Ciri -ciri besi (elemen), struktur kimia, kegunaan

Dia besi Ia adalah logam peralihan yang dimiliki oleh kumpulan 8 atau viiib jadual berkala dan diwakili dengan simbol kimia Fe. Ia adalah logam kelabu, mulur, mudah dibentuk dan ketabahan yang hebat, digunakan dalam banyak aplikasi yang sangat berguna untuk manusia dan masyarakat.

Ia membentuk 5% kerak bumi, dan juga logam kedua yang paling banyak selepas aluminium. Juga, kelimpahannya diatasi oleh oksigen dan silikon. Walau bagaimanapun, berkenaan dengan nukleus bumi, 35% daripadanya terdiri daripada besi dan besi cecair.

Alchemist-hp (bercakap) (www.PSE-Mendelejew.daripada) [fal atau gfdl 1.2 (http: // www.gnu.Org/lesen/lesen lama/fdl-1.2.html)]

Di luar nukleus terestrial, besi bukan logam, kerana ia cepat teroksida apabila terdedah kepada udara lembap. Ia terletak di batuan basaltik, sedimen karbon dan meteorit; Umumnya dalam aloi dengan nikel, seperti dalam mineral Kamacita.

Mineral besi utama yang digunakan untuk eksploitasi perlombongan adalah berikut: hematit (ferric oxide, iman₂Sama ada₃), Magnetit (ferrosopherric oxide, iman₃Sama ada₄), Limonit (hidroksida ferus oksida terhidrat, [hodoh (OH) · NH₂O]), dan siderit (besi karbonat, feco₃).

Rata -rata, manusia mempunyai kandungan besi 4.5 g, di mana 65 % adalah dalam bentuk hemoglobin. Protein ini campur tangan dalam pengangkutan oksigen dalam darah dan dalam pengedarannya ke tisu yang berbeza, untuk koleksi berikutnya oleh myoglobin dan neuroglobin.

Walaupun banyak manfaat besi untuk manusia, logam berlebihan boleh mempunyai tindakan toksik yang sangat serius, terutama pada hati, sistem kardiovaskular dan pankreas; Begitulah kes penyakit hematochromatism keturunan.

Besi sinonim dengan pembinaan, kekuatan dan peperangan. Sebaliknya, berikutan kelimpahannya, ia sentiasa menjadi alternatif untuk dipertimbangkan ketika membangunkan bahan -bahan baru, pemangkin, dadah atau polimer; Dan walaupun warna merah kaumnya, ia adalah logam hijau alam sekitar.

[TOC]

Sejarah

Antikuiti

Besi didakwa selama beribu -ribu tahun. Walau bagaimanapun, sukar untuk mencari objek besi dari usia purba seperti itu kerana kerentanan mereka untuk menyalakan, yang menyebabkan kemusnahannya. Objek besi tertua dibuat dengan yang terdapat di dalam meteorit.

Ini adalah jenis akaun yang dijelaskan pada 3500 hingga.c., Ditemui di Gerzah, Mesir, dan pisau yang terdapat di makam Tutankhamun. Meteorit besi dicirikan oleh kandungan nikel yang tinggi, jadi mungkin untuk mengenal pasti asal mereka dalam objek ini.

Bukti besi tuang di Asmar, Mesopotamia, dan Tail Chagar Bazaar, di Syria, juga ditemui antara 3000 dan 2700 hingga 2700 hingga.c. Walaupun Foundry Besi bermula pada Zaman Gangsa, ia mengambil masa berabad -abad di mana ia boleh bergerak ke gangsa.

Di samping itu, artifak besi tuang di India ditemui, 1800 hingga 1200 hingga.c. Dan di Levante, kira -kira 1500 hingga.c. Dianggap bahawa Zaman Besi bermula pada tahun 1000 hingga.c., Dengan mengurangkan kos pengeluarannya.

Muncul di China antara 700 dan 500 hingga.c., Mungkin diangkut melalui Asia Tengah. Objek besi pertama ditemui di Luhe Jiangsu, China.

Eropah

Besi palsu dihasilkan di Eropah dengan menggunakan panggilan gala. Untuk proses itu, penggunaan arang batu diperlukan sebagai bahan bakar.

Ketuhar abad pertengahan yang tinggi adalah 3.0 m tinggi, mereka diperbuat daripada batu bata yang igniphed dan udara dibekalkan oleh belos manual. Pada tahun 1709, Abraham Darby menubuhkan ketuhar kok pendek untuk menghasilkan besi tuang, menggantikan arang batu sayur.

Ketersediaan besi murah adalah salah satu faktor yang membawa kepada revolusi perindustrian. Dalam tempoh ini, penapisan besi besi besi bermula, yang digunakan untuk membina jambatan, kapal, deposit, dll.

Keluli

Keluli menggunakan kepekatan karbon yang lebih besar daripada besi tempa. Keluli berlaku di Luristan, Persia, pada tahun 1000 hingga.c. Dalam Revolusi Perindustrian, kaedah baru dirancang untuk menghasilkan bar besi tanpa arang batu, yang kemudiannya digunakan untuk menghasilkan keluli.

Pada akhir tahun 1850 -an, Henry Bessemer direka untuk meniup udara ke Arrabio lebur untuk menghasilkan keluli manis, yang menjadikan pengeluaran keluli yang paling ekonomik. Ini mengakibatkan penurunan pengeluaran besi tempa.

Sifat

https: // giphy.com/gifs/metal-aluminium-73sauwqj7xhc

Penampilan

Kilauan logam dengan pewarna kelabu.

Berat atom

55,845 u.

Nombor atom (z)

26

Takat lebur

1.533 ºC

Takat didih

2.862 ºC

Ketumpatan

-Suhu ambien: 7,874 g/ml.

-Titik Fusion (cecair): 6,980 g/ml.

Haba Fusion

13.81 kJ/mol

Haba pengewapan

340 kJ/mol

Boleh melayani anda: Potassium Hypochlorite (KCLO)

Kapasiti kalori molar

25.10 j/(mol · k)

Tenaga pengionan

-Tahap pertama pengionan: 762.5 kJ/mol (Faith⁺ gas)

-Tahap pengionan kedua: 1.561.9 kJ/mol (Iman²⁺ gas)

-Pengionan Tahap Ketiga: 2.957, kJ/mol (Faith³⁺ gas)

Elektronegativiti

1.83 pada skala Pauling

Radio atom

Empirikal 126 petang

Kekonduksian terma

80.4 w/(m · k)

Resistiviti elektrik

96.1 Ω · m (pada 20 ºC)

Curie Point

770 ° C, kira -kira. Pada suhu ini, besi tidak lagi menjadi ferromagnetik.

Isotop

Isotop stabil: ⁵⁴Iman, dengan banyak 5.85%; ⁵⁶Iman, dengan banyaknya 91.75%; ⁵⁷Iman, dengan banyak 2.12%; dan ⁵⁷Iman, dengan banyaknya 0.28%. Menjadi ⁵⁶Iman isotop yang paling stabil dan berlimpah tidak terkejut bahawa berat atom besi sangat dekat dengan 56 u.

Walaupun isotop radioaktif adalah: ⁵⁵Iman, ⁵⁹Iman dan ⁶⁰Iman.

Struktur dan konfigurasi elektronik

-Alotropes

Besi pada suhu bilik mengkristal dalam struktur padu yang difokuskan pada badan (BCC), yang juga dikenali sebagai α-Fe atau ferit (dalam jargon metalurgi). Oleh kerana anda boleh menggunakan struktur kristal yang berbeza bergantung pada suhu dan tekanan, dikatakan bahawa besi adalah logam allotropik.

Alotrope BCC adalah besi biasa (ferromagnetik), yang mana orang tahu begitu banyak dan tertarik dengan magnet. Apabila ia dipanaskan di atas 771 ºC, ia menjadi paramagnetik, dan walaupun kristal mereka hanya meluas, mereka menganggap "fasa baru" ini sebagai β-fe. Alotrop besi yang lain juga paramagnetik.

Antara 910 ºC dan 1394 ºC, besi adalah seperti austenite atau γ-Fe alotropic, yang strukturnya berpusat pada muka, FCC. Penukaran antara Austenita dan Ferrita mempunyai kesan penting terhadap pembuatan keluli; Oleh kerana, atom karbon lebih larut dalam austenit daripada di ferit.

Dan kemudian, di atas 1394 ºC ke titik leburnya (1538 ºC), besi memulihkan struktur BCC, δ-FE; Tetapi tidak seperti ferit, alotropik ini adalah paramagnetik.

Opsilon Iron

Dengan meningkatkan tekanan kepada 10 GPa, pada suhu beberapa ratus darjah Celsius, α atau ferit alotropic berkembang kepada alotrope ε, epsilon, yang dicirikan oleh kristal dalam struktur heksagon padat; iaitu, dengan atom iman yang paling padat. Ini adalah bentuk besi allotropik keempat.

Sebilangan kajian berteori mengenai kemungkinan keletihan besi lain di bawah tekanan tersebut, tetapi pada suhu yang lebih tinggi.

-Pautan logam

Terlepas dari alotropo besi dan suhu yang "menggegarkan" atom imannya, atau tekanan yang padat mereka, mereka berinteraksi antara satu sama lain dengan elektron yang sama dari Valencia; Ini adalah, yang ditunjukkan dalam konfigurasi elektronik mereka:

[AR] 3D⁶ 4s²

Oleh itu, terdapat lapan elektron yang mengambil bahagian dalam ikatan logam, sama ada sama ada ia melemahkan atau menguatkan semasa peralihan allotropik. Ia juga lapan elektron yang menentukan sifat besi seperti kekonduksian terma atau elektrik mereka.

-Nombor pengoksidaan

Nombor pengoksidaan yang paling penting (dan biasa) besi adalah +2 (iman²⁺) dan +3 (iman³⁺). Malah, tatanama konvensional hanya menganggap kedua -dua nombor atau negeri ini. Walau bagaimanapun, terdapat sebatian di mana besi boleh menang atau kehilangan jumlah elektron lain; iaitu kewujudan kation lain diandaikan.

Sebagai contoh, besi juga boleh mempunyai nombor pengoksidaan +1 (iman⁺), +4 (iman⁴⁺), +5 (iman⁵⁺), +6 (iman⁶⁺) dan +7 (iman⁷⁺). Spesies anionik ferrato, jelek₄^2-, Ia mempunyai besi dengan bilangan pengoksidaan +6, kerana empat atom oksigen telah mengoksidakannya dengan begitu melampau.

Begitu juga, besi boleh mempunyai nombor pengoksidaan negatif; seperti: -4 (iman^4-), -2 (iman^2-) dan -1 (iman^-). Walau bagaimanapun, sebatian yang mempunyai pusat besi dengan keuntungan elektron ini sangat jarang berlaku. Itulah sebabnya, walaupun ia melebihi mangan dalam aspek ini, bentuk terakhir ini lebih stabil dengan pelbagai keadaan pengoksidaan.

Hasilnya, untuk tujuan praktikal, hanya pertimbangkan iman²⁺ atau iman³⁺; Kation lain dikhaskan untuk beberapa ion atau sebatian tertentu.

Bagaimana ia diperoleh?

Perhiasan keluli, aloi besi yang paling penting. Sumber: Pxhere.

Koleksi bahan mentah

Ia mesti diteruskan ke lokasi mineral yang paling sesuai untuk eksploitasi mineral besi. Mineral yang paling banyak digunakan adalah yang berikut: hematit (iman₂Sama ada₃), Magnetite (iman₃Sama ada₄) Limonit (hodoh · oh · nh₂O) dan siderit (FECO₃).

Boleh melayani anda: Chrome Chloride (CRCL3): Struktur, Hartanah, Kegunaan

Kemudian, langkah pertama dalam pengekstrakan adalah untuk mengumpul batu dengan oren bijih besi. Batu -batu ini dihancurkan untuk memotong mereka dengan saiz kecil. Seterusnya, terdapat fasa pemilihan serpihan batu dengan mineral besi.

Dalam pemilihan dua strategi diikuti: penggunaan medan magnet dan pemendapan di dalam air. Serpihan batu tertakluk kepada medan magnet dan serpihan dengan mineral berorientasikan di dalamnya, dapat dipisahkan.

Dalam kaedah kedua, serpihan berbatu dilepaskan ke dalam air dan yang mengandungi besi kerana ia lebih berat di sedimen di bahagian bawah air, berada di bahagian atas ini tawar -menawar kerana ia adalah berat yang lebih rendah.

Relau letupan

Ketuhar tinggi di mana keluli dihasilkan. Sumber: Pixabay.

Mineral besi diangkut ke ketuhar yang tinggi, di mana mereka tumpah bersama dengan arang batu yang mempunyai kertas bahan api dan pembekal karbon. Di samping itu, batu kapur atau batu kapur ditambah, yang memenuhi fungsi pengasas.

Ke ketuhar pendek, dengan campuran sebelumnya, udara panas disuntik pada suhu 1.000 ºC. Besi cair dengan pembakaran arang batu yang membawa suhu ke 1.800 ºC. Sekali cecair dipanggil Arrabio, yang berkumpul di bahagian bawah ketuhar.

Arrabio diekstrak dari ketuhar dan dituangkan ke dalam bekas yang akan diangkut untuk penumpang baru; Walaupun sanga, kekotoran terletak di permukaan arrabio, dibuang.

Arrabio dicurahkan dengan penggunaan sudu casting dalam ketuhar penukar, bersama -sama dengan batu berkapur sebagai cair, dan oksigen diperkenalkan pada suhu tinggi. Oleh itu, kandungan karbon dikurangkan, menyempurnakan Arrabio untuk menjadikannya keluli.

Seterusnya, keluli diluluskan melalui ketuhar elektrik untuk pengeluaran keluli khas.

Aplikasi

-Besi logam

Jambatan Besi di England, salah satu pembinaan soya yang dibuat dengan besi atau aloi. Sumber: Tiada pengarang yang boleh dibaca mesin yang disediakan. Jasonjsmith diasumsikan (berdasarkan tuntutan hak cipta). [Domain awam]

Kerana ia adalah logam pengeluaran yang rendah, mudah dibentuk, mulur dan berubah menjadi tahan kakisan, telah dicapai bahawa ia adalah logam yang paling berguna untuk manusia, dalam bentuk yang berbeza: yang dipalsukan, cair dan keluli dari pelbagai jenis.

Besi digunakan untuk pembinaan:

-Jambatan

-Pangkalan untuk bangunan

-Pintu dan tingkap

-Bot

-Alat yang berbeza

-Paip untuk air minuman

-Tiub untuk koleksi air kumbahan

-Perabot Taman

-Gred untuk keselamatan isi rumah

Ia juga digunakan dalam penghuraian perkakas isi rumah, seperti periuk, kuali, pisau, pemegang. Di samping itu, ia digunakan dalam pembuatan peti sejuk, dapur, mesin basuh, mesin basuh pinggan mangkuk, pengisar, ketuhar, toaster.

Singkatnya, besi hadir di semua objek di sekitar lelaki.

Nanopartikel

Besi logam juga disediakan sebagai nanopartikel, yang sangat reaktif dan mengekalkan sifat magnet pepejal makroskopik.

Lingkaran iman ini (dan pelbagai morfologi tambahan) digunakan untuk membersihkan air sebatian organoklorin, dan sebagai sokongan dadah yang diambil untuk memilih kawasan badan dengan menggunakan medan magnet.

Mereka juga boleh berfungsi sebagai sokongan pemangkin dalam reaksi di mana ikatan karbon dipecahkan, C-C.

-Sebatian besi

Oksida

Ferrous, oksida hodoh digunakan sebagai pigmen untuk kristal. Ferric Oxide, Iman₂Sama ada₃, Ia adalah asas bagi satu siri pigmen yang berkisar dari kuning ke merah, yang dikenali sebagai Venetian Red. Bentuk merah, yang dipanggil rouge, digunakan untuk menggilap logam dan berlian berharga.

Ferrosopherric Oxide, Iman₃Sama ada₄, Ia digunakan dalam ferritas, bahan dengan aksesibiliti magnet yang tinggi dan ketahanan elektrik, boleh digunakan dalam kenangan komputer tertentu dan salutan pita magnet. Ia juga telah digunakan sebagai ejen pigmen dan penggilap.

Sulfat

Heptahydrate Ferrous Sulfate, Feso₄· 7h₂Atau, ia adalah bentuk sulfat ferus yang paling biasa, yang dikenali sebagai vitriol hijau atau tembaga. Ia digunakan sebagai ejen pengurangan dan pembuatan dakwat, baja dan racun perosak. Ia juga dapat digunakan dalam galvanoplasti besi.

Ferric Sulfate, Iman₂(SW₄)₃, Ia digunakan untuk mendapatkan alumin besi dan sebatian ferrik lain. Ia berfungsi sebagai koagulan dalam pemurnian air kumbahan, dan sebagai mordan dalam pewarna tekstil.

Klorida

Ferrous Chloride, FECL₂, Ia digunakan sebagai ejen mordan dan pengurangan. Sementara itu, ferric chloride, FECL₃, Ia digunakan sebagai ejen pengklorinan logam (perak dan tembaga) dan beberapa sebatian organik.

Rawatan iman³⁺ Dengan ion hexocianoferrato [Fe (CN)₆]^-4 menghasilkan endapan biru, yang dipanggil Prussia Blue, digunakan dalam lukisan dan lacquers.

Boleh melayani anda: natrium bisulfite (nahso3): struktur, sifat, kegunaan, memperoleh

Makanan besi

Kerang adalah sumber makanan yang kaya dengan besi. Sumber: Pxhere.

Secara umum, pengambilan 18 mg/Hari Besi disyorkan. Antara makanan yang menyediakannya dalam diet harian adalah seperti berikut:

Makanan laut menyumbang besi di hemin, jadi tidak ada perencatan dalam penyerapan usus yang sama. Kerang menyumbang sehingga 28 mg besi setiap 100 g; Oleh itu, jumlah kerang ini cukup untuk membekalkan keperluan besi harian.

Bayam mengandungi 3.6 mg besi setiap 100 g. Daging organ vaksin, contohnya hati daging lembu, mengandungi 6.5 mg besi setiap 100 g. Kemungkinan sumbangan puding hitam agak lebih tinggi. Puding hitam terdiri daripada bahagian usus kecil, dipenuhi dengan darah daging lembu.

Kekacang, seperti lentil, mengandungi 6.6 mg besi untuk 198 g. Daging merah mengandungi 2.7 mg besi setiap 100 g. Benih labu mengandungi 4.2 mg setiap 28 g. Quinoa mengandungi 2.8 mg besi setiap 185 g. Daging ayam belanda gelap mengandungi 2.3 mg setiap 100 g. Brokoli mengandungi 2.3 mg setiap 156 mg.

Tauhu mengandungi 3.6 mg setiap 126 g.  Sementara itu, coklat hitam mengandungi 3.3 mg setiap 28 g.

Kertas Biologi

Fungsi yang dimainkan oleh besi, terutamanya dalam makhluk hidup vertebrata, tidak terhitung jumlahnya. Dianggarkan bahawa lebih daripada 300 enzim memerlukan besi untuk operasinya. Antara enzim dan protein yang menggunakannya adalah seperti berikut:

-Protein yang mempunyai kumpulan hemo dan tidak mempunyai aktiviti enzimatik: hemoglobin, myoglobin dan neuroglobin.

-Enzim dengan kumpulan hemo yang terlibat dalam pengangkutan elektron: cytochromes A, B, dan F, dan cytochrome oxidases dan/atau aktiviti oksidase; Oxidase sulfite, cytochrome P450 oxidase, myeloperoxidase, peroxidase, catalase, dll.

-Protein yang mengandungi gula-gula besi, yang berkaitan dengan aktiviti oxyreductive, yang terlibat dalam pengeluaran tenaga: succinate dehydrogenase, isocitrate dehydrogenase dan aconitase, atau enzim yang terlibat dengan replikasi dan pembaikan DNA: DNA-polimerasa dan DNA-heliclasas.

-Enzim tidak menjadi pewaris bahawa mereka menggunakan besi sebagai cofactor untuk aktiviti pemangkin mereka: fenilalanin hidrolase, hidrolase tyrosine, hydrolase tryptophan dan hydrolase berbaring.

-Tiada protein hemo yang bertanggungjawab untuk pengangkutan dan penyimpanan besi: ferritin, transferrin, haptoglobin, dll.

Risiko

Ketoksikan

Risiko pendedahan kepada besi berlebihan boleh menjadi akut atau kronik. Penyebab keracunan besi akut boleh menjadi pengambilan tablet besi yang berlebihan, dalam bentuk glukonat, fumarate, dll.

Besi boleh menyebabkan kerengsaan mukosa usus, yang ketidakselesaannya ditunjukkan dengan segera selepas pengambilan dan hilang pada 6 hingga 12 jam. Besi yang diserap disimpan di organ yang berbeza. Pengumpulan ini boleh menyebabkan perubahan metabolik.

Sekiranya jumlah besi yang ditelan adalah toksik, ia boleh menyebabkan perforasi usus dengan peritonitis.

Dalam sistem kardiovaskular menghasilkan hipovolemia yang boleh disebabkan oleh pendarahan gastrousus, dan pelepasan besi dari bahan vasoaktif, seperti serotonin dan histamin. Akhirnya mungkin berlaku, nekrosis hati dan kegagalan hati.

Hemochromatism

Hemochromatism adalah penyakit keturunan yang mempunyai perubahan dalam mekanisme untuk mengawal selia besi badan, yang menunjukkan peningkatan kepekatan darah besi dan pengumpulannya dalam organ yang berbeza; di antara mereka hati, hati dan pankreas.

Gejala awal penyakit adalah seperti berikut: sakit sendi, sakit perut, keletihan dan kelemahan. Dengan gejala berikut dan tanda -tanda penyakit berikutnya: diabetes, kehilangan keinginan seksual, mati pucuk, kegagalan jantung dan kegagalan hati.

Hososiderosis

Hermosiderosis dicirikan, seperti yang ditunjukkan oleh namanya, dengan pengumpulan hososiderina dalam tisu. Ini tidak menyebabkan kerosakan tisu, tetapi ia boleh berubah menjadi kerosakan yang serupa dengan yang diperhatikan dalam hemochromatisme.

Hoserosis boleh dihasilkan oleh sebab -sebab berikut: Peningkatan penyerapan besi diet, anemia hemolitik yang melepaskan besi dari erythrocytes, dan pemindahan darah yang berlebihan.

Hermosyrosis dan hemochromatisme boleh disebabkan oleh fungsi hormon hepcidine yang tidak sesuai, hormon yang dirembeskan oleh hati yang campur tangan dalam peraturan besi badan.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat). MC Graw Hill.
2. Foist l. (2019). Allotropes Iron: Jenis, Ketumpatan, Kegunaan & Fakta. Kajian. Pulih dari: belajar.com
3. Jayanti s. (s.F.). Allotropy besi: termodinamik dan struktur kristal. Metalurgi. Pulih dari: kejuruteraan.com
4. Nanoshel. (2018). Kuasa nano besi. Pulih dari: nanoshel.com
5. Wikipedia. (2019). Besi. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
6. Sejarah Shropshire. (s.F.). Sifat besi. Pulih dari: shropshirehistory.com
7. Dr. Dough Stewart. (2019). Fakta elemen besi. Pulih dari: chemicool.com
8. Franziska Spritzler. (18 Julai 2018). 11 makanan sihat kaya dengan besi. Pulih dari: kesihatan.com
9. Lentech. (2019). Jadual Tempoh: Besi. Pulih dari: lentech.com
10. Editor enyclopaedia Britannica. (13 Jun, 2019). Besi. Encyclopædia Britannica. Pulih dari: Britannica.com