Tính chất vật lí của Sắt, điều chế, ứng dụng, hóa học phổ thông

Tính chất vật lí của Sắt: Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn điện kém đồng và nhôm.

I. Vị trí của Sắt trong bảng HTTH

– Cấu hình e nguyên tử của sắt: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

– Vị trí: Fe thuộc ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.

– Cấu hình e của các ion được tạo thành từ Fe:

Fe²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Fe³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

II. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên của Sắt

1. Tính chất vật lí của Sắt

– Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn điện kém đồng và nhôm.

– Sắt có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao (800⁰C) sắt mất từ tính. t⁰_nc = 1540⁰C.

– Sắt là kim loại nặng, khối lượng riêng D = 7,86g/cm³.

2. Trạng thái tự nhiên của Sắt

– Là kim loại phổ biến sau nhôm, tồn tại chủ yếu ở các dạng:

+ Hợp chất: oxit, sunfua, silicat…

+ Quặng: hematit đỏ (Fe₂O₃ khan), hematit nâu (Fe₂O₃.nH₂O), manhetit (Fe₃O₄), xiđerit (FeCO_­3) và pirit (FeS₂).

V. Điều chế và ứng dụng của sắt

1. Điều chế sắt bằng phương pháp nhiệt luyện

– Khử oxit sắt bằng các chất khử (Al, C, CO, H₂) ở nhiệt độ cao, dùng để điều chế sắt trong công nghiệp

Fe₃O₄ + 4CO \[\overset{t^{o}}{\rightarrow}\] 3Fe + 4CO₂

Fe₂O₃ + 3H₂  \[\overset{t^{o}}{\rightarrow}\] 2Fe + 3H₂O

Fe₂O₃ + 2Al \[\overset{t^{o}}{\rightarrow}\] 2Fe + Al₂O₃

2. Điều chế sắt bằng phương pháp điện phân dung dịch

2FeSO₄ + 2H₂O –^đpdd→  2Fe  + O₂ + 2H₂SO₄

3. Ứng dụng của sắt

– Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Sự kết hợp của giá thành thấp và các đặc tính tốt về chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó trở thành không thể thay thế được, đặc biệt trong các ứng dụng như sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, các bộ khung cho các công trình xây dựng. Thép là hợp kim nổi tiếng nhất của sắt, ngoài ra còn có một số hình thức tồn tại khác của sắt như:

• Gang thô (gang lợn) chứa 4% – 5% cacbon và chứa một loạt các chất khác như lưu huỳnh, silic, phốt pho.
• Gang đúc chứa 2% – 3.5% cacbon và một lượng nhỏ mangan.
• Thép carbon chứa từ 0,5% đến 1,5% cacbon, với một lượng nhỏ mangan, lưu huỳnh, phốt pho và silic.
• Sắt non chứa ít hơn 0,5% cacbon.
• Các loại thép hợp kim chứa các lượng khác nhau của cacbon cũng như các kim loại khác, như crôm, vanađi, môlipđen, niken, vonfram, v.v.
• Oxít sắt (III) được sử dụng để sản xuất các bộ lưu từ tính trong máy tính. Chúng thường được trộn lẫn với các hợp chất khác, và bảo tồn thuộc tính từ trong hỗn hợp này.