Właściwości fizyczne i chemiczne żelaza
Żelazo (Fe) jest jednym z najczęściej używanych metali ze względu na jego obfitość, siłę i wszechstronność. Poniżej znajduje się przegląd właściwości fizycznych i chemicznych żelaza.
Kluczowe właściwości fizyczne i chemiczne żelaza
| Nieruchomość | Wartość\/opis |
|---|---|
| Wygląd | Srebrzysto-szare, metaliczny połysk |
| Gęstość | 7,87 g\/cm³ |
| Punktem topnienia | 1538 stopnia (2800 stopni f) |
| Punkt wrzenia | 2862 stopnia (5182 stopnia F) |
| Przewodność elektryczna | Dobre, ale nie tak wysokie jak miedź lub aluminium |
| Przewodność cieplna | 80 W/m·K |
| Magnetyzm | Ferromagnetyczne (magnetyzowalne) |
| Twardość | 4.5 w skali MOHS (miękka w czystej formie) |
| Plastyczność | Palelne i plastyczne w czystej formie |
| Reaktywność z tlenem | Tworzy tlenek żelaza (rdza) |
| Reaktywność z wodą | Tworzy wodorotlenek żelaza i wodoru |
| Reaktywność z kwasami | Tworzy sole żelazne i wodorowe |
| Wspólne stany utleniania | Fe²⁺ i fe³⁺ |
| Odporność na korozję | Podatne na rdzę, ale wzmocnione stopami |
Fizyczne właściwości żelaza
Wygląd:
Żelazo jest srebrzystym metalem z metalicznym połyskiem.
Jest stosunkowo miękki, gdy jest w czystej formie, ale może być utwardzony elementami stopowymi, takimi jak węgiel (w celu wykonania stali).
Gęstość:
Gęstość żelaza jest w przybliżeniu7,87 g\/cm³.
Ta stosunkowo wysoka gęstość sprawia, że żelazo jest odpowiednim materiałem do zastosowań wymagających masy i wytrzymałości.
Punktem topnienia:
Żelazo ma wysoką temperaturę topnienia1538 stopnia (2800 stopni f).
Ten wysoki punkt topnienia przyczynia się do jego zastosowania w zastosowaniach o wysokiej temperaturze, takich jak stalowe.
Punkt wrzenia:
Punktem wrzenia żelaza jest2862 stopnia (5182 stopnia F).
Przewodność elektryczna:
Żelazo jestDobry dyrygent energii elektrycznej, choć nie tak dobry jak miedź lub aluminium. W razie potrzeby jest często stosowany w elementach elektrycznych i przewodach.
Przewodność cieplna:
Żelazo ma dobrą przewodność cieplną, z przewodnictwem cieplnym80 W/m·K.
To sprawia, że jest to skuteczny materiał do prowadzenia ciepła w różnych zastosowaniach przemysłowych.
Magnetyzm:
Żelazo jestmagnetycznyw swojej czystej formie i jestferromagnetycznytworzywo. Oznacza to, że przyciąga go magnes i może zostać magnetyzowany.
Ta właściwość jest powodem, dla którego żelazo jest używane do produkcji elektromagnetów, silników i innych urządzeń magnetycznych.
Twardość:
Czyste żelazo jest stosunkowo miękkie, z twardością4.5 w skali MOHS. Jednak stopy żelaza, takie jak stal, są znacznie trudniejsze i silniejsze.
Twardość żelaza można znacznie poprawić poprzez dodanie węgla i innych elementów, tworząc materiały takie jak żeliwa i stal.
Crokatowość i plastyczność:
Żelazo jestplastycznyIciągliwy. Można go wciągnąć w przewody i wbić w arkusze, gdy jest w czystej formie. Jednak staje się bardziej krucha przy wyższej zawartości węglowej.
Właściwości chemiczne żelaza
Reaktywność z tlenem:
Żelazo łatwo reaguje z tlenem w powietrzutlenek żelaza (fe₂o₃), powszechnie znane jako rdza.
Rdzewiećto reakcja utleniania, w której żelazo traci elektrony i tworzy tlenek żelaza, szczególnie w obecności wilgoci i powietrza.
Reakcja z wodą:
Żelazo może reagować zwodaw celu utworzenia wodorotlenku żelaza i wodoru. Proces ten występuje łatwiej, gdy żelazo jest narażone na wilgoć i ciepło.
Reakcja to:
Fe +2 H2O → Fe (OH) 2+ H2fe + 2 H _2 o \\ rightarrow fe (OH) _2 + H _2 fe +2 H2 O → Fe (OH) 2+H2
Reakcja z kwasami:
Żelazo reaguje z kwasamiGaz wodoruIżelazne sole. Na przykład, gdy żelazo reaguje z kwasem solnym (HCL), tworzy chlorek żelaza i wodoru:
Fe +2 hcl → fecl 2+ h2fe + 2 hcl \\ rightarrow fecl _2 + h _2 fe +2 hcl → fecl2+h2+h2
Stany utleniania:
Żelazo często istnieje w dwóch stanach utleniania:+2 (fe²⁺)I+3 (fe³⁺).
W jego+2 stan, żelazo tworzy związki takie jak tlenek żelaza (ii) (FEO), podczas gdy w swoim+3 stan, tworzy związki takie jak tlenek żelaza (III) (Fe₂o₃).
Reakcja z halogenami:
Żelazo reaguje zhalogeny(takie jak chlor, fluor, brom i jod)żelazne halogenki. Na przykład, gdy żelazo reaguje z chlorem, tworzy chlorek żelaza:
Fe+Cl2 → Fecl2fe+Cl _2 \\ rightarrow fecl _2 fe+cl2 → fecl2
Reakcja z węglem:
Żelazo reaguje zwęgielw wysokich temperaturachŻelazny węgiel (FE₃C), który jest kluczowym elementem stali i żeliwa. Jest to jedna z głównych reakcji w tworzeniu stali.
Odporność na korozję:
Podczas gdy czyste żelazo jest wysoce podatne na korozję (rdzewieć), często jest ono stopiono z innymi pierwiastkami (takimi jak chrom w stali nierdzewnej), aby poprawić jego odporność na korozję.
W stali nierdzewnej żelazo tworzy pasywną warstwę tlenku, która zapobiega dalszemu utlenianiu i korozji.
Reaktywność z azotem:
Żelazo reaguje zazotw podwyższonych temperaturachżelazny azotek(Fe₄n lub Fe₆n). Jest to przydatne w niektórych wyspecjalizowanych zastosowaniach, takich jak produkcja materiałów o wysokiej wydajności.
Zachowanie elektrochemiczne:
Żelazo może działać zarównoanodaIkatodaw reakcjach elektrochemicznych, w zależności od otaczających warunków. Ta właściwość jest wykorzystywana w galwanizacji, gdzie żelazo jest pokryte warstwą cynku, aby zapobiec rdzewieniu.
Wniosek
Żelazo jest wszechstronnym metalem z kilkoma ważnymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi, które sprawiają, że jest niezbędny do zastosowań przemysłowych i codziennych. Jego zdolność do tworzenia stopów, odporności na korozję po leczeniu i reagowanie z innymi elementami daje szeroki zakres zastosowań, szczególnie w postaci stali i żeliwa.
