Eðlisfræðilegir og efnafræðilegir eiginleikar járnmálms
Járn (Fe) er einn af mest notuðu málmunum vegna gnægð, styrkleika og fjölhæfni. Hér að neðan er yfirlit yfir eðlisfræðilega og efnafræðilega eiginleika járns.
Lykil eðlisfræðilegir og efnafræðilegir eiginleikar
| Eign | Gildi/lýsing |
|---|---|
| Frama | Silfurgráður, málm ljóma |
| Þéttleiki | 7,87 g/cm³ |
| Bræðslumark | 1538 gráðu (2800 gráðu f) |
| Suðumark | 2862 gráðu (5182 gráðu f) |
| Rafleiðni | Gott, en ekki eins hátt og kopar eða ál |
| Hitaleiðni | 80 W/m·K |
| Segulmagn | Ferromagnetic (segulsible) |
| Hörku | 4.5 Á MOHS kvarðanum (mjúkur í hreinu formi) |
| Sveigjanleika | Sveigjanlegt og sveigjanlegt í hreinu formi |
| Hvarfvirkni með súrefni | Myndar járnoxíð (ryð) |
| Hvarfvirkni með vatni | Myndar járnhýdroxíð og vetnisgas |
| Hvarfvirkni með sýrum | Myndar járnsölt og vetnisgas |
| Algeng oxunarástand | Fe²⁺ og fe³⁺ |
| Tæringarþol | Næmt fyrir ryð en aukið í málmblöndur |
Eðlisfræðilegir eiginleikar járns
Frama:
Járn er silfurgráður málmur með málmglugga.
Það er tiltölulega mjúkt þegar það er í hreinu formi en hægt er að herða það með málmblönduþáttum eins og kolefni (til að búa til stál).
Þéttleiki:
Þéttleiki járns er um það bil7,87 g/cm³.
Þessi tiltölulega mikill þéttleiki gerir járn að viðeigandi efni fyrir forrit sem þurfa massa og styrk.
Bræðslumark:
Járn hefur háan bræðslumark um það bil1538 gráðu (2800 gráðu f).
Þessi hái bræðslumark stuðlar að notkun þess í háhita forritum eins og stálframleiðslu.
Suðumark:
Suðumark járnsins er2862 gráðu (5182 gráðu f).
Rafleiðni:
Járn er agóður leiðari rafmagns, þó ekki eins gott og kopar eða ál. Það er oft notað í rafmagnsþáttum og leiðara þegar þörf krefur.
Hitaleiðni:
Járn hefur góða hitaleiðni, með hitaleiðni um það bil80 W/m·K.
Þetta gerir það að áhrifaríkt efni til að framkvæma hita í ýmsum iðnaðarframkvæmdum.
Segulmagn:
Járn ersegulmagnaðirí hreinu formi og er aFerromagneticEfni. Þetta þýðir að það laðast að seglum og getur orðið segulmagnað.
Þessi eign er ástæðan fyrir því að járn er notað við framleiðslu á rafseglum, mótorum og öðrum segulbúnaði.
Hörku:
Hreint járn er tiltölulega mjúkt, með hörku um það bil4.5 Á MOHS kvarðanum. Hins vegar eru járn málmblöndur eins og stál miklu erfiðari og sterkari.
Hægt er að bæta hörku járnsins með því að bæta kolefni og öðrum þáttum, mynda efni eins og steypujárn og stál.
Sveigjanleika og sveigjanleiki:
Járn ersveigjanlegtOgsveigjanlegt. Það er hægt að draga það í vír og hamrast í blöð þegar hún er í hreinu formi. Hins vegar verður það brothætt við hærra kolefnisinnihald.
Efnafræðilegir eiginleikar járns
Hvarfvirkni með súrefni:
Járn bregst auðveldlega við súrefni í loftinu til að myndastJárnoxíð (Fe₂o₃), almennt þekktur sem ryð.
Ryðer oxunarviðbrögð þar sem járn missir rafeindir og myndar járnoxíð, sérstaklega í viðurvist raka og lofts.
Viðbrögð við vatn:
Járn getur brugðist viðVatnTil að mynda járnhýdroxíð og vetnisgas. Þetta ferli á sér stað auðveldara þegar járn verður fyrir raka og hita.
Viðbrögðin eru:
Fe +2 H2O → Fe (OH) 2+ h2fe + 2 h _2 o \ rightarrow fe (OH) _2 + h _2 fe +2 h2 o → fe (OH) 2+H2
Viðbrögð við sýrur:
Járn bregst við sýrum til að myndaVetnisgasOgjárnsölt. Til dæmis, þegar járn hvarfast við saltsýru (HCL), myndar það járnklóríð og vetnisgas:
Fe +2 hcl → fecl 2+ h2fe + 2 hcl \ rightarrow fecl _2 + h _2 fe +2 hcl → fecl2+h2
Oxunarástand:
Járn er oft til í tveimur oxunarástandi:+2 (Fe²⁺)Og+3 (fe³⁺).
Í þess+2 ástand, járn myndar efnasambönd eins og járn (II) oxíð (FEO), en í þess+3 ástand, það myndar efnasambönd eins og járn (iii) oxíð (Fe₂o₃).
Viðbrögð við halógena:
Járn bregst viðhalógen(svo sem klór, flúor, bróm og joð) til að myndajárnhalíð. Til dæmis, þegar járn hvarfast við klór, myndar það járnklóríð:
Fe+CL2 → FECL2FE+CL _2 \ hægrirow fecl _2 fe+cl2 → fecl2
Viðbrögð við kolefni:
Járn bregst viðkolefnivið hátt hitastig til að myndajárnkarbíð (Fe₃c), sem er lykilþáttur í stáli og steypujárni. Þetta er eitt af meginviðbrögðum við stálframleiðslu.
Tæringarþol:
Þó að hreint járn sé mjög næmt fyrir tæringu (ryð), er það oft álfelt með öðrum þáttum (svo sem króm í ryðfríu stáli) til að bæta viðnám þess gegn tæringu.
Í ryðfríu stáli myndar járn óvirkt oxíðlag sem kemur í veg fyrir frekari oxun og tæringu.
Hvarfvirkni með köfnunarefni:
Járn bregst viðKöfnunarefniVið hækkað hitastig til að myndaJárn nítríð(Fe₄n eða fe₆n). Þetta er gagnlegt í sumum sérhæfðum forritum, svo sem við framleiðslu á afkastamiklum efnum.
Rafefnafræðileg hegðun:
Járn getur virkað sem bæðirafskautOgbakskautí rafefnafræðilegum viðbrögðum, allt eftir nærliggjandi aðstæðum. Þessi eign er notuð við galvaniseringu, þar sem járn er húðuð með lag af sinki til að koma í veg fyrir ryð.
Niðurstaða
Járn er fjölhæfur málmur með nokkrum mikilvægum eðlisfræðilegum og efnafræðilegum eiginleikum sem gera það nauðsynlegt fyrir iðnaðar- og hversdagsleg notkun. Geta þess til að mynda málmblöndur, standast tæringu þegar það er meðhöndlað og bregðast við öðrum þáttum gefur það breitt svið af notkun, sérstaklega í formi stáls og steypujárni.
