Home - Rasfoiesc.com
Educatie Sanatate Inginerie Business Familie Hobby Legal
Doar rabdarea si perseverenta in invatare aduce rezultate bune.stiinta, numere naturale, teoreme, multimi, calcule, ecuatii, sisteme



Biologie Chimie Didactica Fizica Geografie Informatica
Istorie Literatura Matematica Psihologie

Chimie


Index » educatie » Chimie
» FERUL - material studiat la scoala


FERUL - material studiat la scoala




FERUL - material studiat la scoala

Structura :

Ferul (din limba latina - ,,ferrum”) este un element chimic cu simbolul Fe, cu Z=26 si A=56 , situat in sistemul periodic al elementelor in grupa aVIIIa secundara , perioada 4 si facand parte din prima serie de metale tranzitionale (3d) .

Ferul contine in nucleu urmatoarele particule :

protoni p+= 26

neutroni n0= 30




electroni e-= 26 , avand deci o configuratie electronica

K2L8M14N2 (4 straturi )

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d (7substraturi si 15 orbitali)

[Ar]3d4s

Ferul are valenta variabila , putand forma compusi cu N.O. : 0, I, II, III, IV sau VI .La N.O. inferioare (II si III) ferul are caracter metalic electropozitiv , formand compusi cu caracter ionic , stabili si frecvent intalniti (combinatiile Fesunt cele mai stabile) .

Fe 2e- Fe [Ar]3d   

Fe 2e- Fe [Ar] 3d

La N.O. superioare (IV si VI) ferul are caracter nemetalic , formand compusi covalenti , cu stabilitate redusa si cu caracter oxidant puternic .

Tabelul 6 : Configuratia spatiala a compusilor fierului

N.O.

Configuratia spatiala

Exemple

Fe (0)

Fe (I)

Fe (II)

Fe (III)

Fe (IV)

Fe (VI)

Bipiramida trigonala

Octaedru

Octaedru

Tetraedru

Bipiramida trigonala

Octaedru

Dodecaedru

Trigonala

Tetraedru

Bipiramida trigonala

Octaedru

Bipiramida pentagonala

Dodecaedru

Octaedru

Tetraedru

Fe(CO)

[Fe(CO) H]

[Fe(H O) NO]

[FeCl

[FeBr(Me tren)]Br

[Fe(H O) ], [Fe(CN)

[Fe(1,8-nafthidrina) ] (ClO

Fe[N(SiMe

[FeCl

[Fe(N

[Fe(C O , [FeCl

[FeEDTA(H O)]

[Fe(NO

[Fe(diars) Cl ]

(FeO

In stare compacta , ferul exista in 4 modificatii alotropice (ά, β, γ, δ) , dintre care formele ά, β si δ cristalizeaza in retele cubice centrate intern , iar forma γ in retele cubice cu fete centrate .

906oC 1401oC

ά Fe γ Fe δ Fe

Stare naturala si obtinere

Ca abundenta , ferul este al 10-lea element in Univers si al patrulea pe Pamant (al doilea metal , dupa Al) . Ca masa insa , ferul ocupa primul loc pe Pamant . In prezent se considera ca 80% din nucleul intern al Pamantului este format din fer .

Datorita reactivitatii sale mari , in natura ferul se gaseste in stare pura doar in cazuri foarte rare , in meteoritii ferosi . Ferul meteoritic contine in general 90% Fe, 8%Ni si restul impuritati formate in principal din cobalt . Se presupune de asemenea ca planeta Marte isi datoreaza culoarea rosiatica unui sol bogat in oxizi de fier .

Pe Planeta noastra, ferul se afla doar sub forma de combinatii chimice :

- hemetita Fe O (rosie)

- limonita Fe O . H O (galben-bruna)





- magnetita Fe O (neagra)

- siderita FeCO (galben-bruna)

- pirita FeS (neagra)

- ilmenit FeTiO (brun)

Primul tip de fier cunoscut si utilizat de oameni provenea din meteoriti . In Egipt si Mesopotamia s-au descoperit varfuri de sulite si obiecte decorative cu aceasta origine , datand din jurul anului 4000i.Hr.. 2000 de ani mai tarziu a aparut si ferul prelucrat din minereuri (la inceput cel numit fier de mlastina sau limonit) , folosit insa doar pentru obiecte de cult si considerat mai valoros decat aurul .Intre 1600-1200i.Hr. a inceput obtinerea ferului in topitorii primitive , in imperiul Hitit (Anatolia si Caucaz) . Disparitia acestui imperiu a permis raspandirea cunostintelor despre prelucrarea ferului in toata regiunea , facilitand trecerea de la epoca Bronzului la epoca Fierului .

Cel mai important zacamant de fier se afla in El Mutun-Bolivia (~40 miliarde de tone de minereu cu un continut de fer de peste 50%) . Alte tari cu importante zacaminte de fer sunt : Brazilia, Rusia, Canada, India, S.U.A., China. In tara noastra se gasesc zacaminte de fer in Muntii Apuseni si in Banat ,

la Ocna de Fier, Capusul Mare, Baisoara, Vadul Dobrei , etc..

In organismul uman ferul se gaseste in proteina din ficat si in hemoglobina din sange.

Ferul prezinta 4 izotopi naturali :

Fe – 91,7%

Fe – 5,8%

Fe – 2,2%

Fe – 0,3%

De asemenea, se cunosc alti 10 izotopi sintetici ai ferului , printre care 60Fe , care a existat in stare naturala in perioada de formare a Sistemului Solar .

Cele mai numeroase si in acelasi timp cele mai importante metode de obtinere ale ferului sunt metodele de reducere pe cale uscata cu C, CO sau H

Procedeele de reducere cu C si CO sunt cele mai vechi si mai simple procedee metalurgice de obtinere a ferului .

FeO + C Fe + CO (reducere directa)

2FeO + C 2Fe + CO (reducere directa)

FeO + CO Fe + CO (reducere indirecta)

Aceste reactii sunt reactii endoterme , efectuandu-se cu un consum important de energie , la temperaturi ridicate , iar metalul obtinut nu este in stare pura deoarece are o tendinta pronuntata de a forma carburi (Fe C) .

Proprietati fizice

Ferul in stare compacta este un metal solid , de culoare cenusie-argintie , cu luciu metalic , cu proprietati feromagnetice ; temperatura la care aceste proprietati dispar (punct Curie) este foarte ridicata (768o C) .

Duritatea sa este medie (4,5) , iar densitatea ρ=7,89gcm3 , situand astfel ferul in randul metalelor grele . Fiind un metal greu fuzibil , se topeste la temperaturi > 1500oC si fierbe la temperaturi > 3000oC .Valorile conductibilitatii termice si electrice sunt de aproximativ 4 ori mai mici decat ale argintului, de exemplu .

Ferul este un metal moale , din care cauza , exceptand alungirea, prezinta proprietati mecanice inferioare , cum ar fi : rezistenta la rupere , la tractiune , duritatea . Este maleabil si ductil , si are capacitatea de a forma cu usurinta , cu unele metale , aliaje cu proprietati deosebite , numite feroaliaje (fonta si otel) .

In tabelul 7 sunt trecute principalele proprietati fizice ale ferului .

Tabelul 7 : Proprietati fizice ale Fe

Proprietate

Valoare

Numar atomic (Z)

Masa atomica (A)

Compozitia izotopica (%)

Fe

Fe

Fe

Fe

Configuratie electronica

Ar]3d64s2

Structura cristalina

ά (cubica centrata intern)

β (cubica centrata intern)

γ (cubica cu fete centrate)

δ (cubica centrata intern)

Volumul atomic la 20oC

(cm3 . mol-1)

Densitatea la 20oC (g/cm3)

Raza metalica (Å)



Raza atomica covalenta (Å)

Raza ionica (Å)

Fe2+

Fe3+

Duritate (scara Mohs)

Temperatura de topire (oC)

Temperatura de fierbere (oC)

Caldura specifica la 20oC

(cal/g . grad)

Rezistivitatea la 0o(μΩ . cm)

Electronegativitatea (Pauling)

Potential de ionizare (eV)

M → M++e-

M+ → M2++e-

M2+ → M3++e-

M3+ → M4++e-

Proprietate

Valoare

Potential normal la 25oC (Eo) in V

M2+ / M

M3+ / M

Abundenta in scoarta terestra (%)

Proprietati chimice

Ferul este rezistent in aer uscat , la temperatura obisnuita ; incalzit in aer la temperatura inalta se oxideaza energic , cu degajare de caldura si scantei stralucitoare trecand in FeO( acest oxid se formeaza la forjarea ferului incalzit la rosu ) .In stare fin divizata este piroforic in curent de oxigen .

3Fe + 2O Fe O (negru)

Ferul se combina usor la cald cu clorul (formand FeCl ) , cu sulful ( cand rezulta FeS ) , cu fosforul , etc .

2Fe + 3Cl 2FeCl

Fe + S FeS

Are tendinta accentuata sa se combine cu carbonul formand carburi , care se dizolva in masa metalica , imprimandu-i calitati speciale . De asemenea se poate combina cu siliciul formand FeSi , FeSi si FeSi.

La temperatura obisnuita , in absenta aerului , ferul nu este atacat de apa pura, intrucat se formeaza un strat de Fe(OH), care are actiune protectoare. In prezenta aerului umed , are loc procesul de ruginire a ferului. Fe se oxideaza deci in aerul umed , trecand in oxihidroxid FeO(OH) , cunoscut sub numele de rugina . Cu trecerea timpului ferul este degradat complet, fenomenul de ruginire fiind un fenomen nedorit , numit coroziune .

La temperaturi ridicate (peste 700C), ferul reactioneaza cu apa , formand FeOsi punand in libertate hidrogen (una dintre cele mai vechi metode tehnice de obtinere a hidrogenului este trecerea vaporilor de apa peste fer inrosit ) .

3Fe + 4HOFeO + 4H

Hidroxidul de sodiu diluat nu ataca ferul in absenta aerului , intrucat ionii OH micsoreaza solubilitatea Fe(OH) format superficial . In schimb , NaOH concentrat ataca ferul chiar in absenta aerului , la temperatura ridicata, deoarece se formeaza o combinatie complexa , care , fiind solubila , permite continuarea reactiei asupra metalului .

Conform pozitiei sale in seria tensiunilor electrochimice , ferul reactioneaza cu acizii minerali neoxidanti diluati ; in absenta de aer se formeaza saruri de Fe si hidrogen :

Fe + 2HFe + H

Fe + 2HCl FeCl + H

In prezenta de aer , o parte din Fe trece in Fe.

Acidul sulfuric concentrat, ca si acidul azotic concentrat si HCrOconcentrat pasivizeaza ferul . Asa se explica de ce HNO si HSO se pot transporta in cisterne de otel .

Ferul inlocuieste metalele mai putin active din combinatiile lor , ca de exemplu :

Fe + CuSOFeSO + Cu

Hidrogenul este absorbit de fer numai in cantitati mici, la incandescenta . Nu se cunoaste insa nici o hidrura a ferului .

Actiune fiziologica :

Ferul se gaseste in toate celulele animale si vegetale, avand o deosebita importanta biochimica si fiind astfel un element indispensabil vietii . El este principalul catalizator al proceselor respiratorii si intra in compozitia hemoglobinei , care are rol fiziologic de transportator al oxigenului de la plamani la tesuturi .

In organismul unui adult se gaseste in cantitate foarte mica (4-5g) ; necesarul de fer este de 10-15mg./zi . Cele mai bune surse de fer sunt carnea de porc, de pui, pestele, lintea, fasolea, patrunjelul, etc . Contrar credintei populare, spanacul nu este o sursa importanta de fier .






Politica de confidentialitate


Copyright © 2020 - Toate drepturile rezervate