O żelazo jest metalem przejściowym znajdującym się w grupie 8 układu okresowego pierwiastków, o symbolu Fe, liczbie atomowej 26 i masie atomowej 55,847 u.
Jego główne cechy to: błyszczący metal o srebrzystobiałym wyglądzie, o właściwościach magnetycznych, który łatwo rdzewieje w kontakcie z wilgotnym środowiskiem.
Jest to najczęściej używany metal na świecie i najczęściej eksportowany z Brazylii. Głównym zastosowaniem żelaza jest produkcja stali, wykorzystywanej m.in. w budownictwie cywilnym, produkcji samochodów i AGD.
Żelazo znajduje się w rudach głównie w postaci tlenków i wodorotlenków. Dlatego też żelazo stosowane w handlu wytwarza się z ekstrakcji i oczyszczania tych materiałów. Kraje o największych złożach rudy żelaza to: Australia, Rosja, Brazylia, Chiny i Indie.
Właściwości żelaza
- Temperatura topnienia: 1538 °C
- Temperatura wrzenia: 2861°C
- Stan fizyczny w 20°C: stały
- Gęstość: 7,874 g/cm³
- Stany utlenienia: +2, +3, +4, +6
- Dystrybucja elektroniczna: [Ar]3d64s2
- Izotopy naturalne: 56Fe (bardziej stabilny), 54Wiara, 57Wiara i 58Wiara
Zastosowania i zastosowania żelaza
Żelazo wykorzystywane jest głównie jako surowiec do produkcji stali, głównego stopu metalicznego tego pierwiastka i do którego przeznaczone jest 98% metalu wydobywanego z natury.
Stal to metaliczny stop żelaza o zawartości węgla od 0,5 do 1,7%, oprócz dodatku niewielkich ilości innych pierwiastków chemicznych.
Różne rodzaje produkowanej stali mają różne właściwości, ponieważ zawartość węgla jest regulowana, uwzględniane są inne pierwiastki i przeprowadzana jest specjalna obróbka cieplna.
Przykłady stopów z żelazem:
- Stal węglowa: stop żelaza, węgla, manganu, krzemu i śladowe ilości innych pierwiastków;
- Stal nierdzewna: stop żelaza, chromu, węgla i śladów innych pierwiastków;
- Żeliwo: stop żelaza, węgla i krzemu, który może zawierać śladowe ilości innych pierwiastków.
Pierwsze zastosowania żelaza polegały na tworzeniu narzędzi dla rolnictwa oraz broni do polowania i wojny. Obecnie żelazo jest obecne w różnych materiałach codziennego użytku, takich jak przybory kuchenne, żelbet i belki w budownictwie, środki transportu i wiele innych.
Żelazo jest nadal używane jako katalizator reakcji żelaza. Jedną z najczęściej produkowanych substancji chemicznych jest amoniak, ważny surowiec do produkcji nawozów.
Połączenie gazów wodorowych i azotowych w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia w syntezie Haber-Bosch do produkcji amoniaku staje się wydajny dzięki dodaniu żelaza jako katalizatora w celu przyspieszenia reakcja.
Występowanie żelaza
Żelazo (Fe) jest czwartym najobficiej występującym pierwiastkiem w przyrodzie, po tlenie, krzemie i aluminium. Stanowi 5% skorupy ziemskiej i rzadko występuje w naturze.
Najbardziej eksploatowanymi i najważniejszymi ekonomicznie rudami metali są:
- Hematyt (Fe2O3)
- Magnetyt (Fe3O4)
- takonit (Fe3O3)
- getyt (Fe2O3.H2O)
- Limonit (2Fe2O3.3H2O)
Choć szacuje się, że w składzie znajduje się ponad 300 rud z tym pierwiastkiem, te z wystarczającą ilością żelaza do przerobu występują w postaci tlenków (Ox). Inne rudy żelaza tworzą siarczany, krzemiany i węglany.
Brazylia jest drugim co do wielkości producentem żelaza na świecie, po Australii, a ruda tego metalu jest najczęściej eksportowana z Brazylii, stanowiąc około 68% eksportu tego kraju.
Regiony o największej eksploatacji rudy na terytorium Brazylii znajdują się w:
- Żelazny Czworokąt (Minas Gerais)
- Porteirinha (Minas Gerais)
- Prowincja mineralna Carajás (Para)
- Region Corumbá (Mato Grosso do Sul)
Podczas gdy w najbardziej zewnętrznej warstwie Ziemi żelazo jest drugim najpowszechniej występującym metalem, w jądrze planety to pierwiastek ma najwyższy procent w swoim składzie, ponieważ struktura jest utworzona ze stopu żelaza i nikiel.
Dlatego jeśli weźmiemy pod uwagę planetę jako całość, żelazo stanowi około 30% składu chemicznego Ziemi.
Znaczenie żelaza
Żelazo jest wszechstronnym i ważnym pierwiastkiem chemicznym w procesach chemicznych, fizycznych i biologicznych.
Ponieważ jest metalem powszechnie występującym, łatwym do uzyskania, ciągliwym i odpornym, żelazo jest szeroko stosowane w produkcji sprzętu.
Żelazo to metal, który jest również obecny w ludzkim ciele. Dorosły człowiek ma około 2 do 4 g żelaza.
Jest głównym składnikiem hemoglobiny we krwi, białka odpowiedzialnego za transport tlenu z płuc do innych części ciała. Jest to możliwe tylko dlatego, że atom żelaza łatwo wiąże się z tlenem i dlatego jego transport jest realizowany przez czerwone krwinki.
Ponieważ żelazo jest ważne dla produkcji cząsteczek organicznych, wzrostu i rozwoju osobnika, konieczne jest jego obecność w diecie.
Zalecane spożycie żelaza dla dorosłych waha się od 10 do 15 mg i można je uzyskać poprzez: pokarmy bogate w minerały, takie jak fasola, czerwone mięso, skorupiaki, kakao w proszku, pestki dyni i szpinak.
Niedobór żelaza w organizmie powoduje najczęstszy rodzaj anemii, a niektóre z głównych objawów to bladość, zmęczenie, tachykardia, ból głowy, wypadanie włosów i drażliwość.
Pochodzenie i historia żelaza
Wiek Metali, to ostatnia faza prehistorii i przedstawia żelazo jako ostatni metal okresu używanego przez homidy, głównie do wyrobu narzędzi i broni.
Epoka żelaza miała miejsce między 1500 rokiem p.n.e. C-300a. C., ale znaleziono już metalowe przedmioty datowane na 3500 rpne. C. w Egipcie.
Jakość żelaza mierzono zawartością węgla, gdyż związki tego pierwiastka zostały użyte do wytopu żelaza. Dlatego im mniejsza ilość węgla, tym wyższa jakość żelaza.
Żelazo było również najważniejszym metalem w pierwszej fazie rewolucji przemysłowej.
Zdobądź więcej wiedzy dzięki zawartości:
- Pierwiastki chemiczne
- Stopy metali
- Czym są metale, przykłady i właściwości
Odniesienia bibliograficzne
ATKINS, PW; JONES, Loretta. Zasady chemii: kwestionowanie współczesnego życia i środowiska. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.
FILTR, Ricardo. Podstawy Chemii: obj. pojedynczy. 4 wyd. Sao Paulo: Moderna, 2005.
Lee, J. D. Niezbyt zwięzła chemia nieorganiczna. Tłumaczenie 5. wyd. Język angielski. Wydawca Edgard Blucher Ltd. 1999.
