Vas (kémiai) jellemzők, kémiai szerkezet, felhasználások



az vas egy átmeneti fém, amely a periódusos táblázat VIIIB vagy 8. csoportjában található. Ez az egyik olyan fém, amely a legkorábbi idők óta tudatában volt. A kínai, egyiptomiak és rómaiak dolgoztak ezzel a fémmel. Könnyű kitermelése a vaskorszak néven ismert történetszakasz volt.

A neve a „ferrum” szóból származik latinul, és ennek a kémiai szimbólumnak, a Faith-nek, ez egy nagyon reaktív elem, így ezüst csillogása általában nem található meg a természetben. Az ősi időkben ez a fém valójában az aranynál magasabb értékű katalógusba került, feltételezett szűkössége miatt.

A tiszta formáját Grönland régióiban és az orosz talajok völgyes szikláiban találták meg. A sidereal térségben úgy vélik, hogy ez a meteoritok bőséges összetevője, amely a Föld hatását követően megőrizte a kristályosított vasat sziklás mellükben..

De fontosabb, mint a tiszta vas, a vegyületek; különösen az oxidjai. Ezek az oxidok a föld felszínét nagy ásványi anyagcsaláddal fedik le, mint például magnetit, pirit, hematit, goetit, és még sok más. Valójában a marsi hegyekben és a sivatagokban megfigyelt színek nagy része a hematitnak köszönhető.

Vas objektumok találhatók a városokban vagy a mezőkben. Azok, akik nem rendelkeznek védőfóliával, vörösesek, mert nedvességgel és oxigénnel korrodálnak. Mások, mint a fő kép lámpája, szürke vagy fekete maradnak.

Becslések szerint ennek a fémnek hatalmas koncentrációja van a Föld magjában. Annyira, hogy folyékony állapotban, magas hőmérsékletű termék, felelős a Föld mágneses mezőjéért.

Másrészről a vas nemcsak kiegészíti bolygónk héját, hanem az élőlények által igényelt tápanyagok egy részét is. Például oxigént kell szállítani a szövetekbe.

index

  • 1 A vas jellemzői
    • 1.1 Olvadási és forráspontok
    • 1.2 Sűrűség
    • 1.3 Izotópok
    • 1.4 Toxicitás
  • 2 Kémiai tulajdonságok
    • 2.1 A vegyületek színei
    • 2.2 Oxidációs állapotok
    • 2.3 Oxidáló és redukálószerek
  • 3 Kémiai szerkezet
  • 4 Felhasználások / alkalmazások
    • 4.1 Strukturális
    • 4.2 Biológiai
  • 5 Hogyan juthat el?
    • 5.1 Reakciók a kemencék belsejében
  • 6 Referenciák

A vas jellemzői

A tiszta vasnak saját tulajdonságai vannak, amelyek megkülönböztetik az ásványi anyagaitól. Ez egy fényes, szürkés fém, amely a levegőben lévő oxigénnel és nedvességgel reagál a megfelelő oxiddá. Ha nem lenne oxigén a légkörben, az összes dísz és vasszerkezet sértetlen maradna és vörös rozsdától mentes..

Magas mechanikai szilárdsággal és keménységgel rendelkezik, ugyanakkor formázható és képlékeny. Ez lehetővé teszi a kovácsok számára, hogy számos formájú és formájú darabot kovácsoljanak a vastömeget intenzív hőmérsékletnek kitéve. A hő és a villamos energia jó vezetője is.

Ezen túlmenően az egyik legértékesebb jellemzője a mágnesekkel való kölcsönhatás és a mágnesezhetőség. A nagyközönségnek sok bizonyítéka van arról, hogy a mágnesek milyen hatást gyakorolnak a vasforgács mozgására, valamint a mágneses tér és a mágneses pólusok bemutatására..

Olvadási és forráspontok

A vas 1535 ° C-on olvad és 2750 ° C-on forral. Folyékony és izzó formában ez a fém keletkezik. Ezenkívül a fúzió és a párolgás melegsége 13,8 és 349,6 kJ / mol.

sűrűség

Sűrűsége 7,86 g / cm3. Ez azt jelenti, hogy 1 ml e fém súlya 7,86 gramm.

izotópok

A periódusos táblázatban, különösen a 4. időszak 8. csoportjában, vasat találunk, amelynek atomtömege körülbelül 56u (26 proton, 26 elektron és 30 neutron). A természetben azonban három további stabil vas izotóp van, azaz azonos számú proton, de különböző atomtömegük van.

az 56A hit a legbőségesebb (91,6%), ezt követi 54Hit (5,9%), 57Fe (2,2%) és végül a 58Hit (0,33%). Ezek a négy izotóp alkotják a Föld bolygójában található összes vasat. Más körülmények között (földönkívüli) ezek a százalékok változhatnak, de esetleg a 56A hit továbbra is a leggyakoribb.

Más izotópok, amelyek atomtömegei 46 és 69u között ingadoznak, nagyon instabilak és rövidebb felezési idővel rendelkeznek, mint a négy említett.

toxicitás

A jellemzők felett nem mérgező fém. Ellenkező esetben speciális kezelések (kémiai és fizikai) szükségesek, és a mérhetetlen tárgyak és épületek látens kockázatot jelentenek a környezet és az élet számára.

Kémiai tulajdonságok

A vas elektronikus konfigurációja [Ar] 3d64s2, ami azt jelenti, hogy két elektronot ad a 4s-es pályájáról, és hat a 3D-s orbitáktól a fémkötések kialakulásához a kristályon belül. Ez a kristályszerkezet magyarázza néhány olyan tulajdonságot, mint a ferromágnesesség.

Az elektronikus konfiguráció felületileg is előre jelzi kationjainak stabilitását. Amikor a vas elveszti két elektronját, Fe2+, a [Ar] 3d konfigurációval marad6 (feltételezve, hogy a 4s-es pálya az, ahol ezek az elektronok származnak). Míg ha elveszítesz három elektronot, a hit3+, konfigurációja [Ar] 3d5.

Kísérleti úton kimutatták, hogy sok ion és valencia konfiguráció5 Nagyon stabilak. Ezért a vas hajlamos oxidálódni az elektron-elfogadó fajokkal szemben, hogy Fe ferrikus kationsá váljon3+; és kevésbé oxidatív környezetben, a Fe vas kationban2+.

Ezután egy kis közegben oxigén jelenlétében a vasvegyületek várhatóan dominálnak. A pH befolyásolja a vas oxidációs állapotát is, mivel nagyon savas közegben Fe-re történő átalakulása előnyös3+.

A vegyületek színei

A hit2+ a megoldás zöldes és a hit3+, lila lila. Hasonlóképpen, a vasvegyületeknek lehetnek zöld vagy piros színek, attól függően, hogy milyen kation van jelen és mely ionok vagy molekulák veszik körül őket.

A zöld változás árnyalatai a hit elektronikus környezetének megfelelően2+. Így FeO, vas-oxid, nagyon sötétzöld szilárd anyag; míg a FeSO4, vas-szulfát, világos zöld kristályokkal rendelkezik. Más Fe vegyületek2+ akár kékes színekkel is rendelkezhetnek, mint a porosz kék esetében.

A hit lila árnyalataiban is előfordul3+ vegyületeiben, amelyek vörösessé válhatnak. Például hematit, Faith2O3, az oxid sok szemcsés darabért vöröses.

Számos vasvegyület azonban színtelen. Vas-klorid, FeCl3, Színtelen, mert a hit3+ Az ionos formában valóban nem található, de kovalens kötéseket képez (Fe-Cl).

Más vegyületek valójában komplex Fe kationok keverékei2+ és a hit3+. Színeik mindig függnek attól, hogy az ionok vagy molekulák kölcsönhatásba lépnek-e a vaszal, bár, mint már említettük, nagy többségük kékes, lila, vöröses (akár sárga) vagy sötétzöld..

Oxidációs állapotok

Amint azt már említettük, a vas oxidációs állapota vagy valencia +2 vagy +3 lehet. Az is lehetséges, hogy bizonyos vegyületekben 0-os valenciával vesz részt; vagyis ez nem szenved elektronokat.

Az ilyen típusú vegyületekben a vas nyers formában vesz részt. Például a Fe (CO)5, A vas-pentakarbonil-csoport a porózus vas szén-monoxiddal történő melegítésével kapott olajból áll. A CO molekulái a folyadék lyukaiba kerülnek, és a Fe-t ötből (Fe-C20) koordináljuk..

Oxidáló és redukálószerek

Melyik kation, Faith2+ o A hit3+, Ezek oxidáló vagy redukáló szerként viselkednek? A hit2+ sav közegben vagy oxigén jelenlétében elveszít egy elektronot, hogy Fe legyen3+; ezért redukálószer:

hit2+ => Hit3+ + és-

És a hit3+ oxidálószerként viselkedik egy alapközegben:

hit3+ + és- => Hit2+

Vagy még:

hit3+ + 3e- => Hit

Kémiai szerkezet

A vas polimorf szilárd anyagokat képez, vagyis a fém atomjai különböző kristályszerkezeteket alkalmazhatnak. Szobahőmérsékleten az atomok kristályosodnak a bcc egységben: kocka középpontban a testben (Body Centered Cubic). Ez a szilárd fázis ferrit, Fe α néven ismert.

Ez a bcc szerkezet annak a ténynek tudható be, hogy a vas fémszerkezet6, elektronikus, négyelektronos üresedéssel.

Amikor a hőmérséklet emelkedik, a Fe-atomok a hőhatás következtében rezgnek, és 906 ° C után kompakt kompakt köbcentiméter-struktúrát fogadnak el:Cubic Closest Packed). A Fe γ 1401 ° C hőmérsékleten visszatér a Fe α fázisba. Ezen hőmérséklet után a vas 1535 ° C-on olvad.

És mi van a nyomásnövekedéssel? Amikor növekszik, a kristály atomok "sűrűbb" szerkezetre kényszerülnek: Fe β. Ez a polimorf kompakt hcp: hatszögletű szerkezet (Hatszögletű zárt csomagolás).

Alkalmazások / alkalmazások

szerkezeti

A vas önmagában kevés alkalmazással rendelkezik. Ha azonban egy másik fém (vagy ötvözet, például ón) bevonattal van ellátva, akkor védett a korrózió ellen. Így a vas építmény, hidak, kapuk, szobrok, autók, gépek, transzformátorok stb..

Kis mennyiségű szén és egyéb fémek hozzáadásakor mechanikai tulajdonságaikat erősítik. Ezeket az ötvözeteket acéloknak nevezik. Az acélok szinte minden iparágat és anyagukat építik.

Másrészt más fémekkel kevert vasat (néhány ritkaföldfém) használnak az elektronikus berendezésekben használt mágnesek gyártásához..

biológiai

A vas alapvető szerepet játszik az életben. Testünkben ez bizonyos fehérjék része, beleértve a hemoglobin enzimet is.

Hemoglobin nélkül az oxigén hordozója a fémes Fe központjának köszönhetően3+, az oxigént nem lehetett szállítani a test különböző részeire, mert vízben nagyon oldhatatlan.

A hemoglobin áthalad a véren az izomsejtekbe, ahol a pH sav és a magasabb CO koncentrációk bőségesek2. Itt fordul elő a fordított folyamat, azaz az oxigén a körülmények és a sejtek alacsony koncentrációja miatt szabadul fel. Ez az enzim összesen négy O molekulát szállíthat2.

Hogy lehet?

A reaktivitás miatt a földkéregben oxidok, szulfidok vagy más ásványi anyagok képződnek. Ezért néhányuk nyersanyagként használható; mindent a költségektől és a vas kémiai környezetében történő csökkentésének nehézségeitől függ.

Ipari szempontból a vas-oxidok redukciója megvalósíthatóbb, mint a szulfidok. Hematit és magnetit, Fe3O4, ennek a fémnek a fő forrásai, amelyek szénnel (koksz formájában) reagálnak.

Az ezzel a módszerrel nyert vas folyékony és izzólámpás, és az öntvények (mint a láva kaszkád) öntötték. Emellett nagy mennyiségű gáz keletkezhet, ami káros lehet a környezetre. Ezért a vas megszerzése számos tényező figyelembevételével jár.

Reakciók a sütők belsejében

Az elszívás és a szállítás részleteinek megnevezése nélkül ezek az oxidok a koksz és a mészkő (CaCO) mellett mozognak3) a nagyolvasztókra. Az extrahált oxidok mindenféle szennyeződést hordoznak, amelyek a CaCO termikus bomlásából felszabaduló CaO-val reagálnak3.

Miután a nyersanyagot a kemencébe töltjük, az alsó részén a levegő áramlása 2000 ° C-on történik, amely a kokszot szén-monoxiddá égeti:

2C (s) + O2(g) => 2CO (g) (2000 ° C)

Ez a CO a kemence tetejére emelkedik, ahol megfelel a hematitnak és csökkenti:

3fe2O3(s) + CO (g) => 2Fe3O4(s) + CO2(g) (200 ° C)

A magnetitban Fe ionok vannak2+, Fe redukciós termékek3+ CO-val. Ezután a termék tovább csökkenthető CO-val:

hit3O4(s) + CO (g) => 3FeO (k) + CO2(g) (700ºC)

Végül a FeO-t fémes vasvá alakítják, amely a kemence magas hőmérséklete miatt megolvad:

FeO (k) + CO (g) => Fe (s) + CO2(G)

Hit (ek) => Hit (l)

Miközben ugyanakkor a CaO reagál a szilikátokkal és a szennyeződésekkel, ami folyékony salaknak nevezhető. Ez a salak kevésbé sűrű, mint a folyékony vas, ezért úszik felette, és mindkét fázis elválasztható.

referenciák

  1. Nemzeti Tudományos Erőforrások Központ. (N.d.). Vas. A lap eredeti címe: propertiesofmatter.si.edu
  2. R hajó. (N.d.). Vas. A lap eredeti címe: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  3. B. Calvert. (2003. december). Vas: A Mars fémje mágnesességet és életet ad nekünk. Lap forrása: mysite.du.edu
  4. Chemicole Periodic Table. (2012. október 6.). Vas. Lap forrása: chemicool.com
  5. Az egyensúly. (N.d.). Fémprofil: Vas. Elvett: thebalance.com
  6. Shiver & Atkins. (2008). Szervetlen kémia (negyedik kiadás). Mc Graw-hegy.
  7. Clark J. (2015. november 29.). A vas kitermelése. Lap forrása: chem.libretexts.org