A vas jól ismert kémiai elem. Az átlagos reakcióképességű fémek közé tartozik. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a vas tulajdonságait és felhasználását.
Elterjedtség a természetben
Elég nagyszámú ásvány van, amelyek tartalmazzák a vasat is. Először is, ez a magnetit. Hetvenkét százaléka vas. Kémiai képlete Fe3O4. Ezt az ásványt mágneses vasércnek is nevezik. Világosszürke színű, néha sötétszürke, feketéig, fémes fényű. A FÁK-országok közül a legnagyobb lelőhelye az Urálban található.
A következő magas vastartalmú ásvány a hematit – hetven százalékban ebből az elemből áll. Kémiai képlete Fe2O3. Vörös vasércnek is nevezik. Színe a vörös-barnától a vörös-szürkéig terjed. A FÁK-országok területén a legnagyobb betét Krivoy Rogban található.
A vastartalom szempontjából a harmadik ásvány a limonit. Itt a vas a teljes tömeg hatvan százalékát teszi ki. Ez egy kristályos hidrát, vagyis a vízmolekulák beleszövődnek a kristályrácsába,kémiai képlete Fe2O3•H2O. Ahogy a neve is sugallja, ez az ásvány sárgásbarnás színű, esetenként barna. Ez a természetes okker egyik fő összetevője, és pigmentként használják. Barna vaskőnek is nevezik. A legnagyobb előfordulások a Krím-félszigeten, Urálban.
A szideritben, az úgynevezett vasércben a ferrum negyvennyolc százaléka. Kémiai képlete FeCO3. Szerkezete heterogén, és különböző színű, egymáshoz kapcsolódó kristályokból áll: szürke, halványzöld, szürke-sárga, barna-sárga stb.
Az utolsó természetben előforduló, magas vastartalmú ásvány a pirit. A következő kémiai képlete van: FeS2. A benne lévő vas a teljes tömeg negyvenhat százaléka. A kénatomoknak köszönhetően ez az ásvány aranysárga színű.
A figyelembe vett ásványok közül sokat tiszta vas előállítására használnak. Ezenkívül a hematitot természetes kövekből készült ékszerek előállításához használják. Pirit zárványok találhatók a lapis lazuli ékszerekben. Ezenkívül a vas megtalálható a természetben az élő szervezetek összetételében - ez a sejt egyik legfontosabb összetevője. Ezt a nyomelemet kellő mennyiségben kell bevinni az emberi szervezetbe. A vas gyógyító tulajdonságai nagyrészt annak köszönhetők, hogy ez a kémiai elem a hemoglobin alapja. Ezért a ferrum használata jó hatással van a vér állapotára, így az egész szervezet egészére.
Vas: fizikai és kémiai tulajdonságok
Vegyük sorra ezt a két nagy részt. A vas fizikai tulajdonságai a megjelenése, sűrűsége, olvadáspontja stb. Vagyis az anyag összes fizikával kapcsolatos megkülönböztető jellemzője. A vas kémiai tulajdonságai abban rejlik, hogy képes reagálni más vegyületekkel. Kezdjük az elsővel.
A vas fizikai tulajdonságai
Tiszta formájában normál körülmények között szilárd anyag. Ezüstösszürke színű és markáns fémes fénye van. A vas mechanikai tulajdonságai közé tartozik a Mohs-skála szerinti keménységi szint. Ez egyenlő négy (közepes). A vas jó elektromos és hővezető képességgel rendelkezik. Az utolsó vonást egy vastárgy megérintésével lehet érezni egy hideg szobában. Mivel ez az anyag gyorsan vezeti a hőt, rövid időn belül elnyeli a bőr hőjének nagy részét, így fázik.
Például egy fát érintve észrevehető, hogy a hővezető képessége sokkal alacsonyabb. A vas fizikai tulajdonságai az olvadáspontja és a forráspontja. Az első 1539 Celsius-fok, a második 2860 Celsius-fok. Megállapítható, hogy a vas jellemző tulajdonságai a jó alakíthatóság és olvaszthatóság. De ez még nem minden.
A vas fizikai tulajdonságai közé tartozik a ferromágnesesség is. Ami? A vas, amelynek mágneses tulajdonságait mindennap gyakorlati példákban figyelhetjük meg, az egyetlen fém, amely ilyennel rendelkezikegyedi megkülönböztető tulajdonság. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy ez az anyag mágneses tér hatására mágnesezhető. És az utóbbi hatásának megszűnése után a vas, amelynek mágneses tulajdonságai éppen kialakultak, sokáig mágnes marad. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy ennek a fémnek a szerkezetében sok szabad elektron van, amely képes mozogni.
A kémia szemszögéből
Ez az elem a közepes aktivitású fémek közé tartozik. De a vas kémiai tulajdonságai az összes többi fémre jellemzőek (kivéve azokat, amelyek az elektrokémiai sorozatban a hidrogéntől jobbra vannak). Számos anyagcsoporttal képes reagálni.
Kezdje egyszerűen
A vas kölcsönhatásba lép oxigénnel, nitrogénnel, halogénekkel (jód, bróm, klór, fluor), foszforral, szénnel. Az első dolog, amit figyelembe kell venni, az oxigénnel való reakciók. A vas elégetésekor oxidjai képződnek. A reakció körülményeitől és a két résztvevő közötti arányoktól függően ezek variálhatók. Ilyen kölcsönhatásokra példaként a következő reakcióegyenletek adhatók meg: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. A vas-oxid tulajdonságai (fizikai és kémiai egyaránt) pedig változatosak lehetnek, fajtájától függően. Az ilyen reakciók magas hőmérsékleten mennek végbe.
Következő - kölcsönhatás nitrogénnel. Az is csak megtörténhetfűtésnek van kitéve. Ha veszünk hat mól vasat és egy mól nitrogént, akkor két mól vas-nitridet kapunk. A reakcióegyenlet így fog kinézni: 6Fe + N2=2Fe3N.
A foszforral való kölcsönhatás során foszfid képződik. A reakció végrehajtásához a következő komponensekre van szükség: három mól vashoz - egy mól foszfor, ennek eredményeként egy mól foszfid képződik. Az egyenlet a következőképpen írható fel: 3Fe + P=Fe3P.
Ezen kívül az egyszerű anyagokkal végzett reakciók között megkülönböztethető a kénnel való kölcsönhatás is. Ebben az esetben szulfid nyerhető. Az anyag képződési folyamatának elve hasonló a fent leírtakhoz. Nevezetesen addíciós reakció megy végbe. Minden ilyen jellegű kémiai kölcsönhatás különleges körülményeket, főleg magas hőmérsékletet, ritkábban katalizátort igényel.
A vas és a halogének közötti reakciók a vegyiparban is gyakoriak. Ezek a klórozás, brómozás, jódozás, fluorozás. Amint az a reakciók nevéből is kitűnik, ez az a folyamat, amikor klór / bróm / jód / fluor atomokat adnak a ferrum atomokhoz, hogy klorid / bromid / jodid / fluoridot képezzenek. Ezeket az anyagokat széles körben használják különféle iparágakban. Ezenkívül a ferrum magas hőmérsékleten képes egyesülni a szilíciummal. Változatos kémiai tulajdonságai miatt a vasat gyakran használják a vegyiparban.
Ferrum és összetett anyagok
Az egyszerű anyagokról térjünk át azokra, amelyek molekulái kettő vagy több anyagból állnakkülönféle kémiai elemek. Az első dolog, amit meg kell említeni, a vas és a víz reakciója. Íme a vas főbb tulajdonságai. Ha a vizet vassal együtt hevítjük, bázikus oxid képződik (ezt azért hívják, mert ugyanazzal a vízzel kölcsönhatásba lépve hidroxidot, más szóval bázist képez). Tehát, ha mindkét komponensből egy mólnyit veszünk, akkor olyan anyagok, mint a vas-dioxid és a hidrogén, szúrós szagú gáz formájában képződnek - szintén 1-1 mólarányban. Az ilyen típusú reakció egyenlete a következőképpen írható fel: Fe + H2O=FeO + H2. Attól függően, hogy ezt a két komponenst milyen arányban keverjük össze, vas-di- vagy -trioxid állítható elő. Mindkét anyag nagyon elterjedt a vegyiparban, és sok más iparágban is használják.
Savakkal és sókkal
Mivel a vas a hidrogéntől balra helyezkedik el a fémek elektrokémiai aktivitási sorozatában, képes kiszorítani ezt az elemet a vegyületekből. Példa erre a szubsztitúciós reakció, amely akkor figyelhető meg, ha vasat adunk egy savhoz. Például, ha azonos mólarányban keveri össze a vasat és a közepes koncentrációjú szulfátsavat (más néven kénsavat), akkor az eredmény a vas-szulfát (II) és a hidrogén azonos mólarányban. Egy ilyen reakció egyenlete a következőképpen nézne ki: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
A sókkal való kölcsönhatás során a vas redukáló tulajdonságai megjelennek. Vagyis segítségével egy kevésbé aktív fémet izolálhatunk a sóból. Például havegyünk egy mól réz-szulfátot és ugyanannyi vasat, akkor kaphatunk vas-szulfátot (II) és tiszta rezet ugyanabban a mólarányban.
Érték a test számára
A földkéreg egyik leggyakoribb kémiai eleme a vas. Az anyag tulajdonságaival már foglalkoztunk, most biológiai oldalról közelítjük meg. A Ferrum nagyon fontos funkciókat lát el mind sejtszinten, mind az egész szervezet szintjén. Először is, a vas egy olyan fehérje alapja, mint a hemoglobin. Szükséges az oxigén szállításához a véren keresztül a tüdőből minden szövetbe, szervbe, a test minden sejtjébe, elsősorban az agy neuronjaiba. Ezért a vas jótékony tulajdonságait nem lehet túlbecsülni.
A ferrum amellett, hogy befolyásolja a vérképzést, a pajzsmirigy teljes működéséhez is fontos (ehhez nem csak jód kell, ahogy egyesek hiszik). A vas részt vesz az intracelluláris anyagcserében is, szabályozza az immunitást. A ferrum a májsejtekben is különösen nagy mennyiségben található, mivel segít a káros anyagok semlegesítésében. Ez is az egyik fő alkotóeleme sokféle enzimnek a szervezetünkben. Egy személy napi étrendjének tíz-húsz milligrammot kell tartalmaznia ebből a nyomelemből.
Vasban gazdag élelmiszerek
Sok van belőlük. Mind növényi, mind állati eredetűek. Az első a gabonafélék, hüvelyesek, gabonafélék (különösen a hajdina), alma, gomba (vargánya), szárított gyümölcsök, csipkebogyó, körte, őszibarack,avokádó, sütőtök, mandula, datolya, paradicsom, brokkoli, káposzta, áfonya, szeder, zeller, stb A második - máj, hús. A magas vastartalmú élelmiszerek használata különösen fontos a terhesség alatt, mivel a fejlődő magzat szervezetének nagy mennyiségre van szüksége ebből a nyomelemből a megfelelő növekedéshez és fejlődéshez.
A vashiány jelei
A szervezetbe túl kevés ferrum tünetei a fáradtság, a kezek és lábak állandó fagyása, depresszió, törékeny haj és köröm, csökkent intellektuális aktivitás, emésztési zavarok, gyenge teljesítmény és pajzsmirigy-rendellenességek. Ha ezek közül a tünetek közül egynél többet észlel, érdemes lehet növelni a vasban gazdag élelmiszerek mennyiségét az étrendjében, vagy vitaminokat vagy vastartalmú étrend-kiegészítőket vásárolni. Ezenkívül feltétlenül forduljon orvoshoz, ha a fenti tünetek bármelyikét túl erősen tapasztalja.
A vas használata az iparban
A vas felhasználása és tulajdonságai szorosan összefüggenek. Ferromágnesessége miatt mágnesek készítésére használják - mind gyengébbek háztartási célra (ajándéktárgy hűtőmágnesek stb.), mind erősebbek - ipari célokra. Tekintettel arra, hogy a szóban forgó fém nagy szilárdságú és keménységű, ősidők óta használták fegyverek, páncélok és egyéb katonai és háztartási eszközök gyártására. Egyébként még az ókori Egyiptomban is ismerték a vas meteorit tulajdonságaitamelyek jobbak a közönséges fémeknél. Az ókori Rómában is használtak ilyen speciális vasalót. Elit fegyvereket készítettek belőle. Csak egy nagyon gazdag és nemes embernek lehet meteorit fémből készült pajzsa vagy kardja.
Általánosságban elmondható, hogy az ebben a cikkben tárgy alt fém a legsokoldalúbb az ebbe a csoportba tartozó anyagok közül. Mindenekelőtt acélt és öntöttvasat készítenek belőle, amelyekből mindenféle, az iparban és a mindennapi életben szükséges termék előállítható.
Az öntöttvas vas és szén ötvözete, amelyben a második 1,7 és 4,5 százalék között van jelen. Ha a második kevesebb, mint 1,7 százalék, akkor ezt a fajta ötvözetet acélnak nevezik. Ha körülbelül 0,02 százalék szén van a készítményben, akkor ez már közönséges műszaki vas. A szén jelenléte az ötvözetben szükséges ahhoz, hogy nagyobb szilárdságot, hőállóságot és rozsdaállóságot biztosítson.
Ezenkívül az acél sok más kémiai elemet is tartalmazhat szennyeződésként. Ez a mangán, a foszfor és a szilícium. Ezenkívül króm, nikkel, molibdén, wolfram és sok más kémiai elem adható az ilyen típusú ötvözetekhez bizonyos tulajdonságok biztosítása érdekében. Transzformátoracélként olyan acélfajtákat használnak, amelyekben nagy mennyiségű (körülbelül négy százalék) szilícium van jelen. A sok (maximum tizenkét-tizennégy százalék) mangánt tartalmazók az alkatrészek gyártásában találják alkalmazásukat.vasutak, malmok, zúzógépek és egyéb szerszámok, amelyek gyorsan kopnak az alkatrészek.
Molibdén kerül az ötvözet összetételébe, hogy hőstabilabb legyen – az ilyen acélokat szerszámacélként használják. Ezenkívül a jól ismert és általánosan használt rozsdamentes acélok kések és egyéb háztartási szerszámok formájában történő előállításához krómot, nikkelt és titánt kell hozzáadni az ötvözethez. És ahhoz, hogy ütésálló, nagy szilárdságú, alakítható acélt kapjunk, elegendő vanádiumot hozzáadni hozzá. A nióbium összetételébe beépítve nagymértékben ellenáll a korróziónak és a kémiailag agresszív anyagok hatásának.
A cikk elején említett ásványi magnetit merevlemezek, memóriakártyák és egyéb ilyen típusú eszközök gyártásához szükséges. Mágneses tulajdonságai miatt a vas megtalálható a transzformátorok, motorok, elektronikai termékek stb. konstrukciójában. Ezen kívül vas hozzáadható más fémötvözetekhez, hogy nagyobb szilárdságot és mechanikai stabilitást biztosítson. Ennek az elemnek a szulfátját a kertészetben kártevők elleni védekezésre használják (a réz-szulfáttal együtt).
A vas-kloridok nélkülözhetetlenek a víztisztításhoz. Ezenkívül a magnetitport fekete-fehér nyomtatókban használják. A pirit fő felhasználása az, hogy kénsavat nyerjenek belőle. Ez a folyamat a laboratóriumban három szakaszban zajlik. Az első szakaszban a vas-piritet elégetik, hogy vas-oxidot és kén-dioxidot állítsanak elő. A második lépés a dioxid átalakításaa kén trioxidjává alakul oxigén részvételével. A végső szakaszban a kapott anyagot katalizátorok jelenlétében vízgőzön vezetik át, így kénsavat kapnak.
Vasat szerezni
Ezt a fémet főleg két fő ásványából bányászják: magnetitból és hematitból. Ez úgy történik, hogy a vasat vegyületeiből koksz formájában szénnel redukálják. Ezt nagyolvasztóban végzik, ahol a hőmérséklet eléri a kétezer Celsius-fokot. Ezen kívül van mód arra, hogy a vasat hidrogénnel redukálják. Ehhez nincs szükség nagyolvasztóra. Ennek a módszernek a megvalósításához speciális agyagot veszünk, zúzott érccel keverjük össze, és aknakemencében hidrogénnel kezeljük.
Következtetés
A vas tulajdonságai és felhasználási területei változatosak. Talán ez a legfontosabb fém az életünkben. Miután az emberiség megismerte, a bronz helyét vette át, amely abban az időben az összes szerszám, valamint fegyverek gyártásának fő anyaga volt. Az acél és az öntöttvas sok tekintetben felülmúlja a réz-ón ötvözetet fizikai tulajdonságaik és a mechanikai igénybevétellel szembeni ellenállás tekintetében.
Ezenkívül a vas gyakoribb bolygónkon, mint sok más fém. Tömeghányada a földkéregben csaknem öt százalék. Ez a negyedik legnagyobb mennyiségben előforduló kémiai elem a természetben. Ezenkívül ez a kémiai elem nagyon fontos az állatok és növények szervezetének normális működéséhez, elsősorban azért, mert a hemoglobin erre épül. A vas esszenciális mikrotápanyagami fontos az egészség megőrzéséhez és a szervek normális működéséhez. A fentieken kívül ez az egyetlen fém, amely egyedülálló mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. Lehetetlen elképzelni életünket vas nélkül.
