Besi ialah unsur kimia yang terkenal. Ia tergolong dalam logam dengan kereaktifan purata. Kami akan mempertimbangkan sifat dan kegunaan besi dalam artikel ini.
Kelaziman dalam alam semula jadi
Terdapat sejumlah besar mineral yang termasuk ferum. Pertama sekali, ia adalah magnetit. Ia adalah besi tujuh puluh dua peratus. Formula kimianya ialah Fe3O4. Mineral ini juga dipanggil bijih besi magnetik. Ia mempunyai warna kelabu muda, kadangkala dengan kelabu gelap, sehingga hitam, dengan kilauan logam. Deposit terbesarnya di kalangan negara CIS terletak di Ural.
Mineral seterusnya dengan kandungan besi yang tinggi ialah hematit - ia terdiri daripada tujuh puluh peratus daripada unsur ini. Formula kimianya ialah Fe2O3. Ia juga dipanggil bijih besi merah. Ia mempunyai warna dari merah-coklat hingga merah-kelabu. Deposit terbesar di wilayah negara-negara CIS terletak di Krivoy Rog.
Mineral ketiga dari segi kandungan ferum ialah limonit. Di sini, besi ialah enam puluh peratus daripada jumlah jisim. Ia adalah hidrat kristal, iaitu, molekul air ditenun ke dalam kekisi kristalnya,formula kimianya ialah Fe2O3•H2O. Seperti namanya, mineral ini mempunyai warna kuning-coklat, kadang-kadang coklat. Ia adalah salah satu komponen utama oker semula jadi dan digunakan sebagai pigmen. Ia juga dipanggil batu besi coklat. Kejadian terbesar ialah Crimea, Ural.
Dalam siderit, apa yang dipanggil bijih besi spar, empat puluh lapan peratus daripada ferrum. Formula kimianya ialah FeCO3. Strukturnya adalah heterogen dan terdiri daripada hablur warna berbeza yang disambungkan bersama: kelabu, hijau pucat, kelabu-kuning, coklat-kuning, dsb.
Mineral terakhir secara semula jadi dengan kandungan ferum yang tinggi ialah pirit. Ia mempunyai formula kimia berikut: FeS2. Besi di dalamnya adalah empat puluh enam peratus daripada jumlah jisim. Disebabkan oleh atom sulfur, mineral ini mempunyai warna kuning keemasan.
Banyak mineral yang dipertimbangkan digunakan untuk mendapatkan besi tulen. Di samping itu, hematit digunakan dalam pembuatan perhiasan daripada batu semula jadi. Kemasukan pirit boleh didapati dalam perhiasan lapis lazuli. Di samping itu, besi ditemui dalam alam semula jadi dalam komposisi organisma hidup - ia adalah salah satu komponen paling penting dalam sel. Unsur surih ini mesti dibekalkan kepada tubuh manusia dalam kuantiti yang mencukupi. Sifat penyembuhan zat besi sebahagian besarnya disebabkan oleh fakta bahawa unsur kimia ini adalah asas hemoglobin. Oleh itu, penggunaan ferrum mempunyai kesan yang baik pada keadaan darah, dan oleh itu seluruh organisma secara keseluruhan.
Besi: sifat fizikal dan kimia
Mari kita pertimbangkan kedua-dua bahagian besar ini mengikut urutan. Sifat fizikal besi ialah rupa, ketumpatan, takat lebur, dsb. Iaitu semua ciri membezakan bahan yang dikaitkan dengan fizik. Sifat kimia besi adalah keupayaannya untuk bertindak balas dengan sebatian lain. Mari mulakan dengan yang pertama.
Sifat fizikal besi
Dalam bentuk tulen dalam keadaan biasa, ia adalah pepejal. Ia mempunyai warna kelabu keperakan dan kilauan logam yang jelas. Sifat mekanikal besi termasuk tahap kekerasan pada skala Mohs. Ia sama dengan empat (sederhana). Besi mempunyai kekonduksian elektrik dan haba yang baik. Ciri terakhir boleh dirasai dengan menyentuh objek besi di dalam bilik sejuk. Oleh kerana bahan ini menghantar haba dengan cepat, ia menyerap kebanyakan haba daripada kulit anda dalam masa yang singkat, membuatkan anda berasa sejuk.
Menyentuh, sebagai contoh, pokok, boleh diperhatikan bahawa kekonduksian termanya jauh lebih rendah. Sifat fizikal besi ialah takat lebur dan didihnya. Yang pertama ialah 1539 darjah Celsius, yang kedua ialah 2860 darjah Celsius. Dapat disimpulkan bahawa sifat ciri besi ialah kemuluran dan kebolehcantuman yang baik. Tetapi bukan itu sahaja.
Selain itu, sifat fizikal besi termasuk feromagnetismenya. Apa ini? Besi, yang sifat magnetnya boleh kita perhatikan dalam contoh praktikal setiap hari, adalah satu-satunya logam yang mempunyai sedemikianciri pembezaan yang unik. Ini disebabkan oleh fakta bahawa bahan ini dapat dimagnetkan di bawah pengaruh medan magnet. Dan selepas penamatan tindakan yang terakhir, besi, sifat magnet yang baru terbentuk, kekal sebagai magnet untuk masa yang lama. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh fakta bahawa dalam struktur logam ini terdapat banyak elektron bebas yang mampu bergerak.
Dari sudut pandangan kimia
Unsur ini tergolong dalam logam aktiviti sederhana. Tetapi sifat kimia besi adalah tipikal untuk semua logam lain (kecuali yang berada di sebelah kanan hidrogen dalam siri elektrokimia). Ia mampu bertindak balas dengan banyak kelas bahan.
Mulakan sederhana
Ferrum berinteraksi dengan oksigen, nitrogen, halogen (iodin, bromin, klorin, fluorin), fosforus, karbon. Perkara pertama yang perlu dipertimbangkan ialah tindak balas dengan oksigen. Apabila ferrum dibakar, oksidanya terbentuk. Bergantung pada keadaan tindak balas dan perkadaran antara kedua-dua peserta, mereka boleh diubah. Sebagai contoh interaksi sedemikian, persamaan tindak balas berikut boleh diberikan: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Dan sifat oksida besi (kedua-dua fizikal dan kimia) boleh diubah, bergantung kepada kepelbagaiannya. Tindak balas jenis ini berlaku pada suhu tinggi.
Seterusnya - interaksi dengan nitrogen. Ia juga hanya boleh berlakutertakluk kepada pemanasan. Jika kita mengambil enam mol besi dan satu mol nitrogen, kita mendapat dua mol nitrida besi. Persamaan tindak balas akan kelihatan seperti ini: 6Fe + N2=2Fe3N.
Apabila berinteraksi dengan fosforus, fosfida terbentuk. Untuk menjalankan tindak balas, komponen berikut diperlukan: untuk tiga mol ferrum - satu mol fosforus, akibatnya, satu mol fosfida terbentuk. Persamaan boleh ditulis seperti berikut: 3Fe + P=Fe3P.
Selain itu, antara tindak balas dengan bahan mudah, seseorang juga boleh membezakan interaksi dengan sulfur. Dalam kes ini, sulfida boleh diperolehi. Prinsip di mana proses pembentukan bahan ini berlaku adalah serupa dengan yang diterangkan di atas. Iaitu, tindak balas penambahan berlaku. Semua interaksi kimia jenis ini memerlukan keadaan khas, terutamanya suhu tinggi, kurang kerap pemangkin.
Tindak balas antara besi dan halogen juga biasa berlaku dalam industri kimia. Ini adalah pengklorinan, brominasi, iodinasi, fluorinasi. Seperti yang jelas dari nama-nama tindak balas itu sendiri, ini adalah proses menambah atom klorin / bromin / iodin / fluorin kepada atom ferum untuk membentuk klorida / bromida / iodida / fluorida, masing-masing. Bahan-bahan ini digunakan secara meluas dalam pelbagai industri. Selain itu, ferrum mampu bergabung dengan silikon pada suhu tinggi. Oleh kerana sifat kimianya yang pelbagai, besi sering digunakan dalam industri kimia.
Ferum dan bahan kompleks
Daripada bahan mudah, mari kita beralih kepada bahan yang molekulnya terdiri daripada dua atau lebihpelbagai unsur kimia. Perkara pertama yang perlu disebutkan ialah tindak balas ferrum dengan air. Berikut adalah sifat utama besi. Apabila air dipanaskan bersama dengan besi, oksida asas terbentuk (ia dipanggil demikian kerana apabila berinteraksi dengan air yang sama ia membentuk hidroksida, dengan kata lain, bes). Jadi, jika anda mengambil satu mol kedua-dua komponen, bahan seperti ferum dioksida dan hidrogen terbentuk dalam bentuk gas dengan bau pedas - juga dalam perkadaran molar satu hingga satu. Persamaan untuk tindak balas jenis ini boleh ditulis seperti berikut: Fe + H2O=FeO + H2. Bergantung pada perkadaran di mana kedua-dua komponen ini bercampur, besi di- atau trioksida boleh diperolehi. Kedua-dua bahan ini sangat biasa dalam industri kimia dan juga digunakan dalam banyak industri lain.
Dengan asid dan garam
Memandangkan ferum terletak di sebelah kiri hidrogen dalam siri elektrokimia aktiviti logam, ia dapat menyesarkan unsur ini daripada sebatian. Contohnya ialah tindak balas penggantian yang boleh diperhatikan apabila besi ditambah kepada asid. Sebagai contoh, jika anda mencampurkan besi dan asid sulfat (aka asid sulfurik) kepekatan sederhana dalam perkadaran molar yang sama, hasilnya akan menjadi ferus sulfat (II) dan hidrogen dalam perkadaran molar yang sama. Persamaan untuk tindak balas sedemikian akan kelihatan seperti ini: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Apabila berinteraksi dengan garam, sifat pengurangan besi muncul. Iaitu, dengan bantuannya, logam yang kurang aktif boleh diasingkan daripada garam. Contohnya, jikaambil satu mol kuprum sulfat dan jumlah ferum yang sama, kemudian anda boleh mendapatkan besi sulfat (II) dan kuprum tulen dalam perkadaran molar yang sama.
Nilai untuk badan
Salah satu unsur kimia yang paling biasa dalam kerak bumi ialah besi. Kami telah mempertimbangkan sifat-sifat jirim, kini kami akan mendekatinya dari sudut pandangan biologi. Ferrum melakukan fungsi yang sangat penting pada peringkat sel dan pada peringkat keseluruhan organisma. Pertama sekali, besi adalah asas protein seperti hemoglobin. Ia adalah perlu untuk pengangkutan oksigen melalui darah dari paru-paru ke semua tisu, organ, ke setiap sel badan, terutamanya ke neuron otak. Oleh itu, sifat berfaedah besi tidak boleh dianggarkan terlalu tinggi.
Selain fakta bahawa ia mempengaruhi pembentukan darah, ferrum juga penting untuk fungsi penuh kelenjar tiroid (ini memerlukan bukan sahaja iodin, seperti yang dipercayai oleh sesetengah orang). Besi juga mengambil bahagian dalam metabolisme intraselular, mengawal imuniti. Ferrum juga terdapat dalam kuantiti yang banyak terutamanya dalam sel hati, kerana ia membantu meneutralkan bahan berbahaya. Ia juga merupakan salah satu komponen utama pelbagai jenis enzim dalam badan kita. Diet harian seseorang harus mengandungi dari sepuluh hingga dua puluh miligram unsur surih ini.
Makanan yang kaya dengan zat besi
Terdapat banyak daripada mereka. Mereka berasal dari tumbuhan dan haiwan. Yang pertama ialah bijirin, kekacang, bijirin (terutamanya soba), epal, cendawan (porcini), buah-buahan kering, pinggul mawar, pear, pic,alpukat, labu, badam, kurma, tomato, brokoli, kubis, beri biru, beri hitam, saderi, dan lain-lain Kedua - hati, daging. Penggunaan makanan yang tinggi dengan zat besi adalah penting terutamanya semasa kehamilan, kerana badan janin yang sedang berkembang memerlukan sejumlah besar unsur surih ini untuk pertumbuhan dan perkembangan yang betul.
Tanda kekurangan zat besi
Simptom ferrum yang terlalu sedikit memasuki badan adalah keletihan, tangan dan kaki sentiasa membeku, kemurungan, rambut dan kuku rapuh, penurunan aktiviti intelek, gangguan pencernaan, prestasi rendah dan gangguan tiroid. Jika anda mendapati lebih daripada satu gejala ini, anda mungkin ingin menambah jumlah makanan kaya zat besi dalam diet anda atau membeli vitamin atau suplemen yang mengandungi ferrum. Juga, pastikan anda berjumpa doktor jika anda mengalami mana-mana gejala ini terlalu kuat.
Penggunaan ferrum dalam industri
Kegunaan dan sifat besi adalah berkait rapat. Oleh kerana feromagnetismenya, ia digunakan untuk membuat magnet - kedua-duanya lebih lemah untuk tujuan domestik (magnet peti sejuk cenderahati, dll.), dan lebih kuat - untuk tujuan perindustrian. Disebabkan fakta bahawa logam yang dimaksudkan mempunyai kekuatan dan kekerasan yang tinggi, ia telah digunakan sejak zaman purba untuk pembuatan senjata, perisai dan alat ketenteraan dan rumah tangga yang lain. By the way, walaupun di Mesir purba, besi meteorit dikenali, sifat-sifatyang lebih baik daripada logam biasa. Juga, besi istimewa itu digunakan di Rom kuno. Mereka membuat senjata elit daripadanya. Hanya orang yang sangat kaya dan mulia yang boleh memiliki perisai atau pedang yang diperbuat daripada logam meteorit.
Secara umum, logam yang kami pertimbangkan dalam artikel ini adalah yang paling serba boleh digunakan antara semua bahan kumpulan ini. Pertama sekali, keluli dan besi tuang diperbuat daripadanya, yang digunakan untuk menghasilkan semua jenis produk yang diperlukan dalam industri dan dalam kehidupan seharian.
Besi tuang ialah aloi besi dan karbon, di mana yang kedua hadir daripada 1.7 hingga 4.5 peratus. Jika yang kedua adalah kurang daripada 1.7 peratus, maka aloi jenis ini dipanggil keluli. Sekiranya terdapat kira-kira 0.02 peratus karbon dalam komposisi, maka ini sudah menjadi besi teknikal biasa. Kehadiran karbon dalam aloi diperlukan untuk memberikan kekuatan, rintangan haba dan rintangan karat yang lebih besar.
Selain itu, keluli boleh mengandungi banyak unsur kimia lain sebagai bendasing. Ini adalah mangan, dan fosforus, dan silikon. Juga, kromium, nikel, molibdenum, tungsten dan banyak unsur kimia lain boleh ditambah kepada aloi jenis ini untuk memberikan kualiti tertentu. Jenis keluli yang mengandungi sejumlah besar silikon (kira-kira empat peratus) digunakan sebagai keluli pengubah. Mereka yang mengandungi banyak mangan (sehingga dua belas atau empat belas peratus) mendapati aplikasinya dalam pembuatan bahagianjalan kereta api, kilang, penghancur dan alatan lain yang cepat haus bahagian.
Molibdenum dimasukkan ke dalam komposisi aloi untuk menjadikannya lebih stabil dari segi terma - keluli tersebut digunakan sebagai keluli alat. Di samping itu, untuk mendapatkan keluli tahan karat yang terkenal dan biasa digunakan dalam bentuk pisau dan alat rumah lain, perlu menambah kromium, nikel dan titanium kepada aloi. Dan untuk mendapatkan keluli mulur tahan kejutan, berkekuatan tinggi, cukup untuk menambah vanadium kepadanya. Apabila dimasukkan ke dalam komposisi niobium, adalah mungkin untuk mencapai rintangan yang tinggi terhadap kakisan dan kesan bahan kimia yang agresif.
Magnetit mineral, yang dinyatakan pada permulaan artikel, diperlukan untuk pembuatan cakera keras, kad memori dan peranti lain jenis ini. Oleh kerana sifat magnetnya, besi boleh didapati dalam pembinaan transformer, motor, produk elektronik, dll. Di samping itu, ferum boleh ditambah kepada aloi logam lain untuk memberikan kekuatan dan kestabilan mekanikal yang lebih besar. Sulfat unsur ini digunakan dalam hortikultur untuk kawalan perosak (bersama dengan kuprum sulfat).
Klorida besi amat diperlukan untuk pembersihan air. Di samping itu, serbuk magnetit digunakan dalam pencetak hitam dan putih. Kegunaan utama pirit adalah untuk mendapatkan asid sulfurik daripadanya. Proses ini berlaku di makmal dalam tiga peringkat. Pada peringkat pertama, ferrum pirit dibakar untuk menghasilkan oksida besi dan sulfur dioksida. Langkah kedua ialah penukaran dioksidasulfur kepada trioksidanya dengan penyertaan oksigen. Dan pada peringkat akhir, bahan yang terhasil disalurkan melalui wap air dengan kehadiran pemangkin, dengan itu memperoleh asid sulfurik.
Mengambil besi
Logam ini dilombong terutamanya daripada dua mineral utamanya: magnetit dan hematit. Ini dilakukan dengan mengurangkan besi daripada sebatiannya dengan karbon dalam bentuk kok. Ini dilakukan dalam relau letupan, suhu di mana mencapai dua ribu darjah Celsius. Di samping itu, terdapat cara untuk mengurangkan ferrum dengan hidrogen. Ini tidak memerlukan relau letupan. Untuk melaksanakan kaedah ini, tanah liat khas diambil, dicampur dengan bijih yang dihancurkan dan dirawat dengan hidrogen dalam relau aci.
Kesimpulan
Sifat dan kegunaan besi adalah pelbagai. Ini mungkin logam yang paling penting dalam hidup kita. Setelah dikenali oleh manusia, dia mengambil tempat gangsa, yang pada masa itu merupakan bahan utama untuk pembuatan semua alat, serta senjata. Keluli dan besi tuang dalam banyak cara lebih unggul daripada aloi kuprum-timah dari segi sifat fizikalnya, ketahanan terhadap tekanan mekanikal.
Selain itu, besi adalah lebih biasa di planet kita berbanding logam lain. Pecahan jisimnya dalam kerak bumi hampir lima peratus. Ia adalah unsur kimia keempat paling banyak dalam alam semula jadi. Juga, unsur kimia ini sangat penting untuk fungsi normal organisma haiwan dan tumbuhan, terutamanya kerana hemoglobin dibina berdasarkannya. Zat besi adalah mikronutrien pentingyang penting untuk mengekalkan kesihatan dan fungsi normal organ. Sebagai tambahan kepada perkara di atas, ia adalah satu-satunya logam yang mempunyai sifat magnetik yang unik. Adalah mustahil untuk membayangkan hidup kita tanpa ferrum.
