लोहे (रासायनिक तत्व) की विशेषताएं, रासायनिक संरचना, उपयोग



लोहा एक संक्रमण धातु समूह VIIIB या आवर्त सारणी के 8 में स्थित है। यह उन धातुओं में से एक है जो शुरुआती समय से ही सजग रही है। चीनी, मिस्र और रोमन लोगों ने इस धातु के साथ काम किया। इसके आसान निष्कर्षण ने लौह युग के रूप में ज्ञात इतिहास के एक चरण को चिह्नित किया.

इसका नाम लैटिन में 'फेरम' शब्द से निकला है, और इसलिए इसका रासायनिक प्रतीक आस्था है। यह एक बहुत ही प्रतिक्रियाशील तत्व है, इसलिए इसकी चांदी की चमक आमतौर पर प्रकृति में नहीं पाई जाती है। प्राचीन काल में, यह धातु वास्तव में सोने की तुलना में अधिक मूल्य के साथ सूचीबद्ध थी जो इसकी कथित कमी के कारण थी.

इसका शुद्ध रूप ग्रीनलैंड के क्षेत्रों में और रूस की मिट्टी की आग्नेय चट्टानों में पाया गया है। साइडरियल स्पेस में, यह माना जाता है कि यह उल्कापिंडों में एक प्रचुर मात्रा में घटक है, जो पृथ्वी को प्रभावित करने के बाद कुछ ने अपने चट्टानी स्तनों में क्रिस्टलीकृत लोहे को संरक्षित किया है।.

लेकिन, शुद्ध लोहे की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण, इसके यौगिक हैं; विशेष रूप से, इसके आक्साइड। ये ऑक्साइड पृथ्वी के धरातल को खनिज के एक बड़े परिवार, जैसे मैग्नेटाइट, पाइराइट, हेमाटाइट, गोइथाइट और कई और चीजों से कवर करते हैं। वास्तव में, मार्टियन पहाड़ों और रेगिस्तान में मनाया जाने वाले रंग हेमेटाइट के बड़े हिस्से के कारण हैं.

लोहे की वस्तुएं शहरों या खेतों के अंदर पाई जा सकती हैं। जिन लोगों के पास एक सुरक्षात्मक फिल्म नहीं है, वे लाल हो जाते हैं क्योंकि वे नमी और ऑक्सीजन से फूलते हैं। अन्य, मुख्य छवि के लालटेन की तरह, ग्रे या काले रहते हैं.

यह अनुमान लगाया गया है कि पृथ्वी के कोर के भीतर इस धातु की भारी सांद्रता है। इतना अधिक, कि एक तरल अवस्था में, उच्च तापमान का उत्पाद, यह पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के लिए जिम्मेदार हो सकता है.

दूसरी ओर, लोहा न केवल हमारे ग्रह के खोल को पूरक करता है, बल्कि जीवित प्राणियों द्वारा आवश्यक पोषक तत्वों का भी हिस्सा है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन को ऊतकों में पहुंचाना आवश्यक है.

सूची

  • 1 लोहे के लक्षण
    • 1.1 पिघलने और क्वथनांक
    • 1.2 घनत्व
    • १.३ आइसोटोप
    • 1.4 विषाक्तता
  • 2 रासायनिक गुण
    • 2.1 इसके यौगिकों के रंग
    • 2.2 ऑक्सीकरण राज्यों
    • 2.3 ऑक्सीकरण और एजेंटों को कम करना
  • 3 रासायनिक संरचना
  • 4 उपयोग / अनुप्रयोग
    • ४.१ संरचनात्मक
    • ४.२ जैविक
  • 5 आपको कैसे मिलेगा?
    • 5.1 भट्टों के अंदर प्रतिक्रियाएं
  • 6 संदर्भ

लोहे के लक्षण

शुद्ध लोहे की अपनी विशेषताएं हैं जो इसे अपने खनिजों से अलग करती हैं। यह एक चमकदार, धूसर धातु है, जो हवा में ऑक्सीजन और नमी के साथ प्रतिक्रिया करता है जो इसके संबंधित ऑक्साइड में बदल जाता है। यदि वातावरण में ऑक्सीजन नहीं होती, तो सभी आभूषण और लोहे की संरचनाएं बरकरार रहेंगी और लाल जंग से मुक्त रहेंगी।.

इसमें उच्च यांत्रिक शक्ति और कठोरता है, लेकिन एक ही समय में यह निंदनीय और नमनीय है। यह लोहारों को कई आकार और डिजाइन के साथ लोहे के द्रव्यमान को गहन तापमान पर टुकड़े करने की अनुमति देता है। यह ऊष्मा और विद्युत का सुचालक भी है.

इसके अलावा, इसकी सबसे कीमती विशेषताओं में से एक मैग्नेट के साथ इसकी बातचीत है और इसकी चुंबक करने की क्षमता है। आम जनता को इस आशय के कई प्रदर्शन दिए गए हैं कि मैग्नेट लोहे की छीलन की गति पर प्रदान करते हैं, और चुंबकीय क्षेत्र और चुंबक के ध्रुवों को भी प्रदर्शित करते हैं।.

गलनांक और क्वथनांक

लोहा 1535ºC के तापमान पर पिघलता है और 2750 .C पर उबलता है। अपने तरल और गरमागरम रूप में इस धातु को प्राप्त किया जाता है। इसके अतिरिक्त, इसके संलयन और वाष्पीकरण के ताप 13.8 और 349.6 kJ / mol के हैं.

घनत्व

इसका घनत्व 7.86g / सेमी है3. यही है, कि इस धातु का 1mL का वजन 7.86 ग्राम है.

आइसोटोप

आवर्त सारणी में, विशेष रूप से अवधि ४ के समूह, में, लौह पाया जाता है, जिसका परमाणु द्रव्यमान लगभग ५६u (२६ प्रोटॉन, २६ इलेक्ट्रॉन और ३० न्यूट्रॉन) होता है। हालांकि, प्रकृति में लोहे के तीन अन्य स्थिर समस्थानिक हैं, अर्थात्, उनके प्रोटॉन की संख्या समान है लेकिन विभिन्न परमाणु द्रव्यमान हैं.

56विश्वास सबसे अधिक प्रचुर मात्रा में है (91.6%), इसके बाद 54आस्था (5.9%), 57Fe (2.2%) और अंत में द 58आस्था (0.33%)। यह ये चार समस्थानिक हैं जो ग्रह पृथ्वी में निहित सभी लोहे को बनाते हैं। अन्य स्थितियों (अलौकिक) में, ये प्रतिशत भिन्न हो सकते हैं, लेकिन संभवतः संभव है 56विश्वास सबसे प्रचुर मात्रा में जारी है.

अन्य समस्थानिक, परमाणु द्रव्यमान के साथ 46 और 69u के बीच दोलन करते हैं, बहुत अस्थिर होते हैं और उनके द्वारा बताए गए चार की तुलना में आधा जीवन कम होता है.

विषाक्तता

सभी विशेषताओं के ऊपर, यह एक गैर विषैले धातु है। अन्यथा, विशेष उपचार (रासायनिक और भौतिक) की आवश्यकता होगी, और अस्थिर वस्तुओं और इमारतों पर्यावरण और जीवन के लिए एक अव्यक्त जोखिम का प्रतिनिधित्व करेंगे.

रासायनिक गुण

लोहे का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Ar] 3D है64s2, जिसका अर्थ है कि यह क्रिस्टल के भीतर अपने धातु के बंधन के निर्माण के लिए अपने 4 जी कक्षीय से दो इलेक्ट्रॉनों और 3 डी कक्षाओं से छह का योगदान देता है। यह क्रिस्टलीय संरचना है जो कि फेरोमैग्नेटिज़्म जैसे कुछ गुणों की व्याख्या करती है.

इसके अलावा, इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन सतही रूप से इसके उद्धरणों की स्थिरता की भविष्यवाणी करता है। जब लोहा अपने दो इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, तो फे2+, विन्यास [Ar] 3 डी के साथ रहता है6 (यह मानते हुए कि 4 डी ऑर्बिटल वह जगह है जहां से ये इलेक्ट्रॉन आते हैं)। जबकि अगर आप तीन इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं, तो विश्वास3+, इसका विन्यास [Ar] 3D है5.

प्रायोगिक तौर पर यह दिखाया गया है कि nd वैलेंस कॉन्फ़िगरेशन वाले कई आयन5 वे बहुत स्थिर हैं। इसलिए, लौह इलेक्ट्रॉन-स्वीकार करने वाली प्रजातियों के खिलाफ ऑक्सीकरण करता है ताकि फे फेरिक कॉशन बन सके3+; और एक कम ऑक्सीडेटिव वातावरण में, फेरस केशन फे में2+.

फिर, थोड़ा ऑक्सीजन की उपस्थिति वाले माध्यम में, फेरस यौगिकों को पूर्वनिर्मित करने की उम्मीद की जाती है। पीएच लोहे की ऑक्सीकरण स्थिति को भी प्रभावित करता है, क्योंकि बहुत अम्लीय मीडिया में यह Fe में इसके परिवर्तन का पक्षधर है3+.

इसके यौगिकों के रंग

आस्था2+ समाधान में हरा, और विश्वास है3+, एक नरम वायलेट की। इसी तरह, लोहे के यौगिकों में हरे या लाल रंग हो सकते हैं जो इस बात पर निर्भर करते हैं कि कौन सा पिंजरा मौजूद है और कौन सा आयन या अणु उन्हें घेरे हुए है.

आस्था के इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के अनुसार हरे रंग की बारीकियां2+. इस प्रकार, FeO, फेरस ऑक्साइड, एक बहुत गहरा हरा ठोस है; जबकि FeSO4, लौह सल्फेट, में हल्के हरे रंग के क्रिस्टल होते हैं। अन्य Fe यौगिक2+ यहां तक ​​कि उनके पास नीले रंग के टोन भी हो सकते हैं, जैसा कि प्रशिया ब्लू के मामले में.

यह विश्वास के वायलेट रंगों के साथ भी होता है3+ इसके यौगिकों में, जो लाल रंग के हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, हेमटिट, विश्वास2हे3, लोहे के कई टुकड़ों के लिए जिम्मेदार ऑक्साइड लाल रंग का होता है.

हालांकि, लोहे के यौगिकों की काफी संख्या बेरंग है। फेरिक क्लोराइड, FeCl3, यह बेरंग है, क्योंकि विश्वास3+ यह वास्तव में आयनिक रूप में नहीं पाया जाता है, लेकिन सहसंयोजक बंधन (Fe-Cl) बनाता है.

अन्य यौगिकों वास्तव में Fe cations के जटिल मिश्रण हैं2+ और विश्वास3+. उनके रंग हमेशा उन आयनों या अणुओं के अधीन होंगे जो लोहे के साथ बातचीत करते हैं, हालांकि जैसा कि उल्लेख किया गया है, एक बड़ा बहुमत नीले, बैंगनी, लाल (यहां तक ​​कि पीले) या गहरे हरे रंग का हो.

ऑक्सीकरण की स्थिति

जैसा कि समझाया गया है, लोहे में ऑक्सीकरण स्थिति या +2, या +3 की वैलेंस हो सकती है। हालांकि, यह भी संभव है कि यह कुछ यौगिकों में 0 की वैधता के साथ भाग लेता है; यह है, कि इलेक्ट्रॉनों का कोई नुकसान नहीं है.

इस प्रकार के यौगिकों में, लोहे अपने कच्चे रूप में भाग लेता है। उदाहरण के लिए, Fe (CO)5, आयरन पेंटाकारबोनील, कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ झरझरा लोहे को गर्म करके प्राप्त तेल से बना होता है। CO के अणुओं को तरल के छिद्रों में रखा जाता है, इनमें से पाँच के साथ Fe को समन्वित किया जाता है (Fe-C )O).

ऑक्सीकरण और एजेंटों को कम करना

कौन सा उद्धरण, विश्वास2+ ओ विश्वास3+, क्या वे एक ऑक्सीकरण या कम करने वाले एजेंट के रूप में व्यवहार करते हैं? आस्था2+ एक एसिड माध्यम में या ऑक्सीजन की उपस्थिति में, Fe बनने के लिए एक इलेक्ट्रॉन खो देता है3+; इसलिए, यह एक कम करने वाला एजेंट है:

धर्म2+ => आस्था3+ + और-

और आस्था3+ यह एक बुनियादी माध्यम में ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में व्यवहार करता है:

धर्म3+ + और- => आस्था2+

या यहां तक ​​कि:

धर्म3+ + 3E- => आस्था

रासायनिक संरचना

आयरन पॉलीमॉर्फिक ठोस बनाता है, अर्थात इसकी धातु के परमाणु विभिन्न क्रिस्टलीय संरचनाओं को अपना सकते हैं। कमरे के तापमान पर, एक परमाणु इकाई में इसके परमाणु क्रिस्टलीकृत होते हैं: शरीर में केंद्रित घन ()शरीर केंद्रित घन)। इस ठोस चरण को फेराइट, फे α के रूप में जाना जाता है.

यह बीसीसी संरचना इस तथ्य के कारण हो सकती है कि लोहा एक धातु विन्यास है6, इलेक्ट्रॉनिक चार-इलेक्ट्रॉन रिक्ति के साथ.

जब तापमान बढ़ता है, तो थर्मल परमाणुओं के कारण Fe परमाणु कंपन करते हैं और 906 ° C के बाद, एक कॉम्पैक्ट क्यूबिक संरचना तैयार करते हैं:घन निकटतम पैक)। यह Fe is है, जो 1401 .C के तापमान पर Fe α चरण में लौटता है। इस तापमान के बाद, लोहे 1535 temperatureC पर पिघला देता है.

और दबाव में वृद्धि के बारे में क्या? जब यह बढ़ता है, यह क्रिस्टल परमाणुओं को एक सघन संरचना में "निचोड़ने" के लिए मजबूर करता है: Fe forces। इस बहुरूपता में एक कॉम्पैक्ट एचसीपी है: हेक्सागोनल संरचना (हेक्सागोनल बंद पैक).

उपयोग / अनुप्रयोग

संरचनात्मक

अकेले लोहे के कुछ ही अनुप्रयोग होते हैं। हालांकि, जब इसे किसी अन्य धातु (या मिश्र धातु, जैसे टिन) के साथ लेपित किया जाता है, तो यह जंग से सुरक्षित होता है। इस प्रकार, लोहा इमारतों, पुलों, फाटकों, मूर्तियों, ऑटोमोबाइल, मशीनों, ट्रांसफार्मर आदि में मौजूद एक निर्माण सामग्री है।.

जब छोटी मात्रा में कार्बन और अन्य धातुओं को जोड़ा जाता है, तो उनके यांत्रिक गुणों को प्रबलित किया जाता है। इस प्रकार के मिश्र धातुओं को स्टील्स के रूप में जाना जाता है। स्टील्स लगभग सभी उद्योगों और उनकी सामग्रियों का निर्माण कर रहे हैं.

दूसरी ओर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रयुक्त मैग्नेट के निर्माण के लिए अन्य धातुओं (कुछ दुर्लभ पृथ्वी) के साथ मिश्रित लोहे का उपयोग किया गया है.

जैविक

आयरन जीवन में एक आवश्यक भूमिका निभाता है। हमारे शरीर में, यह एंजाइम हीमोग्लोबिन सहित कुछ प्रोटीन का हिस्सा है.

हीमोग्लोबिन के बिना, ऑक्सीजन का वाहक अपने धात्विक Fe केंद्र के लिए धन्यवाद3+, ऑक्सीजन को शरीर के विभिन्न क्षेत्रों में नहीं पहुंचाया जा सकता, क्योंकि पानी में यह बहुत अघुलनशील होता है.

हीमोग्लोबिन रक्त के माध्यम से मांसपेशियों की कोशिकाओं तक जाता है, जहां पीएच एसिड होता है और सीओ की उच्च सांद्रता प्रचुर मात्रा में होती है2. यहां रिवर्स प्रक्रिया होती है, अर्थात्, इन कोशिकाओं में स्थितियों और इसकी कम एकाग्रता के कारण ऑक्सीजन जारी होता है। यह एंजाइम कुल चार O अणुओं का परिवहन कर सकता है2.

कैसे मिलता है??

इसकी प्रतिक्रियाशीलता के कारण यह पृथ्वी की पपड़ी में ऑक्साइड, सल्फाइड या अन्य खनिजों को बनाने में पाया जाता है। इसलिए, उनमें से कुछ का उपयोग कच्चे माल के रूप में किया जा सकता है; सब कुछ लागत और उसके रासायनिक वातावरण में लोहे को कम करने की कठिनाइयों पर निर्भर करेगा.

अप्रत्यक्ष रूप से, लोहे के आक्साइड की कमी इसके सल्फाइड की तुलना में अधिक संभव है। हेमेटाइट और मैग्नेटाइट, फ़े3हे4, इस धातु के मुख्य स्रोत हैं, जो कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं (कोक के रूप में).

इस विधि द्वारा प्राप्त लोहा तरल और गरमागरम होता है, और इसे इण्डोट्स के इल्लियों (जैसे लावा कैस्केड) में खाली कर दिया जाता है। साथ ही, बड़ी मात्रा में गैसें बन सकती हैं, जो पर्यावरण के लिए हानिकारक हो सकती हैं। इसलिए, लोहे को प्राप्त करने में कई कारकों का विचार शामिल है.

ओवन के अंदर प्रतिक्रियाएं

उनके निष्कर्षण और परिवहन के विवरण का नाम लिए बिना, ये ऑक्साइड चलते हैं, कोक और चूना पत्थर (CaCO) के साथ3) भट्टियों को विस्फोट करने के लिए। निकाले गए ऑक्साइड सभी प्रकार की अशुद्धियों को ले जाते हैं, जो सीएसीओ के थर्मल अपघटन से जारी सीएओ के साथ प्रतिक्रिया करते हैं3.

एक बार ओवन में कच्चे माल के बैच को चार्ज करने के बाद, इसके निचले हिस्से में 2000 batchC पर हवा का एक प्रवाह चलता है, जो कोक को कार्बन मोनोऑक्साइड में दहन करता है:

2C (ओं) + हे2(g) => 2CO (g) (2000 )C)

यह सीओ भट्ठे के ऊपर तक जाता है, जहां यह हेमेटाइट से मिलता है और इसे कम करता है:

3Fe2हे3(s) + CO (g) => 2Fe3हे4(s) + CO2(g) (200 ° C)

मैग्नेटाइट में Fe आयन होते हैं2+, Fe कमी वाले उत्पाद3+ सीओ के साथ। फिर, इस उत्पाद को और अधिक सीओ के साथ कम किया जाना जारी है:

धर्म3हे4(s) + CO (g) => 3FeO (s) + CO2(छ) (g०० gC)

अंत में, FeO का अंत धात्विक लोहे तक कम हो रहा है, जो भट्ठी के उच्च तापमान के कारण पिघलता है:

FeO (s) + CO (g) => Fe (s) + CO2(G)

विश्वास (s) => विश्वास (l)

जबकि एक ही समय में CaO सिलिकेट और अशुद्धियों के साथ प्रतिक्रिया करता है, जो तरल स्लैग के रूप में जाना जाता है। यह लावा तरल लोहे की तुलना में कम घना है, यही कारण है कि यह इसके ऊपर तैरता है और दोनों चरणों को अलग किया जा सकता है.

संदर्भ

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