O ferro é um elemento químico bem conhecido. Pertence aos metais com reatividade média. Consideraremos as propriedades e o uso do ferro neste artigo.
Prevalência na natureza
Há um número bastante grande de minerais que incluem o ferro. Em primeiro lugar, é magnetita. É setenta e dois por cento de ferro. Sua fórmula química é Fe3O4. Este mineral também é chamado de minério de ferro magnético. Tem uma cor cinza claro, às vezes com cinza escuro, até preto, com um brilho metálico. Seu maior depósito entre os países da CEI está localizado nos Urais.
O próximo mineral com alto teor de ferro é a hematita - é setenta por cento composta por este elemento. Sua fórmula química é Fe2O3. Também é chamado de minério de ferro vermelho. Tem uma cor de vermelho-marrom a vermelho-acinzentado. O maior depósito no território dos países da CEI está localizado em Krivoy Rog.
O terceiro mineral em termos de teor de ferro é a limonita. Aqui, o ferro é sessenta por cento da massa total. É um hidrato cristalino, ou seja, moléculas de água são tecidas em sua rede cristalina,sua fórmula química é Fe2O3•H2O. Como o nome indica, este mineral tem uma cor amarelo-acastanhada, ocasionalmente marrom. É um dos principais componentes do ocre natural e é usado como pigmento. Também é chamado de pedra de ferro marrom. As maiores ocorrências são Crimeia, Ural.
Em siderita, o chamado spar minério de ferro, quarenta e oito por cento de ferro. Sua fórmula química é FeCO3. Sua estrutura é heterogênea e consiste em cristais de diferentes cores conectados entre si: cinza, verde pálido, cinza-amarelo, marrom-amarelo, etc.
O último mineral natural com alto teor de ferro é a pirita. Tem a seguinte fórmula química: FeS2. Ferro nele é quarenta e seis por cento da massa total. Devido aos átomos de enxofre, este mineral tem uma cor amarelo dourado.
Muitos dos minerais considerados são usados para obter ferro puro. Além disso, a hematita é usada na fabricação de joias a partir de pedras naturais. Inclusões de pirita podem ser encontradas em joias de lápis-lazúli. Além disso, o ferro é encontrado na natureza na composição dos organismos vivos - é um dos componentes mais importantes da célula. Este oligoelemento deve ser fornecido ao corpo humano em quantidades suficientes. As propriedades curativas do ferro são em grande parte devido ao fato de que este elemento químico é a base da hemoglobina. Portanto, o uso de ferrum tem um bom efeito sobre o estado do sangue e, portanto, todo o organismo como um todo.
Ferro: propriedades físicas e químicas
Vamos considerar essas duas grandes seções em ordem. As propriedades físicas do ferro são sua aparência, densidade, ponto de fusão, etc. Ou seja, todas as características distintivas de uma substância que estão associadas à física. As propriedades químicas do ferro são sua capacidade de reagir com outros compostos. Vamos começar com o primeiro.
Propriedades físicas do ferro
Em sua forma pura em condições normais, é um sólido. Tem uma cor cinza-prateada e um brilho metálico pronunciado. As propriedades mecânicas do ferro incluem o nível de dureza na escala de Mohs. É igual a quatro (médio). O ferro tem boa condutividade elétrica e térmica. A última característica pode ser sentida ao tocar um objeto de ferro em uma sala fria. Como este material conduz o calor rapidamente, ele absorve a maior parte do calor da sua pele em um curto período de tempo, fazendo você sentir frio.
Tocando, por exemplo, uma árvore, nota-se que sua condutividade térmica é bem menor. As propriedades físicas do ferro são seus pontos de fusão e ebulição. O primeiro é 1539 graus Celsius, o segundo é 2860 graus Celsius. Pode-se concluir que as propriedades características do ferro são boa ductilidade e fusibilidade. Mas isso não é tudo.
Além disso, as propriedades físicas do ferro incluem seu ferromagnetismo. O que é isso? O ferro, cujas propriedades magnéticas podemos observar em exemplos práticos todos os dias, é o único metal que possui talcaracterística única de distinção. Isso se deve ao fato de que esse material pode ser magnetizado sob a influência de um campo magnético. E após o término da ação deste último, o ferro, cujas propriedades magnéticas acabaram de ser formadas, permanece um ímã por muito tempo. Este fenômeno pode ser explicado pelo fato de que na estrutura deste metal existem muitos elétrons livres que são capazes de se movimentar.
Do ponto de vista da química
Este elemento pertence aos metais de média atividade. Mas as propriedades químicas do ferro são típicas de todos os outros metais (exceto aqueles que estão à direita do hidrogênio na série eletroquímica). É capaz de reagir com muitas classes de substâncias.
Iniciar simples
Ferrum interage com oxigênio, nitrogênio, halogênios (iodo, bromo, cloro, flúor), fósforo, carbono. A primeira coisa a considerar são as reações com o oxigênio. Quando o ferro é queimado, seus óxidos são formados. Dependendo das condições da reação e das proporções entre os dois participantes, elas podem ser variadas. Como exemplo de tais interações, as seguintes equações de reação podem ser dadas: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. E as propriedades do óxido de ferro (tanto físicas quanto químicas) podem ser variadas, dependendo de sua variedade. Esses tipos de reações ocorrem em altas temperaturas.
Next - interação com nitrogênio. Também só pode acontecersujeito a aquecimento. Se tomarmos seis mols de ferro e um mol de nitrogênio, obtemos dois mols de nitreto de ferro. A equação da reação ficará assim: 6Fe + N2=2Fe3N.
Ao interagir com o fósforo, forma-se um fosforeto. Para realizar a reação, são necessários os seguintes componentes: para três mols de ferro - um mol de fósforo, como resultado, é formado um mol de fosfeto. A equação pode ser escrita da seguinte forma: 3Fe + P=Fe3P.
Além disso, dentre as reações com substâncias simples, pode-se distinguir também a interação com o enxofre. Neste caso, o sulfeto pode ser obtido. O princípio pelo qual ocorre o processo de formação desta substância é semelhante aos descritos acima. Ou seja, ocorre uma reação de adição. Todas as interações químicas deste tipo requerem condições especiais, principalmente altas temperaturas, menos frequentemente catalisadores.
Reações entre ferro e halogênios também são comuns na indústria química. Estes são cloração, bromação, iodação, fluoração. Como fica claro pelos próprios nomes das reações, este é o processo de adição de átomos de cloro / bromo / iodo / flúor a átomos de ferro para formar cloreto / brometo / iodeto / flúor, respectivamente. Essas substâncias são amplamente utilizadas em diversas indústrias. Além disso, o ferro é capaz de combinar com o silício em altas temperaturas. Devido às suas diversas propriedades químicas, o ferro é frequentemente usado na indústria química.
Ferro e substâncias complexas
De substâncias simples, vamos passar para aquelas cujas moléculas consistem em duas ou maisvários elementos químicos. A primeira coisa a mencionar é a reação do ferro com a água. Aqui estão as principais propriedades do ferro. Quando a água é aquecida junto com o ferro, forma-se um óxido básico (chamado assim porque ao interagir com a mesma água forma um hidróxido, ou seja, uma base). Então, se você tomar um mol de ambos os componentes, substâncias como dióxido de ferro e hidrogênio são formadas na forma de um gás com odor pungente - também em proporções molares de um para um. A equação para este tipo de reação pode ser escrita da seguinte forma: Fe + H2O=FeO + H2. Dependendo das proporções em que esses dois componentes são misturados, pode-se obter di- ou trióxido de ferro. Ambas as substâncias são muito comuns na indústria química e também são usadas em muitas outras indústrias.
Com ácidos e sais
Como o ferro está localizado à esquerda do hidrogênio na série eletroquímica de atividade dos metais, ele é capaz de deslocar esse elemento dos compostos. Um exemplo disso é a reação de substituição que pode ser observada quando o ferro é adicionado a um ácido. Por exemplo, se você misturar ferro e ácido sulfato (também conhecido como ácido sulfúrico) de concentração média nas mesmas proporções molares, o resultado será sulfato ferroso (II) e hidrogênio nas mesmas proporções molares. A equação para tal reação ficaria assim: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Ao interagir com sais, aparecem as propriedades redutoras do ferro. Ou seja, com a ajuda dele, um metal menos ativo pode ser isolado do sal. Por exemplo, sepegue um mol de sulfato de cobre e a mesma quantidade de ferro, então você pode obter sulfato de ferro (II) e cobre puro nas mesmas proporções molares.
Valor para o corpo
Um dos elementos químicos mais comuns na crosta terrestre é o ferro. Já consideramos as propriedades da matéria, agora vamos abordá-la do ponto de vista biológico. Ferrum desempenha funções muito importantes tanto a nível celular como a nível de todo o organismo. Em primeiro lugar, o ferro é a base de uma proteína como a hemoglobina. É necessário para o transporte de oxigênio através do sangue dos pulmões para todos os tecidos, órgãos, para todas as células do corpo, principalmente para os neurônios do cérebro. Portanto, as propriedades benéficas do ferro não podem ser superestimadas.
Além de afetar a formação do sangue, o ferro também é importante para o pleno funcionamento da glândula tireoide (isso requer não apenas iodo, como alguns acreditam). O ferro também participa do metabolismo intracelular, regula a imunidade. O ferro também é encontrado em quantidades especialmente grandes nas células do fígado, pois ajuda a neutralizar substâncias nocivas. É também um dos principais componentes de muitos tipos de enzimas em nosso corpo. A dieta diária de uma pessoa deve conter de dez a vinte miligramas desse oligoelemento.
Alimentos ricos em ferro
Há muitos deles. São de origem vegetal e animal. Os primeiros são cereais, leguminosas, cereais (especialmente trigo sarraceno), maçãs, cogumelos (porcini), frutos secos, rosa mosqueta, peras, pêssegos,abacate, abóbora, amêndoas, tâmaras, tomates, brócolis, repolho, mirtilos, amoras, aipo, etc. O segundo - fígado, carne. O uso de alimentos ricos em ferro é especialmente importante durante a gravidez, pois o corpo do feto em desenvolvimento requer uma grande quantidade desse oligoelemento para um crescimento e desenvolvimento adequados.
Sinais de deficiência de ferro
Sintomas de muito pouco ferrum entrando no corpo são fadiga, congelamento constante das mãos e pés, depressão, cabelos e unhas quebradiços, diminuição da atividade intelectual, distúrbios digestivos, baixo desempenho e distúrbios da tireóide. Se você notar mais de um desses sintomas, você pode querer aumentar a quantidade de alimentos ricos em ferro em sua dieta ou comprar vitaminas ou suplementos contendo ferro. Além disso, não deixe de consultar um médico se sentir algum desses sintomas com muita força.
Uso de ferrum na indústria
Os usos e propriedades do ferro estão intimamente relacionados. Devido ao seu ferromagnetismo, é usado para fazer ímãs - tanto mais fracos para fins domésticos (ímãs de geladeira de lembrança, etc.), quanto mais fortes - para fins industriais. Devido ao fato de o metal em questão ter alta resistência e dureza, ele é usado desde os tempos antigos para a fabricação de armas, armaduras e outras ferramentas militares e domésticas. A propósito, mesmo no antigo Egito, o ferro meteorito era conhecido, as propriedadesque são superiores aos do metal comum. Além disso, um ferro tão especial foi usado na Roma antiga. Eles fizeram armas de elite com isso. Apenas uma pessoa muito rica e nobre poderia ter um escudo ou espada feito de metal de meteorito.
Em geral, o metal que estamos considerando neste artigo é o mais versátil usado entre todas as substâncias deste grupo. Em primeiro lugar, são feitos aço e ferro fundido, que são usados para produzir todos os tipos de produtos necessários tanto na indústria quanto na vida cotidiana.
O ferro fundido é uma liga de ferro e carbono, na qual o segundo está presente de 1,7 a 4,5 por cento. Se o segundo for inferior a 1,7%, esse tipo de liga é chamado de aço. Se houver cerca de 0,02% de carbono na composição, isso já é ferro técnico comum. A presença de carbono na liga é necessária para conferir maior resistência, resistência ao calor e resistência à ferrugem.
Além disso, o aço pode conter muitos outros elementos químicos como impurezas. Isso é manganês, fósforo e silício. Além disso, cromo, níquel, molibdênio, tungstênio e muitos outros elementos químicos podem ser adicionados a esse tipo de liga para dar certas qualidades. Tipos de aço em que uma grande quantidade de silício está presente (cerca de quatro por cento) são usados como aços para transformadores. Os que contêm muito manganês (até doze ou quatorze por cento) encontram sua aplicação na fabricação de peçasferrovias, moinhos, trituradores e outras ferramentas que desgastam peças rapidamente.
O molibdênio é introduzido na composição da liga para torná-la mais estável termicamente - tais aços são usados como aços ferramenta. Além disso, para obter aços inoxidáveis conhecidos e comumente usados na forma de facas e outras ferramentas domésticas, é necessário adicionar cromo, níquel e titânio à liga. E para obter aço dúctil, resistente a choques e de alta resistência, basta adicionar vanádio a ele. Quando introduzido na composição do nióbio, é possível obter alta resistência à corrosão e aos efeitos de substâncias quimicamente agressivas.
A magnetita mineral, mencionada no início do artigo, é necessária para a fabricação de discos rígidos, cartões de memória e outros dispositivos desse tipo. Devido às suas propriedades magnéticas, o ferro pode ser encontrado na construção de transformadores, motores, produtos eletrônicos, etc. Além disso, o ferro pode ser adicionado a outras ligas metálicas para dar-lhes maior resistência e estabilidade mecânica. O sulfato deste elemento é usado na horticultura para controle de pragas (junto com o sulfato de cobre).
Os cloretos de ferro são indispensáveis para a purificação da água. Além disso, o pó de magnetita é usado em impressoras em preto e branco. O principal uso da pirita é obter ácido sulfúrico a partir dela. Esse processo ocorre no laboratório em três etapas. Na primeira fase, a pirita de ferro é queimada para produzir óxido de ferro e dióxido de enxofre. A segunda etapa é a conversão do dióxidoenxofre ao seu trióxido com a participação do oxigênio. E na fase final, a substância resultante passa pelo vapor de água na presença de catalisadores, obtendo-se assim o ácido sulfúrico.
Pegando ferro
Este metal é extraído principalmente de seus dois principais minerais: magnetita e hematita. Isso é feito reduzindo o ferro de seus compostos com carbono na forma de coque. Isso é feito em altos-fornos, cuja temperatura chega a dois mil graus Celsius. Além disso, existe uma maneira de reduzir o ferro com hidrogênio. Isso não requer um alto-forno. Para implementar este método, é retirada argila especial, misturada com minério britado e tratada com hidrogênio em forno de cuba.
Conclusão
As propriedades e usos do ferro são variados. Este é talvez o metal mais importante em nossas vidas. Tendo se tornado conhecido da humanidade, ele substituiu o bronze, que na época era o principal material para a fabricação de todas as ferramentas, bem como armas. Aço e ferro fundido são em muitos aspectos superiores à liga de cobre-estanho em termos de suas propriedades físicas, resistência ao estresse mecânico.
Além disso, o ferro é mais comum em nosso planeta do que muitos outros metais. Sua fração de massa na crosta terrestre é de quase cinco por cento. É o quarto elemento químico mais abundante na natureza. Além disso, esse elemento químico é muito importante para o funcionamento normal do organismo de animais e plantas, principalmente porque a hemoglobina é construída com base nele. O ferro é um micronutriente essencialo que é importante para manter a saúde e o funcionamento normal dos órgãos. Além do acima, é o único metal que possui propriedades magnéticas únicas. É impossível imaginar nossa vida sem ferrum.
