Vücudun kimyasal formülünde demir. Demir: atomik yapı, doğadaki dağılım. Demirin fiziksel ve kimyasal özellikleri

Demir, periyodik tablonun 4. grubunun ikincil alt grubu VIII'in metal bir elementidir. kimyasal elementler. D elementlerinin bir temsilcisidir. Demir atomunun dış enerji seviyesi iki elektron içerir

Üst enerji seviyesinde ise d-alt seviyesi doldurulur. Ferum, bileşiklerinde +2 ve +3 oksidasyon durumlarını gösterme yeteneğine sahiptir.

Demirin kütle oranı yerkabuğu%5'tir. Doğada görülme sıklığı açısından dördüncü sırada yer almaktadır. En önemli demir cevherleri şunlardır: manyetit Fe3O4, hematit Fe2O3, limonit - Fe2O3 nH2O, siderit FeCO3, pirit FeS2.

Demir biyolojik olarak önemli unsur. Tüm hayvan ve bitkilerin vücudunda bulunur. Demir, bitkilerin sitoplazmasının bir parçasıdır ve fotosentez sürecine dahil olur. Yetişkin insan vücudu yaklaşık 4 gr demir içerir. Esas olarak karaciğer, kemik iliği ve dalakta birikir. Ancak demirin ana kısmı hemoglobinin bir parçasıdır - oksijeni akciğerlerden dokulara ve ters yönde taşıma işlevini yerine getiren kanın kırmızı pigmenti - karbon dioksit. Demir eksikliği şunlara yol açar: tehlikeli hastalık- anemi. Bu nedenle mutlaka kullanmalısınız Gıda Ürünleri Ferum açısından zengin: maydanoz, karaciğer, dana eti, karabuğday, kuru kayısı vb.

Saf demir, erime noktası 1535 olan gümüşi beyaz parlak bir metaldir. C ve yoğunluk 7,87 g/cm3. Demir diğer metallerden farklıdır manyetik özellikler. Demir çok sünek bir metaldir ve kolaylıkla işlenebilmektedir.

Demir orta aktiviteli metallerden biridir. Kimyasal olarak saf demir korozyona karşı dayanıklıdır. Bununla birlikte, önemsiz miktardaki yabancı maddeler onu bu özellikten mahrum bırakır.

Demir oksijenle yanar. Bu reaksiyonun ürünü demir kavurmasıdır:

3Fe + 2O2 = Fe3O4.

Demir ayrıca diğer metal olmayanlarla (halojenler, kükürt, karbon) reaksiyona girer. İle etkileşimde bulunurken güçlü oksitleyici maddelerörneğin klor, oksidasyon durumu +3 olan demir bileşikleri üretir:

2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3,

ve daha az aktif oksitleyici maddelerle etkileşime girdiğinde demir +2 oksidasyon durumuna sahip bileşikler oluşur:

Şu tarihte: Yüksek sıcaklık demir su buharı ile reaksiyona girer. Reaksiyon sonucunda demir oksit ve hidrojen oluşur:

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2?.

Demir asit çözeltileriyle reaksiyona girerek tuzlar oluşturur ve hidrojen gazı açığa çıkarır:

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2?.

Konsantre sülfürik etkisi altında ve nitrik asitler Bu konsantre asitler çelik tanklarda depolanıp taşınabildiği için demirin yüzeyinde yoğun bir oksit filmi oluşur.

Demir, tuzlarının çözeltileriyle etkileşime girdiğinde daha az aktif metallerin yerini alır:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu.

Nemli havada demir paslanır. Ürünü pastır. Gözenekli olması nedeniyle pas, oksijenin ve nemin metale erişimini engellemez, bu da metalin daha fazla tahrip olmasına yol açar.

Demir en önemli metaldir modern teknoloji. İÇİNDE saf formu Demir neredeyse hiç kullanılmaz, ancak insanlığın kullandığı metallerin yaklaşık %90'ı demir bazlı alaşımlardır. Dünyada, diğer metallerden bahsetmeye bile gerek yok, alüminyumdan yaklaşık 50 kat daha fazla demir eritiliyor. Yüksek ve yüksek sıcaklığa maruz kalmaya dayanabilecek demir bazlı alaşımlar yaratılmıştır. Düşük sıcaklık, vakum ve yüksek basınçlar, agresif ortamlar vb. Demir alaşımları yapısal ve sanatsal malzemeler olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.

Hadi düşünelim elektronik yapı demir atomu ve periyodik tablodaki konumu. Temel fiziksel ve Kimyasal özellikler bu elemanın kullanım alanı.

PS'deki konumu

Demir, grup 8'in (yan alt grup) bir d-elementidir. Atom numarası 26, bağıl atom kütlesi 56'dır ve atomu 26 proton, 26 elektron ve 30 nötron içerir. Bu metalin ortalama bir değeri var kimyasal aktivite, sergiler onarıcı özellikler. Karakteristik oksidasyon durumları: +2, +3.

Atomun yapısının özellikleri

Elektronik ütü nedir? Elektronların dağılımını dikkate alırsak enerji seviyeleri aşağıdaki seçeneği elde ederiz:

2e; 8e; 14'üncü; 2e. Demir atomunun elektron kabuğunun bu yapısı, onun ikincil bir alt gruptaki konumunu gösterir ve elementlerin d-ailesine üyeliğini doğrular.

Doğada olmak

Demir, doğadaki en yaygın kimyasal elementlerden biridir. Yer kabuğunda yüzde yaklaşık %5,1'dir. Gezegenimizin derinliklerinde yalnızca üç element daha büyük miktarlarda bulunur: silikon, alüminyum ve oksijen.

Demir cevherleri dünyanın farklı bölgelerinde bulunur. Simyacılar toprakta bu metalin bileşiklerini keşfettiler. Demir üretilirken içeriği yüzde 30'u aşan cevherler seçilir.

Manyetik demir cevheri yaklaşık yüzde yetmiş iki metal içerir. Ana manyetit yatakları Kursk manyetik anomalisinde ve Güney Urallarda bulunmaktadır. Kan taşında demir oranı yüzde 65'e ulaşıyor. Krivoy Rog bölgesinde hematit keşfedildi.

Bitkiler ve hayvanlar için önemi

Demirin canlı organizmalarda rolü nedir? Atomun yapısı onun indirgeyici özelliklerini açıklar. Bu kimyasal element hemoglobinin bir parçasıdır ve ona karakteristik kırmızı bir renk verir. Yaklaşık üç gram saf demir, çoğu Hemoglobinde bulunan bir yetişkinin vücudunda bulunur. Temel amaç aktif oksijeni akciğerlerden dokulara aktarmak ve aynı zamanda ortaya çıkan karbondioksiti uzaklaştırmaktır.

Bitkiler de bu metale ihtiyaç duyar. Sitoplazmanın bir parçası olarak fotosentez süreçlerinde aktif rol alır. Bitkide yeterli demir yoksa yaprakları beyazdır. Demir tuzları ile minimum gübreleme ile bitki yaprakları yeşile döner.

Fiziki ozellikleri

Demir atomunun yapısına baktık. Diyagram, bu elementin metalik bir parlaklığa sahip olduğunu doğrulamaktadır (değerlik elektronları vardır). Gümüşi beyaz metal oldukça yüksek bir erime noktasına (1539 santigrat derece) sahiptir. İyi sünekliği nedeniyle bu metal kolaylıkla haddelenebilir, damgalanabilir ve dövülebilir.

Demirin özelliği olan mıknatıslama ve manyetikliği giderme yeteneği, onu çeşitli cihazlarda ve elektrikli makinelerde güçlü elektromıknatısların çekirdeklerinin üretimi için mükemmel bir malzeme haline getirdi.

Demir ne kadar aktiftir? Bir atomun yapısı varlığını gösterir. harici seviye esnasında verilecek iki elektron Kimyasal reaksiyon. Sertliğini ve mukavemetini arttırmak için metalin ilave haddelenmesi ve sertleştirilmesi gerçekleştirilir. Bu tür işlemlere atomun yapısında bir değişiklik eşlik etmez.

Demir türleri

Diyagramı yukarıda tartışılan demir atomunun elektronik yapısı bunu açıklıyor kimyasal özellikler. Düşük karbonlu çelik olan ticari olarak saf metalde ana bileşen demirdir. Karbonun yaklaşık yüzde 0,04'ü safsızlık olarak tanımlandı; fosfor, nitrojen ve kükürt de mevcuttu.

Kimyasal olarak saf demir, dış parametreleri bakımından platine benzer. Korozyon işlemlerine karşı direnci arttırılmıştır ve asitlere karşı dayanıklıdır. Saf metale en ufak bir yabancı madde girmesiyle benzersiz özellikleri kaybolur.

Makbuz seçenekleri

Alüminyum ve demir atomlarının yapısı, amfoterik alüminyumun ana alt gruba ait olduğunu ve demirin oksitlerinden ayrılması sürecinde kullanılma olasılığını gösterir. Alüminotermi, gerçekleştirilen yükselmiş sıcaklık, saf metali doğal cevherlerden izole etmenizi sağlar. Alüminyumun yanı sıra karbon (2) ve kömür de güçlü indirgeyici ajanlar olarak seçilmiştir.

Kimyasal özelliklerin özellikleri

Demir hangi kimyasal özelliklere sahiptir? Bir atomun yapısı onun indirgeme aktivitesini açıklar. Demir, +2, +3 oksidasyon durumlarına sahip iki dizi bileşiğin oluşmasıyla karakterize edilir.

Nemli havada metalin paslanma (korozyon) süreci meydana gelir ve bunun sonucunda demir hidroksit (3) oluşur. Isıtılmış demir tel oksijenle reaksiyona girerek demir oksit adı verilen siyah bir demir (2,3) oksit tozu oluşturur.

Yüksek sıcaklıklarda metal, su buharı ile etkileşime girerek karışık bir oksit oluşturabilir. Sürece hidrojenin salınması eşlik ediyor.

Metal olmayanlarla reaksiyon yalnızca başlangıç ​​bileşenleri önceden ısıtıldığında meydana gelir.

Demir, karışımı önceden ısıtmadan seyreltik sülfürik veya hidroklorik asitlerde çözülebilir. Konsantre sülfürik ve hidroklorik asit Bu metali pasifleştirin.

Demirin başka hangi kimyasal özellikleri vardır? Belirli bir elementin atomik yapısı onun ortalama aktivitesini gösterir. Bu, voltaj serisinde demirin hidrojenden (H2) önce düzenlenmesiyle doğrulanır. Sonuç olarak Beketov serisinin sağında yer alan tüm metalleri tuzlardan uzaklaştırabilir. Böylece bakır (2) klorür ile ısıtılarak gerçekleştirilen reaksiyonda saf bakır açığa çıkar ve bir demir klorür (2) çözeltisi elde edilir.

Kullanım alanları

Demirin büyük bir kısmı demir ve çelik üretiminde kullanılmaktadır. Dökme demirde karbon yüzdesi yüzde 3-4, çelikte ise yüzde 1,4'ten fazla değildir. Bu metal olmayan bağlantının gücünü artıran bir unsur görevi görür. Ayrıca alaşımların korozyon özelliklerine olumlu etkisi vardır ve malzemenin yüksek sıcaklıklara karşı direncini arttırır.

Çeliğin mekanik mukavemetini arttırmak için vanadyum katkı maddeleri gereklidir. Krom agresif kimyasallara karşı direnci arttırır.

Bu kimyasal elementin ferromanyetik özellikleri onu elektromıknatıs içeren endüstriyel tesislerde popüler hale getirmiştir. Ayrıca demir hediyelik eşya sektöründe de kullanım alanı bulmuştur. Renkli buzdolabı mıknatısları gibi çeşitli hediyelik eşyalar yapılır.

Dayanıklılık ve dövülebilirlik, metalin zırh oluşturmak için kullanılmasına olanak tanır. çeşitli türler silahlar.

(3) suyu yabancı maddelerden arındırmak için kullanılır. Tıpta periyodik element 26 anemi gibi hastalıkların tedavisinde kullanılmaktadır. Kırmızı kan hücrelerinin eksikliği varsa, hızlı yorulma cilt doğal olmayan bir hal alır soluk renk. Demir takviyeleri ortadan kaldırmaya yardımcı olur benzer sorun, vücudu tam aktiviteye döndürün. Demir aktivite için özellikle önemlidir tiroid bezi, karaciğer. Oluşmasını önlemek için ciddi sorunlar Bu metalden günde yaklaşık 20 mg tüketmek yeterlidir.

Buradan şu konuyla ilgili bir Ders indirebilirsiniz: "Demir. Demirin periyodik tablodaki konumu ve atomunun yapısı. Doğada oluşumu. Demirin fiziksel ve kimyasal özellikleri" konusu için: Kimya. Bu belge ders için iyi ve kaliteli materyal hazırlamanıza yardımcı olacaktır.

Tarih___________ Sınıf_______________

Ders:Ütü. Demirin periyodik tablodaki konumu ve atomunun yapısı. Doğada olmak. Demirin fiziksel ve kimyasal özellikleri .

Dersin Hedefleri: demir atomunun elektronik yapısını düşünün; kimyasalını inceleyin ve fiziki ozellikleri.

İlerlemek

1. Zamanı organize etmek ders.

2. Yeni materyalin incelenmesi.

Demir kimyasal bir elementtir

1. Demirin kimyasal elementlerin periyodik tablosundaki konumu ve atomunun yapısı

Çelikler çeşitli makine yapımında kullanılır Yapı malzemeleri, kirişler, levhalar, haddelenmiş ürünler, raylar, aletler ve daha birçok ürün. Prodüksiyon için farklı çeşitlerÇelikte, çeşitli metaller olan alaşım katkı maddeleri kullanılır: çeliğin kalitesini artıran Mn, Cr, Mo ve diğerleri.

3. Çalışılan materyalin konsolidasyonu

1 numara. İndirgeyici bir madde olarak kullanarak Fe203 ve Fe304 oksitlerinden demir üretimi için reaksiyon denklemlerini yazın:
a) hidrojen;
b) alüminyum;
c) karbon monoksit (II).
Her reaksiyon için elektronik bir denge oluşturun.

2 numara. Şemaya göre dönüşümleri gerçekleştirin:
Fe 2 O 3 -> Fe - +H2O, t -> X - +CO, t -> Y - +HCl -> Z
Ürünleri X, Y, Z olarak adlandırın?

4. Ödev.

S.43, alıştırmalar 1-3, görevler 1, 4, sayfa 136

(% 90'dan fazla Fe içeren sözde göktaşı demiri). Oksijen ve diğer elementlerle bileşikler halinde, birçok mineral ve cevherde yaygın olarak dağılmıştır. Yerkabuğunda en çok bulunan üçüncü elementtir (%5,00) (silisyum ve alüminyumdan sonra); Dünyanın çekirdeğinin çoğunlukla demirden oluştuğuna inanılıyor. Ana mineraller hematit (kırmızı demir cevheri) Fe203'tür; örneğin bataklık cevherinde bulunan limonit Fe203 ·nH20 (n = 1 - 4); manyetit (manyetik demir cevheri) Fe 3 O 4 ve siderit FeCO 3 . En yaygın demir minerali, üretiminin kaynağı olmasa da pirittir (kükürt pirit, demir pirit) FeS2; sarı parlaklığından dolayı bazen aptal altını veya kedi altını olarak anılır, ancak gerçekte genellikle küçük bakır safsızlıkları içerir. , altın , kobalt ve diğer metaller.

Hikaye

Demir (elemental) tarih öncesi çağlardan beri bilinmekte ve kullanılmaktadır. İlk demir nesneler muhtemelen muska, mücevher ve çalışma aletleri şeklinde göktaşı demirinden yapılmıştır. Yaklaşık 3.500 yıl önce insanoğlu, demir oksit içeren kırmızı toprağı metale dönüştürmenin bir yolunu keşfetti. O zamandan beri demirden çok sayıda farklı ürün yapıldı. İnsanlığın maddi kültürünün gelişmesinde önemli rol oynadı. Günümüzde demir esas olarak (%95) dökme demir ve çelik formundaki cevherlerden eritilir ve nispeten küçük miktarlarda metalize peletlerin indirgenmesiyle elde edilir ve saf demir, bileşiklerinin termal ayrışması veya tuzların elektrolizi ile elde edilir. .

Özellikler

Metalik demir grimsi beyaz, parlak, sert, plastik bir maddedir. Demir üç modifikasyonda (α, γ, δ) kristalleşir. α-Fe, kimyasal olarak 910°C'ye kadar stabil olan, vücut merkezli kübik kristal bir yapıya sahiptir. 910°C'de α-Fe, 910-1400°C aralığında stabil olan γ-Fe'ye dönüşür; γ-Fe, yüz merkezli bir kübik kristal kafeste kristalleşir. 1400°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, δ-Fe, esas itibarıyla α-Fe'ninkine benzer bir kafesle oluşturulur. Demir ferromanyetiktir; kolayca mıknatıslanır, ancak manyetik alan kaldırıldığında manyetik özelliklerini kaybeder. Artan sıcaklıkla birlikte demirin manyetik özellikleri bozulur ve 769°C'nin üzerinde mıknatıslanma neredeyse imkansızdır (bazen 769-910°C aralığındaki demire -Fe denir); γ-Fe manyetik bir malzeme değildir.

Kullanım

Ütü- karbonlu bir alaşımdaki (çelik, dökme demir) en kullanışlı metallerden biri - yapısal malzemeler için yüksek mukavemetli bir temel. Manyetik özelliklere sahip bir malzeme olarak demir, elektromıknatısların çekirdekleri ve elektrik makinelerinin armatürlerinin yanı sıra manyetik bantlar üzerindeki katmanlar ve filmler için kullanılır. Saf demir, kimyasal işlemlerde bir katalizör, bir bileşendir ilaçlar eczanede.

Vücudun kimyasal bir bileşeni olarak demir

Demir çok önemlidir kimyasal bileşen birçok omurgalı, omurgasız ve bazı bitkilerden oluşan organizmalar. Kandaki, kas dokusundaki heme (kırmızı kan hücrelerinin pigmenti) hemoglobinin bir parçasıdır. kemik iliği, karaciğer ve dalak. Her hemoglobin molekülü, oksijenle geri dönüşümlü ve zayıf bir bağ oluşturarak oksihemoglobin oluşturabilen 4 demir atomu içerir. Oksihemoglobin içeren kan vücutta dolaşarak hücresel solunum için dokulara oksijen sağlar. Bu nedenle solunum ve kırmızı kan hücrelerinin oluşumu için demir gereklidir. Miyoglobin (veya kas hemoglobini) kaslara oksijen sağlar. Toplamütülemek insan vücudu(ortalama ağırlık 70 kg) 3-5 gr'dır. Bu miktarın %65'i hemoglobindedir. Ortalama bir yetişkinin normal metabolizmasını desteklemek için günlük 10 ila 20 mg Fe gerekir. Kırmızı et, yumurta, yumurta sarısı, havuç, meyveler, her türlü buğday ve yeşil sebzeler esas olarak vücuda demir sağlar. normal beslenme; Vücuttaki demir eksikliğinden kaynaklanan anemi için, ilaçlar bezi.

Kimyasal olarak demir eleman

Kimyasal açıdan demir, +2, +3, daha az sıklıkla +1, +4, +6 karakteristik oksidasyon durumlarını sergileyen oldukça aktif bir metaldir. Bazı elementlerle doğrudan birleşir, S ile FeS - demir(III) sülfür oluşturur, iyot dışındaki halojenlerle - FeCl3 gibi demir(III) halojenürler oluşturur. Kolayca oksitlenir; oksijen ile FeO, Fe203, Fe304 (FeO + Fe203) oksitleri üretir, kolayca paslanır (paslanır). Yüksek sıcaklıklarda hidrojeni su buharından uzaklaştırır. Seyreltik asitlerde (örneğin, HCl, H2SO4, HNO3) çözünür, hidrojenin yerini alır ve Fe(II) tuzları (sırasıyla FeCl2, FeS04, Fe(NO3)2) oluşturur. Orta derecede konsantre H2S04 ve HNO3'te demir, Fe(III) tuzlarını oluşturmak üzere çözünür ve yüksek konsantrasyonlu olanlarda pasifleştirilir ve reaksiyona girmez. Demirin pasifliği, görünüşe göre yüzeyinde bir demir oksit filminin oluşmasıyla açıklanmaktadır, ancak bu, basit bir kazıma ile kolayca yok edilir.

Demir korozyonu

Demirin paslanması (demirin atmosferik korozyonu)- bu atmosferik oksijen tarafından oksidasyonudur. Reaksiyon, suda çözünmüş tuz iyonlarının ve atmosferik karbondioksit ile nemin etkileşiminin bir ürünü olan karbonik asidin ayrışması sırasında oluşan iyonların varlığında meydana gelir. Sonuç olarak, Fe2O3 nH2O bileşimine sahip gevşek kırmızı pas veya hidratlı oksit oluşur.

Bağlantılar

Karmaşık bağlantılar