ütü

özellikleri
[ Ar ] 3 gün 6 4 saniye 2 26 fit Periyodik tablo
Genel olarak
İsim , sembol , atom numarası	Demir, Fe, 26
Öğe kategorisi	Geçiş metalleri
Grup , nokta , blok	8 , 4 , gün
Görünüm	grimsi bir renk tonu ile parlak metalik
CAS numarası	7439-89-6
EC numarası	231-096-4
ECHA Bilgi Kartı	100.028.270
Dünya kabuğunun kütle kesri	%4.7
atomik
atom kütlesi	55.845 (2) u
Atom yarıçapı (hesaplanmış)	140 (156) öğleden sonra
kovalent yarıçap	düşük dönüş: 123 pm, yüksek dönüş: 152 pm
Elektron konfigürasyonu	[ Ar ] 3 gün 6 4 saniye 2
1. İyonlaşma enerjisi	7..902 468 1 (12) eV ≈ 762.47 kJ / mol
2. İyonlaşma enerjisi	16.199220 (5) eV ≈ 1 562.98 kJ / mol
3. İyonlaşma enerjisi	30..651 (12) eV ≈ 2 957.4 kJ / mol
4. İyonlaşma enerjisi	54.91 (4) eV ≈ 5 298 kJ / mol
5. İyonlaşma enerjisi	75.00 (15) eV ≈ 7 236 kJ / mol
fiziksel olarak
Fiziksel durum	sabit
Değişiklikler	dört
Kristal yapı	α-demir: vücut merkezli kübik γ-demir: yüzey merkezli kübik
yoğunluk	7.874 g / cc 3  = 7874 kg / m
Mohs sertliği	4.0
manyetizma	ferromanyetik
Erime noktası	1811 K (1538 ° C)
kaynama noktası	3273K (3000°C)
molar hacim	7,09 · 10 -6 m 3 · mol -1
Buharlaşma ısısı	354 kJ / mol
Füzyon ısısı	13,8 kJ mol -1
ses hızı	4910 m s -1 293,15 K'da.
Özgül ısı kapasitesi	449 J kg -1 K -1
iş fonksiyonu	4,5 eV
Elektrik iletkenliği	11.7 · 10 6 A · V -1 · m -1
Termal iletkenlik	80 W m -1 K -1
mekanik olarak
genişleme katsayısı	11.8 · 10 −6  Bin −1
kimyasal olarak
oksidasyon durumları	2, 3 , 4, 5, 6
Normal potansiyel	-0,44 V (Fe 2+ + 2 e - → Fe)
elektronegatiflik	1.83 ( Pauling ölçeği )
izotoplar
izotop NH t 1/2 ABD ZE (M eV ) ZP 52 fit {syn.} 8.275 saat ε 2,372 52 milyon 53 fit {syn.} 8,51 dk ε 3.743 53 milyon 54 fit %5,8 Kararlı 55 fit {syn.} 2.737 bir ε 0.231 55 milyon 56 fit %91.72 Kararlı 57 fit %2.2 Kararlı 58 fit %0.28 Kararlı 59 fit {syn.} 44.495 gün β - 1.565 59 Ortak 60 fit {syn.} 2.62 · 10 6 bir β - 3.978 60 Co
Diğer izotoplar için izotopların listesine bakın.
NMR özellikleri
Spin kuantum sayısı I γ içinde rad · T -1 · s -1 E r  ( 1 H) f L de B = 4.7 T içinde MHz 57 fit 1/2 0+0.86806 10 7 3.4 · 10 -5 06.493
güvenlik talimatları
GHS tehlike etiketlemesi büyük şekil GHS piktogramları yok daha fazla tehlike H ve P cümleleri H: H-ifadesi yok P: P-ifadesi yok
Olabildiğince ve alışılageldiği kadarıyla SI birimleri kullanılır. Aksi belirtilmedikçe, verilen veriler standart koşullar için geçerlidir .

Demir a, kimyasal element ile sembolü Fe ( : Latin Ferrum , demir ) ve atom numarası O ait 26 geçiş metalleri de periyodik tablonun, 8. alt grup ( demir, platin grubu yeni sayısı, gruba göre) 8 ( Demir grubu ). Gelen bakımından kütle oranı ( ppm ), demir dördüncü en bol elemanı içinde yer kabuğunda sonra oksijen , silikon ve alüminyum ve en bol metal alüminyum sonra .

Bir modern demir malzeme kütle oranı arasında karbon ,% 2 'ye kadar denir çelik daha yüksek bir içeriğe sahip, dökme demir . Ayrım, dökme demirin plastik olarak deforme olmaması, özellikle dövülmemesi, çeliğin deforme olması, yani dövülebilir olması gerçeğine dayanmaktadır. Düşük karbon içeriğine sahip daha eski malzemeler (yaklaşık 1870'den önce) dövme demir olarak adlandırılır ve modern çelikten farklı üretildikleri için daha fazla safsızlık içerirler.

Öykü

Arkeolojik buluntular aracılığıyla çeşitli kültürlerde demirin kullanıldığına dair kanıtlar, bronz buluntulara kıyasla nispeten nadirdir. Bir yandan tarihin ilk dönemlerinde demir sadece küçük bir oranda kullanılmış, diğer yandan demiri nemli havada, suda ve ıslak toprakta korozyona uğratmış, pek çok eşya alınamamıştır. Sadece özel durumlar veya nesnenin büyük boyutları bu tür parçaların kaybolmasını engelledi.

kelime kökeni

Geçmişte Keltçe ve Cermen dilinde demir için kullanılan kelimenin ( Kelt * isarnon , Cermen * isarna ) İlirya dilinden ödünç alındığı varsayılırdı . Daha yumuşak bronzla olan kontrast nedeniyle, * isarnon ile Latince ira "öfke, şiddet" arasında bir ilişki temsil edildi. Yeni Yüksek Almanca kelime demir (Orta Yüksek Almanca īsen'den ve īsīn "demir"den) Eski Yüksek Almanca īsa (r) n'den , eski Almanca * īsarnan'dan ve bu da Galya dilinden * īsarnon'dan türetilmiştir ; Öte yandan İlirya kökenli bir köken artık pek olası görülmemektedir. * Isarnan ve isarnon Alman kullanılan demir yanı sıra diğer Cermen dillerinde (İngilizce demir , Kuzey Frizce joorn , Batı Frizce metodlarının , Hollandalı IJzer () ve Kelt dillerinde Breton houarn , kymr.haearn , İrlanda ve İskoç Galcesi iarann , Manx yiarn ).

Bir malzeme olarak olağanüstü önemine ek olarak, demir, Mars gezegeni ve erkeklik için " ♂ " sembolü ile ilişkilendirildiği simyada kullanılmıştır .

Göktaşı demirinin ilk kullanımı

Farklı kültürlerdeki insanlar cevherden demir çıkarmayı öğrenmeden önce, gerçek " Demir Çağı "ndan önce bilinen ve yaklaşık %5 ila 18'lik özel nikel içeriğiyle tanınan göktaşı demirini veya göktaşı demirini kullandılar . Nadir olması nedeniyle, bu "gök demiri" ( eski Mısır : bj-n-pt = "cennetin demiri") buna uygun olarak değerliydi ve esas olarak kült nesneleri ve mücevherler olarak işlendi. Örneğin eski Mısır'da, hanedan öncesi zamanlardan kalma iki mezarda, MÖ 3200 yıllarına tarihlenen ve yaklaşık %7,5 nikel içeriğine sahip meteor demirinden yapılmış mücevher incileri bulundu . Tarihli. Firavun Tutankhamun'un mumyasında bulunan bir hançerin meteor demirinden yapılmış olduğu varsayımını erkenden doğrulamak da mümkündü . Meteorik demirden bilinen en eski buluntular, orada yaşayan Sümerler tarafından "urudu-an-bar" (= cennetin bakırı ) olarak adlandırılan  Mezopotamya'dan gelmektedir . Diğer şeylerin yanı sıra , üretimi MÖ 3100 yılına dayanan Ur şehrinde meteor demirinden yapılmış bir bıçak (% 10,8 Ni) ve altın kaplı bir saplı bir hançer keşfedildi. Tarihli.

Cevherden demir üretimi

Demir eritmenin başlangıcı için bkz.

Akdeniz ve Küçük Asya

Nikelsiz, yani karasal demirin kullanımı, MÖ 3000 ile 2700 yılları arasındaki dönemden kalma bronz saplı nikel içermeyen demir bir hançerin kanıtladığı gibi, Mezopotamya'da da erken dönemde gerçekleşmiş olmalıdır. Şimdi Irak'ta bulunan Tell Asmar yakınlarındaki Ešnunna harabelerinde bulunan M.Ö. Orta Anadolu'daki Boğazkale (eski adıyla Boğazköy ) arşivlerindeki Hitit kayıtları, demirin Kral Anitta (yaklaşık MÖ 1800) zamanında zaten bilindiğini ve demirin en az yaklaşık MÖ 1300'den itibaren eritildiğini göstermektedir. 1600 ile 1200 yılları arasında. Demir üretimi, büyük ölçüde Hitit İmparatorluğu'nun tekelinde kaldı ve yükselişinde bir faktördü. 1200'den itibaren Levant'ta çelik, karbon içeriği artırılarak üretildi . Hititler, esas olarak, başlangıçta ağırlığının sekiz katı kadar altın olan demirden mücevher yaptılar. Geç Hitit döneminde demir o kadar yaygındı ki artık değerli madenlerle değil, bakırla birlikte envanter listelerinde yer aldı. Ancak Hititlerin tekelinde olduğu söz konusu olamaz: Orta ve Geç Tunç Çağı'ndan kalma karasal demirden yapılmış benzersiz parçalar Yunanistan ve Kıbrıs'ta, Ürdün, Lübnan, İsrail ve Mısır'da da bulundu.

Demir Çağı'nın genellikle Orta Doğu'da MÖ 1200 civarında başladığına inanılmaktadır. M.Ö. - Demir bu noktadan sonra önemli bir rol oynadığı için değil, Tunç Çağı kültürleri çok kısa bir süre içinde çöktüğü için. Demir Çağı'nın ilk yüzyılları, birçok şehrin yıkıldığı, uzun mesafeli ticaretin çöktüğü ve metal üretiminin adeta uykuya daldığı bu bölgede bir " karanlık çağ "dır. Sadece MÖ 700 civarında Kültürler çöküşten kurtulduğunda, demir yeniden daha yaygın hale geldi. 1200'den beri Bu bölgede ayrıca Şam şehrinden adını alan Şam çeliği veya erimiş şam da vardır. Bu malzeme sadece Orta Doğu'da değil, diğer bölgelerde de daha önce biliniyor, örneğin en geç MÖ 300'den beri kullanıldığı Güney Hindistan'da. imal edilir.

Eski Mısır'da demir sadece MÖ 6. yüzyılda eritildi. Kanıtlanmış. Göktaşı ütüler Eski Krallık'tan beri kullanılmaktadır . Daha sonraki metinlerde buna bj-n-pt (“cennetin demiri”) olarak atıfta bulunuldu ve çoğunlukla ağız açma ritüeli için muska ve model araçlar yapmak için kullanıldı . İyi bilinen bir buluntu, Tutankhamun'dan yaklaşık MÖ 1350'den kalma bir mezar hediyesi olarak bir hançer bıçağıdır . Son çalışmalara göre, büyük olasılıkla meteorik demirden oluşan BC. Abydos yakınlarındaki bir mezarda bulunan 6. Hanedan'a (MÖ 2347-2216) ait bir diğer demir bulgunun nikel içermediği ve dolayısıyla karasal olduğu belirlenebilir, ancak parçanın tamamen paslanmış olması nedeniyle daha önceki kullanımı belirlenememiştir. 1837'de Büyük Piramidin eklem yerlerinde bulunan ve başlangıçta 4. Hanedan'a tarihlenen demir bıçak, modern bir parça haline geldi.

Ayrıca, Chalyber , metalurjik bir malzeme olarak demirin kullanımı hakkında iyi bir bilgi sahibi olan Akdeniz ve Küçük Asya halklarına aitti. İsimleri , yaygın demirin ( sideros ) aksine , Yunanca çelik ( chalybs ) kelimesinde yaşadı . Yunan topraklarında en erken demir ergitme izleri MÖ 2000 yıllarından kalma demir cürufu şeklinde bulunmuştur. In Agia Triada Girit.

Eski Mısır'da ve Gerar'da (Filistin), demir eritme MÖ 1000 civarında başladı. Gerar (demir eritme fırınları ve yerel olarak üretilen tarım aletleri ile kanıtlanmıştır) ve en azından Han hanedanlığından beri (MÖ 206 - MS 222) Çin'de bilinir .

Avrupa

Kont Gozzadini'nin 1853 yılında Bologna yakınlarındaki Etrüsk mezarlarında keşfettiği demirden çadır ve mızraklar, Avrupa'nın en eski eserleri arasında yer alıyor . 9. ile 10. yüzyıllar arasına tarihlenmektedir. Genel olarak Orta Avrupa'da, Roma öncesi Demir Çağı genellikle Hallstatt Dönemi (MÖ 800-450) ve Latène Dönemi (MÖ 450'den itibaren ) olarak ayrılır ve ilk demir nesneler Geç Tunç Çağı kadar erken ortaya çıkmıştır.

Almanya bilinen en eski demir sonuçlarından biri, bir demir perçin bronz mızrak ucunun ve bulunan bir ahşap şaft arasında bir bağlantı olarak Helle yaklaşık 800 BC (Ostprignitz) ve tarihleri. M.Ö. tarihleri. Bununla birlikte, Almanca konuşulan bölgede, ancak tüm Kelt kültüründe yaklaşık 300 yıl sonra başlayan La Tène dönemi, çok sayıda demir eritme yeri ve demir buluntu (örneğin Siegerland ve Teltow'da ) ile ilk yüksek kültürü işaret etti . Tunç Çağı kültürleri, Hallstatt Dönemi boyunca kuzey Almanya'da varlığını sürdürdü. Alplerin güneyinde ise yüksek bir kültür, çok miktarda bronz ve demir üreten ve ürünleri Orta Avrupa'ya ulaşan Etrüskler vardı. Diğer şeylerin yanı sıra, onlar mayınlı bir demir skarnın üzerinde Elba .

18. yüzyıla kadar Avrupa'da yarış fırınları veya ilgili demirhanelerle yarış işleri yaygındı. Orta Çağ'ın sonlarına kadar, dövülebilir demir yapmanın tek yolu onlardı. Bu noktadan itibaren “ tazeleme ”, ham veya dökme demirin karbon içeriğinin azaltılmasına izin verdi . Sıvı pik demir bu işlemle oluşturulmadı, ancak bir yarış fırını yalnızca 1000 ila 1200 ° C arasındaki sıcaklıklara ulaşabileceğinden, ancak saf demirin erime noktası 1538 ° C'dir (saf sementitin erime noktası , Fe ₃ C: 1250 °C). Yüksek fırınların ve dolayısıyla dökme demirin gelişimi Avrupa'da daha sonra gerçekleşti. En erken dökme demir parçaları İsveç'te ( Lapphyttan ve Vinarhyttan ) keşfedildi ve 1150-1300 yıllarına tarihlendirildi. Dökme gülle ile (1400'den itibaren), dökme demir işleme, kampanyalar gibi Avrupa'ya yayıldı.

Avrupa'da azalan ormanlar, demir üretimi için artan kömür ihtiyacını artık karşılayamaz hale gelince, alternatifler arandı. 1709'da, Büyük Britanya'daki Abraham Darby , alternatif olarak kömürü (daha doğrusu kömür ürünü kok ) kullanan ilk kişi oldu . Almanya'da koklu bir yüksek fırını işletmek ancak 1796'da mümkün oldu. Bu değişim, buhar makinesinin icadı ile birlikte sanayi devriminin başlangıcı olarak kabul edilir . Eritme işleri, dökme demir ve ferforje üretti . 1784 civarında su birikintisi sürecinin başlamasıyla , daha önce yaygın olan kömürü daha ucuz taş kömürü ile değiştirmek mümkün oldu.

Avrupa ve Küçük Asya dışında demir kullanımı ve buluntuları

Afrika'da yaklaşık 3000 yıl önce başlayan çok eski bir demir üretimi geleneği de vardı. Afrikalı metalürjistler deney yapmaya ve yenilikçi olmaya çok hevesliydiler, fırınların yapım yöntemleri ve biçimleri diğer kıtalarda bulunamayacak bir çeşitlilik gösteriyor. Moritanya ve Nijer gibi birkaç istisna dışında , Sahra'nın güneyinde demir ergitme öncesi yerlerin çoğunda Bakır veya Tunç Çağı yoktu: Neolitik'i hemen Demir Çağı izledi. Arkeologlar , Nijer'deki Termit masifinde keşfedilen Afrika'daki bilinen en eski eritme fırınını MÖ 800'e tarihlendirdiler. Demir işleme için diğer siteler, örneğin, keşfedildi Walalde içinde Senegal'de de, Orta Afrika Cumhuriyeti'nde, Ruanda içinde, Taruga etrafındaki bölgede Nsukka ve kuzey kenarında Mandara Dağları arasındaki sınır bölgesinde bulunan Nijerya ve Kamerun .

MÖ 7. yüzyıldan Orta Doğu ve Avrupa'nın bazı bölgelerindeki kültürlere ek olarak, demir diğer birçok bölgede de biliniyordu: örneğin Hindistan ve Sri Lanka'da, Çin'de, Doğu Avrupa'da İskitlerle birlikte ve ayrıca Afrika'da Sahra'nın güneyinde. In Kolhi , bugünün Batı Gürcistan, 7. yüzyılda önemli bir demir üreticisi oldu. Orada hematit ve manyetitin eritildiği yaklaşık 400 fırın bulundu.

Çin'de demir ile ilk deneyim göktaşı demirinden elde edildi. Dövme demirin ilk arkeolojik izleri kuzeybatıda, Xinjiang yakınlarında , MÖ 8. yüzyıldan itibaren bulunabilir. Ortadoğu yöntemleri kullanılarak oluşturulan bu ürünlerin ticaret yoluyla Çin'e geldiğine inanılıyor. Bu , MÖ 5. yüzyılda geç Zhou döneminde değişti . Yüksek fırınlarda büyük bir dökme demir üretimi ile. Çin sürekli olarak teknolojiyi geliştirdi ve çok yenilikçi bir metalurji merkezi olarak kaldı.

Doğu İran, güney Afganistan ve güneybatı Pakistan'a uzanan bir bölge olan Turan'ın mezarlarında , Khorsabad harabelerinde demir nesneler ve daha büyük demir depoları bulundu . Yaklaşık 160.000 kg demir çubuk halkaları ve zincir parçaları ile birlikte Victor Place tarafından keşfedilmiştir . Layard geldi böyle kasklar, mızrak ve hançerler kadar demir silahlarla yaptığı kazılarda Nemrut . Ünlü Delhi'deki Demir Sütun , 4/5'ten itibaren yedi metre yüksekliğindeki ferforje sütundur. Yüzyıl.

Bununla birlikte, Avustralya ve çevresindeki nüfuslu Polinezya adalarında, Avrupalı ​​araştırmacılar tarafından keşfedilene kadar demirin kullanımı bilinmiyordu. Orta ve Güney Amerika'daki İnkalar ve Azteklerin aksi halde yüksek olan kültüründe bile , iyi kalitede ve büyük işçilikte altın, gümüş, bakır ve bronz işlendi, ancak demir yalnızca küçük miktarlarda ve yalnızca meteorik demirdi.

Olmak

Demir içinde dokuzuncu seride nispi elemanlarının bolluğu silikona bağlı 8.7 · 10 ile evrenin ⁵ başına 1 atomuna · 10 ⁶ silikon atomuna haizdir. Füzyon yüksek elementlerin füzyonu artık enerji bırakır beri demir ile yıldız biter elemanların, ama (bkz harcanan zorundadır nükleosentez ). Süpernova patlamalarında endotermik olarak daha ağır elementler ortaya çıkar ve bu da yıldızda oluşan maddenin saçılmasından sorumludur.

Kütle fraksiyonuna göre element bolluğu sıralamasında , demir tüm dünyada 2. sırada (%28.8), yer kabuğunda 4. sırada (%4.70) ve kıta kabuğunda 4. sırada (% 5,63 ); deniz suyunda sadece 0,002 mg/L'ye kadar bulunur. Demir, nikel ile birlikte muhtemelen dünyanın çekirdeğinin ana bileşenidir . Muhtemelen termal kuvvetler tarafından yönlendirilen, dış çekirdekteki sıvı demirin konveksiyon akımları, dünyanın manyetik alanını yaratır .

Yerkabuğundaki demirin çoğu, çeşitli diğer elementlerle ilişkilidir ve birkaç yüz farklı demir minerali oluşturur. Önemli ve ekonomik olarak önemli bir sınıf, hematit (Fe ₂ O ₃ ), manyetit (Fe ₃ O ₄ ) ve siderit (FeCO ₃ ), limonit (Fe ₂ O ₃ · n H ₂ O) ve götit gibi demir oksit mineralleridir ( FeO · OH ), demirin ana cevherleridir. Birçok magmatik kayaç ayrıca sülfit minerali pirotit ve onunla iç içe olan nikel-demir mineral pentlandit içerir . Sırasında hava koşullarına , demir eğilimi süzdürülmesi üzerinden sülfit yatakları olarak sülfat ve gelen silikat depozitlerinden olarak bikarbonat . Her ikisi de sulu çözelti içinde oksitlenir ve hafif artan pH'da demir (III) oksit şeklinde çökelir .

Büyük demir yatakları, düşük demirli şeyl ve çört şeritleriyle değişen tekrarlanan ince demir oksit katmanlarından oluşan bir kaya türü olan şerit cevherleridir . Şerit cevherleri esas olarak 3700 milyon yıl önce ile 1800 milyon yıl önce (en son 350 milyon yıl önce oluşturulmuştur) arasında demirin siyanobakteriyel fotosentez tarafından üretilen oksijenle reaksiyona girmesiyle biriktirilmiştir .

İnce öğütülmüş demir (III) oksitler veya hardal gibi oksit hidroksitler içeren malzemeler, tarih öncesi çağlardan beri sarı (okra), kırmızı (hematit), kahverengi (umber) ve siyah (manyetit) pigmentler olarak kullanılmıştır . Ayrıca Oregon'daki Painted Hills ve kırmızı kumtaşı gibi tüm jeolojik oluşumlar da dahil olmak üzere çeşitli kayaların ve killerin rengine katkıda bulunurlar . By demir kumtaşı Almanya ve Banyo Taş birçok tarihi bina ve heykeller sarımsı renkte İngiltere demir bileşiklerinin sorumludur. Mars yüzeyinin meşhur kırmızı rengi, demir oksit açısından zengin bir regolitten gelir .

Demir sülfür minerali pirit ( FeS ₂ ) önemli miktarda demir içerir. Ancak esas olarak sülfürik asit üretimi için kullanılır , bu sayede üretim sırasında meydana gelen çakıl yanıkları yüksek demir içeriğine sahiptir. Ancak, demiri kırılgan hale getiren kükürt kalıntılarının uzaklaştırılması gerektiğinden, bunları ancak modern yöntemlerle demir üretimi için kullanmak mümkündür. Aslında demir o kadar yaygındır ki, üretim genellikle yalnızca çok yüksek demir içeriğine sahip cevherlere odaklanır.

Cevherlerdeki demir

Çıkarılacak ilk yataklar, çim demir taşı ve açıkta kalan cevherlerdi. Günümüzde esas olarak manyetit ( Fe ₃ O ₄ ), hematit ve siderit çıkarılmaktadır. En büyük demir cevheri yatakları, aynı zamanda takonit ve itabiritler olarak da adlandırılan ve esas olarak hematit ve manyetit mineralinde demir içeren bantlı demir oluşumlarında (BIF, bantlı demir cevheri veya bantlı demir oluşumu ) bulunur.

Mineral olarak demir

Ve doğada Nadir demir onurlandırılmaktadırlar genellikle küçük kabarcıklar ya da çevresindeki kayaya şişkinliklerin şeklinde, hem de büyük olarak, daha önce , mineral agregat ağırlığında 25 tona kadar, ve bu nedenle olarak , mineral tanıdı. Uluslararası Mineraloji Derneği göre (IMA) listelerini bunu Strunz (9 baskı) göre minerallerin sistematiği hiçbir sistemi altında. "1.AE.05" (elementler - metaller ve intermetalik bileşikler - demir-krom ailesi) ( 8. baskı : I / A.07-10 ). İngilizce konuşulan ülkelerde de yaygın olan Dana'ya göre minerallerin sistematiği, mineral elementini sistem no. "1.1.1.0".

Şimdiye kadar, dünya çapında 120 bölgede (2010 itibariyle) katı demir tespit edildi, ancak büyük çoğunluğu Kamacite çeşidinin meteoritik demir buluntularından oluşuyor .

Demir kübik kristal sisteminde kristalleşir , oluşum koşullarına ve saflık derecesine bağlı olarak 4 ile 5 arasında bir Mohs sertliğine ve çelik grisi ila siyah renge ( demir siyahı ) sahiptir. Çizgi rengi de gri.

Su ve oksijen ile reaksiyona girdiğinden ( paslanma ), katı demir stabil değildir. Bu nedenle, sadece demir meteoritlerde ve bazaltlarda , bazen demir içeren minerallerden kaynaklanan bir azalmanın olduğu Kamasit (%4 ila %7.5 Ni) veya taenit (%20 ila %50 Ni) şeklinde nikel ile alaşım oluşur . Daha düşük nikel içeriğine sahip demir , aynı çeşit olarak kabul edilir ve Josephinite adı altında bilinir , ancak bu ad aynı zamanda mineral Awaruit (Ni ₃ Fe) ile eşanlamlıdır .

Demir cevherleri ise nispeten sık bulunur; Önemli örnekler minerallerdir manyetite ( manyetik demir cevheri Fe ₃ O ₄ ), hematit ( hematit , Fe ₂ O ₃ ), pirotit ( pirotit , FeS) pirit ( demir pirit , FeS ₂ ), siderittir ( siderite , FeCo ₃ ) ve kayaya uygulanabilir limonit olarak ( limonit , Fe ₂ O ₃ · n H ₂ O). Bazen demir taşı olarak adlandırılan tortul kaya demir ooliti , killi veya kalkerli bağlayıcılarla çimentolanmış demir hidroksit minerallerinden oluşur. Klorit , glokonit ve pirit mineralleri endüstriyel açıdan daha az ilgi görür , ancak doğada oldukça sık bulunur . Şu anda (2010 itibariyle) toplam 1424 demir minerali bilinmektedir.

Gıdalardaki demir

Birçok gıda eser miktarda demir içerir. Örneğin, yulaf ( kabuğu alınmış) 58 mg/kg, arpa ( kabuğu alınmış) ve çavdar 28 mg/kg, buğday 33 mg/kg, kakao (biraz yağı alınmış) 125 mg/kg, ıspanak 38 mg/kg, patates 5 içerir. mg / kg, Maydanoz 55 mg / kg, elma 2 ila 9 mg / kg, sığır eti 21 mg / kg, sığır karaciğeri 70 mg / kg, sığır böbrek 11 mg / kg, domuz karaciğeri 154 mg / kg, domuz 18 mg / kg , domuz böbreği 100 mg/kg, Domuz kanı 550 mg/l, sığır kanı 500 mg/l, inek sütü 0.5 mg/l ve yumurta sarısı 60 ila 120 mg/l.

finansal destek

Çin Halk Cumhuriyeti 2017, ardından pik demir uzak ülke, en önemli 711 milyon ton (yüzde 60) 'dir Japonya'da 78 milyon ton (yüzde 6,6), Hindistan 66 milyon ton (yüzde 5,6) ve Rusya 52 milyon ton (yüzde 4,4). Dört eyalet birlikte 1170 milyon tonluk dünya üretiminde yüzde 77,5'lik bir paya sahipti. Avrupa'da ise diğer önemli üreticiler Ukrayna , Almanya ve Fransa oldu .

2017 yılında dünya çapında yaklaşık 2,4 milyar ton demir cevheri çıkarıldı. En önemli demir cevheri tedarikçileri Avustralya olurken , onu Brezilya , Çin Halk Cumhuriyeti, Hindistan ve Rusya izledi . Birlikte dünya üretiminin yüzde 80,8'ini aldılar. Ek olarak, hurdadan yeni demir yapılır.

Dünyanın en büyük pik demir üreticileri (2016)

rütbe	ülke	Üretim (milyon ton olarak )		rütbe	ülke	Üretim (milyon ton olarak)
1	Çin Halk Cumhuriyeti	700,7		11	Tayvan	014.9
2	Japonya	080.2		12.	Türkiye	012.5
3	Hindistan	077,3		13	Fransa	009.7
4.	Rusya	051.9		14.	Kanada	007.6
5	Güney Kore	046.3		15.	Birleşik Krallık	006.1
6.	Brezilya	035.0		16	Hollanda	006.1
7.	Almanya	027.3		17.	İtalya	006.0
8.	Amerika Birleşik Devletleri	022.3		18.	Avusturya	005.6
9	Ukrayna	021.9		19.	Meksika	005.2
10	İran	018.3		20.	Güney Afrika	005.0

Küresel demir cevheri üretiminin gelişimi (milyon ton olarak)

Dünya çapında pik demir üretiminin gelişimi (milyon ton olarak)

Çıkarma ve sunum

Cevher madenciliği ve işleme

Demir cevheri esas olarak açık döküm madenciliğinde ve daha az sıklıkla inşaat mühendisliğinde ( Kiruna demir cevheri madeninde olduğu gibi yeraltı madenciliği) çıkarılır. Madenciliğe değer olduğu kabul edilen demir cevheri yataklarının açıkta bulunduğu durumlarda, cevher daha az zahmetli açık ocak madenciliğinde çıkarılabilir. Demir cevherinin çoğu Brezilya, Avustralya, Çin, Hindistan, Amerika Birleşik Devletleri ve Rusya'da çıkarılıyor.

Son yıllarda, bu ülkeler , Yukarı Pfalz'daki son demir cevheri madeni 1987'de kapatılan Fransa, İsveç ve Almanya gibi başlangıçta en önemli demir cevheri üreten ülkeleri yerinden etti .

Teknolojik ve ekonomik nedenlerle, yüksek fırınlarda işlenmek üzere kullanılan cevherler, kimyasal ve fiziksel açıdan tek tip özelliklere sahip olmalıdır. Buna göre madencilik sırasında elde edilen iri cevherlerin kırılıp öğütülerek elenmesi, çok ince olan cevherlerin ise topaklı hale getirilmesi gerekmektedir. Bu cevher hazırlama olarak bilinir. Bir veya farklı maden sahalarının cevherlerindeki düzensizlikler, cevherlerin karışık yataklar üzerinde karıştırılmasıyla telafi edilir. Cevherlerin sadece küçük bir kısmı doğrudan yüksek fırında parça cevher olarak kullanılabilir . Demir cevherinin ana kısmı ince cevher olarak bulunur ve yüksek fırında kullanım için topaklı hale getirilmelidir, çünkü ince cevher yüksek fırında hava beslemesini (rüzgarı) büyük ölçüde bozar ve hatta engeller. Bunun için en önemli işlemler sinterleme ve peletlemedir . Almanya'da cevherler esas olarak sinterleme ile parçalara ayrılır. Diğer ülkelerde, örneğin ABD'de, daha fazla pelet kullanılır, bu sayede işlemden kaynaklanan tane boyutu, işlemin seçimi için belirleyicidir. Sinterleme, 2 mm'den fazla tane boyutu gerektirirken, daha da ince öğütülmüş cevherler peletlenir.

Sinterleme tesislerinde daha iri cevher taneleri boyutlarına göre tasnif edilerek sinterlenir. Küçük cevher taneleri, gazla çalışan, motorla çalışan hareketli ızgaralar (ızgara konveyör bantları) üzerine kireç agregaları ile birlikte yerleştirilmeli ve yoğun ısıtma ile eritilmeli ve böylece "birlikte pişirilmelidir" (sinterlenmelidir). Çok ince cevher, genellikle gangı ayırmak için gerekli olan ince bir toz halinde öğütülür. Daha sonra kireçtaşı, ince taneli kok (kok esintisi) ve su ile yoğun bir şekilde karıştırılır ve motorlu hareketli ızgaraya yerleştirilir. Gazlar, hareketli ızgara aracılığıyla alttan çıkarılır. Ateşleme yukarıdan gerçekleşir ve kısa bir süre eriyen (sinterlenmiş) karışım boyunca yukarıdan aşağıya doğru yanan bir cephe hareket eder. Peletleme sırasında bağlayıcılar, agregalar ve su bir karışım oluşturmak için kullanılır ve bu karışım daha sonra 8 ila 18 mm çapında küçük toplar (yeşil topaklar) oluşturmak üzere peletleme plakalarına yuvarlanır. Bunlar, şaftlı fırınlarda veya döner fırınlarda, hareketli bir ızgara üzerinde 1000 ° C'de gaz ateşlemesiyle pelet haline getirilir. Sinterin taşınması kolay değildir ve bu nedenle demir çelik fabrikalarında üretilir, pelet tesisleri çoğunlukla cevher madenlerinin yakınında işletilir.

Yüksek fırında demir üretimi

Demir, oksidik demir cevherlerinin (veya atmosferik oksijen ile kavrulduktan sonra sülfidik demir cevherlerinin) ve karbonun (kok) demir oksitinin kimyasal olarak indirgenmesiyle elde edilir . Pik demir, neredeyse yalnızca uzun üfleyici şaftlı fırınlarda (yüksek fırınlar) üretilir. Sadece ucuz hidroelektrik santralleri ve pahalı kömürü olan ülkelerde elektrikli fırınlarda üretim sınırlı bir rol oynamaktadır. Kok ve cevher fırının üst kısmında sıralı olarak fırına dökülmektedir. Bu amaçla, genellikle fırın kabının üzerinde, fırın kabı ile çevre arasında gaz kilitleri görevi gören iki bunker düzenlenir . En üstte, fırın kabı içinde malzemenin yükleme yüzeyi üzerinde spiral şeklinde dağıtıldığı bir döner oluk vardır. Cevher plastik hale geldiğinde fırının alt bölgesindeki kok katmanları, proses gazının yataktan (kok penceresi) akmasını sağlar .

İnsert fırın şaftına batar ve kurutulur, ısıtılır, demir oksitler indirgenir ve son olarak yaklaşık 1600 ila 2200 °C (enjeksiyon noktasında) olan ve karbon monoksit ve karbon monoksitten oluşan yükselen proses gazı tarafından eritilir ( redoks reaksiyonu ). azot . Proses gazı, yaklaşık 900 ila 1300 °C'ye ısıtılmış havanın üflemeli kalıplama (su soğutmalı bakır nozullar) yoluyla fırına üflenmesiyle üretilir . Oksijen , hava, karbon monoksit oluşturmak üzere kok ile yakar. Tüm süreç yaklaşık sekiz saat sürer.

Sözde "dolaylı indirgeme", 500 ile 900 ° C arasındaki sıcaklık bölgesinde gerçekleşir. Çeşitli demir oksitler , sonunda metalik demir mevcut olana kadar, karbon monoksit veya hidrojen ile üç aşamada reaksiyona girer :

${\ görüntü stili {\ ce {3Fe2O3 + CO -> 2Fe3O4 + CO2}}}$ veya. ${\ görüntü stili {\ ce {3Fe2O3 + H2 -> 2Fe3O4 + H2O}}}$

Daha demir manyetit oluşturulur gelen hematit .

${\ displaystyle {\ ce {Fe3O4 + CO -> 3FeO + CO2}}}$ veya. ${\ görüntü stili {\ ce {Fe3O4 + H2 -> 3FeO + H2O}}}$

Manyetitten üretilen wustit .

${\ displaystyle {\ ce {FeO + CO -> Fe + CO2}}}$ veya. ${\ görüntü stili {\ ce {FeO + H2 -> Fe + H2O}}}$

Metalik demir, aşağıdaki yüksek fırında toplanan wüstitten üretilir.

900 ila 1600 ° C arasındaki sıcaklık aralığında, karbon ile "doğrudan bir azalma" da vardır:

${\ görüntü stili {\ ce {3Fe2O3 + C -> 2Fe3O4 + CO}}}$

${\ displaystyle {\ ce {Fe3O4 + C -> 3FeO + CO}}}$

${\ displaystyle {\ ce {FeO + C -> Fe + CO}}}$

Yüksek fırından çıkan üst gaz tozdan arındırılır ve yüksek fırın prosesi için gerekli olan rüzgar ısıtıcıları, fanlar, pompalar, aydınlatma, gaz temizleme ve taşıma cihazlarının çalıştırılmasında kullanılır. Fazlalık, çelik fabrikası operasyonları veya diğer endüstriyel amaçlar için kullanılır.

Fırın sıvı demire ek olarak sıvı cüruf da üretir . SiO ₂ ve Al ₂ O ₃ karışımının erime noktası 1450 °C'de sıvı bir cüruf oluşturamayacak kadar yüksek olduğundan, erime noktasını düşürmek için daha kolay eriyebilir kalsiyum alüminyum silikatlar üretmek için agregalar kullanılır . z mi? B. alümina ve silisik asit içeren ganglara, ki bu genellikle böyledir, buna göre kireçli olduğunu düşündürür, d. H. temel bileşenler (örneğin kireçtaşı , dolomit ). Kalkerli yürüyüşlerde ise tersine alümina ve silisik asit içeren, yani. H. asidik agregalar (örneğin feldispat , kil arduvaz ) eklenir. Demir ve cüruf, yüksek fırında karıştırılır, yaklaşık 1450 °C sıcaklığa sahiptir ve yaklaşık iki saatte bir musluk ile açılan bir musluk deliğinden çekilir ve yaklaşık bir saat sonra seramik bir kütle ile tıkanarak kapatılır. . Fırının dışında demir ve cüruf ayrıştırılır. Demir, taşıma tavalarına doldurulur ve çelik fabrikasına getirilir .

Demir 1450 °C'de sıvıdır çünkü demirde çözünen karbon erime noktasını düşürür . Cüruf su ile atomize edilir. Söndürme nedeniyle ince taneli bir cam (cüruf kumu) olarak katılaşır . Bu cüruf kumu ince öğütülür ve beton katkı maddesi (dolgu maddesi) olarak kullanılır . Tüm üretim süreci boyunca, yüksek fırındaki sürece bağlı olarak, ton demir başına 200 ile 1000 kg arasında cüruf üretilmektedir.

Cevher ve kok, ana safsızlıklar olarak silikon dioksit ( kuvars kumu , silikatlar ) SiO ₂ ve alüminyum oksit Al ₂ O _{3 içerir} . Silikanın küçük bir kısmı , demirde çözünen silisyuma indirgenir . Geri kalanlar alüminyum oksitle birlikte cürufu (kalsiyum alüminyum silikatlar ) oluşturur.

Yüksek fırında bulunan demir ( pik demir ) sadece %95 civarında bir demir içeriğine sahiptir. %0,5 ila %6 manganez ve ayrıca çoğu uygulama için çok fazla karbon (%2,5 ila %4), kükürt (%0,01 ila %0,05), silikon (%0,5 ila %3) ve fosfor içerir (%0 ila %2). Bu nedenle genellikle kükürt giderme, çelik fabrikalarında ilk olarak kalsiyum karbür , magnezyum veya sönmemiş kireçle üflenerek gerçekleştirilir ; optimum kükürt giderme, küresel grafitli dökme demir üretimi için bir ön koşuldur . Pik demir çok yavaş soğutulursa, örn. B. kum kalıplarda (“külçe yatakları”) çözünmüş karbon grafit olarak ayrılır ve “gri pik demir” elde edilir (gri kırılma yüzeyi, erime sıcaklığı yaklaşık 1200 °C). Bunun için başka bir koşul, silikon içeriğinin manganez içeriğinden daha baskın olmasıdır (> %2 Si; < %0,2 Mn). Daha hızlı soğutma ile, z. B. demir kabuklarda ("kalıplar"), karbon, pik demirde demir karbür olarak kalır, böylece bir "beyaz pik demir" (beyaz kırılma yüzeyi, 1100 ° C civarında erime sıcaklığı, esas olarak çelik üretimi için kullanılır) ) yaratıldı. Grafitin çökelmesine karşı koyan manganez içeriğinin (<%0.5 Si;> %4 Mn) baskın olması da burada önemlidir.

Yüksek fırınsız demir üretimi

Yüksek fırınlar, hammadde ve enerji koşulları elverişsiz olduğunda her zaman sağlanamayan büyük bir malzeme ve enerji gereksinimine sahiptir. Bu nedenle ve çevresel kaygılar nedeniyle, alternatif demir işleme yöntemleri geliştirilmiştir. Bunlarda, mevcut demir cevherleri çok az kok kullanılarak veya hiç kullanılmadan veya alternatif olarak taş kömürü , linyit , ham petrol veya doğal gaz ile azaltılacaktır. “Doğrudan demir indirgeme” olarak bilinen işlemlerin çoğunda, üretilen pik demir, sünger demir veya “direkt” demir olarak bilinen ve çelik üretimine uygun katı, gözenekli formda elde edilir .

İki ana reaksiyon, doğrudan indirgeme işlemini içerir : Metan ( doğal gaz ) ve oksijen (alternatif olarak su buharı veya karbon dioksit) kullanıldığında, bu kısmen oksitlenir ( ısı ve bir katalizör ile ):

${\ görüntü stili {\ ce {2CH4 + O2 -> 2CO + 4H2}}}$

Demir cevheri , sonra bir tedavi , bu ile gazların bir bölgesindeki fırın , içinde elde edilen katı madde , sünger demirin :

${\ displaystyle {\ ce {Fe2O3 + CO + 2H2 -> 2Fe + CO2 + 2H2O}}}$

Silika , yukarıda tarif edildiği gibi bir kireçtaşı akısı eklenerek çıkarılır.

İlgili indirgeme kabına göre sıralanmış, iyi bilinen doğrudan indirgeme süreçleri şunları içerir:

1. Şaft fırınında demir üretimi :

   • Wiberg süreci , 1918 civarında İsveç'te geliştirildi
   • Oberhausen'de geliştirilen Purofer süreci
   • Cleveland , Ohio'da Midland Ross Corporation tarafından geliştirilen Midland Ross Süreci / Midrex Süreci

   Her üç işlem de, az ya da çok kısa şaftlı bir fırın ve girdi malzemeleri olarak, önceden ısıtılmış ve fırın kafasına yerleştirilmiş demir açısından zengin parça cevherler, sinter veya peletler kullanır. Karbon monoksit (CO), hidrojen (H ₂ ), karbon dioksit (CO ₂ ), su (H ₂ O) ve gerekirse metan (CH ₄ ) 1000 °C'lik bir sıcak indirgeyici gaz karışımı üflenir. fırın. Üretilen sünger demirin saflığı %85 ila 95 arasındadır.

   • Corex süreci

2. İmbikte demir üretimi :

   • Höganäs süreci , 1908'de İsveç'in Höganäs kentinde E. Sieurin tarafından geliştirildi.
   • 1957 yılında H ojalata- y - L amina SA şirketi tarafından Monterry , Meksika'da geliştirilen HyL süreci

   Çok zengin demir cevheri konsantreleri seramik imbiklere veya muflalara yerleştirilir ve ince taneli kömür, kok kömürü ve kireçtaşı veya doğal gaz ile indirgenir. Üretilen sünger demir %80-95 saflığa sahiptir ve özel çeliklerin üretiminde veya toz metalurjisi için demir tozu olarak kullanılır .

3. Dönen bir kapta demir üretimi:

   • Krupp sünger demir işlemi
   • RN süreç tarafından geliştirilen R epublic Çelik Corporation ve N Kurşun Corporation'ın illi
   • S teel Company of Canada ve L urgi Society for Chemistry and Metallurgy tarafından geliştirilen SL süreci

   Topak cevher veya peletler burada , linyit, kok fırını gazı veya kalorifer yağı ile 1050 °C'ye kadar ısıtılan 110 m uzunluğa kadar döner fırınlarda kireçtaşı veya dolomit ile birlikte sunulur. Sünger demir, %85 ila %90'ın üzerinde bir saflıkta üretilir.

   • Dored süreci (Domnarf azaltma süreci), İsveç'teki Stora Kopparbergs bergslag'da geliştirildi

   Önceden ısıtılmış demir cevheri, bir pik demir karterinde kömür veya kok ile döner fırına getirilir. Saf oksijene üfleyerek indirgeyici gazın içerdiği karbon monoksit yakılarak karbondioksite dönüştürülür ve döner fırın yaklaşık 1300 ila 1350 °C'ye ısıtılır. Sıvı pik demir üretilir.

4. Akışkan yataklı reaktörde demir üretimi

   • Hydrocarbon Research Inc. (ABD) tarafından geliştirilen

   H-Demir işlemi
5. Standard Oil Company , New York tarafından geliştirilen FIOR (Akışkan Demir Cevheri Azaltma) süreci
Sünger demir, enjekte edilen hidrojen, doğal gaz veya rafineri artık gazı ile döndürülen ve indirgenen ince taneli demir cevherlerinden üretilir .
• incelik süreci
6. Elektrikli fırında demir üretimi

   • Tysland Hole prosesi ve Demag prosesi ,

   girdi malzemelerinin ön ısıtması ve ön redüksiyonu olmadan yönetilir .
7. Elektrokemisk prosesleri ve Stratejik Udy prosesleri ise cevherin döner fırınlarda ön ısıtmasını ve ön redüksiyonunu gerektirir.
Elektrikli fırınlarda demir üretimi, ancak elektrik yeterli miktarlarda ve ucuza sağlanabiliyorsa değerlidir. Demir cevheri ve karbon taşıyıcıların kalitesine bağlı olarak enerji tüketimi ton pik demir başına 2000 ile 2500 kWh arasındadır.

termit reaksiyonu

Ateşleme karışımı alüminyum tozu ve demir (III) oksit termit reaksiyonu ile, sıvı metalik demir üretir:

${\ displaystyle {\ ce {Fe2O3 + 2Al -> 2Fe + Al2O3}}}$

Reaksiyon, diğer şeylerin yanı sıra, cevherden demir üretimi için önemli değildir, çünkü gerekli alüminyum üretimi için önemli miktarda elektrik enerjisi gerektirir. Alüminotermik kaynak, diğer şeylerin yanı sıra füzyon kaynağı için alüminyum vasıtasıyla demir oksidin indirgenmesinden sonra sıvı demirin kalan enerjisini kullanır. bir demiryolu .

Çelik üretimi

y-demirde, karbon % 2,06'ya kadar çözünür, çelik % 0 ila %2 karbon içerir, dövülebilir ve yuvarlanabilir, ancak yalnızca %0,5 karbondan kürlenebilirdir . Değeri daha düşük ise sertleşmeyen çelik veya dövme demirdir.

Çelik üretimi için Pfützenöfen , Bessemer dönüştürücü , açık şömineli sobalar, Sauerstoffbasisöfen ve ark ocakları dahil olmak üzere farklı prosedürler geliştirildi . Her durumda amaç, diğer safsızlıklarla birlikte karbonun bir kısmını veya tamamını oksitlemektir . Öte yandan, alaşımlı çelikler yapmak için başka metaller de eklenebilir.

Prosese bağlı olarak, ortaya çıkabilecek herhangi bir kükürt giderme cürufu çekilir veya akıtılır ve daha sonra pik demir bir dönüştürücüde çelik üretmek için kullanılır ( oksijen üfleme işlemi , Thomas işlemi gibi rüzgarla tazeleme işlemi , soba- tazeleme işlemi gibi . Siemens-Martin işlemi sönmemiş ve hava ya da üfleme ilavesi ile) darbe , bir oksijen oksitleyici bir şekilde. Bu işlemde silikon, silikon dioksite ve karbon da karbondioksite yakılır. Fosfor, kalsiyum fosfat olarak bağlanır. Sıvı demir daha sonra 1600 ° C civarında bir sıcaklığa sahiptir. O kadar çok oksijen içerir ki, katılaştığında kalan karbondan karbon monoksit kabarcıkları oluşur. Bu, günümüzde en yaygın olarak kullanılan sürekli dökümde istenmeyen bir durumdur. Çeliği konvertörden potaya vururken, oksijeni alüminyum oksit olarak bağlamak için alüminyum eklenir. Çeliğin kalitesi yüksekse, dönüştürücü sürecini aşağıdaki gibi diğer işlem adımları takip eder: B. bir vakum işlemi ( ikincil metalurji ).

Alternatif olarak, pik demir için de işlenebilir içine çelik (% 2'ye kadar olan karbon ) ile sementasyon diğer yöntemler kullanılarak örneğin su birikintisi işlemi veya temperleme, hem de dövme demir (ticari olarak elde edilebilir, saf demir) .

özellikleri

Fiziksel özellikler

Kimyasal olarak saf demir, 1535 °C'de eriyen ve 3070 °C'de kaynayan, 7.873 g/cm³ yoğunluğa sahip gümüş-beyaz, nispeten yumuşak, sünek, çok reaktif bir metaldir.

Ortalama bir demir atomu, bir hidrojen atomunun kütlesinin yaklaşık 56 katıdır . Demir izotopu ⁵⁶ Fe'nin atom çekirdeği en büyük kütle kusurlarından birine sahiptir ve bu nedenle tüm atom çekirdekleri arasında nükleon başına en yüksek bağlanma enerjilerinden birine sahiptir . Bu nedenle yıldızlarda nükleer füzyonla enerji üretiminin son aşaması olarak kabul edilir . Bununla birlikte, mutlak en yüksek kütle kusuru ⁶² Ni'ye , ardından ⁵⁸ Fe'ye sahiptir ve bunu yalnızca üçüncü sırada ⁵⁶ Fe takip eder .

Oda sıcaklığında saf demirin allotropik modifikasyonu ferrit veya α-demirdir. Bu modifikasyon, bir kristalize olur hacim merkezli kübik kristal yapısı ( tungsten tip) boşluk grubunda Im 3 m (boşluk grubu no. 229) olan örgü parametresi , a = 286.6 am ve iki formül birimi başına birim hücre . Bu modifikasyon 910 °C'nin altında stabildir. Bu sıcaklığın üzerinde γ-modifikasyonuna veya ostenite dönüşür . Bu, Fm 3 m (No. 225) uzay grubu ve a = 364.7 pm kafes parametresi ile yüz merkezli kübik bir yapıya ( bakır tipi) sahiptir  . 1390 °C'de üçüncü bir yapısal değişiklik gerçekleşir, bu sıcaklığın üzerinde 1535 °C'deki erime noktasına kadar, vücut merkezli kübik δ-ferrit tekrar kararlıdır. Faz geçişleri ayrıca yüksek basınçta da gerçekleşir : yaklaşık 10 ila 15 GPa'dan daha yüksek basınçlarda ve en fazla birkaç yüz santigrat derece sıcaklıkta, a-demir, kristal kafesi altıgen bir yakın paket olan ε-demire dönüştürülür. küreler (HCP); Erime noktasına kadar daha yüksek sıcaklıklarda, y-demirin e-demire karşılık gelen bir dönüşümü gerçekleşir, faz geçişinin basıncı sıcaklıkla artar. Ek olarak, 50 GPa civarında ve 1500 K'den fazla olan ε-demirden β-demire başka bir faz geçişi olabilir; bununla birlikte, bu β-fazının varlığı tartışmalıdır ve ayrıca kristal yapısı hakkında aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli bulgular vardır: ortorombik veya çift hcp yapısı. Bu dönüşümlere "demirin polimorfizmi" de denir.Şablon: oda grubu / 229Şablon: oda grubu / 225

Demir allotropes standart terminolojide bir β-faz eksikliği bir önceki değişim varsayılmıştır olmasından kaynaklanmaktadır manyetik olarak Curie noktasından gelen 766 ° C 'de ferro için paramanyetizm eşlik yapısal bir değişiklik ile ve bu şekilde 766 ve 910 °C arasında β-modifikasyonu veya β-demir olarak adlandırılan başka bir modifikasyon mevcuttur. Ancak, daha hassas ölçümlerden sonra bunun yanlış olduğu ortaya çıktı.

Karbonun α-demirdeki çözünürlüğü çok düşüktür ve demir-karbon diyagramından da görüleceği üzere 738°C'de maksimum %0.018'dir . Çok daha fazla karbon (1153 °C'de %2.1'e kadar) γ-demirde çözülebilir. Erimiş demirde, karbonun 1153 °C'deki çözünürlüğü, artan sıcaklıkla artmasına rağmen yaklaşık %4,3'tür.

Demirin erime noktası, yalnızca yaklaşık 50 GPa'ya kadar olan basınçlar için deneysel olarak iyi belirlenir. Daha yüksek basınçlarda, farklı deneysel teknikler çok farklı sonuçlar verir. Çeşitli çalışmalar, γ-ε üçlü noktasını birkaç düzine gigapaskal farklılık gösteren ve yüksek basınç altındaki erime sıcaklıklarında 1000 K ve daha fazla olan basınçlarda bulur. Genel olarak, moleküler dinamik model hesaplamaları ve şok deneyleri, elmas örs hücrelerindeki statik deneylerden daha yüksek sıcaklıklar ve daha dik erime eğrileri ile sonuçlanır.

Demir spektrumu gösterir hatları spektral tüm spektral aralıklarda. Astronomide, daha doğrusu X-ışını astronomisinde, X-ışını aralığındaki güçlü nötr demir emisyon çizgileri büyük ilgi görüyor. Gökbilimciler onları aktif galaktik çekirdeklerde , X-ışını ikili yıldızlarında , süpernovalarda ve kara deliklerde gözlemler .

Manyetik özellikler

Bir geçiş metali olarak demirin her atomda kalıcı bir manyetik momenti vardır. Onun altında Curie noktasının 770 ° C, den α-demir değişiklikleri paramanyetik için ferromanyetik : bir spin iki eşleşmemiş elektron her atomu , genel olarak, bir oluşturma, komşularının spin kendilerini hizalamak genel manyetik alan. Bunun nedeni, bu iki elektronun (d _{z ²} ve d _{x ² - y ²} ) orbitallerinin kafes içindeki komşu atomları göstermemesi ve bu nedenle metal bağında yer almamasıdır .

Harici bir manyetik alan kaynağının yokluğunda, atomlar kendiliğinden yaklaşık 10 mikrometre çapında manyetik alanlara bölünecektir. Bunlar Bloch duvarları ( Weiss bölgeleri ) ile sınırlanan kristal alanlardır . Bu manyetik alanların rastgele yönelimi nedeniyle, harici olarak hiçbir an hissedilemez. Böylece, makroskopik bir demir parçası sıfıra yakın bir toplam manyetik alana sahiptir.

Diğer bir olasılık, Néel sıcaklığının T _N ( antiferromanyetizma ) altındaki demir alaşımlarındaki momentlerin anti-paralel düzenlenmesidir . Burada anlar zaten atomik düzeyde telafi edilir. Para- ve antiferromanyetik durumda olağan harici manyetik alanlar yoluyla kayda değer bir polarizasyon elde edilemezken, ferromanyetik durumda bu, Bloch duvarlarını geçirerek ve alanların polarizasyon yönünü döndürerek çok kolay bir şekilde elde edilebilir.

Bir dış manyetik alanın uygulanması , aynı genel yönde manyetize edilen alanların, diğer yönlere bakan komşu alanların pahasına büyümesine neden olur , böylece dış alanı arttırır. Bu etki, örneğin manyetik alanları kanalize etmesi gereken elektrikli cihazlarda kullanılır. B. elektrik transformatörleri , manyetik kayıt kafaları ve elektrik motorları . Safsızlıklar, kafes kusurları veya tane ve parçacık sınırları, etki alanlarını yeni konumlarda "sabitleyebilir", böylece dış alan kaldırıldıktan sonra bile etki kalır ve demir nesne böylece kalıcı bir mıknatıs olur .

Ferritler ve karışık demir (II, III) oksidin kristalin bir formu olan mineral manyetit gibi bazı demir bileşikleri benzer bir davranış gösterir (atomik mekanizma, ferrimanyetizma biraz farklı olsa da). Doğal kalıcı manyetizasyona sahip manyetit parçaları ( manyetik demir taşlar ), navigasyon için en eski pusulalardı . Manyetit parçacıkları, kobalt bazlı malzemelerle değiştirilene kadar çekirdek bellekler , manyetik bantlar , disketler ve diskler gibi manyetik kayıt ortamlarında yaygın olarak kullanıldı .

Kimyasal özellikler

Demirin oksidasyon durumları
-2	[Fe (CO) 4 ] 2− , [Fe (CO) 2 (NO) 2 ]
-1	[Fe 2 (CO) 8 ] 2-
0	Fe (CO) 5 , Fe 2 (CO) 9 , Fe 3 (CO) 12
+1	[Fe (H 2 O) 5 NO] 2+
+2	FeCl 2 , FeSO 4 , FeO , Fe (OH) 2 , ferrosen
+3	FeCl 3 , Fe 2 O 3 , Fe (NO 3 ) 3 , FeO (OH)
+4	Li 2 FeO 3 , BaFeO 3
+5	FeO 4 3−
+6	K 2 FeO 4 , BaFeO 4

Demir kuru havada, kuru klorda ve ayrıca konsantre sülfürik asit , konsantre nitrik asit ve pH değeri 9'dan büyük bazik maddelerde (sıcak sodyum hidroksit çözeltisi hariç ) dayanıklıdır. oksit cilt. Hidroklorik asit ve seyreltik sülfürik veya nitrik asit gibi oksitleyici olmayan asitlerde , demir hidrojen oluşumuyla hızla çözünür .

${\ displaystyle {\ ce {Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2}}}$

Ayrıca 500 °C'nin üzerindeki su ile ve tersinir bir reaksiyonda sıcak alkaliler tarafından ayrıştırılır:

${\ görüntü stili {\ ce {3Fe + 4H2O <-> Fe3O4 + 4H2}}}$

${\ displaystyle {\ ce {Fe + 4OH ^ - + 2H2O <-> [Fe (OH) _6] ^ {4 -} {} + H2}}}$

Konsantre kostik soda, havanın yokluğunda bile demire saldırır, bu hidroksoferrat (II) oluşumu ile çözeltiye girer. Nemli havada ve oksijen veya karbon dioksit içeren suda demir, demir oksit hidrat oluşturmak için kolayca oksitlenir ( paslanma ). Oluşan oksit tabakası yumuşak ve gözenekli olduğu için paslanma süreci engellenmeden ilerleyebilir. Elektrolit içeren deniz suyu veya SO ₂ içeren su, endüstriyel alanlarda özellikle agresif davranır . Demir kuru havada ısıtılırsa , güçlü renkli ( tavlama ) ince bir demir (II, III) oksit (Fe ₃ O ₄ , çekiç darbesi ) oluşur . Çok ince bölünmüş piroforik demir, ateş görünümünde oda sıcaklığında havadaki oksijenle reaksiyona girer. Yanan çelik yünü, kahverengi demir (III) klorür buharları oluşturmak için nemli klor gazında kuvvetli bir şekilde reaksiyona girer . Demir ve kükürt tozu karışımı (7:4 ağırlık oranında) ısıtılırsa, esas olarak demir (II) sülfür oluşur . Demir ayrıca yüksek sıcaklıklarda fosfor , silikon , kükürt ve karbon gibi diğer metal olmayanlarla fosfitler , silisitler , sülfitler veya karbürler oluşturur .

demir kokusu

Saf demir kokusuzdur. Metalik olarak sınıflandırılan tipik koku, demir nesnelere dokunduğunuzda, bu süreçte oluşan iki değerlikli demir iyonları ile cildin ter ve yağındaki maddelerin kimyasal reaksiyonundan kaynaklanır.

En önemli koku taşıyıcılardan biri , seyreltildiğinde bile mantar benzeri metalik bir kokuya sahip olan 1-octen-3-one'dur . Bu, kokunun yaklaşık üçte birini oluşturur. Gerisi diğer aldehitler ve ketonlardır. Kokulu maddelerin ön aşaması lipid peroksitlerdir. Bunlar, cilt yağları belirli enzimler veya enzimatik olmayan işlemler (örneğin ışığın UV bileşeni) tarafından oksitlendiğinde meydana gelir . Bu lipid peroksitler daha sonra iki değerlikli demir iyonları tarafından parçalanarak kokuları oluşturur. İki değerlikli demir iyonları , aşındırıcı organik asitler ve klorürler içeren el terlemesiyle temas ettiğinde demirin korozyonundan kaynaklanır .

Tüm kan ovulur cilt kan de demir (II) iyonları ve benzer reaksiyonlar yoluyla bu şekilde koku maddeleri ihtiva ettiği, bir benzer koku ortaya çıkar.

Aşırı derecede paslanmış nesneler (demir (III) bileşiklerinin oluşumu dahil), günlük deneyimlerin öğrettiği gibi dokunulduklarında metalik bir koku yaymazlar. Bununla uyumlu olarak, lipit peroksitlerin ayrışmasının demir (III) iyonları tarafından katalize edilmediği gözlemidir.

Tehlikeli madde etiketlemesi

güvenlik talimatları
Soyadı	Demir tozu
GHS tehlike etiketlemesi Dikkat H ve P cümleleri H: 228-251 P: 210-260-370 + 378

Demir, masif halde tehlikeli bir madde olmasa da, demir tozu yanıcı olabilir ve ince bölünmüş halde bile piroforik olabilir . Buna göre, bu tür tozlar ek bir tehlike etiketi ile sağlanmalıdır.

izotoplar

Demirin 27 izotopu ve dördü doğal olarak oluşan kararlı izotoplar olmak üzere iki çekirdek izomeri vardır . Göreceli frekanslara sahiptirler: ⁵⁴ Fe (%5,8), ⁵⁶ Fe (%91,7), ⁵⁷ Fe (%2,2) ve ⁵⁸ Fe (%0,3). ⁶⁰ Fe izotopunun yarı ömrü 2.62 milyon yıllık, ⁵⁵ Fe'nin 2.737 yıllık ve izotop ⁵⁹ Fe'nin 44.495 günlük bir ömrü vardır. Kalan izotoplar ve iki çekirdek izomer, 150 ns ile 8.275 saat arasında yarı ömürlere sahiptir. Varlığı ⁶⁰ planet sisteminin oluşumuna başında Fe bolluk arasında bir korelasyonun teyit edilmiştir ⁶⁰ Ni , çürüme ürün ⁶⁰ Fe ve istikrarlı bolluğu, Fe, bazı bazı aşamalarında izotopları göktaşları (örneğin göktaşlarında Semarkona ve Chervony Kut ). Radyoaktif parçalanma sırasında ortaya çıkan enerji mümkündür ⁶⁰ Fe, radyoaktif atom çürüme enerjisine ek olarak ²⁶ Al , ayrıca 4,6 milyarın yaklaşık yıllar önce, oluştuktan hemen sonra asteroitler erime ve farklılaşmasında önemli bir rol oynamıştır. Bugün orijinal olarak mevcut olan ⁶⁰ Fe, ⁶⁰ Ni'ye bozunmuştur. Göktaşlarındaki nikel ve demir izotoplarının dağılımı, güneş sisteminin oluşumu sırasında izotop ve elementlerin bolluğunu ölçmeyi ve güneş sisteminin oluşumu öncesi ve sırasında hüküm süren koşulları belirlemeyi mümkün kılar.

Kararlı demir izotoplarından sadece ⁵⁷ Fe, sıfırdan farklı bir nükleer dönüşe sahiptir . Bu nedenle Mössbauer spektroskopisi için uygundur .

kullanmak

Karbon içeren demirin aksine, kimyasal olarak saf demir, yalnızca ikincil bir teknik öneme sahiptir ve örneğin, diğer şeylerin yanı sıra katalizörler için bir malzeme olarak kullanılır . Haber-Bosch-işlem veya Fischer-Tropsch sentezi .

Üretilen demirin çoğu, çelik ve dökme demirin ana bileşenidir . Kullanılan metallerin ağırlıkça yüzde 95'i ile demir, dünya çapında en yaygın kullanılanıdır. Bunun nedeni, onu oldukça ucuz kılan geniş bulunabilirliğinde ve çeliğin krom, molibden ve nikel gibi diğer metallerle alaşım oluşturduğunda mükemmel mukavemet ve tokluk elde etmesi gerçeğinde yatmaktadır, bu da onu birçok alan için bir tanesi yapmaktadır. teknoloji Temel malzeme yapın. Kara taşıtları, gemi imalatında ve tüm inşaat sektöründe ( betonarme konstrüksiyon , çelik konstrüksiyon ) kullanılmaktadır. Diğer uygulama alanları paketleme ( kutular , konteynerler, konteynerler, kovalar, şeritler), boru hatları, basınçlı kaplar, gaz şişeleri ve yaylardır . Endüstriyel olarak çeşitli çelikler kullanılır; Almanya'da yaklaşık 7.500 çeşit standardize edilmiştir.

Demir, aşağıdaki şekillerde bir malzeme olarak kullanılır:

• Pik demir yüzde dört ila beş karbon ve çeşitli oranlarda kükürt , fosfor ve silikon içerir . Dökme demir ve çelik imalatında ara üründür.
• Dökme demir % 2.06 üzerinde karbon ve diğer alaşım içerir elemanları gibi, silikon ve manganez , geliştirmek dökülebilirliği . Dökme demir çok sert ve kırılgandır. Genellikle plastik olarak deforme edilemez (dövülemez), ancak nispeten düşük erime noktası ve eriyiğin düşük viskozitesi nedeniyle çok iyi dökülebilir .
• Çelik maksimum %2,06 karbon içerir. Dökme demirin aksine, dövülebilir . Alaşımlama ve uygun bir ısıl işlem (bkz. sertleştirme ) ve plastik şekillendirme ( soğuk haddeleme ) kombinasyonu çeliğin mekanik özelliklerini geniş sınırlar içinde değiştirebilir.

Demir ( kobalt ve nikel ile birlikte ), özellikleri sayesinde diğer şeylerin yanı sıra elektromanyetizmanın geniş ölçekli kullanımına izin veren üç ferromanyetik metalden biridir. içinde jeneratörler , transformatörler , bobinleri , röleler ve elektrik motorları . Saf hale gelir veya diğer şeylerin yanı sıra. Silikon, alüminyum, kobalt veya nikel ile alaşımlıdır (bkz. Mu-Metal ) ve manyetik alanları yönlendirmek, manyetik alanları korumak veya endüktansı artırmak için yumuşak bir manyetik çekirdek malzemesi olarak hizmet eder. Dökme ve sac ve toz ( toz maçalar ) şeklinde üretilmektedir .

Demir tozu ayrıca kimyada (örneğin amonyak sentezinde katalizör olarak ) kullanılır ve manyetik veri kaydı için uygun bant tiplerinde kullanılır . Tel tonlu cihaza veri kaydetmek için demir tel kullanıldı ve diğer şeylerin yanı sıra kullanılır. tel halat yapımında kullanılır .

Tıpta demir içeren müstahzarlar antianemik olarak , nedensel olarak demir eksikliği anemisinin tedavisinde ve katkı maddesi olarak diğer nedenlerle oluşan kansızlığın tedavisinde kullanılır .

biyolojik önemi

Canlıların bir parçası

Demir, hemen hemen tüm canlılar için, özellikle hayvanlarda kan oluşumu için gerekli bir eser elementtir .

Bitki organizmalarında fotosentezi ve klorofil ve karbonhidrat oluşumunu etkiler , çünkü bitkilerde demir içeren enzimler fotosentez, klorofil ve karbonhidrat oluşumunda yer alır. Bitkilerde demir, hemen hemen yalnızca serbest inorganik demir iyonları şeklinde bulunur. Nitrogenaz da demir içerir (azot eşdeğer) (aynı zamanda eleman molibden ). Bitkiler vardır ki kireçli topraklardan yapmak demir iyonları biyo fito- yoluyla sideroforların hidrojen iyonları lokal serbest bırakılması ile kombinasyon halinde (demir kompleks bileşikleri) Fe sırasında ^{3+ olan} düşük Fe için ²⁺ ve sonra kompleks. Bitkilerde, karaciğerde olduğu gibi, demir fitoferritinlere bağlanır. Bitkilerde klorofil sentezi için mutlaka gereklidir. Bitkilerdeki demir içeriği kritik bir minimumun altına düşerse bitkinin yeşil kısımları soluk ve sarı olur ( kloroz ).

Gelen mantar (örneğin ferrikromun , büyüme-teşvik edici özellikleri havi bir siderofor), bakteriler (de Streptomyces olan ferrioksamin ve oda oluşan) deniz solucanları tanesi (ve lingulanın Hem kökenli olmayan demir, protein gelir Hemeritrin önce) oyun demir bileşikleri önemli oyun rol.

İnsan ve hayvan vücudunda demir ²⁺ ve demir ³⁺ olarak oksitlenir . Merkez atom olarak kofaktör heme b olarak , hemoglobin , miyoglobin ve sitokromlar , birçok hayvan ve insanlarda oksijen taşıma ve depolama gibi elektron transferi için sorumludur. Bu proteinlerde düzlemsel bir porfirin halkası ile çevrilidir .

Demir ayrıca nitrojenazlar , hidrojenazlar veya solunum zinciri kompleksleri gibi birçok enzimdeki demir-kükürt komplekslerinin ( demir-kükürt kümeleri olarak adlandırılır) bir bileşenidir . Demir enzimlerinin üçüncü bir önemli sınıfı, örneğin metan monooksijenaz , ribonükleotid redüktaz ve Hemeritrin olarak adlandırılacak hem olmayan demir enzimleridir . Bu proteinler çeşitli organizmalarda görevleri yerine getirir: oksijen aktivasyonu, oksijen taşınması , redoks reaksiyonları ve hidroliz . Üç değerli demir enzim merkezi iyon olarak önemli olan katalaz , burada arızalandığında , metabolizma sırasında üretilen hücre toksin hidrojen peroksit, içinde bir peroksizom hücreleri.

Demir hücre içinde ferritin enziminde (%20 demir içeriği) ve onun parçalanma ürünü hemosiderin (%37 demir içeriği) içinde depolanır . Demir, transferrin yoluyla taşınır .

İnsanlar 2.5 ila 4 g demir içerir, bunun %60'ı (2.0 ila 2.5 g) eritrositlerin hemoglobininde, yaklaşık 1 g'ı karaciğer ve kemik iliğinde (depolama proteinleri ferritin ve hemosiderin), yaklaşık %10 ila 15'i bulunur. Miyoglobinde % % (yaklaşık 400 mg demir), enzim sistemlerinde 250 mg, taşıma proteinlerinde (örn. kükürt, demir proteinleri, sitokromlar) %0.1 ila %0.2 demir (sitokrom: toplam demirin %0.1'i).

Harici elektron verici ve alıcı

Bazı bakteriler, solunum zinciri için elektron alıcısı olarak Fe (III) kullanır. Bunu Fe (II)'ye düşürürseniz, demirin mobilize olduğu anlamına gelir, çünkü çoğu Fe (III) bileşiği suda çok az çözünür, ancak çoğu Fe (II) bileşiği suda kolayca çözünür. Bazı fototrofik bakteriler CO indirgenmesi için bir elektron vericisi olarak Fe (II) kullanımı ₂ .

Tıbbi önemi

Demir gereksinimi ve demir eksikliği

Fe ²⁺ ve Fe ³⁺ oksidasyon durumundaki demir tüm organizmalar için gereklidir. Günlük gereksinim erkekler için 1 mg, kadınlar için 2 mg'dır. Yetersiz emilim nedeniyle, diyet alımı erkekler için yaklaşık 5 ila 9 mg ve kadınlar için 14 ila 18 mg olmalıdır. Demir eksikliği en çok hamile kadınlarda ve sporcularda görülür. Bir bebek anne sütündeki demirin yaklaşık %50'sini ve inek sütünden ise sadece %20'sini emebilir.

Özellikle menopoz öncesi kadınlarda sıklıkla demir eksikliği görülür , bunun nedeni adet kanamasıdır . Yetişkin bir erkeğin günlük ihtiyacı sadece 10 miligram iken, günde yaklaşık 15 miligram demir tüketiyor olmalısınız. Ayrıca kadınlar çocuk doğururken yaklaşık 1000 miligram demir kaybederler. Aynı zamanda C vitamini alarak demirin emilim oranı önemli ölçüde artar. Demir, özellikle siyah puding, karaciğer, baklagiller ve tam tahıllı ekmek bakımından zengindir ve et (kas) bakımından çok az miktardadır. Ancak aynı anda süt ürünleri, kahve veya siyah çay tüketmek demir emilimini engeller.

Toksisite ve aşırı demir yüklenmesi

İnsanlar

Demir, insanlar için önemli bir eser elementtir , ancak aşırı dozda alındığında da zararlı olabilir. Bu özellikle , bağırsakta demir emiliminin düzenleyici bir bozukluğu olan hemokromatozdan muzdarip insanları etkiler . Hastalığın seyri sırasında demir karaciğerde birikir ve burada sideroza ve daha fazla organ hasarına yol açar .

Ayrıca, demirin bulaşıcı hastalıklar olduğundan şüphelenilmektedir, örn. B. tüberkülozu teşvik etmek için, çünkü patojenlerin çoğalması için de demir gerekir. Aşırı demir alımı, bulaşıcı hastalıklara (tüberküloz, salmonelloz , AIDS , yersiniosis ) duyarlılığın artmasına neden olur . Ayrıca Parkinson veya Alzheimer hastalığı gibi bazı nörodejeneratif hastalıklar beynin belirli bölgelerinde demir birikimine neden olur . Bunun hastalığın bir nedeni mi yoksa bir sonucu mu olduğu şu anda belirsizdir.

Bu nedenle, diğer diyet takviyeleri gibi demir takviyeleri, yalnızca tıbbi olarak teşhis edilmiş bir demir eksikliği varsa önerilir .

bitkiler

Demir ayrıca bitki organizmalarında önemli bir eser elementtir . Fotosentezi, klorofil ve karbonhidrat oluşumunu etkiler. Bununla birlikte, aşırı demir yüklenmesi kendini demir toksisitesi şeklinde gösterebilir . Topraklarda normal pH değerlerinde Fe(OH) ₃ olarak bulunur . Toprağın oksijen içeriği düşükse, demir (III) indirgeme yoluyla demir (II)'ye indirgenir. Bu, demiri bitkiler için mevcut olan çözünür bir forma getirir. Bu mevcudiyet , örneğin toprak sıkışması nedeniyle anaerobik koşullar altında çok fazla artarsa , özellikle pirinç yetiştirilen alanlarda bilinen bir fenomen olan demir toksisitesi nedeniyle bitkilerde hasar meydana gelebilir.

kanıt

Demir için bir dizi tespit yöntemi vardır. Spektral analitik yöntemlere ek olarak (demir çok zengin bir spektrum sağlar), çeşitli kimyasal algılama yöntemleri de bilinmektedir. Olarak tespit reaksiyonu demir iyonları için bir ayrım ilk iki katyon Fe arasında yapılır ²⁺ ve Fe ^{+ 3} .

Tiyoglikolik asit ile demir tespiti

Fe ²⁺ ve Fe ³⁺ iyonları tiyoglikolik asit ile tespit edilebilir:

${\ displaystyle \ matrm {Fe ^ {2 +} + 2 \ HS {-} CH_ {2} {-} COOH \ longrightarrow [Fe (SCH_ {2} COO) _ {2}] ^ {2 -} + 4 \ H ^ {+}}}$

Fe ²⁺ veya Fe ³⁺ iyonlarının varlığı yoğun bir kırmızı renk üretir.

Hekzasiyanoferratlarla demir tespiti

Fe ²⁺ iyonları kırmızı kan likör tuzu ile tespit edilebilir:

${\ displaystyle \ matematik {3 \ Fe ^ {2 +} + 2 \ K_ {3} [Fe (CN) _ {6}] \ longrightarrow Fe_ {3} [Fe (CN) _ {6}] _ {2 } +6 \ K ^ {+}}}$

Fe ³⁺ iyonları sarı kan likörü tuzu ile tespit edilebilir:

${\ displaystyle \ matematik {4 \ Fe ^ {3 +} + 3 \ K_ {4} [Fe (CN) _ {6}] \ longrightarrow Fe_ {4} [Fe (CN) _ {6}] _ {3 } +12 \ K ^ {+}}}$

Her iki algılama reaksiyonu da önemli bir boya olan koyu mavi Berlin mavisi üretir . Karmaşık oluşum reaksiyonu yoktur , sadece katyon değişimi vardır.

Her iki pigment de büyük ölçüde aynıdır çünkü aralarında kimyasal bir denge vardır. Fe ³⁺ , Fe ^2+' ya dönüşür ve tam tersi:

${\ displaystyle \ matrm {Fe ^ {2 +} + [Fe (CN) _ {6}] ^ {3 -} \ \ rightleftharpoons \ Fe ^ {3 +} + [Fe (CN) _ {6}] ^ {4-}}}$

Kompleksin özellikle yoğun mavi rengi , demir iyonları arasındaki metalden metale yük transferleri ile oluşturulur . Bu bilinen demir saptama reaktifinin kendisinin, siyanür iyonları ( iç yörünge kompleksi ) tarafından kimyasal olarak iyi maskelenen ve dolayısıyla kimyasal analizin sınırlarını gösteren demir içermesi dikkate değerdir .

Tiyosiyanatlarla demir tespiti

Alternatif olarak, tiyosiyanatlar (rhodanitler) ile demir (III) tuzları tespit edilebilir. Bunlar demir (III) iyonlarıyla reaksiyona girerek demir (III) tiyosiyanat oluşturur:

${\ displaystyle \ matrm {Fe ^ {3 +} + 3 \ SCN ^ {-} \ longrightarrow Fe (SCN) _ {3}}}$

Çözelti içinde kalan koyu kırmızı demir (III) tiyosiyanat (Fe (SCN) ₃ ) oluşur. Bununla birlikte, eşlik eden bazı faktörler bu algılamaya müdahale eder (örneğin Co2 ⁺ , Mo ³⁺ , Hg ²⁺ , fazla mineral asitler ), bu nedenle bir katyon ayırma işleminin gerçekleştirilmesi gerekebilir .

bağlantılar

Kimyasal bileşiklerinde, demir esas olarak +2 (örneğin demir (II) klorür ), +3 (örneğin demir (III) florür ) ve ayrıca +6 (örneğin baryum ferrat (VI) ) oksidasyon durumlarıyla oluşur , ancak ayrıca -2, -1 ve 0 (örneğin demir pentakarbonil ) ve ayrıca +1, +4 ve +5 oksidasyon durumlarına sahip bileşikler . Hiçbir bileşikte demir, alt grup numarası VIII'e karşılık gelen oksidasyon durumunda görünmez. +7 oksidasyon durumunda demir içeren bileşikler bile bilinmemektedir.

oksitler

Demir, oksijenle iki değerlikli ve üç değerlikli oksitler oluşturur:

• Demir (III) oksit (Fe ₂ O ₃ ) kırmızı ila kahverengi bir maddedir vedemirin fazla oksijende oksidasyonu ile üretilir. Doğada hematit ve maghemit mineralleri şeklinde bulunur.
• Demir (II, III) oksit (Fe ₃ O ₄ ), volkanik süreçleryoluylaveyademirdoğrudan yakıldığında , örn. B. kesme meşale bir şekilde çekiç darbesi ve benzeri gibi bir mineral olarak adlandırılır manyetit .
• Demir (II) oksit (FeO) sadece tedbirli oluşturulmaktadır ayrışma ve demir (II) oksalat FeC ₂ O ₄ içinde vakum . Siyahtır ve 560 °C'ye kadar kararsızdır. Bir mineral wüstit olarak , genellikle manyetitin yüksek sıcaklıklardadönüşümünden kaynaklanır.

Ayrıca başka bir demir oksit olan FeO ₂ bilinmektedir.

Bu oksitler katı bir koruyucu tabaka oluşturmadığından, atmosfere maruz kalan bir demir gövde tamamen oksitlenir. Gözenekli oksit tabakası oksidasyon sürecini yavaşlatır ancak neden olan, engelleyemez cilalama karşı zayıf koruma olarak işlev görür korozyon . Döküm gövde son önce zaman paslanma toplanmış ve geri dönüşüm beslenir, demir ve paslı paslı çelik içinde çelik üretiminde elektrik olarak fırın eritme istenen ve değerli oksijen taşıyıcı. Hurda demirdeki bu oksijen , istenmeyen kaliteyi düşüren safsızlıkları (örneğin hafif metaller ) oksitlemek için "çeliğin kaynaması" sırasında oksitleyici bir madde olarak işlev görür .

Demir (III) hidroksit oksit (FeO (OH)) , hidrasyon derecelerinde farklılık gösteren demir hidroksitler veya demir (III) oksit hidratlar grubuna aittir . Isıtıldığında, demir (III) oksit hidroksit , demir (III) okside dönüşür. α-formu, iğne demir cevheri veya götit olarak doğal olarak oluşur . Y şekli doğal olarak yakut mika veya lepidokrosit olarak oluşur . α-formunda ortorombik bir kristal yapıya sahiptir , uzay grubu Pbnm (uzay grubu no. 62, konum 3) . Şablon: oda grubu / 62.3

Gıda katkı maddeleri olarak demir oksitler ve demir hidroksitler kullanılır (E 172).

tuzlar

Demir, iki değerlikli ve üç değerlikli tuzlar oluşturur:

• Demir (II) klorür (FeCb ₂  · 6H ₂ O) uygulanır çökeltme arasında sülfitler , Faulgasentschwefelung , biyogaz kükürt giderme , kromat ve fosfat ortadan kaldırılması ; buna eş zamanlı kesme dahildir. Bu sahip kristal yapısını kadmiyum (II) klorür ile tip boşluk grubu R, 3 m (boşluk grubu no. 166).Şablon: oda grubu / 166
• Saf halde, demir (II) florür suda çok az çözünür olan beyaz bir katıdır. Rutil tipindekristal yapıya sahiptir, uzay grubu P 4 ₂ / mnm (uzay grubu no. 136).Şablon: oda grubu / 136
• Demir (II) bromür ve demir (II) iyodür , P 3 m 1 (uzay grubu no. 164) uzay grubu ile kadmiyum (II) hidroksit tipinin trigonal kristal yapısınasahipkristalli, higroskopik katılardır. Şablon: oda grubu / 164
• Demir (II) sülfat (FeSO ₄  · 7 H ₂ O)mineral melanterit olarakrenginden dolayı yeşil tuz olarak da adlandırılır. Gibi uygulamalar demir (II) klorür ve kurutuldu demir (II) sülfat olarak kromat düşürücü, özellikle çimento karşı kromat alerji .
• Demir (III) klorür (FeCl ₃  · 6 H ₂ O) bakırı oksitleyebilir ve çözebilir; bu nedenle hafif sulu demir (III) klorür çözümleri kullanabilir aşındırma ve , baskılı devre kartları .

${\ displaystyle \ matrm {Cu + 2 \ FeCl_ {3} \ longrightarrow CuCl_ {2} +2 \ FeCl_ {2}}}$

Susuz demir (III) klorür, hafif keskin bir hidroklorik asit kokusu olan siyah bir maddedir. Susuz bir bileşik olarak son derece higroskopiktir, yani havadaki suyu uzaklaştırır. Artan su içeriği ile higroskopik yapı azalır ve renk kırmızı-kahverengiden sarımsıya değişir. Demir (III) klorid sahip üç köşeli bir kristal yapıya sahip boşluk grubu R ' 3 (boşluk grubu no. 148) .Şablon: oda grubu / 148

• Bronzlaşma için demir (III) nitrat kullanılır. Olarak tekstil endüstrisinde , bu olarak kullanılan mordanlama için pamuklu kumaş ve siyah boyama için ipek ile çökelme ve demir (III) hidroksit . Ayrıca uzun süredir korozyon önleyici olarak kullanılmaktadır. Son zamanlarda, basınçlı kanalizasyon borularındaki hidrojen sülfür konsantrasyonunu azaltmak içinher zaman başarılı olmamakla birlikte kullanılmıştır.
• Demir (III) sülfat büyük kullanılan arıtma tesisleri için koku giderme ve için çökeltme ve fosfat ( örneğin, içinde içme suyu arıtma ve endüstriyel su bertaraf ) ve demir ve çelik endüstrisinde , bir asitle temizleme maddesi olarak (örneğin, için alüminyum ve çelik ). In tıp biridir hemostatik ve büzücü bilinen etkisi.
• Demir (III) klorür sülfat (FeClSO ₄ )

Tüm demir tuzları diğerlerinin yanı sıra topaklaştırıcı olarak ve ön çökeltme , eşzamanlı çökeltme , çökelme sonrası ve pul filtrasyonu ve sülfürlerin çökeltilmesi , Faulgasentschwefelung ve biyogaz kükürt giderme dahil olmak üzere fosfatı ortadan kaldırmak için kullanılır .

Diğer demir bileşikleri

Bireysel demir bileşikleri:

• Demir karbür (Fe ₃ C)
• IPC ( en: demir pentakarbonilden ) olarakda adlandırılan demir pentakarbonil (Fe (CO) ₅ ),demir ve karbon monoksitten basınç altında oluşturulurve ayrışmasından sonra, karbona ek olarak özellikle saf bir demir tozu, karbonil demir oluşturur. monoksit. Bundan başka, demir karboniller Fe olan ₂ (CO) ₉ ve Fe ₃ (CO) ₁₂ .
• Ferrosen (Fe (Cı- ₅ , H ₅ ) ₂ ), bir ( sandviç bileşik grubundan) metalosenler .
• Prusya mavisi (Fe ₄ [Fe (CN) ₆ ] ₃ ) ışığa dayanıklı, koyu mavi, inorganik bir pigmenttir . Bu yapılır çözeltisi demir (III) tuzu ve san bir kan sıvısı tuzu ve bir şekilde kullanılan boya ve duvar kağıdı baskısı için ve radyoaktif ile zehirlenme için antidot olarak sezyum veya talyum . İnce tanecikli olması ve bunun sonucunda ortaya çıkan sırlama kabiliyetinin yanı sıra mükemmel renk gücü nedeniyle bugün hala suluboya , yağlıboya ve baskı mürekkepleri için kullanılmaktadır .

Edebiyat

• Wilhelm Baer: Demir: tarihi, çıkarılması ve işlenmesi. Demir dökümhaneleri, makine üreticileri, tüccarlar, imalatçılar ve inşaatçılar için el kitabı . Leipzig 1862 (sayısallaştırılmış)
• Ludwig Beck : Teknik ve kültürel-tarihsel bir ilişkide demirin tarihi. Cilt 1-5, Vieweg, Braunschweig 1884–1903.
  • Dijitalleştirilmiş: 1. Kısım 2. Kısım 3. Kısım 4.
• Harry H. Binder: Kimyasal elementler sözlüğü - gerçekler, rakamlar ve verilerdeki periyodik tablo. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
• Vagn Fabritius Buchwald : Eski zamanlarda demir ve çelik. Kong. Danske Videnskab. Selskab , Kopenhag 2005, ISBN 87-7304-308-7 .
• AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : İnorganik Kimya Ders Kitabı . 102. baskı. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1636-1666.
• Otto Johannsen (Alman Demir İşçileri Derneği adına): Demirin tarihi. 3. Baskı. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 1953.
• Otto Johannsen: Demir Tarihi. Düsseldorf 1925 (sayısallaştırılmış versiyon)
• Hans Schoppa: Yüksek fırın operatörünün işi hakkında bilmesi gerekenler . Verlag Stahleisen, Düsseldorf 1992, ISBN 3-514-00443-9 .
• Alman Demir İşçileri Derneği: Demir işleme endüstrisinin ortak temsili. 17. baskı. Stahleisen, Düsseldorf 1970/71.

İnternet linkleri

• Alman Milli Kütüphanesi kataloğunda demir ile ilgili literatür
• Mineral Atlas: Demir in Mineral Atlas
• Mineral atlası: Mineral dikey / demir içinde mineral atlas
• Roma döneminde demir üretimi de die-roemer-online.de
• Peyzaj Müzesi Obermain'in web sitesinde tarih öncesi zamanlarda demir çıkarma

Bireysel kanıt