Il rapporto tra ferro e acidi e alcali. Distribuzione in natura

Il ferro è un elemento di un sottogruppo laterale dell'ottavo gruppo del quarto periodo del sistema periodico di elementi chimici di D. I. Mendeleev con numero atomico 26. È designato dal simbolo Fe (lat. Ferrum). Uno dei metalli più comuni nella crosta terrestre (secondo posto dopo l'alluminio). Metallo di media attività, agente riducente.

Principali stati di ossidazione - +2, +3

Una sostanza semplice il ferro è un metallo bianco-argento malleabile con un'elevata reattività chimica: il ferro si corrode rapidamente ad alte temperature o ad alta umidità nell'aria. In ossigeno puro, il ferro brucia e, in uno stato finemente disperso, si accende spontaneamente nell'aria.

Proprietà chimiche di una sostanza semplice - ferro:

Ruggine e brucia nell'ossigeno

1) All'aria, il ferro si ossida facilmente in presenza di umidità (ruggine):

4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3

Un filo di ferro riscaldato brucia in ossigeno, formando incrostazioni - ossido di ferro (II, III):

3Fe + 2O2 → Fe3O4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)

2) Ad alte temperature (700–900°C), il ferro reagisce con il vapore acqueo:

3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Il ferro reagisce con i non metalli quando riscaldato:

2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °С)

Fe + S – t° → FeS (600 °С)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) In una serie di tensioni, è a sinistra dell'idrogeno, reagisce con gli acidi diluiti Hcl e H 2 SO 4, mentre si formano sali di ferro (II) e viene rilasciato idrogeno:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (le reazioni vengono eseguite senza accesso all'aria, altrimenti Fe +2 viene gradualmente convertito dall'ossigeno in Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (diff.) → FeSO 4 + H 2

Negli acidi ossidanti concentrati, il ferro si dissolve solo quando riscaldato, passa immediatamente nel catione Fe 3+:

2Fe + 6H 2 SO 4 (conc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (conc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(nel freddo, concentrati di acido nitrico e solforico passivare

Un chiodo di ferro immerso in una soluzione bluastra di solfato di rame viene gradualmente ricoperto da uno strato di rame metallico rosso.

5) Il ferro sposta i metalli alla sua destra in soluzioni dei loro sali.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

L'anfotericità del ferro si manifesta solo negli alcali concentrati durante l'ebollizione:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2

e si forma un precipitato di sodio tetraidrossiferrato (II).

Ferro tecnico- leghe di ferro con carbonio: la ghisa contiene 2,06-6,67% C, acciaio 0,02-2,06% C, sono spesso presenti altre impurità naturali (S, P, Si) e additivi speciali introdotti artificialmente (Mn, Ni, Cr), che conferiscono alle leghe di ferro proprietà tecnicamente utili: durezza, resistenza termica e alla corrosione, malleabilità, ecc. . .

Processo di produzione del ferro in altoforno

Il processo di produzione del ferro in altoforno consiste nelle seguenti fasi:

a) preparazione (tostatura) di minerali di solfuro e carbonato - conversione in minerale di ossido:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)

b) combustione di coke con esplosione calda:

C (coke) + O 2 (aria) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (coke) ⇌ 2CO (700-1000 ° C)

c) riduzione del minerale di ossido con monossido di carbonio CO in successione:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) carburazione del ferro (fino al 6,67% C) e fusione della ghisa:

Fe (t ) →(C(Coca Cola)900-1200°С) Fe (g) (ghisa, t pl 1145°С)

Nella ghisa la cementite Fe 2 C e la grafite sono sempre presenti sotto forma di grani.

Produzione di acciaio

La ridistribuzione della ghisa in acciaio viene effettuata in forni speciali (convertitore, focolare aperto, elettrico), che si differenziano per il metodo di riscaldamento; temperatura di processo 1700-2000 °C. Il soffiaggio di aria arricchita di ossigeno brucia il carbonio in eccesso dalla ghisa, nonché zolfo, fosforo e silicio sotto forma di ossidi. In questo caso, gli ossidi vengono catturati sotto forma di gas di scarico (CO 2, SO 2) o legati in una scoria facilmente separata - una miscela di Ca 3 (PO 4) 2 e CaSiO 3. Per ottenere acciai speciali vengono introdotti nel forno additivi leganti di altri metalli.

Ricevuta ferro puro nell'industria - elettrolisi di una soluzione di sali di ferro, ad esempio:

FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elettrolisi)

(ci sono altri metodi speciali, inclusa la riduzione degli ossidi di ferro con l'idrogeno).

Il ferro puro viene utilizzato nella produzione di leghe speciali, nella produzione di nuclei di elettromagneti e trasformatori, la ghisa viene utilizzata nella produzione di fusioni e acciaio, l'acciaio viene utilizzato come materiale strutturale e per utensili, inclusi usura, calore e corrosione -materiali resistenti.

Ossido di ferro (II). F EO . Ossido anfotero con una grande predominanza di proprietà di base. Nero, ha una struttura ionica di Fe 2+ O 2-. Quando viene riscaldato, prima si decompone, quindi si riforma. Non si forma durante la combustione del ferro nell'aria. Non reagisce con l'acqua. Decomposto da acidi, fuso con alcali. Si ossida lentamente in aria umida. Recuperato da idrogeno, coke. Partecipa al processo di fusione del ferro in altoforno. Viene utilizzato come componente di ceramiche e pitture minerali. Equazioni delle reazioni più importanti:

4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)

FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (conc.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Nun 4FeO3 (rosso.) trioxoferrato(II)(400-500 °С)

FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (elevata purezza) (350 ° C)

FeO + C (coke) \u003d Fe + CO (sopra 1000 ° C)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H 2 O (umidità) + O 2 (aria) → 4FeO (OH) (t)

6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)

Ricevuta in laboratori: decomposizione termica dei composti di ferro (II) senza accesso all'aria:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)

Ossido di ferro (III) - ferro ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Doppio ossido. Nero, ha la struttura ionica di Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termicamente stabile fino alle alte temperature. Non reagisce con l'acqua. Decomposto dagli acidi. È ridotto dall'idrogeno, ferro rovente. Partecipa al processo di produzione del ferro in altoforno. Viene utilizzato come componente di pitture minerali ( ferro al minio), ceramica, cemento colorato. Il prodotto dell'ossidazione speciale della superficie dei prodotti in acciaio ( annerimento, brunitura). La composizione corrisponde alla ruggine bruna e alla scaglia scura sul ferro. L'uso della formula Fe 3 O 4 non è raccomandato. Equazioni delle reazioni più importanti:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (sopra 1538 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (conc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (aria) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (elevata purezza, 1000 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 ° С, 560-700 ° С)

Ricevuta: combustione del ferro (vedi) nell'aria.

magnetite.

Ossido di ferro (III). F e 2 O 3 . Ossido anfotero con predominanza di proprietà basiche. Rosso-marrone, ha una struttura ionica (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termicamente stabile fino alle alte temperature. Non si forma durante la combustione del ferro nell'aria. Non reagisce con l'acqua, dalla soluzione precipita un idrato amorfo marrone Fe 2 O 3 nH 2 O. Reagisce lentamente con acidi e alcali. È ridotto dal monossido di carbonio, ferro fuso. Lega con ossidi di altri metalli e forma ossidi doppi - spinelli(i prodotti tecnici sono chiamati ferriti). Viene utilizzato come materia prima nella fusione del ferro nel processo di altoforno, come catalizzatore nella produzione di ammoniaca, come componente di ceramiche, cementi colorati e vernici minerali, nella saldatura alla termite di strutture in acciaio, come vettore di suoni e immagini su nastri magnetici, come lucidante per acciaio e vetro.

Equazioni delle reazioni più importanti:

6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (conc.) → H 2 O+ 2 NunFeO 2 (rosso)diossoferrato (III)

Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (altamente puro, 1050-1100 ° С)

Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)

Ricevuta in laboratorio - decomposizione termica dei sali di ferro (III) in aria:

Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)

4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)

In natura - minerali di ossido di ferro ematite Fe 2 O 3 e limonite Fe2O3nH2O

Idrossido di ferro (II). F e(OH)2. Idrossido anfotero con predominanza di proprietà basiche. Bianchi (a volte con una sfumatura verdastra), i legami Fe-OH sono prevalentemente covalenti. Termicamente instabile. Si ossida facilmente all'aria, specialmente quando è bagnato (scurisce). Insolubile in acqua. Reagisce con acidi diluiti, alcali concentrati. Tipico restauratore. Un prodotto intermedio nell'arrugginimento del ferro. Viene utilizzato nella fabbricazione della massa attiva delle batterie ferro-nichel.

Equazioni delle reazioni più importanti:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, in atm.N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (blu-verde) (bollente)

4Fe(OH) 2 (sospensione) + O 2 (aria) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe (OH) 2 (sospensione) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (conc.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)

Ricevuta: precipitazione da soluzione con alcali o idrato di ammoniaca in atmosfera inerte:

Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH)2↓

Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fe(OH)2↓+ 2NH4

Metaidrossido di ferro F eO(OH). Idrossido anfotero con predominanza di proprietà basiche. I legami marrone chiaro, Fe-O e Fe-OH sono prevalentemente covalenti. Quando riscaldato, si decompone senza sciogliersi. Insolubile in acqua. Precipita dalla soluzione sotto forma di un poliidrato amorfo marrone Fe 2 O 3 nH 2 O, che, tenuto sotto una soluzione alcalina diluita o essiccato, si trasforma in FeO (OH). Reagisce con acidi, alcali solidi. Agente ossidante e riducente debole. Sinterizzato con Fe(OH) 2 . Un prodotto intermedio nell'arrugginimento del ferro. Viene utilizzato come base per pitture e smalti minerali gialli, come assorbitore di gas di scarico, come catalizzatore nelle sintesi organiche.

La composizione della connessione Fe(OH) 3 non è nota (non ottenuta).

Equazioni delle reazioni più importanti:

Fe2O3. nH2O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C in aria, -H2O)→Fe2O3

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-colloide(NaOH (conc.))

FeO(OH) → Nun 3 [Fe(OH)6]bianca, Na 5 e K 4, rispettivamente; in entrambi i casi precipita un prodotto blu della stessa composizione e struttura, KFe III. In laboratorio, questo precipitato è chiamato blu di Prussia, o turnbull blu:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Nomi chimici dei reagenti iniziali e del prodotto di reazione:

K 3 Fe III - esacianoferrato di potassio (III)

K 4 Fe III - esacianoferrato di potassio (II)

KFe III - esacianoferrato (II) ferro (III) potassio

Inoltre, lo ione tiocianato NCS è un buon reagente per gli ioni Fe 3+, il ferro (III) si combina con esso e appare un colore rosso vivo ("sanguinante"):

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Con questo reagente (ad esempio sotto forma di sale KNCS) è possibile rilevare anche tracce di ferro (III) nell'acqua del rubinetto se passa attraverso tubi di ferro ricoperti di ruggine dall'interno.

È noto alle persone fin dall'antichità: gli scienziati attribuiscono antichi oggetti domestici realizzati con questo materiale al IV millennio a.C.

La vita umana non può essere immaginata senza ferro. Si ritiene che il ferro sia utilizzato per scopi industriali più spesso di altri metalli. Le strutture più importanti sono fatte da esso. Il ferro si trova anche in piccole quantità nel sangue. È il contenuto del ventiseiesimo elemento che colora il sangue di rosso.

Proprietà fisiche del ferro

In ossigeno, il ferro brucia per formare un ossido:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄.

Quando riscaldato, il ferro può reagire con i non metalli:

Inoltre, a una temperatura di 700-900 ° C, reagisce con il vapore acqueo:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.

Composti di ferro

Come sapete, gli ossidi di ferro hanno ioni con due stati di ossidazione: +2 e + 3. È estremamente importante saperlo, perché per elementi diversi verranno eseguite reazioni qualitative completamente diverse.

Reazioni qualitative al ferro

È necessaria una reazione qualitativa per determinare facilmente la presenza di ioni di una sostanza in soluzioni o impurità di un'altra. Considera le reazioni qualitative del ferro ferroso e ferrico.

Reazioni qualitative per il ferro (III)

Il contenuto di ioni ferrici in una soluzione può essere determinato utilizzando alcali. Con un risultato positivo, si forma una base: idrossido di ferro (III) Fe (OH) ₃.

Idrossido di ferro(III) Fe(OH)₃

La sostanza risultante è insolubile in acqua e ha un colore marrone. È il precipitato marrone che può indicare la presenza di ioni ferrici nella soluzione:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)₃↓+ 3NaCl.

Gli ioni Fe(III) possono anche essere determinati utilizzando K3.

Una soluzione di cloruro ferrico viene miscelata con una soluzione salina giallastra. Di conseguenza, puoi vedere un bellissimo precipitato bluastro, che indicherà la presenza di ioni ferrici nella soluzione. troverete spettacolari esperimenti sullo studio delle proprietà del ferro.

Reazioni qualitative per il ferro (II)

Gli ioni Fe²⁺ reagiscono con il sale rosso sangue K₄. Se quando si aggiunge il sale si forma un precipitato bluastro, questi ioni sono presenti nella soluzione.

Sai che il ferro protegge il pianeta dagli "attacchi spaziali"? A causa degli enormi accumuli di questo elemento, si forma il campo magnetico terrestre. Come uno scudo, il campo la protegge dagli asteroidi...

Il ferro gioca un ruolo non solo in tali cose globali, ma anche nella nostra vita quotidiana: l'acciaio e la maggior parte delle leghe vengono create sulla base di questo elemento. Pertanto, tutto, dalle posate alle automobili e alla microelettronica, non potrebbe funzionare senza il ferro.

Infine, la nostra vita sarebbe impossibile senza di essa, poiché questo minerale fa parte dell'emoglobina, il contenuto dei globuli rossi, grazie alla quale i tessuti sono in grado di utilizzare l'ossigeno. Ci sono molte altre proprietà utili nascoste in questo meraviglioso elemento. Leggi di più su quali sono le funzioni del ferro per la nostra salute in questo articolo.

Contenuto di ferro negli alimenti (per 100 g):

Fegato 10-20 mg
Lievito 18 mg
Alghe 16 mg
Lenticchie 12 mg
Grano saraceno 8,2 mg
Tuorlo 7,2 mg
Coniglio 4,4 mg
Caviale nero 2,5 mg

Cos'è il ferro?

Questo è metallo. Nella composizione di organi e tessuti, il ferro è nella quantità approssimativa di 3-5 grammi. Non è molto, ma una dose così piccola è abbastanza per il corpo per continuare con successo la sua esistenza. Quattro quinti di tutto il ferro sono nell'emoglobina, il resto è disperso in tutto il corpo e distribuito nel fegato, nei muscoli, nelle ossa, ecc. Parte del ferro interno fa parte degli enzimi.

Nel tempo, c'è una perdita naturale del minerale, e quindi una persona ha bisogno di un apporto costante di determinati dosaggi di ferro. Si perde nelle urine e nel sudore e nelle donne il consumo di ferro è anche associato a perdite mensili durante le mestruazioni.

Alimenti ricchi di ferro

L'elemento è così comune in natura che il ferro è presente nella maggior parte degli alimenti. Le fonti migliori sono gli animali: carne e fegato. In essi il ferro è nella forma più digeribile. Di solito è meno presente nei cibi vegetali che in quelli animali, ma è anche un'importante fonte di minerali. È presente in agrumi, melograni, barbabietole, grano saraceno, legumi, noci, zucca, mele, cavolo marino, cachi.

fabbisogno giornaliero di ferro

Di norma, gli uomini hanno bisogno di più vitamine e minerali rispetto alle donne, ma in questo caso non è così: le donne hanno bisogno di dosaggi più elevati di ferro. Hanno bisogno di 18 mg del minerale, mentre gli uomini hanno bisogno di circa 10 mg. Per i bambini la norma non è definita con precisione, secondo varie fonti può essere compresa tra 4 e 15 mg.

Aumento del fabbisogno di ferro

Una maggiore necessità di ferro è inerente ai seguenti gruppi di persone:

Donne durante il periodo dopo le mestruazioni. La perdita di sangue, anche se piccola, richiede una compensazione per il contenuto di emoglobina nel sangue.
. Incinta e allattamento. Durante la gravidanza, viene effettuato un consumo significativo di ferro per costruire il corpo del feto e le madri che allattano spendono il loro ferro per nutrire il bambino (penetra nel latte materno). Letteralmente ogni seconda donna incinta ha segni di carenza di ferro, il che indica un aumento significativo della necessità di questo elemento nelle future mamme.
. Dopo lesioni, perdita di sangue, operazioni chirurgiche importanti.

Il ferro è un elemento molto prezioso. A questo proposito, il corpo ha imparato a usarlo ripetutamente. Con la distruzione naturale dei vecchi globuli rossi, speciali proteine ​​trasportatrici catturano il ferro rilasciato e lo trasferiscono agli organi ematopoietici, dove viene riutilizzato.

Tuttavia, la perdita del minerale è ancora piuttosto elevata, quindi nella vita di tutti i giorni molte persone richiedono un uso aggiuntivo di ferro. Se hai una maggiore necessità di questo elemento, dovresti iniziare a prendere integratori alimentari contenenti questo elemento.

Assorbimento del ferro dal cibo

Anche in condizioni ideali, non più del 10% del ferro in ingresso viene assorbito dal cibo. Ci sono una serie di fattori che riducono ulteriormente questa cifra. Allo stesso tempo, ci sono alcuni fattori che aumentano l'assorbimento del minerale. Cosa determina il grado di assorbimento del ferro?

1. Fonte. Nei prodotti di origine animale il ferro si trova in una forma bivalente di facile assorbimento. Nelle piante è trivalente. Per assimilarlo e “metterlo in moto”, il corpo deve spendere energia per riportare il minerale in una forma bivalente. Ecco perché la maggior parte del ferro fornito con il grano saraceno o il succo di melograno non giova al corpo.
2. Salute digestiva. Con bassa acidità del succo gastrico, gastrite ed enterite, l'assorbimento del ferro è significativamente ridotto. Con un tratto digestivo sano, è ottimale.
3. Composizione del cibo.

4. Il ferro viene assorbito meglio in presenza di vitamina C, acidi organici di frutta e verdura, gli amminoacidi lisina e istidina e alcuni carboidrati come il fruttosio e il sorbitolo. Pertanto, carne e fegato dovrebbero sempre essere abbinati a un'insalata di verdure fresche.

5. Il ferro viene assorbito peggio in presenza di tannini, fibre alimentari (raccolgono su se stesse molecole di ferro e le rimuovono dal corpo), fitina, acido ossalico. Ciò significa che se stai cercando di ottenere più ferro, è una buona idea evitare di mangiare cibi come legumi, acetosa, spinaci e crusca troppo spesso. Il calcio è un antagonista abbastanza forte del ferro; i prodotti che lo contengono (principalmente latticini) ne inibiscono l'assorbimento.

Il ruolo biologico del ferro

Le funzioni del ferro sono:

È un elemento indispensabile per l'ematopoiesi, una materia prima per la formazione dell'emoglobina del pigmento respiratorio e la formazione dei globuli rossi.
. Importante per la sintesi degli ormoni tiroidei
. Rafforza il sistema immunitario, aumenta le difese dell'organismo
. Migliora il lavoro di alcune vitamine, come la vitamina B6, B12, B9
. Migliora gli effetti di numerosi oligoelementi come cobalto, manganese, rame
. Fa parte degli enzimi che assicurano la neutralizzazione delle sostanze nocive nel corpo
. Fornisce la possibilità di respirare i tessuti, e questo dà non solo un miglioramento della salute, ma anche un effetto cosmetico. Con un normale apporto di ferro nel corpo umano, la condizione della pelle, dei capelli e delle unghie rimane buona
. Protegge dal superlavoro, dall'affaticamento cronico
. È di grande importanza nel funzionamento del sistema nervoso.

Segni di carenza di ferro

La mancanza di un minerale e la necessità di un uso regolare del ferro è un evento estremamente comune. Il primo e principale segno di una carenza di elementi nel corpo è l'anemia.

Una diminuzione del numero di globuli rossi e di emoglobina nel sangue porta a tali sintomi: debolezza, rapida insorgenza di affaticamento, instabilità allo sforzo fisico, costipazione o diarrea, disturbi dell'appetito e del gusto, intorpidimento e freddo agli arti, pallore e secchezza pelle, deterioramento delle unghie, perdita di capelli, immunità indebolita, ecc. Spesso sono questi segni che ci permettono di indovinare la carenza di ferro nel corpo. Una persona va dal medico, viene esaminata e viene rilevata l'anemia.

Segni di eccesso di ferro

Anche quando si mangiano cibi contenenti alte concentrazioni di ferro, non c'è eccesso. Ciò è dovuto al fatto che il corpo "filtra" autonomamente i composti minerali in eccesso e prende esattamente la quantità di ferro di cui ha bisogno.

È molto più difficile per lui resistere agli altissimi dosaggi di ferro forniti con i farmaci. Se usi troppo intensamente prodotti a base di ferro e integratori alimentari, può verificarsi avvelenamento. Si fa sentire con vomito, mal di testa, disturbi delle feci e altri sintomi.

L'eccesso di ferro si osserva anche in una rara condizione chiamata emocromatosi. Con questa malattia, il corpo effettua un accumulo patologico di ferro, che si manifesta con gravi disturbi del fegato e di altri organi.

Fattori che influenzano il contenuto di ferro negli alimenti

Se il cibo viene cotto a lungo, il contenuto di ferro digeribile in esso diminuisce, poiché passa in una forma inaccessibile per l'assorbimento. Quindi, se stai acquistando carne o fegato, scegli prodotti di altissima qualità che non siano troppo duri e non impiegheranno troppo tempo a bollire o friggere.

Il ferro è uno dei metalli più comuni nella crosta terrestre dopo l'alluminio. Le sue proprietà fisiche e chimiche sono tali da avere un'eccellente conduttività elettrica, conducibilità termica e duttilità, ha un colore bianco argenteo e un'elevata reattività chimica per corrodersi rapidamente ad alta umidità o alte temperature. Essendo in uno stato finemente disperso, brucia in ossigeno puro e si accende spontaneamente all'aria.

L'inizio della storia del ferro

Nel terzo millennio a.C. e. la gente iniziò a estrarre e imparò a lavorare bronzo e rame. Non sono stati ampiamente utilizzati a causa del loro costo elevato. La ricerca di nuovo metallo è continuata. La storia del ferro inizia nel I secolo a.C. e. In natura, può essere trovato solo sotto forma di composti con ossigeno. Per ottenere un metallo puro, è necessario separare l'ultimo elemento. Per molto tempo non è stato possibile fondere il ferro, poiché doveva essere riscaldato a 1539 gradi. E solo con l'avvento delle fornaci per la soffiatura del formaggio nel primo millennio a.C., questo metallo iniziò ad essere ottenuto. All'inizio era fragile e conteneva molte scorie.

Con l'avvento delle fucine, la qualità del ferro è notevolmente migliorata. È stato ulteriormente lavorato in un fabbro, dove le scorie sono state separate da colpi di martello. La forgiatura è diventata uno dei principali tipi di lavorazione dei metalli e il fabbro è diventato un ramo indispensabile della produzione. Il ferro nella sua forma più pura è un metallo molto tenero. Viene utilizzato principalmente in una lega con carbonio. Questo additivo migliora una proprietà fisica del ferro come la durezza. Il materiale economico presto penetrò ampiamente in tutte le sfere dell'attività umana e fece una rivoluzione nello sviluppo della società. Infatti, anche nei tempi antichi, i prodotti in ferro erano ricoperti da uno spesso strato d'oro. Aveva un prezzo elevato rispetto al metallo nobile.

ferro in natura

Un alluminio nella litosfera contiene più del ferro. In natura si trova solo sotto forma di composti. Il ferro trivalente, reagendo, colora il terreno di marrone e conferisce alla sabbia una tinta giallastra. Ossidi di ferro e solfuri sono sparsi nella crosta terrestre, a volte ci sono accumuli di minerali, dai quali il metallo viene successivamente estratto. Il contenuto di ferro ferroso in alcune sorgenti minerali conferisce all'acqua un sapore speciale.

L'acqua arrugginita che scorre da vecchi tubi dell'acqua è colorata dal metallo trivalente. I suoi atomi si trovano anche nel corpo umano. Si trovano nell'emoglobina (una proteina contenente ferro) nel sangue, che fornisce ossigeno al corpo e rimuove l'anidride carbonica. Alcuni meteoriti contengono ferro puro, a volte si trovano interi lingotti.

Quali sono le proprietà fisiche del ferro?

È un metallo bianco-argenteo duttile con una sfumatura grigiastra, con una lucentezza metallica. È un buon conduttore di elettricità e calore. Grazie alla sua plasticità, si presta perfettamente alla forgiatura e alla laminazione. Il ferro non si dissolve in acqua, ma si liquefa nel mercurio, fonde a 1539 e bolle a 2862 gradi Celsius, ha una densità di 7,9 g/cm³. Una caratteristica delle proprietà fisiche del ferro è che il metallo è attratto da un magnete e, dopo l'annullamento del campo magnetico esterno, conserva la magnetizzazione. Utilizzando queste proprietà, può essere utilizzato per creare magneti.

Proprietà chimiche

Il ferro ha le seguenti proprietà:

• all'aria e all'acqua si ossida facilmente, arrugginisce;
• nell'ossigeno il filo riscaldato brucia (in questo caso si forma una scaglia sotto forma di ossido di ferro);
• a una temperatura di 700-900 gradi Celsius reagisce con il vapore acqueo;
• quando riscaldato reagisce con i non metalli (cloro, zolfo, bromo);
• reagisce con acidi diluiti, formando sali di ferro e idrogeno;
• non si dissolve in alcali;
• è in grado di spostare i metalli dalle soluzioni dei loro sali (un chiodo di ferro, in una soluzione di solfato di rame, è ricoperto da una fioritura rossa - questo è rame);
• negli alcali concentrati, quando bolliti, si manifesta l'anfotericità del ferro.

Caratteristica Caratteristica

Una delle proprietà fisiche del ferro è il ferromagnetismo. In pratica, le proprietà magnetiche di questo materiale si incontrano frequentemente. È l'unico metallo che ha un tratto così raro.

Sotto l'influenza di un campo magnetico, il ferro viene magnetizzato. Le proprietà magnetiche formate del metallo si conservano a lungo e rimangono esso stesso un magnete. Questo fenomeno eccezionale è spiegato dal fatto che la struttura del ferro contiene un gran numero di elettroni liberi che possono muoversi.

Riserve e produzione

Uno degli elementi più comuni sulla terra è il ferro. In termini di contenuto nella crosta terrestre, è al quarto posto. Sono noti molti minerali che lo contengono, ad esempio minerale di ferro magnetico e bruno. Il metallo nell'industria è ottenuto principalmente da minerali di ematite e magnetite utilizzando un processo di altoforno. In primo luogo, viene ridotto con carbone in una fornace ad una temperatura elevata di 2000 gradi Celsius.

Per fare ciò, il minerale di ferro, il coke e il flusso vengono immessi nell'altoforno dall'alto e un flusso di aria calda viene iniettato dal basso. Viene utilizzato anche il processo diretto per ottenere il ferro. Il minerale frantumato viene mescolato con argilla speciale per formare pellet. Quindi vengono cotti e trattati con idrogeno in un forno a tino, dove viene facilmente ripristinato. Si ottiene il ferro pieno, che poi viene fuso in forni elettrici. Il metallo puro viene recuperato dagli ossidi mediante elettrolisi di soluzioni acquose di sali.

Benefici del ferro

Le principali proprietà fisiche della sostanza ferrosa conferiscono a essa e alle sue leghe i seguenti vantaggi rispetto ad altri metalli:

Screpolatura

Oltre a un gran numero di qualità positive, ci sono una serie di proprietà negative del metallo:

• I prodotti sono soggetti a corrosione. Per eliminare questo effetto indesiderato, gli acciai inossidabili sono ottenuti mediante lega e, in altri casi, viene eseguito uno speciale trattamento anticorrosivo di strutture e parti.
• Il ferro accumula elettricità statica, quindi i prodotti che lo contengono sono soggetti a corrosione elettrochimica e richiedono anche un'ulteriore lavorazione.
• Il peso specifico del metallo è di 7,13 g/cm³. Questa proprietà fisica del ferro conferisce alle strutture e alle parti un peso maggiore.

Composizione e struttura

Secondo la caratteristica cristallina, il ferro ha quattro modifiche che differiscono nella struttura e nei parametri del reticolo. Per la fusione delle leghe è essenziale la presenza di transizioni di fase e di additivi leganti. Ci sono i seguenti stati:

• Fase alfa. Persiste fino a 769 gradi Celsius. In questo stato, il ferro conserva le proprietà di un ferromagnete e ha un reticolo cubico a corpo centrato.
• Fase beta. Esiste a temperature da 769 a 917 gradi Celsius. Ha parametri reticolari leggermente diversi rispetto al primo caso. Tutte le proprietà fisiche del ferro rimangono le stesse, tranne quelle magnetiche, che perde.
• Fase gamma. La struttura del reticolo diventa centrata sulla faccia. Questa fase appare nell'intervallo di 917-1394 gradi Celsius.
• Fase omega. Questo stato del metallo appare a temperature superiori a 1394 gradi Celsius. Differisce dal precedente solo nei parametri del reticolo.

Il ferro è il metallo più ricercato al mondo. Più del 90 percento di tutta la produzione metallurgica ricade su di essa.

Applicazione

Le persone iniziarono a usare per la prima volta il ferro meteoritico, che era valutato più dell'oro. Da allora, la portata di questo metallo si è solo ampliata. Di seguito è riportata l'applicazione del ferro, in base alle sue proprietà fisiche:

• gli ossidi ferromagnetici sono utilizzati per la produzione di materiali magnetici: impianti industriali, frigoriferi, souvenir;
• gli ossidi di ferro sono usati come vernici minerali;
• il cloruro ferrico è indispensabile nella pratica radioamatoriale;
• i solfati di ferro sono utilizzati nell'industria tessile;
• l'ossido di ferro magnetico è uno dei materiali importanti per la produzione di dispositivi di memoria per computer a lungo termine;
• la polvere di ferro ultrafine viene utilizzata nelle stampanti laser in bianco e nero;
• la forza del metallo permette di realizzare armi e armature;
• la ghisa resistente all'usura può essere utilizzata per la produzione di freni, dischi frizione e parti per pompe;
• resistente al calore - per altiforni, termici, a focolare aperto;
• resistente al calore - per apparecchiature per compressori, motori diesel;
• l'acciaio di alta qualità viene utilizzato per gasdotti, corpi caldaia, asciugatrici, lavatrici e lavastoviglie.

Conclusione

Per ferro spesso si intende non il metallo stesso, ma la sua lega: acciaio elettrico a basso tenore di carbonio. Ottenere ferro puro è un processo piuttosto complicato, e quindi viene utilizzato solo per la produzione di materiali magnetici. Come già notato, l'eccezionale proprietà fisica di una semplice sostanza di ferro è il ferromagnetismo, cioè la capacità di essere magnetizzato in presenza di un campo magnetico.

Le proprietà magnetiche del metallo puro sono fino a 200 volte superiori a quelle dell'acciaio tecnico. Questa proprietà è influenzata anche dalla granulometria del metallo. Più grande è il grano, maggiori sono le proprietà magnetiche. Anche la lavorazione ha qualche effetto. Tale ferro puro, che soddisfa questi requisiti, viene utilizzato per ottenere materiali magnetici.

Il ferro puro si ottiene con vari metodi. Di grande importanza sono il metodo di decomposizione termica del pentacarbonile di ferro (vedi § 193) e l'elettrolisi delle soluzioni acquose dei suoi sali.

Nell'aria umida il ferro arrugginisce rapidamente, cioè si ricopre di un rivestimento marrone di ossido di ferro idrato che, per la sua friabilità, non protegge il ferro da un'ulteriore ossidazione. In acqua, il ferro si corrode intensamente; con abbondante accesso di ossigeno, si formano forme idratate di ossido di ferro (III):

Con una mancanza di ossigeno o con il suo difficile accesso, si forma un ossido misto Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3):

Il ferro si dissolve in acido cloridrico di qualsiasi concentrazione:

Allo stesso modo, la dissoluzione avviene in acido solforico diluito:

In soluzioni concentrate di acido solforico, il ferro viene ossidato a ferro (III):

Tuttavia, nell'acido solforico, la cui concentrazione è vicina al 100%, il ferro diventa passivo e praticamente non si verifica alcuna interazione.

In soluzioni diluite e moderatamente concentrate di acido nitrico, il ferro dissolve:

Ad alte concentrazioni di HNO 3 la dissoluzione rallenta e il ferro diventa passivo.

Il ferro è caratterizzato da due serie di composti: composti di ferro (II) e composti di ferro (III). I primi corrispondono all'ossido di ferro (II), o ossido di ferro, FeO, i secondi all'ossido di ferro (III), o ossido di ferro, Fe 2 O 3.

Inoltre, sono noti i sali dell'acido di ferro H 2 FeO 4, in cui il grado di ossidazione del ferro è +6.

Composti del ferro(II).

I sali di ferro (II) si formano sciogliendo il ferro in acidi diluiti, ad eccezione dell'acido nitrico. Il più importante di questi è il solfato di ferro (II), o solfato ferroso, FeSO 4 7H 2 O, che forma cristalli verde chiaro altamente solubili in acqua. Nell'aria, il solfato di ferro si altera gradualmente e contemporaneamente si ossida dalla superficie, trasformandosi in un sale basico di ferro (III) giallo-marrone.

Il solfato di ferro (II) si ottiene sciogliendo rottami di acciaio in acido solforico al 20-30%:

Il solfato di ferro (II) viene utilizzato per controllare i parassiti delle piante, nella produzione di inchiostri e vernici minerali e nella tintura dei tessuti.

Quando il solfato di ferro viene riscaldato, viene rilasciata acqua e si ottiene una massa bianca di sale anidro FeSO 4. A temperature superiori a 480°C il sale anidro si decompone liberando anidride solforosa e triossido; quest'ultimo in aria umida forma pesanti vapori bianchi di acido solforico:

Quando una soluzione di sale di ferro (II) reagisce con l'alcali, precipita un precipitato bianco di idrossido di ferro (II) Fe (OH) 2, che nell'aria, per ossidazione, assume rapidamente un colore verdastro e poi marrone, trasformandosi in ferro ( III) idrossido

L'ossido di ferro (II) anidro Fe O può essere ottenuto come polvere nera facilmente ossidabile mediante riduzione dell'ossido di ferro (III) con ossido di carbonio (II) a 500 ° C:

I carbonati di metalli alcalini vengono precipitati da soluzioni di sali di ferro (II) carbonato di ferro bianco (II) FeCO 3 . Sotto l'azione dell'acqua contenente CO 2 , il carbonato di ferro, come il carbonato di calcio, passa parzialmente nel sale acido più solubile Fe(HCO 3) 2 . Sotto forma di questo sale, il ferro si trova nelle acque ferruginose naturali.

I sali di ferro (II) possono essere facilmente convertiti in sali di ferro (III) dall'azione di vari agenti ossidanti - acido nitrico, permanganato di potassio, cloro, ad esempio:

A causa della capacità di ossidarsi facilmente, i sali di ferro (II) sono spesso usati come agenti riducenti.

Composti di ferro (III).

Il cloruro di ferro (III) FeCl 3 è un cristallo marrone scuro con una sfumatura verdastra. Questa sostanza è altamente igroscopica; assorbendo umidità dall'aria, si trasforma in idrati cristallini contenenti quantità variabili di acqua e si diffondono nell'aria. In questo stato, il cloruro di ferro (III) ha un colore marrone-arancio. In una soluzione diluita, FeCl 3 si idrolizza a sali basici. Nei vapori, il cloruro di ferro (III) ha una struttura simile a quella del cloruro di alluminio (p. 615) e corrisponde alla formula Fe 2 Cl 6 ; la notevole dissociazione di Fe 2 Cl 6 in molecole di FeCl 3 inizia a temperature intorno ai 500°C.

Il cloruro di ferro (III) viene utilizzato come coagulante nella depurazione delle acque, come catalizzatore nella sintesi di sostanze organiche, nell'industria tessile.

Solfato di ferro (III) Fe 2 (SO 4) 3 - cristalli bianchi molto igroscopici che si diffondono nell'aria. Forma Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O idrato cristallino (cristalli gialli). Nelle soluzioni acquose, il solfato di ferro (III) è altamente idrolizzato. Con solfati di metalli alcalini e ammonio forma doppi sali - allume, ad esempio ferro ammonio allume (NH 4) Fe (SO 4) 2 12H 2 O - cristalli viola chiaro altamente solubili in acqua. Quando calcinato sopra i 500°C, il solfato di ferro (III) si decompone secondo l'equazione:

Il solfato di ferro (III) viene utilizzato, come FeCl 3 , come coagulante nella purificazione dell'acqua, nonché per l'incisione dei metalli. Una soluzione di Fe 2 (SO 4) 3 è in grado di sciogliere Cu 2 S e CuS con formazione di solfato di rame (II), utilizzato nella produzione idrometallurgica del rame.

Sotto l'azione degli alcali su soluzioni di sali di ferro (III), precipita l'idrossido di ferro rosso-marrone (III) Fe (OH) 3, che è insolubile in un eccesso di alcali.

L'idrossido di ferro (III) è una base più debole dell'idrossido di ferro (II), questo si esprime nel fatto che i sali di ferro (III) sono fortemente idrolizzati e con acidi deboli (ad esempio carbonico, idrogeno solforato) Fe (OH) 3 non forma sali. Il colore delle soluzioni di sali di ferro (III) è spiegato anche dall'idrolisi: nonostante Fe 3+ sia quasi incolore, le soluzioni che lo contengono sono di colore giallo-marrone, il che è spiegato dalla presenza di ioni idrossido di ferro o Fe (OH ) 3 molecole, che si formano a causa dell'idrolisi:

Quando riscaldato, il colore si scurisce e quando vengono aggiunti acidi diventa più chiaro a causa della soppressione dell'idrolisi.

Quando viene calcinato, l'idrossido di ferro (III), perdendo acqua, passa in ossido di ferro (III) o ossido di ferro, Fe 2 O 3. L'ossido di ferro (III) si presenta in natura sotto forma di minerale di ferro rosso ed è usato come vernice marrone - minio di ferro o mummia.

Una reazione caratteristica che distingue i sali di ferro (III) dai sali di ferro (II) è l'azione del tiocianato di potassio KSCN o del tiocianato di ammonio NH 4 SCN sui sali di ferro. La soluzione di tiocianato di potassio contiene ioni SCN incolori, che si combinano con gli ioni Fe(III) per formare tiocianato di ferro(III) Fe(SCN) 3 rosso sangue, debolmente dissociato. Quando gli ioni ferro (II) interagiscono con i tiocianati, la soluzione rimane incolore.

Composti cianici del ferro. Quando i cianuri solubili, come il cianuro di potassio, sono esposti a soluzioni di sali di ferro (II), si ottiene un precipitato bianco di cianuro di ferro (II):

In eccesso di cianuro di potassio, il precipitato si dissolve a causa della formazione di un sale complesso K 4 di esacianoferrato di potassio (II)

L'esacianoferrato di potassio (II) K 4 · 3 H 2 O cristallizza come grandi prismi giallo chiaro. Questo sale è anche chiamato sale sangue giallo. Quando disciolto in acqua, il sale si dissocia in ioni potassio e ioni 4-complessi estremamente stabili. In pratica, una tale soluzione non contiene affatto ioni Fe 2+ e non dà reazioni caratteristiche del ferro (II).

L'esacianoferrato di potassio (II) funge da reagente sensibile per gli ioni di ferro (III), poiché gli ioni 4-, interagendo con gli ioni Fe 3+, formano un sale insolubile in acqua di ferro (III) esacianoferrato (II) Fe 4 3 di una caratteristica colore blu; Questo sale si chiama blu di Prussia:

Il blu di Prussia è usato come vernice.

Sotto l'azione del cloro o del bromo su una soluzione di sale sangue giallo, il suo anione viene ossidato, trasformandosi in 3-

Il sale K 3 corrispondente a questo anione è chiamato esacianoferrato di potassio (III), o sale rosso sangue. Forma cristalli anidri rossi.

Se si agisce con esacianoferrato di potassio (III) su una soluzione di un sale di ferro (II), si ottiene un precipitato di esacianoferrato (III), ferro (II) (blu turnbull), esteriormente molto simile al blu di Prussia, ma con un diverso composizione:

Con i sali di ferro (III) K 3 forma una soluzione bruno-verdastra.

Nella maggior parte degli altri composti complessi, come nei cianoferrati considerati, il numero di coordinazione di ferro (II) e ferro (III) è sei.

Ferriti. Quando l'ossido di ferro (III) viene fuso con carbonati di sodio o di potassio, si formano ferriti - sali di acido ferroso HFeO 2 non ottenuti allo stato libero, ad esempio ferrite di sodio NaFeO 2:

Quando la lega viene sciolta in acqua, si ottiene una soluzione rosso-viola, dalla quale il ferrato di bario insolubile in acqua BaFeO 4 può essere precipitato per azione del cloruro di bario.

Tutti i ferrati sono agenti ossidanti molto forti (più forti dei permanganati). L'acido ferrico H 2 FeO 4 corrispondente ai ferrati e la sua anidride FeO 3 non sono stati ottenuti allo stato libero.

carbonili di ferro. Il ferro forma composti volatili con monossido di carbonio chiamati carbonili di ferro. Il ferro pentacarbonil Fe(CO) 5 è un liquido giallo pallido, bollente a 105°C, insolubile in acqua ma solubile in molti solventi organici. Fe(CO) 5 si ottiene facendo passare CO su polvere di ferro a 150-200°C e una pressione di 10 MPa. Le impurità contenute nel ferro non reagiscono con la CO, risultando in un prodotto molto puro. Se riscaldato nel vuoto, il pentacarbonile di ferro si decompone in ferro e CO; questo viene utilizzato per produrre polvere di ferro ad alta purezza, ferro carbonilico (vedi § 193).

La natura dei legami chimici nella molecola Fe(CO) 5 è discussa a pagina 430.

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