Karakteristik besi (unsur kimia), struktur kimia, penggunaan

itu besi adalah logam transisi yang terletak di grup VIIIB atau 8 dari tabel periodik. Ini adalah salah satu logam yang telah disadari sejak awal. Orang Cina, Mesir, dan Romawi, bekerja dengan logam ini. Ekstraksinya yang mudah menandai tahapan sejarah yang dikenal sebagai Zaman Besi.

Namanya berasal dari kata 'ferrum' dalam bahasa Latin, dan karenanya simbol kimianya adalah Iman, yang merupakan elemen yang sangat reaktif, sehingga kilau peraknya biasanya tidak ditemukan di alam. Pada zaman kuno, logam ini sebenarnya dikatalogkan dengan nilai lebih tinggi dari emas karena kelangkaannya.

Bentuk murni telah ditemukan di daerah Greenland dan di batuan beku tanah Rusia. Di ruang sidereal, diyakini bahwa itu adalah komponen yang melimpah di meteorit, yang setelah berdampak pada Bumi beberapa telah melestarikan besi yang terkristalisasi di payudara berbatu mereka.

Tetapi, yang lebih penting daripada besi murni, adalah senyawanya; khususnya, oksida. Oksida ini menutupi permukaan bumi dengan keluarga besar mineral, seperti magnetit, pirit, hematit, goethite, dan banyak lagi. Faktanya, warna yang diamati di pegunungan dan gurun Mars sebagian besar disebabkan oleh hematit.

Benda besi dapat ditemukan di dalam kota atau ladang. Mereka yang tidak memiliki lapisan pelindung, menjadi kemerahan karena menimbulkan korosi oleh kelembaban dan oksigen. Lainnya, seperti lentera gambar utama, tetap abu-abu atau hitam.

Diperkirakan ada konsentrasi masif logam ini di dalam inti bumi. Begitu banyak, bahwa dalam keadaan cair, produk dari suhu tinggi, dapat bertanggung jawab atas medan magnet Bumi.

Di sisi lain, zat besi tidak hanya melengkapi cangkang planet kita, tetapi juga merupakan bagian dari nutrisi yang dibutuhkan oleh makhluk hidup. Misalnya, perlu untuk mengangkut oksigen ke jaringan.

Indeks

• 1 Karakteristik besi
  • 1.1 Titik lebur dan titik didih
  • 1.2 Kepadatan
  • 1.3 Isotop
  • 1.4 Toksisitas
• 2 sifat kimia
  • 2.1 Warna senyawanya
  • 2.2 Keadaan oksidasi
  • 2.3 Agen pengoksidasi dan pereduksi
• 3 struktur kimia
• 4 Penggunaan / aplikasi
  • 4.1 Struktural
  • 4.2 Biologis
• 5 Bagaimana Anda bisa?
  • 5.1 Reaksi di dalam kiln
• 6 Referensi

Karakteristik besi

Besi murni memiliki karakteristik sendiri yang membedakannya dari mineral. Ini adalah, logam keabu-abuan mengkilap, yang bereaksi dengan oksigen dan kelembaban di udara untuk berubah menjadi oksida yang sesuai. Jika tidak ada oksigen di atmosfer, semua ornamen dan struktur besi akan tetap utuh dan bebas dari karat merah..

Ia memiliki kekuatan dan kekerasan mekanik yang tinggi, tetapi pada saat yang sama mudah ditempa dan ulet. Hal ini memungkinkan pandai besi untuk menempa potongan-potongan dengan berbagai bentuk dan desain yang menyebabkan massa besi pada suhu yang tinggi. Ini juga merupakan konduktor panas dan listrik yang baik.

Selain itu, salah satu fitur yang paling berharga adalah interaksinya dengan magnet dan kemampuannya untuk menarik. Masyarakat umum telah diberikan banyak demonstrasi tentang efek yang diberikan magnet pada pergerakan serutan besi, dan juga untuk menunjukkan medan magnet dan kutub magnet..

Titik lebur dan titik didih

Setrika meleleh pada suhu 1535ºC dan mendidih pada 2750ºC. Dalam bentuk cair dan pijar logam ini diperoleh. Selain itu, panas fusi dan penguapannya 13,8 dan 349,6 kJ / mol.

Kepadatan

Kepadatannya adalah 7.86g / cm³. Artinya, 1 mL logam ini memiliki berat 7,86 gram.

Isotop

Dalam tabel periodik, khususnya dalam grup 8 periode 4, besi ditemukan, dengan massa atom sekitar 56u (26 proton, 26 elektron, dan 30 neutron). Namun, di alam ada tiga isotop stabil lain dari besi, yaitu mereka memiliki jumlah proton yang sama tetapi massa atom yang berbeda.

itu ⁵⁶Iman adalah yang paling melimpah dari semuanya (91,6%), diikuti oleh ⁵⁴Iman (5,9%), ⁵⁷Fe (2,2%) dan akhirnya ⁵⁸Iman (0,33%). Keempat isotop inilah yang membentuk semua besi yang terkandung di planet Bumi. Dalam kondisi lain (ekstraterrestrial), persentase ini dapat bervariasi, tetapi mungkin juga ⁵⁶Iman terus menjadi yang paling berlimpah.

Isotop lainnya, dengan massa atom yang berosilasi antara 46 dan 69u, sangat tidak stabil dan memiliki waktu paruh lebih pendek daripada empat yang baru saja disebutkan..

Toksisitas

Di atas semua fitur, itu adalah logam tidak beracun. Kalau tidak, perawatan khusus (kimia dan fisik) akan diperlukan, dan benda dan bangunan yang tak terukur akan mewakili risiko laten bagi lingkungan dan kehidupan.

Sifat kimia

Konfigurasi elektronik besi adalah [Ar] 3d⁶4s², yang berarti bahwa ia berkontribusi dua elektron dari orbital 4s, dan enam dari orbital 3d, untuk pembentukan ikatan logamnya di dalam kristal. Struktur kristal inilah yang menjelaskan beberapa sifat seperti feromagnetisme.

Juga, konfigurasi elektronik secara dangkal memprediksi stabilitas kation-kationnya. Ketika besi kehilangan dua elektronnya, Fe²⁺, tetap dengan konfigurasi [Ar] 3d⁶ (dengan asumsi bahwa orbital 4s adalah dari mana elektron ini berasal). Sementara jika Anda kehilangan tiga elektron, Faith³⁺, konfigurasinya adalah [Ar] 3d⁵.

Secara eksperimental telah ditunjukkan bahwa banyak ion dengan konfigurasi valensi nd⁵ Mereka sangat stabil. Oleh karena itu, besi cenderung teroksidasi terhadap spesies yang menerima elektron menjadi kation besi³⁺; dan dalam lingkungan yang kurang oksidatif, dalam kation besi Fe²⁺.

Kemudian, dalam medium dengan sedikit kehadiran oksigen, senyawa besi diharapkan mendominasi. PH juga mempengaruhi keadaan oksidasi besi, karena dalam media yang sangat asam itu disukai transformasi ke Fe³⁺.

Warna senyawanya

Iman²⁺ dalam solusi adalah kehijauan, dan Iman³⁺, dari violet lembut. Demikian juga, senyawa besi mungkin memiliki warna hijau atau merah tergantung pada kation apa yang ada dan ion atau molekul yang mengelilinginya.

Nuansa perubahan hijau sesuai dengan lingkungan elektronik Faith²⁺. Jadi, FeO, oksida besi, adalah padatan hijau yang sangat gelap; sedangkan FeSO₄, besi sulfat, memiliki kristal hijau muda. Senyawa Fe lainnya²⁺ mereka bahkan mungkin memiliki nada kebiru-biruan, seperti dalam kasus biru Prusia.

Ini juga terjadi dengan nuansa violet of Faith³⁺ dalam senyawanya, yang bisa menjadi kemerahan. Misalnya, hematit, Iman₂O₃, adalah oksida yang bertanggung jawab atas banyak potongan besi yang terlihat kemerahan.

Namun, sejumlah besar senyawa besi tidak berwarna. Besi klorida, FeCl₃, Itu tidak berwarna, karena Iman³⁺ Ini benar-benar tidak ditemukan dalam bentuk ionik tetapi membentuk ikatan kovalen (Fe-Cl).

Senyawa lain sebenarnya adalah campuran kompleks kation Fe²⁺ dan Iman³⁺. Warna mereka akan selalu tunduk pada ion atau molekul yang berinteraksi dengan besi, meskipun seperti yang disebutkan, sebagian besar cenderung kebiru-biruan, ungu, kemerahan (bahkan kuning) atau hijau gelap.

Status oksidasi

Seperti yang dijelaskan, besi dapat memiliki tingkat oksidasi atau valensi +2, atau +3. Namun, juga mungkin bahwa ia berpartisipasi dalam beberapa senyawa dengan valensi 0; yaitu, yang tidak menderita kehilangan elektron.

Dalam jenis senyawa ini, besi berpartisipasi dalam bentuk kasarnya. Sebagai contoh, Fe (CO)₅, Besi pentacarbonyl, terdiri dari minyak yang diperoleh dengan memanaskan besi berpori dengan karbon monoksida. Molekul CO bersarang di lubang cairan, Fe dikoordinasikan dengan lima di antaranya (Fe-C≡O).

Zat pengoksidasi dan pereduksi

Manakah dari kation, Iman²⁺ o Iman³⁺, Apakah mereka berperilaku sebagai agen pengoksidasi atau pereduksi? Iman²⁺ dalam media asam atau di hadapan oksigen, kehilangan elektron menjadi Fe³⁺; karena itu, itu adalah agen pereduksi:

Iman²⁺ => Iman³⁺ + e^-

Dan Iman³⁺ itu berperilaku sebagai agen pengoksidasi dalam media dasar:

Iman³⁺ + e^- => Iman²⁺

Atau bahkan:

Iman³⁺ + 3e^- => Iman

Struktur kimia

Besi membentuk padatan polimorfik, yaitu atom logamnya dapat mengadopsi struktur kristal yang berbeda. Pada suhu kamar, atom-atomnya mengkristal dalam unit kesatuan bcc: kubik berpusat di tubuh (Tubuh berpusat kubik). Fasa padat ini dikenal sebagai ferit, Fe α.

Struktur bcc ini mungkin disebabkan oleh fakta bahwa besi adalah konfigurasi logam⁶, dengan kekosongan empat elektron elektronik.

Ketika suhu meningkat, atom Fe bergetar karena efek termal dan mengadopsi, setelah 906 ° C, struktur ccp kubik kompak:Cubic Closest Packed). Ini adalah Fe γ, yang kembali ke fase Fe α pada suhu 1401ºC. Setelah suhu ini, setrika meleleh pada 1535ºC.

Dan bagaimana dengan peningkatan tekanan? Ketika itu meningkat, itu memaksa atom kristal untuk "memeras" ke dalam struktur yang lebih padat: Fe β. Polymorph ini memiliki hcp kompak: struktur heksagonal (Paket Tertutup Heksagonal).

Penggunaan / aplikasi

Struktural

Besi saja memiliki beberapa aplikasi. Namun, ketika dilapisi dengan logam lain (atau paduan, seperti timah) terlindung dari korosi. Jadi, besi adalah bahan bangunan yang ada di bangunan, jembatan, gerbang, patung, mobil, mesin, trafo, dll..

Ketika sejumlah kecil karbon dan logam lainnya ditambahkan, sifat mekaniknya diperkuat. Jenis-jenis paduan ini dikenal sebagai baja. Baja membangun hampir semua industri dan bahan-bahannya.

Di sisi lain, besi dicampur dengan logam lain (beberapa tanah jarang) telah digunakan untuk pembuatan magnet yang digunakan dalam peralatan elektronik.

Biologis

Zat besi memainkan peran penting dalam kehidupan. Di dalam tubuh kita, itu adalah bagian dari beberapa protein, termasuk enzim hemoglobin.

Tanpa hemoglobin, pembawa oksigen berkat pusat Fe logamnya³⁺, Oksigen tidak dapat diangkut ke berbagai wilayah tubuh, karena dalam air sangat tidak larut.

Hemoglobin berjalan melalui darah ke sel-sel otot, di mana pH asam dan konsentrasi CO yang lebih tinggi berlimpah₂. Di sini proses sebaliknya terjadi, yaitu, oksigen dilepaskan karena kondisi dan konsentrasi rendah dalam sel-sel ini. Enzim ini dapat mengangkut total empat molekul O₂.

Bagaimana Anda mendapatkan?

Karena reaktivitasnya ditemukan di kerak bumi yang membentuk oksida, sulfida atau mineral lainnya. Oleh karena itu, beberapa di antaranya dapat digunakan sebagai bahan baku; semuanya akan tergantung pada biaya dan kesulitan untuk mengurangi zat besi di lingkungan kimianya.

Secara industri, pengurangan oksida besi lebih layak daripada sulfida. Hematit dan magnetit, Fe₃O₄, adalah sumber utama logam ini, yang direaksikan dengan karbon (dalam bentuk kokas).

Besi diperoleh dengan metode ini adalah cairan dan pijar, dan bermuara ke dalam cetakan ingot (sebagai riam lava). Juga, pembentukan jumlah besar gas, yang dapat menjadi berbahaya bagi lingkungan. Oleh karena itu, produksi besi melibatkan pertimbangan banyak faktor.

Reaksi di dalam oven

Tanpa menyebut rincian ekstraksi dan transportasi, oksida ini dipindahkan, bersama-sama dengan kokas dan batu kapur (CaCO₃) Untuk ledakan tungku peleburan. oksida yang diekstrak tarik semua jenis kotoran yang bereaksi dengan CaO dilepaskan dari dekomposisi termal dari CaCO₃.

Setelah batch bahan baku dimuat ke dalam tungku, di bagian bawah menjalankan aliran udara pada 2000C, yang combusts coke untuk karbon monoksida:

2C (s) + O₂(g) => 2CO (g) (2000ºC)

CO ini naik ke atas tungku, di mana ia bertemu dengan hematit dan menguranginya:

3Fe₂O₃(s) + CO (g) => 2Fe₃O₄+ CO₂(g) (200 ° C)

Di magnetit ada ion Fe²⁺, Produk reduksi Fe³⁺ dengan CO. Kemudian, produk ini terus dikurangi dengan lebih banyak CO:

Iman₃O₄(s) + CO (g) => 3FeO (s) + CO₂(g) (700ºC)

Akhirnya, FeO akhirnya direduksi menjadi besi metalik, yang meleleh karena suhu tungku yang tinggi:

FeO (s) + CO (g) => Fe (s) + CO₂(g)

Iman => Iman (l)

Sementara sedangkan CaO bereaksi dengan silikat dan kotoran, membentuk apa yang dikenal sebagai slag cair. terak ini kurang padat dari besi cair, mengapa mengambang thereabove dan kedua fase dapat dipisahkan.

Referensi

1. Pusat Sumber Daya Sains Nasional. (s.f.). Besi Diperoleh dari: propertiesofmatter.si.edu
2. R Ship. (s.f.). Besi Diperoleh dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
3. B. Calvert. (Desember 2003). Besi: Logam Mars memberi kita magnetisme dan kehidupan. Diperoleh dari: mysite.du.edu
4. Tabel Periodik Chemicole. (6 Oktober 2012). Besi Diperoleh dari: chemicool.com
5. Saldo. (s.f.). Profil Logam: Besi. Diambil dari: thebalance.com
6. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik (edisi keempat). Mc Graw Hill.
7. Clark J. (29 November 2015). Ekstraksi Besi. Diperoleh dari: chem.libretexts.org