VAS (ELEM): JELLEMZŐK, KÉMIAI SZERKEZET, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A vas egy átmeneti fém, amely a periódusos rendszer 8. vagy VIIIB csoportjába tartozik, és amelyet a kémiai szimbólum képvisel. Fémszürke, gömb alakú, temperönthető és nagy szilárdságú, számos, az ember számára hasznos alkalmazásban használják. és a társadalom.

Ez a földkéreg 5% -át teszi ki, és az alumínium után a második legszélesebb fém. Szintén bőségét meghaladja az oxigén és a szilícium. A föld magját illetően azonban annak 35% -a fémes és folyékony vas.

Alkimista-hp (vita) (www.pse-mendelejew.de)

A föld magján kívül a vas nem található fémes formában, mivel nedves levegő hatására gyorsan oxidálódik. Bazalt kőzetekben, széntartalmú üledékekben és meteoritokban található; általában nikkellel ötvözve, mint az ásványi kamacit esetében.

A bányászathoz felhasznált fő vas ásványi anyagok a következők: hematit (vas-oxid, Fe ₂ O ₃), magnetit (ferrozomer oxid, Fe ₃ O ₄), limonit (hidratált vas-oxid hidroxid), és siderit (vas-karbonát, FeCO ₃).

Az ember átlagosan 4,5 g vastartalommal rendelkezik, amelynek 65% -a hemoglobin. Ez a fehérje részt vesz az oxigén szállításában a vérben és eloszlásában a különféle szövetekbe, hogy ezt később felvegye a mioglobin és a neuroglobin.

Annak ellenére, hogy a vas számos előnye van az ember számára, a felesleges fém nagyon súlyos mérgező hatással lehet, különösen a májra, a szív-érrendszerre és a hasnyálmirigyre; ilyen az örökletes betegség, a hemochromatosia esete.

A vas jelentése az építés, az erő és a háború. Másrészt, bőségének köszönhetően, mindig alternatívát jelent új anyagok, katalizátorok, gyógyszerek vagy polimerek kifejlesztésére; és a rozsda vörös színének ellenére környezetbarát fém.

Történelem

Antikvitás

A vasat évezredek óta dolgozzák fel. Ugyanakkor nehéz megtalálni ilyen ókori vastárgyakat, mert korróziós hajlandóságuk miatt ezek megsemmisülnek. A legrégebbi ismert vastárgyak a meteoritokon található tárgyakból készültek.

Ilyen a helyzet egy bizonyos gyöngyökkel, amelyeket Kr. E. 3500-ban készítettek, és amelyeket Gerzahban találtak Egyiptomban, valamint egy tőröt, amelyet Tutanhamon sírjában találtak. A vas meteoritokat magas nikkeltartalom jellemzi, így eredetüket ezekben a tárgyakban meg lehetne határozni.

Öntöttvas bizonyítékokat találtak a szíriai Asmarban (Mesopotamia) és a Tail Chagar bazárban is, Kr. E. 3000–2700 között. Bár a vasöntés a bronzkorban kezdődött, évszázadokig tartott, mire a bronz kiszorult.

Ezenkívül öntöttvas tárgyakat találtak Indiában, Kr. E. 1800–1200-ban és a Levantban, kb.

Kínában, Kr. E. 700–500 között jelenik meg, valószínűleg Közép-Ázsián keresztül szállítva. Az első vastárgyakat Kínában, Luhe Jiangsu-ban találták.

Európa

A kovácsoltvasat Európában úgynevezett gala kovácsok felhasználásával állították elő. A folyamat megkövetelte a szén üzemanyagként való felhasználását.

A középkori nagyolvasztók 3,0 m magasak voltak, tűzálló téglából készültek, és a levegőt kézi fújtató szállította. Abraham Darby 1709-ben kokszolvasztót hozott létre az olvadt vas előállításához, a szén helyett.

Az olcsó vas rendelkezésre állása volt az egyik tényező, amely az ipari forradalomhoz vezetett. Ebben az időszakban megkezdődött a nyersvas finomítása kovácsoltvasvá, amelyet hidak, hajók, raktárak stb. Építéséhez használtak.

Acél

Az acél magasabb szénkoncentrációt használ, mint a kovácsoltvas. Az acélt a perzsa Lurisztánban, BC-ben 1000-ben állították elő. Az ipari forradalom során új módszereket dolgoztak ki a vasrudak szén nélküli előállítására, amelyeket később használták az acél előállításához.

Az 1850-es évek végén Henry Bessemer úgy tervezte, hogy az olvadt nyersvasba levegőt fújjon enyhe acél előállításához, ami acélgyártást gazdaságosabbá tette. Ennek eredményeként csökkent a kovácsoltvas előállítása.

Tulajdonságok

Megjelenés

Fémes csillogás szürkés árnyalatú.

Atomsúly

55,845 u.

Atomszám (Z)

26

Olvadáspont

1,533 ºC

Forráspont

2862 ° C

Sűrűség

-A környezeti hőmérséklet: 7,884 g / ml.

- Olvadáspont (folyadék): 6,980 g / ml.

A fúziós hő

13,81 kJ / mol

A párolgás hője

340 kJ / mol

Moláris kalóriakapacitás

25,10 J / (mol K)

Ionizációs energia

-Első ionizációs szint: 762,5 kJ / mol (Fe ⁺ gáznemű)

-Második ionizációs szint: 1561,9 kJ / mol (Fe ²⁺ gáznemű)

-Harmadik ionizációs szint: 2,957, kJ / mol (Fe ³⁺ gáznemű)

elektronegativitás

1,83 a Pauling skálán

Atomic radio

Empirikusan 12 órakor

Hővezető

80,4 W / (mK)

Elektromos ellenállás

96,1 Ω · m (20 ° C-on)

Curie-pont

Kb. 770 ° C. Ezen a hőmérsékleten a vas már nem feromágneses.

Izotóp

Stabil izotópok: ⁵⁴ Fe, 5,85% mennyiségben; ⁵⁶ Fe, 91,75% -os bőséggel; ⁵⁷ Fe, 2,12% -os bőséggel; és ⁵⁷ Fe, 0,28% -os bőséggel. Mivel az ⁵⁶ Fe a legstabilabb és legelterjedtebb izotóp, nem meglepő, hogy a vas atomsúlya nagyon közel van 56 u-hoz.

Míg a radioaktív izotópok: ⁵⁵ Fe, ⁵⁹ Fe és ⁶⁰ Fe.

Felépítés és elektronikus konfiguráció

-Allropes

Szobahőmérsékleten a vas kristályosodik a test-központú köbös struktúrában (bcc), amelyet α-Fe-ként vagy ferritként is ismertek (a kohászati ​​žargon belül). Mivel a hőmérséklet és a nyomás függvényében eltérő kristályszerkezeteket képes alkalmazni, a vasat allotrop fémnek nevezik.

Az allotrope bcc közönséges vas (ferromágneses), az az, amelyet az emberek olyan jól ismernek, és amelyet a mágnesek vonzanak. 771 ° C feletti hőmérsékleten paramágnesesvé válik, és bár kristálya csak kibővül, ezt az „új fázist” korábban β-Fe-nek tekintették. A vas többi alotrópja szintén paramágneses.

910º és 1 394ºC között a vas az austenit vagy γ-Fe allotrop anyag, amelynek felépítése arcközpontú köbméter, fcc. Az austenit és a ferrit közötti átalakulás nagy hatással van az acélgyártásra; mivel a szénatomok jobban oldódnak az austenitben, mint a ferritben.

És akkor 1394 ° C felett, olvadáspontjáig (1538 ° C), a vas visszatér, hogy elfogadja a bcc szerkezetet, δ-Fe; de a ferrittől eltérően, ez az allotróp paramágneses.

Epsilon vas

Ha a nyomást 10 GPa-ra növeli, néhány száz Celsius fokos hőmérsékleten, az α vagy ferrit allotróp az e allotrop, epsilonré alakul, amelyet kompakt hatszögletű szerkezetben kristályosítanak; azaz a legkompaktabb Fe-atomokkal. Ez a vas negyedik allotrop alakja.

Egyes tanulmányok szerint más vasalotrópok léteznek ilyen nyomáson, de még magasabb hőmérsékleten is.

-Fém kapcsolat

Függetlenül attól a vasalotróptól és a hőmérséklettől, amely "megrázza" Fe-atomjait, vagy a nyomástól, amely azokat tömöríti, kölcsönhatásba lépnek egymással azonos vegyértékű elektronokkal; Ezek az elektronikus konfigurációban bemutatottak:

3d ⁶ 4s ²

Ezért nyolc elektron vesz részt a fémes kötésben, függetlenül attól, hogy az meggyengült-e vagy megerősödött-e az allotropikus átmenetek során. Hasonlóképpen, ez a nyolc elektron határozza meg a vas tulajdonságait, például annak hő- vagy elektromos vezetőképességét.

-Oxidációs számok

A vas legfontosabb (és leggyakoribb) oxidációs számai a +2 (Fe ²⁺) és a +3 (Fe ³⁺). Valójában a hagyományos nómenklatúra csak ezt a két számot vagy állapotot veszi figyelembe. Vannak olyan vegyületek is, ahol a vas további számú elektronot elnyerhet vagy elveszíthet; vagyis feltételezik más kationok létezését.

Például a vas oxidációs száma +1 (Fe ⁺), +4 (Fe ⁴⁺), +5 (Fe ⁵⁺), +6 (Fe ⁶⁺) és +7 (Fe ^{7) lehet. +}). Az anionos ferrátfajok, a FeO ₄ ², vasa +6 oxidációs számmal rendelkezik, mivel a négy oxigénatom ilyen mértékben oxidálta azt.

Hasonlóképpen, a vas negatív oxidációs száma lehet; mint például: -4 (Fe ^4-), -2 (Fe ^2-) és a -1 (Fe ^-). Azonban a vascentrumokkal rendelkező vegyületek, amelyek ezen elektron-erősödésűek, nagyon ritkák. Éppen ezért, noha e tekintetben meghaladja a mangánt, sokkal stabilabb vegyületeket képez számos oxidációs állapotával.

Az eredmény gyakorlati célokra elegendő Fe ²⁺ vagy Fe ^{3+ figyelembevételéhez}; a többi kationokat valamivel specifikus ionokra vagy vegyületekre fenntartják.

Hogyan nyerik?

Acél díszek, a vas legfontosabb ötvözete. Forrás: Pxhere.

Nyersanyagok gyűjteménye

A vas bányászatához legmegfelelőbb ásványok ércének helyére kell lépnünk. Az ásványi anyagok előállításához leggyakrabban használt anyagok: hematit (Fe ₂ O ₃), magnetit (Fe ₃ O ₄), limonit (FeO · OH · nH ₂ O) és siderit (FeCO ₃).

Ezután az extrahálás első lépése a sziklák érckel való összegyűjtése. Ezeket a kőzeteket aprítják, hogy apróra vágják őket. Ezt követően van egy szakasz a szikladarabok szelekciójának vasérctel.

A kiválasztás során két stratégiát követnek: a mágneses mező használata és a víz ülepítése. A szikladarabokat mágneses mezőnek vetik alá, és az ásványi fragmensek abban orientálódnak, így képesek elválasztani.

A második módszer szerint a sziklás darabokat a vízbe dobják, és azokat, amelyek vasat tartalmaznak, mivel nehezebbek, a víz alján helyezkednek el, és a szárnyat a víz felső részében hagyják, mert könnyebb.

Nagyolvasztó kemence

Olvasztókemence, ahol acélt állítanak elő. Forrás: Pixabay.

A vasérceket kohókba szállítják, ahol a kokszszénkel együtt dobják el, amely üzemanyag és szén szállítója. Ezenkívül mészkő vagy mészkő is hozzáadódik, amely ellátja a fluxus funkcióját.

A nagyolvaszt, az előző keverékkel, forró levegővel injektálják 1000 ° C hőmérsékleten. A vas megolvad a szén égetésével, amelynek hőmérséklete 1800 ºC-ra emelkedik. Folyadékként nyersvasnak nevezik, amely a sütő alján felhalmozódik.

A nyersvasat eltávolítják a kemencéből, és tartályokba öntik, hogy új öntödébe szállítsák; míg a salak, a nyersvas felületén található szennyeződés, eldobásra kerül.

Az öntöttvasot a hordók felhasználásával átalakító kemencébe öntik, a mészkövet fluxussal együtt, és magas hőmérsékleten vezetnek oxigént. Így csökken a széntartalom, és finomítja az öntöttvasat acélsá alakításával.

Ezt követően az acélt elektromos kemencékben vezetik át speciális acélok előállításához.

Alkalmazások

-Fémvas

Vashíd Angliában, az egyik a sok vasból vagy ötvözetéből készült szerkezetből. Forrás: A gép nem olvasható. Jasonjsmith feltételezte (szerzői jogi igények alapján).

Mivel ez egy olcsó, temperönthető és elasztikus fém, amely korrózióval szemben ellenállóvá vált, ez az ember számára a leghasznosabb fém, különféle formáiban: kovácsolt, öntött és acéltípus.

A vasat az alábbiak gyártásához használják:

-hidak

-Épületek alapjai

-Ajtók és ablakok

-Hajótestek

- Különböző szerszámok

-Csővezeték ivóvízhez

-Cső a szennyvíz összegyűjtésére

- Kerti bútor

-Grille az otthoni biztonság érdekében

Háztartási edények, például edények, serpenyők, kések, villák gyártására is felhasználják. Ezen felül hűtőszekrények, kályhák, mosógépek, mosogatógépek, keverőgépek, sütők, kenyérpirítók gyártásához használják.

Röviden: a vas jelen van minden olyan tárgyban, amely körülveszi az embert.

A nanorészecskék

A fémvasat nanorészecskékként is előállítják, amelyek nagyon reagálnak és megtartják a makroszkopikus szilárd anyag mágneses tulajdonságait.

A Fe ezen gömbjeit (és többszörös további morfológiájukat) a klórvegyületek vizének tisztításához és gyógyszer-hordozóként mágneses mező alkalmazásával a test kiválasztott részeire szállítják.

Katalitikus hordozókként is szolgálhatnak olyan reakciókban, amikor a szénkötések, a CC, megsérülnek.

-Iron vegyületek

oxidok

A vas-oxidot (FeO) kristályok pigmentjeként használják. A vas-oxid, a Fe ₂ O ₃, számos pigment alapja, sárgától vörösig, velencei vörösnek nevezik. A rouge-nak nevezett piros formát nemesfémek és gyémántok csiszolására használják.

A vas (III) -oxid, a Fe ₃ O ₄, ferritekben, nagy mágneses akadálymentességű és elektromos ellenállású anyagokban használhatók, felhasználhatók bizonyos számítógépes memóriákban és a mágnesszalagok bevonására. Pigmentként és polírozó szerként is felhasználták.

szulfátok

A vas-szulfát-heptahidrát, a FeSO ₄ · 7H ₂ O, a vas-szulfát leggyakoribb formája, zöld vitriol vagy koppera néven ismert. Redukálószerként és festékek, műtrágyák és peszticidek gyártásához használják. Használható a vas galvanizálásában is.

-Szulfát, Fe ₂ (SO ₄) ₃, azért alkalmazzák, hogy a vas timsó és egyéb vas-vegyületek. Koaguláló szerként szolgál a szennyvíz tisztításában, és mint anyag a textilfestékek festésében.

kloridok

Ferro-klorid, FeCl ₂, használják pácfesték és redukálószer. Eközben a vas (III) -kloridot (FeCl ₃₎ klórozószerként használják fémek (ezüst és réz) és egyes szerves vegyületek számára.

A Fe ³⁺ kezelése a (⁴⁾ képletű hexocianoferrát-ionnal kék színű csapadékot kap, amelyet porosz kéknek neveznek, és amelyet festékekben és lakkokban használnak.

Vas ételek

A kagyló gazdag vasforrás. Forrás: Pxhere.

Általában a napi 18 mg vasbevitel ajánlott. A napi étrendben biztosító ételek között szerepelnek a következők:

A kagylók hem formájában nyújtanak vasat, tehát nem gátolja a bél felszívódását. A kagyló 100 mg-ig legfeljebb 28 mg vasat szolgáltat; Ezért ez a kagylómennyiség elegendő lenne a napi vasszükséglet kielégítéséhez.

A spenót 3,6 mg vasot tartalmaz 100 g-on. A marhahús, például borjúmáj, 100 g-ra vonatkoztatva 6,5 ​​mg vasat tartalmaz. A vér kolbász hozzájárulása valószínűleg valamivel magasabb. A vérkolbász a vékonybél egy részéből áll, marhahúsral töltve.

A hüvelyesek, például a lencse, 6,6 mg vasot tartalmaz 198 g-ban. A vörös hús 2,7 mg vasot tartalmaz 100 g-ban. A tökmag 4,2 mg / 28 g-ot tartalmaz. A Quinoa 185 g-nál 2,8 mg vasat tartalmaz. A pulyka sötét húsa 2,3 mg / 100 g. A brokkoli 2,3 mg / 156 mg-ot tartalmaz.

A Tofu 126 g-ban 3,6 mg-ot tartalmaz. Eközben a sötét csokoládé 3,3 mg / 28 g.

Biológiai szerepe

A vas funkciói, különösen a gerinces élőlényekben, számtalanok. Becslések szerint több mint 300 enzim működéséhez vas szükséges. Az enzimek és fehérjék között, amelyek használják, a következők nevezik:

-Ha Hem csoporttal rendelkező és enzimatikus aktivitással nem rendelkező proteinek: hemoglobin, myoglobin és neuroglobin.

-Enzimek az elektronszállításban részt vevő hemcsoporttal: a, b és f citokrómok és citokróm-oxidázok és / vagy oxidázaktivitás; szulfit-oxidáz, citokróm P450 oxidáz, mieloperoxidáz, peroxidáz, kataláz stb.

-A vas ként tartalmazó, az oxireduktáz aktivitással kapcsolatos proteinek, amelyek részt vesznek az energiatermelésben: szukcinát-dehidrogenáz, izocitrát dehidrogenáz és aconitáz, vagy a DNS replikációjával és helyreállításával foglalkozó enzimek: DNS-polimeráz és DNS-helikázok.

-Nem hem enzimek, amelyek katalitikus aktivitásukhoz vasként használnak kofaktorot: fenilalanin-hidroláz, tirozin-hidroláz, triptofán-hidroláz és lizin-hidroláz.

-Nem-hem fehérjék, amelyek felelősek a vas szállításáért és tárolásáért: ferritin, transzferrin, haptoglobin stb.

kockázatok

toxicitás

A felesleges vasnak való kitettség kockázata lehet akut vagy krónikus. Az akut vasmérgezés egyik oka a vastabletták túlzott bevétele, glükonát, fumarát stb. Formájában.

A vas irritálhatja a bél nyálkahártyáját, amelynek kellemetlensége azonnal felszívódik, és 6–12 óra elteltével eltűnik. Az abszorbeált vas különböző szervekben helyezkedik el. Ez a felhalmozódás metabolikus zavarokat okozhat.

Ha a bevitt vasmennyiség mérgező, peritonitiszben bél perforációt okozhat.

A szív- és érrendszerben hipovolémiát okoz, amelyet gastrointestinalis vérzés okozhat, valamint vasoaktiv anyagok, például szerotonin és hisztamin vas általi felszabadítása. Végül a máj súlyos nekrózisa és májelégtelenség léphet fel.

Hemochromatosia

A hemokromatózia egy örökletes betegség, amely megváltoztatja a szervezet vasszabályozó mechanizmusát, amely a vas vérkoncentrációjának növekedésében és a különböző szervekben való felhalmozódásában nyilvánul meg; ideértve a májat, a szívet és a hasnyálmirigyt.

A betegség kezdeti tünetei a következők: ízületi fájdalom, hasi fájdalom, fáradtság és gyengeség. A következő tünetekkel és a betegség későbbi tüneteivel: cukorbetegség, szexuális vágy elvesztése, impotencia, szív- és májelégtelenség.

Hemosiderosis

A hemosiderosist - amint a neve is sugallja - a hemosiderin felhalmozódása a szövetekben jellemzi. Ez nem okoz szöveti károsodást, de a károsodáshoz hasonlóan alakulhat ki, mint a hemochromatosia esetében.

A hemosideroziát a következő okok okozhatják: a vas fokozott felszívódása az étrendből, hemolitikus vérszegénység, amely felszabadítja a vasat a vörösvértestekből, és a túlzott vérátömlesztések.

A hemoszidózis és a hemokromatózia oka a hepcidin hormon, a máj által kiválasztott hormon nem megfelelő működése lehet, amely részt vesz a test vasának szabályozásában.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Foist L. (2019). A vas allotropjai: típusok, sűrűség, felhasználások és tények. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
3. Jayanti S. (második). A vas allotropia: Termodinamika és kristályszerkezetek. Kohászat. Helyreállítva: engineeringenotes.com
4. Nanoshel. (2018). Vas nano erő. Helyreállítva: nanoshel.com
5. Wikipedia. (2019). Vas. Helyreállítva: en.wikipedia.org
6. Shropshire története. (Sf). Vas tulajdonságai. Helyreállítva: shropshirehistory.com
7. Dr. Dough Stewart. (2019). Vas elem tények. Helyreállítva: chemicool.com
8. Franziska Spritzler. (2018, július 18). 11 egészséges, vasban gazdag étel. Helyreállítva: healthline.com
9. Lenntech. (2019). Periódusos rendszer: Vas. Helyreállítva: lenntech.com
10. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2019. június 13.). Vas. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com