Jern (element) egenskaper, kjemisk struktur, bruk

Han jern Det er et overgangsmetall som tilhører gruppe 8 eller VIIIB i det periodiske tabellen og er representert med FE kjemisk symbol. Det er et gråaktig metall, duktil, formbar og av stor iherdighet, brukt i mange applikasjoner som er veldig nyttige for mennesker og samfunn.

Det utgjør 5% av jordskorpen, og er også det nest mest tallrike metallet etter aluminium. Dessuten overvinnes overflod av oksygen og silisium. Imidlertid, med hensyn til jordens kjerne, er 35% av den sammensatt av metallisk og flytende jern.

Alchemist-HP (snakk) (www.PSE-MENDELEJEW.av) [fal eller gfdl 1.2 (http: // www.gnu.Org/lisenser/old-lisens/fdl-1.2.html)]

Utenfor den terrestriske kjernen er ikke jern metall, siden det raskt oksideres når det blir utsatt for den fuktige luften. Det ligger i basaltiske bergarter, karbonholdige sedimenter og meteoritter; Generelt i legering med nikkel, som i Kamacita -mineralet.

De viktigste jernmineralene som brukes til gruvedrift er følgende: Hematitt (jernoksid, tro₂ENTEN₃), Magnetitt (ferroferoferisk oksid, tro₃ENTEN₄), Limonitt (hydrert jernholsidhydroksyd, [stygt (OH) · NH₂O]), og sideritten (jernkarbonat, FECO₃).

I gjennomsnitt har mennesket et 4,5 g innhold av jern, hvorav 65 % er i form av hemoglobin. Dette proteinet griper inn i transport av oksygen i blodet og i dets distribusjon til de forskjellige vevene, for påfølgende samling av myoglobin og neuroglobin.

Til tross for de mange fordelene med jern for mennesket, kan overflødig metall ha veldig alvorlige giftige handlinger, spesielt på leveren, det kardiovaskulære systemet og bukspyttkjertelen; Slik er tilfellet med arvelig hematokromatismens sykdom.

Jern er synonymt med konstruksjon, styrke og kriger. På den annen side, etter dens overflod, er det alltid et alternativ å vurdere når det gjelder utvikling av nye materialer, katalysatorer, medisiner eller polymerer; Og til tross for den røde fargen på det.

[TOC]

Historie

Antikken

Jern ble tiltalt i årtusener. Imidlertid er det vanskelig å finne jerngjenstander i slike eldgamle aldre på grunn av deres mottakelighet for korroze, noe som forårsaker ødeleggelse. De eldste jerngjenstandene ble laget med den som ble funnet i meteorittene.

Slik er en slags kontoer utdypet i 3500 til.c., Funnet i Gerzah, Egypt og en dolk funnet i Tutankhamuns grav. Jernmeteoritter er preget av et høyt nikkelinnhold, så det var mulig å identifisere deres opprinnelse i disse objektene.

Bevis for støpejern i Asmar, Mesopotamia og halen Chagar Bazaar, i Syria, ble også funnet mellom 3000 og 2700 til 2700 til.c. Selv om jernstøperiet begynte i bronsealderen, tok det århundrer der det kunne flytte til bronse.

I tillegg ble støpejernsgjenstander i India funnet, 1800 til 1200 til.c. Og i Levante, omtrent 1500 til.c. Det antas at jernalderen begynte i år 1000 til.c., Ved å redusere kostnadene for produksjonen.

Vises i Kina mellom 700 og 500 til.c., Sannsynligvis transportert gjennom Sentral -Asia. De første jerngjenstandene ble funnet i Luhe Jiangsu, Kina.

Europa

Forgedt jern ble produsert i Europa ved å bruke galla -samtaler. For prosessen var bruk av kull påkrevd som drivstoff.

De høye middelalderske ovnene var 3,0 m høye, de var laget av ignorerte murstein og luften ble levert av manuelle belg. I 1709 etablerte Abraham Darby en kort koksovn for å produsere støpejern, og erstattet vegetabilsk kull.

Tilgjengeligheten av billig jern var en av faktorene som førte til den industrielle revolusjonen. I denne perioden begynte raffinasjonen av jern -jernet jernet, som ble brukt til å bygge broer, skip, forekomster osv.

Stål

Stål bruker en karbonkonsentrasjon større enn smijern. Stål skjedde i Luristan, Persia, i år 1000 til.c. I den industrielle revolusjonen ble nye metoder utviklet for å produsere jernstenger uten kull, som deretter ble brukt til å produsere stål.

På slutten av 1850 -årene ble Henry Bessemer designet for å blåse luften til Molten Arrabio for å produsere søtt stål, noe som gjorde produksjonen av det mest økonomiske stålet. Dette resulterte i en nedgang i smijernsproduksjonen.

Egenskaper

https: // giphy.com/gifs/metal-aluminum-73sauwqj7xhc

Utseende

Metallisk glans med et gråaktig fargestoff.

Atomvekt

55.845 u.

Atomnummer (z)

26

Smeltepunkt

1.533 ºC

Kokepunkt

2.862 ºC

Tetthet

-Omgivelsestemperatur: 7.874 g/ml.

-Fusjonspunkt (væske): 6.980 g/ml.

Fusjonsvarme

13.81 kJ/mol

Fordampningsvarme

340 kJ/mol

Kan tjene deg: kaliumhypokloritt (KCLO)

Molar kalorikapasitet

25,10 J/(mol · k)

Ioniseringsenergi

-Første ioniseringsnivå: 762,5 kJ/mol (tro⁺ gassform)

-Andre ioniseringsnivå: 1.561,9 kJ/mol (tro²⁺ gassform)

-Tredje nivå ionisering: 2.957, KJ/mol (tro³⁺ gassform)

Elektronegativitet

1.83 på Pauling -skalaen

Atomisk radio

Empirisk kl. 12.00

Termisk ledningsevne

80,4 w/(m · k)

Elektrisk resistivitet

96.1 Ω · m (ved 20 ºC)

Curie Point

770 ° C, omtrent. Ved denne temperaturen slutter jern å være ferromagnetisk.

Isotoper

Stabile isotoper: ⁵⁴Tro, med en overflod på 5,85%; ⁵⁶Tro, med en overflod på 91,75%; ⁵⁷Tro, med en overflod på 2,12%; og ⁵⁷Tro, med en overflod på 0,28%. Å være ⁵⁶Tro Den mest stabile og rikelig isotopen er ikke overrasket over at atomvekten av jern er veldig nær 56 u.

Mens radioaktive isotoper er: ⁵⁵Tro, ⁵⁹Tro og ⁶⁰Tro.

Elektronisk struktur og konfigurasjon

-Alotropes

Jern ved romtemperatur krystalliserer i den kubiske strukturen fokusert på kroppen (BCC), som også er kjent som α-FE eller ferritt (innen metallurgisk sjargong). Siden du kan ta i bruk forskjellige krystallinske strukturer avhengig av temperatur og trykk, sies det at jern er et allotropisk metall.

BCC -alotrope er vanlig jern (ferromagnetisk), som folk kjenner så mye og tiltrekkes av magneter. Når den blir oppvarmet over 771 ºC, blir den paramagnetisk, og selv om krystallen deres bare utvides, vurderte de denne "nye fasen" som β-FE. De andre jern -alotropene er også paramagnetiske.

Mellom 910 ºC og 1394 ºC er jern som austenitten eller γ-Fe alotropisk, hvis struktur er kubikk sentrert på ansikter, FCC. Konverteringen mellom Austenita og Ferrita har en viktig innvirkning på stålproduksjon; Siden er karbonatomer mer oppløselige i austenitten enn i ferritt.

Og deretter, over 1394 ºC til smeltepunktet (1538 ºC), tar jernet på nytt BCC, Δ-FE-strukturen; Men i motsetning til ferritt, er denne alotropiske paramagnetiske.

Opsilon jern

Ved å øke trykket til 10 GPa, ved en temperatur på noen hundre Celsius -grader, utvikler a eller ferritt alotropisk seg til alotrope ε, epsilon, preget av krystallisering i en kompakt sekskantet struktur; det vil si med de mest komprimerte troatomene. Dette er den fjerde allotropiske jernformen.

Noen studier teoretiserer om mulig eksistens av andre strykejern under slike trykk, men ved enda høyere temperaturer.

-Metallkobling

Uansett jern alotropo og temperaturen som "agiterer" dets troatomer, eller trykket som komprimerer dem, samhandler de med hverandre med de samme elektronene i Valencia; Dette er de som er vist i deres elektroniske konfigurasjon:

[AR] 3D⁶ 4s²

Derfor er det åtte elektroner som deltar i metallbindingen, enten det svekkes eller styrker under allotropiske overganger. Det er også disse åtte elektronene som definerer jernegenskaper som deres termiske eller elektriske ledningsevne.

-Oksidasjonstall

Det viktigste oksidasjonstallet (og vanlig) av jern er +2 (tro²⁺) og +3 (tro³⁺). Faktisk vurderer den konvensjonelle nomenklaturen bare disse to tallene eller statene. Imidlertid er det forbindelser der jern kan vinne eller miste en annen mengde elektroner; det vil si at eksistensen av andre kationer antas.

For eksempel kan jern også ha +1 oksidasjonstall (tro⁺), +4 (tro⁴⁺), +5 (tro⁵⁺), +6 (tro⁶⁺) og +7 (tro⁷⁺). Ferrato -anioniske arten, stygg₄^2-, Den har jern med et oksidasjonsnummer på +6, siden de fire oksygenatomene har oksidert det til så ekstrem.

På samme måte kan jern ha negative oksidasjonstall; slik som: -4 (tro^4-), -2 (tro^2-) og -1 (tro^-). Forbindelser som har jernsentre med disse elektrongevinstene er imidlertid veldig sjeldne. Det er grunnen til at selv om det overstiger mangan i dette aspektet, er denne siste formen mye mer stabile forbindelser med sitt utvalg av oksidasjonstilstander.

Resultatet, for praktiske formål, bare vurder tro²⁺ eller tro³⁺; De andre kationene er forbeholdt noen spesifikke ioner eller forbindelser.

Hvordan oppnås det?

Stålpynt, den viktigste jernlegeringen. Kilde: Pxhere.

Råvaresamling

Det må fortsette til stedet for de mest passende mineraler for mineralutnyttelse av jern. De mest brukte mineralene for å oppnå er følgende: Hematitt (tro₂ENTEN₃), Magnetitt (tro₃ENTEN₄) Limonitt (stygt · oh · nh₂O) og sideritt (feco₃).

Kan tjene deg: kromklorid (CRCL3): struktur, egenskaper, bruk

Deretter er det første trinnet i ekstraksjon å samle steinene med jernmalm orenas. Disse bergartene er knust for å fragmentere dem i biter av små størrelser. Deretter er det en seleksjonsfase av fragmentene av bergartene med jernmineral.

I utvalget følges to strategier: bruk av magnetfelt og sedimentering i vann. Bergfragmenter blir utsatt for et magnetfelt og fragmenter med mineraler er orientert i det, og kan skilles.

I den andre metoden slippes de steinete fragmentene ut i vannet, og de som inneholder jern fordi de er tyngre blir sedimert i bunnen av vannet, og er øverst i dette avtalen fordi det er av mindre vekt.

Masovn

Høy ovn der stål produseres. Kilde: Pixabay.

Jernmineraler blir transportert til høye ovner, hvor de blir sølt sammen med Coke Coal som har drivstoffpapir og karbonleverandør. I tillegg legges kalkstein eller kalkstein, som oppfyller grunnleggerens funksjon.

Til den korte ovnen, med den forrige blandingen, blir varm luft injisert ved en temperatur på 1.000 ºC. Jern smelter ved forbrenning av kull som fører temperatur til 1.800 ºC. Når væske kalles Arrabio, som samler seg i bunnen av ovnen.

Arrabio er trukket ut av ovnen og helles i containere som skal transporteres for et nytt støperi; Mens slaggen, blir urenhet som ligger på overflaten av Arrabio, kastet.

Arrabio helles av bruk av skjeer av støpegods i en omformerovn, sammen med kalkholdig stein som en smelte, og oksygen introduseres ved høy temperatur. Dermed reduseres karboninnholdet, og foredler Arrabio for å gjøre det til stål.

Deretter føres stål gjennom elektriske ovner for produksjon av spesielle stål.

applikasjoner

-Metallisk jern

Iron Bridge i England, en av soyakonstruksjonene laget med jern eller legeringer. Kilde: Ingen maskinlesbar forfatter gitt. Jasonjsmith antok (basert på copyright -krav). [Offentlig domene]

Fordi det er et lite produksjonsmetall, formbart, duktil og blitt til korrosjonsbestandig, er det oppnådd at det er det mest nyttige metallet for mennesket, i sine forskjellige former: smidde, smeltet og stål av forskjellige typer.

Jern brukes til konstruksjon av:

-Broer

-Baser for bygninger

-Dører og vinduer

-Båter

-Forskjellige verktøy

-Rør for drikkevann

-Rør for innsamling av avløpsvann

-Gardens møbler

-Karakterer for husholdningenes sikkerhet

Det brukes også til utdyping av husholdningsutstyr, for eksempel potter, panner, kniver, holdere. I tillegg brukes det i fremstilling av kjøleskap, kjøkken, vaskemaskiner, oppvaskmaskin, blandere, ovner, brødristere.

Kort sagt, jern er til stede i alle gjenstander rundt mann.

Nanopartikler

Metallisk jern tilbereder også som nanopartikler, som er veldig reaktive og beholder de magnetiske egenskapene til det makroskopiske faste stoffet.

Disse troens sfærer (og dens flere ekstra morfologier) brukes til å rense vann av organoklorforbindelser, og som medikamentstøtter tatt for å velge regioner i kroppen ved å bruke et magnetfelt.

De kan også tjene som katalytiske støtter i reaksjoner der karbonbindinger er ødelagt, C-C.

-Jernforbindelser

Oksider

Jernholdig, stygt oksid brukes som et pigment for krystaller. Jern oksid, tro₂ENTEN₃, Det er grunnlaget for en serie pigmenter som spenner fra gul til rød, kjent som venetiansk rød. Den røde formen, kalt Rouge, brukes til å polere edle metaller og diamanter.

Ferrosoferricoksid, tro₃ENTEN₄, Det brukes i ferritas, stoffer med høy magnetisk tilgjengelighet og elektrisk resistivitet, brukbar i visse dataminner og i magnetbåndbelegget. Det har også blitt brukt som pigment og poleringsmiddel.

Sulfater

Heptahydrat jernholdig sulfat, feso₄· 7H₂Eller, det er den vanligste formen for jernholdig sulfat, kjent som grønn vitriol eller kobbera. Det brukes som et reduksjonsmiddel og i fremstilling av blekk, gjødsel og plantevernmidler. Den finner også bruk i galvanoplastikk av jern.

Jernsulfat, tro₂(SW₄)₃, Det brukes til å oppnå jernalumin og andre jernforbindelser. Det fungerer som koagulant i rensing av avløpsvann, og som en mordant i tekstilfargestoff.

Klorider

Jernholdig klorid, fecl₂, Det brukes som et mordant og reduserende middel. I mellomtiden, jernklorid, Fecl₃, Det brukes som et metallkloreringsmiddel (sølv og kobber) og noen organiske forbindelser.

Behandlingen av tro³⁺ Med heksocianoferrato -ionet [Fe (CN)₆]^-4 produserer et blått bunnfall, kalt Preussen blå, brukt i malerier og lakker.

Kan tjene deg: natriumbisulfitt (NAHSO3): Struktur, egenskaper, bruksområder, innhenting

Jernmat

Muslingene er en matkilde rik på jern. Kilde: Pxhere.

Generelt anbefales et inntak på 18 mg/jerndag. Blant matvarene som gir det i det daglige kostholdet er følgende:

Sjømat bidrar med jern i Hemin, så det er ingen hemming i tarmabsorpsjonen av det samme. Musling bidrar med opptil 28 mg jern per 100 g av det; Derfor vil denne mengden musling være tilstrekkelig for å levere det daglige jernkravet.

Spinaten inneholder 3,6 mg jern per 100 g. Vaksinos orgelkjøtt, for eksempel kalvekjøttleveren, inneholder 6,5 mg jern per 100 g. Det er sannsynlig at bidraget fra den svarte puddingen er noe høyere. Den svarte puddingen består av deler av tynntarmen, fylt med storfekjøttblod.

Belgfrukter, for eksempel linser, inneholder 6,6 mg jern for 198 g. Rødt kjøtt inneholder 2,7 mg jern per 100 g. Gresskarfrø inneholder 4,2 mg per 28 g. Quinoa inneholder 2,8 mg jern per 185 g. Mørkt kalkunkjøtt inneholder 2,3 mg per 100 g. Brokkolien inneholder 2,3 mg per 156 mg.

Tofu inneholder 3,6 mg per 126 g.  I mellomtiden inneholder svart sjokolade 3,3 mg per 28 g.

Biologisk papir

Funksjonene som jern spiller, spesielt i virveldyr, er utallige. Det anslås at mer enn 300 enzymer krever jern for driften. Blant enzymene og proteiner som bruker det er følgende:

-Proteiner som har hemokruppen og ikke har noen enzymatisk aktivitet: hemoglobin, myoglobin og neuroglobin.

-Enzymer med hemokruppen involvert i transport av elektroner: cytokromer A, B og F, og cytokrom oksidaser og/eller oksidaseaktivitet; Oksidasesulfitt, cytokrom P450 oksidase, myeloperoxidase, peroxidase, katalase, etc.

-Proteiner som inneholder jernsukker, relatert til oksymeduktive aktiviteter, involvert i energiproduksjon: succinatdehydrogenase, isocitrat dehydrogenase og aconitase, eller enzymer involvert med replikasjon og reparasjon av DNA: DNA-polimerasa og DNA-heliclas.

-Enzymer arving ikke at de bruker jern som en kofaktor for sin katalytiske aktivitet: fenylalaninhydrolase, hydrolase tyrosin, hydrolase tryptofan og hydrolase løgn.

-Ingen hemo -proteiner som er ansvarlige for transport og lagring av jern: ferritin, transferrin, haptoglobin, etc.

Risiko

Toksisitet

Risikoen for eksponering for overflødig jern kan være akutt eller kronisk. En årsak til akutt jernforgiftning kan være overdreven inntak av jerntabletter, i form av glukonat, fumarat, etc.

Jern kan forårsake irritasjon av tarmslimhinnen, hvis ubehag manifesterer seg umiddelbart etter inntak og forsvinner 6 til 12 timer. Det absorberte jernet blir avsatt i forskjellige organer. Denne akkumuleringen kan forårsake metabolske endringer.

Hvis mengden jern som er inntatt er giftig, kan det forårsake tarmperforering med peritonitt.

I det kardiovaskulære systemet produserer hypovolemia som kan være forårsaket av gastrointestinal blødning, og jernfrigjøring fra vasoaktive stoffer, for eksempel serotonin og histamin. Det kan til slutt oppstå, massiv levernekrose og leversvikt.

Hemokromatisme

Hemokromatisme er en arvelig sykdom som har en endring i mekanismen for å regulere kroppsjern, som manifesterer seg i en økning i blodkonsentrasjonen av jern og dens akkumulering i forskjellige organer; blant dem leveren, hjertet og bukspyttkjertelen.

De første symptomene på sykdommen er følgende: leddsmerter, magesmerter, tretthet og svakhet. Med følgende symptomer og påfølgende tegn på sykdommen: diabetes, tap av seksuell lyst, impotens, hjertesvikt og leversvikt.

Hososiderosis

Hermosiderose er karakterisert, som indikert med navnet, ved akkumulering av Hososiderina i vev. Dette forårsaker ikke vevsskader, men det kan utvikle seg til skader som ligner de som er observert i hemokromatisme.

Hoserose kan produseres av følgende årsaker: økning i absorpsjonen av kostholdsjern, hemolytisk anemi som frigjør jern fra erytrocytter og overdreven blodoverføring.

Hermosyrose og hemokromatisme kan skyldes upassende funksjon av hepcidinhormonet, hormon som skilles ut av leveren som griper inn i reguleringen av kroppsjern.

Referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Foist l. (2019). Allotropes of Iron: Typer, tetthet, bruksområder. Studere. Gjenopprettet fra: Studie.com
3. Jayanti s. (s.F.). Allotropy of Iron: Thermodynamics and Crystal Structures. Metallurgi. Gjenopprettet fra: Engineeringenotes.com
4. Nanoshel. (2018). Iron Nano Power. Gjenopprettet fra: nanoshel.com
5. Wikipedia. (2019). Jern. Hentet fra: i.Wikipedia.org
6. Shropshire historie. (s.F.). Jernegenskaper. Gjenopprettet fra: Shropshirehistory.com
7. Dr. Deig Stewart. (2019). Jernelementfakta. Gjenopprettet fra: Chemicool.com
8. Franziska Spritzler. (18. juli 2018). 11 sunn mat rik på jern. Gjenopprettet fra: Healthline.com
9. Lentech. (2019). Periodebord: jern. Gjenopprettet fra: Lentech.com
10. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (13. juni 2019). Jern. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: Britannica.com