Karakteristik besi (elemen), struktur kimia, penggunaan

Dia besi Ini adalah logam transisi yang termasuk dalam kelompok 8 atau viiib dari tabel periodik dan diwakili dengan simbol kimia Fe. Ini adalah logam keabu -abuan, ulet, lunak dan keuletan yang besar, digunakan dalam berbagai aplikasi yang sangat berguna untuk manusia dan masyarakat.

Itu merupakan 5% dari kerak bumi, dan juga merupakan logam paling berlimpah kedua setelah aluminium. Juga, kelimpahannya diatasi dengan oksigen dan silikon. Namun, sehubungan dengan nukleus bumi, 35% di antaranya terdiri dari besi logam dan cair.

Alchemist-HP (bicara) (www.PSE-Mendelejew.dari) [fal atau gfdl 1.2 (http: // www.gnu.Org/lisensi/lisensi lama/FDL-1.2.html)]

Di luar nukleus terestrial, besi bukan logam, karena dengan cepat teroksidasi saat terpapar ke udara lembab. Terletak di batuan basaltik, sedimen karbon dan meteorit; Umumnya dalam paduan dengan nikel, seperti di Kamacita Mineral.

Mineral besi utama yang digunakan untuk eksploitasi penambangan adalah sebagai berikut: hematit (ferric oxide, iman₂SALAH SATU₃), Magnetit (ferrosopherric oxide, iman₃SALAH SATU₄), Limonite (hidroka oksida hidroksida terhidrasi, [jelek (OH) · NH₂O]), dan siderite (besi karbonat, feco₃).

Rata -rata, manusia memiliki kandungan besi 4,5 g, di mana 65 % dalam bentuk hemoglobin. Protein ini mengintervensi pengangkutan oksigen dalam darah dan dalam distribusinya ke jaringan yang berbeda, untuk pengumpulan berikutnya oleh mioglobin dan neuroglobin.

Terlepas dari banyak manfaat zat besi bagi manusia, kelebihan logam dapat memiliki tindakan beracun yang sangat serius, terutama pada hati, sistem kardiovaskular dan pankreas; Begitulah kasus penyakit hematokromatisme herediter.

Besi identik dengan konstruksi, kekuatan dan perang. Di sisi lain, mengikuti kelimpahannya selalu merupakan alternatif untuk dipertimbangkan ketika datang ke pengembangan bahan baru, katalis, obat -obatan atau polimer; Dan terlepas dari warna merah dari rustiesnya, itu adalah logam hijau lingkungan.

[TOC]

Sejarah

Jaman dahulu

Besi dituntut selama ribuan tahun. Namun, sulit untuk menemukan objek besi dari usia kuno seperti itu karena kerentanan mereka terhadap corroze, yang menyebabkan kehancurannya. Benda -benda besi tertua dibuat dengan yang ditemukan di dalam meteorit.

Seperti semacam akun yang diuraikan dalam 3500.C., Ditemukan di Gerzah, Mesir, dan belati ditemukan di makam Tutankhamun. Meteorit besi ditandai oleh kandungan nikel tinggi, jadi dimungkinkan untuk mengidentifikasi asal mereka di objek -objek ini.

Bukti besi cor di Asmar, Mesopotamia, dan Tail Chagar Bazaar, di Suriah, juga ditemukan antara 3000 dan 2700 hingga 2700 hingga.C. Meskipun pengecoran besi dimulai di Zaman Perunggu, butuh berabad -abad di mana ia bisa pindah ke perunggu.

Selain itu, artefak besi cor di India ditemukan, 1800 hingga 1200 hingga.C. Dan di Levante, sekitar 1500 hingga.C. Diperkirakan bahwa zaman besi dimulai pada tahun 1000.C., Dengan mengurangi biaya produksinya.

Muncul di Cina antara 700 dan 500 hingga.C., Mungkin diangkut melalui Asia Tengah. Objek besi pertama ditemukan di Luhe Jiangsu, Cina.

Eropa

Besi palsu diproduksi di Eropa dengan menggunakan panggilan gala. Untuk prosesnya, penggunaan batubara diperlukan sebagai bahan bakar.

Oven abad pertengahan tinggi setinggi 3,0 m, mereka terbuat dari batu bata yang diyakinkan dan udara dipasok oleh bellow manual. Pada 1709, Abraham Darby mendirikan oven kokas pendek untuk memproduksi besi cor, menggantikan batu bara sayur.

Ketersediaan besi murah adalah salah satu faktor yang mengarah pada revolusi industri. Pada periode ini pemurnian zat besi yang ditahan besi dimulai, yang digunakan untuk membangun jembatan, kapal, endapan, dll.

Baja

Baja menggunakan konsentrasi karbon yang lebih besar dari besi tempa. Baja terjadi di Luristan, Persia, pada tahun 1000 hingga.C. Dalam Revolusi Industri, metode baru dirancang untuk menghasilkan batang besi tanpa batubara, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan baja.

Pada akhir tahun 1850 -an, Henry Bessemer dirancang untuk meniup udara ke arrabio cair untuk menghasilkan baja manis, yang membuat produksi baja paling ekonomis yang paling ekonomis. Ini mengakibatkan penurunan produksi besi tempa.

Properti

https: // giphy.com/gifs/metal-aluminium-73sauwqj7xhc

Penampilan

Kilau logam dengan pewarna keabu -abuan.

Berat atom

55.845 u.

Nomor Atom (Z)

26

Titik lebur

1.533 ºC

Titik didih

2.862 ºC

Kepadatan

-Suhu sekitar: 7.874 g/ml.

-Titik fusi (cair): 6.980 g/ml.

Panas fusi

13.81 kJ/mol

Panas penguapan

340 kJ/mol

Dapat melayani Anda: kalium hipoklorit (kclo)

Kapasitas kalori molar

25.10 J/(mol · k)

Energi ionisasi

-Ionisasi tingkat pertama: 762,5 kJ/mol (Faith⁺ gas)

-Ionisasi Tingkat Kedua: 1.561.9 kJ/mol (iman²⁺ gas)

-Ionisasi tingkat ketiga: 2.957, KJ/Mol (Faith³⁺ gas)

Elektronegativitas

1.83 pada skala Pauling

Radio atom

Empiris 126 PM

Konduktivitas termal

80.4 w/(m · k)

Resistivitas listrik

96.1 Ω · m (pada 20 ºC)

Titik Curie

770 ° C, kira -kira. Pada suhu ini, besi berhenti menjadi feromagnetik.

Isotop

Isotop stabil: ⁵⁴Iman, dengan berlimpah 5,85%; ⁵⁶Iman, dengan kelimpahan 91,75%; ⁵⁷Iman, dengan berlimpah 2,12%; Dan ⁵⁷Iman, dengan berlimpah 0,28%. Menjadi ⁵⁶Iman isotop yang paling stabil dan berlimpah tidak terkejut bahwa berat atom zat besi sangat dekat dengan 56 U.

Sedangkan isotop radioaktif adalah: ⁵⁵Keyakinan, ⁵⁹Iman dan ⁶⁰Keyakinan.

Struktur dan konfigurasi elektronik

-Banyak

Besi pada suhu kamar mengkristal dalam struktur kubik yang berfokus pada tubuh (BCC), yang juga dikenal sebagai α-Fe atau ferit (dalam jargon metalurgi). Karena Anda dapat mengadopsi struktur kristal yang berbeda tergantung pada suhu dan tekanan, dikatakan bahwa besi adalah logam alotropik.

Alotrop BCC adalah zat besi biasa (feromagnetik), yang orang tahu begitu banyak dan tertarik pada magnet. Ketika dipanaskan di atas 771 ºC, itu menjadi paramagnetik, dan meskipun kristal mereka hanya melebar, mereka menganggap "fase baru" ini sebagai β-fe. Alotrop besi lainnya juga paramagnetik.

Antara 910 ºC dan 1394 ºC, besi seperti austenite atau γ-fe alotropik, yang strukturnya berpusat pada kubik, FCC. Konversi antara Austenita dan Ferrita memiliki dampak penting pada pembuatan baja; Karena, atom karbon lebih larut di austenit daripada di ferit.

Dan kemudian, di atas 1394 ºC ke titik lelehnya (1538 ºC), besi mengadopsi kembali BCC, struktur Δ-Fe; Tapi tidak seperti ferit, alotropik ini adalah paramagnetik.

Opsilon Iron

Dengan meningkatkan tekanan ke 10 GPa, pada suhu beberapa ratus derajat Celcius, α atau ferit alotropik berevolusi menjadi alotrop ε, epsilon, yang ditandai dengan mengkristal dalam struktur heksagonal yang ringkas; yaitu, dengan atom iman yang paling padat. Ini adalah bentuk besi alotropik keempat.

Beberapa penelitian berteori tentang kemungkinan keberadaan setrika besi lainnya di bawah tekanan seperti itu, tetapi pada suhu yang bahkan lebih tinggi.

-Tautan logam

Terlepas dari alotropo besi dan suhu yang "menggagalkan" atom imannya, atau tekanan yang memadatkannya, mereka berinteraksi satu sama lain dengan elektron Valencia yang sama; Ini adalah, yang ditampilkan dalam konfigurasi elektroniknya:

[Ar] 3d⁶ 4s²

Oleh karena itu, ada delapan elektron yang berpartisipasi dalam ikatan logam, apakah apakah itu melemah atau menguat selama transisi alotropik. Ini juga delapan elektron yang mendefinisikan sifat besi seperti konduktivitas termal atau listriknya.

-Angka oksidasi

Angka oksidasi terpenting (dan umum) zat besi adalah +2 (iman²⁺) dan +3 (iman³⁺). Faktanya, nomenklatur konvensional hanya mempertimbangkan dua angka atau negara bagian ini. Namun, ada senyawa di mana zat besi dapat menang atau kehilangan jumlah elektron lain; yaitu, keberadaan kation lain diasumsikan.

Misalnya, zat besi juga dapat memiliki +1 angka oksidasi (iman⁺), +4 (iman⁴⁺), +5 (iman⁵⁺), +6 (iman⁶⁺) dan +7 (iman⁷⁺). Spesies anionik ferrato, jelek₄^2-, Ini memiliki zat besi dengan jumlah oksidasi +6, karena empat atom oksigen telah mengoksidasinya menjadi ekstrem seperti itu.

Demikian juga, zat besi dapat memiliki angka oksidasi negatif; seperti: -4 (iman^4-), -2 (iman^2-) dan -1 (iman^-). Namun, senyawa yang memiliki pusat besi dengan keuntungan elektron ini sangat jarang. Itulah sebabnya, meskipun melebihi mangan dalam aspek ini, ini membentuk senyawa yang jauh lebih stabil dengan kisaran keadaan oksidasi.

Hasilnya, untuk tujuan praktis, pertimbangkan saja iman²⁺ atau iman³⁺; Kation lain dicadangkan untuk beberapa ion atau senyawa tertentu.

Bagaimana cara diperoleh?

Ornamen baja, paduan besi terpenting. Sumber: Pxhere.

Koleksi bahan baku

Itu harus melanjutkan ke lokasi mineral yang paling tepat untuk eksploitasi mineral besi. Mineral yang paling banyak digunakan untuk diperoleh adalah sebagai berikut: hematit (iman₂SALAH SATU₃), Magnetit (iman₃SALAH SATU₄) Limonite (Ugly · OH · NH₂O) dan siderite (feco₃).

Dapat melayani Anda: chrome chloride (crcl3): struktur, sifat, penggunaan

Kemudian, langkah pertama dalam ekstraksi adalah mengumpulkan batu dengan orenas bijih besi. Batuan ini dihancurkan untuk memecahnya dalam ukuran kecil. Selanjutnya, ada fase seleksi fragmen batu dengan mineral besi.

Dalam seleksi dua strategi diikuti: penggunaan medan magnet dan sedimentasi dalam air. Fragmen batuan mengalami medan magnet dan fragmen dengan mineral berorientasi di dalamnya, dapat dipisahkan.

Dalam metode kedua, fragmen berbatu dibuang ke dalam air dan yang mengandung zat besi karena mereka lebih berat diangkat di bagian bawah air, berada di bagian atas tawar -menawar ini karena beratnya lebih rendah.

Tanur tinggi

Oven tinggi tempat baja diproduksi. Sumber: Pixabay.

Mineral besi diangkut ke oven tinggi, di mana mereka tumpah bersama dengan batu bara kokas yang memiliki kertas bahan bakar dan pemasok karbon. Selain itu, batu kapur atau batu kapur ditambahkan, yang memenuhi fungsi pendiri.

Ke oven pendek, dengan campuran sebelumnya, udara panas disuntikkan pada suhu 1.000 ºC. Besi meleleh dengan pembakaran batubara yang membawa suhu hingga 1.800 ºC. Setelah cairan disebut Arrabio, yang menumpuk di bagian bawah oven.

Arrabio diekstraksi dari oven dan dituangkan ke dalam wadah untuk diangkut untuk pengecoran baru; Sedangkan terak, pengotor terletak di permukaan arrabio, dibuang.

Arrabio dituangkan dengan menggunakan sendok coran dalam oven konverter, bersama dengan batu berkapur sebagai leleh, dan oksigen diperkenalkan pada suhu tinggi. Dengan demikian, kandungan karbon berkurang, memperbaiki arrabio untuk mengubahnya menjadi baja.

Selanjutnya, baja dilewatkan melalui oven listrik untuk produksi baja khusus.

Aplikasi

-Besi logam

Jembatan Besi di Inggris, salah satu konstruksi kedelai yang dibuat dengan besi atau paduannya. Sumber: Tidak ada penulis yang dapat dibaca mesin yang disediakan. Jasonjsmith diasumsikan (berdasarkan klaim hak cipta). [Area publik]

Karena itu adalah logam produksi rendah, lunak, ulet dan berubah menjadi tahan korosi, telah dicapai bahwa itu adalah logam yang paling berguna untuk manusia, dalam bentuknya yang berbeda: forged, cair dan baja dari berbagai jenis.

Besi digunakan untuk pembangunan:

-Jembatan

-Basis untuk bangunan

-Pintu dan Windows

-Perahu

-Alat yang berbeda

-Pipa untuk air minum

-Tabung untuk pengumpulan air limbah

-Furnitur kebun

-Nilai untuk Keselamatan Rumah Tangga

Ini juga digunakan dalam elaborasi peralatan rumah tangga, seperti pot, wajan, pisau, pemegang. Selain itu, digunakan dalam pembuatan lemari es, dapur, mesin cuci, mesin pencuci piring, blender, oven, pemanggang roti.

Singkatnya, besi hadir di semua benda di sekitar manusia.

Nanopartikel

Besi logam juga bersiap sebagai nanopartikel, yang sangat reaktif dan mempertahankan sifat magnetik dari padatan makroskopik.

Lingkungan iman ini (dan beberapa morfologi tambahan) digunakan untuk memurnikan air senyawa organoklorin, dan sebagai penyangga obat yang diambil untuk memilih daerah tubuh dengan menerapkan medan magnet.

Mereka juga dapat berfungsi sebagai dukungan katalitik dalam reaksi di mana ikatan karbon rusak, C-C.

-Senyawa besi

Oksida

Ferrous, oksida jelek digunakan sebagai pigmen untuk kristal. Oksida besi, iman₂SALAH SATU₃, Ini adalah dasar untuk serangkaian pigmen yang berkisar dari kuning hingga merah, yang dikenal sebagai Venesia merah. Bentuk merah, yang disebut Rouge, digunakan untuk memoles logam dan berlian berharga.

Ferrosopherric oxide, iman₃SALAH SATU₄, Ini digunakan dalam ferritas, zat dengan aksesibilitas magnetik tinggi dan resistivitas listrik, dapat digunakan dalam memori komputer tertentu dan di lapisan pita magnetik. Itu juga telah digunakan sebagai agen pigmen dan pemolesan.

Sulfat

Heptahidrat ferrous sulfat, feso₄· 7h₂Atau, itu adalah bentuk paling umum dari ferrous sulfat, yang dikenal sebagai vitriol hijau atau coppera. Ini digunakan sebagai agen pereduksi dan dalam pembuatan tinta, pupuk dan pestisida. Itu juga menemukan penggunaan dalam galvanoplasti besi.

Ferric sulfate, iman₂(SW₄)₃, Ini digunakan untuk mendapatkan alumin besi dan senyawa besi lainnya. Itu berfungsi sebagai koagulan dalam pemurnian air limbah, dan sebagai mordan dalam pewarna tekstil.

Klorida

Ferrous klorida, FECL₂, Itu digunakan sebagai agen mordan dan pereduksi. Sementara itu, ferric chloride, fecl₃, Ini digunakan sebagai zat klorinasi logam (perak dan tembaga) dan beberapa senyawa organik.

Perlakuan iman³⁺ Dengan ion heksokianoferrato [Fe (CN)₆]^-4 menghasilkan endapan biru, disebut prusia biru, digunakan dalam lukisan dan pernis.

Dapat melayani Anda: natrium bisulfite (nahso3): struktur, sifat, penggunaan, mendapatkan

Makanan besi

Kerang adalah sumber makanan yang kaya zat besi. Sumber: Pxhere.

Secara umum, asupan 18 mg/hari besi direkomendasikan. Di antara makanan yang menyediakannya dalam diet harian adalah sebagai berikut:

Seafood berkontribusi zat besi di hemin, jadi tidak ada penghambatan dalam penyerapan usus yang sama. Kerang berkontribusi hingga 28 mg zat besi per 100 g itu; Oleh karena itu, jumlah kerang ini akan cukup untuk memasok kebutuhan zat besi harian.

Bayam mengandung 3,6 mg zat besi per 100 g. Daging organ vaksin, misalnya hati sapi muda, mengandung 6,5 mg zat besi per 100 g. Kemungkinan kontribusi puding hitam agak lebih tinggi. Puding hitam terdiri dari bagian dari usus kecil, diisi dengan darah daging sapi.

Legum, seperti lentil, mengandung 6,6 mg besi untuk 198 g. Daging merah mengandung 2,7 mg zat besi per 100 g. Biji labu mengandung 4,2 mg per 28 g. Quinoa mengandung 2,8 mg zat besi per 185 g. Daging kalkun gelap mengandung 2,3 mg per 100 g. Brokoli mengandung 2,3 mg per 156 mg.

Tahu mengandung 3,6 mg per 126 g.  Sementara itu, cokelat hitam mengandung 3,3 mg per 28 g.

Kertas Biologis

Fungsi yang dimainkan oleh besi, terutama pada makhluk hidup vertebrata, tak terhitung banyaknya. Diperkirakan lebih dari 300 enzim memerlukan zat besi untuk operasinya. Di antara enzim dan protein yang menggunakannya adalah sebagai berikut:

-Protein yang memiliki kelompok hemo dan tidak memiliki aktivitas enzimatik: hemoglobin, mioglobin dan neuroglobin.

-Enzim dengan gugus hemo yang terlibat dalam pengangkutan elektron: sitokrom A, B, dan F, dan sitokrom oksidase dan/atau aktivitas oksidase; oksidase sulfit, sitokrom P450 oksidase, myeloperoxidase, peroksidase, katalase, dll.

-Protein yang mengandung gula-gula, terkait dengan aktivitas oksireduktif, yang terlibat dalam produksi energi: suksinat dehidrogenase, isokitrat dehidrogenase dan aconitase, atau enzim yang terlibat dengan replikasi dan perbaikan DNA: DNA-polimerasa dan DNA-heliclasasas.

-Enzim tidak pewaris bahwa mereka menggunakan zat besi sebagai kofaktor untuk aktivitas katalitiknya: fenilalanin hidrolase, hidrolase tirosin, tryptophan hidrolase dan kebohongan hidrolase.

-Tidak ada protein hemo yang bertanggung jawab untuk pengangkutan dan penyimpanan zat besi: feritin, transferin, haptoglobin, dll.

Risiko

Toksisitas

Risiko paparan kelebihan zat besi bisa akut atau kronis. Penyebab keracunan besi akut dapat menjadi asupan tablet besi yang berlebihan, dalam bentuk glukonat, fumarat, dll.

Zat besi dapat menyebabkan iritasi pada mukosa usus, yang ketidaknyamanannya bermanifestasi segera setelah asupan dan menghilang pada 6 hingga 12 jam. Besi yang diserap disimpan di organ yang berbeda. Akumulasi ini dapat menyebabkan perubahan metabolisme.

Jika jumlah zat besi yang dicerna beracun, itu dapat menyebabkan perforasi usus dengan peritonitis.

Dalam sistem kardiovaskular menghasilkan hipovolemia yang dapat disebabkan oleh perdarahan gastrointestinal, dan pelepasan zat besi dari zat vasoaktif, seperti serotonin dan histamin. Ini pada akhirnya dapat terjadi, nekrosis hati yang besar dan gagal hati.

Hemochromatism

Hemochromatism adalah penyakit turun -temurun yang memiliki perubahan dalam mekanisme untuk mengatur zat besi tubuh, yang memanifestasikan peningkatan konsentrasi darah zat besi dan akumulasi dalam organ yang berbeda; Di antara mereka hati, hati dan pankreas.

Gejala awal penyakit ini adalah sebagai berikut: nyeri sendi, nyeri perut, kelelahan dan kelemahan. Dengan gejala berikut dan tanda -tanda penyakit selanjutnya: diabetes, kehilangan hasrat seksual, impotensi, gagal jantung dan gagal hati.

Hososiderosis

Hermosiderosis ditandai, sebagaimana ditunjukkan oleh namanya, oleh akumulasi Hososiderina dalam jaringan. Ini tidak menyebabkan kerusakan jaringan, tetapi dapat berevolusi menjadi kerusakan yang serupa dengan yang diamati pada hemokromatisme.

Hoserosis dapat dihasilkan oleh penyebab berikut: Peningkatan penyerapan zat besi diet, anemia hemolitik yang melepaskan zat besi dari eritrosit, dan transfusi darah berlebihan.

Hermosyrosis dan hemochromatism bisa disebabkan oleh fungsi hormon hepcidine yang tidak tepat, hormon yang dikeluarkan oleh hati yang mengintervensi dalam regulasi zat besi tubuh.

Referensi

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). MC Graw Hill.
2. Foist l. (2019). Alotrop Besi: Jenis, Kepadatan, Penggunaan & Fakta. Belajar. Pulih dari: belajar.com
3. Jayanti s. (S.F.). Allotropi Besi: Termodinamika dan Struktur Kristal. Metalurgi. Dipulihkan dari: EngineeringEnotes.com
4. Nanoshel. (2018). Kekuatan Nano Besi. Pulih dari: nanoshel.com
5. Wikipedia. (2019). Besi. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org
6. Sejarah Shropshire. (S.F.). Sifat besi. Dipulihkan dari: Shropshirehistory.com
7. Kata. Dough Stewart. (2019). Fakta Elemen Besi. Pulih dari: chemicool.com
8. Franziska Spritzler. (18 Juli 2018). 11 makanan sehat yang kaya zat besi. Pulih dari: healthline.com
9. Lentech. (2019). Tabel Periode: Besi. Pulih dari: lentech.com
10. Para editor Eeritlopaedia Britannica. (13 Juni 2019). Besi. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: Britannica.com