Mendapatkan zat besi dengan dua cara. Sifat kimia dan fisik besi

Tubuh manusia mengandung sekitar 5 g zat besi, sebagian besar (70%) merupakan bagian dari hemoglobin dalam darah.

Properti fisik

Dalam keadaan bebas, besi adalah logam putih keperakan dengan semburat keabu-abuan. Besi murni bersifat ulet dan memiliki sifat feromagnetik. Dalam praktiknya, paduan besi biasa digunakan - besi tuang dan baja.


Fe adalah unsur yang paling penting dan paling umum dari sembilan d-logam dari subkelompok sekunder kelompok VIII. Bersama dengan kobalt dan nikel, ia membentuk "keluarga besi".


Saat membentuk senyawa dengan unsur lain, sering menggunakan 2 atau 3 elektron (B \u003d II, III).


Besi, seperti hampir semua d-elemen kelompok VIII, tidak menunjukkan valensi yang lebih tinggi sama dengan nomor kelompok. Valensi maksimumnya mencapai VI dan sangat jarang.


Senyawa yang paling khas adalah senyawa yang atom Fe berada dalam keadaan oksidasi +2 dan +3.


Metode untuk mendapatkan zat besi

1. Besi komersial (dalam paduan dengan karbon dan pengotor lainnya) diperoleh dengan reduksi karbotermal dari senyawa alaminya sesuai dengan skema:




Pemulihan terjadi secara bertahap, dalam 3 tahap:


1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2


2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2


3) FeO + CO \u003d Fe + CO 2


Besi cor yang dihasilkan dari proses ini mengandung lebih dari 2% karbon. Di masa depan, baja diperoleh dari besi tuang - paduan besi yang mengandung karbon kurang dari 1,5%.


2. Besi yang sangat murni diperoleh dengan salah satu cara berikut:


a) dekomposisi pentakarbonil Fe


Fe(CO) 5 = Fe + 5CO


b) reduksi hidrogen dari FeO . murni


FeO + H 2 \u003d Fe + H 2 O


c) elektrolisis larutan berair dari garam Fe +2


FeC 2 O 4 \u003d Fe + 2СO 2

besi(II) oksalat

Sifat kimia

Fe - logam dengan aktivitas sedang, menunjukkan sifat umum karakteristik logam.


Fitur unik adalah kemampuan untuk "berkarat" di udara lembab:



Dengan tidak adanya uap air dengan udara kering, besi mulai bereaksi secara nyata hanya pada T > 150 °C; ketika dikalsinasi, "skala besi" Fe 3 O 4 terbentuk:


3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4


Besi tidak larut dalam air tanpa adanya oksigen. Pada suhu yang sangat tinggi, Fe bereaksi dengan uap air, menggantikan hidrogen dari molekul air:


3 Fe + 4H 2 O (g) \u003d 4H 2


Proses karat dalam mekanismenya adalah korosi elektrokimia. Produk karat disajikan dalam bentuk yang disederhanakan. Faktanya, lapisan longgar campuran oksida dan hidroksida dengan komposisi variabel terbentuk. Berbeda dengan film Al 2 O 3, lapisan ini tidak melindungi besi dari kerusakan lebih lanjut.

Jenis korosi


Perlindungan korosi besi


1. Interaksi dengan halogen dan belerang pada suhu tinggi.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3


2Fe + 3F 2 = 2FeF 3



Fe + I 2 \u003d FeI 2



Senyawa terbentuk di mana jenis ikatan ionik mendominasi.

2. Interaksi dengan fosfor, karbon, silikon (besi tidak langsung bergabung dengan N 2 dan H 2, tetapi melarutkannya).

Fe + P = Fe x P y


Fe + C = Fe x C y


Fe + Si = FexSiy


Zat komposisi variabel terbentuk, karena berthollides (sifat kovalen ikatan berlaku dalam senyawa)

3. Interaksi dengan asam "bukan pengoksidasi" (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2


Karena Fe terletak dalam rangkaian aktivitas di sebelah kiri hidrogen (E ° Fe / Fe 2+ \u003d -0,44V), ia mampu menggantikan H 2 dari asam biasa.


Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2


Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2

4. Interaksi dengan asam "pengoksidasi" (HNO 3 , H 2 SO 4 conc.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+


Besi HNO 3 dan H 2 SO 4 pekat "pasif", sehingga pada suhu biasa logam tidak larut di dalamnya. Dengan pemanasan yang kuat, pembubaran lambat terjadi (tanpa pelepasan H 2).


di razb. Besi HNO 3 larut, masuk ke dalam larutan dalam bentuk kation Fe 3+, dan anion asam direduksi menjadi NO *:


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


Ini larut sangat baik dalam campuran HCl dan HNO3

5. Sikap terhadap alkali

Fe tidak larut dalam larutan alkali berair. Bereaksi dengan alkali cair hanya pada suhu yang sangat tinggi.

6. Interaksi dengan garam dari logam yang kurang aktif

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu


Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Interaksi dengan gas karbon monoksida (t = 200 °C, P)

Fe (bubuk) + 5CO (g) \u003d Fe 0 (CO) 5 besi pentakarbonil

Senyawa Fe(III)

Fe 2 O 3 - oksida besi (III).

Bubuk merah-coklat, n. R. di H 2 O. Di alam - "bijih besi merah".

Cara untuk mendapatkan:

1) penguraian besi hidroksida (III)


2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O


2) pemanggangan pirit


4FeS 2 + 11O 2 \u003d 8SO 2 + 2Fe 2 O 3


3) dekomposisi nitrat


Sifat kimia

Fe 2 O 3 adalah oksida basa dengan tanda amfoterisme.


I. Sifat-sifat utama dimanifestasikan dalam kemampuan untuk bereaksi dengan asam:


Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3+ + ZH 2 O


Fe 2 O 3 + 6HCI \u003d 2FeCI 3 + 3H 2 O


Fe 2 O 3 + 6HNO 3 \u003d 2Fe (NO 3) 3 + 3H 2 O


II. Sifat asam lemah. Fe 2 O 3 tidak larut dalam larutan alkali berair, tetapi ketika menyatu dengan oksida padat, alkali dan karbonat, ferit terbentuk:


Fe 2 O 3 + CaO \u003d Ca (FeO 2) 2


Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaFeO 2 + H 2 O


Fe 2 O 3 + MgCO 3 \u003d Mg (FeO 2) 2 + CO 2


AKU AKU AKU. Fe 2 O 3 - bahan baku untuk produksi besi dalam metalurgi:


Fe 2 O 3 + ZS \u003d 2Fe + ZSO atau Fe 2 O 3 + ZSO \u003d 2Fe + ZSO 2

Fe (OH) 3 - besi (III) hidroksida

Cara untuk mendapatkan:

Diperoleh dengan aksi alkali pada garam terlarut Fe 3+:


FeCl 3 + 3NaOH \u003d Fe (OH) 3 + 3NaCl


Pada saat penerimaan Fe(OH)3 - endapan berbentuk mukosa berwarna merah-coklat.


Fe (III) hidroksida juga terbentuk selama oksidasi Fe dan Fe (OH) 2 di udara lembab:


4Fe + 6H 2 O + 3O 2 \u003d 4Fe (OH) 3


4Fe(OH) 2 + 2Н 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3


Fe(III) hidroksida adalah produk akhir dari hidrolisis garam Fe 3+.

Sifat kimia

Fe(OH) 3 adalah basa yang sangat lemah (jauh lebih lemah dari Fe(OH) 2). Menunjukkan sifat asam yang nyata. Dengan demikian, Fe(OH)3 memiliki sifat amfoter:


1) reaksi dengan asam berlangsung dengan mudah:



2) endapan baru Fe(OH)3 dilarutkan dalam konsentrasi panas. larutan KOH atau NaOH dengan pembentukan kompleks hidrokso:


Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K 3


Dalam larutan basa, Fe(OH)3 dapat dioksidasi menjadi ferrat (garam asam besi H2FeO4 tidak diisolasi dalam keadaan bebas):


2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

garam Fe3+

Yang paling praktis penting adalah: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe (NO 3) 3, Fe (SCN) 3, K 3 4 - garam darah kuning \u003d Fe 4 3 Biru Prusia (endapan biru tua)


b) Fe 3+ + 3SCN - \u003d Fe (SCN) 3 Fe (III) tiosianat (larutan merah darah)

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 termasuk zat besi. Pertama-tama, itu adalah magnetit. Ini adalah tujuh puluh dua persen besi. Rumus kimianya adalah Fe 3 O 4 . 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 - terdiri dari tujuh puluh persen elemen ini. Rumus kimianya adalah Fe 2 O 3 . 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 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 Fe 2 O 3 .H 2 O. Sesuai dengan namanya, mineral ini memiliki warna kuning-kecoklatan, kadang-kadang 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 FeS 2 . Besi di dalamnya adalah empat puluh enam persen dari total massa. Karena atom belerang, mineral ini memiliki warna kuning keemasan.

Banyak mineral dianggap 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 karenanya seluruh organisme secara keseluruhan.

Besi: sifat fisik dan kimia

Mari kita lihat dua bagian utama ini secara berurutan. besi adalah penampilannya, kepadatannya, titik lelehnya, dll. Artinya, semua ciri khas 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 murni dalam kondisi normal, itu adalah padatan. Ini memiliki warna abu-abu keperakan dan kilau metalik yang nyata. Sifat mekanik besi meliputi tingkat kekerasan She 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 mengeluarkan sebagian besar dari kulit Anda dalam waktu singkat, dan karena itu Anda merasa dingin.

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 itu tidak semua.

Sifat fisik besi juga termasuk feromagnetismenya. Apa itu? Besi, yang sifat magnetiknya dapat kita amati dalam contoh praktis setiap hari, adalah satu-satunya logam yang memiliki ciri 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.

Dalam hal kimia

Unsur ini termasuk dalam logam-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.

Mari kita mulai dengan 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 + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4. Dan sifat oksida besi (baik fisik maupun kimia) dapat bervariasi, tergantung pada varietasnya. Reaksi-reaksi ini berlangsung pada suhu tinggi.

Selanjutnya adalah interaksi dengan nitrogen. Itu juga dapat terjadi hanya di bawah kondisi pemanasan. Jika kita mengambil enam mol besi dan satu mol nitrogen, kita mendapatkan dua mol besi nitrida. Persamaan reaksi akan terlihat seperti ini: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

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 = Fe 3 P.

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, lebih jarang katalis.

Juga umum dalam industri kimia adalah reaksi antara besi dan halogen. Ini adalah klorinasi, brominasi, iodinasi, fluorinasi. Seperti yang jelas dari 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, ferrum mampu bergabung dengan silikon pada suhu tinggi. Karena sifat kimia besi yang beragam, besi sering digunakan dalam industri kimia.

Zat besi dan kompleks

Dari zat sederhana, mari kita beralih ke zat yang molekulnya terdiri dari dua atau lebih unsur kimia yang berbeda. Hal pertama yang harus disebutkan adalah reaksi besi dengan air. Berikut adalah sifat-sifat utama besi. Ketika air dipanaskan, ia membentuk bersama dengan besi (disebut demikian karena, ketika berinteraksi dengan air yang sama, ia 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 + H 2 O \u003d FeO + H 2. 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 elektrokimia aktivitas 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 + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.

Saat berinteraksi dengan garam, sifat pereduksi besi dimanifestasikan. Artinya, dengan bantuannya, logam yang kurang aktif dapat diisolasi dari garam. Misalnya, jika Anda mengambil satu mol dan jumlah besi yang sama, maka Anda bisa mendapatkan besi sulfat (II) dan tembaga murni dalam proporsi molar yang sama.

Signifikansi bagi tubuh

Salah satu unsur kimia yang paling umum di kerak bumi adalah besi. kami telah mempertimbangkan, 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, sifat menguntungkan dari besi 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. Diet harian seseorang harus mengandung sepuluh hingga dua puluh miligram elemen jejak ini.

Makanan kaya zat besi

Ada banyak. Mereka berasal dari tumbuhan dan hewan. Yang pertama adalah sereal, kacang-kacangan, sereal (terutama soba), apel, jamur (putih), 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 dalam tubuh

Gejala terlalu sedikit zat besi yang masuk ke dalam tubuh adalah kelelahan, tangan dan kaki membeku terus-menerus, depresi, rambut dan kuku rapuh, aktivitas intelektual menurun, gangguan pencernaan, kinerja rendah, dan gangguan tiroid. Jika Anda melihat lebih dari satu gejala ini, Anda mungkin ingin meningkatkan jumlah makanan kaya zat besi dalam diet Anda atau membeli vitamin atau suplemen yang mengandung zat besi. Juga, pastikan untuk berkonsultasi dengan dokter jika salah satu dari gejala ini Anda rasakan terlalu akut.

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 tinggi, telah digunakan sejak zaman kuno untuk pembuatan senjata, baju besi dan peralatan militer dan rumah tangga lainnya. Ngomong-ngomong, bahkan di Mesir kuno besi meteorit dikenal, yang sifatnya 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 di antara semua zat dalam kelompok ini. Pertama-tama, baja dan besi cor dibuat darinya, yang digunakan untuk produksi 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 sekitar 0,02 persen karbon hadir dalam komposisi, maka ini sudah merupakan besi teknis biasa. Kehadiran karbon dalam paduan diperlukan untuk memberikan kekuatan yang lebih besar, stabilitas termal, dan ketahanan karat.

Selain itu, baja dapat mengandung banyak unsur kimia lainnya 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 (hingga dua belas hingga empat belas persen) digunakan dalam pembuatan suku cadang untuk rel kereta api, penggilingan, penghancur dan peralatan lainnya, yang bagian-bagiannya dapat mengalami abrasi yang cepat.

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 elemen ini digunakan dalam hortikultura untuk pengendalian hama (bersama dengan tembaga sulfat).

Mereka sangat diperlukan dalam 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. Pada tahap kedua, konversi sulfur dioksida menjadi trioksida terjadi dengan partisipasi oksigen. Dan pada tahap akhir, zat yang dihasilkan dilewatkan dengan adanya katalis, sehingga memperoleh asam sulfat.

Mendapatkan zat 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 dan timah dalam hal sifat fisiknya, ketahanannya terhadap tekanan mekanis.

Selain itu, besi lebih umum di planet kita daripada banyak logam lainnya. itu 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. Besi adalah elemen jejak penting, yang penggunaannya penting untuk menjaga kesehatan dan fungsi normal organ. Selain di atas, itu adalah satu-satunya logam yang memiliki sifat magnetik yang unik. Tanpa zat besi tidak mungkin membayangkan hidup kita.

DEFINISI

Besi- unsur dari kelompok kedelapan periode keempat dari sistem periodik unsur kimia D. I. Mendeleev.

Dan angka lesunya adalah 26. Simbolnya adalah Fe (lat. "ferrum"). Salah satu logam yang paling umum di kerak bumi (tempat kedua setelah aluminium).

Sifat fisik besi

Besi adalah logam abu-abu. Dalam bentuknya yang murni, cukup lunak, mudah dibentuk dan ulet. Konfigurasi elektron tingkat energi luar adalah 3d 6 4s 2 . Dalam senyawanya, besi menunjukkan bilangan oksidasi "+2" dan "+3". Titik leleh besi adalah 1539C. Besi membentuk dua modifikasi kristal: - dan -besi. Yang pertama memiliki kisi berpusat badan kubik, yang kedua memiliki kisi berpusat muka kubik. -Besi stabil secara termodinamika dalam dua rentang suhu: di bawah 912 dan dari 1394C hingga titik leleh. Antara 912 dan 1394C, -besi stabil.

Sifat mekanik besi tergantung pada kemurniannya - kandungan di dalamnya bahkan sejumlah kecil elemen lain. Besi padat memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak elemen dalam dirinya sendiri.

Sifat kimia besi

Di udara lembab, besi cepat berkarat, mis. ditutupi dengan lapisan coklat oksida besi terhidrasi, yang, karena kerapuhannya, tidak melindungi besi dari oksidasi lebih lanjut. Di dalam air, besi terkorosi secara intensif; dengan akses oksigen yang melimpah, bentuk oksida besi (III) terhidrasi terbentuk:

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

Dengan kekurangan oksigen atau dengan akses yang sulit, oksida campuran (II, III) Fe 3 O 4 terbentuk:

3Fe + 4H 2 O (v) Fe 3 O 4 + 4H 2.

Besi larut dalam asam klorida dengan konsentrasi berapa pun:

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.

Demikian pula, pembubaran terjadi dalam asam sulfat encer:

Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.

Dalam larutan asam sulfat pekat, besi dioksidasi menjadi besi (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Namun, dalam asam sulfat, yang konsentrasinya mendekati 100%, besi menjadi pasif dan praktis tidak ada interaksi. Dalam larutan asam nitrat encer dan agak pekat, besi larut:

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

Pada konsentrasi tinggi asam nitrat, pembubaran melambat dan besi menjadi pasif.

Seperti logam lainnya, besi bereaksi dengan zat sederhana. Reaksi interaksi besi dengan halogen (terlepas dari jenis halogen) berlangsung ketika dipanaskan. Interaksi besi dengan bromin berlangsung pada peningkatan tekanan uap yang terakhir:

2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Interaksi besi dengan belerang (bubuk), nitrogen dan fosfor juga terjadi ketika dipanaskan:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Besi mampu bereaksi dengan non-logam seperti karbon dan silikon:

3Fe + C = Fe 3 C;

Di antara reaksi interaksi besi dengan zat kompleks, reaksi berikut memainkan peran khusus - besi mampu mereduksi logam yang berada di deret aktivitas di sebelah kanannya, dari larutan garam (1), untuk mereduksi besi (III) senyawa (2):

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Besi, pada tekanan tinggi, bereaksi dengan oksida yang tidak membentuk garam - CO untuk membentuk zat dengan komposisi kompleks - karbonil - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 dan Fe 3 (CO) 12.

Besi, tanpa adanya pengotor, stabil dalam air dan dalam larutan alkali encer.

Mendapatkan zat besi

Cara utama untuk mendapatkan besi adalah dari bijih besi (hematit, magnetit) atau elektrolisis larutan garamnya (dalam hal ini, besi "murni" diperoleh, yaitu besi tanpa kotoran).

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan Kerak besi Fe 3 O 4 dengan berat 10 g pertama-tama diperlakukan dengan 150 ml larutan asam klorida (densitas 1,1 g/ml) dengan fraksi massa hidrogen klorida 20%, dan kemudian kelebihan besi ditambahkan ke larutan yang dihasilkan. Tentukan komposisi larutan (dalam % berat).
Keputusan Kami menulis persamaan reaksi sesuai dengan kondisi masalah:

8HCl + Fe 3 O 4 \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1);

2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2).

Mengetahui massa jenis dan volume larutan asam klorida, Anda dapat menemukan massanya:

m sol (HCl) = V(HCl) × (HCl);

m sol (HCl) \u003d 150 × 1,1 \u003d 165 g.

Hitung massa hidrogen klorida:

m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%;

m(HCl) = 165 x 20%/100% = 33 g.

Massa molar (massa satu mol) asam klorida, dihitung menggunakan tabel unsur kimia D.I. Mendeleev - 36,5 g / mol. Temukan jumlah zat hidrogen klorida:

v(HCl) = m(HCl)/M(HCl);

v (HCl) \u003d 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol.

Massa molar (massa satu mol) skala, dihitung menggunakan tabel unsur kimia D.I. Mendeleev - 232 g/mol. Temukan jumlah zat skala:

v (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol.

Menurut persamaan 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8, oleh karena itu, v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0,344 mol. Kemudian, jumlah zat hidrogen klorida yang dihitung menurut persamaan (0,344 mol) akan lebih kecil dari yang ditunjukkan pada kondisi soal (0,904 mol). Oleh karena itu, asam klorida berlebihan dan reaksi lain akan berlangsung:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3).

Mari kita tentukan jumlah zat besi klorida yang terbentuk sebagai hasil dari reaksi pertama (indeks menunjukkan reaksi tertentu):

v 1 (FeCl 2): ​​​​v (Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol;

v 1 (FeCl 3): v (Fe 2 O 3) = 2:1;

v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol.

Tentukan jumlah hidrogen klorida yang tidak bereaksi pada reaksi 1 dan jumlah zat besi (II) klorida yang terbentuk selama reaksi 3:

v rem (HCl) \u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \u003d 0,904 - 0,344 \u003d 0,56 mol;

v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2;

v 3 (FeCl 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol.

Mari kita tentukan banyaknya zat FeCl 2 yang terbentuk selama reaksi 2, jumlah total zat FeCl 2 dan massanya:

v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 mol;

v 2 (FeCl 2): ​​​​v 2 (FeCl 3) = 3:2;

v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0,129 mol;

v jumlah (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \u003d 0,043 + 0,129 + 0,28 \u003d 0,452 mol;

m (FeCl 2) \u003d v jumlah (FeCl 2) × M (FeCl 2) \u003d 0,452 × 127 \u003d 57,044 g.

Mari kita tentukan jumlah zat dan massa besi yang masuk ke dalam reaksi 2 dan 3:

v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2;

v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \u003d 0,043 mol;

v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2;

v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol;

v jumlah (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol;

m(Fe) = v jumlah (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g.

Mari kita hitung jumlah zat dan massa hidrogen yang dilepaskan dalam reaksi 3:

v (H 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol;

m (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) \u003d 0,28 × 2 \u003d 0,56 g.

Kami menentukan massa larutan yang dihasilkan m ' sol dan fraksi massa FeCl 2 di dalamnya:

m’ sol \u003d m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2);

  • Penunjukan - Fe (Besi);
  • Periode - IV;
  • Grup - 8 (VIII);
  • Massa atom - 55.845;
  • Nomor atom - 26;
  • Jari-jari atom = 126 pm;
  • Jari-jari kovalen = 117 pm;
  • Distribusi elektron - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ;
  • t mencair = 1535°C;
  • titik didih = 2750 °C;
  • Keelektronegatifan (menurut Pauling / menurut Alpred dan Rochov) = 1,83 / 1,64;
  • Keadaan oksidasi: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
  • Kepadatan (n.a.) \u003d 7,874 g / cm 3;
  • Volume molar = 7,1 cm 3 / mol.

Senyawa besi:

Besi adalah logam yang paling melimpah di kerak bumi (5,1% massa) setelah aluminium.

Di Bumi, besi dalam keadaan bebas ditemukan dalam jumlah kecil dalam bentuk nugget, serta dalam meteorit yang jatuh.

Secara industri, besi ditambang di deposit bijih besi, dari mineral yang mengandung besi: bijih besi magnetik, merah, coklat.

Harus dikatakan bahwa besi adalah bagian dari banyak mineral alami, menyebabkan warna alami mereka. Warna mineral tergantung pada konsentrasi dan rasio ion besi Fe 2+ /Fe 3+ , serta pada atom yang mengelilingi ion ini. Misalnya, adanya pengotor ion besi mempengaruhi warna banyak batu mulia dan semi mulia: topas (dari kuning pucat ke merah), safir (dari biru ke biru tua), aquamarine (dari biru muda ke biru kehijauan), dan segera.

Zat besi ditemukan dalam jaringan hewan dan tumbuhan, misalnya, sekitar 5 g zat besi terdapat dalam tubuh orang dewasa. Besi adalah elemen vital, itu adalah bagian dari protein hemoglobin, berpartisipasi dalam pengangkutan oksigen dari paru-paru ke jaringan dan sel. Dengan kekurangan zat besi dalam tubuh manusia, anemia (anemia defisiensi besi) berkembang.


Beras. Struktur atom besi.

Konfigurasi elektron atom besi adalah 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 (lihat Struktur elektron atom). Dalam pembentukan ikatan kimia dengan unsur lain, 2 elektron yang terletak di level 4s terluar + 6 elektron dari sublevel 3d (total 8 elektron) dapat berpartisipasi, oleh karena itu, dalam senyawa, besi dapat mengambil bilangan oksidasi +8, +6, +4, +3, +2, +1, (yang paling umum adalah +3, +2). Besi memiliki aktivitas kimia rata-rata.


Beras. Bilangan oksidasi besi: +2, +3.

Sifat fisik besi:

  • logam perak-putih;
  • dalam bentuknya yang murni cukup lunak dan plastis;
  • memiliki konduktivitas termal dan listrik yang baik.

Besi ada dalam bentuk empat modifikasi (mereka berbeda dalam struktur kisi kristal): -besi; -besi; -besi; -besi.

Sifat kimia besi

  • bereaksi dengan oksigen, tergantung pada suhu dan konsentrasi oksigen, berbagai produk atau campuran produk oksidasi besi (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4) dapat dibentuk:
    3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4;
  • oksidasi besi pada suhu rendah:
    4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3;
  • bereaksi dengan uap air:
    3Fe + 4H 2 O \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2;
  • besi yang dihancurkan halus bereaksi ketika dipanaskan dengan belerang dan klorin (besi sulfida dan klorida):
    Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;
  • bereaksi dengan silikon, karbon, fosfor pada suhu tinggi:
    3Fe + C = Fe 3 C;
  • dengan logam lain dan dengan non-logam, besi dapat membentuk paduan;
  • besi menggantikan logam yang kurang aktif dari garamnya:
    Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu;
  • dengan asam encer, besi bertindak sebagai zat pereduksi, membentuk garam:
    Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2;
  • dengan asam nitrat encer, besi membentuk berbagai produk reduksi asam, tergantung pada konsentrasinya (N 2, N 2 O, NO 2).

Mendapatkan dan menggunakan zat besi

Besi industri diperoleh peleburan besi tuang dan baja.

Besi cor adalah paduan besi dengan pengotor silikon, mangan, belerang, fosfor, karbon. Kandungan karbon dalam besi cor melebihi 2% (dalam baja, kurang dari 2%).

Besi murni diperoleh:

  • dalam konverter oksigen yang terbuat dari besi cor;
  • reduksi oksida besi dengan hidrogen dan karbon monoksida divalen;
  • elektrolisis garam yang sesuai.

Besi cor diperoleh dari bijih besi dengan reduksi oksida besi. Pig iron dilebur dalam blast furnace. Kokas digunakan sebagai sumber panas dalam tanur tinggi.

Tungku sembur adalah struktur teknis yang sangat kompleks setinggi beberapa puluh meter. Itu ditata dari batu bata tahan api dan dilindungi oleh selubung baja eksternal. Pada 2013, tanur sembur terbesar dibangun di Korea Selatan oleh perusahaan baja POSCO di pabrik metalurgi di kota Gwangyang (volume tungku setelah modernisasi adalah 6.000 meter kubik dengan kapasitas tahunan 5.700.000 ton).


Beras. Tanur tinggi.

Proses peleburan pig iron dalam blast furnace berlangsung terus menerus selama beberapa dekade hingga tungku mencapai akhir masa pakainya.


Beras. Proses peleburan besi dalam tanur tinggi.

  • bijih yang diperkaya (magnetik, merah, bijih besi coklat) dan kokas dituangkan melalui bagian atas yang terletak di bagian paling atas dari tanur tinggi;
  • proses reduksi besi dari bijih di bawah aksi karbon monoksida (II) berlangsung di bagian tengah tanur tinggi (poros) pada suhu 450-1100 ° C (oksida besi direduksi menjadi logam):
    • 450-500 °C - 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2;
    • 600 °C - Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2;
    • 800 °C - FeO + CO = Fe + CO 2 ;
    • bagian dari oksida besi direduksi oleh kokas: FeO + C = Fe + CO.
  • secara paralel, ada proses reduksi oksida silikon dan mangan (termasuk dalam bijih besi dalam bentuk pengotor), silikon dan mangan adalah bagian dari peleburan pig iron:
    • SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO;
    • Mn 2 O 3 + 3C \u003d 2Mn + 3CO.
  • selama dekomposisi termal batu kapur (dimasukkan ke dalam tanur tinggi), kalsium oksida terbentuk, yang bereaksi dengan oksida silikon dan aluminium yang terkandung dalam bijih:
    • CaCO 3 \u003d CaO + CO 2;
    • CaO + SiO 2 \u003d CaSiO 3;
    • CaO + Al 2 O 3 \u003d Ca (AlO 2) 2.
  • pada 1100 °C, proses reduksi besi berhenti;
  • di bawah poros ada ruang uap, bagian terluas dari tanur sembur, di bawahnya mengikuti bahu, di mana kokas terbakar dan produk peleburan cair terbentuk - besi tuang dan terak, yang menumpuk di bagian paling bawah tungku - perapian;
  • di bagian atas perapian pada suhu 1500 °C, pembakaran intensif kokas terjadi dalam semburan udara yang ditiup: C + O 2 = CO 2;
  • melewati kokas panas, karbon monoksida (IV) berubah menjadi karbon monoksida (II), yang merupakan zat pereduksi besi (lihat di atas): CO 2 + C \u003d 2CO;
  • terak yang dibentuk oleh kalsium silikat dan aluminosilikat terletak di atas besi tuang, melindunginya dari aksi oksigen;
  • melalui bukaan khusus yang terletak di berbagai tingkat perapian, besi cor dan terak dilepaskan di luar;
  • Sebagian besar besi kasar digunakan untuk pemrosesan lebih lanjut - peleburan baja.

Baja dilebur dari besi tuang dan besi tua dengan metode konverter (perapian terbuka sudah ketinggalan zaman, meskipun masih digunakan) atau dengan peleburan listrik (dalam tungku listrik, tungku induksi). Inti dari proses (pengolahan besi) adalah untuk mengurangi konsentrasi karbon dan kotoran lainnya dengan oksidasi dengan oksigen.

Seperti disebutkan di atas, konsentrasi karbon dalam baja tidak melebihi 2%. Karena ini, baja, tidak seperti besi tuang, cukup mudah ditempa dan digulung, yang memungkinkan pembuatan berbagai produk darinya dengan kekerasan dan kekuatan tinggi.

Kekerasan baja tergantung pada kandungan karbon (semakin banyak karbon, semakin keras baja) dalam kelas baja dan kondisi perlakuan panas tertentu. Selama tempering (pendinginan lambat), baja menjadi lunak; ketika dipadamkan (didinginkan dengan cepat), baja menjadi sangat keras.

Untuk memberikan baja sifat spesifik yang diinginkan, aditif paduan ditambahkan ke dalamnya: kromium, nikel, silikon, molibdenum, vanadium, mangan, dan sebagainya.

Besi tuang dan baja adalah bahan struktural terpenting di sebagian besar sektor ekonomi nasional.

Peran biologis zat besi:

  • tubuh orang dewasa mengandung sekitar 5 g zat besi;
  • besi memainkan peran penting dalam kerja organ hematopoietik;
  • besi adalah bagian dari banyak kompleks protein kompleks (hemoglobin, mioglobin, berbagai enzim).

ARTIKEL TERKAIT