Фізичні властивості заліза залежать від супеню його чистоти. Чисте залізо досить пластичним металом сріблясто-білого кольору. Щільність заліза становить 7,87 г / см 3. Температура плавлення становить 1539 ° С. На відміну від багатьох інших металів, залізо проявляє магнітні властивості.
Чисте залізо на повітрі досить стійким. У практичній діяльності залізо застосовується, що містить домішки. При нагріванні залізо є досить активним відносно багатьох неметалів. Розглянемо хімічні властивості заліза на прикладі взаємодії з типовими неметалами: киснем і сіркою.
При згорянні заліза в кисні утворюється з'єднання заліза з кисню, яка отримала назву залізна окалина. Реакція супроводжується виділенням тепла і світла. Складемо рівняння хімічної реакції:
При нагріванні залізо бурхливо реагує з сіркою з утворенням ферум (II) сульфіду. Реакція також супроводжується виділенням тепла і світла. Складемо рівняння хімічної реакції:
Залізо широко застосовується в промисловості та побуті. Залізний вік - епоха в розвитку людства, яка почалася на початку першого тисячоліття до нашої ери в зв'язку з поширенням виплавки заліза і виготовлення залізного знаряддя праці і військової зброї. Залізний вік прийшов на зміну бронзовому віку. Сталь вперше з'явилася в Індії в десятому столітті до нашої ери, чавун - тільки в середні століття. Чисте залізо використовується для виготовлення сердечників трансформаторів і електромагнітів, а також у виробництві спеціальних сплавів. Найбільше на практиці використовують сплави заліза: чавун і сталь. Чавун застосовується у виробництві лиття і стали, сталь - як конструкційний і інструментальний матеріали, які проявляють стійкість до корозії.
Під впливом кисню повітря і вологи залізні сплави перетворюються в іржу. Продукт іржавіння можна описати хімічною формулою Fe 2 O 3 · хH 2 O. Одна шоста частина виплавленого чавуну, гине від іржавіння, тому питання боротьби з корозією є дуже актуальним. Методи захисту від корозії дуже різноманітні. Найважливіші з них: захист поверхні металу покриттям, створення сплавів з антикорозійними властивостями, електрохімічні засоби, зміна складу середовища. Захисні покриття ділять на дві групи: металеві (покриття заліза цинком, хромом, нікелем, кобальтом, міддю) і неметалеві (лаки, фарби, пластмаси, гума, цемент). При введенні до складу сплавів спеціальних добавок отримують нержавіючу сталь.
Залізо. Поширеність заліза в природі. Біологічна роль заліза
Другий важливий хімічний елемент після кисню, властивості якого будуть вивчатися, - це Ферум. Залізо є металевим елементом, який утворює просту речовину - залізо. Залізо входить до складу восьмий групи побічної підгрупи періодичної системи. Згідно номеру групи максимальна валентність заліза повинна складати вісім, проте в з'єднаннях Ферум частіше проявляє валентність два і три, а також відомі сполуки з валентністю заліза шість. Відносна атомна маса заліза одно п'ятдесят шість.
За поширеною в складі земної кори Ферум займає серед металевих елементів друге місце після алюмінію. Масова частка заліза в земній корі становить майже п'ять відсотків. У самородному стані залізо зустрічається дуже рідко, зазвичай лише у вигляді метеоритів. Саме в цьому виді наші предки і ми змогли вперше познайомитися з залізом і оцінити його як дуже хороший матеріал для виготовлення знарядь праці. Вважається, що залізо є головною складовою ядра земної кулі. Найчастіше Ферум зустрічається в природі в складі руд. Найважливішими з них є: магнітний залізняк (магнетит) Fe 3 O 4. червоний залізняк (гематит) Fe 2 O 3. бурий залізняк (лимонит) Fe 2 O 3 · nH 2 O, залізний колчедан (пірит) FeS 2. шпатовий залізняк ( сидерит) FeСO3, гетит FeO (OH). У водах багатьох мінеральних джерел міститься Fe (НСO 3) 2 і деякі інші солі заліза.
Залізо є життєво важливим елементом. В організмі людини, як і тварин, феррум присутній у всіх тканинах, однак найбільша його частина (приблизно три грами) зосереджена в кров'яних кульках. Атоми заліза займають центральне положення в молекулах гемоглобіну, їм гемоглобін зобов'язаний своїм забарвленням і здатністю приєднувати отщеплять кисень. Залізо бере участь в процесі перенесення кисню від легенів до тканин організму. Добова потреба організму в Ферум становить 15-20 мг. Загальна його кількість потрапляє в організм людини з рослинною їжею і м'ясом. При втраті крові потреба в Ферум перевищує кількість, яку людина отримує з їжею. Нестача заліза в організмі може привести до стану, який характеризується зменшенням кількості еритроцитів і гемоглобіну крові. Медичні препарати заліза слід приймати тільки за призначенням лікаря.
Хімічні властивості кисню. Реакції з'єднання. Поняття оксиди, окиснення і горіння. Умови виникнення і припинення горіння
Кисень при нагріванні енергійно реагує з багатьма речовинами. Якщо в посудину з киснем внести розпечений деревне вугілля С, то воно розжарюється до білого і згоряє. Складемо рівняння хімічної реакції:
З + O NaHCO 2 = CO NaHCO 2
Сірка S горить в кисні яскравим синім полум'ям з утворенням газоподібної речовини - сірчистого газу. Складемо рівняння хімічної реакції:
S + O NaHCO 2 = SO NaHCO 2
Фосфор Р згоряє в кисні яскравим полум'ям з утворенням густого білого диму, який складається з твердих частинок фосфор (V) оксиду. Складемо рівняння хімічної реакції:
4P + 5O NaHCO 2 = 2P NaHCO 2 O NaHCO 5
Рівняння реакцій взаємодії кисню з вугіллям, сіркою і фосфором об'єднує те, що з двох вихідних речовин в кожному окремому випадку утворюється одна речовина. Такі реакції, в результаті яких з декількох вихідних речовин (реагентів) утворюється тільки одна речовина (продукт), називаються реакціями повідомлення.
Продукти взаємодії кисню з розглянутими речовинами (вугіллям, сіркою, фосфором) є оксидами. Оксидами називають складні речовини, що містять два елементи, один з яких кисень. Майже всі хімічні елементи утворюють оксиди, за винятком деяких інертних елементів: гелію, неону, аргону, криптону і ксенону. Є деякі хімічні елементи, які безпосередньо не поєднуються з киснем, наприклад, Аурум.
Хімічні реакції взаємодії речовин з киснем називають реакціями окислення. Поняття "окислення" є більш загальним, ніж поняття "горіння". Горіння - це хімічна реакція, при якій відбувається окислення речовин супроводжується виділенням тепла і світла. Для виникнення горіння необхідні наступні умови: тісний контакт повітря з горючою речовиною і нагрів до температури займання. Для різних речовин температура займання має різні значення. Наприклад, температура займання деревного пилу становить 610 ° С, сірки - 450 ° С, білого фосфору 45 - 60 ° С. Для того щоб запобігти виникненню горіння, необхідно порушити хоча б одну з наведених нижче умов. Тобто треба видалити горючу речовину, охолодити його нижче температури займання перекрити доступ кисню. Процеси горіння супроводжують нас в громадському житті, тому кожна людина повинна знати умови виникнення і припинення горіння, а також дотримуватися необхідні правила поводження з вогненебезпечними речовинами.
Кругообіг кисню в природі. Застосування кисню, його біологічна роль
Приблизно четверта частина атомів усієї живої матерії припадає на частку кисню. Оскільки загальна кількість атомів кисню в природі незмінно, з видаленням кисню з повітря внаслідок дихання та інших процесів має відбуватися його поповнення. Найважливішими джерелами кисню в неживій природі є вуглекислий газ і вода. Кисень потрапляє в атмосферу головним чином в результаті процесу фотосинтезу, в якому бере участь це-о-два. Важливим джерелом кисню є атмосфера Землі. Частина кисню утворюється у верхніх частинах атмосфери внаслідок дисоціації води під дією сонячного випромінювання. Частина кисню виділяється зеленими рослинами в процесі фотосинтезу з аш-два-о і це-в-два. У свою чергу атмосферний це-о-два утворюється в результаті реакцій горіння і дихання тварин. Атмосферний о-два витрачається на освіту озону у верхніх частинах атмосфери, окислювальні процеси вивітрювання гірських порід, в процесі дихання тварин і в реакціях горіння. Перетворення в-два в це-о-два призводить до виділення енергії, відповідно, на перетворення це-о-два в о-два енергія повинна витрачатися. Ця енергія виявляється Сонцем. Таким чином, життя на Землі залежить від циклічних хімічних процесів, можливих завдяки потраплянню сонячної енергії.
Застосування кисню обумовлено його хімічними властивостями. Кисень широко використовується як окислювач. Його застосовують для зварювання та різання металів, в хімічній промисловості - для отримання різних з'єднань і інтенсифікації деяких виробничих процесів. В космічній техніці кисень застосовується для спалювання водню та інших видів палива, в авіації - при польотах на великих висотах, в хірургії - для підтримки хворих з утрудненим диханням.
Біологічна роль кисню обумовлено його здатністю підтримувати дихання. Людина при диханні протягом однієї хвилини в середньому споживає 0,5 дм3 кисню, протягом доби - 720 дм 3. а протягом року - 262,8 м 3 кисню.
Видобуток кисню в лабораторії. Поняття каталізатор. реакції розкладу
У лабораторії кисень добувають при розкладанні деяких складних речовин, що містять кисень. Реакцією розкладання називають хімічну реакцію, в результаті якої з однієї речовини (реагенту) утворюється кілька інших речовин (продуктів реакції). Розглянемо приклади найважливіших реакцій застововуються для отримання кисню в лабораторії.
1. Реакція термічного розкладання калій перманганату. Складемо рівняння хімічної реакції:
Речовина калій-марганець-о-чотири широко поширена в громадському житті під назвою "марганцівка". Кисень, який утворився, проявляють тліючої лучиною, яка яскраво спалахує у отвори газовідвідної трубки приладу, в якому проводять реакцію, або при внесенні в судину з киснем.
2. Реакція розкладання гідроген пероксиду в присутності марганцю (IV) оксиду. Складемо рівняння хімічної реакції:
Водень пероксид також добре відомий з громадському житті. Він може бути використаний для обробки подряпин і дрібних ран (розчин аш-два-о-два мас три відсотки повинен бути в кожній аптечці невідкладної допомоги). Багато хімічних реакцій прискорюється в присутності певних речовин. В даному випадку реакції розкладання гідроген пероксиду прискорює марганець-о-два, проте сам марганець-о-два не витрачається і не входить до складу продуктів реакції. Марганець-о-два є каталізатором.
Каталізаторами називаються речовини, які прискорюють хімічні реакції, але самі при цьому не витрачаються. Каталізатори не тільки широко застосовуються в хімічній промисловості, а й відіграють важливу роль в житті людини. Природні каталізатори, які отримали назву ферменти, що беруть участь в регулюванні біохімічних процесів.
Кисень, як уже зазначалося раніше, трохи важчий за повітря. Тому його можна зібрати витісненням повітря в посудину, розміщену отвором вгору.