Kas ir dzelzs, no kurienes tā nāk un kā to iegūst? Šim noderīgajam metālam ir daudz pielietojumu. Ķīmiskais elements spēlē nozīmīgu lomu pasaules rūpniecībā, un dzelzs cikls dabā ir svarīgs planētas dzīvē.
Kas ir dzelzs?
Dzelzs ir metālisks elements, kas ir ļoti ķīmiski reaģējošs, īpaši, ja tas mijiedarbojas ar skābekli. Tas ir viens no visizplatītākajiem elementiem uz Zemes un kosmosā. Dzelzs atomu kodolos ir 26 protoni. Ķīmiskais simbols - Fe (ferum) cēlies no tā latīņu nosaukuma ferum. Tīrā veidā tas ir mīksts un trausls metāls, ko stiprina piemaisījumi. Kombinācijā ar oglekli tiek ražots tērauds, kurā tiek izmantoti vairāk nekā 98% no mūsdienās iegūtās dzelzsrūdas.
Visi Visuma dzelzs atomi tika izveidoti zvaigžņu kodolos kodolsintēzes pēdējās stadijās un pēc tam tika izlaisti kosmosā zvaigžņu sprādzienos. Tas ir ceturtais lielākaiselements zemes garozā pēc silīcija, skābekļa un alumīnija. Kas ir dzelzs? Tas ir visizplatītākais elements, kas veido mūsu planētu, lai gan lielākā daļa no tā masas atrodas daudz zem virsmas - Zemes kodolā. Tas atrodas gandrīz visos garozas un mantijas iežos kā simtiem dažādu minerālu ķīmiska sastāvdaļa.
Dzelzsrūda
Šis metāls tīrā veidā ir rets. Daži meteorīti satur elementāru dzelzi. Šis elements ķīmiski reaģē ar skābekli un ūdeni, veidojot dzelzi saturošus minerālus. Jebkuru akmeni, kurā ir pietiekami daudz šī metāla, lai to varētu iegūt ekonomiskiem nolūkiem, sauc par dzelzsrūdu. Visizplatītākie minerāli ir:
- dzelzs oksīds (formula Fe2O3), kas veidojas, pakļaujoties skābekļa iedarbībai;
- hidratēts dzelzs oksīds, kas veidojas, reaģējot ūdenī.
Svarīgākās dzelzsrūdas ir dzelzs oksīda minerāli, ko sauc par hematītu un magnetītu. Augstā Fe koncentrācija padara tos par vispiemērotākajiem nozarē. Dzelzs tiek iegūts lielākajās rūdas atradnēs. Visbiežāk tie ir veidojumi, kas ir seni nogulumieži. Tie satur dzelzs oksīda minerālu slāņus (formula Fe2O3) līdz pat vairākiem centimetriem biezi.
Kur var atrast dzelzi?
Istabas temperatūrā tā irciets. Tas ir spīdīgi pelēks metāls, kas laika gaitā rūsē, saskaroties ar mitru gaisu. Tas savienojas ar daudziem citiem metāliem, veidojot sakausējumus. Dzelzs darbības joma ir diezgan plaša. Kad tas savienojas ar oglekli, tas kļūst par tēraudu. To var arī kombinēt ar citiem metāliem, piemēram, niķeli, hromu un volframu. Šie sakausējumi ir ļoti izturīgi, un tos var izmantot tiltu un ēku izgatavošanai.
Dzelzs ir ļoti sens elements, ko uz Zemes izmanto jau ilgu laiku. Objekti no tā tika atrasti senajā Ēģiptē. Viņa vārdā bija pat nosaukts vesels laika posms (1200.-500.g.pmē.) - dzelzs laikmets, kad to izmantoja darbarīku un ieroču izgatavošanai. Lai atrastu šo noderīgo metālu, tas jāmeklē dziļi pazemē. Tas atrodas gan zemes garozā, gan zemes kodolā. Dzelzs uz Zemes ir vairāk nekā jebkurš cits metāls. Šo elementu var atrast arī uz citām planētām, tostarp uz Jupitera un Saturna kodola, kā arī uz Marsa sarkanās putekļainās virsmas (tāpēc to sauca par Sarkano planētu).
Sauszemes dzelzs cikls dabā
Dzelzs (Fe) tāpat kā daudzas citas barības vielas seko ģeoķīmiskajam ciklam. Tas parasti tiek izlaists augsnē vai okeānā, iežu vai vulkāna izvirdumu rezultātā. Sauszemes ekosistēmā augi vispirms caur saknēm absorbē dzelzi no augsnes. Tā ir ārkārtīgi svarīga barības viela, kas pārvietojas starp dzīviem organismiem un ģeosfēru.
Dzelzsir svarīga ierobežojoša barības viela augiem, kas to izmanto hlorofila ražošanai. Fotosintēze ir atkarīga no atbilstošas šī metāla piegādes. Augi to asimilē no augsnes saknēs. Dzīvnieki patērē augu un izmanto to hemoglobīna ražošanai. Kad tie mirst, tie sadalās, un baktērijas atgriež metālu augsnē.
Dzelzs jūras cikls
Dzelzs jūras cikls dabā ir ļoti līdzīgs zemes ciklam. Šis process notiek dažu mikroorganismu dzīvībai svarīgās aktivitātes dēļ, kas oksidē metālu līdz hidroksīdam un iegūst oglekli no oglekļa dioksīda. Dzelzs baktērijas upē, jūrā vai jebkurā citā ūdenstilpē iegūst enerģiju savam dzīves ciklam un pēc tā pabeigšanas purva rūdas veidā nosēžas augsnē.
Nozīmīga ir arī dzelzs loma okeāna ekosistēmās. Galvenie ražotāji, kas absorbē šo metālu, parasti ir fitoplanktons vai zilaļģes. Pēc tam patērētāji, ēdot šīs baktērijas, absorbē dzelzi. Dzelzs cikls dabā ir ārkārtīgi sarežģīts process. Tas ir atkarīgs no daudziem blakus faktoriem: ķīmiskajām reakcijām, biotopu veidiem un mikrobu grupām. Tas viss to saista ar citiem tikpat svarīgiem Zemes bioģeoķīmiskajiem cikliem.
Vispārīgās īpašības
Dzelzs dažādu kombinētu rūdu veidā ir viens no visizplatītākajiem elementiem, kas veido aptuveni 5% no zemes garozas. Svarīgākie dzelzi saturošie minerāli iroksīdi un sulfīdi (hematīts, magnetīts, gētīts, pirīts, markazīts). Šis metāls atrodas arī meteorītos, uz citām planētām un saulē. Dzelzs ir atrodams gan jūrā, gan saldūdenī.
Interesanti fakti
Šeit ir daži interesanti fakti par šo šķietami vienkāršo ķīmisko elementu:
- Dzelzs ir būtisks augu uztura pamatelements un palīdz pārvadāt skābekli asinīs, tādējādi atbalstot dzīvību uz Zemes.
- Tā ir trausla cieta viela, kas elementu periodiskajā tabulā klasificēta kā metāls 8. grupā. Tīrā veidā tas ātri sarūsē no mitra gaisa un augstas temperatūras iedarbības.
- Tas ir ceturtais visbiežāk sastopamais elements Zemes garozā pēc svara, un tiek uzskatīts, ka lielākā daļa Zemes kodola ir dzelzs.
- Lielākā daļa no tā tiek izmantota tērauda, dzelzs un oglekļa sakausējuma, ražošanai, ko savukārt izmanto ražošanā un celtniecībā, piemēram, dzelzsbetonā.
- Nerūsējošais tērauds, kas satur vismaz 10,5% hroma, ir ļoti izturīgs pret koroziju. To izmanto virtuves galda piederumos un traukos, piemēram, nerūsējošā tērauda traukos.
- Citu elementu pievienošana var nodrošināt tēraudam jaunas noderīgas īpašības. Piemēram, niķelis palielina sakausējuma izturību un padara to izturīgāku pret karstumu un skābēm.
Īsa informācija par elementu Fe
- Numursprotoni kodolā: 26.
- Atomu simbols: Fe.
- Vidējā atoma masa: 55,845 g/mol.
- Blīvums: 7,874 grami uz kubikcentimetru.
- Fāze istabas temperatūrā: cieta.
- Kušanas temperatūra: 1538 0C.
- Vārīšanās temperatūra: 2861 0C.
- Izotopu skaits: 33.
- Stabili izotopi: 4.
Galvenās lietojumprogrammas
Dzelzi izmanto daudzās nozarēs, piemēram, elektronikā, ražošanā, automobiļu rūpniecībā un celtniecībā. Tālāk ir norādīti dzelzs pielietojumi:
- Kā galvenā melno metālu, sakausējumu un tērauda sastāvdaļa.
- Sakausējums, kurā dzelzs vai tērauda ražošanai izmanto oglekli, niķeli, hromu un dažādus citus elementus.
- Magnetos.
- Gatavos metāla izstrādājumos.
- Rūpniecības iekārtās.
- Transporta aprīkojumā.
- Rīkos.
- Rotaļlietās un sporta precēs.
Dzelzs veido 5% no zemes garozas un ir viens no visizplatītākajiem un visbiežāk izmantotajiem metāliem. Šis elements ir atrodams arī gaļā, kartupeļos un dārzeņos, un tas ir būtisks dzīvniekiem un cilvēkiem. Tā ir neatņemama hemoglobīna sastāvdaļa. Metālam ir pelēcīgs izskats, tas ir ļoti elastīgs un kaļams. Tas viegli šķīst atšķaidītās skābēs un ir reaģējošs. Galvenās dzelzs ieguves vietas ir Ķīna, Austrālija, Brazīlija, Krievija un Ukraina.
