Besi adalah unsur kimia yang terkenal. Itu milik logam dengan reaktivitas rata-rata. Kami akan mempertimbangkan sifat dan penggunaan besi dalam artikel ini.
Prevalensi di alam
Ada cukup banyak mineral yang mengandung zat besi. Pertama-tama, itu adalah magnetit. Ini adalah tujuh puluh dua persen besi. Rumus kimianya adalah Fe3O4. Mineral ini juga disebut bijih besi magnetik. Ini memiliki warna abu-abu terang, kadang-kadang dengan abu-abu gelap, hingga hitam, dengan kilau metalik. Deposit terbesarnya di antara negara-negara CIS terletak di Ural.
Mineral berikutnya dengan kandungan besi tinggi adalah hematit - tujuh puluh persen terdiri dari elemen ini. Rumus kimianya adalah Fe2O3. Ini juga disebut bijih besi merah. Ini memiliki warna dari merah-coklat ke merah-abu-abu. Deposit terbesar di wilayah negara-negara CIS terletak di Krivoy Rog.
Mineral ketiga dalam hal kandungan zat besi adalah limonit. Di sini, besi adalah enam puluh persen dari total massa. Ini adalah hidrat kristal, yaitu, molekul air dijalin ke dalam kisi kristalnya,rumus kimianya adalah Fe2O3•H2O. Sesuai dengan namanya, mineral ini memiliki warna kuning kecoklatan, terkadang coklat. Ini adalah salah satu komponen utama oker alami dan digunakan sebagai pigmen. Ini juga disebut batu besi coklat. Kejadian terbesar adalah Krimea, Ural.
Dalam siderite, yang disebut bijih besi spar, empat puluh delapan persen besi. Rumus kimianya adalah FeCO3. Strukturnya heterogen dan terdiri dari kristal warna berbeda yang dihubungkan bersama: abu-abu, hijau pucat, abu-abu-kuning, coklat-kuning, dll.
Mineral alami terakhir dengan kandungan besi tinggi adalah pirit. Ini memiliki rumus kimia berikut: FeS2. Besi di dalamnya adalah empat puluh enam persen dari total massa. Karena atom belerang, mineral ini memiliki warna kuning keemasan.
Banyak mineral yang dipertimbangkan digunakan untuk mendapatkan besi murni. Selain itu, hematit digunakan dalam pembuatan perhiasan dari batu alam. Inklusi pirit dapat ditemukan pada perhiasan lapis lazuli. Selain itu, zat besi ditemukan di alam dalam komposisi organisme hidup - ini adalah salah satu komponen terpenting sel. Elemen jejak ini harus dipasok ke tubuh manusia dalam jumlah yang cukup. Sifat penyembuhan besi sebagian besar disebabkan oleh fakta bahwa unsur kimia ini adalah dasar dari hemoglobin. Oleh karena itu, penggunaan zat besi memiliki efek yang baik pada keadaan darah, dan oleh karena itu seluruh organisme secara keseluruhan.
Besi: sifat fisik dan kimia
Mari kita perhatikan dua bagian besar ini secara berurutan. Sifat fisik besi adalah penampilannya, kepadatannya, titik lelehnya, dll. Artinya, semua fitur pembeda suatu zat yang terkait dengan fisika. Sifat kimia besi adalah kemampuannya untuk bereaksi dengan senyawa lain. Mari kita mulai dengan yang pertama.
Sifat Fisik Besi
Dalam bentuk murninya dalam kondisi normal, ia adalah padatan. Ini memiliki warna abu-abu keperakan dan kilau metalik yang menonjol. Sifat mekanik besi meliputi tingkat kekerasan pada skala Mohs. Itu sama dengan empat (sedang). Besi memiliki konduktivitas listrik dan termal yang baik. Ciri terakhir bisa dirasakan dengan menyentuh benda besi di ruangan yang dingin. Karena bahan ini menghantarkan panas dengan cepat, bahan ini menyerap sebagian besar panas dari kulit Anda dalam waktu singkat, membuat Anda merasa kedinginan.
Menyentuh, misalnya, pohon, dapat dicatat bahwa konduktivitas termalnya jauh lebih rendah. Sifat fisik besi adalah titik leleh dan titik didihnya. Yang pertama adalah 1539 derajat Celcius, yang kedua adalah 2860 derajat Celcius. Dapat disimpulkan bahwa sifat karakteristik besi adalah daktilitas dan fusibilitas yang baik. Tapi bukan itu saja.
Juga, sifat fisik besi termasuk feromagnetismenya. Apa itu? Besi, yang sifat magnetiknya dapat kita amati dalam contoh-contoh praktis setiap hari, adalah satu-satunya logam yang memilikifitur pembeda yang unik. Ini disebabkan oleh fakta bahwa bahan ini dapat dimagnetisasi di bawah pengaruh medan magnet. Dan setelah penghentian aksi yang terakhir, besi, yang sifat magnetiknya baru saja terbentuk, tetap menjadi magnet untuk waktu yang lama. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa dalam struktur logam ini terdapat banyak elektron bebas yang dapat bergerak.
Dari sudut pandang kimia
Elemen ini termasuk dalam logam dengan aktivitas sedang. Tetapi sifat kimia besi adalah khas untuk semua logam lain (kecuali yang berada di sebelah kanan hidrogen dalam deret elektrokimia). Ia mampu bereaksi dengan banyak kelas zat.
Mulai sederhana
Ferrum berinteraksi dengan oksigen, nitrogen, halogen (yodium, bromin, klorin, fluor), fosfor, karbon. Hal pertama yang harus diperhatikan adalah reaksi dengan oksigen. Ketika besi dibakar, oksidanya terbentuk. Tergantung pada kondisi reaksi dan proporsi antara dua peserta, mereka dapat bervariasi. Sebagai contoh interaksi tersebut, persamaan reaksi berikut dapat diberikan: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Dan sifat oksida besi (baik fisik maupun kimia) dapat bervariasi, tergantung pada varietasnya. Jenis reaksi ini terjadi pada suhu tinggi.
Selanjutnya - interaksi dengan nitrogen. Itu juga hanya bisa terjaditunduk pada pemanasan. Jika kita mengambil enam mol besi dan satu mol nitrogen, kita mendapatkan dua mol besi nitrida. Persamaan reaksi akan terlihat seperti ini: 6Fe + N2=2Fe3N.
Saat berinteraksi dengan fosfor, fosfida terbentuk. Untuk melakukan reaksi, komponen berikut diperlukan: untuk tiga mol besi - satu mol fosfor, sebagai hasilnya, satu mol fosfida terbentuk. Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut: 3Fe + P=Fe3P.
Selain itu, di antara reaksi dengan zat sederhana, interaksi dengan belerang juga dapat dibedakan. Dalam hal ini, sulfida dapat diperoleh. Prinsip di mana proses pembentukan zat ini terjadi mirip dengan yang dijelaskan di atas. Yaitu, reaksi adisi terjadi. Semua interaksi kimia semacam ini memerlukan kondisi khusus, terutama suhu tinggi, katalis lebih jarang.
Reaksi antara besi dan halogen juga umum terjadi di industri kimia. Ini adalah klorinasi, brominasi, iodinasi, fluorinasi. Seperti yang jelas dari nama-nama reaksi itu sendiri, ini adalah proses penambahan atom klorin / brom / yodium / fluor ke atom besi untuk membentuk klorida / bromida / iodida / fluorida, masing-masing. Zat ini banyak digunakan di berbagai industri. Selain itu, besi mampu menggabungkan dengan silikon pada suhu tinggi. Karena sifat kimianya yang beragam, besi sering digunakan dalam industri kimia.
Ferrum dan zat kompleks
Dari zat sederhana, mari kita beralih ke zat yang molekulnya terdiri dari dua atau lebihberbagai unsur kimia. Hal pertama yang harus disebutkan adalah reaksi besi dengan air. Berikut adalah sifat-sifat utama besi. Ketika air dipanaskan bersama dengan besi, oksida basa terbentuk (disebut demikian karena ketika berinteraksi dengan air yang sama akan membentuk hidroksida, dengan kata lain, basa). Jadi, jika Anda mengambil satu mol kedua komponen, zat seperti besi dioksida dan hidrogen terbentuk dalam bentuk gas dengan bau yang menyengat - juga dalam proporsi molar satu banding satu. Persamaan untuk jenis reaksi ini dapat ditulis sebagai berikut: Fe + H2O=FeO + H2. Tergantung pada proporsi di mana kedua komponen ini dicampur, besi di- atau trioksida dapat diperoleh. Kedua zat ini sangat umum dalam industri kimia dan juga digunakan di banyak industri lainnya.
Dengan asam dan garam
Karena besi terletak di sebelah kiri hidrogen dalam rangkaian aktivitas elektrokimia logam, ia mampu menggantikan unsur ini dari senyawa. Contohnya adalah reaksi substitusi yang dapat diamati ketika besi ditambahkan ke asam. Misalnya, jika Anda mencampur besi dan asam sulfat (alias asam sulfat) konsentrasi sedang dalam proporsi molar yang sama, hasilnya adalah besi sulfat (II) dan hidrogen dalam proporsi molar yang sama. Persamaan untuk reaksi tersebut akan terlihat seperti ini: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Saat berinteraksi dengan garam, sifat pereduksi besi muncul. Artinya, dengan bantuannya, logam yang kurang aktif dapat diisolasi dari garam. Misalnya, jikaambil satu mol tembaga sulfat dan jumlah besi yang sama, maka Anda bisa mendapatkan besi sulfat (II) dan tembaga murni dalam proporsi molar yang sama.
Nilai untuk tubuh
Salah satu unsur kimia paling umum di kerak bumi adalah besi. Kami telah mempertimbangkan sifat-sifat materi, sekarang kami akan mendekatinya dari sudut pandang biologis. Ferrum melakukan fungsi yang sangat penting baik pada tingkat sel maupun pada tingkat seluruh organisme. Pertama-tama, zat besi adalah dasar dari protein seperti hemoglobin. Hal ini diperlukan untuk pengangkutan oksigen melalui darah dari paru-paru ke semua jaringan, organ, ke setiap sel tubuh, terutama ke neuron otak. Oleh karena itu, khasiat besi yang bermanfaat tidak dapat ditaksir terlalu tinggi.
Selain fakta bahwa itu mempengaruhi pembentukan darah, zat besi juga penting untuk fungsi penuh kelenjar tiroid (ini tidak hanya membutuhkan yodium, seperti yang diyakini beberapa orang). Besi juga mengambil bagian dalam metabolisme intraseluler, mengatur kekebalan. Ferrum juga ditemukan dalam jumlah yang sangat besar di sel hati, karena membantu menetralkan zat berbahaya. Ini juga merupakan salah satu komponen utama dari banyak jenis enzim dalam tubuh kita. Makanan harian seseorang harus mengandung sepuluh hingga dua puluh miligram elemen jejak ini.
Makanan kaya zat besi
Ada banyak dari mereka. Mereka berasal dari tumbuhan dan hewan. Yang pertama adalah sereal, kacang-kacangan, sereal (terutama soba), apel, jamur (porcini), buah-buahan kering, pinggul mawar, pir, persik,alpukat, labu, almond, kurma, tomat, brokoli, kubis, blueberry, blackberry, seledri, dll. Yang kedua - hati, daging. Penggunaan makanan tinggi zat besi sangat penting selama kehamilan, karena tubuh janin yang sedang berkembang membutuhkan sejumlah besar elemen ini untuk pertumbuhan dan perkembangan yang tepat.
Tanda-tanda kekurangan zat besi
Gejala terlalu sedikit zat besi yang masuk ke dalam tubuh adalah kelelahan, tangan dan kaki membeku terus-menerus, depresi, rambut dan kuku rapuh, penurunan aktivitas intelektual, gangguan pencernaan, kinerja rendah, dan gangguan tiroid. Jika Anda melihat lebih dari satu gejala ini, Anda mungkin ingin menambah jumlah makanan kaya zat besi dalam diet Anda atau membeli vitamin atau suplemen yang mengandung zat besi. Juga, pastikan untuk menemui dokter jika Anda mengalami gejala-gejala ini terlalu kuat.
Penggunaan besi dalam industri
Kegunaan dan sifat besi sangat erat hubungannya. Karena sifat feromagnetiknya, ia digunakan untuk membuat magnet - baik yang lebih lemah untuk keperluan rumah tangga (magnet kulkas suvenir, dll.), dan lebih kuat - untuk keperluan industri. Karena fakta bahwa logam tersebut memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi, telah digunakan sejak zaman kuno untuk pembuatan senjata, baju besi dan peralatan militer dan rumah tangga lainnya. Omong-omong, bahkan di Mesir kuno, besi meteorit dikenal, sifat-sifatnyayang lebih unggul dari logam biasa. Juga, besi khusus seperti itu digunakan di Roma kuno. Mereka membuat senjata elit darinya. Hanya orang yang sangat kaya dan mulia yang dapat memiliki perisai atau pedang yang terbuat dari logam meteorit.
Secara umum, logam yang kita bahas dalam artikel ini adalah yang paling serbaguna digunakan di antara semua zat dari kelompok ini. Pertama-tama, baja dan besi cor dibuat darinya, yang digunakan untuk memproduksi semua jenis produk yang diperlukan baik dalam industri maupun dalam kehidupan sehari-hari.
Besi tuang adalah paduan besi dan karbon, di mana yang kedua hadir dari 1,7 hingga 4,5 persen. Jika yang kedua kurang dari 1,7 persen, maka jenis paduan ini disebut baja. Jika ada sekitar 0,02 persen karbon dalam komposisi, maka ini sudah merupakan besi teknis biasa. Kehadiran karbon dalam paduan diperlukan untuk memberikan kekuatan yang lebih besar, tahan panas, dan tahan karat.
Selain itu, baja dapat mengandung banyak unsur kimia lain sebagai pengotor. Ini adalah mangan, dan fosfor, dan silikon. Juga, kromium, nikel, molibdenum, tungsten dan banyak elemen kimia lainnya dapat ditambahkan ke jenis paduan ini untuk memberikan kualitas tertentu. Jenis baja yang mengandung silikon dalam jumlah besar (sekitar empat persen) digunakan sebagai baja transformator. Mereka yang mengandung banyak mangan (sampai dua belas atau empat belas persen) menemukan aplikasi mereka dalam pembuatan suku cadangrel kereta api, gilingan, penghancur dan alat lain yang cepat aus.
Molibdenum dimasukkan ke dalam komposisi paduan untuk membuatnya lebih stabil secara termal - baja semacam itu digunakan sebagai baja perkakas. Selain itu, untuk mendapatkan baja tahan karat yang terkenal dan umum digunakan dalam bentuk pisau dan peralatan rumah tangga lainnya, perlu menambahkan kromium, nikel, dan titanium ke dalam paduan. Dan untuk mendapatkan baja tahan goncangan, kekuatan tinggi, dan ulet, cukup menambahkan vanadium ke dalamnya. Ketika dimasukkan ke dalam komposisi niobium, dimungkinkan untuk mencapai ketahanan yang tinggi terhadap korosi dan efek zat kimia agresif.
Mineral magnetit, yang disebutkan di awal artikel, diperlukan untuk pembuatan hard drive, kartu memori, dan perangkat lain jenis ini. Karena sifat magnetiknya, besi dapat ditemukan dalam konstruksi transformator, motor, produk elektronik, dll. Selain itu, besi dapat ditambahkan ke paduan logam lain untuk memberi mereka kekuatan dan stabilitas mekanis yang lebih besar. Sulfat dari elemen ini digunakan dalam hortikultura untuk pengendalian hama (bersama dengan tembaga sulfat).
Besi klorida sangat diperlukan untuk pemurnian air. Selain itu, bubuk magnetit digunakan dalam printer hitam putih. Penggunaan utama pirit adalah untuk mendapatkan asam sulfat darinya. Proses ini terjadi di laboratorium dalam tiga tahap. Pada tahap pertama, pirit besi dibakar untuk menghasilkan oksida besi dan sulfur dioksida. Langkah kedua adalah konversi dioksidabelerang menjadi trioksidanya dengan partisipasi oksigen. Dan pada tahap akhir, zat yang dihasilkan dilewatkan melalui uap air dengan adanya katalis, sehingga diperoleh asam sulfat.
Mendapatkan besi
Logam ini terutama ditambang dari dua mineral utamanya: magnetit dan hematit. Hal ini dilakukan dengan mereduksi besi dari senyawanya dengan karbon dalam bentuk kokas. Ini dilakukan di tanur tinggi, yang suhunya mencapai dua ribu derajat Celcius. Selain itu, ada cara untuk mengurangi zat besi dengan hidrogen. Ini tidak memerlukan tanur tinggi. Untuk menerapkan metode ini, tanah liat khusus diambil, dicampur dengan bijih yang dihancurkan dan diolah dengan hidrogen dalam tungku poros.
Kesimpulan
Sifat dan kegunaan besi bervariasi. Ini mungkin logam terpenting dalam hidup kita. Setelah dikenal umat manusia, ia menggantikan perunggu, yang pada waktu itu merupakan bahan utama untuk pembuatan semua alat, serta senjata. Baja dan besi tuang dalam banyak hal lebih unggul daripada paduan tembaga-timah dalam hal sifat fisiknya, ketahanannya terhadap tekanan mekanis.
Selain itu, besi lebih umum di planet kita daripada banyak logam lainnya. Fraksi massanya di kerak bumi hampir lima persen. Ini adalah unsur kimia paling melimpah keempat di alam. Juga, unsur kimia ini sangat penting untuk fungsi normal organisme hewan dan tumbuhan, terutama karena hemoglobin dibangun di atasnya. Zat besi adalah mikronutrien esensialyang penting untuk menjaga kesehatan dan fungsi normal organ. Selain di atas, itu adalah satu-satunya logam yang memiliki sifat magnetik yang unik. Mustahil membayangkan hidup kita tanpa zat besi.
