Tìm hiểu tính chất hóa học của sắt và ứng dụng của sắt trong thực tiễn

Tìm hiểu tính chất hóa học của sắt và ứng dụng của sắt trong thực tiễn

Bài viết sau đây là cái nhìn chung nhất về sắt và các tính chất hóa học quan trọng của nguyên tố này, nhằm giúp bạn hiểu hơn cũng như làm quen các bài tập về nguyên tố Fe, mời các bạn cùng đón đọc!

I. Khái quát về sắt

    1. Định nghĩa

Sắt là một kim loại phổ biến trên bề mặt Trái Đất, là một trong những nguyên tố hóa học quan trọng trong bảng tuần hoàn các nguyên tố  hóa học, ký hiệu của sắt là Fe với số hiệu nguyên tử là 56, sắt là kim loại đứng sau nhôm và đứng trước Cr trong phân nhóm VIIIB chu kỳ thứ tư. Sắt và niken là hai nguyên tố hóa học đồng tham gia phản ứng hạt nhân tại tâm của các vì sao mà không phải thông qua hoạt động xúc tác ví dụ như các vụ nổ. Hơn thế nữa Fe còn tham gia cấu thánh nên lớp vỏ ngoài và trong của lõi Trái Đất, chính vì vậy sắt được tìm thấy khá nhiều và đặng biệt là dưới dạng quặng sắt và rất khó tìm thấy ở dạng tự do.

Tên, ký hiệu	Sắt, Fe
Hình dạng	Ánh kim xám nhẹ
Khối lượng riêng của sắt (Z)	26
Trọng lượng riêng của sắt (±) (Ar)	55,845(2)
Phân loại	kim loại chuyển tiếp
Nhóm, phân lớp	8, d
Chu kỳ	Chu kỳ 4
Cấu hình electron	[Ar] 3d6 4s2
mỗi lớp	2, 8, 14, 2

Mới nhất:

• Một số bazơ quan trọng
• Tính chất hóa học của muối

    2. Tính chất vật lý

Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim xám nhẹ
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1811 K ​(1538 °C, ​2800 °F)
Nhiệt độ sôi	3134 K ​(2862 °C, ​5182 °F)
Mật độ	7,874 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 6,98 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	13,81 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	340 kJ·mol−1
Nhiệt dung	25,10 J·mol−1·K−1

Các loại sắt thương gặp:

• Sắt whisker
• Thép tôi
• Thép martensit
• Thép bainit
• Thép pearlit
• Sắt gia công nguội
• Sắt hạt nhỏ
• Sắt chứa cacbon
• Sắt nguyên chất, đơn tinh thể.

II. Tính chất hóa học của sắt

• Tác dụng với phi kim

Trong điều kiện đun nóng và nhiệt độ cao sắt hầu hết đều phản ứng với các phi kim. Đặc biệt với một số phi kim mạnh như \(Cl_2\) thì tạo ra các hợp chất sắt +3.Còn khi tác dụng với ôxy sẽ tạo ra oxit sắt II hoặc oxit sắt từ.

Ví dụ:

\(2Fe + 3Cl_2 → 2FeCl_3\)

\(FeO + Fe_2O_3 → Fe_3O_4\)

\(3Fe + 2O_2 → Fe_3O_4\) (Vì khi Fe phản ứng với Oxi ở nhiệt độ cao, tao ra đồng thời \( (FeO \ và \ Fe_2O_3)\) và lại tự xúc tác với nhau)

Sắt dễ bị oxi hóa trong không khí, hay còn gọi là phản ứng rỉ:

\(4Fe + O_2 + nH_2O → 2Fe_2O_3.nH_2O\)

Đối với các phi kim yếu hơn như S,..tạo ra sản phẩm là hợp chất sắt II: \(Fe + S → FeS\)

• Tác dụng với các hợp chất

Phản ứng thế điện cực: \(Fe_2+(dd) + 2e → Fe E_o= -0.44V\)

Chứng minh đuộc sắt là một kim loại có tính khử

Sắt bị hòa tan trong các dung dịch axit: \(HCl, H_2SO_4\). Phản ứng thường gặp:

\(Fe + 2HCl → FeCl_2 + H_2\)

\(Fe + H_2SO_4 → FeSO_4 + H_2\)

Hay \(FeO + 2H+(dd) → Fe+(dd) + H_2\)

Tác dụng với \(HNO_3, H_2SO4\) đặc nóng - axit có tính oxi hóa mạnh thì phản ứng tạo ra hợp chất Fe III và các sản phẩm khử của nito:\(N_2O, NO, NO_2\) hoặc của lưu huỳnh: \(SO_2.\)

Ở nhiệt độ thường, \(HNO_3, H_2SO4\) đặc, Fe tạo ra lớp oxit bảo vệ nên kim loại trở nên "thụ động", không bị hòa tan và đẩy các kim loại yếu hơn nó ra khỏi hỗn hợp muối.

\(Fe + Cu(NO_3)_2 → Fe(NO_3)_2 + Cu\)

Xem thêm: Bài tập về sắt

III. Ứng dụng của sắt

Sắt có tính ứng dụng vô cùng cao và nó chiếm đến 95% tổng khối lượng được sản xuất ra hàng năm trên thế giới. Một số ứng dụng phổ biến của sắt như sau:

• Tham gia phản ứng đúc gàn, trong đó nổi bật là gang thô. Fe là chất trung gian trong các phản ứng. Gang thô có đặc tính là rất rắn, cứng và dễ vỡ nhưng lại được ứng dụng phổ biến.
• Sản xuất ra thép cacbon cùng với lượng nhỏ các chất khác như P, Si, Mn, S...
• Sản xuất sắt non, có đặc tính dai và dễ uốn, vì hàm lượng caascbon ít nên rất dễ mài và sắc bén.
• Sản xuất ra thép hợp kim.
• Oxit sắt III có tác dụng là chất tạo nên các bộ lưu từ trong máy tính và được trộn lẫn với một số chất khác.
• Sắt Sunfat là một thành phần tạo nên xi măng.

Với những lý thuyết bổ ích trên hy vọng các bạn đã hiểu được tính chất hóa học cũng như ứng dụng của sắt trong đời sống. Nếu còn thắc mắc xin vui lòng để lại dưới mục bình luận. Chúc các bạn đạt điểm cao môn Hóa học!