימוש במזונות עתירי ברזל חשוב במיוחד במהלך ההיריון, מכיוון שגופו של העובר המתפתח דורש כמות גדולה של יסוד קורט זה לצמיחה והתפתחות תקינים.
סימנים של מחסור בברזל
תסמינים של מעט מדי פרום שנכנס לגוף הם עייפות, הקפאה מתמדת של הידיים והרגליים, דיכאון, שיער וציפורניים שבירים, ירידה בפעילות אינטלקטואלית, הפרעות במערכת העיכול, ביצועים נמוכים והפרעות בבלוטת התריס. אם אתה מבחין ביותר מאחד מהתסמינים הללו, ייתכן שתרצה להגדיל את כמות המזונות העשירים בברזל בתזונה שלך או לקנות ויטמינים או תוספי מזון המכילים פרום. כמו כן, הקפד לראות רופא אם אתה חווה אחד מהתסמינים הללו חזק מדי.
שימוש ב-ferrum בתעשייה
השימושים והמאפיינים של הברזל קשורים קשר הדוק. בשל הפרומגנטיות שלו, הוא משמש לייצור מגנטים - גם חלשים יותר למטרות ביתיות (מגנטים למקרר למזכרות וכו'), וגם חזקים יותר - למטרות תעשייתיות. בשל העובדה שלמתכת המדוברת חוזק וקשיות גבוהים, היא שימשה מאז ימי קדם לייצור כלי נשק, שריון וכלים צבאיים וביתיים אחרים. אגב, אפילו במצרים העתיקה, ברזל מטאוריט היה ידוע, המאפייניםשהם עדיפים על אלה של מתכת רגילה. כמו כן, ברזל מיוחד כזה שימש ברומא העתיקה. הם יצרו ממנו נשק עילית. רק אדם עשיר ואציל מאוד יכול להיות בעל מגן או חרב עשויים מתכת מטאוריט.
באופן כללי, המתכת שאנו שוקלים במאמר זה היא המגוונת ביותר בשימוש מבין כל החומרים של קבוצה זו. קודם כל מכינים ממנו פלדה וברזל יצוק שמשמשים לייצור כל מיני מוצרים הדרושים הן בתעשייה והן בחיי היום יום.
ברזל יצוק הוא סגסוגת של ברזל ופחמן, שבה השני קיים בין 1.7 ל-4.5 אחוזים. אם השני הוא פחות מ-1.7 אחוז, אז סוג זה של סגסוגת נקרא פלדה. אם יש בערך 0.02 אחוז פחמן בהרכב, אז זה כבר ברזל טכני רגיל. נוכחות פחמן בסגסוגת נחוצה כדי להעניק לה חוזק רב יותר, עמידות בחום ועמידות בפני חלודה.
בנוסף, פלדה יכולה להכיל יסודות כימיים רבים אחרים בתור זיהומים. זה מנגן, זרחן וסיליקון. כמו כן, ניתן להוסיף לסוג זה של סגסוגת כרום, ניקל, מוליבדן, טונגסטן ואלמנטים כימיים רבים אחרים כדי להעניק לו איכויות מסוימות. סוגי פלדה בהם קיימת כמות גדולה של סיליקון (כארבעה אחוזים) משמשים כפלדות שנאי. אלה המכילים הרבה מנגן (עד שנים עשר או ארבעה עשר אחוז) מוצאים את היישום שלהם בייצור חלקיםמסילות ברזל, טחנות, מגרסה וכלים אחרים שמתלבשים במהירות חלקים.
מוליבדן מוכנס להרכב הסגסוגת כדי להפוך אותה ליציבה יותר מבחינה תרמית - פלדות כאלה משמשות כפלדות כלי עבודה. בנוסף, כדי להשיג פלדות אל חלד מוכרות ונפוצות בצורת סכינים וכלים ביתיים אחרים, יש צורך להוסיף לסגסוגת כרום, ניקל וטיטניום. וכדי לקבל פלדה עמידה בפני זעזועים, חוזק גבוה, רקיע, מספיק להוסיף לה ונדיום. כאשר מוחדרים להרכב הניוביום, ניתן להשיג עמידות גבוהה בפני קורוזיה והשפעות של חומרים אגרסיביים מבחינה כימית.
המינרל מגנטיט, שהוזכר בתחילת המאמר, נחוץ לייצור כוננים קשיחים, כרטיסי זיכרון והתקנים נוספים מסוג זה. בשל תכונותיו המגנטיות, ניתן למצוא ברזל בבניית שנאים, מנועים, מוצרים אלקטרוניים וכו'. בנוסף, ניתן להוסיף פררום לסגסוגות מתכת אחרות כדי להעניק להן חוזק ויציבות מכנית רבה יותר. הסולפט של יסוד זה משמש בגננות להדברת מזיקים (יחד עם גופרת נחושת).
כלורי ברזל הם הכרחיים לטיהור מים. בנוסף, משתמשים באבקת מגנטיט במדפסות שחור-לבן. השימוש העיקרי בפיריט הוא השגת חומצה גופרתית ממנו. תהליך זה מתרחש במעבדה בשלושה שלבים. בשלב הראשון שורפים פיריט פרום לייצור תחמוצת ברזל וגופרית דו חמצנית. השלב השני הוא המרה של הדו-חמצניגופרית לטריאוקסיד שלה בהשתתפות חמצן. ובשלב הסופי, החומר שנוצר מועבר דרך אדי מים בנוכחות זרזים, ובכך מתקבל חומצה גופרתית.
משיג ברזל
מתכת זו נכרית בעיקר משני המינרלים העיקריים שלה: מגנטיט והמטיט. זה נעשה על ידי הפחתת ברזל מהתרכובות שלו עם פחמן בצורה של קוק. זה נעשה בתנורי פיצוץ, שהטמפרטורה בהם מגיעה לאלפיים מעלות צלזיוס. בנוסף, יש דרך להפחית את הפרום עם מימן. זה לא מצריך תנור פיצוץ. כדי ליישם שיטה זו, לוקחים חימר מיוחד, מערבבים אותו עם עפרות כתוש ומטפלים במימן בכבשן פיר.
מסקנה
התכונות והשימושים של הברזל מגוונים. זו אולי המתכת החשובה ביותר בחיינו. לאחר שנודע לאנושות, הוא תפס את מקום הברונזה, שבאותה תקופה היה החומר העיקרי לייצור כל הכלים, כמו גם כלי נשק. פלדה וברזל יצוק עדיפים במובנים רבים על סגסוגת הנחושת-פח מבחינת התכונות הפיזיקליות שלהם, העמידות בפני מתח מכני.
בנוסף, ברזל נפוץ יותר על הפלנטה שלנו מאשר מתכות רבות אחרות. חלק המסה שלו בקרום כדור הארץ הוא כמעט חמישה אחוזים. זהו היסוד הכימי הרביעי בשכיחותו בטבע. כמו כן, יסוד כימי זה חשוב מאוד לתפקוד תקין של האורגניזם של בעלי חיים וצמחים, בעיקר בגלל שההמוגלובין בנוי על בסיסו. ברזל הוא מיקרו-נוטריינט חיונימה שחשוב לשמירה על בריאות ותפקוד תקין של איברים. בנוסף לאמור לעיל, זוהי המתכת היחידה בעלת תכונות מגנטיות ייחודיות. אי אפשר לדמיין את החיים שלנו בלי פררום.
