Σίδηρος

Φυσικές ιδιότητες

Ο σίδηρος είναι ένα γκρίζο, ασημένιο μέταλλο. Είναι μαγνητικός, αν και τα διάφορα αλλοτρόπα του σιδήρου έχουν διαφορετικές μαγνητικές ιδιότητες. Ο σίδηρος βρίσκεται, εξορύσσεται και τήκεται εύκολα, γι' αυτό και είναι τόσο χρήσιμος. Ο καθαρός σίδηρος είναι μαλακός και πολύ εύπλαστιμος.

Χημικές ιδιότητες

Ο σίδηρος είναι αντιδραστικός. Αντιδρά με τα περισσότερα οξέα, όπως το θειικό οξύ. Δημιουργεί θειικό σίδηρο όταν αντιδρά με θειικό οξύ. Αυτή η αντίδραση με το θειικό οξύ χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό των μετάλλων.

Ο σίδηρος αντιδρά με τον αέρα και το νερό και δημιουργεί σκουριά. Όταν η σκουριά ξεφλουδίζει, αποκαλύπτεται περισσότερος σίδηρος που επιτρέπει σε περισσότερο σίδηρο να σκουριάσει. Τελικά, ολόκληρο το κομμάτι του σιδήρου σκουριάζει. Άλλα μέταλλα, όπως το αλουμίνιο, δεν σκουριάζουν. Ο σίδηρος μπορεί να κραματωθεί με χρώμιο για την παρασκευή ανοξείδωτου χάλυβα, ο οποίος δεν σκουριάζει στις περισσότερες συνθήκες.

Η σκόνη σιδήρου μπορεί να αντιδράσει με το θείο και να παράγει σουλφίδιο του σιδήρου (ΙΙ), ένα σκληρό μαύρο στερεό. Ο σίδηρος αντιδρά επίσης με τα αλογόνα για την παραγωγή αλογονιδίων του σιδήρου(ΙΙΙ), όπως το χλωριούχο σίδηρο(ΙΙΙ). Ο σίδηρος αντιδρά με τα υδροαλκαλικά οξέα για την παραγωγή αλογονιδίων σιδήρου(ΙΙ), όπως το χλωριούχο σίδηρο(ΙΙ).

Χημικές ενώσεις

Ο σίδηρος σχηματίζει χημικές ενώσεις με άλλα στοιχεία. Συνήθως το άλλο στοιχείο οξειδώνει τον σίδηρο. Μερικές φορές λαμβάνονται δύο ηλεκτρόνια και μερικές φορές τρία. Οι ενώσεις στις οποίες ο σίδηρος έχει πάρει δύο ηλεκτρόνια ονομάζονται σιδηρούχες ενώσεις. Οι ενώσεις στις οποίες ο σίδηρος έχει πάρει τρία ηλεκτρόνια ονομάζονται σιδηρούχες ενώσεις. Οι σιδηρούχες ενώσεις έχουν τον σίδηρο στην οξειδωτική κατάσταση +2. Οι σιδηρούχες ενώσεις έχουν τον σίδηρο στην οξειδωτική κατάσταση +3. Οι ενώσεις σιδήρου μπορεί να είναι μαύρες, καφέ, κίτρινες, πράσινες ή μοβ.

Οι σιδηρούχες ενώσεις είναι ασθενείς αναγωγικοί παράγοντες. Πολλές από αυτές είναι πράσινες ή μπλε. Η πιο κοινή ένωση σιδήρου είναι ο θειικός σίδηρος.

Οι ενώσεις σιδήρου είναι οξειδωτικά μέσα. Πολλές από αυτές είναι καφέ. Η πιο συνηθισμένη ένωση σιδήρου είναι το οξείδιο του σιδήρου, το ίδιο πράγμα με τη σκουριά. Ένας λόγος για τον οποίο ο σίδηρος σκουριάζει είναι επειδή το οξείδιο του σιδήρου είναι οξειδωτικός παράγοντας. Οξειδώνει τον σίδηρο, σκουριάζοντας τον ακόμη και κάτω από το χρώμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αν υπάρχει μια μικρή γρατζουνιά στο χρώμα, όλο το πράγμα μπορεί να σκουριάσει.

Ενώσεις σιδήρου(ΙΙ)

Οι ενώσεις στην κατάσταση οξείδωσης +2 είναι ασθενείς αναγωγικοί παράγοντες. Είναι συνήθως ανοιχτόχρωμες. Αντιδρούν με το οξυγόνο στον αέρα. Είναι επίσης γνωστές ως σιδηρούχες ενώσεις.

• Σουλφίδιο του σιδήρου (ΙΙ), μια γυαλιστερή χημική ουσία που αντιδρά με οξέα για να απελευθερώσει υδρόθειο, που βρίσκεται στο έδαφος.
• Θειικός σίδηρος(ΙΙ), μια μπλε-πράσινη κρυσταλλική χημική ουσία που παρασκευάζεται με την αντίδραση θειικού οξέος με χάλυβα και χρησιμοποιείται για τη μείωση δηλητηρίων όπως το χρωμικό άλας στο σκυρόδεμα.
• Χλωριούχος σίδηρος(ΙΙ), μια ανοιχτοπράσινη κρυσταλλική χημική ουσία που παρασκευάζεται με την αντίδραση υδροχλωρικού οξέος με χάλυβα.
• Το υδροξείδιο του σιδήρου(ΙΙ), μια σκούρα πράσινη σκόνη που παρασκευάζεται με ηλεκτρόλυση νερού με άνοδο σιδήρου, αντιδρά με το οξυγόνο και γίνεται καφέ.
• Οξείδιο του σιδήρου(ΙΙ), μαύρο, εύφλεκτο, σπάνιο

Μικτή κατάσταση οξείδωσης

Οι ενώσεις αυτές είναι σπάνιες- μόνο μία είναι κοινή. Βρίσκονται στο έδαφος.

• Το οξείδιο του σιδήρου (II,III), ένα μαύρο ορυκτό, που χρησιμοποιείται ως μετάλλευμα σιδήρου, περιέχει σίδηρο σε οξειδωτική κατάσταση +2 και +3.

Ενώσεις σιδήρου(ΙΙΙ)

Οι ενώσεις στην κατάσταση οξείδωσης +3 είναι συνήθως καφέ. Είναι οξειδωτικά μέσα. Είναι διαβρωτικές. Είναι επίσης γνωστές ως ενώσεις σιδήρου.

• Οξείδιο του σιδήρου(ΙΙΙ), σκουριά, κόκκινο-καφέ, διαλύεται σε οξύ
• Το χλωριούχο σίδηρο(ΙΙΙ), δηλητηριώδες και διαβρωτικό, διαλύεται στο νερό και δημιουργεί σκούρο καφέ όξινο διάλυμα. Παρασκευάζεται με αντίδραση του σιδήρου με υδροχλωρικό οξύ και έναν οξειδωτικό παράγοντα
• Νιτρικό σίδηρο(ΙΙΙ), ανοιχτό πορφυρό, διαβρωτικό, χρησιμοποιείται στη χάραξη
• Θειικός σίδηρος (ΙΙΙ), σπάνιος, ανοιχτό καφέ χρώμα, διαλύεται στο νερό. Παρασκευάζεται με την αντίδραση σιδήρου με θειικό οξύ και ένα οξειδωτικό μέσο.

Υπάρχει πολύς σίδηρος στο σύμπαν επειδή είναι το τελικό σημείο των πυρηνικών αντιδράσεων στα μεγάλα αστέρια. Είναι το τελευταίο στοιχείο που παράγεται πριν η βίαιη κατάρρευση ενός σουπερνόβα διασκορπίσει τον σίδηρο στο διάστημα.

Το μέταλλο είναι το κύριο συστατικό του πυρήνα της Γης. Κοντά στην επιφάνεια συναντάται ως ένωση σιδήρου ή σιδήρου. Ορισμένοι μετεωρίτες περιέχουν σίδηρο με τη μορφή σπάνιων ορυκτών. Συνήθως ο σίδηρος βρίσκεται ως μετάλλευμα αιματίτη στο έδαφος, μεγάλο μέρος του οποίου δημιουργήθηκε κατά το Μεγάλο Γεγονός Οξυγόνωσης. Ο σίδηρος μπορεί να εξαχθεί από το μετάλλευμα σε υψικάμινο. Κάποιος σίδηρος βρίσκεται ως μαγνητίτης.

Υπάρχουν ενώσεις σιδήρου στο κρέας. Ο σίδηρος αποτελεί βασικό συστατικό της αιμοσφαιρίνης στα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Ο σίδηρος παράγεται σε μεγάλα εργοστάσια που ονομάζονται σιδηρουργεία με αναγωγή του αιματίτη με άνθρακα (κοκ). Αυτό συμβαίνει σε μεγάλα δοχεία που ονομάζονται υψικάμινοι. Η υψικάμινος γεμίζει με σιδηρομετάλλευμα, κοκ και ασβεστόλιθο. Μια πολύ καυτή ριπή αέρα εισέρχεται, όπου προκαλεί την καύση του κοκ. Η υπερβολική θερμότητα κάνει τον άνθρακα να αντιδράσει με το σιδηρομετάλλευμα, αφαιρώντας το οξυγόνο από τα οξείδια του σιδήρου και δημιουργώντας διοξείδιο του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο και φεύγει από το μείγμα. Υπάρχει και λίγη άμμος μαζί με το σίδηρο. Ο ασβεστόλιθος, ο οποίος αποτελείται από ανθρακικό ασβέστιο, μετατρέπεται σε οξείδιο του ασβεστίου και διοξείδιο του άνθρακα όταν ο ασβεστόλιθος είναι πολύ καυτός. Το οξείδιο του ασβεστίου αντιδρά με την άμμο και δημιουργεί ένα υγρό που ονομάζεται σκωρία. Η σκωρία αποστραγγίζεται, αφήνοντας μόνο το σίδηρο. Η αντίδραση θα αφήσει καθαρό υγρό σίδηρο στην υψικάμινο, όπου μπορεί να διαμορφωθεί και να σκληρυνθεί μετά την ψύξη. Σχεδόν όλα τα σιδηρουργεία αποτελούν σήμερα μέρος χαλυβουργείων και σχεδόν όλος ο σίδηρος μετατρέπεται σε χάλυβα.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να δουλέψετε το σίδερο. Ο σίδηρος μπορεί να σκληρυνθεί θερμαίνοντας ένα κομμάτι μέταλλο και ρίχνοντάς το σε κρύο νερό. Μπορεί να μαλακώσει θερμαίνοντάς το και αφήνοντάς το να κρυώσει αργά. Μπορεί επίσης να σφυρηλατηθεί με μια βαριά πρέσα. Μπορεί να τραβηχτεί σε σύρματα. Μπορεί να κυλινδρωθεί για την κατασκευή λαμαρίνας.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, μεγάλο μέρος του σιδήρου λαμβανόταν από το έδαφος της Μινεσότα και στη συνέχεια στέλνονταν με πλοία στην Ιντιάνα και το Μίσιγκαν, όπου γινόταν χάλυβας.

Ως μέταλλο

Ο σίδηρος χρησιμοποιείται περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο μέταλλο. Είναι ισχυρό και φθηνό. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή κτιρίων, γεφυρών, καρφιών, βιδών, σωλήνων, δοκών και πύργων.

Ο σίδηρος δεν είναι πολύ αντιδραστικός, επομένως είναι εύκολο και φθηνό να εξαχθεί από τα μεταλλεύματα. Είναι πολύ ισχυρός όταν μετατρέπεται σε χάλυβα και χρησιμοποιείται για την ενίσχυση του σκυροδέματος.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι σιδήρου. Ο χυτοσίδηρος είναι ο σίδηρος που κατασκευάζεται με τον τρόπο που περιγράφεται παραπάνω στο άρθρο. Είναι σκληρός και εύθραυστος. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή αντικειμένων όπως τα καλύμματα των αγωγών ομβρίων, τα καλύμματα φρεατίων και τα μπλοκ κινητήρων (το κύριο μέρος ενός κινητήρα).

Ο χάλυβας είναι η πιο κοινή μορφή σιδήρου. Οι χάλυβες υπάρχουν σε διάφορες μορφές. Ο ήπιος χάλυβας είναι χάλυβας με χαμηλό ποσοστό άνθρακα. Είναι μαλακός και κάμπτεται εύκολα, αλλά δεν ραγίζει εύκολα. Χρησιμοποιείται για καρφιά και σύρματα. Ο ανθρακούχος χάλυβας είναι σκληρότερος αλλά πιο εύθραυστος. Χρησιμοποιείται σε εργαλεία.

Υπάρχουν και άλλοι τύποι χάλυβα. Ο ανοξείδωτος χάλυβας λόγω της περιεκτικότητας σε χρώμιο είναι ανθεκτικός στη σκουριά και τα κράματα νικελίου-σιδήρου μπορούν να παραμείνουν ισχυρά σε υψηλές θερμοκρασίες. Άλλοι χάλυβες μπορεί να είναι πολύ σκληροί, ανάλογα με τα κράματα που προστίθενται.

Ο σφυρήλατος σίδηρος διαμορφώνεται εύκολα και χρησιμοποιείται για την κατασκευή περιφράξεων και αλυσίδων.

Ο πολύ καθαρός σίδηρος είναι μαλακός και μπορεί να σκουριάσει (οξειδωθεί) εύκολα. Είναι επίσης αρκετά αντιδραστικός.

Ως ενώσεις

Οι ενώσεις σιδήρου χρησιμοποιούνται για διάφορα πράγματα. Το χλωριούχο σίδηρο(ΙΙ) χρησιμοποιείται για να κάνει το νερό καθαρό. Χρησιμοποιείται επίσης το χλωριούχο σίδηρο(ΙΙΙ). Ο θειικός σίδηρος(ΙΙ) χρησιμοποιείται για τη μείωση των χρωμικών στο τσιμέντο. Ορισμένες ενώσεις σιδήρου χρησιμοποιούνται στις βιταμίνες.

Η έλλειψη σιδήρου είναι η πιο κοινή διατροφική ανεπάρκεια στον κόσμο.

Το σώμα μας χρειάζεται σίδηρο για να βοηθήσει το οξυγόνο να φτάσει στους μύες μας, επειδή βρίσκεται στην καρδιά ορισμένων βασικών μακρομορίων του σώματός μας, όπως η αιμοσφαιρίνη, που το κάνουν να λειτουργεί καλύτερα. Πολλά δημητριακά έχουν κάποιο πρόσθετο σίδηρο (το μεταλλικό στοιχείο σίδηρος). Προστίθεται στα δημητριακά με τη μορφή μικροσκοπικών μεταλλικών ρινισμάτων. Είναι μάλιστα δυνατό να δούμε τα ρινίσματα μερικές φορές παίρνοντας έναν εξαιρετικά ισχυρό μαγνήτη και βάζοντάς τον μέσα στο κουτί. Ο μαγνήτης θα προσελκύσει αυτά τα κομμάτια σιδήρου. Η κατανάλωση αυτών των μικρών μεταλλικών ροκανιδιών δεν είναι επιβλαβής για τον οργανισμό μας.

Ο σίδηρος είναι περισσότερο διαθέσιμος στον οργανισμό όταν προστίθεται σε αμινοξέα - ο σίδηρος σε αυτή τη μορφή είναι δέκα έως δεκαπέντε φορές πιο εύπεπτος από ό,τι είναι ως στοιχείο. Ο σίδηρος βρίσκεται επίσης στο κρέας, για παράδειγμα στη μπριζόλα. Ο σίδηρος που παρέχεται από τα συμπληρώματα διατροφής έχει τη μορφή χημικής ουσίας, όπως ο θειικός σίδηρος(ΙΙ), ο οποίος είναι φθηνός και απορροφάται καλά. Ο οργανισμός δεν θα προσλάβει περισσότερο σίδηρο από ό,τι χρειάζεται, και συνήθως χρειάζεται πολύ λίγο. Ο σίδηρος στα ερυθρά αιμοσφαίρια ανακυκλώνεται από ένα σύστημα που διασπά τα παλιά κύτταρα. Η απώλεια αίματος λόγω τραυματισμού ή μόλυνσης από παράσιτα μπορεί να είναι πιο σοβαρή.

Ο σίδηρος είναι τοξικός όταν λαμβάνονται μεγάλες ποσότητες από τον οργανισμό. Όταν λαμβάνονται πάρα πολλά χάπια σιδήρου, οι άνθρωποι (ιδίως τα παιδιά) αρρωσταίνουν. Επίσης, υπάρχει μια γενετική διαταραχή που βλάπτει τη ρύθμιση των επιπέδων σιδήρου στο σώμα.

Υπάρχουν χημικές ουσίες που δεσμεύουν το σίδηρο και οι γιατροί μπορούν να συνταγογραφήσουν.

• Αλλοτρόποι του σιδήρου
• Ενώσεις σιδήρου
• Εποχή του Σιδήρου