Eisen ist ein bekanntes chemisches Element. Es gehört zu den Metallen mit mittlerer Reaktivität. Wir werden die Eigenschaften und die Verwendung von Eisen in diesem Artikel betrachten.
Vorkommen in der Natur
Es gibt eine ziemlich große Anzahl von Mineralien, die Eisen enth alten. Zunächst einmal ist es Magnetit. Es ist zweiundsiebzig Prozent Eisen. Seine chemische Formel ist Fe3O4. Dieses Mineral wird auch magnetisches Eisenerz genannt. Es hat eine hellgraue Farbe, manchmal mit Dunkelgrau bis hin zu Schwarz mit metallischem Glanz. Das größte Vorkommen unter den GUS-Staaten befindet sich im Ural.
Das nächste Mineral mit hohem Eisengeh alt ist Hämatit – es besteht zu siebzig Prozent aus diesem Element. Seine chemische Formel ist Fe2O3. Es wird auch rotes Eisenerz genannt. Es hat eine Farbe von rotbraun bis rotgrau. Die größte Lagerstätte auf dem Territorium der GUS-Staaten befindet sich in Krivoy Rog.
Das dritte Mineral in Bezug auf den Eisengeh alt ist Limonit. Hier macht Eisen sechzig Prozent der Gesamtmasse aus. Es ist ein kristallines Hydrat, d.h. in sein Kristallgitter sind Wassermoleküle eingewebt,seine chemische Formel ist Fe2O3•H2O. Wie der Name schon sagt, hat dieses Mineral eine gelb-bräunliche Farbe, gelegentlich braun. Es ist einer der Hauptbestandteile des natürlichen Ockers und wird als Pigment verwendet. Er wird auch brauner Eisenstein genannt. Die größten Vorkommen sind Krim, Ural.
In Siderit, dem sogenannten Spareisenerz, 48 Prozent Eisen. Seine chemische Formel ist FeCO3. Seine Struktur ist heterogen und besteht aus Kristallen verschiedener Farben, die miteinander verbunden sind: grau, blassgrün, grau-gelb, braun-gelb usw.
Das letzte natürlich vorkommende Mineral mit hohem Eisengeh alt ist Pyrit. Es hat die folgende chemische Formel: FeS2. Eisen macht darin sechsundvierzig Prozent der Gesamtmasse aus. Aufgrund von Schwefelatomen hat dieses Mineral eine goldgelbe Farbe.
Viele der betrachteten Mineralien werden verwendet, um reines Eisen zu gewinnen. Darüber hinaus wird Hämatit bei der Herstellung von Schmuck aus Natursteinen verwendet. Pyrit-Einschlüsse finden sich in Lapislazuli-Schmuck. Darüber hinaus kommt Eisen in der Natur in der Zusammensetzung lebender Organismen vor – es ist einer der wichtigsten Bestandteile der Zelle. Dieses Spurenelement muss dem menschlichen Körper in ausreichender Menge zugeführt werden. Die heilenden Eigenschaften von Eisen sind größtenteils darauf zurückzuführen, dass dieses chemische Element die Grundlage von Hämoglobin ist. Daher hat die Verwendung von Ferrum eine gute Wirkung auf den Zustand des Blutes und damit des gesamten Organismus.
Eisen: physikalische und chemische Eigenschaften
Betrachten wir diese beiden großen Abschnitte der Reihe nach. Die physikalischen Eigenschaften von Eisen sind sein Aussehen, seine Dichte, sein Schmelzpunkt usw. Also alle Unterscheidungsmerkmale einer Substanz, die mit der Physik verbunden sind. Die chemischen Eigenschaften von Eisen sind seine Fähigkeit, mit anderen Verbindungen zu reagieren. Beginnen wir mit dem ersten.
Physikalische Eigenschaften von Eisen
In seiner reinen Form ist es unter normalen Bedingungen ein Feststoff. Es hat eine silbrig-graue Farbe und einen ausgeprägten metallischen Glanz. Zu den mechanischen Eigenschaften von Eisen gehört der Härtegrad auf der Mohs-Skala. Es ist gleich vier (mittel). Eisen hat eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit. Das letzte Merkmal kann durch Berühren eines Eisengegenstandes in einem k alten Raum gefühlt werden. Da dieses Material Wärme schnell leitet, nimmt es in kurzer Zeit den größten Teil der Wärme von Ihrer Haut auf, wodurch Sie sich k alt fühlen.
Berührt man zB einen Baum, so stellt man fest, dass dessen Wärmeleitfähigkeit deutlich geringer ist. Die physikalischen Eigenschaften von Eisen sind sein Schmelz- und Siedepunkt. Die erste ist 1539 Grad Celsius, die zweite 2860 Grad Celsius. Daraus kann geschlossen werden, dass die charakteristischen Eigenschaften von Eisen eine gute Duktilität und Schmelzbarkeit sind. Aber das ist noch nicht alles.
Zu den physikalischen Eigenschaften von Eisen gehört auch sein Ferromagnetismus. Was ist das? Eisen, dessen magnetische Eigenschaften wir tagtäglich an praktischen Beispielen beobachten können, ist das einzige Metall, das solche besitzteinzigartiges Unterscheidungsmerkmal. Dies liegt daran, dass dieses Material unter dem Einfluss eines Magnetfeldes magnetisiert werden kann. Und nach Beendigung der Wirkung des letzteren bleibt Eisen, dessen magnetische Eigenschaften sich gerade gebildet haben, lange Zeit ein Magnet. Dieses Phänomen lässt sich dadurch erklären, dass es in der Struktur dieses Metalls viele freie Elektronen gibt, die sich bewegen können.
Aus chemischer Sicht
Dieses Element gehört zu den Metallen mittlerer Aktivität. Aber die chemischen Eigenschaften von Eisen sind typisch für alle anderen Metalle (außer denen, die in der elektrochemischen Spannungsreihe rechts von Wasserstoff stehen). Es kann mit vielen Substanzklassen reagieren.
Einfach anfangen
Ferrum interagiert mit Sauerstoff, Stickstoff, Halogenen (Jod, Brom, Chlor, Fluor), Phosphor, Kohlenstoff. Als erstes sind Reaktionen mit Sauerstoff zu berücksichtigen. Wenn Eisen verbrannt wird, werden seine Oxide gebildet. Je nach Reaktionsbedingungen und Verhältnissen zwischen den beiden Beteiligten können sie variiert werden. Als Beispiel für solche Wechselwirkungen können die folgenden Reaktionsgleichungen angegeben werden: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Und die Eigenschaften von Eisenoxid (sowohl physikalisch als auch chemisch) können je nach Sorte variieren. Diese Art von Reaktionen treten bei hohen Temperaturen auf.
Next - Interaktion mit Stickstoff. Es kann auch nur passierenErwärmung unterliegen. Wenn wir sechs Mol Eisen und ein Mol Stickstoff nehmen, erh alten wir zwei Mol Eisennitrid. Die Reaktionsgleichung sieht folgendermaßen aus: 6Fe + N2=2Fe3N.
Bei der Wechselwirkung mit Phosphor entsteht ein Phosphid. Zur Durchführung der Reaktion sind folgende Komponenten erforderlich: für drei Mol Ferrum - ein Mol Phosphor, dadurch entsteht ein Mol Phosphid. Die Gleichung kann wie folgt geschrieben werden: 3Fe + P=Fe3P.
Außerdem kann man unter den Reaktionen mit einfachen Stoffen auch die Wechselwirkung mit Schwefel unterscheiden. In diesem Fall kann Sulfid erh alten werden. Das Prinzip, nach dem der Bildungsprozess dieser Substanz abläuft, ist dem oben beschriebenen ähnlich. Es findet nämlich eine Additionsreaktion statt. Alle chemischen Wechselwirkungen dieser Art erfordern besondere Bedingungen, hauptsächlich hohe Temperaturen, seltener Katalysatoren.
Reaktionen zwischen Eisen und Halogenen sind auch in der chemischen Industrie üblich. Diese sind Chlorierung, Bromierung, Jodierung, Fluorierung. Wie aus den Namen der Reaktionen selbst hervorgeht, handelt es sich um den Prozess der Addition von Chlor- / Brom- / Jod- / Fluoratomen an Eisenatome zur Bildung von Chlorid / Bromid / Jodid / Fluorid. Diese Substanzen werden in verschiedenen Industrien weit verbreitet verwendet. Darüber hinaus ist Ferrum in der Lage, sich bei hohen Temperaturen mit Silizium zu verbinden. Aufgrund seiner vielfältigen chemischen Eigenschaften wird Eisen häufig in der chemischen Industrie eingesetzt.
Eisen und komplexe Substanzen
Lassen Sie uns von einfachen Substanzen zu denen übergehen, deren Moleküle aus zwei oder mehr bestehenverschiedene chemische Elemente. Als erstes ist die Reaktion von Ferrum mit Wasser zu erwähnen. Hier sind die wichtigsten Eigenschaften von Eisen. Wenn Wasser zusammen mit Eisen erhitzt wird, entsteht ein basisches Oxid (es wird so genannt, weil es bei der Wechselwirkung mit demselben Wasser ein Hydroxid, also eine Base, bildet). Nimmt man also von beiden Bestandteilen ein Mol, entstehen Stoffe wie Eisendioxid und Wasserstoff in Form eines stechend riechenden Gases – ebenfalls im molaren Verhältnis von eins zu eins. Die Gleichung für diese Art von Reaktion kann wie folgt geschrieben werden: Fe + H2O=FeO + H2. Je nach Mischungsverhältnis dieser beiden Komponenten kann Eisendi- oder -trioxid erh alten werden. Beide Stoffe sind in der chemischen Industrie weit verbreitet und werden auch in vielen anderen Branchen eingesetzt.
Mit Säuren und Salzen
Da Ferrum in der elektrochemischen Wirkungsreihe der Metalle links vom Wasserstoff steht, ist es in der Lage, dieses Element aus Verbindungen zu verdrängen. Ein Beispiel hierfür ist die Substitutionsreaktion, die beobachtet werden kann, wenn einer Säure Eisen zugesetzt wird. Wenn Sie beispielsweise Eisen und Sulfatsäure (auch bekannt als Schwefelsäure) mittlerer Konzentration im gleichen molaren Verhältnis mischen, erh alten Sie als Ergebnis Eisensulfat (II) und Wasserstoff im gleichen molaren Verhältnis. Die Gleichung für eine solche Reaktion würde so aussehen: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Bei der Wechselwirkung mit Salzen treten die reduzierenden Eigenschaften von Eisen in Erscheinung. Das heißt, mit seiner Hilfe kann ein weniger aktives Metall aus Salz isoliert werden. Zum Beispiel, wennnimm ein Mol Kupfersulfat und die gleiche Menge Eisen, dann erhältst du Eisensulfat (II) und reines Kupfer im gleichen molaren Verhältnis.
Wert für den Körper
Eines der häufigsten chemischen Elemente in der Erdkruste ist Eisen. Wir haben bereits die Eigenschaften der Materie betrachtet, jetzt nähern wir uns ihr aus biologischer Sicht. Ferrum erfüllt sehr wichtige Funktionen sowohl auf zellulärer Ebene als auch auf der Ebene des gesamten Organismus. Zunächst einmal ist Eisen die Basis eines solchen Proteins wie Hämoglobin. Es ist notwendig für den Transport von Sauerstoff durch das Blut von der Lunge zu allen Geweben, Organen, zu jeder Körperzelle, vor allem zu den Neuronen des Gehirns. Daher können die vorteilhaften Eigenschaften von Eisen nicht hoch genug eingeschätzt werden.
Neben der Tatsache, dass es die Blutbildung beeinflusst, ist Ferrum auch wichtig für die volle Funktion der Schilddrüse (dafür wird nicht nur Jod benötigt, wie manche glauben). Eisen nimmt auch am intrazellulären Stoffwechsel teil und reguliert die Immunität. Auch in Leberzellen kommt Ferrum in besonders großen Mengen vor, da es hilft, Schadstoffe zu neutralisieren. Es ist auch einer der Hauptbestandteile vieler Arten von Enzymen in unserem Körper. Die tägliche Ernährung eines Menschen sollte zehn bis zwanzig Milligramm dieses Spurenelements enth alten.
Eisenreiche Lebensmittel
Es gibt viele davon. Sie sind sowohl pflanzlichen als auch tierischen Ursprungs. Die ersten sind Getreide, Hülsenfrüchte, Getreide (insbesondere Buchweizen), Äpfel, Pilze (Steinpilze), Trockenfrüchte, Hagebutten, Birnen, Pfirsiche,Avocado, Kürbis, Mandeln, Datteln, Tomaten, Brokkoli, Kohl, Blaubeeren, Brombeeren, Sellerie usw. Die zweite - Leber, Fleisch. Die Verwendung von eisenreichen Lebensmitteln ist während der Schwangerschaft besonders wichtig, da der Körper des sich entwickelnden Fötus eine große Menge dieses Spurenelements für ein ordnungsgemäßes Wachstum und eine ordnungsgemäße Entwicklung benötigt.
Anzeichen von Eisenmangel
Symptome, wenn zu wenig Ferrum in den Körper gelangt, sind Müdigkeit, ständiges Erfrieren der Hände und Füße, Depressionen, brüchige Haare und Nägel, verminderte geistige Aktivität, Verdauungsstörungen, Leistungsschwäche und Schilddrüsenerkrankungen. Wenn Sie mehr als eines dieser Symptome bemerken, sollten Sie die Menge an eisenreichen Lebensmitteln in Ihrer Ernährung erhöhen oder eisenh altige Vitamine oder Nahrungsergänzungsmittel kaufen. Suchen Sie außerdem unbedingt einen Arzt auf, wenn Sie eines dieser Symptome zu stark verspüren.
Einsatz von Eisen in der Industrie
Die Verwendung und Eigenschaften von Eisen sind eng miteinander verbunden. Aufgrund seines Ferromagnetismus wird es zur Herstellung von Magneten verwendet - sowohl schwächer für Haush altszwecke (Souvenir-Kühlschrankmagnete usw.) als auch stärker - für industrielle Zwecke. Aufgrund der Tatsache, dass das betreffende Metall eine hohe Festigkeit und Härte aufweist, wird es seit der Antike für die Herstellung von Waffen, Rüstungen und anderen Militär- und Haush altswerkzeugen verwendet. Übrigens, schon im alten Ägypten waren die Eigenschaften von Meteoriteneisen bekanntdie denen aus gewöhnlichem Metall überlegen sind. Auch im alten Rom wurde ein solches spezielles Eisen verwendet. Sie stellten Elitewaffen daraus her. Nur ein sehr reicher und edler Mensch konnte einen Schild oder ein Schwert aus Meteoritenmetall haben.
Im Allgemeinen ist das Metall, das wir in diesem Artikel betrachten, das vielseitigste unter allen Substanzen dieser Gruppe. Zunächst werden daraus Stahl und Gusseisen hergestellt, aus denen alle Arten von Produkten hergestellt werden, die sowohl in der Industrie als auch im täglichen Leben benötigt werden.
Gusseisen ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, in der der zweite von 1,7 bis 4,5 Prozent vorhanden ist. Wenn die Sekunde weniger als 1,7 Prozent beträgt, wird diese Art von Legierung als Stahl bezeichnet. Wenn die Zusammensetzung etwa 0,02 Prozent Kohlenstoff enthält, handelt es sich bereits um gewöhnliches technisches Eisen. Das Vorhandensein von Kohlenstoff in der Legierung ist notwendig, um ihr eine größere Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Rostbeständigkeit zu verleihen.
Außerdem kann Stahl viele andere chemische Elemente als Verunreinigungen enth alten. Dies ist Mangan und Phosphor und Silizium. Auch Chrom, Nickel, Molybdän, Wolfram und viele andere chemische Elemente können dieser Art von Legierung hinzugefügt werden, um ihr bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Als Transformatorenstähle werden Stahlsorten verwendet, in denen ein hoher Anteil an Silizium enth alten ist (etwa vier Prozent). Diejenigen, die viel Mangan enth alten (bis zu zwölf oder vierzehn Prozent), finden ihre Anwendung in der Herstellung von TeilenEisenbahnen, Mühlen, Brecher und andere Werkzeuge, die Teile schnell verschleißen.
Molybdän wird in die Zusammensetzung der Legierung eingebracht, um sie thermisch stabiler zu machen - solche Stähle werden als Werkzeugstähle verwendet. Um bekannte und häufig verwendete rostfreie Stähle in Form von Messern und anderen Haush altswerkzeugen zu erh alten, ist es außerdem erforderlich, der Legierung Chrom, Nickel und Titan hinzuzufügen. Und um schlagfesten, hochfesten und duktilen Stahl zu erh alten, reicht es aus, Vanadium hinzuzufügen. Durch Einbringen in die Zusammensetzung von Niob kann eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion und die Einwirkung chemisch aggressiver Substanzen erreicht werden.
Das eingangs erwähnte Mineral Magnetit wird für die Herstellung von Festplatten, Speicherkarten und anderen Geräten dieser Art benötigt. Aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften findet sich Eisen im Bau von Transformatoren, Motoren, elektronischen Produkten usw. Darüber hinaus kann Ferrum anderen Metalllegierungen zugesetzt werden, um ihnen eine höhere Festigkeit und mechanische Stabilität zu verleihen. Das Sulfat dieses Elements wird im Gartenbau zur Schädlingsbekämpfung verwendet (zusammen mit Kupfersulfat).
Eisenchloride sind für die Wasserreinigung unverzichtbar. Darüber hinaus wird Magnetitpulver in Schwarz-Weiß-Druckern verwendet. Pyrit wird hauptsächlich zur Gewinnung von Schwefelsäure verwendet. Dieser Prozess läuft im Labor in drei Stufen ab. In der ersten Stufe wird Eisenkies verbrannt, um Eisenoxid und Schwefeldioxid zu erzeugen. Der zweite Schritt ist die Umwandlung des DioxidsSchwefel zu seinem Trioxid unter Beteiligung von Sauerstoff. Und in der letzten Stufe wird die resultierende Substanz in Gegenwart von Katalysatoren durch Wasserdampf geleitet, wodurch Schwefelsäure erh alten wird.
Eisen bekommen
Dieses Metall wird hauptsächlich aus seinen zwei Hauptmineralien abgebaut: Magnetit und Hämatit. Dies geschieht durch Reduktion von Eisen aus seinen Verbindungen mit Kohlenstoff in Form von Koks. Dies geschieht in Hochöfen, deren Temperatur zweitausend Grad Celsius erreicht. Außerdem gibt es eine Möglichkeit, das Ferrum mit Wasserstoff zu reduzieren. Dazu ist kein Hochofen erforderlich. Zur Umsetzung dieses Verfahrens wird spezieller Ton genommen, mit zerkleinertem Erz vermischt und in einem Schachtofen mit Wasserstoff behandelt.
Schlussfolgerung
Die Eigenschaften und Verwendungen von Eisen sind vielfältig. Dies ist vielleicht das wichtigste Metall in unserem Leben. Der Menschheit bekannt geworden, trat er an die Stelle von Bronze, die zu dieser Zeit das Hauptmaterial für die Herstellung aller Werkzeuge sowie Waffen war. Stahl und Gusseisen sind der Kupfer-Zinn-Legierung hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften, Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung, in vielerlei Hinsicht überlegen.
Außerdem kommt Eisen auf unserem Planeten häufiger vor als viele andere Metalle. Sein Massenanteil in der Erdkruste beträgt fast fünf Prozent. Es ist das vierthäufigste chemische Element in der Natur. Auch dieses chemische Element ist sehr wichtig für das normale Funktionieren des Organismus von Tieren und Pflanzen, vor allem weil auf seiner Basis Hämoglobin aufgebaut wird. Eisen ist ein essentieller Mikronährstoffwas für die Aufrechterh altung der Gesundheit und der normalen Funktion der Organe wichtig ist. Darüber hinaus ist es das einzige Metall mit einzigartigen magnetischen Eigenschaften. Ferrum ist aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken.
