Demir, atom numarası 26 olan D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sisteminin dördüncü periyodunun sekizinci grubunun yan alt grubunun bir elementidir. Fe (lat. Ferrum) sembolü ile gösterilir. Yer kabuğunda en yaygın metallerden biri (alüminyumdan sonra ikinci sırada). Orta aktiviteli metal, indirgeyici ajan.
Ana oksidasyon durumları - +2, +3
Basit demir maddesi, yüksek kimyasal reaktiviteye sahip, dövülebilir gümüş-beyaz bir metaldir: demir, yüksek sıcaklıklarda veya havadaki yüksek nemde hızla paslanır. Demir saf oksijende yanar ve ince bir şekilde dağılmış halde havada kendiliğinden tutuşur.
Basit bir maddenin kimyasal özellikleri - demir:
Oksijende paslanma ve yanma
1) Havada demir, nem varlığında kolayca oksitlenir (paslanma):
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
Sıcak demir tel oksijende yanar, kireç oluşturur - demir oksit (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)
2) Yüksek sıcaklıklarda (700–900°C) demir, su buharıyla reaksiyona girer:
3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Demir ısıtıldığında metal olmayanlarla reaksiyona girer:
2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)
4) Gerilim serisinde hidrojenin solundadır, seyreltik asitler HCl ve H2SO4 ile reaksiyona girer ve demir(II) tuzları oluşur ve hidrojen açığa çıkar:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaksiyonlar hava erişimi olmadan gerçekleştirilir, aksi takdirde Fe +2, oksijen tarafından yavaş yavaş Fe +3'e dönüştürülür)
Fe + H 2 SO 4 (seyreltilmiş) → FeSO 4 + H 2
Konsantre oksitleyici asitlerde demir yalnızca ısıtıldığında çözünür, hemen Fe3+ katyonuna dönüşür:
2Fe + 6H 2 SO 4 (kons.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (kons.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(soğuk, konsantre nitrik ve sülfürik asitlerde pasifleştirmek
Mavimsi bir bakır sülfat çözeltisine batırılan bir demir çivi, yavaş yavaş kırmızı metalik bakırla kaplanır.
5) Demir, sağında bulunan metalleri tuzlarının çözeltilerinden uzaklaştırır.
Fe + CuS04 → FeS04 + Cu
Demirin amfoterik özellikleri yalnızca kaynama sırasında konsantre alkalilerde görülür:
Fe + 2NaOH (%50) + 2H20= Na2 ↓+ H2
ve bir sodyum tetrahidroksoferrat(II) çökeltisi oluşur.
Teknik donanım- demir ve karbon alaşımları: dökme demir %2,06-6,67 C içerir, çelik% 0,02-2,06 C, diğer doğal safsızlıklar (S, P, Si) ve yapay olarak eklenen özel katkı maddeleri (Mn, Ni, Cr) sıklıkla mevcuttur; bu, demir alaşımlarına teknik olarak yararlı özellikler verir - sertlik, termal ve korozyon direnci, işlenebilirlik, vb. . .
Yüksek fırın demir üretim süreci
Dökme demir üretimi için yüksek fırın prosesi aşağıdaki aşamalardan oluşur:
a) sülfit ve karbonat cevherlerinin hazırlanması (kavurulması) - oksit cevherine dönüştürülmesi:
FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2.800°C, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2.500-600°C, -CO 2)
b) kokun sıcak hava ile yakılması:
C (kok) + O 2 (hava) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (kok) ⇌ 2 CO (700-1000 ° C)
c) oksit cevherinin karbon monoksit CO ile sırayla indirgenmesi:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
d) demirin karbürizasyonu (%6,67 C'ye kadar) ve dökme demirin eritilmesi:
Fe (t ) →(C(kola)900-1200°C) Fe (sıvı) (dökme demir, erime noktası 1145°С)
Dökme demir her zaman sementit Fe 2 C ve tane şeklinde grafit içerir.
Çelik üretimi
Dökme demirin çeliğe dönüştürülmesi, ısıtma yönteminde farklılık gösteren özel fırınlarda (konvertör, açık ocak, elektrikli) gerçekleştirilir; proses sıcaklığı 1700-2000 °C. Oksijenle zenginleştirilmiş havanın üflenmesi, fazla karbonun yanı sıra dökme demirden oksit formundaki kükürt, fosfor ve silikonun yanmasına yol açar. Bu durumda, oksitler ya egzoz gazları (CO2, SO2) şeklinde yakalanır ya da kolayca ayrılan bir cürufa - Ca3 (PO4)2 ve CaSi03 karışımına bağlanır. Özel çelikler üretmek için fırına diğer metallerin alaşım katkı maddeleri eklenir.
Fiş endüstride saf demir - örneğin bir demir tuzu çözeltisinin elektrolizi:
FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°С) (elektroliz)
(Demir oksitlerin hidrojenle indirgenmesi dahil başka özel yöntemler de vardır).
Saf demir, özel alaşımların üretiminde, elektromıknatısların ve transformatörlerin çekirdeklerinin imalatında, dökme demir - döküm ve çelik üretiminde, çelik - aşınmaya, ısıya ve korozyona dayanıklı olanlar da dahil olmak üzere yapısal ve alet malzemeleri olarak kullanılır. olanlar.
Demir(II) oksit F EO . Temel özelliklerin yüksek oranda baskın olduğu bir amfoterik oksit. Siyah, Fe 2+ O 2- iyonik bir yapıya sahiptir. Isıtıldığında önce ayrışır, sonra yeniden oluşur. Demirin havada yanması sonucu oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez. Asitlerle ayrışır, alkalilerle birleşir. Nemli havada yavaşça oksitlenir. Hidrojen ve kok ile indirgenir. Yüksek fırın demir eritme işlemine katılır. Seramik ve mineral boyaların bileşeni olarak kullanılır. En önemli reaksiyonların denklemleri:
4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)
FeO + 2HC1 (seyreltilmiş) = FeC12 + H2O
FeO + 4HNO3 (kons.) = Fe(NO3)3 +NO2 + 2H2O
FeO + 4NaOH = 2H20 + N4FeÖ3(kırmızı.) trioksoferrat(II)(400-500°C)
FeO + H 2 =H 2 O + Fe (ekstra saf) (350°C)
FeO + C (kok) = Fe + CO (1000 °C'nin üstünde)
FeO + CO = Fe + CO2 (900°C)
4FeO + 2H2O (nem) + O2 (hava) →4FeO(OH) (t)
6FeO + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)
Fiş V laboratuvarlar: demir (II) bileşiklerinin hava erişimi olmadan termal ayrışması:
Fe(OH)2 = FeO + H20 (150-200 °C)
FeCO3 = FeO + CO2 (490-550 °C)
Diiron(III) oksit - demir( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Çift oksit. Siyah, Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 iyonik yapısına sahiptir. Yüksek sıcaklıklara kadar termal olarak stabildir. Su ile reaksiyona girmez. Asitlerle ayrışır. Hidrojen ve sıcak demir ile indirgenir. Dökme demir üretiminde yüksek fırın prosesine katılır. Mineral boyaların bir bileşeni olarak kullanılır ( kırmızı kurşun), seramikler, renkli çimento. Çelik ürünlerin yüzeyinin özel oksidasyon ürünü ( kararma, mavileşme). Bileşimi demir üzerindeki kahverengi pas ve koyu pula karşılık gelir. Brüt Fe3O4 formülünün kullanılması önerilmez. En önemli reaksiyonların denklemleri:
2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (1538 °C'nin üstünde)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8НС1 (dil.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (kons.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (hava) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 ° C)
(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (ekstra saf, 1000 °C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800°C)
(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)
Fiş: demirin havada yanması (bkz.).
manyetit.
Demir(III) oksit F e203 . Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik oksit. Kırmızı-kahverengi, iyonik bir yapıya sahiptir (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Yüksek sıcaklıklara kadar termal olarak stabildir. Demirin havada yanması sonucu oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez, çözeltiden kahverengi amorf hidrat Fe2O3 nH2O çöker, asitler ve alkalilerle yavaş reaksiyona girer. Karbon monoksit ve erimiş demir ile azaltılır. Diğer metallerin oksitleriyle birleşerek çift oksitler oluşturur - spineller(teknik ürünlere ferrit denir). Yüksek fırın prosesinde dökme demirin eritilmesinde hammadde olarak, amonyak üretiminde katalizör olarak, seramik bileşeni, renkli çimentolar ve mineral boyalarda, çelik yapıların termit kaynağında, ses taşıyıcı olarak kullanılır. ve çelik ve cam için parlatma maddesi olarak manyetik bantlar üzerindeki görüntü.
En önemli reaksiyonların denklemleri:
6Fe 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °C)
Fe 2 O 3 + 6НС1 (dil.) →2FeС1 3 + ЗН 2 O (t) (600°С,р)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (kons.) →H 2 O+ 2 NAFeÖ 2 (kırmızı)dioksoferrat(III)
Fe 2 O 3 + MO=(M II Fe 2 II I)O 4 (M=Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (ekstra saf, 1050-1100 °C)
Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)
3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 °C)
Fiş laboratuvarda - demir (III) tuzlarının havada termal ayrışması:
Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)
4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)
Doğada - demir oksit cevherleri hematit Fe 2 O 3 ve limonit Fe 2 O 3 nH 2 O
Demir(II) hidroksit F e(OH)2 . Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik hidroksit. Beyaz (bazen yeşilimsi bir renk tonu ile), Fe-OH bağları ağırlıklı olarak kovalenttir. Termal olarak kararsız. Özellikle ıslandığında havada kolayca oksitlenir (kararır). Suda çözünmez. Seyreltik asitler ve konsantre alkalilerle reaksiyona girer. Tipik redüktör. Demirin paslanmasında bir ara üründür. Demir-nikel pillerin aktif kütlesinin üretiminde kullanılır.
En önemli reaksiyonların denklemleri:
Fe(OH)2 = FeO + H20 (150-200 °C, atm.N2)
Fe(OH)2 + 2HC1 (dil.) = FeC12 + 2H20
Fe(OH)2 + 2NaOH (> %50) = Na2 ↓ (mavi-yeşil) (kaynama)
4Fe(OH)2 (süspansiyon) + O2 (hava) →4FeO(OH)↓ + 2H2O (t)
2Fe(OH)2 (süspansiyon) +H202 (seyreltilmiş) = 2FeO(OH)↓ + 2H2O
Fe(OH)2 + KNO3 (kons.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)
Fiş: İnert bir atmosferde alkaliler veya amonyak hidratlı çözeltiden çökeltme:
Fe 2+ + 2OH (dil.) = Fe(OH)2 ↓
Fe 2+ + 2(NH3H2O) = Fe(OH)2 ↓+ 2NH4
Demir metahidroksit F eO(OH). Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik hidroksit. Açık kahverengi, Fe - O ve Fe - OH bağları ağırlıklı olarak kovalenttir. Isıtıldığında erimeden ayrışır. Suda çözünmez. Seyreltik bir alkalin çözelti altında tutulduğunda veya kurutulduğunda FeO(OH)'a dönüşen kahverengi amorf polihidrat Fe203 nH20 biçiminde çözeltiden çökelir. Asitlerle ve katı alkalilerle reaksiyona girer. Zayıf oksitleyici ve indirgeyici ajan. Fe(OH)2 ile sinterlendi. Demirin paslanmasında bir ara üründür. Sarı mineral boyalar ve emayeler için baz, atık gazlar için emici ve organik sentezde katalizör olarak kullanılır.
Fe(OH)3 bileşiminin bileşiği bilinmemektedir (elde edilmemiştir).
En önemli reaksiyonların denklemleri:
Fe203. nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 Ö) FeO(OH)→( Havada 560-700°C, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO(OH) + ZNS1 (dil.) = FeC13 + 2H20
FeO(OH)→ Fe 2 Ö 3 . nH 2 Ö-kolloid(NaOH (kons.))
FeO(OH)→ Nbir 3 [Fe(OH)6]beyaz, sırasıyla Na5 ve K4; her iki durumda da aynı bileşim ve yapıya sahip mavi bir ürün olan KFe III çöker. Laboratuvarda bu çökeltiye denir Prusya mavisi, veya Turnbull mavisi:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Başlangıç reaktiflerinin ve reaksiyon ürünlerinin kimyasal isimleri:
K3 Fe III - potasyum hekzasiyanoferrat (III)
K 4 Fe III - potasyum hekzasiyanoferrat (II)
КFe III - demir (III) potasyum hekzasiyanoferrat (II)
Ek olarak, Fe3+ iyonları için iyi bir reaktif, tiyosiyanat iyonu NСS -'dir, demir (III) onunla birleşir ve parlak kırmızı ("kanlı") bir renk ortaya çıkar:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Bu reaktif (örneğin KNCS tuzu formunda), içi pasla kaplanmış demir borulardan geçerse musluk suyundaki demir (III) izlerini bile tespit edebilir.
Gelirler cevherlerden Batı'da icat edildi. MÖ 2. binyılda Asya'nın bazı bölgeleri. örneğin; ardından kullanımı dağıtılmış Babil'de, Mısır'da, Yunanistan'da; Bronzları değiştirmek için, c. demir geldi. Litosferdeki içeriğe göre (ağırlıkça %4,65) l. Metaller arasında 2. sırada yer alır (alüminyum 1. sıradadır) ve yakl. 300 mineral (oksitler, sülfitler, silikatlar, karbonatlar vb.).
J. üç allotropik formda mevcut olabilir. modifikasyonlar: bcc ile a-Fe, fcc ile y-Fe ve bcc kristalli 8-Fe. ızgaralar; a-Fe, 769 "C'ye (Curie noktası) kadar ferromanyetiktir. y~Fe ve b-Fe modifikasyonları paramanyetiktir. Demir ve çeliğin ısıtma ve soğutma üzerine polimorfik dönüşümleri 1868'de D.K. Chernov tarafından keşfedilmiştir. Fe, değişken valans sergiler (bileşikler) 2 ve 3 değerlikli demir en kararlı olanıdır.Oksijenle birlikte demir FeO, Fe2O3 ve Fe3O4 oksitlerini oluşturur.Sıvının yoğunluğu (safsızlık içeriğiyle)< 0,01 мае %) 7,874 г/ /см3, /т=1539"С, /КИЛ*3200«С.
Demir, modern teknolojinin en önemli metalidir. Düşük mukavemeti nedeniyle saf haliyle. pratik kullanılmamış Temel masaj. Bileşimi ve özellikleri çok farklı olan alaşımlar formunda kullanılır. Alaşımların payı tüm metaliklerin ~%95'ini oluşturur. ürünler.
Saf Fe, tuzlarının sulu çözeltilerinin elektrolizi veya hidrojen ile indirgenmesi yoluyla küçük miktarlarda elde edilir. Yeterli temiz doğrudan restorasyon alın. aracısız cevher konsantrelerinden (yüksek fırın, fırın atlanarak), hidrojen, doğal gaz veya düşük sıcaklıklarda kömürden (sünger Fe, demir tozu, metalize peletler):
Sünger demir, elde edilen yüksek demir içeriğine sahip gözenekli bir kütledir. /'de oksitlerin azaltılması< /пл. Сырье - ж. руда, окатыши, железорудный концентрат и прокатная окалина , а восстановитель -углерод (некоксующийся уголь , антрацит , торф, сажа), газы (водород, конверторов., природ, и др. горючие газы) или их сочетание. Г. ж. для выплавки качеств, стали в электропечах, должно иметь степень металлизации рем/реобш ^ 85 % (желат. 92-95 %) и пустой породы < 4-5 %. Содержание углерода зависит от способа произ-ва г. ж. В процессах FIOR, SL-RN и HIB получают г. ж. с 0,2-0,7 % С, в процессе Midrex 0,8-2,5 % С. При газ. восстановлении содерж. 0,01-0,015 % S. Фосфор присутствует в виде оксидов и после расплавления переходит в шлак. Из г. ж., получаемого способами H-Iron, Heganes и Сулинского мет. з-да с 97-99 % FeM механич. измельчением с последующим отжигом изготовляют жел. порошок. Общая пористость г. ж. из руды - 45- 50 %, из окатышей 45-70 %. Насыпная масса - 1,6-2,1 т/м3. Для г. ж. характерна большая уд. поверхность , к-рая, включая внутр. пов-ть открытых пор, сост. 0,2-1 М3/г. Г. ж. имеет по-выш. склонность к вторичному окислению. При темп-pax в печи ниже 550-575 °С охлажд. металлизов. продукт пирофорен (самовозгорается на воздухе при комн. темп-ре). В совр. процессах г. ж. получают при / >700 °C, aktivitesini azaltır ve metalizasyon derecesinde gözle görülür bir azalma olmadan havada (nem yokluğunda) saklanmasına olanak tanır. Yüksek sıcaklık teknolojisi kullanılarak - /> 850 ° C'de üretilen G. l., nemlendirildiğinde ikincil oksidasyona karşı düşük bir eğilime sahiptir, bu da garanti eder. açık vagonlarda güvenli taşınması, deniz (nehir) taşımacılığı, açık istiflerde depolanması;
Doğrudan elde edilen demir - kimyasal, elektrokimyasal olarak elde edilen demir. veya kimyasal-termal. doğrudan yollar cevherden, yüksek fırını atlayarak, toz, sünger şeklinde. demir (metalize topaklar), kristal veya sıvı metal. Naib'de sünger üretimi gelişmeye başladı. 700-1150 °C'de gaz yöntemiyle ütülenir. maden ocaklarında cevherin (peletlerin) geri kazanılması ve TV kullanılması. rotasyondaki yakıt fırınlar %88-93 FeM'li demirli PP, çelik eritme için şarj olarak kullanılır ve daha yüksek içerikli (%98-99) demir üretimi için kullanılır. pudra;
Karbonil demir, ısıl işlemle elde edilen demir tozudur. demir pentakarbonilin ayrışması; yüksek saflıkla karakterize edilir;
yerli demir - doğada mineraller halinde bulunan demir. Telluriğin bulunduğu koşullara göre ayırt edilirler. veya karasal (nikel-demir) ve meteoritik (kozmik) s. Ve. Tellürik. demir nadir bir mineraldir - ayrı formda bulunan a-Fe'nin bir modifikasyonu. pullar, taneler, süngerler. kitleler ve kümeler. Kompozisyon - TV. Fe ve Ni çözeltisi (%30'a kadar Ni). Meteoritnoye köyü Ve. kozmik oluşum süreçlerinde oluşmuştur. göktaşı şeklinde cisimler ve Dünya'ya düşmeler; %25'e kadar Ni içerir. Renk çelik griden siyaha, metalik. parlaklık, opak, tv. mineralojik olarak 4-5 puan. ölçek, y = 7,3-8,2 g/cm3 (Ni içeriğine bağlı olarak). Son derece manyetik, iyi dövme;
Elektrolitik demir - elektrolitik olarak elde edilen demir. rafine etme; safsızlıkların yüksek saflığı ile karakterize edilir (<0,02 % С; 0,01 % О2);
elektrikli demir - elektrik mühendisliğinde kullanılan çelik (veya teknik saf demir olarak adlandırılan) toplam içeriğe sahip. %0,05'e kadar S.E.zh dahil olmak üzere %0,08-0,10'a kadar safsızlıklar. düşük bir vuruşa sahiptir. elektrik direnci daha yüksektir Girdap akımlarından dolayı kayıplar vardır ve bu nedenle kullanımı genel olarak sınırlıdır. post manyetik devreler, manyetik akı (kutup parçaları, manyetik devreler, röleler, vb.);
A-demir - demirin bcc kafesli düşük sıcaklıkta modifikasyonu (20 °C'de a = 286,645 pm), kararlı< 910 °С; a-Fe ферромагнитно при t < 769 °С (точка Кюри);
Y-demir, 910-1400 °C'de stabil olan fcc kafesli (a = 364 pm) demirin yüksek sıcaklıktaki bir modifikasyonudur; paramanyetik;
5-demir, demirin bcc kafesli (a = 294 pm) yüksek sıcaklıktaki bir modifikasyonudur, 1400 °C'den tm'ye kadar stabildir, paramanyetiktir.
- Tanım - Fe (Demir);
- Dönem - IV;
- Grup - 8 (VIII);
- Atom kütlesi - 55.845;
- Atom numarası - 26;
- Atom yarıçapı = 126 pm;
- Kovalent yarıçap = 117 pm;
- Elektron dağılımı - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2;
- erime sıcaklığı = 1535°C;
- kaynama noktası = 2750°C;
- Elektronegatiflik (Pauling'e göre/Alred ve Rochow'a göre) = 1,83/1,64;
- Oksidasyon durumu: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
- Yoğunluk (sayı) = 7,874 g/cm3;
- Molar hacim = 7,1 cm3 /mol.
Demir bileşikleri:
Demir, yerkabuğunda alüminyumdan sonra en çok bulunan metaldir (kütlece %5,1).
Dünya'da serbest demir, düşen meteorların yanı sıra külçe şeklinde küçük miktarlarda bulunur.
Endüstriyel olarak demir, demir içeren minerallerden demir cevheri yataklarından çıkarılır: manyetik, kırmızı, kahverengi demir cevheri.
Demirin birçok doğal mineralin bir parçası olduğu ve doğal renklerine neden olduğu söylenmelidir. Minerallerin rengi, Fe 2+ /Fe 3+ demir iyonlarının konsantrasyonuna ve oranına ve ayrıca bu iyonları çevreleyen atomlara bağlıdır. Örneğin, demir iyonlarının safsızlıklarının varlığı birçok değerli ve yarı değerli taşın rengini etkiler: topazlar (soluk sarıdan kırmızıya), safirler (maviden koyu maviye), akuamarinler (açık maviden yeşilimsi maviye), vesaire.
Demir, hayvanların ve bitkilerin dokularında bulunur; örneğin bir yetişkinin vücudunda yaklaşık 5 g demir bulunur. Demir hayati bir elementtir; oksijenin akciğerlerden dokulara ve hücrelere taşınmasına katılan hemoglobin proteininin bir parçasıdır. İnsan vücudunda demir eksikliği ile birlikte anemi (demir eksikliği anemisi) gelişir.
Pirinç. Demir atomunun yapısı.
Demir atomunun elektronik konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2'dir (bkz. Atomların elektronik yapısı). Diğer elementlerle kimyasal bağ oluşumunda dış 4s seviyesinde bulunan 2 elektron + 3d alt seviyesindeki 6 elektron (toplamda 8 elektron) katılabilir, bu nedenle bileşiklerde demir +8, +6 oksidasyon durumlarını alabilir, +4, +3, +2, +1, (en yaygın olanları +3, +2'dir). Demir ortalama kimyasal aktiviteye sahiptir.
Pirinç. Demir oksidasyon durumları: +2, +3.
Demirin fiziksel özellikleri:
- gümüş-beyaz metal;
- saf haliyle oldukça yumuşak ve plastiktir;
- iyi termal ve elektriksel iletkenliğe sahiptir.
Demir dört modifikasyon formunda mevcuttur (kristal kafesin yapısında farklılık gösterirler): a-demir; β-demir; γ-demir; δ-demir.
Demirin kimyasal özellikleri
- sıcaklığa ve oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak oksijenle reaksiyona girdiğinde çeşitli ürünler veya demir oksidasyon ürünlerinin bir karışımı (FeO, Fe203, Fe3O4) oluşturulabilir:
3Fe + 2O2 = Fe304; - Düşük sıcaklıklarda demir oksidasyonu:
4Fe + 3O2 = 2Fe203; - su buharı ile reaksiyona girer:
3Fe + 4H20 = Fe304 + 4H2; - ince kırılmış demir, kükürt ve klor (demir sülfür ve klorür) ile ısıtıldığında reaksiyona girer:
Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3; - yüksek sıcaklıklarda silikon, karbon, fosfor ile reaksiyona girer:
3Fe + C = Fe3C; - Demir, diğer metaller ve metal olmayanlarla alaşımlar oluşturabilir;
- demir, daha az aktif metalleri tuzlarından uzaklaştırır:
Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu; - Seyreltik asitlerle demir, indirgeyici bir madde olarak etki ederek tuzlar oluşturur:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2; - seyreltik nitrik asit ile demir, konsantrasyonuna bağlı olarak (N2, N20, NO2) çeşitli asit indirgeme ürünleri oluşturur.
Demirin elde edilmesi ve kullanılması
Endüstriyel demir elde edilir eritme dökme demir ve çelik.
Dökme demir, silikon, manganez, kükürt, fosfor ve karbon safsızlıklarını içeren bir demir alaşımıdır. Dökme demirdeki karbon içeriği %2'yi aşar (çelikte %2'den az).
Saf demir elde edilir:
- dökme demirden yapılmış oksijen dönüştürücülerde;
- demir oksitlerin hidrojen ve iki değerlikli karbon monoksit ile indirgenmesi;
- karşılık gelen tuzların elektrolizi.
Dökme demir, demir cevherlerinden demir oksitlerin indirgenmesiyle elde edilir. Demir eritme yüksek fırınlarda gerçekleştirilir. Kok, yüksek fırında ısı kaynağı olarak kullanılır.
Yüksek fırın, onlarca metre yüksekliğinde çok karmaşık bir teknik yapıdır. Refrakter tuğlalarla kaplanmıştır ve dış çelik kasa ile korunmaktadır. 2013 yılı itibarıyla en büyük yüksek fırın, Güney Kore'deki çelik şirketi POSCO tarafından Gwangyang Metalurji Fabrikası'nda inşa edildi (modernizasyondan sonraki fırın hacmi 6.000 metreküp ve yıllık kapasitesi 5.700.000 tondu).
Pirinç. Yüksek fırın.
Yüksek fırında dökme demirin eritilmesi işlemi, fırın sonuna ulaşana kadar birkaç on yıl boyunca sürekli olarak devam eder.
Pirinç. Yüksek fırında demir eritme işlemi.
- zenginleştirilmiş cevherler (manyetik, kırmızı, kahverengi demir cevheri) ve kok, yüksek fırının üst kısmından dökülür;
- Karbon monoksitin (II) etkisi altında demirin cevherden indirgenmesi işlemleri, yüksek fırının (maden) orta kısmında 450-1100°C sıcaklıkta meydana gelir (demir oksitler metale indirgenir):
- 450-500°C - 3Fe203 + CO = 2Fe304 + CO2;
- 600°C - Fe304 + CO = 3FeO + CO2;
- 800°C - FeO + CO = Fe + C02;
- iki değerlikli demir oksidin bir kısmı kok tarafından indirgenir: FeO + C = Fe + CO.
- Buna paralel olarak, silikon ve manganez oksitlerin (demir cevherinde safsızlıklar halinde bulunur) indirgenme süreci meydana gelir; silikon ve manganez, demirin erimesinin bir parçasıdır:
- Si02 + 2C = Si + 2CO;
- Mn203 + 3C = 2Mn + 3CO.
- Kireçtaşının termal ayrışması sırasında (yüksek fırına verilir), cevherde bulunan silikon ve alüminyum oksitlerle reaksiyona giren kalsiyum oksit oluşur:
- CaC03 = CaO + C02;
- CaO + SiO2 = CaSiO3;
- CaO + Al203 = Ca(AlO2)2.
- 1100°C'de demir indirgeme işlemi durur;
- Şaftın altında, yüksek fırının en geniş kısmı olan buhar vardır, bunun altında kokun yandığı ve sıvı eritme ürünlerinin oluşturulduğu bir omuz vardır - fırının en altında biriken dökme demir ve cüruf - dövme ;
- Ocağın üst kısmında 1500°C sıcaklıkta, üflenen hava akımında kokun yoğun yanması meydana gelir: C + O2 = CO2;
- Sıcak koktan geçen karbon monoksit (IV), demir için bir indirgeyici madde olan karbon monoksite (II) dönüştürülür (yukarıya bakın): C02 + C = 2CO;
- silikatlar ve kalsiyum alüminosilikatların oluşturduğu cüruflar, dökme demirin üzerinde bulunur ve onu oksijenin etkisinden korur;
- ocağın farklı seviyelerinde bulunan özel deliklerden dökme demir ve cüruf dışarı atılır;
- Dökme demirin çoğu daha ileri işlemler için kullanılır - çelik eritme.
Çelik, dönüştürücü yöntemi (açık ocak yöntemi hala kullanılmasına rağmen zaten modası geçmiş) veya elektrikli eritme (elektrikli fırınlarda, indüksiyon fırınlarında) kullanılarak dökme demir ve hurda metalden eritilir. Sürecin özü (dökme demir işleme), oksijenle oksidasyon yoluyla karbon ve diğer yabancı maddelerin konsantrasyonunu azaltmaktır.
Yukarıda belirtildiği gibi çelikteki karbon konsantrasyonu %2'yi geçmez. Bu sayede çelik, dökme demirden farklı olarak oldukça kolay bir şekilde dövülebilir ve haddelenebilir, bu da ondan yüksek sertlik ve mukavemete sahip çeşitli ürünlerin yapılmasını mümkün kılar.
Çeliğin sertliği, belirli bir çelik sınıfındaki karbon içeriğine (daha fazla karbon, daha sert çelik) ve ısıl işlem koşullarına bağlıdır. Temperleme (yavaş soğutma) sırasında çelik yumuşar; Söndürüldüğünde (hızlı soğutma) çelik çok sertleşir.
Çeliğe gerekli spesifik özellikleri kazandırmak için alaşım katkı maddeleri eklenir: krom, nikel, silikon, molibden, vanadyum, manganez vb.
Dökme demir ve çelik, ulusal ekonominin sektörlerinin büyük çoğunluğunda en önemli yapısal malzemelerdir.
Demirin biyolojik rolü:
- yetişkin insan vücudu yaklaşık 5 g demir içerir;
- demir hematopoietik organların işleyişinde önemli bir rol oynar;
- demir birçok karmaşık protein kompleksinin (hemoglobin, miyoglobin, çeşitli enzimler) bir parçasıdır.
Demir iyi bilinen bir kimyasal elementtir. Ortalama kimyasal aktiviteye sahip metallere aittir. Bu yazımızda demirin özelliklerine ve kullanım alanlarına bakacağız.
Doğada yaygınlık
Ferrum içeren oldukça fazla sayıda mineral vardır. Her şeyden önce manyetittir. Yüzde yetmiş iki demirdir. Kimyasal formülü Fe3O4'tür. Bu minerale manyetik demir cevheri de denir. Açık gri, bazen koyu gri, hatta siyah, metalik bir parlaklığa sahiptir. BDT ülkeleri arasındaki en büyük yatağı Urallarda bulunmaktadır.
Demir içeriği yüksek olan bir sonraki mineral hematittir - bu elementin yüzde yetmişini oluşturur. Kimyasal formülü Fe 2 O 3'tür. Kırmızı demir cevheri olarak da adlandırılır. Kırmızı-kahverengiden kırmızı-griye kadar değişen bir rengi vardır. BDT ülkelerindeki en büyük yatak Krivoy Rog'da bulunmaktadır.
Ferrum içeren üçüncü mineral ise limonittir. Burada demir toplam kütlenin yüzde altmışıdır. Bu kristalimsi bir hidrattır, yani su molekülleri kristal kafesine dokunmuştur, kimyasal formülü Fe203.H20'dur. Adından da anlaşılacağı gibi, bu mineral sarı-kahverengimsi, bazen kahverengi bir renge sahiptir. Doğal aşı boyasının ana bileşenlerinden biridir ve pigment olarak kullanılır. Aynı zamanda kahverengi demir cevheri olarak da adlandırılır. En büyük yerler Kırım ve Urallardır.
Sfer demir cevheri olarak adlandırılan Siderit, yüzde kırk sekiz ferrum içerir. Kimyasal formülü FeCO3’tür. Yapısı heterojendir ve birbirine bağlı farklı renkteki kristallerden oluşur: gri, soluk yeşil, gri-sarı, kahverengi-sarı vb.
Doğada yüksek ferrum içeriğine sahip son yaygın mineral pirittir. Aşağıdaki kimyasal formüle sahiptir: FeS 2. Toplam kütlenin yüzde kırk altısını demir içerir. Kükürt atomları sayesinde bu mineral altın sarısı bir renge sahiptir.
Tartışılan minerallerin çoğu saf demir elde etmek için kullanılır. Ayrıca doğal taşlardan takı imalatında hematit kullanılmaktadır. Lapis lazuli takılarda pirit kalıntıları mevcut olabilir. Ayrıca demir, doğada canlı organizmalarda bulunur - hücrelerin en önemli bileşenlerinden biridir. Bu mikro elementin insan vücuduna yeterli miktarlarda sağlanması gerekir. Demirin iyileştirici özellikleri büyük ölçüde bu kimyasal elementin hemoglobinin temeli olmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle ferrum kullanımının kanın durumu ve dolayısıyla bir bütün olarak tüm vücut üzerinde iyi bir etkisi vardır.
Demir: fiziksel ve kimyasal özellikler
Şimdi bu iki büyük bölüme sırasıyla bakalım. demir onun görünümü, yoğunluğu, erime noktası vb. Yani bir maddenin fizikle ilişkilendirilen tüm ayırt edici özellikleridir. Demirin kimyasal özellikleri diğer bileşiklerle reaksiyona girebilme yeteneğidir. İlk olanlardan başlayalım.
Demirin fiziksel özellikleri
Normal koşullar altında saf haliyle katıdır. Gümüş-gri bir renge ve belirgin bir metalik parlaklığa sahiptir. Demirin mekanik özellikleri arasında dört (orta) sertlik seviyesi bulunur. Demir iyi bir elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir. Son özellik, soğuk bir odada demir bir nesneye dokunulduğunda hissedilebilir. Bu malzeme ısıyı hızlı ilettiği için büyük bir kısmını kısa sürede cildinizden uzaklaştırır ve bu nedenle üşürsünüz.
Örneğin ahşaba dokunursanız ısı iletkenliğinin çok daha düşük olduğunu fark edeceksiniz. Demirin fiziksel özellikleri erime ve kaynama noktalarını içerir. Birincisi 1539 santigrat derece, ikincisi 2860 santigrat derece. Demirin karakteristik özelliklerinin iyi süneklik ve eriyebilirlik olduğu sonucuna varabiliriz. Ama hepsi bu değil.
Ayrıca demirin fiziksel özellikleri ferromanyetizmasını da içerir. Ne olduğunu? Manyetik özelliklerini her gün pratik örneklerde gözlemleyebildiğimiz demir, bu kadar eşsiz bir ayırt edici özelliğe sahip olan tek metaldir. Bu, bu malzemenin manyetik alanın etkisi altında mıknatıslanma kabiliyetine sahip olmasıyla açıklanmaktadır. Ve ikincisinin etkisinin sona ermesinden sonra, manyetik özellikleri henüz oluşmuş olan demir, uzun süre mıknatıs olarak kalır. Bu fenomen, bu metalin yapısında hareket edebilen çok sayıda serbest elektronun bulunmasıyla açıklanabilir.
Kimyasal açıdan
Bu element orta aktiviteli metallere aittir. Ancak demirin kimyasal özellikleri diğer tüm metaller için tipiktir (elektrokimyasal seride hidrojenin sağında yer alanlar hariç). Birçok madde sınıfıyla reaksiyona girme yeteneğine sahiptir.
Basit olanlarla başlayalım
Ferrum oksijen, nitrojen, halojenler (iyot, brom, klor, flor), fosfor ve karbon ile etkileşime girer. Dikkate alınması gereken ilk şey oksijenle reaksiyonlardır. Ferrum yakıldığında oksitleri oluşur. Reaksiyon koşullarına ve iki katılımcı arasındaki oranlara bağlı olarak bunlar değişebilir. Bu tür etkileşime örnek olarak aşağıdaki reaksiyon denklemleri verilebilir: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O2 = 2Fe203; 3Fe + 2O2 = Fe304. Ve demir oksidin özellikleri (hem fiziksel hem de kimyasal), türüne bağlı olarak değişebilir. Bu tür reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda meydana gelir.
Bir sonraki şey nitrojenle etkileşimdir. Ayrıca yalnızca ısıtma durumunda da meydana gelebilir. Altı mol demir ve bir mol nitrojen alırsak iki mol demir nitrür elde ederiz. Reaksiyon denklemi şu şekilde görünecektir: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.
Fosfor ile etkileşime girdiğinde fosfit oluşur. Reaksiyonu gerçekleştirmek için aşağıdaki bileşenlere ihtiyaç vardır: üç mol ferrum için - bir mol fosfor, sonuç olarak bir mol fosfit oluşur. Denklem şu şekilde yazılabilir: 3Fe + P = Fe 3 P.
Ayrıca basit maddelerle reaksiyonlar arasında kükürt ile etkileşim de ayırt edilebilir. Bu durumda sülfür elde edilebilir. Bu maddenin oluşum sürecinin meydana gelme prensibi yukarıda açıklananlara benzer. Yani bir katılma reaksiyonu meydana gelir. Bu tür tüm kimyasal etkileşimler, çoğunlukla yüksek sıcaklıklar ve daha az sıklıkla katalizörler olmak üzere özel koşullar gerektirir.
Demir ve halojenler arasındaki reaksiyonlar kimya endüstrisinde de yaygındır. Bunlar klorlama, brominasyon, iyotlama, florlamadır. Reaksiyonların isimlerinden de anlaşılacağı gibi, bu, sırasıyla klorür/bromür/iyodür/florür oluşturmak üzere ferrum atomlarına klor/brom/iyot/flor atomlarının eklenmesi işlemidir. Bu maddeler çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca ferrum, yüksek sıcaklıklarda silikonla birleşebilmektedir. Demirin çeşitli kimyasal özellikleri nedeniyle kimya endüstrisinde sıklıkla kullanılır.
Ferrum ve kompleks maddeler
Basit maddelerden, molekülleri iki veya daha fazla farklı kimyasal elementten oluşan maddelere geçiyoruz. Bahsedilmesi gereken ilk şey ferrumun su ile reaksiyonudur. Demirin temel özellikleri burada ortaya çıkar. Su ısıtıldığında demir ile birlikte oluşur (aynı su ile etkileşime girdiğinde hidroksit yani baz oluşturduğu için bu adı almıştır). Yani, her iki bileşenden bir mol alırsanız, ferrum dioksit ve hidrojen gibi maddeler keskin kokulu bir gaz formunda oluşur - yine bire bir molar oranlarda. Bu tip reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılabilir: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Bu iki bileşenin karıştırıldığı oranlara bağlı olarak demir di- veya trioksit elde edilebilir. Bu maddelerin her ikisi de kimya endüstrisinde oldukça yaygındır ve diğer birçok endüstride de kullanılmaktadır.
Asitler ve tuzlar ile
Ferrum, metallerin elektrokimyasal aktivite dizisinde hidrojenin solunda yer aldığından, bu elementi bileşiklerden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir. Bunun bir örneği, bir aside demir eklendiğinde gözlemlenebilen yer değiştirme reaksiyonudur. Örneğin, orta konsantrasyondaki demir ve sülfat asidini (sülfürik asit olarak da bilinir) eşit molar oranlarda karıştırırsanız sonuç, eşit molar oranlarda demir (II) sülfat ve hidrojen olur. Böyle bir reaksiyonun denklemi şu şekilde görünecektir: Fe + H 2 SO 4 = FeS04 + H 2.
Tuzlarla etkileşime girdiğinde demirin indirgeyici özellikleri ortaya çıkar. Yani tuzdan daha az aktif bir metali izole etmek için kullanılabilir. Örneğin, bir mol ve aynı miktarda ferrum alırsanız, aynı molar oranlarda demir (II) sülfat ve saf bakır elde edebilirsiniz.
Vücut için önemi
Yer kabuğundaki en yaygın kimyasal elementlerden biri demirdir. Zaten baktık, şimdi biyolojik açıdan yaklaşalım. Ferrum hem hücresel düzeyde hem de tüm organizma düzeyinde çok önemli işlevleri yerine getirir. Her şeyden önce demir, hemoglobin gibi bir proteinin temelidir. Oksijenin akciğerlerden kan yoluyla tüm dokulara, organlara, başta beyindeki nöronlar olmak üzere vücudun her hücresine taşınması için gereklidir. Bu nedenle demirin faydalı özellikleri fazla tahmin edilemez.
Ferrum, kan oluşumunu etkilemesinin yanı sıra tiroid bezinin tam işleyişi için de önemlidir (bazılarının inandığı gibi bu sadece iyot gerektirmez). Demir ayrıca hücre içi metabolizmada rol alır ve bağışıklığı düzenler. Ferrum, zararlı maddelerin nötralize edilmesine yardımcı olduğundan karaciğer hücrelerinde de özellikle büyük miktarlarda bulunur. Aynı zamanda vücudumuzdaki birçok enzim türünün de ana bileşenlerinden biridir. Bir kişinin günlük diyeti bu mikro elementin on ila yirmi miligramını içermelidir.
Demir açısından zengin gıdalar
Bunlardan çok var. Hem bitki hem de hayvan kökenlidirler. Bunlardan ilki tahıllar, baklagiller, tahıllar (özellikle karabuğday), elma, mantar (beyaz), kurutulmuş meyveler, kuşburnu, armut, şeftali, avokado, kabak, badem, hurma, domates, brokoli, lahana, yaban mersini, böğürtlen, kereviz, vb. İkincisi ise karaciğer ve ettir. Demir içeriği yüksek gıdaların tüketimi hamilelik sırasında özellikle önemlidir, çünkü gelişmekte olan fetüsün vücudu, tam büyüme ve gelişme için bu eser elementin büyük miktarlarına ihtiyaç duyar.
Vücutta demir eksikliği belirtileri
Vücuda çok az ferrum girişinin belirtileri yorgunluk, el ve ayakların sürekli donması, depresyon, kırılgan saç ve tırnaklar, entelektüel aktivitede azalma, sindirim bozuklukları, düşük performans ve tiroid fonksiyon bozukluklarıdır. Bu semptomlardan birkaçını fark ederseniz, diyetinizdeki demir içeren gıdaların miktarını artırmanız veya ferrum içeren vitaminler veya diyet takviyeleri satın almanız faydalı olabilir. Ayrıca bu belirtilerden herhangi birini çok şiddetli hissediyorsanız bir doktora başvurmalısınız.
Demirin endüstride kullanımı
Demirin kullanım alanları ve özellikleri yakından ilişkilidir. Ferromanyetik doğası nedeniyle, hem ev amaçlı olarak daha zayıf olan (hediyelik buzdolabı mıknatısları vb.) hem de endüstriyel amaçlar için daha güçlü olan mıknatısların yapımında kullanılır. Söz konusu metalin yüksek mukavemet ve sertliğe sahip olması nedeniyle eski çağlardan beri silah, zırh ve diğer askeri ve ev aletlerinin imalatında kullanılmaktadır. Bu arada, özellikleri sıradan metalden üstün olan göktaşı demiri Eski Mısır'da bile biliniyordu. Bu özel demir Antik Roma'da da kullanılmıştır. Ondan elit silahlar yapıldı. Göktaşı metalinden yapılmış bir kalkan veya kılıca ancak çok zengin ve asil bir kişi sahip olabilir.
Genel olarak bu makalede ele aldığımız metal, bu gruptaki tüm maddeler arasında en çok yönlü olanıdır. Öncelikle hem sanayide hem de günlük hayatta ihtiyaç duyulan her türlü ürünün üretiminde kullanılan çelik ve dökme demir yapılmaktadır.
Dökme demir, demir ve karbonun yüzde 1,7 ila 4,5 arasında bulunduğu bir alaşımdır. İkincisi yüzde 1,7'den azsa bu tür alaşıma çelik denir. Bileşimde yaklaşık yüzde 0,02 oranında karbon mevcutsa, bu zaten sıradan bir teknik demirdir. Alaşımda karbonun bulunması, ona daha fazla güç, ısı direnci ve pas direnci kazandırmak için gereklidir.
Ayrıca çelik yabancı maddeler olarak başka birçok kimyasal element de içerebilir. Buna manganez, fosfor ve silikon dahildir. Ayrıca bu tür alaşımlara belirli nitelikler kazandırmak için krom, nikel, molibden, tungsten ve diğer birçok kimyasal element eklenebilir. Transformatör çelikleri olarak büyük miktarda silikon (yaklaşık yüzde dört) içeren çelik türleri kullanılır. Çok fazla manganez içerenler (yüzde on iki ila on dörde kadar) demiryolları, değirmenler, kırıcılar ve parçaları hızlı aşınmaya maruz kalan diğer aletlerin imalatında kullanılır.
Isıya daha dayanıklı hale getirmek için alaşıma molibden eklenir; bu tür çelikler takım çelikleri olarak kullanılır. Ayrıca bıçak ve diğer ev aletleri şeklinde iyi bilinen ve günlük yaşamda sıklıkla kullanılan paslanmaz çeliklerin elde edilmesi için alaşıma krom, nikel ve titanyum eklenmesi gerekmektedir. Darbelere dayanıklı, yüksek mukavemetli, sünek çelik elde etmek için ise içine vanadyum eklenmesi yeterlidir. Bileşime niyobyum eklenerek korozyona ve kimyasal olarak agresif maddelere karşı yüksek direnç elde edilebilir.
Makalenin başında bahsedilen mineral manyetit, sabit disklerin, hafıza kartlarının ve bu tip diğer cihazların üretimi için gereklidir. Manyetik özellikleri nedeniyle demir, transformatörlerde, motorlarda, elektronik ürünlerde vb. bulunabilir. Ayrıca, diğer metallerin alaşımlarına daha fazla güç ve mekanik stabilite kazandırmak için ferrum eklenebilir. Bu elementin sülfatı bahçecilikte haşere kontrolü için kullanılır (bakır sülfatla birlikte).
Su arıtımı için vazgeçilmezdirler. Ayrıca siyah beyaz yazıcılarda manyetit tozu kullanılmaktadır. Piritin ana kullanımı ondan sülfürik asit elde etmektir. Bu süreç laboratuvar koşullarında üç aşamada gerçekleşir. İlk aşamada ferrum pirit yakılarak demir oksit ve kükürt dioksit üretilir. İkinci aşamada, oksijenin katılımıyla kükürt dioksitin trioksite dönüşümü gerçekleşir. Ve son aşamada, ortaya çıkan madde katalizörlerin varlığında geçirilir ve böylece sülfürik asit üretilir.
Demir almak
Bu metal esas olarak iki ana mineralden çıkarılır: manyetit ve hematit. Bu, demirin kok formundaki karbonla olan bileşiklerinden indirgenmesiyle yapılır. Bu, sıcaklığın iki bin santigrat dereceye ulaştığı yüksek fırınlarda yapılır. Ayrıca ferrumun hidrojenle indirgenmesine yönelik bir yöntem vardır. Bunu yapmak için yüksek fırına sahip olmak gerekli değildir. Bu yöntemi uygulamak için özel kil alıp, kırılmış cevherle karıştırıp, şaft fırınında hidrojenle işliyorlar.
Çözüm
Demirin özellikleri ve kullanım alanları çeşitlidir. Bu belki de hayatımızdaki en önemli metaldir. İnsanlığın bildiği hale geldikten sonra, o zamanlar silahların yanı sıra tüm aletlerin imalatında ana malzeme olan bronzun yerini aldı. Çelik ve dökme demir, fiziksel özellikleri ve mekanik strese karşı direnç açısından bakır ve kalay alaşımından birçok yönden üstündür.
Ayrıca demir gezegenimizde diğer birçok metalden daha fazla miktarda bulunmaktadır. yer kabuğunda neredeyse yüzde beştir. Doğada en çok bulunan dördüncü kimyasal elementtir. Ayrıca bu kimyasal element, hayvan ve bitki vücudunun normal işleyişi için çok önemlidir, çünkü öncelikle hemoglobin onun temelinde inşa edilmiştir. Demir, sağlığın korunması ve organların normal işleyişinin sürdürülmesi için tüketimi önemli olan önemli bir eser elementtir. Yukarıdakilere ek olarak, benzersiz manyetik özelliklere sahip olan tek metaldir. Ferrum olmadan hayatımızı hayal etmek imkansızdır.
Ahududu tozu için feroksit katalizörleri, ateşleyici bileşimi, kramel yakıtı.
Yöntem 1. Demir sülfattan demir oksit Fe203 elde edilmesi
Demir oksitler piroteknik bileşiklerde katalizör olarak sıklıkla kullanılır. Daha önce mağazalardan satın alınabiliyordu. Örneğin demir oksit monohidrat FeOOH “sarı demir oksit pigmenti” boyası olarak bulundu. Demir oksit Fe 2 O 3 kırmızı kurşun şeklinde satıldı. Şu anda tüm bunları satın almanın kolay olmadığı ortaya çıktı. Eve alma konusunda endişelenmem gerekiyordu. Pek kimyager değilim ama hayat beni zorladı. Önerileri internette araştırdım. Ne yazık ki normal, yani. Evde kullanım için basit ve güvenli bir tarif bulmanın zor olduğu ortaya çıktı. Oldukça uygun görünen tek bir tarif vardı ama yine bulamadım. Kafamda kabul edilebilir bileşenlerin bir listesi var. Kendi yöntemimi kullanmaya karar verdim. İşin garibi, sonuç oldukça kabul edilebilir çıktı. Sonuç, çok homojen ve ince bir şekilde dağılmış, bariz demir oksit izleri taşıyan bir bileşikti. Ahududu tozu ve ikincil ateşleyicide kullanılması, ihtiyaç duyulan şeyin elde edildiğini tamamen doğruladı.
Bu yüzden onu bahçecilik mağazasından satın alıyoruz. demir sülfat FeSO 4 eczaneden hap alıyoruz hidroperit, üç paket ve mutfakta stoklama kabartma tozu NaHCO 3. Tüm malzemelerimiz var, hadi pişirmeye başlayalım. Hidroperit tabletler yerine bir çözüm kullanabilirsiniz hidrojen peroksit H 2 0 2, eczanelerde de mevcuttur.
0,5 litre hacimli bir cam kapta, yaklaşık 80 g (bir paketin üçte biri) demir sülfatı sıcak suda çözün. Karıştırırken küçük porsiyonlarda kabartma tozu ekleyin. Çok köpüren, çok kötü renkte bir tür çöp oluşuyor.
FeSO 4 +2NaHC03 =FeCO 3 +Na 2 SO 4 +H 2 O+CO 2
Bu nedenle her şey lavaboda yapılmalıdır. Köpüklenme neredeyse durana kadar kabartma tozu ekleyin. Karışımı hafifçe oturttuktan sonra ezilmiş hidroperit tabletleri yavaş yavaş dökmeye başlıyoruz. Reaksiyon yine oldukça hızlı bir şekilde köpük oluşumuyla gerçekleşir. Karışım karakteristik bir renk kazanır ve tanıdık pas kokusu ortaya çıkar.
2FeCO3 +H202 =2FeOOH+2CO2
Köpüklenme yani reaksiyon neredeyse tamamen duruncaya kadar hidroperiti tekrar doldurmaya devam ediyoruz.
Kimyasal kabımızı yalnız bırakıyoruz ve kırmızı bir çökeltinin nasıl oluştuğunu görüyoruz - bu bizim oksitimiz, daha doğrusu FeOOH oksit monohidrat veya hidroksittir. Geriye kalan tek şey bağlantıyı etkisiz hale getirmek. Tortunun yerleşmesine ve fazla sıvının akmasına izin verin. Daha sonra temiz su ekleyin, bekletin ve tekrar süzün. Bunu 3-4 kez tekrarlıyoruz. Son olarak tortuyu bir kağıt havlunun üzerine dökün ve kurulayın. Ortaya çıkan toz mükemmel bir katalizördür ve halihazırda stopinlerin ve ikincil ateşleyici bileşimin, "ahududu" barutunun üretiminde ve karamel roket yakıtlarının katalize edilmesinde kullanılabilir. /25.01.2008, kia-soft/
Bununla birlikte, “ahududu” barutunun orijinal tarifi, saf kırmızı oksit Fe203'ün kullanımını belirtir. Karamelin kataliziyle yapılan deneylerin gösterdiği gibi, Fe203 gerçekten de FeOOH'dan biraz daha aktif bir katalizördür. Ferrik oksit elde etmek için, elde edilen hidroksitin sıcak bir demir levha üzerinde veya sadece bir teneke kutuda kalsine edilmesi yeterlidir. Sonuç olarak kırmızı Fe2O3 tozu oluşur.
Kül fırınını yaptıktan sonra 300-350°C sıcaklıkta 1-1,5 saat kalsine ediyorum. Çok rahat. /kia-soft 06.12.2007/
Not:
Roket bilimcisi Vega tarafından yapılan bağımsız araştırma, bu yöntemle elde edilen katalizörün, endüstriyel feroksitlere kıyasla artan aktiviteye sahip olduğunu gösterdi; bu, özellikle buharlaştırma yoluyla elde edilen şeker karamel yakıtında fark edilir.
Yöntem 2. Demir klorürden demir oksit Fe203 elde edilmesi
İnternette bu olasılığa dair bilgiler var, örneğin Bulgar roket bilim adamlarının forumunda, bikarbonat kullanılarak oksit elde edildi, kimyagerler forumunda bu yöntemden bahsedildi ama elimde olmadığı için pek dikkat etmedim. Demir klorür. Geçtiğimiz günlerde RubberBigPepper sitemin bir misafiri bana bu seçeneği hatırlattı. Elektronikle aktif olarak ilgilendiğim ve klorür satın aldığım için çok zamanında. Demir hidroksit üretimi için bu seçeneği denemeye karar verdim. Yöntem finansal olarak biraz daha pahalıdır ve ana bileşen olan ferrik klorürün elde edilmesi daha zordur, ancak hazırlama açısından daha kolaydır. Yani, ihtiyacimiz var demir klorür FeCl 3 Ve kabartma tozu NaHCO 3. Ferrik klorür, baskılı devre kartlarını aşındırmak için yaygın olarak kullanılır ve radyo mağazalarında satılır.
İki çay kaşığı FeCl3 tozunu bir bardak sıcak suya dökün ve eriyene kadar karıştırın. Şimdi sürekli karıştırarak yavaş yavaş kabartma tozu ekleyin. Reaksiyon köpürme ve köpürme ile hızlı bir şekilde ilerler, bu nedenle acele etmeye gerek yoktur.
FeCl3 +3NaHC03 =FeOOH+3NaCl+3CO2 +H2O
Köpürme durana kadar karıştırın. Durup tortuda aynı hidroksit FeOOH'yi alıyoruz. Daha sonra, ilk yöntemde olduğu gibi çözeltiyi birkaç kez boşaltıp su ekleyip çökelterek bileşiği nötralize ediyoruz. Son olarak çökeltiyi kurutup katalizör olarak veya kalsinasyon yoluyla demir oksit Fe203 elde etmek için kullanırız (bkz. yöntem 1).
İşte basit bir yol. Verim çok iyidir, iki çay kaşığı (~15g) klorürden 10g hidroksit elde edilir. Bu yöntemle elde edilen katalizörler test edilmiştir ve tamamen uyumludur. /kia-soft 03/11/2010/
Not:
Kimyasal reaksiyon denklemlerinin %100 güvenilirliğini garanti edemem ama özünde devam eden kimyasal süreçlere karşılık gelirler. Fe(III) hidroksitin durumu özellikle karanlıktır. Tüm kanonlara göre Fe(OH)3'ün çökelmesi gerekir. Ancak peroksit varlığında (yöntem 1) ve yüksek sıcaklıklarda (yöntem 2), teorik olarak trihidroksitin FeOOH monohidrata dehidrasyonu meydana gelir. Dışarıdan bakıldığında olay tam olarak budur. Ortaya çıkan hidroksit tozu pasa benziyor ve pasın ana bileşeni FeOOH'dur. ***
