Oxidul Feric e2m24mp
Oxidul feric (Fe2O3) este cel mai comun oxid al fierului si se gaseste in
natura sub forma de minereu de fier numit hematina.El se formeaza si prin actioune
lenta a agentilor atmosferici asupra fierului metalic.
Chimic pur se prepara prin calcinare precipitatului de hidroxid feric Fe(OH)3,iar
industrial prin cacinarea sarurilor de fier cu usoara tendinta de decosompunere. Oxidul feric este opac pentru radiatii ultraviolete si infrarosii,
proprietate ce isi gaseste aplicatii la fabricarea geamurilor termoabsorbante.
Oxidul de fier se gaseste sub doua forme polimorfe:
-a-Fe2O3,care este forma cristalina pentru temperaturi inalte; cristalizeaza
romboedric.La temperaturi inalte (650 C) se descompune in oxid feroferic (magnetic)
Fe3O4 si oxigen, cu mare degajare de caldura:
3Fe2O3 ® 2Fe3O4+1/2O2+45 000 cal
.
La temperaturi inalte (1100-1200 C) reactioneaza cu CaO si Al2O3,dind feriti
si feritialuminati de calciu, cpmpusi intilniti in ciment si materiale refractare.
-g-Fe2O3,care reprezinta modificatia cubica a oxidului feric,se obtine prin dehidratarea lenta a Fe(OH)3.Pastrat mai mult timp la temperatura ordinara,forma
g-Fe2O3 trece in forma a-Fe2O3.Aceasta trecere se face mult mai usor la 500
C.De mentionat ca forma g prezinta propeietatea magnetice ca si Fe4O3.
Fierul
Fierul este un metal de culoare cenusie, relativ greu (7860 kg/m3),moale (duritate
60..70 HB),cu rezistenta mecanica medie (Rm=200..250 N/mm2) plasticitate buna(As=50%)
si rezilienta buna (KCU=200..250 J/cm2).Temperatura de topire a fierului este
de 1539 C si cea de fierbere de 2880 C.
La tempertura ambianta, fierul are reteaua cristalina de tipul cub cu volum
centrat si este feromagnetic. Prin incalzire la 910 C, fierul isi modifica reteaua
cristalina din cub cu volum centrat in cub cu fete centrate, iar la 1400 C reteaua
fierului devine iarasi cubica cu volum centrat. Acest fenomen de modificare
a tipului de retea cristalina la acelasi metal poarta numele de polimorfism
(mai multe forme cristaline), iar fiecare dintre starile cristaline prezentate
se numeste modificatie polimorfica.
Fierul are trei modificatii polimorfice, existente in trei domenii de temperatura diferite si care se trasnforma una in cealalta, atit la racire cit si la incalzire
Temperaturile de transformare dintr-o stare in alta sint notate cu litere si
anume A3=910 C si A4=1400 C.
Fierul isi pierde feromagnetismul cind este incalzit la 770 C (punctul Curie), devenind paramagnetic.
Fier -;Carbon
Carbonul este un element nemetalic. Se gaseste in natura sub forma cristalina,
ca diamant sau ca grafit. El se comporta fata de fier in mod diferit, in functie
de temperatura. In fierul lichid, carbonul se dizolva usor, formind solutii
lichide.
In aliajele fier-carbon solidificate, carbonul se gaseste fie dizolvat in fier
(solutii solide), fie legat de aceasta in compusul definit Fe3C numit cementina,
care are o retea cristalina complicata si corespunde aliajului cu 6,67% C, fie ca atare,
sub foma de grafit.
Elaborarea aliajelor feroase
Aliajele feroase se obtin din minereuri de fier, care contin fierul sub forma
de oxizi sau carbonati: hematitul si limonitul (Fe2O3), magnetitul (Fe3O4) si
(FeCO3).Continutul de fier din aceste minereuri este de 30-60%, iar sterilul
lor este silicios (SiO2) sau silicoaluminos (SiO2,Al2O3).
Procesul de baza in obtinerea aliajelor il reprezinta reducerea oxizilor de
fier din minereu cu ajutorul cocsului si al oxidului de carbon, la temperaturaturi
foarte inalte, intr-un cuptor inalt de tip special numit furnal.
In furnal se introduc: minereu (care contine fier); cocs (care indeplineste
mai multe roluri: este combustibillul necesar obtinerii temperaturilor inalte,
contribuie la formarea oxidului de carbon care este agentul reducator de baza
al oxizilor de fier, reduce direct la o parte din oxizi si carbureaza fierul
topit transformandu-l in fonta topita); fondanti (materiale auxiliare necesare
pentru a usura topirea sterilului si a-l indeparta sub forma de zgura; pentru
sterilul silicios se foloseste calcarul, iar pentru cel silicoaluminos calcarul
si dolomita): aer incalzit in instalatii speciale numite caupere (necesar arderi
cocsului combustibil).
In urma reactilor care au loc in furnal intre materialele incarcate rezulta
urmatoarele produse:
· Fonta topita (numita si fonta bruta sau fonta de prima fuziune, care
este produsul principal al furnalului);
· Zgura topita;
· Gaze de furnal (care se folosesc partial pentru preincalzirea aerului
in caupere, partial in alte scopuri in cadrul combinatului siderurgic).
Caracteristici Generale
O incadrare precisa a turor elementelor existente in categoria de metal sau
nemetal nu este posibila, doarece exista o serie de elemente la care structura
invelisului electronic, despre care s-a aratat ca este sediul proprietatilor
fizico-chimice ale elementelor respective, permite comportarea acestora in unele
cazuri similar metalelor tipice, iar in altele- asemanator nemetalelor.
Aceste elemente, care se manifesta proprietati intermediare intre cele doua
categorii poarta numele de semimetale si dupa cum este normal, se afla amplasate
in sistemul periodic la granita dintre elementele metalice si cele nemetalice.
Metalele se gasesc atit in stare nativa, cit sub forma de compusi, functie de
activitatea lor chimica.
In stare nativa se afla un numar mic de metale (aur, argint, mercur, etc.) a caror activitate este mai mica decit a hidrogenului, marea majoritate a elementelor
existand sub forma de compusi minerali: oxizi, silicati, sulfati, cloruri, carbonati,
etc.
Compusi minerali, mineralele, a caror compozitie procentuala contine un procent
ridicat de unul sau mai multe metale sint cunoscuti sub numele de minereuri
si sint utilizati pentru extractia acestor elemente.In cazul minereurilor complexe,
formate din metale si nemetale, se efectueaza o valoricare complexa a acestora.
In conditii normale, metalele sint solide, singura exceptie fiind mercurul care
este lichid. Datorita fortei mici de atractie dintre electronii periferici ai
atomilor metalelor si nucleelor acestora, este posibila desprinderea electonilor
de stratul exterior sub forma de electroni mobili, care nu apartin unui anumit
atom, ci intregului metal, ceea ce genereaza formarea benzilor de energie, la
fiecare nivel al acestor benzi coexistind doi electronui spin antiparalel.
Caracterul metalic al unui element este cu atit mai pregnant, cu cit numarul
electronilor mobili este mai mare, acesta manifestandu-se insa, numai atit tinp
cit elementul respectiv se afla in stare solida sau lichida, dar disparind in
stare gazoasa.
Proprietati Fizice
Metalele sint opace, chiar in strat subtire, opacitatea determinata de electronii
mobili care nu transmit mai departe vibratile undelor luminoase.
In stare compacta metalele prezinta luciu metalic, aceasta datorindu-se proprietatii de a reflecta razele de lumina ce cad pe suprafata
lor. Cele mai multe metale reflecta aproape total radiatiile spectrului, indiferent
de lungimea de unda, din care cauza sint colorate in alb-argintiu sau cenusiu
in diferite nuante. Singurele exceptiei sint cuprul, care absoarbe lumina verde,
ceea ce-I confera o culoare roscat-aramie, ceriul si aurul, care datorita capacitatii
de a absorbi lumina albastra au culoare galbena.Metalele fin divizate isi pierd
luciul si devin negre, ca urmare a faptului ca in aceasta stare absorb toate
radiatiile luminoase.
Datorita structurii pe care o poseda, metalele au proprietatea de a conduce
curentul electric, avind in general o conductibilitate electrica specifica mare,
valoarea acesteia fiind functie atit de sarcina, masa si viteza electronului,
cit si numarul electronilor existenti intr-un centrimetru cub de metal.
La temperatura de zero grade metalul nu mai opune rezistenta la trecerea curentului
electric fenomenul numit supraconductibilitate,cele mai bune conductoare sint:
argintul,aurul,cuprul si aluminiu.`
O alta proprietate a metalelor, dtermiata tot de existenta electronilor mobili
este termoconductibilitatea acestora.Capacitatea de transmitere a caldurii se
datoreaza transmiterii si amplificarii oscilatiilor ionilor din nodurile retelei
aflati in partea incalzita a unui metal, de catre electronii mobili, procescare
are loc pina in momentul in care temperatura unui metal se uniformizeaza.Intrucit
la toate metalele se aplica legea lui Wiedemann-Frantz care arata ca raportul
dintre electroconductibilitate si termoconductibilitate este constant.
Comportarea metalelor intr-un camp magnetic este determinata de structura invelisului
electronic, in acest sens se deosebesc trei categorii de metale paramagnetice
care se magnetizeaza in cimpul magnetic in acelasi sens cu cimpul si totodata
concentreaza liniile de forta acestuiea (Aluminiu,titanul,vanadiul,cromul,etc.), metalele feromagnetice avind o comportare similara celor paramagnetice, dar
de circa un milion de ori mai puternic magnetismul metalului mentinindu-se si
dupa departarea magnetului, motiv pentru care acestea se utilizeaza pentru fabricarea
buselelor, a eletromagnetilor pentru electromotoare si dispozitive automate
de comanda etc.
Duritatea metalelor este proprietatea acestora de a rezista la actiuni mecanice
exterioare, care tind sa le distruga suprafata. Valoarea acestei caracteristici
pentru metale variaza in scara Mohr de la 0,2 corespunzatoare cesiului pina
la 9 pentru crom, metale dure fiimd utilizate pentru confectionarea aparatelor
si sculelor utilizate in prelucrarea materialelor cu duritati inferioare.
Rezistenta opusa de metal fortelor exterioare ce actioneaza pentru a produce
intinderea, comprimarea, indoirea, rasucirea si chiar ruperea metalului reprezinta
valori caracteristice fiecarui metal.
Proprietati Chimice
Comportarea tipica a metalelor in reactiile chimice este determinatain primul
rind de caracterul lor electropozitiv, deci de capacitatea de a ceda electronii
de valenta, proprietate determinata de structura invelisurilor exterioare ale
atomilor.
Metalele situate inaintea hidrogenului in seria tensiunulor electrochimice il
pot subtitui pe acesta din compusii sai.Astfel metalele acaline descompun apa
cu degajare de hidrogen, chiar la temperatura obisnuita, calciul da aceasta
reactie doar in stare incadescenta.In mod analog de la inceputul seriei descompun
acizii diluati, punind hidrogenului sint atacate doar de acizi foarte tari si
concentrati : cuprul si argintul de acidul azotic si acidul sulfuric concentrat,
iar platina si aurul- de apa regala.
Comportarea metalelor fata de celelalte nemetale este similara cu cea de fata
a oxigen.Primele elemente ale seriei tensiunilor electromotoare se combina explosiv
cu clorul, in timp ce clorura platinei si aurului este posibila numai cu apa
regala.
Metalele se combina direct cu sulful, formind sulfuri, execeptie facind aurul
si platina