Rautametallin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Rauta (Fe) on yksi yleisimmin käytetyistä metalleista sen runsauden, lujuuden ja monipuolisuuden vuoksi. Alla on yleiskatsaus raudan fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista.
Raudan keskeiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
| Omaisuus | Arvo/kuvaus |
|---|---|
| Esiintyminen | Hopeinen harmaa, metallinen kiilto |
| Tiheys | 7,87 g/cm³ |
| Sulamispiste | 1538 astetta (2800 astetta F) |
| Kiehumispiste | 2862 aste (5182 astetta F) |
| Sähkönjohtavuus | Hyvä, mutta ei niin korkea kuin kupari tai alumiini |
| Lämmönjohtavuus | 80 W/m·K |
| Magnetismi | Ferromagneettinen (magnetizoitavissa) |
| Kovuus | 4.5 MOHS -asteikolla (pehmeä puhdas muodossa) |
| Taipuisuus | Ulottuva ja muokattavissa puhtaassa muodossa |
| Reaktiivisuus hapen kanssa | Muodostaa rautaoksidin (ruoste) |
| Reaktiivisuus veden kanssa | Muodostaa rautahydroksidin ja vetykaasua |
| Reaktiivisuus happojen kanssa | Muodostaa rautasuoloja ja vetykaasua |
| Yleinen hapettumistilat | Fe²⁺ ja Fe³⁺ |
| Korroosionkestävyys | Herkkä ruosteelle, mutta parannetaan seoksissa |
Raudan fysikaaliset ominaisuudet
Esiintyminen:
Rauta on hopeinen harmaa metalli, jolla on metallinen kiilto.
Se on suhteellisen pehmeä puhtaassa muodossaan, mutta sitä voidaan kovettaa seostuselementeillä, kuten hiili (teräksen valmistamiseksi).
Tiheys:
Raudan tiheys on suunnilleen7,87 g/cm³.
Tämä suhteellisen korkea tiheys tekee raudasta sopivan materiaalin massaa ja lujuutta vaativiin sovelluksiin.
Sulamispiste:
Raudassa on korkea sulatuspiste noin1538 astetta (2800 astetta F).
Tämä korkea sulamispiste myötävaikuttaa sen käyttöön korkean lämpötilan sovelluksissa, kuten terästen valmistuksessa.
Kiehumispiste:
Raudan kiehumispiste on2862 aste (5182 astetta F).
Sähkönjohtavuus:
Rauta on aHyvä sähköjohdin, vaikkakaan ei niin hyvä kuin kupari tai alumiini. Sitä käytetään usein sähkökomponenteissa ja johtimissa tarvittaessa.
Lämmönjohtavuus:
Raudassa on hyvä lämmönjohtavuus, ja sen lämmönjohtavuus on noin80 W/m·K.
Tämä tekee siitä tehokkaan materiaalin lämmön suorittamiseen erilaisissa teollisissa sovelluksissa.
Magnetismi:
Rauta onmagneettinenpuhtaassa muodossaan ja onferromagneettinenmateriaali. Tämä tarkoittaa, että se houkuttelee magneetit ja voi tulla magnetoituneita.
Tämä ominaisuus on syy siihen, miksi Ironia käytetään sähkömagneettien, moottorien ja muiden magneettisten laitteiden valmistukseen.
Kovuus:
Puhdas rauta on suhteellisen pehmeä, kovuudella4.5 MOHS -asteikolla. Teräksen kaltaiset rautaseokset ovat kuitenkin paljon kovempia ja vahvempia.
Raudan kovuutta voidaan parantaa merkittävästi lisäämällä hiiltä ja muita elementtejä, muodostaen materiaaleja, kuten valurautaa ja terästä.
Ja muokattavuus:
Rauta onulottuvajamuovattava. Se voidaan vetää johdoihin ja lyödä arkkeihin puhtaassa muodossaan. Se muuttuu kuitenkin hauraammaksi suuremmassa hiilen sisällössä.
Raudan kemialliset ominaisuudet
Reaktiivisuus hapen kanssa:
Rauta reagoi helposti ilmassa happea muodostumiseenRautaoksidi (Fe₂o₃), tunnetaan yleisesti nimellä Rust.
Ruostuminenon hapettumisreaktio, jossa rauta menettää elektroneja ja muodostaa rautaoksidin, etenkin kosteuden ja ilman läsnä ollessa.
Reaktio veden kanssa:
Rauta voi reagoidavettäRautahydroksidin ja vetykaasun muodostamiseksi. Tämä prosessi tapahtuu helpommin, kun rauta altistuu kosteudelle ja lämmölle.
Reaktio on:
Fe +2 H2O → Fe (OH) 2+ H2fe + 2 h _2 o \ oikeanrow fe (OH) _2 + h _2 fe +2 H2 o → Fe (OH) 2+H2
Reaktio happojen kanssa:
Rauta reagoi happojen kanssa muodostumaanvetykaasujaraudasuolat. Esimerkiksi, kun rauta reagoi suolahapon (HCL) kanssa, se muodostaa rautakloridin ja vetykaasun:
Fe +2 hCl → fecl 2+ h2fe + 2 HCl \ oikeanrow fecl _2 + h _2 fe +2 HCl → Fecl2+H2
Hapetustilat:
Rauta on yleensä kahdessa hapettumistilassa:+2 (Fe²⁺)ja+3 (fe³⁺).
Sen+2 tila, rauta muodostaa yhdisteitä, kuten rauta (ii) oksidia (FeO)+3 tila, se muodostaa yhdisteitä, kuten rauta (III) oksidia (Fe₂o₃).
Reaktio halogeenien kanssa:
Rauta reagoihalogeenit(kuten kloori, fluori, bromi ja jodi) muodostaarautahalidesia. Esimerkiksi, kun rauta reagoi kloorin kanssa, se muodostaa rautakloridin:
Fe+cl2 → fecl2fe+cl _2 \ oikeanrow fecl _2 fe+cl2 → fecl2
Reaktio hiilen kanssa:
Rauta reagoihiilikorkeissa lämpötiloissa muodostettavaRautakarbidi (Fe₃c), mikä on avainkomponentti teräs- ja valuraudassa. Tämä on yksi ensisijaisista reaktioista teräksen valmistuksessa.
Korroosionkestävyys:
Vaikka puhdas rauta on erittäin herkkä korroosiolle (ruostuminen), se on usein seosta muilla elementeillä (kuten ruostumattoman teräksen kromi) parantaakseen sen korroosiokestävyyttä.
Ruostumattomassa teräksessä rauta muodostaa passiivisen oksidikerroksen, joka estää edelleen hapettumista ja korroosiota.
Reaktiivisuus typen kanssa:
Rauta reagoityppikohonneissa lämpötiloissa muodostetaanraudanitridi(Fe₄n tai fe₆n). Tämä on hyödyllistä joissakin erikoistuneissa sovelluksissa, kuten korkean suorituskyvyn materiaalien tuotannossa.
Sähkökemiallinen käyttäytyminen:
Rauta voi toimia molemminaanodijakatodisähkökemiallisissa reaktioissa ympäröivistä olosuhteista riippuen. Tätä ominaisuutta käytetään galvanisaatiossa, jossa rauta päällystetään sinkkikerroksella ruostumisen estämiseksi.
Johtopäätös
Rauta on monipuolinen metalli, jolla on useita tärkeitä fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä välttämättömän teollisuus- ja päivittäisille sovelluksille. Sen kyky muodostaa seoksia, vastustaa korroosiota käsiteltäessä ja reagoida muiden elementtien kanssa antaa sille laajan käyttötarkoituksen, etenkin teräksen ja valuraudan muodossa.
