Plik żelazo jest metalem przejściowym należącym do grupy 8 lub VIIIB układu okresowego pierwiastków i jest reprezentowany przez symbol chemiczny Fe. Jest to szarawy, ciągliwy, kowalny i bardzo wytrzymały metal, używany w wielu zastosowaniach o wielkiej użyteczności dla mężczyzn i kobiet..
Stanowi 5% skorupy ziemskiej i jest drugim po aluminium najliczniej występującym metalem. Ponadto jego obfitość przewyższa tlen i krzem. Jednak w odniesieniu do jądra ziemi 35% składa się z metalicznego i ciekłego żelaza.
Poza rdzeniem Ziemi żelazo nie występuje w postaci metalicznej, ponieważ jest szybko utleniane pod wpływem wilgotnego powietrza. Znajduje się w skałach bazaltowych, osadach karbońskich i meteorytach; przeważnie stopowe z niklem, jak w kamacycie mineralnym.
Głównymi minerałami żelaza używanymi w górnictwie są: hematyt (tlenek żelaza, FedwaLUB3), magnetyt (tlenek żelazowo-żelazowy, Fe3LUB4), limonit (uwodniony wodorotlenek żelaza (II), [FeO (OH) · nHdwaO]) i syderyt (węglan żelaza, FeCO3).
Średnio człowiek zawiera 4,5 g żelaza, z czego 65% występuje w postaci hemoglobiny. Białko to bierze udział w transporcie tlenu we krwi i jego dystrybucji do różnych tkanek, a następnie jest wychwytywane przez mioglobinę i neuroglobinę.
Pomimo wielu zalet żelaza dla ludzi, nadmiar metalu może mieć bardzo poważne działanie toksyczne, zwłaszcza na wątrobę, układ sercowo-naczyniowy i trzustkę; tak jest w przypadku hemochromatozji choroby dziedzicznej.
Żelazo jest synonimem konstrukcji, siły i wojen. Z drugiej strony, ze względu na jego obfitość, zawsze stanowi alternatywę do rozważenia przy opracowywaniu nowych materiałów, katalizatorów, leków lub polimerów; i pomimo czerwonego koloru rdzy jest metalem ekologicznym.
Indeks artykułów
Żelazo było przetwarzane od tysiącleci. Trudno jednak znaleźć żelazne przedmioty z tak starożytnych epok ze względu na ich podatność na korozję, która powoduje ich zniszczenie. Najstarsze znane obiekty żelazne zostały wykonane z tego znalezionego w meteorytach.
Tak jest w przypadku pewnego rodzaju koralików wykonanych w 3500 roku pne, znalezionych w Gerza w Egipcie oraz sztyletu znalezionego w grobowcu Tutanchamona. Meteoryty żelazne charakteryzują się wysoką zawartością niklu, dlatego udało się zidentyfikować ich pochodzenie w tych obiektach.
Dowody na obecność żeliwa znaleziono również w Asmarze, Mezopotamii i Tail Chagar Bazaar w Syrii, między 3000 a 2700 pne. Chociaż wytapianie żelaza rozpoczęło się w epoce brązu, minęły wieki, zanim brąz zniknął.
Również artefakty żeliwne znaleziono w Indiach w latach 1800 do 1200 pne. a na Bliskim Wschodzie około 1500 roku pne. Uważa się, że epoka żelaza rozpoczęła się w 1000 roku p.n.e., kiedy to obniżono koszty jego produkcji.
Pojawia się w Chinach między 700 a 500 rokiem pne, prawdopodobnie przetransportowany przez Azję Środkową. Pierwsze żelazne przedmioty znaleziono w Luhe Jiangsu w Chinach.
Kute żelazo było produkowane w Europie w tzw. Kuźniach galowych. Proces wymagał użycia węgla jako paliwa.
Średniowieczne wielkie piece miały 3,0 m wysokości i były wykonane z ognioodpornych cegieł, a powietrze dostarczano za pomocą ręcznych miechów. W 1709 roku Abraham Darby założył wielki piec koksowniczy do produkcji stopionego żelaza, zastępując węgiel drzewny..
Dostępność taniego żelaza była jednym z czynników, które doprowadziły do rewolucji przemysłowej. W tym okresie rozpoczęła się przeróbka surówki na kute, z której budowano mosty, statki, magazyny itp..
Stal wykorzystuje wyższe stężenie węgla niż kute żelazo. Stal została wyprodukowana w Luristanie w Persji w 1000 roku pne. Podczas rewolucji przemysłowej wymyślono nowe metody produkcji żelaznych prętów bez węgla, które później wykorzystano do produkcji stali.
Pod koniec lat pięćdziesiątych XIX wieku Henry Bessemer opracował wdmuchiwanie powietrza do stopionej surówki w celu wytworzenia miękkiej stali, dzięki czemu produkcja stali była bardziej ekonomiczna. Spowodowało to spadek produkcji kutego żelaza..
Metaliczny połysk z szarawym odcieniem.
55845 u.
26
1533 ºC
2862 ºC
-Temperatura otoczenia: 7,874 g / ml.
-Temperatura topnienia (ciecz): 6,980 g / ml.
13,81 kJ / mol
340 kJ / mol
25,10 J / (mol K)
-Pierwszy poziom jonizacji: 762,5 kJ / mol (Fe+ gazowy)
-Drugi poziom jonizacji: 1561,9 kJ / mol (Fedwa+ gazowy)
-Jonizacja trzeciego stopnia: 2,957 kJ / mol (Fe3+ gazowy)
1,83 w skali Paulinga
Empiryczne 126 godz
80,4 W / (m · K)
96,1 Ω · m (przy 20 ºC)
Około 770 ° C. W tej temperaturze żelazo nie jest już ferromagnetyczne..
Stabilne izotopy: 54Fe, z zawartością 5,85%; 56Fe, z zawartością 91,75%; 57Fe, z zawartością 2,12%; Y 57Fe, z zawartością 0,28%. Będąc 56Fe jest najbardziej stabilnym i rozpowszechnionym izotopem, nic dziwnego, że masa atomowa żelaza jest bardzo bliska 56 u.
Podczas gdy izotopy radioaktywne to: 55Wiara, 59Wiara i 60Wiara.
Żelazo w temperaturze pokojowej krystalizuje do struktury sześciennej skoncentrowanej na ciele (bcc), która jest również znana jako α-Fe lub ferryt (w żargonie metalurgicznym). Ponieważ żelazo może przyjmować różne struktury krystaliczne w zależności od temperatury i ciśnienia, mówi się, że żelazo jest metalem alotropowym.
Alotropowy bcc to zwykłe żelazo (ferromagnetyczne), o którym ludzie tak dużo wiedzą i do którego przyciągają magnesy. Po podgrzaniu powyżej 771 ºC staje się paramagnetyczny i chociaż jego kryształ tylko się rozszerza, ta „nowa faza” była wcześniej uważana za β-Fe. Inne alotropy żelaza są również paramagnetyczne.
W przedziale od 910 ° C do 1394 ° C żelazo występuje jako austenit lub alotrop γ-Fe, którego struktura jest centralnie wyśrodkowana sześciennie, fcc. Konwersja między austenitem i ferrytem ma duży wpływ na produkcję stali; ponieważ atomy węgla są lepiej rozpuszczalne w austenicie niż w ferrycie.
A potem, powyżej 1394 ° C, aż do temperatury topnienia (1538 ° C), żelazo wraca do struktury bcc, δ-Fe; ale w przeciwieństwie do ferrytu, ten alotrop jest paramagnetyczny.
Zwiększając ciśnienie do 10 GPa, w temperaturze kilkuset stopni Celsjusza, alotrop α lub ferrytowy ewoluuje do alotropu ε, epsilon, charakteryzującego się krystalizacją w zwartej strukturze heksagonalnej; to znaczy z najbardziej zagęszczonymi atomami Fe. To czwarta alotropowa forma żelaza.
Niektóre badania teoretyzują o możliwym istnieniu innych alotropów żelaza pod takimi ciśnieniami, ale w jeszcze wyższych temperaturach.
Niezależnie od alotropu żelaza i temperatury, która „wstrząsa” jego atomami Fe, lub ciśnienia, które je zagęszcza, oddziałują one ze sobą tymi samymi elektronami walencyjnymi; są to te pokazane w ich konfiguracji elektronicznej:
[Ar] 3d6 4sdwa
Dlatego w wiązaniu metalicznym uczestniczy osiem elektronów, niezależnie od tego, czy jest osłabione, czy wzmocnione podczas przemian alotropowych. Podobnie, to właśnie te osiem elektronów definiuje właściwości żelaza, takie jak przewodnictwo cieplne lub elektryczne..
Najważniejsze (i najczęstsze) stopnie utlenienia żelaza to +2 (Fedwa+) i +3 (Fe3+). W rzeczywistości konwencjonalna nomenklatura uwzględnia tylko te dwie liczby lub stany. Istnieją jednak związki, w których żelazo może zyskać lub stracić inną liczbę elektronów; to znaczy zakłada się istnienie innych kationów.
Na przykład żelazo może również mieć stopnie utlenienia +1 (Fe+), +4 (Fe4+), +5 (Fe5+), +6 (Fe6+) i +7 (Fe7+). Anionowy rodzaj żelazianu, FeO4dwa-, zawiera żelazo o stopniu utlenienia +6, ponieważ cztery atomy tlenu utleniały je do takiego stopnia.
Podobnie żelazo może mieć ujemne stopnie utlenienia; takie jak: -4 (Fe4-), -2 (Fedwa-) i -1 (Fe-). Jednak związki z centrami żelaza z takimi wzmocnieniami elektronów są bardzo rzadkie. Dlatego, choć przewyższa pod tym względem mangan, tworzy on znacznie trwalsze związki ze swoim zakresem stopni utlenienia..
W rezultacie, ze względów praktycznych, wystarczy wziąć pod uwagę Fedwa+ o Wiara3+; inne kationy są zarezerwowane dla nieco określonych jonów lub związków.
Konieczne jest przejście do lokalizacji rud najbardziej odpowiednich minerałów do wydobycia żelaza. Najczęściej używanymi minerałami do jego uzyskania są: hematyt (FedwaLUB3), magnetyt (Fe3LUB4) limonit (FeO · OH · nHdwaO) i syderyt (FeCO3).
Następnie pierwszym krokiem w wydobyciu jest zebranie skał z rudami żelaza. Te skały są kruszone, aby rozbić je na małe kawałki. Następnie następuje faza selekcji fragmentów skały z rudą żelaza.
W selekcji stosuje się dwie strategie: użycie pola magnetycznego i sedymentację w wodzie. Fragmenty skały poddawane są działaniu pola magnetycznego, a fragmenty minerałów są w nim zorientowane, dzięki czemu można je oddzielić.
W drugiej metodzie fragmenty skaliste są wrzucane do wody, a te, które zawierają żelazo, ponieważ są cięższe, osiadają na dnie wody, pozostawiając skałę w górnej jej części, ponieważ jest lżejsza.
Rudy żelaza trafiają do wielkich pieców, gdzie są składowane razem z węglem koksującym, który pełni rolę dostawcy paliwa i węgla. Ponadto dodaje się wapień lub wapień, który spełnia funkcję topnika.
Do wielkiego pieca z poprzednią mieszanką wtryskiwane jest gorące powietrze o temperaturze 1000 ºC. Żelazo jest topione przez spalanie węgla, które podnosi temperaturę do 1800 ºC. W stanie ciekłym nazywa się go surówką, która gromadzi się na dnie pieca..
Surówka jest wyjmowana z pieca i wlewana do pojemników, które mają być przetransportowane do nowej odlewni; podczas gdy żużel, zanieczyszczenie znajdujące się na powierzchni surówki, jest odrzucane.
Surówka jest wlewana za pomocą kadzi do pieca konwertorowego wraz z wapieniem jako topnikiem, a tlen jest wprowadzany w wysokich temperaturach. W ten sposób zmniejsza się zawartość węgla, rafinując surówkę, aby przekształcić ją w stal.
Następnie stal przechodzi przez piece elektryczne do produkcji stali specjalnych.
Ponieważ jest to metal o niskich kosztach produkcji, ciągliwy, ciągliwy i odporny na korozję, stał się metalem najbardziej użytecznym dla człowieka, pod różnymi postaciami: kute, odlewane i stalowe różnych typów..
Żelazo służy do budowy:
-Mosty
-Podstawy pod budynki
-Drzwi i okna
-Kadłuby statków
-Różne narzędzia
-Rury do wody pitnej
-Rury do zbierania ścieków
-Meble ogrodowe
-Bary dla bezpieczeństwa w domu
Znajduje również zastosowanie przy produkcji artykułów gospodarstwa domowego, takich jak garnki, patelnie, noże, widelce. Ponadto znajduje zastosowanie w produkcji lodówek, pieców, pralek, zmywarek, blenderów, piekarników, tosterów.
Krótko mówiąc, żelazo jest obecne we wszystkich przedmiotach otaczających człowieka.
Żelazo metaliczne można również wytwarzać w postaci nanocząstek, które są wysoce reaktywne i zachowują właściwości magnetyczne makroskopowego ciała stałego..
Te sfery Fe (i ich liczne dodatkowe morfologie) są wykorzystywane do oczyszczania wód ze związków chloroorganicznych oraz jako nośniki leków skierowane do wybranych obszarów ciała poprzez zastosowanie pola magnetycznego..
Mogą również służyć jako nośniki katalityczne w reakcjach, w których zrywają się wiązania węglowe, C-C.
Tlenek żelaza, FeO, jest używany jako pigment do kryształów. Tlenek żelaza, FedwaLUB3, Stanowi podstawę dla serii pigmentów od żółtego do czerwonego, znanych jako czerwień wenecka. Czerwony kształt, zwany różem, służy do polerowania metali szlachetnych i diamentów.
Tlenek żelazowo-żelazowy, Fe3LUB4, Jest stosowany w ferrytach, substancjach o wysokiej dostępności magnetycznej i oporności elektrycznej, użytecznych w niektórych pamięciach komputerów i do powlekania taśm magnetycznych. Był również używany jako pigment i środek polerujący.
Heptahydrat siarczanu żelazawego, FeSO47HdwaLub jest to najpowszechniejsza forma siarczanu żelazawego, znana jako zielony witriol lub miedź. Jest stosowany jako środek redukujący oraz do produkcji tuszów, nawozów i pestycydów. Znajduje również zastosowanie w galwanizacji żelaza..
Siarczan żelaza, Fedwa(POŁUDNIOWY ZACHÓD4)3, Służy do otrzymywania ałunu żelaza i innych związków żelaza. Służy jako koagulant w oczyszczaniu ścieków oraz jako zaprawa przy barwieniu tekstyliów.
Chlorek żelaza, FeCldwa, Jest stosowany jako środek zaprawiający i redukujący. Tymczasem chlorek żelazowy, FeCl3, Jest stosowany jako środek do chlorowania metali (srebra i miedzi) oraz niektórych związków organicznych.
Zabieg Fe3+ z jonem heksocyjanożelazianowym [Fe (CN)6]-4 wytwarza niebieski osad, zwany błękitem pruskim, używany w farbach i lakierach.
Ogólnie zaleca się spożywanie 18 mg żelaza na dobę. Wśród pokarmów, które dostarczają go w codziennej diecie, są:
Mięczaki dostarczają żelaza w postaci hemu, więc nie ma zahamowania jego wchłaniania w jelitach. Małż dostarcza do 28 mg żelaza na 100 g; w związku z tym taka ilość małży wystarczyłaby do pokrycia dziennego zapotrzebowania na żelazo.
Szpinak zawiera 3,6 mg żelaza na 100 g. Mięso narządów wołowych, na przykład wątroba cielęca, zawiera 6,5 mg żelaza na 100 g. Prawdopodobnie udział kaszanki jest nieco wyższy. Kaszanka składa się z fragmentów jelita cienkiego wypełnionych krwią wołową.
Rośliny strączkowe, takie jak soczewica, zawierają 6,6 mg żelaza na 198 g. Czerwone mięso zawiera 2,7 mg żelaza na 100 g. Pestki dyni zawierają 4,2 mg na 28 g. Komosa ryżowa zawiera 2,8 mg żelaza na 185 g. Ciemne mięso indyka zawiera 2,3 mg na 100 g. Brokuły zawierają 2,3 mg na 156 mg.
Tofu zawiera 3,6 mg na 126 g. Tymczasem ciemna czekolada zawiera 3,3 mg na 28 g.
Funkcje, które spełnia żelazo, zwłaszcza u istot żyjących na kręgowcach, są niezliczone. Szacuje się, że ponad 300 enzymów do swoich funkcji potrzebuje żelaza. Wśród enzymów i białek, które go wykorzystują, wymieniono:
-Białka z grupą hemu, które nie mają aktywności enzymatycznej: hemoglobina, mioglobina i neuroglobina.
-Enzymy z grupą hemową biorące udział w transporcie elektronów: cytochromy a, b i f oraz aktywność oksydazy i / lub oksydazy cytochromu; oksydaza siarczynowa, oksydaza cytochromu P450, mieloperoksydaza, peroksydaza, katalaza itp..
-Białka zawierające siarkę żelaza, związane z aktywnością oksyreduktazy, zaangażowane w produkcję energii: dehydrogenaza bursztynianowa, dehydrogenaza izocytrynianowa i akonitaza lub enzymy zaangażowane w replikację i naprawę DNA: polimeraza DNA i heliklazy DNA.
-Enzymy niehemowe, które wykorzystują żelazo jako kofaktor dla ich aktywności katalitycznej: hydrolaza fenyloalaniny, hydrolaza tyrozynowa, hydrolaza tryptofanu i hydrolaza lizyny.
-Białka niehemowe odpowiedzialne za transport i magazynowanie żelaza: ferrytyna, transferyna, haptoglobina itp..
Ryzyko narażenia na nadmiar żelaza może być ostre lub przewlekłe. Jedną z przyczyn ostrego zatrucia żelazem może być nadmierne spożycie tabletek żelaza w postaci glukonianu, fumaranu itp..
Żelazo może powodować podrażnienia błony śluzowej jelit, których dyskomfort pojawia się natychmiast po połknięciu i ustępuje po 6 do 12 godzinach. Zaabsorbowane żelazo odkłada się w różnych narządach. Ta kumulacja może powodować zaburzenia metaboliczne..
Jeśli ilość spożytego żelaza jest toksyczna, może powodować perforację jelit z zapaleniem otrzewnej.
W układzie sercowo-naczyniowym powoduje hipowolemię, która może być spowodowana krwawieniem z przewodu pokarmowego oraz uwalnianiem przez żelazo substancji wazoaktywnych, takich jak serotonina i histamina. Ostatecznie może wystąpić masywna martwica wątroby i niewydolność wątroby.
Hemochromatozja jest chorobą dziedziczną, która objawia się zmianami w mechanizmie regulacji żelaza w organizmie, co objawia się wzrostem stężenia żelaza we krwi i jego gromadzeniem się w różnych narządach; w tym wątrobę, serce i trzustkę.
Początkowe objawy choroby to: bóle stawów, bóle brzucha, zmęczenie i osłabienie. Z następującymi objawami i późniejszymi objawami choroby: cukrzyca, utrata pożądania seksualnego, impotencja, niewydolność serca i niewydolność wątroby.
Hemosyderoza charakteryzuje się, jak sama nazwa wskazuje, gromadzeniem się hemosyderyny w tkankach. Nie powoduje to uszkodzenia tkanek, ale może ewoluować do uszkodzeń podobnych do tych obserwowanych w hemochromatozji.
Hemosyderoza może być spowodowana następującymi przyczynami: zwiększone wchłanianie żelaza z pożywienia, niedokrwistość hemolityczna, która uwalnia żelazo z czerwonych krwinek oraz nadmierne transfuzje krwi.
Hemosyderoza i hemochromatozja mogą wynikać z niewłaściwego funkcjonowania hormonu hepcydyny, hormonu wydzielanego przez wątrobę, który bierze udział w regulacji poziomu żelaza w organizmie.
Jeszcze bez komentarzy