Желязо — химичен елемент, свойства, приложения и история

Свойства

Физични свойства

Желязото е сив, сребрист метал. Той е магнитен, въпреки че различните алотропи на желязото имат различни магнитни качества. Желязото се открива, добива и претопява лесно и затова е толкова полезно. Чистото желязо е меко и много коваемо.

Химични свойства

Желязото е реактивно. То реагира с повечето киселини, например със сярна киселина. При реакция със сярна киселина се получава железен сулфат. Тази реакция със сярна киселина се използва за почистване на метали.

Желязото реагира с въздуха и водата и образува ръжда. Когато ръждата се отлепи, се открива повече желязо, което позволява на още повече желязо да ръждяса. В крайна сметка цялото парче желязо ръждясва. Други метали като алуминия не ръждясват. Желязото може да се легира с хром, за да се получи неръждаема стомана, която не ръждясва при повечето условия.

Желязото на прах може да реагира със сяра, за да се получи железен(II) сулфид - твърдо черно вещество. Желязото реагира и с халогени, за да се получат железни(III) халогениди, като железен(III) хлорид. Желязото реагира с хидрохалогенните киселини, за да се получат железни(II) халогениди като железен(II) хлорид.

Химични съединения

Желязото образува химични съединения с други елементи. Обикновено другият елемент окислява желязото. Понякога се отнемат два електрона, а понякога три. Съединенията, в които на желязото са отнети два електрона, се наричат железни съединения. Съединенията, в които желязото има три отнети електрона, се наричат железни съединения. Железните съединения имат желязо в състояние на окисление +2. Железните съединения имат желязо в окислително състояние +3. Железните съединения могат да бъдат черни, кафяви, жълти, зелени или лилави.

Железните съединения са слаби редуктори. Много от тях са зелени или сини. Най-често срещаното желязно съединение е железният сулфат.

Железните съединения са окислители. Много от тях са кафяви. Най-често срещаното желязно съединение е железният оксид, същият като ръждата. Една от причините желязото да ръждясва е, че железният оксид е окислител. Той окислява желязото, като го ръждясва дори под боята. Ето защо, ако има малка драскотина в боята, цялата вещ може да ръждяса.

Съединения на желязо(II)

Съединенията в състояние на окисление +2 са слаби редуктори. Обикновено те са светли на цвят. Реагират с кислород във въздуха. Известни са също като железни съединения.

• Железен(II) сулфид, блестящ химикал, който реагира с киселини, за да освободи сероводород, намиращ се в земята.
• Железен(II) сулфат, синьо-зелен кристален химикал, получен чрез реакция на сярна киселина със стомана, използван за намаляване на отрови като хромат в бетона.
• Железен(II) хлорид, бледозелен кристален химикал, получен чрез реакция на солна киселина със стомана
• Железен(II) хидроксид, тъмнозелен прах, получен чрез електролиза на вода с железен анод, реагира с кислород и става кафяв.
• Железен(II) оксид, черен, запалим, рядък

Смесено състояние на окисление

Тези съединения се срещат рядко; само едно от тях е често срещано. Те се намират в земята.

• Железният(II,III) оксид, черен минерал, използван като желязна руда, съдържа желязо в окислително състояние +2 и +3.

Съединения на желязо(III)

Съединенията в състояние на окисление +3 обикновено са кафяви. Те са окислители. Те са корозивни. Известни са и като железни съединения.

• Железен(III) оксид, ръжда, червено-кафяв, разтваря се в киселина
• Железният(III) хлорид, отровен и корозивен, се разтваря във вода и образува тъмнокафяв кисел разтвор. Получава се чрез реакция на желязо със солна киселина и окислител
• Железен(III) нитрат, светлолилав, разяждащ, използва се за ецване
• Железен(III) сулфат, рядък, светлокафяв, разтваря се във вода. Получава се чрез реакция на желязо със сярна киселина и окислител.

Къде се намира желязото

Във Вселената има много желязо, защото то е крайната точка на ядрените реакции в големите звезди. То е последният елемент, който се произвежда, преди бурният колапс на свръхнова да разпръсне желязото в космоса.

Този метал е основната съставка на земното ядро. В близост до повърхността той се среща като желязно или черноземно съединение. Някои метеорити съдържат желязо под формата на редки минерали. Обикновено желязото се намира като хематитова руда в земята, голяма част от която е направена по време на Голямото кислородно събитие. Желязото може да се извлече от рудата в доменна пещ. Част от желязото се намира под формата на магнетит.

В месото има железни съединения. Желязото е съществена част от хемоглобина в червените кръвни клетки.

Производство на желязо

Желязото се произвежда в големи фабрики, наречени железарски заводи, чрез редуциране на хематит с въглерод (кокс). Това става в големи съдове, наречени доменни пещи. Доменната пещ се пълни с желязна руда, кокс и варовик. В нея се вкарва много горещ въздух, който кара кокса да гори. Екстремната топлина кара въглерода да реагира с желязната руда, като отнема кислорода от железните оксиди и образува въглероден диоксид. Въглеродният диоксид е газ и напуска сместа. В желязото има и малко пясък. Варовикът, който се състои от калциев карбонат, се превръща в калциев оксид и въглероден диоксид, когато варовикът е много горещ. Калциевият оксид реагира с пясъка и се получава течност, наречена шлака. Шлаката се отцежда, като остава само желязото. В резултат на реакцията чистото течно желязо остава в доменната пещ, където след охлаждането може да се оформи и втвърди. Почти всички чугунолеярни днес са част от стоманолеярни и почти цялото желязо се превръща в стомана.

Има много начини за работа с желязо. Желязото може да се втвърди, като се нагрее парче метал и се напръска със студена вода. То може да се омекоти, като се нагрее и се остави бавно да се охлади. То може да се щампова и с помощта на тежка преса. То може да се издърпва в жици. Може да се валцува, за да се получи листов метал.

В Съединените щати голяма част от желязото се добива от земята в Минесота и след това се изпраща с кораби до Индиана и Мичиган, където се произвежда стомана.

Използва

Като метал

Желязото се използва повече от всеки друг метал. То е здраво и евтино. От него се правят сгради, мостове, пирони, винтове, тръби, греди и кули.

Желязото не е много реактивно, така че извличането му от рудите е лесно и евтино. След като се превърне в стомана, желязото е много здраво и се използва за укрепване на бетон.

Съществуват различни видове желязо. Чугунът е чугун, произведен по начина, описан по-горе в статията. Той е твърд и крехък. Използва се за направата на неща като капаци за дъждовна канализация, капаци на шахти и блокове на двигатели (основната част на двигателя).

Стоманата е най-разпространената форма на желязото. Стоманите се срещат в няколко форми. Меката стомана е стомана с ниско процентно съдържание на въглерод. Тя е мека и лесно се огъва, но не се напуква лесно. Използва се за пирони и проводници. Въглеродната стомана е по-твърда, но по-крехка. Използва се в инструментите.

Има и други видове стомана. Неръждаемата стомана, поради съдържанието на хром, е устойчива на ръжда, а никел-железните сплави могат да останат здрави при високи температури. Други стомани могат да бъдат много твърди в зависимост от добавените сплави.

Кованото желязо се оформя лесно и се използва за направата на огради и вериги.

Чистото желязо е меко и може лесно да ръждясва (окислява се). То е и доста реактивно.

Като съединения

Съединенията на желязото се използват за няколко неща. Железният(II) хлорид се използва за почистване на водата. Използва се и железен(III) хлорид. Железният(II) сулфат се използва за намаляване на хроматите в цимента. Някои железни съединения се използват във витамините.

Хранене

Недостигът на желязо е най-често срещаният хранителен дефицит в света.

Тялото ни се нуждае от желязо, за да може кислородът да стигне до мускулите ни, тъй като то е в основата на някои важни макромолекули в тялото ни, като хемоглобина, които подобряват работата му. В много зърнени храни има добавено желязо (металния елемент желязо). То се добавя в зърнените храни под формата на малки метални стърготини. Понякога дори е възможно да се видят стърготините, като се вземе изключително силен магнит и се постави в кутията. Магнитът ще привлече тези парченца желязо. Яденето на тези малки метални стърготини не е вредно за организма ни.

Желязото е най-достъпно за организма, когато е добавено към аминокиселини - желязото в тази форма е десет до петнадесет пъти по-усвоимо, отколкото като елемент. Желязото се съдържа и в месото, например в пържолата. Желязото, осигурявано от хранителните добавки, е под формата на химикал, например железен(II) сулфат, който е евтин и се усвоява добре. Организмът не приема повече желязо, отколкото му е необходимо, и обикновено се нуждае от много малко. Желязото в червените кръвни клетки се рециклира чрез система, която разгражда старите клетки. Загубата на кръв при нараняване или паразитна инфекция може да бъде по-сериозна.

Токсичност

Желязото е токсично, когато се приема в големи количества в организма. Когато се приемат твърде много таблетки с желязо, хората (особено децата) се разболяват. Освен това съществува генетично заболяване, което уврежда регулирането на нивата на желязо в организма.

Съществуват химикали, които се свързват с желязото и които лекарите могат да предпишат.

Свързани страници

• Алотропи на желязото
• Съединения на желязото
• Желязна епоха