Co to jest żelazo, skąd pochodzi i jak jest wydobywane? Ten użyteczny metal ma wiele zastosowań. Pierwiastek chemiczny odgrywa ważną rolę w światowym przemyśle, a cykl żelaza w przyrodzie jest ważny w życiu planety.
Co to jest żelazo?
Żelazo to pierwiastek metaliczny, który jest wysoce reaktywny chemicznie, zwłaszcza gdy wchodzi w interakcje z tlenem. Jest to jeden z najczęstszych żywiołów na ziemi iw kosmosie. Atomy żelaza zawierają 26 protonów w swoich jądrach. Symbol chemiczny - Fe (ferum) pochodzi od łacińskiej nazwy ferum. W czystej postaci jest miękkim i kruchym metalem, który jest wzmocniony zanieczyszczeniami. W połączeniu z węglem powstaje stal, która wykorzystuje ponad 98% wydobywanej dziś rudy żelaza.
Wszystkie atomy żelaza we wszechświecie powstały w jądrach gwiazd podczas końcowych etapów fuzji, a następnie zostały uwolnione w kosmos w gwiezdnych eksplozjach. Jest czwartym co do wielkościpierwiastek w skorupie ziemskiej po krzemie, tlenie i aluminium. Czym jest żelazo? Jest to najczęstszy pierwiastek, z którego składa się nasza planeta, choć większość masowo znajduje się znacznie pod powierzchnią - w jądrze Ziemi. Jest obecny w prawie wszystkich skałach skorupy i płaszcza jako chemiczny składnik setek różnych minerałów.
Ruda żelaza
Ten metal jest rzadki w czystej postaci. Niektóre meteoryty zawierają żelazo pierwiastkowe. Pierwiastek ten reaguje chemicznie z tlenem i wodą, tworząc minerały zawierające żelazo. Każdy kamień, który zawiera wystarczającą ilość tego metalu, aby można go było wydobywać w celach gospodarczych, nazywany jest rudą żelaza. Jego najczęstszymi minerałami są:
- tlenek żelaza (formuła Fe2O3), który powstaje pod wpływem tlenu;
- uwodniony tlenek żelaza, który powstaje w wyniku reakcji w wodzie.
Najważniejszymi rudami żelaza są minerały tlenku żelaza zwane hematytem i magnetytem. Wysoka koncentracja Fe sprawia, że są najbardziej preferowane w branży. Żelazo wydobywa się w największych złożach rudy. Najczęściej są to formacje będące pradawnymi skałami osadowymi. Zawierają warstwy minerałów tlenku żelaza (formuła Fe2O3) o grubości do kilku centymetrów.
Gdzie mogę znaleźć żelazo?
W temperaturze pokojowej jestsolidny. Jest to błyszczący szary metal, który z czasem rdzewieje pod wpływem wilgotnego powietrza. Łączy się z wieloma innymi metalami, tworząc stopy. Zakres żelaza jest dość obszerny. Kiedy łączy się z węglem, staje się stalą. Można go również łączyć z innymi metalami, takimi jak nikiel, chrom i wolfram. Stopy te są bardzo wytrzymałe i mogą być używane do budowy mostów i budynków.
Żelazo to bardzo starożytny pierwiastek, który był używany na Ziemi od dawna. Przedmioty z niego znaleziono w starożytnym Egipcie. Istniał nawet cały okres (1200-500 pne) nazwany jego imieniem - epoka żelaza, kiedy używano go do wyrobu narzędzi i broni. Aby znaleźć ten przydatny metal, musisz poszukać go głęboko pod ziemią. Znajduje się zarówno w skorupie ziemskiej, jak iw jądrze ziemi. Na Ziemi jest więcej żelaza niż jakiegokolwiek innego metalu. Pierwiastek ten można znaleźć również na innych planetach, m.in. w jądrze Jowisza i Saturna, a także na czerwonej, zapylonej powierzchni Marsa (stąd nazwano ją Czerwoną Planetą).
Ziemski cykl żelaza w przyrodzie
Żelazo (Fe) podąża za cyklem geochemicznym, podobnie jak wiele innych składników odżywczych. Zwykle jest uwalniany do gleby lub oceanu w wyniku wietrzenia skał lub erupcji wulkanów. W ekosystemie lądowym rośliny najpierw pobierają żelazo przez korzenie z gleby. Jest to niezwykle ważny składnik odżywczy, który przemieszcza się między organizmami żywymi a geosferą.
Żelazojest ważnym ograniczającym składnikiem odżywczym dla roślin, które wykorzystują go do produkcji chlorofilu. Fotosynteza zależy od odpowiedniej podaży tego metalu. Rośliny przyswajają go z gleby do korzeni. Zwierzęta konsumują roślinę i wykorzystują ją do produkcji hemoglobiny. Kiedy umierają, rozkładają się, a bakterie zwracają metal do gleby.
Morski cykl żelaza
Morski cykl żelaza w przyrodzie jest bardzo podobny do cyklu ziemskiego. Proces ten zachodzi dzięki żywotnej aktywności pewnych mikroorganizmów, które utleniają metal do wodorotlenku i pozyskują węgiel z dwutlenku węgla. Bakterie żelazne w rzece, morzu lub innym zbiorniku wodnym pobierają energię na swój cykl życiowy, a po jego zakończeniu osadzają się w glebie w postaci rudy bagiennej.
Rola żelaza w ekosystemach oceanicznych jest również znacząca. Głównymi producentami absorbującymi ten metal są zazwyczaj fitoplankton lub cyjanobakterie. Żelazo jest następnie wchłaniane przez konsumentów, gdy jedzą te bakterie. Cykl żelaza w przyrodzie to niezwykle złożony proces. Zależy to od wielu współistniejących czynników: reakcji chemicznych, typów siedlisk i grup drobnoustrojów. Wszystko to łączy ją z innymi, równie ważnymi cyklami biogeochemicznymi Ziemi.
Charakterystyka ogólna
Żelazo w postaci różnych połączonych rud jest jednym z najczęstszych pierwiastków, które stanowią około 5% skorupy ziemskiej. Najważniejsze minerały zawierające żelazo totlenki i siarczki (hematyt, magnetyt, getyt, piryt, markasyt). Metal ten jest również obecny w meteorytach, na innych planetach iw Słońcu. Żelazo znajduje się zarówno w wodzie morskiej, jak i słodkiej.
Ciekawe fakty
Oto kilka interesujących faktów na temat tego pozornie prostego pierwiastka chemicznego:
- Żelazo jest niezbędnym budulcem do odżywiania roślin i pomaga przenosić tlen we krwi, wspierając w ten sposób życie na Ziemi.
- Jest to kruche ciało stałe, sklasyfikowane jako metal w grupie 8 w układzie okresowym pierwiastków. W czystej postaci szybko koroduje pod wpływem wilgotnego powietrza i wysokich temperatur.
- Jest to czwarty pod względem wagi pierwiastek w skorupie ziemskiej, a większość rdzenia Ziemi jest uważana za żelazo.
- Większość jest wykorzystywana do produkcji stali, stopu żelaza i węgla, która z kolei jest wykorzystywana w produkcji i konstrukcji, np. żelbet.
- Stal nierdzewna zawierająca co najmniej 10,5% chromu jest wysoce odporna na korozję. Jest stosowany w sztućcach i przyborach kuchennych, takich jak garnki ze stali nierdzewnej.
- Dodanie innych elementów może nadać stali nowe użyteczne właściwości. Np. nikiel zwiększa trwałość stopu i czyni go bardziej odpornym na ciepło i kwasy.
Krótka informacja o elemencie Fe
- Numerprotony w jądrze: 26.
- Symbol atomowy: Fe.
- Średnia masa atomu: 55,845 g/mol.
- Gęstość: 7,874 gramów na centymetr sześcienny.
- Faza w temperaturze pokojowej: stała.
- Temperatura topnienia: 1538 0C.
- Temperatura wrzenia: 2861 0C.
- Liczba izotopów: 33.
- Izotopy stabilne: 4.
Główne aplikacje
Żelazo jest wykorzystywane w wielu sektorach, takich jak elektronika, produkcja, motoryzacja i budownictwo. Poniżej przedstawiono zastosowania żelaza:
- Jako podstawowy składnik metali żelaznych, stopów i stali.
- Stop wykorzystujący węgiel, nikiel, chrom i różne inne pierwiastki do produkcji żelaza lub stali.
- W magnesach.
- W gotowych wyrobach metalowych.
- W urządzeniach przemysłowych.
- W sprzęcie transportowym.
- W narzędziach.
- W zabawkach i sprzęcie sportowym.
Żelazo stanowi 5% skorupy ziemskiej i jest jednym z najpopularniejszych i najczęściej używanych metali. Pierwiastek ten znajduje się również w mięsie, ziemniakach i warzywach i jest niezbędny dla zwierząt i ludzi. Jest integralną częścią hemoglobiny. Metal ma szary wygląd, jest bardzo plastyczny i plastyczny. Łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach i jest reaktywny. Główne obszary wydobycia żelaza to Chiny, Australia, Brazylia, Rosja i Ukraina.
