Raud on hästi tuntud keemiline element. See kuulub keskmise reaktsioonivõimega metallide hulka. Selles artiklis käsitleme raua omadusi ja kasutamist.
Levikus looduses
Seal on üsna suur hulk mineraale, mille hulka kuulub ka raud. Esiteks on see magnetiit. See on seitsekümmend kaks protsenti rauda. Selle keemiline valem on Fe3O4. Seda mineraali nimetatakse ka magnetiliseks rauamaagiks. See on helehalli värvi, mõnikord tumehalliga, kuni must, metallilise läikega. Selle suurim maardla SRÜ riikides asub Uuralites.
Järgmine kõrge rauasisaldusega mineraal on hematiit – see koosneb seitsekümmend protsenti sellest elemendist. Selle keemiline valem on Fe2O3. Seda nimetatakse ka punaseks rauamaagiks. Selle värvus on punakaspruunist punakashallini. Suurim maardla SRÜ riikide territooriumil asub Krivoy Rogis.
Kolmas mineraal rauasisalduse poolest on limoniit. Siin moodustab raud kuuskümmend protsenti kogumassist. See on kristalne hüdraat, see tähendab, et veemolekulid on kootud selle kristallvõre,selle keemiline valem on Fe2O3•H2O. Nagu nimigi ütleb, on sellel mineraalil kollakaspruun värvus, mõnikord pruun. See on loodusliku ookri üks põhikomponente ja seda kasutatakse pigmendina. Seda nimetatakse ka pruuniks raudkiviks. Suurimad juhtumid on Krimmis, Uuralis.
Sideriidis, niinimetatud rauamaagis, moodustab 48 protsenti ferrumit. Selle keemiline valem on FeCO3. Selle struktuur on heterogeenne ja koosneb omavahel ühendatud erinevat värvi kristallidest: hall, kahvaturoheline, hallikaskollane, pruunikaskollane jne.
Viimane looduslikult esinev kõrge rauasisaldusega mineraal on püriit. Sellel on järgmine keemiline valem: FeS2. Selles sisalduv raud moodustab nelikümmend kuus protsenti kogu massist. Tänu väävliaatomitele on sellel mineraalil kuldkollane värvus.
Paljusid vaadeldavaid mineraale kasutatakse puhta raua saamiseks. Lisaks kasutatakse hematiiti looduslikest kividest ehete valmistamisel. Lapis lazuli ehetest võib leida püriidi lisandeid. Lisaks leidub rauda looduses elusorganismide koostises – see on raku üks olulisemaid komponente. Seda mikroelementi tuleb inimkehasse tarnida piisavas koguses. Raua raviomadused on suuresti tingitud sellest, et see keemiline element on hemoglobiini aluseks. Seetõttu mõjub ferrumi kasutamine hästi vere seisundile ja seega ka kogu organismile tervikuna.
Raud: füüsikalised ja keemilised omadused
Vaatleme neid kahte suurt jaotist järjekorras. Raua füüsikalised omadused on selle välimus, tihedus, sulamistemperatuur jne. See tähendab, et kõik aine eristavad omadused, mis on seotud füüsikaga. Raua keemilised omadused seisnevad selle võimes reageerida teiste ühenditega. Alustame esimesega.
Raua füüsikalised omadused
Puhtal kujul tavatingimustes on see tahke aine. Sellel on hõbehall värv ja väljendunud metalliline läige. Raua mehaanilised omadused hõlmavad ka kõvaduse taset Mohsi skaalal. See on võrdne neljaga (keskmine). Raual on hea elektri- ja soojusjuhtivus. Viimast tunnust on tunda külmas ruumis raudeseme puudutamisel. Kuna see materjal juhib soojust kiiresti, neelab see lühikese aja jooksul suurema osa teie naha soojusest, mistõttu tunnete end külmana.
Näiteks puud puudutades võib märkida, et selle soojusjuhtivus on palju väiksem. Raua füüsikalised omadused on selle sulamis- ja keemistemperatuur. Esimene on 1539 kraadi Celsiuse järgi, teine on 2860 kraadi Celsiuse järgi. Sellest võib järeldada, et rauale iseloomulikud omadused on hea plastilisus ja sulavus. Kuid see pole veel kõik.
Samuti hõlmavad raua füüsikalised omadused selle ferromagnetismi. Mis see on? Raud, mille magnetilisi omadusi võime praktilistes näidetes iga päev jälgida, on ainus metall, millel see onainulaadne eristav omadus. See on tingitud asjaolust, et seda materjali on võimalik magnetvälja mõjul magnetiseerida. Ja pärast viimase toime lõppemist jääb raud, mille magnetilised omadused on just tekkinud, veel kauaks magnetiks. Seda nähtust saab seletada asjaoluga, et selle metalli struktuuris on palju vabu elektrone, mis on võimelised ringi liikuma.
Keemia seisukoh alt
See element kuulub keskmise aktiivsusega metallide hulka. Kuid raua keemilised omadused on tüüpilised kõigile teistele metallidele (välja arvatud need, mis asuvad elektrokeemilises sarjas vesinikust paremal). See on võimeline reageerima paljude aineklassidega.
Alusta lihtsast
Ferrum interakteerub hapniku, lämmastiku, halogeenide (jood, broom, kloor, fluor), fosfori, süsinikuga. Esimene asi, mida tuleb arvestada, on reaktsioonid hapnikuga. Raua põletamisel tekivad selle oksiidid. Sõltuv alt reaktsiooni tingimustest ja kahe osaleja vahekordadest võib neid muuta. Selliste interaktsioonide näitena võib tuua järgmised reaktsioonivõrrandid: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Ja raudoksiidi omadused (nii füüsikalised kui keemilised) võivad olla erinevad, olenev alt selle sordist. Seda tüüpi reaktsioonid toimuvad kõrgel temperatuuril.
Edasi – koostoime lämmastikuga. See võib juhtuda ka ainultalluvad kuumutamisele. Kui võtame kuus mooli rauda ja ühe mooli lämmastikku, saame kaks mooli raudnitriidi. Reaktsioonivõrrand näeb välja selline: 6Fe + N2=2Fe3N.
Fosforiga suhtlemisel moodustub fosfiid. Reaktsiooni läbiviimiseks on vajalikud järgmised komponendid: kolme mooli ferrumi kohta - üks mool fosforit, mille tulemusena moodustub üks mool fosfiidi. Võrrandi saab kirjutada järgmiselt: 3Fe + P=Fe3P.
Lihtsate ainetega toimuvate reaktsioonide hulgas võib eristada ka koostoimet väävliga. Sel juhul võib saada sulfiidi. Selle aine moodustumise põhimõte on sarnane ülalkirjeldatuga. Nimelt tekib liitumisreaktsioon. Kõik sedalaadi keemilised vastasmõjud nõuavad eritingimusi, peamiselt kõrgeid temperatuure, harvemini katalüsaatoreid.
Raua ja halogeenide vahelised reaktsioonid on levinud ka keemiatööstuses. Need on kloorimine, broomimine, jodimine, fluorimine. Nagu reaktsioonide endi nimedest selgub, on see protsess, mille käigus lisatakse raua aatomitele kloori / broomi / joodi / fluori aatomid, et moodustada vastav alt kloriid / bromiid / jodiid / fluoriid. Neid aineid kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes. Lisaks on ferrum võimeline ühinema räniga kõrgetel temperatuuridel. Tänu oma erinevatele keemilistele omadustele kasutatakse rauda sageli keemiatööstuses.
Rauaraud ja kompleksained
Lihtsate ainete juurest liigume edasi nende juurde, mille molekulid koosnevad kahest või enamastmitmesugused keemilised elemendid. Esimese asjana tuleb mainida ferrumi reaktsiooni veega. Siin on raua peamised omadused. Kui vett kuumutada koos rauaga, tekib aluseline oksiid (seda nimetatakse nii, sest sama veega suheldes moodustab see hüdroksiidi ehk teisisõnu aluse). Seega, kui võtta mõlemast komponendist üks mool, tekivad sellised ained nagu rauddioksiid ja vesinik terava lõhnaga gaasi kujul – ka molaarsuhtes üks kuni üks. Seda tüüpi reaktsiooni võrrandi saab kirjutada järgmiselt: Fe + H2O=FeO + H2. Sõltuv alt nende kahe komponendi segamise vahekorrast võib saada rauddi- või trioksiidi. Mõlemad ained on keemiatööstuses väga levinud ja neid kasutatakse ka paljudes teistes tööstusharudes.
Hapete ja sooladega
Kuna raud asub metallide elektrokeemilises aktiivsusreas vesinikust vasakul, on see võimeline selle elemendi ühenditest välja tõrjuma. Selle näiteks on asendusreaktsioon, mida võib täheldada raua lisamisel happele. Näiteks kui segate keskmise kontsentratsiooniga rauda ja sulfaathapet (ehk väävelhapet) samades molaarsetes vahekordades, on tulemuseks raudsulfaat (II) ja vesinik samades molaarsetes vahekordades. Sellise reaktsiooni võrrand näeks välja järgmine: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Sooladega suhtlemisel ilmnevad raua redutseerivad omadused. See tähendab, et selle abil saab soolast eraldada vähem aktiivse metalli. Näiteks kuivõtke üks mool vasksulfaati ja sama kogus ferrumit, siis saate raudsulfaati (II) ja puhast vaske samades molaarsetes vahekordades.
Keha väärtus
Üks levinumaid keemilisi elemente maakoores on raud. Aine omadusi oleme juba käsitlenud, nüüd läheneme sellele bioloogilisest vaatenurgast. Ferrum täidab väga olulisi funktsioone nii rakutasandil kui ka kogu organismi tasandil. Esiteks on raud sellise valgu nagu hemoglobiin aluseks. See on vajalik hapniku transportimiseks läbi vere kopsudest kõikidesse kudedesse, organitesse, igasse keharakku, eelkõige aju neuronitesse. Seetõttu ei saa raua kasulikke omadusi üle hinnata.
Lisaks sellele, et raud mõjutab vereloomet, on see oluline ka kilpnäärme täielikuks funktsioneerimiseks (selleks pole vaja ainult joodi, nagu mõned arvavad). Raud osaleb ka rakusiseses ainevahetuses, reguleerib immuunsust. Ferrumi leidub eriti suures koguses ka maksarakkudes, kuna see aitab neutraliseerida kahjulikke aineid. See on ka üks meie keha mitut tüüpi ensüümide põhikomponente. Inimese igapäevane toit peaks sisaldama kümmet kuni kakskümmend milligrammi seda mikroelementi.
Rauarikkad toidud
Neid on palju. Need on nii taimset kui loomset päritolu. Esimesed on teraviljad, kaunviljad, teraviljad (eriti tatar), õunad, seened (porcini), kuivatatud puuviljad, kibuvitsamarjad, pirnid, virsikud,avokaado, kõrvits, mandlid, datlid, tomatid, spargelkapsas, kapsas, mustikad, murakad, seller jne Teine - maks, liha. Eriti oluline on kõrge rauasisaldusega toitude kasutamine raseduse ajal, kuna areneva loote organism vajab õigeks kasvuks ja arenguks suures koguses seda mikroelementi.
Rauapuuduse tunnused
Liiga vähese rauasisalduse sümptomid kehasse on väsimus, käte ja jalgade pidev külmetamine, depressioon, rabedad juuksed ja küüned, intellektuaalse aktiivsuse vähenemine, seedehäired, vähene jõudlus ja kilpnäärme häired. Kui märkate rohkem kui ühte neist sümptomitest, võiksite suurendada oma dieedis rauarikaste toitude hulka või osta rauda sisaldavaid vitamiine või toidulisandeid. Samuti pöörduge kindlasti arsti poole, kui teil tekib mõni neist sümptomitest liiga tugev alt.
Raua kasutamine tööstuses
Raua kasutusalad ja omadused on omavahel tihed alt seotud. Tänu oma ferromagnetilisusele valmistatakse sellest magneteid - nii nõrgemaid koduseks otstarbeks (suveniirkülmikumagnetid jne) kui ka tugevamaid - tööstuslikuks otstarbeks. Kuna kõnealusel metallil on kõrge tugevus ja kõvadus, on seda iidsetest aegadest kasutatud relvade, soomuste ja muude sõjaliste ja majapidamistööriistade valmistamiseks. Muide, isegi Vana-Egiptuses teati meteoriidi rauda omadusimis on paremad kui tavalised metallid. Samuti kasutati sellist spetsiaalset rauda Vana-Roomas. Nad valmistasid sellest eliitrelvi. Meteoriitmetallist kilp või mõõk võis olla ainult väga rikkal ja üllal inimesel.
Üldiselt on selles artiklis käsitletav metall selle rühma kõigist ainetest kõige mitmekülgsem. Esiteks valmistatakse sellest terast ja malmi, millest valmistatakse kõikvõimalikke nii tööstuses kui ka igapäevaelus vajalikke tooteid.
Malm on raua ja süsiniku sulam, milles teist on 1,7–4,5 protsenti. Kui teine on alla 1,7 protsendi, nimetatakse seda tüüpi sulamit teraseks. Kui koostises on süsinikku umbes 0,02 protsenti, siis see on juba tavaline tehniline raud. Süsiniku olemasolu sulamis on vajalik, et anda sellele suurem tugevus, kuumuskindlus ja roostekindlus.
Lisaks võib teras sisaldada lisanditena palju muid keemilisi elemente. See on mangaan, fosfor ja räni. Samuti võib seda tüüpi sulamitele teatud omaduste andmiseks lisada kroomi, niklit, molübdeeni, volframi ja paljusid muid keemilisi elemente. Trafoterastena kasutatakse terase liike, milles on palju räni (umbes neli protsenti). Need, mis sisaldavad palju mangaani (kuni kaksteist või neliteist protsenti), leiavad oma rakenduse osade valmistamiselraudteed, veskid, purustid ja muud tööriistad, mis kuluvad kiiresti osi.
Molübdeeni lisatakse sulami koostisse, et muuta see termiliselt stabiilsemaks – selliseid teraseid kasutatakse tööriistaterastena. Lisaks on nugade ja muude majapidamistööriistade kujul tuntud ja üldkasutatavate roostevabade teraste saamiseks vaja sulamile lisada kroomi, niklit ja titaani. Ja selleks, et saada löögikindel, ülitugev, plastiline teras, piisab, kui lisada sellele vanaadiumi. Kui lisada nioobiumi koostisse, on võimalik saavutada kõrge vastupidavus korrosioonile ja keemiliselt agressiivsete ainete mõjule.
Artikli alguses mainitud mineraalne magnetiit on vajalik kõvaketaste, mälukaartide ja muude seda tüüpi seadmete valmistamiseks. Tänu oma magnetilistele omadustele võib rauda leida trafode, mootorite, elektroonikatoodete jne konstruktsioonides. Lisaks saab rauda lisada teistele metallisulamitele, et anda neile suurem tugevus ja mehaaniline stabiilsus. Selle elemendi sulfaati kasutatakse aianduses kahjurite tõrjeks (koos vasksulfaadiga).
Raudkloriidid on vee puhastamisel asendamatud. Lisaks kasutatakse mustvalgetes printerites magnetiidipulbrit. Püriidi peamine kasutusala on saada sellest väävelhapet. See protsess toimub laboris kolmes etapis. Esimeses etapis põletatakse raudpüriit raudoksiidi ja vääveldioksiidi saamiseks. Teine samm on dioksiidi muundamineväävel oma trioksiidiks hapniku osalusel. Ja viimases etapis juhitakse saadud aine katalüsaatorite juuresolekul läbi veeauru, saades seeläbi väävelhappe.
Raua hankimine
Seda metalli kaevandatakse peamiselt selle kahest peamisest mineraalist: magnetiidist ja hematiidist. Selleks redutseeritakse rauda selle ühenditest koksi kujul oleva süsinikuga. Seda tehakse kõrgahjudes, mille temperatuur ulatub kahe tuhande kraadini Celsiuse järgi. Lisaks on võimalus ferrumit vesinikuga redutseerida. Selleks pole kõrgahju vaja. Selle meetodi rakendamiseks võetakse spetsiaalne savi, segatakse purustatud maagiga ja töödeldakse šahtahjus vesinikuga.
Järeldus
Raua omadused ja kasutusalad on erinevad. See on võib-olla kõige olulisem metall meie elus. Inimkonnale tuntuks saanud, asus ta pronksi asemele, mis oli sel ajal kõigi tööriistade ja ka relvade valmistamise peamine materjal. Teras ja malm on oma füüsikaliste omaduste ja mehaanilise koormuse vastupidavuse poolest paljuski paremad kui vase-tina sulam.
Lisaks on raud meie planeedil levinum kui paljud teised metallid. Selle massiosa maakoores on peaaegu viis protsenti. See on looduses leviku poolest neljas keemiline element. Samuti on see keemiline element väga oluline loomade ja taimede normaalseks funktsioneerimiseks, eelkõige seetõttu, et hemoglobiin on selle baasil üles ehitatud. Raud on oluline mikroelementmis on oluline tervise säilitamiseks ja elundite normaalseks talitluseks. Lisaks eelnevale on see ainuke metall, millel on ainulaadsed magnetilised omadused. Meie elu on võimatu ette kujutada ilma rauata.
