Σίδηρος: τι είναι, ιδιότητες, χρήσεις και απόκτηση του μετάλλου

Ο σίδερο είναι ένα μέταλλο μεταπτώσεως που βρίσκεται στην ομάδα 8 του Περιοδικού Πίνακα, με σύμβολο Fe, ατομικό αριθμό 26 και ατομική μάζα 55,847 u.

Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι: γυαλιστερό μέταλλο, με ασημί λευκή όψη, με μαγνητικές ιδιότητες και που σκουριάζει εύκολα σε επαφή με υγρά περιβάλλοντα.

Είναι το πιο χρησιμοποιούμενο μέταλλο στον κόσμο και το πιο εξαγόμενο από τη Βραζιλία. Η κύρια χρήση του σιδήρου είναι για την παραγωγή χάλυβα, που χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, στην αστική κατασκευή, την αυτοκινητοβιομηχανία και τις οικιακές συσκευές.

Ο σίδηρος βρίσκεται στα μεταλλεύματα κυρίως με τη μορφή οξειδίων και υδροξειδίων. Ως εκ τούτου, ο σίδηρος που χρησιμοποιείται στο εμπόριο παράγεται από την εκχύλιση και τον καθαρισμό αυτών των υλικών. Οι χώρες με τα μεγαλύτερα κοιτάσματα σιδηρομεταλλεύματος είναι: η Αυστραλία, η Ρωσία, η Βραζιλία, η Κίνα και η Ινδία.

Ιδιότητες σιδήρου

• Σημείο τήξεως: 1.538 °C
• Σημείο βρασμού: 2.861 °C
• Φυσική κατάσταση στους 20°C: στερεό
• Πυκνότητα: 7,874 g/cm³
• Καταστάσεις οξείδωσης: +2, +3, +4, +6
• Ηλεκτρονική διανομή: [Ar]3d⁶4s²
• Φυσικά ισότοπα: ⁵⁶Fe (πιο σταθερό), ⁵⁴Πίστη, ⁵⁷Πίστη και ⁵⁸Πίστη

Χρήσεις και εφαρμογές σιδήρου

Η κύρια χρήση του σιδήρου είναι ως πρώτη ύλη για την παραγωγή χάλυβα, το κύριο μεταλλικό κράμα αυτού του στοιχείου και όπου προορίζεται το 98% του μετάλλου που εξάγεται από τη φύση.

Ο χάλυβας είναι ένα μεταλλικό κράμα σιδήρου, με ποσότητες άνθρακα που κυμαίνονται από 0,5 έως 1,7%, επιπλέον της προσθήκης μικρών ποσοτήτων άλλων χημικών στοιχείων.

Οι διάφοροι τύποι χάλυβα που κατασκευάζονται έχουν διαφορετικές ιδιότητες επειδή ρυθμίζεται το ποσοστό άνθρακα, περιλαμβάνονται άλλα στοιχεία και πραγματοποιούνται ειδικές θερμικές επεξεργασίες.

Παραδείγματα κραμάτων με σίδηρο:

• Ανθρακούχο χάλυβα: κράμα σιδήρου, άνθρακα, μαγγανίου, πυριτίου και ίχνη άλλων στοιχείων.
• Ανοξείδωτος χάλυβας: κράμα σιδήρου, χρωμίου, άνθρακα και ίχνη άλλων στοιχείων.
• Χυτοσίδηρος: Κράμα σιδήρου, άνθρακα και πυριτίου και μπορεί να περιέχει ίχνη άλλων στοιχείων.

Οι πρώτες χρήσεις του σιδήρου ήταν η δημιουργία εργαλείων για τη γεωργία και όπλων για το κυνήγι και τον πόλεμο. Σήμερα, ο σίδηρος υπάρχει σε διάφορα καθημερινά υλικά, όπως κουζινικά σκεύη, οπλισμένο σκυρόδεμα και δοκάρια στις κατασκευές, μέσα μεταφοράς και πολλά άλλα.

Ο σίδηρος εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ως καταλύτης για αντιδράσεις σιδήρου. Μία από τις πιο παραγόμενες χημικές ουσίες είναι η αμμωνία, μια σημαντική πρώτη ύλη για την παραγωγή λιπασμάτων.

Ο συνδυασμός αερίων υδρογόνου και αζώτου υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης στη σύνθεση του Η Haber-Bosch για την παραγωγή αμμωνίας γίνεται αποτελεσματική με την προσθήκη σιδήρου ως καταλύτη για την επιτάχυνση της αντίδραση.

Εμφάνιση Σιδήρου

Ο σίδηρος (Fe) είναι το τέταρτο πιο άφθονο στοιχείο στη φύση, μετά το οξυγόνο, το πυρίτιο και το αλουμίνιο. Αποτελεί το 5% του φλοιού της γης και σπάνια βρίσκεται ελεύθερο στη φύση.

Τα πιο αξιοποιήσιμα και πιο σημαντικά οικονομικά μεταλλεύματα είναι:

• Αιματίτης (Fe₂Ο₃)
• Μαγνητίτης (Φε₃Ο₄)
• Τακονίτης (Φε₃Ο₃)
• Goethite (Φε₂Ο3.Η₂Ο)
• Λιμονίτης (2Fe₂Ο₃.3Η₂Ο)

Αν και υπολογίζεται ότι υπάρχουν περισσότερα από 300 μεταλλεύματα με αυτό το στοιχείο στη σύνθεση, αυτά με επαρκή σίδηρο για επεξεργασία έχουν τη μορφή οξειδίων (Ο_Χ). Άλλα μεταλλεύματα σιδήρου σχηματίζονται από θειικά, πυριτικά και ανθρακικά άλατα.

Η Βραζιλία είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός σιδήρου στον κόσμο, μετά την Αυστραλία, και το μετάλλευμα αυτού του μετάλλου είναι το πιο εξαγόμενο από τη Βραζιλία, με περίπου το 68% των εξαγωγών της χώρας.

Οι περιοχές με τη μεγαλύτερη εκμετάλλευση μεταλλεύματος στην επικράτεια της Βραζιλίας βρίσκονται σε:

• Σιδερένιο Τετράγωνο (Minas Gerais)
• Porteirinha (Minas Gerais)
• Mineral Province of Carajás (Para)
• Περιοχή Κορούμπα (Mato Grosso do Sul)

Ενώ στο πιο εξωτερικό στρώμα της Γης ο σίδηρος βρίσκεται το δεύτερο πιο άφθονο μέταλλο, στον πυρήνα του πλανήτη αυτό στοιχείο έχει το υψηλότερο ποσοστό στη σύνθεσή του, αφού η δομή αποτελείται από κράμα σιδήρου και νικέλιο.

Επομένως, αν λάβουμε υπόψη τον πλανήτη ως σύνολο, ο σίδηρος αντιπροσωπεύει περίπου το 30% της χημικής σύνθεσης της Γης.

Σημασία του σιδήρου

Ο σίδηρος είναι ένα ευέλικτο και σημαντικό χημικό στοιχείο για χημικές, φυσικές και βιολογικές διεργασίες.

Επειδή είναι ένα άφθονο μέταλλο, εύκολο στην απόκτηση, εύπλαστο και ανθεκτικό, ο σίδηρος χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή εξοπλισμού.

Ο σίδηρος είναι ένα μέταλλο που υπάρχει και στο ανθρώπινο σώμα. Ένας ενήλικος άνθρωπος έχει περίπου 2 έως 4 g σιδήρου.

Είναι το κύριο συστατικό της αιμοσφαιρίνης στο αίμα, μιας πρωτεΐνης που είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά οξυγόνου από τους πνεύμονες σε άλλα μέρη του σώματος. Αυτό είναι δυνατό μόνο επειδή το άτομο σιδήρου συνδέεται εύκολα με το οξυγόνο και έτσι η μεταφορά του πραγματοποιείται από τα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Καθώς ο σίδηρος είναι σημαντικός για την παραγωγή οργανικών μορίων, την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του ατόμου, είναι απαραίτητο να υπάρχει στη διατροφή.

Η συνιστώμενη πρόσληψη σιδήρου για ενήλικες κυμαίνεται μεταξύ 10 και 15 mg και μπορεί να ληφθεί μέσω τροφές πλούσιες σε μέταλλα όπως φασόλια, κόκκινα κρέατα, οστρακοειδή, σκόνη κακάο, σπόροι κολοκύθας και σπανάκι.

Η έλλειψη σιδήρου στον οργανισμό προκαλεί τον πιο κοινό τύπο αναιμίας και μερικά από τα κύρια συμπτώματα είναι ωχρότητα, κόπωση, ταχυκαρδία, πονοκέφαλος, τριχόπτωση και ευερεθιστότητα.

Προέλευση και ιστορία του Σιδήρου

Η Εποχή των Μετάλλων, είναι η τελευταία φάση της προϊστορίας και παρουσιάζει το σίδηρο ως το τελευταίο μέταλλο της περιόδου που χρησιμοποιούσαν οι ανθρωποί, κυρίως για την παραγωγή εργαλείων και όπλων.

Η Εποχή του Σιδήρου έλαβε χώρα μεταξύ 1500 π.Χ. C-300 α. Γ., αλλά έχουν ήδη βρεθεί μεταλλικά αντικείμενα που χρονολογούνται από το 3500 π.Χ. ΝΤΟ. στην Αίγυπτο.

Η ποιότητα του σιδήρου μετρήθηκε από την περιεκτικότητα σε άνθρακα που υπήρχε, καθώς οι ενώσεις αυτού του στοιχείου χρησιμοποιήθηκαν για την τήξη του σιδήρου. Επομένως, όσο μικρότερη είναι η ποσότητα άνθρακα, τόσο υψηλότερη είναι η ποιότητα του σιδήρου.

Ο σίδηρος ήταν επίσης το πιο σημαντικό μέταλλο για την πρώτη φάση της Βιομηχανικής Επανάστασης.

Αποκτήστε περισσότερες γνώσεις με τα περιεχόμενα:

• Χημικά στοιχεία
• κράματα μετάλλων
• Τι είναι τα μέταλλα, παραδείγματα και ιδιότητες

Βιβλιογραφικές αναφορές

ATKINS, P.W.; Τζόουνς, Λορέτα. Αρχές χημείας: αμφισβήτηση της σύγχρονης ζωής και του περιβάλλοντος. 3.εκδ. Porto Alegre: Bookman, 2006.

ΦΕΛΤΡΕ, Ρικάρντο. Fundamentals of Chemistry: τομ. μονόκλινο. 4η έκδ. Σάο Πάολο: Moderna, 2005.

Λι, Τζ. ΡΕ. Όχι τόσο συνοπτική ανόργανη χημεία. Μετάφραση της 5ης έκδ. Αγγλικά. Εκδότης Edgard Blucher Ltd. 1999.