Chuma ni kipengele cha kemikali kinachojulikana sana. Ni mali ya metali na reactivity wastani. Tutazingatia sifa na matumizi ya chuma katika makala haya.
Kuenea katika asili
Kuna idadi kubwa ya madini ambayo yanajumuisha feri. Kwanza kabisa, ni magnetite. Ni asilimia sabini na mbili ya chuma. Fomula yake ya kemikali ni Fe3O4. Madini haya pia huitwa madini ya chuma ya sumaku. Ina rangi ya rangi ya kijivu, wakati mwingine na kijivu giza, hadi nyeusi, na sheen ya metali. Hifadhi yake kubwa zaidi kati ya nchi za CIS iko katika Urals.
Madini inayofuata yenye kiwango cha juu cha chuma ni hematite - ni asilimia sabini inayoundwa na kipengele hiki. Fomula yake ya kemikali ni Fe2O3. Pia inaitwa ore nyekundu ya chuma. Ina rangi kutoka nyekundu-kahawia hadi nyekundu-kijivu. Hifadhi kubwa zaidi katika eneo la nchi za CIS iko Krivoy Rog.
Madini ya tatu kwa maudhui ya feri ni limonite. Hapa, chuma ni asilimia sitini ya wingi wa jumla. Ni hidrati ya fuwele, yaani, molekuli za maji zimefumwa kwenye kimiani yake ya kioo.fomula yake ya kemikali ni Fe2O3•H2O. Kama jina linamaanisha, madini haya yana rangi ya manjano-kahawia, mara kwa mara hudhurungi. Ni moja ya sehemu kuu za ocher asili na hutumiwa kama rangi. Pia inaitwa brown ironstone. Matukio makubwa zaidi ni Crimea, Ural.
Katika siderite, kinachojulikana kama chuma cha spar, asilimia arobaini na nane ya feri. Fomula yake ya kemikali ni FeCO3. Muundo wake ni tofauti na unajumuisha fuwele za rangi tofauti zilizounganishwa pamoja: kijivu, kijani kibichi, kijivu-njano, kahawia-njano, n.k.
Madini ya mwisho asilia yenye kiwango cha juu cha feri ni pyrite. Ina fomula ifuatayo ya kemikali: FeS2. Chuma ndani yake ni asilimia arobaini na sita ya jumla ya misa. Kutokana na atomi za salfa, madini haya yana rangi ya manjano ya dhahabu.
Madini mengi yanayozingatiwa hutumika kupata chuma safi. Aidha, hematite hutumiwa katika utengenezaji wa kujitia kutoka kwa mawe ya asili. Uingizaji wa pyrite unaweza kupatikana katika kujitia lapis lazuli. Aidha, chuma hupatikana katika asili katika utungaji wa viumbe hai - ni moja ya vipengele muhimu zaidi vya seli. Kipengele hiki cha ufuatiliaji lazima kitolewe kwa mwili wa binadamu kwa kiasi cha kutosha. Mali ya uponyaji ya chuma ni kwa kiasi kikubwa kutokana na ukweli kwamba kipengele hiki cha kemikali ni msingi wa hemoglobin. Kwa hiyo, matumizi ya ferrum yana athari nzuri katika hali ya damu, na kwa hiyo viumbe vyote kwa ujumla.
Chuma: sifa halisi na kemikali
Hebu tuzingatie sehemu hizi mbili kubwa kwa mpangilio. Mali ya kimwili ya chuma ni kuonekana kwake, wiani, kiwango cha kuyeyuka, nk. Hiyo ni, vipengele vyote vya kutofautisha vya dutu inayohusishwa na fizikia. Sifa za kemikali za chuma ni uwezo wake wa kuguswa na misombo mingine. Wacha tuanze na ya kwanza.
Tabia za kimaumbile za chuma
Katika hali yake safi chini ya hali ya kawaida, ni gumu. Ina rangi ya silvery-kijivu na sheen iliyotamkwa ya metali. Mali ya mitambo ya chuma ni pamoja na kiwango cha ugumu kwenye kiwango cha Mohs. Ni sawa na nne (kati). Iron ina conductivity nzuri ya umeme na mafuta. Kipengele cha mwisho kinaweza kuhisiwa kwa kugusa kitu cha chuma kwenye chumba cha baridi. Kwa sababu nyenzo hii hutoa joto kwa haraka, hufyonza sehemu kubwa ya joto kutoka kwa ngozi yako kwa muda mfupi, hivyo kukufanya uhisi baridi.
Kugusa, kwa mfano, mti, inaweza kuzingatiwa kuwa conductivity yake ya joto ni ya chini sana. Sifa ya kimwili ya chuma ni sehemu zake za kuyeyuka na kuchemsha. Ya kwanza ni nyuzi joto 1539, ya pili ni nyuzi joto 2860. Inaweza kuhitimishwa kuwa sifa za sifa za chuma ni ductility nzuri na fusibility. Lakini si hivyo tu.
Pia, sifa halisi za chuma ni pamoja na ferromagnetism yake. Ni nini? Iron, ambayo mali yake ya magnetic tunaweza kuchunguza katika mifano ya vitendo kila siku, ni chuma pekee ambacho kina vilekipengele cha kipekee cha kutofautisha. Hii ni kutokana na ukweli kwamba nyenzo hii inaweza kuwa na magnetized chini ya ushawishi wa shamba la magnetic. Na baada ya kukomesha hatua ya mwisho, chuma, mali ya magnetic ambayo imeundwa tu, inabakia sumaku kwa muda mrefu. Jambo hili linaweza kuelezewa na ukweli kwamba katika muundo wa chuma hiki kuna elektroni nyingi za bure ambazo zinaweza kuzunguka.
Kwa mtazamo wa kemia
Kipengele hiki ni mali ya metali za shughuli za wastani. Lakini mali ya kemikali ya chuma ni ya kawaida kwa metali nyingine zote (isipokuwa zile ambazo ziko upande wa kulia wa hidrojeni katika mfululizo wa electrochemical). Ina uwezo wa kuitikia na aina nyingi za dutu.
Anza rahisi
Ferrum hutangamana na oksijeni, nitrojeni, halojeni (iodini, bromini, klorini, florini), fosforasi, kaboni. Jambo la kwanza kuzingatia ni athari na oksijeni. Wakati feri inapochomwa, oksidi zake huundwa. Kulingana na hali ya majibu na uwiano kati ya washiriki wawili, wanaweza kuwa tofauti. Kama mfano wa mwingiliano kama huu, milinganyo ifuatayo ya majibu inaweza kutolewa: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Na mali ya oksidi ya chuma (ya kimwili na kemikali) inaweza kuwa tofauti, kulingana na aina zake. Miitikio ya aina hii hutokea kwenye joto la juu.
Inayofuata - mwingiliano na nitrojeni. Inaweza pia kutokea tuchini ya joto. Ikiwa tunachukua moles sita za chuma na mole moja ya nitrojeni, tunapata moles mbili za nitridi ya chuma. Mlinganyo wa majibu utaonekana kama hii: 6Fe + N2=2Fe3N.
Inapoingiliana na fosforasi, fosfidi huundwa. Ili kutekeleza majibu, vipengele vifuatavyo ni muhimu: kwa moles tatu za ferrum - mole moja ya fosforasi, kwa sababu hiyo, mole moja ya fosfidi huundwa. Mlinganyo unaweza kuandikwa kama ifuatavyo: 3Fe + P=Fe3P.
Aidha, kati ya miitikio yenye vitu rahisi, mtu anaweza pia kutofautisha mwingiliano na salfa. Katika kesi hii, sulfidi inaweza kupatikana. Kanuni ambayo mchakato wa malezi ya dutu hii hutokea ni sawa na yale yaliyoelezwa hapo juu. Yaani, mmenyuko wa nyongeza hutokea. Mwingiliano wote wa kemikali wa aina hii huhitaji hali maalum, hasa joto la juu, mara chache vichocheo.
Mitikio kati ya chuma na halojeni pia ni ya kawaida katika tasnia ya kemikali. Hizi ni klorini, bromination, iodini, fluorination. Kama inavyoonekana wazi kutoka kwa majina ya athari zenyewe, huu ni mchakato wa kuongeza atomi za klorini / bromini / iodini / florini kwa atomi za feri kuunda kloridi / bromidi / iodidi / fluoride, mtawaliwa. Dutu hizi hutumiwa sana katika tasnia mbalimbali. Kwa kuongeza, ferrum ina uwezo wa kuchanganya na silicon kwenye joto la juu. Kutokana na sifa zake tofauti za kemikali, chuma mara nyingi hutumika katika tasnia ya kemikali.
Ferum na dutu changamano
Kutoka kwa vitu rahisi, wacha tuendelee na zile ambazo molekuli zinajumuisha mbili au zaidi.vipengele mbalimbali vya kemikali. Jambo la kwanza kutaja ni mmenyuko wa ferrum na maji. Hapa ni mali kuu ya chuma. Wakati maji yanapokanzwa pamoja na chuma, oksidi ya msingi huundwa (inaitwa hivyo kwa sababu wakati wa kuingiliana na maji sawa huunda hidroksidi, kwa maneno mengine, msingi). Kwa hivyo, ikiwa unachukua mole moja ya vipengele vyote viwili, vitu kama vile dioksidi ya ferrum na hidrojeni huundwa kwa namna ya gesi yenye harufu kali - pia kwa uwiano wa molar wa moja hadi moja. Mlinganyo wa aina hii ya majibu inaweza kuandikwa kama ifuatavyo: Fe + H2O=FeO + H2. Kulingana na uwiano ambao vipengele hivi viwili vinachanganywa, di- au trioksidi ya chuma inaweza kupatikana. Dutu hizi zote mbili ni za kawaida sana katika tasnia ya kemikali na pia hutumika katika tasnia nyingine nyingi.
Pamoja na asidi na chumvi
Kwa kuwa ferrum iko upande wa kushoto wa hidrojeni katika mfululizo wa shughuli za kielektroniki za metali, inaweza kuondoa kipengele hiki kutoka kwa misombo. Mfano wa hii ni majibu ya uingizwaji ambayo yanaweza kuzingatiwa wakati chuma kinaongezwa kwa asidi. Kwa mfano, ikiwa unachanganya chuma na asidi ya sulphate (asidi ya sulfuriki) ya mkusanyiko wa kati katika uwiano sawa wa molar, matokeo yatakuwa sulfate ya feri (II) na hidrojeni katika uwiano sawa wa molar. Mlinganyo wa majibu kama haya utaonekana kama hii: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Wakati wa kuingiliana na chumvi, sifa za kupunguza za chuma huonekana. Hiyo ni, kwa msaada wake, chuma cha chini cha kazi kinaweza kutengwa na chumvi. Kwa mfano, ikiwachukua mole moja ya salfati ya shaba na kiwango sawa cha feri, basi unaweza kupata salfati ya chuma (II) na shaba safi kwa uwiano sawa wa molar.
Thamani kwa mwili
Mojawapo ya vipengele vya kemikali vinavyojulikana sana kwenye ukoko wa dunia ni chuma. Tayari tumezingatia mali ya jambo, sasa tutaikaribia kutoka kwa mtazamo wa kibaolojia. Ferrum hufanya kazi muhimu sana katika ngazi ya seli na katika ngazi ya viumbe vyote. Kwanza kabisa, chuma ni msingi wa protini kama vile hemoglobin. Inahitajika kwa usafirishaji wa oksijeni kupitia damu kutoka kwa mapafu hadi kwa tishu zote, viungo, kwa kila seli ya mwili, haswa kwa neurons za ubongo. Kwa hivyo, sifa za manufaa za chuma haziwezi kukadiria kupita kiasi.
Mbali na ukweli kwamba inaathiri uundaji wa damu, ferrum pia ni muhimu kwa utendaji kamili wa tezi ya tezi (hii inahitaji sio tu iodini, kama wengine wanavyoamini). Iron pia inashiriki katika kimetaboliki ya intracellular, inasimamia kinga. Ferrum pia hupatikana kwa idadi kubwa katika seli za ini, kwani inasaidia kupunguza vitu vyenye madhara. Pia ni moja ya vipengele kuu vya aina nyingi za enzymes katika mwili wetu. Lishe ya kila siku ya mtu inapaswa kuwa na miligramu kumi hadi ishirini za kipengele hiki cha ufuatiliaji.
Vyakula kwa wingi wa chuma
Zipo nyingi. Wao ni wa asili ya mimea na wanyama. Ya kwanza ni nafaka, kunde, nafaka (haswa Buckwheat), mapera, uyoga (porcini), matunda yaliyokaushwa, viuno vya rose, peari, peaches,parachichi, malenge, lozi, tarehe, nyanya, broccoli, kabichi, blueberries, blackberries, celery, nk pili - ini, nyama. Matumizi ya vyakula vyenye madini ya chuma ni muhimu sana hasa wakati wa ujauzito, kwani mwili wa fetasi inayokua huhitaji kiasi kikubwa cha madini haya kwa ukuaji na ukuaji mzuri.
Dalili za upungufu wa madini ya chuma
Dalili za ferrum kidogo kuingia mwilini ni uchovu, mikono na miguu kuganda mara kwa mara, mfadhaiko, nywele na kucha zilizovunjika, kupungua kwa shughuli za kiakili, matatizo ya usagaji chakula, utendaji duni na matatizo ya tezi dume. Ukiona zaidi ya moja ya dalili hizi, unaweza kutaka kuongeza kiasi cha vyakula vyenye madini ya chuma katika mlo wako au kununua vitamini au virutubisho vyenye ferrum. Pia, hakikisha umemwona daktari iwapo utapata mojawapo ya dalili hizi kwa nguvu sana.
Matumizi ya ferrum kwenye tasnia
Matumizi na sifa za chuma zinahusiana kwa karibu. Kutokana na ferromagnetism yake, hutumiwa kutengeneza sumaku - zote mbili dhaifu kwa madhumuni ya ndani (sumaku za friji za kumbukumbu, nk), na nguvu - kwa madhumuni ya viwanda. Kutokana na ukweli kwamba chuma kinachohusika kina nguvu na ugumu wa juu, imetumika tangu nyakati za kale kwa ajili ya utengenezaji wa silaha, silaha na zana nyingine za kijeshi na za nyumbani. Kwa njia, hata katika Misri ya kale, chuma cha meteorite kilijulikana, maliambazo ni bora kuliko zile za chuma za kawaida. Pia, chuma maalum kama hicho kilitumiwa katika Roma ya kale. Walitengeneza silaha za hali ya juu kutoka kwake. Ni mtu tajiri sana na mtukufu tu ndiye angeweza kuwa na ngao au upanga uliotengenezwa kwa chuma cha meteorite.
Kwa ujumla, chuma tunachozingatia katika makala haya ndicho kinachotumika sana kati ya vitu vyote vya kundi hili. Kwanza kabisa, chuma na chuma cha kutupwa hutengenezwa kutokana nayo, ambayo hutumika kuzalisha kila aina ya bidhaa zinazohitajika viwandani na katika maisha ya kila siku.
Iron ni aloi ya chuma na kaboni, ambayo ya pili inapatikana kutoka asilimia 1.7 hadi 4.5. Ikiwa pili ni chini ya asilimia 1.7, basi aina hii ya alloy inaitwa chuma. Ikiwa kuna karibu asilimia 0.02 ya kaboni katika muundo, basi hii tayari ni chuma cha kawaida cha kiufundi. Uwepo wa kaboni kwenye aloi ni muhimu ili kuipa nguvu zaidi, kustahimili joto, na kustahimili kutu.
Aidha, chuma kinaweza kuwa na vipengele vingine vingi vya kemikali kama uchafu. Hii ni manganese, na fosforasi, na silicon. Pia, chromium, nickel, molybdenum, tungsten na vipengele vingine vingi vya kemikali vinaweza kuongezwa kwa aina hii ya alloy ili kuipa sifa fulani. Aina za chuma ambazo kuna kiasi kikubwa cha silicon (karibu asilimia nne) hutumiwa kama vyuma vya transfoma. Zile zilizo na manganese nyingi (hadi asilimia kumi na mbili au kumi na nne) hupata matumizi yao katika utengenezaji wa sehemureli, vinu, mashine za kusaga na zana zingine zinazovaa sehemu haraka.
Molybdenum huletwa katika uundaji wa aloi ili kuifanya itengeneze zaidi joto - vyuma kama hivyo hutumiwa kama vyuma vya zana. Kwa kuongeza, ili kupata chuma cha pua kinachojulikana na kinachotumiwa kwa kawaida kwa namna ya visu na vifaa vingine vya nyumbani, ni muhimu kuongeza chromium, nickel na titani kwa alloy. Na ili kupata sugu ya mshtuko, yenye nguvu ya juu, chuma cha ductile, inatosha kuongeza vanadium ndani yake. Inapoingizwa katika muundo wa niobiamu, inawezekana kufikia upinzani wa juu dhidi ya kutu na athari za dutu za kemikali.
Magneti ya madini, ambayo ilitajwa mwanzoni mwa makala, inahitajika kwa ajili ya utengenezaji wa anatoa ngumu, kadi za kumbukumbu na vifaa vingine vya aina hii. Kutokana na mali zake za magnetic, chuma kinaweza kupatikana katika ujenzi wa transfoma, motors, bidhaa za elektroniki, nk Kwa kuongeza, feri inaweza kuongezwa kwa aloi nyingine za chuma ili kuwapa nguvu kubwa na utulivu wa mitambo. Sulfate ya kipengele hiki hutumika katika kilimo cha bustani kwa ajili ya kudhibiti wadudu (pamoja na salfati ya shaba).
Kloridi za chuma ni muhimu sana kwa kusafisha maji. Kwa kuongeza, poda ya magnetite hutumiwa katika printers nyeusi na nyeupe. Matumizi kuu ya pyrite ni kupata asidi ya sulfuriki kutoka kwayo. Utaratibu huu hutokea katika maabara katika hatua tatu. Katika hatua ya kwanza, ferrum pyrite huchomwa ili kutoa oksidi ya chuma na dioksidi ya sulfuri. Hatua ya pili ni ubadilishaji wa dioksidisulfuri kwa trioksidi yake kwa ushiriki wa oksijeni. Na katika hatua ya mwisho, dutu inayotokana hupitishwa kupitia mvuke wa maji kukiwa na vichocheo, na hivyo kupata asidi ya sulfuriki.
Kupata chuma
Madini haya huchimbwa hasa kutokana na madini yake makuu mawili: magnetite na hematite. Hii inafanywa kwa kupunguza chuma kutoka kwa misombo yake na kaboni kwa namna ya coke. Hii inafanywa katika tanuu za mlipuko, joto ambalo hufikia digrii elfu mbili za Celsius. Kwa kuongeza, kuna njia ya kupunguza feri na hidrojeni. Hii haihitaji tanuru ya mlipuko. Ili kutekeleza njia hii, udongo maalum huchukuliwa, unaochanganywa na ore iliyovunjwa na kutibiwa na hidrojeni katika tanuru ya shimoni.
Hitimisho
Sifa na matumizi ya chuma ni tofauti. Hii labda ni chuma muhimu zaidi katika maisha yetu. Baada ya kujulikana kwa wanadamu, alichukua nafasi ya shaba, ambayo wakati huo ilikuwa nyenzo kuu ya utengenezaji wa zana zote, pamoja na silaha. Chuma na chuma cha kutupwa kwa njia nyingi ni bora kuliko aloi ya shaba-bati kulingana na sifa zao za kimwili, upinzani dhidi ya mkazo wa mitambo.
Aidha, chuma hupatikana zaidi kwenye sayari yetu kuliko metali nyingine nyingi. Sehemu yake kubwa katika ukoko wa dunia ni karibu asilimia tano. Ni kipengele cha nne cha kemikali kwa wingi katika asili. Pia, kipengele hiki cha kemikali ni muhimu sana kwa kazi ya kawaida ya viumbe vya wanyama na mimea, hasa kwa sababu hemoglobini imejengwa kwa msingi wake. Iron ni micronutrient muhimuambayo ni muhimu kwa kudumisha afya na utendaji wa kawaida wa viungo. Mbali na hapo juu, ni chuma pekee ambacho kina mali ya kipekee ya magnetic. Haiwezekani kufikiria maisha yetu bila ferrum.
