Järn (element) egenskaper, kemisk struktur, användningar

han järn Det är en övergångsmetall som tillhör grupp 8 eller viiib i det periodiska tabellen och är representerad med FE -kemisk symbol. Det är en gråaktig metall, duktil, formbar och av stor hållfasthet, som används i många tillämpningar som är mycket användbara för människor och samhälle.

Det utgör 5% av jordskorpan och är också den näst vanligaste metallen efter aluminium. Dessutom övervinns dess överflöd av syre och kisel. Men med avseende på jordens kärna består 35% av den av metalliskt och flytande järn.

Alchemist-HP (samtal) (www.Pse-mendelejew.av) [fal eller gfdl 1.2 (http: // www.gnu.Org/licenser/gamla licenser/FDL-1.2.html)]

Utanför den markbundna kärnan är järn inte metall, eftersom det snabbt oxideras när den utsätts för den fuktiga luften. Det är beläget i basaltiska bergarter, kolhaltiga sediment och meteoriter; Generellt i legering med nickel, som i Kamacita Mineral.

De viktigaste järnmineralerna som används för gruvningsutnyttjande är följande: hematit (järnoxid, tro₂ANTINGEN₃), Magnetit (ferrosoferrisk oxid, tro₃ANTINGEN₄), Limonit (hydratiserad järnhydroxid, [Ugly (OH) · NH₂O]), och sideriten (järnkarbonat, feco₃).

I genomsnitt har människan ett 4,5 g järninnehåll, varav 65 % är i form av hemoglobin. Detta protein ingriper i transport av syre i blodet och i dess distribution till de olika vävnaderna, för efterföljande insamling av myoglobin och neuroglobin.

Trots de många fördelarna med järn för människan kan överskottsmetall ha mycket allvarliga toxiska verkningar, särskilt på levern, det kardiovaskulära systemet och bukspottkörteln; Sådan är fallet med ärftlig hematokromatismsjukdom.

Järn är synonymt med konstruktion, styrka och krig. Å andra sidan, efter dess överflöd är det alltid ett alternativ att överväga när det gäller utvecklingen av nya material, katalysatorer, läkemedel eller polymerer; Och trots den röda färgen på sina rostiga är det en miljömässig grön metall.

[TOC]

Historia

Antikvitet

Järn åtalades i årtusenden. Det är emellertid svårt att hitta järnföremål i sådana forntida åldrar på grund av deras mottaglighet för korro, vilket orsakar dess förstörelse. De äldsta järnobjekten gjordes med de som hittades i meteoriterna.

Sådan är ett slags konton som utarbetats 3500 till.c., finns i Gerzah, Egypten och en dolk som finns i Tutankhamuns grav. Järnmeteoriter kännetecknas av ett högt nickelinnehåll, så det var möjligt att identifiera deras ursprung i dessa objekt.

Bevis på gjutjärn i Asmar, Mesopotamia och Tail Chagar Bazaar, i Syrien, hittades också mellan 3000 och 2700 till 2700 till.c. Även om järngjuteriet började i bronsåldern tog det århundraden där det kunde flytta till brons.

Dessutom hittades gjutjärnartefakter i Indien, 1800 till 1200 till.c. Och i Levante, cirka 1500 till.c. Man tror att järnåldern började år 1000 till.c., Genom att minska kostnaden för produktionen.

Visas i Kina mellan 700 och 500 till.c., Troligen transporteras genom Centralasien. De första järnobjekten hittades i Luhe Jiangsu, Kina.

Europa

Forged Iron producerades i Europa med hjälp av gala samtal. För processen krävdes användning av kol som bränsle.

De höga medeltida ugarna var 3,0 m höga, de var gjorda av igniferade tegelstenar och luften tillfördes av manuella bälgar. 1709 etablerade Abraham Darby en kort koksugn för att producera gjutjärn och ersätta vegetabiliskt kol.

Tillgängligheten till billigt järn var en av de faktorer som ledde till den industriella revolutionen. Under denna period började raffineringen av det järnstörda järnet, som användes för att bygga broar, fartyg, avlagringar etc.

Stål

Stål använder en kolkoncentration större än smidesjärn. Stål inträffade i Luristan, Persien, år 1000 till.c. I den industriella revolutionen utformades nya metoder för att producera järnstänger utan kol, som sedan användes för att producera stål.

I slutet av 1850 -talet designade Henry Bessemer för att blåsa luften till den smälta Arrabio för att producera sött stål, vilket gjorde produktionen av det mest ekonomiska stålet. Detta resulterade i en minskning av smidesjärnproduktionen.

Egenskaper

https: // giphy.com/gifs/metall-aluminum-73sauwqj7xhc

Utseende

Metallisk glans med ett gråaktigt färgämne.

Atomvikt

55 845 U.

Atomantal (z)

26

Smältpunkt

1.533 ºC

Kokpunkt

2.862 ºC

Densitet

-Omgivningstemperatur: 7 874 g/ml.

-Fusionspunkt (vätska): 6 980 g/ml.

Fusionsvärme

13,81 kJ/mol

Förångningsvärme

340 kJ/mol

Kan tjäna dig: kaliumhypoklorit (KCLO)

Molorisk kapacitet

25.10 J/(mol · k)

Joniseringsenergi

-Första joniseringsnivån: 762,5 kJ/mol (tro⁺ gasformig)

-Andra joniseringsnivån: 1.561,9 kJ/mol (tro²⁺ gasformig)

-Tredje nivåjonisering: 2.957, kJ/mol (tro³⁺ gasformig)

Elektronnegativitet

1.83 på Pauling -skalan

Atomradio

Empirisk 126 pm

Värmeledningsförmåga

80.4 W/(M · K)

Elektrisk resistans

96,1 Ω · m (vid 20 ºC)

Curie Point

770 ° C, ungefär. Vid denna temperatur upphör järn att vara ferromagnetisk.

Isotoper

Stabila isotoper: ⁵⁴Tro, med ett överflöd på 5,85%; ⁵⁶Tro, med ett överflöd på 91,75%; ⁵⁷Tro, med ett överflöd på 2,12%; och ⁵⁷Tro, med ett överflöd på 0,28%. Vara den ⁵⁶Tro Den mest stabila och rikliga isotopen är inte förvånad över att järnens atomvikt är mycket nära 56 U.

Medan radioaktiva isotoper är: ⁵⁵Tro, ⁵⁹Tro och ⁶⁰Tro.

Elektronisk struktur och konfiguration

-Alotroper

Järn vid rumstemperatur kristalliseras i den kubiska strukturen med fokus på kroppen (BCC), som också kallas a-Fe eller ferrit (inom metallurgisk jargong). Eftersom du kan anta olika kristallina strukturer beroende på temperatur och tryck sägs det att järn är en allotropisk metall.

BCC -alotropen är vanligt järn (ferromagnetiskt), som folk vet så mycket och lockas till magneter. När det värms upp över 771 ºC blir det paramagnetiskt, och även om deras kristall endast utvidgas, ansåg de denna "nya fas" som ß-FE. De andra järnalotroperna är också paramagnetiska.

Mellan 910 ºC och 1394 ºC är järn som Austenite eller y-Fe Alotropic, vars struktur är kubikcentrerad på ansikten, FCC. Omvandlingen mellan Austenita och Ferrita har en viktig inverkan på ståltillverkning; Sedan är kolatomer mer lösliga i austeniten än i ferriten.

Och sedan över 1394 ºC till sin smältpunkt (1538 ºC), återgår järnet om BCC, 5-FE-strukturen; Men till skillnad från ferriten är denna alotropiska paramagnetisk.

Opsilonjärn

Genom att öka trycket till 10 GPa, vid en temperatur på några hundra Celsius -grader, utvecklas a- eller ferritalotropen till alotropen ε, Epsilon, kännetecknad av kristallisering i en kompakt hexagonal struktur; det vill säga med de mest komprimerade troatomerna. Detta är den fjärde allotropiska järnformen.

Vissa studier teoretiserar om den möjliga existensen av andra järnstrykjärn under sådana tryck, men vid ännu högre temperaturer.

-Metalllänk

Oavsett järn Alotropo och temperaturen som "agiterar" sina troatomer, eller trycket som kompakterar dem, interagerar de med varandra med samma elektroner i Valencia; Dessa är de som visas i deras elektroniska konfiguration:

[AR] 3D⁶ 4S²

Därför finns det åtta elektroner som deltar i metallbindningen, oavsett om det försvagas eller stärks under allotropiska övergångar. Det är också dessa åtta elektroner som definierar järnegenskaper som deras termiska eller elektriska konduktivitet.

-Oxidationsnummer

De viktigaste oxidationsnumren (och vanliga) av järn är +2 (tro²⁺) och +3 (tro³⁺). I själva verket anser den konventionella nomenklaturen endast dessa två siffror eller stater. Det finns emellertid föreningar där järn kan vinna eller förlora en annan mängd elektroner; det vill säga förekomsten av andra katjoner antas.

Till exempel kan järn också ha +1 oxidationsnummer (tro⁺), +4 (tro⁴⁺), +5 (tro⁵⁺), +6 (tro⁶⁺) och +7 (tro⁷⁺). Den ferrato -anjoniska arten, ful₄^2-, Det har järn med ett oxidationsnummer +6, eftersom de fyra syreatomerna har oxiderat det till en sådan extrem.

På samma sätt kan järn ha negativa oxidationsnummer; som: -4 (tro^4-), -2 (tro^2-) och -1 (tro^-). Föreningar som har järncentra med dessa elektronvinster är emellertid mycket sällsynta. Det är därför, även om det överskrider mangan i denna aspekt, denna sista form mycket mer stabila föreningar med sitt utbud av oxidationstillstånd.

Resultatet för praktiska ändamål, överväg bara tro²⁺ eller tro³⁺; De andra katjonerna är reserverade för vissa specifika joner eller föreningar.

Hur erhålls det?

Stålprydnader, den viktigaste järnlegeringen. Källa: Pxhere.

Råmaterialuppsamling

Det måste fortsätta till platsen för de mest lämpliga mineralerna för mineralutnyttjande av järn. De mest använda mineralerna att få är följande: hematit (tro₂ANTINGEN₃), Magnetit (tro₃ANTINGEN₄) Limonite (ful · OH · NH₂O) och siderit (feco₃).

Kan tjäna dig: kromklorid (CRCL3): Struktur, egenskaper, användningar

Sedan är det första steget i extraktion att samla klipporna med järnmalm orenor. Dessa stenar krossas för att fragmentera dem i bitar av små storlekar. Därefter finns det en urvalsfas av bergarternas fragment med järnmineral.

I urvalet följs två strategier: Användning av ett magnetfält och sedimentation i vatten. Stenfragment utsätts för ett magnetfält och fragment med mineraler är orienterade i det, att kunna separeras.

I den andra metoden släpps de steniga fragmenten ut i vattnet och de som innehåller järn eftersom de är tyngre är sedimerade i botten av vattnet, som är på toppen av detta förhandlingen eftersom det är av mindre vikt.

Smältugn

Hög ugn där stål produceras. Källa: Pixabay.

Järnmineraler transporteras till de höga uggarna, där de spillas tillsammans med kokkol som har bränslebolaget och kolleverantören. Dessutom tillsätts kalksten eller kalksten, vilket möter grundarens funktion.

Till den korta ugnen, med föregående blandning, injiceras varm luft vid en temperatur av 1.000 ºC. Järn smälter genom förbränning av kol som transporterar temperaturen till 1.800 ºC. När vätska kallas Arrabio, som ackumuleras längst ner i ugnen.

Arrabio extraheras från ugnen och hälls i behållare som ska transporteras för ett nytt gjuteri; Medan slaggen, orenhet belägen på ytan av arrabio, kasseras.

Arrabio hälls genom användning av skedar av gjutning i en omvandlarugn, tillsammans med kalkhaltig sten som smälta, och syre införs vid hög temperatur. Således reduceras kolinnehållet och förädlar Arrabio för att förvandla det till stål.

Därefter passeras stål genom elektriska ugnar för produktion av specialstål.

Ansökningar

-Metalljärn

Iron Bridge i England, en av de sojakonstruktioner som är gjorda med järn eller dess legeringar. Källa: Ingen maskinläsbar författare tillhandahållen. Jasonjsmith antog (baserat på upphovsrättsanspråk). [Allmängods]

Eftersom det är en låg produktionsmetall, formbar, duktil och förvandlas till korrosionsbeständig har det uppnåtts att det är den mest användbara metallen för människan, i dess olika former: smidd, smält och stål av olika typer.

Järn används för konstruktion av:

-Broar

-Baser för byggnader

-Dörrar och fönster

-Båtar

-Olika verktyg

-Rör för dricksvatten

-Rör för avloppsuppsamling

-Trädgårdsmöbler

-Betyg för hushållens säkerhet

Det används också i utarbetandet av hushållsredskap, som krukor, kokkärl, knivar, hållare. Dessutom används det vid tillverkning av kylskåp, kök, tvättmaskiner, diskmaskin, blandare, ugnar, brödrostar.

Kort sagt, järn finns i alla föremål kring man.

Nanopartiklar

Metalliskt järn förbereder sig också som nanopartiklar, som är mycket reaktiva och behåller de magnetiska egenskaperna hos det makroskopiska fasta ämnet.

Dessa trosfärer (och dess flera ytterligare morfologier) används för att rena vatten i organoklorföreningar, och som läkemedelsstöd som tagits för att välja regioner i kroppen genom att applicera ett magnetfält.

De kan också tjäna som katalytiska stöd i reaktioner där kolbindningar bryts, c-c.

-Järnföreningar

Oxider

Ferrous, ful oxid används som ett pigment för kristaller. Järnoxid, tro₂ANTINGEN₃, Det är grunden för en serie pigment som sträcker sig från gult till rött, känd som venetiansk röd. Den röda formen, kallad Rouge, används för att polera ädelmetaller och diamanter.

Ferrosoferrisk oxid, tro₃ANTINGEN₄, Det används i ferritas, ämnen med hög magnetisk tillgänglighet och elektrisk resistivitet, användbar i vissa datorminnen och i magnetbandbeläggningen. Det har också använts som pigment och poleringsmedel.

Sulfat

Heptahydrat järnsulfat, feso₄· 7h₂Eller det är den vanligaste formen av järnhaltig sulfat, känd som grön vitriol eller koppar. Det används som reducerande medel och i tillverkning av bläck, gödselmedel och bekämpningsmedel. Den hittar också användning i galvanoplastik av järn.

Järnsulfat, tro₂(SW₄)₃, Det används för att erhålla järnalumin och andra järnföreningar. Det fungerar som koagulant i rening av avloppsvatten och som en mordant i textilfärgämne.

Klorider

Järnklorid, FECL₂, Det används som ett mordant och reducerande medel. Under tiden järnklorid, FECL₃, Det används som ett metallkloreringsmedel (silver och koppar) och vissa organiska föreningar.

Behandling av tro³⁺ Med hexocianoferrato -jonen [Fe (CN)₆]^-4 producerar en blå fällning, kallad Preussen blå, används i målningar och lacker.

Kan tjäna dig: natriumbisulfit (nahso3): struktur, egenskaper, användningar, erhålla

Järnmat

Musslorna är en matkälla rik på järn. Källa: Pxhere.

I allmänhet rekommenderas ett intag av 18 mg/järndag. Bland de livsmedel som tillhandahåller det i den dagliga dieten är följande:

Skaldjur bidrar med järn i hemin, så det finns ingen hämning i tarmabsorptionen av samma. Muslig bidrar upp till 28 mg järn per 100 g av den; Därför skulle denna mängd mussla räcka för att tillhandahålla det dagliga järnbehovet.

Spenaten innehåller 3,6 mg järn per 100 g. Vaccinos orgelkött, till exempel kalvköttleveren, innehåller 6,5 mg järn per 100 g. Det är troligt att bidraget från den svarta puddingen är något högre. Den svarta puddingen består av delar av tunntarmen, fylld med nötköttblod.

Baljväxter, såsom lins, innehåller 6,6 mg järn för 198 g. Rött kött innehåller 2,7 mg järn per 100 g. Pumpafrön innehåller 4,2 mg per 28 g. Quinoa innehåller 2,8 mg järn per 185 g. Mörkt kalkonkött innehåller 2,3 mg per 100 g. Broccoli innehåller 2,3 mg per 156 mg.

Tofuen innehåller 3,6 mg per 126 g.  Samtidigt innehåller svart choklad 3,3 mg per 28 g.

Biologiskt papper

De funktioner som järn spelar, särskilt i ryggradsdjur, är otaliga. Det uppskattas att mer än 300 enzymer kräver järn för sin drift. Bland enzymer och proteiner som använder det är följande:

-Proteiner som har hemo -gruppen och inte har någon enzymatisk aktivitet: hemoglobin, myoglobin och neuroglobin.

-Enzymer med hemo -gruppen involverade i transport av elektroner: cytokrom A, B och F och cytokromoxidaser och/eller oxidasaktivitet; Oxidas sulfit, cytokrom P450 oxidas, myeloperoxidas, peroxidas, katalas, etc.

-Proteins containing iron-sugar, related to oxyreductive activities, involved in energy production: succinate dehydrogenase, isocitrate dehydrogenase and aconitase, or enzymes involved with the replication and repair of DNA: DNA-POLIMERASA and DNA-HELICLASAS.

-Enzymer arvar inte att de använder järn som en kofaktor för sin katalytiska aktivitet: fenylalaninhydrolas, hydrolas -tyrosin, hydrolas tryptofan och hydrolas liggande.

-Inga hemo -proteiner ansvariga för transport och lagring av järn: ferritin, transferrin, haptoglobin, etc.

Risker

Giftighet

Riskerna för exponering för överskott av järn kan vara akuta eller kroniska. En orsak till akut järnförgiftning kan vara det överdrivna intaget av järntabletter, i form av glukonat, fumarat, etc.

Järn kan orsaka en irritation av tarmslemhinnan, vars obehag manifesteras omedelbart efter intaget och försvinner vid 6 till 12 timmar. Det absorberade järnet avsätts i olika organ. Denna ackumulering kan orsaka metaboliska förändringar.

Om mängden järn intagna är giftigt kan det orsaka tarmperforering med peritonit.

I det kardiovaskulära systemet producerar hypovolemi som kan orsakas av gastrointestinal blödning och järnfrisättning från vasoaktiva ämnen, såsom serotonin och histamin. Det kan i slutändan inträffa, massiv levernekros och leversvikt.

Hemokromatism

Hemokromatism är en ärftlig sjukdom som har en förändring i mekanismen för att reglera kroppsjärn, som manifesteras i en ökning av blodkoncentrationen av järn och dess ackumulering i olika organ; bland dem levern, hjärtat och bukspottkörteln.

De första symtomen på sjukdomen är följande: ledvärk, buksmärta, trötthet och svaghet. Med följande symtom och efterföljande tecken på sjukdomen: diabetes, förlust av sexuell lust, impotens, hjärtsvikt och leversvikt.

Hososideros

Hermosideros kännetecknas, vilket indikeras av dess namn, av ackumulering av Hososiderina i vävnader. Detta orsakar inte vävnadsskador, men det kan utvecklas till skador som liknar de som observerats i hemokromatism.

Hoseros kan produceras av följande orsaker: ökning av absorptionen av dietjärn, hemolytisk anemi som frigör järn från erytrocyter och överdrivna blodtransfusioner.

Hermosyros och hemokromatism kan bero på olämplig funktion av hepcidinhormonet, hormon som utsöndras av levern som ingriper i regleringen av kroppsjärn.

Referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). MC Graw Hill.
2. Foist L. (2019). Allotropes of Iron: Types, Density, Use & Facts. Studie. Återhämtat sig från: studie.com
3. Jayanti s. (s.F.). Allotropi av järn: termodynamik och kristallstrukturer. Metallurgi. Återhämtat sig från: ingenjörer.com
4. Nanoshel. (2018). Iron Nano Power. Återhämtat sig från: nanoshel.com
5. Wikipedia. (2019). Järn. Hämtad från: i.Wikipedia.org
6. Shropshire History. (s.F.). Järnegenskaper. Återhämtat sig från: Shropshirehistory.com
7. Doktor. Deg Stewart. (2019). Järnelement fakta. Återhämtat sig från: Chemicool.com
8. Franziska spritzler. (18 juli 2018). 11 hälsosamma livsmedel rika på järn. Återhämtat sig från: Healthline.com
9. Lentech. (2019). Period Tabell: Järn. Återhämtat sig från: Lentech.com
10. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (13 juni 2019). Järn. Encyclopædia Britannica. Återhämtat sig från: Britannica.com