Круговорот железа в природе. Железобактерии. Добыча и области применения железа

Что это такое - железо, откуда оно взялось и как его добывают? Этот полезный металл имеет множество областей применения. Химический элемент играет важную роль в мировой промышленности, а важное значение в жизни планеты имеет круговорот железа в природе.

Что такое железо?

Железо представляет собой металлический элемент, который является очень химически реактивным, особенно когда он взаимодействует с кислородом. Это один из наиболее распространенных элементов на Земле и в космосе. Атомы железа содержат 26 протонов в своих ядрах. Химический символ - Fe (ферум) происходит от его латинского названия ferum. В чистом виде это мягкий и хрупкий металл, который усиливается при помощи примесей. При соединении с углеродом получается сталь, для производства которой используется более 98 % добываемой сегодня железной руды.

Все атомы железа во Вселенной образовались в ядрах звезд на заключительных этапах слияния, а затем были выпущены в космос путем звездных взрывов. Это четвертый по численности элемент в земной коре после кремния, кислорода и алюминия. Что такое железо? Это самый распространенный элемент, составляющий нашу планету, хотя большая его часть по массе находится намного ниже поверхности - в ядре Земли. Он присутствует почти во всех породах коры и мантии в качестве химического компонента сотен различных минералов.

Железная руда

В чистом виде этот металл встречается редко. Некоторые метеориты содержат элементарное железо. Этот элемент химически реагирует с кислородом и водой для производства железосодержащих минералов. Любой камень, который содержит достаточное количество этого металла, добываемого в экономических целях, называется железной рудой. Наиболее распространенными ее минералами являются:

• оксид железа (формула Fe₂O₃), который образуется под воздействием кислорода;
• гидратированный оксид железа, который образуется в результате реакции в воде.

Наиболее важными железными рудами являются минералы оксида железа, называемые гематитом и магнетитом. Высокая концентрация Fe делает их наиболее предпочтительными в промышленности. Добыча железа осуществляется на крупнейших месторождениях руды. Чаще всего это образования, которые представляют собой древние осадочные породы. Они содержат слои минералов оксида железа (формула Fe₂O₃) толщиной до нескольких сантиметров.

Где можно найти железо?

При комнатной температуре оно представляет собой твердое вещество. Это блестящий серый металл, который ржавеет со временем при воздействии влажного воздуха. Он объединяется со многими другими металлами для образования сплавов. Области применения железа достаточно обширные. Когда он сочетается с углеродом, получается сталь. Его также можно комбинировать с другими металлами, такими как никель, хром и вольфрам. Эти сплавы очень прочные и могут использоваться для изготовления мостов и зданий.

Железо - очень древний элемент, который использовался на Земле в течение долгого времени. Объекты из него были найдены еще в Древнем Египте. Был даже целый период времени (1200-500 гг. до н. э.), названный в его честь, - железный век, когда его использовали для изготовления орудий и оружия. Чтобы найти этот полезный металл, нужно искать его глубоко под землей. Он встречается как в земной коре, так и в ядре Земли. На Земле железа больше, чем любого другого металла. Этот элемент можно найти и на других планетах, включая ядро ​​Юпитера и Сатурна, а также красную пыльную поверхность Марса (именно в связи с этим его и назвали Красной планетой).

Наземный круговорот железа в природе

Железо (Fe) следует за геохимическим циклом, как и многие другие питательные вещества. Оно обычно выделяется в почву или в океан через выветривание горных пород или извержения вулканов. В земной экосистеме растения сначала поглощают железо через корни из почвы. Это предельно важное питательное вещество, которое перемещается между живыми организмами и геосферой.

Железо является важным ограничивающим питательным веществом для растений, которые используют его для производства хлорофилла. Фотосинтез зависит от адекватного снабжения этим металлом. Растения ассимилируют его из почвы в корни. Животные потребляют растения и используют его для производства гемоглобина. Когда они умирают, они разлагаются и бактерии возвращают металл в почву.

Морской цикл железа

Морской круговорот железа в природе очень похож на земной цикл. Этот процесс происходит за счет жизнедеятельности определенных микроорганизмов, окисляющих металл до гидроксида и получающих углерод из углекислоты. Железобактерии в реке, море или любом другом водоеме добывают энергию для своего жизненного цикла, а после его завершения они оседают в почве в виде болотной руды.

Роль железа в океанических экосистемах также значительная. Основными производителями, которые поглощают этот металл, обычно являются фитопланктон или цианобактерии. Затем железо усваивается потребителями, когда они едят эти бактерии. Круговорот железа в природе - это чрезвычайно сложный процесс. Он зависит от множества сопутствующих факторов: химических реакций, типов мест обитания и групп микробов. Все это связывает его с другими, не менее важными биогеохимическими циклами Земли.

Общая характеристика

Железо в виде различных комбинированных руд является одним из наиболее распространенных элементов, составляющих около 5 % земной коры. Важнейшими железосодержащими минералами являются оксиды и сульфиды (гематит, магнетит, гетит, пирит, марказит). Этот металл присутствует также в метеоритах, на других планетах и ​​на солнце. Железо содержится как в морской, так и в пресной воде.

Интересные факты

Вот некоторые интересные факты о таком, казалось бы, простом химическом элементе:

• Железо - это важнейший строительный блок для питания растений, который помогает переносить кислород в крови, тем самым поддерживая жизнь на Земле.
• Это хрупкое твердое вещество, классифицированное как металл в группе 8 в периодической таблице элементов. Он в чистом виде быстро корродирует от воздействия влажного воздуха и высоких температур.
• Это четвертый наиболее распространенный элемент земной коры по весу, и большая часть ядра Земли, как полагают, состоит из железа.
• Большая часть его используется для производства стали - сплава железа и углерода, который, в свою очередь, применяется в производстве и строительстве, например для производства железобетона.
• Нержавеющая сталь, содержащая не менее 10,5 % хрома, обладает высокой устойчивостью к коррозии. Она используется в кухонных столовых приборах и посуде, таких как кастрюли из нержавеющей стали.
• Добавление других элементов может обеспечить стали новые полезные свойства. Например, никель увеличивает долговечность сплава и делает его более устойчивым к нагреву и кислотам.

Краткая информация об элементе Fe

• Число протонов в ядре: 26.
• Атомный символ: Fe.
• Средняя масса атома: 55,845 г/моль.
• Плотность: 7,874 грамма на кубический сантиметр.
• Фаза при комнатной температуре: сплошная.
• Точка плавления: 1538 ⁰C.
• Точка кипения: 2861 ⁰C.
• Количество изотопов: 33.
• Стабильные изотопы: 4.

Основные области применения

Железо используется во многих секторах, таких как электроника, производство, автомобилестроение и строительство. Ниже приведены области применения железа:

• В качестве первичной составляющей черных металлов, сплавов и стали.
• Сплав с использованием углерода, никеля, хрома и различных других элементов для получения чугуна или стали.
• В магнитах.
• В готовых металлических изделиях.
• В промышленном оборудовании.
• В транспортном оборудовании.
• В инструментах.
• В игрушках и спортивных товарах.

Железо составляет 5 % земной коры и является одним из самых распространенных и наиболее используемых металлов. Этот элемент также содержится в мясе, картофеле и овощах и имеет важное значение для животных и людей. Это неотъемлемая часть гемоглобина. Металл является сероватым по внешнему виду и очень пластичным и ковким. Он легко растворяется в разбавленных кислотах и ​​химически активен. Основными районами добычи железа являются Китай, Австралия, Бразилия, Россия и Украина.