Залізо. Fe.

Залізо – це хімічний елемент з атомним номером 26 та символом Fe (від лат. ferrum). Воно є металом середньої твердості, досить хорошим провідником та має високу магнітну властивість.

Є досить розповсюдженим елементом в земній корі, а також в космосі. Залізо може бути знайдено в різних мінералах, таких як гематит, магнетит та лімоніт.

Залізо є ключовим матеріалом в промисловості, оскільки його можна використовувати для виробництва багатьох різних матеріалів, таких як сталь, залізобетон, сплави та багато іншого.

Хімічні властивості заліза

1. Реакція з киснем: Залізо злегка реагує з киснем при кімнатній температурі, але при підвищенні температури воно горить у кисні з яскравим полум’ям.
2. Реакція з лугами: Реагує з лугами, наприклад, з натрієвою гідроксидом, утворюючи натрієво-залізисті гідроксиди.
3. Реакція з солями: Реагує з солями, утворюючи солі заліза. Наприклад, залізо реагує з купрум (II) сульфатом, утворюючи залізо (II) сульфат та мідь.
4. Реакція з водою: Реагує з водою за утворенням залізистої гідроксиду та водню.
5. Магнітні властивості: Є магнітним металом і має феромагнітні властивості. Може мати феромагнітну, антиферомагнітну та парамагнітну структуру.
6. Каталітичні властивості: може бути використане як каталізатор для різних хімічних реакцій.
7. Корозійність: Піддається корозії
8. Реакція з кислотами: Реагує з деякими кислотами, наприклад, з сульфатною кислотою, утворюючи сірчанокисле залізо (II) та водню. Залізо не розчиняється у сульфатної кислоти.

Іржа

Іржа – це результат хімічної реакції між залізом, киснем та водою. Коли залізо контактує з киснем та вологою, воно може почати ржавіти.

Хімічна формула ржавлення заліза полягає у тому, що кисень та вода реагують з металевим залізом, утворюючи гідроксид заліза Fe(OH)₃ та оксид заліза Fe₂O₃. Оксид заліза – це те, що ми зазвичай називаємо іржою.

Іржа може бути шкідливою для залізних конструкцій та машин, оскільки може привести до зниження міцності та пошкодження матеріалу. Щоб запобігти ржавленню, залізні поверхні можна обробляти спеціальними захисними покриттями, які запобігають контакту з вологою та киснем. Також можна використовувати антикорозійні фарби, які захищають метал від іржі.

Якщо залізний предмет вже покритий іржою, його можна відновити за допомогою шліфування, чищення або знежирення поверхні та покриття спеціальними засобами для видалення іржі.

Фізичні властивості заліза

Залізо є металом, який має наступні фізичні властивості:

1. Металічний блиск: має металічний блиск і добре відбиває світло.
2. Магнітні властивості: є магнітним металом і може бути притягнуте магнітом.
3. Висока щільність: щільність 7,87 г/см³, що є високим значенням порівняно з більшістю інших металів.
4. Висока теплоємність: має високу теплоємність, тобто воно може поглинати та зберігати велику кількість тепла.
5. Висока температура плавлення: температура плавлення заліза становить близько 1538°C, що є досить високим значенням.
6. Висока твердість: є досить твердим металом і має значення твердості на моштовинній шкалі Мооса 4.
7. Хороша провідність: є хорошим провідником електричного струму та тепла.

Отримання заліза

Залізо можна отримати з його руд за допомогою декількох методів. Найпоширеніші з них – це:

1. Відновлення залізних оксидів вуглецем у високотемпературних печах – метод виробництва чавуну. У процесі відновлення кисень з оксиду заліза реагує з вуглецем, що входить до складу палива, та утворює вуглекислий газ (СО2), а чисте залізо виділяється у вигляді рідкого чавуну.
2. Домішкове відновлення заліза газами – метод виробництва сталі. У цьому методі до руди додається домішкове вуглецеве паливо (вугілля, кокс) та металевий засіб. У результаті реакції домішкове залізо віддає свій вуглець та утворюється сталь.
3. Електроліз розплавлених солей заліза – метод виробництва чистого заліза. У цьому методі розплавлені солі заліза розпадаються на іони в присутності електричного струму. Під дією електричного струму іони заліза зводяться до металевого стану та відкладаються на катоді у вигляді чистого металу.
4. Одержання заліза з речовин, що містять його, за допомогою бактерій – біологічний метод. У природі зустрічаються мікроорганізми, здатні виділяти залізо з різних сполук. Цей метод знаходить застосування в біотехнології та забрудненому довкіллі, де речовини, що містять залізо, забруднюють грунт, воду та повітря.

Має багато застосувань в різних галузях. Одним з основних застосувань є виготовлення сталі, яка використовується в будівництві, виробництві транспортних засобів, озброєнні, медичному обладнанні та багатьох інших галузях. Крім того, використовується для виробництва магнітів, електродвигунів, турбін та інших електричних пристроїв.

Ізотопи заліза

Ізотопи заліза – це атоми заліза, що мають різну кількість нейтронів у ядрі, але однакову кількість протонів, тобто різну атомну масу. Залізо має 4 стабільних ізотопи: ⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁷Fe та ⁵⁸Fe. Найпоширеніший з них – ⁵⁶Fе, який становить більше 91% всього заліза на Землі.

Крім того, існують кілька радіоактивних ізотопів заліза, таких як ⁵⁵Fe, ⁵⁹Fe, ⁶⁰Fe та ⁶¹Fe ⁵⁵Fe використовується у наукових дослідженнях, особливо в ядерній медицині, для маркування різних сполук і речовин в організмі та для вивчення біологічних процесів.

Fe-59 використовується для вивчення залізовмісних біохімічних процесів, таких як кровотворення. ⁶⁰Fe є продуктом ядерного синтезу в зірках та використовується для вивчення космічного випромінювання та давніх геологічних процесів. ⁶¹Fe використовується для вивчення ядерних реакцій та біологічних процесів.

Залізо має також кілька дуже короткочасних радіоактивних ізотопів, таких як ⁵²Fe, ⁵³Fe та ^55mFe, які виникають під час деяких ядерних реакцій і мають короткий час напіврозпаду.

Використання заліза

Є важливим елементом для життя, оскільки воно входить до складу багатьох біологічних молекул, таких як гемоглобін, міоглобін, цитохроми та інші. Гемоглобін, зокрема, забезпечує транспортування кисню в крові до різних органів та тканин у тілі. Отже, залізо є необхідним для підтримання нормального функціонування тіла.

Їжа є основним джерелом заліза для людей. Залізо міститься в м’ясі, рибі, курячому м’ясі, яйцях, зернових, бобових, овочах та фруктах. Організм здатний вбирати залізо з їжі, коли воно перетворюється на залізо-іони в кишечнику та потім переноситься в кров.

Залізо також використовується у промисловості для виготовлення сталі, залізобетону та інших будівельних матеріалів. Також використовується в електроніці, зокрема в магнітних матеріалах та комп’ютерах.

Однак, надмірне вживання заліза може бути шкідливим для здоров’я, зокрема може призвести до гемохроматозу – захворювання, коли залізо накопичується у тканинах тіла та може завдати шкоди органам та системам. Тому важливо вживати у рекомендованих дозах та за порадою лікаря.