Қазақша рефераттар

Темірдің биологиялық маңызы

Химия • Металдар

Темір: құрылысы, қасиеттері, табиғатта таралуы және маңызы

Бұл материал темір элементін кешенді түрде қарастырады: периодтық жүйедегі орны, электрондық құрылысы, тотығу дәрежелері, физикалық және химиялық қасиеттері, табиғатта таралуы, өндірісте алынуы, биологиялық маңызы және қолданылуы.

Сабақтың барысы: ұйымдастыру және блиц-сұрақтар

  1. Атом радиусы келесі қатарда қалай өзгереді: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra?
  2. Тотықсыздандырғыш қасиет қалай өзгереді:
    Na → Mg → Al
    Mg → Ca → Sr
  3. Периодтық жүйенің III тобында бір ғана бейметалл бар. Осы топтағы металдарды атаңдар.
  4. Реакция теңдеулерін аяқтап, теңестіріңдер:
    • Al + NaOH + H2O →
    • Al + HCl →
    • Fe + CuSO4 →
    • Ca(OH)2 + CuCl2 →

Қызығушылықты ояту: «Ой шақыру»

Сұрақ

Суреттегі заттардың ортақ сипатын айтыңдар (темірден жасалған бұйымдар, минералдар).

Жауап

Ортақ белгісі — темір: ол металл.

Темірдің периодтық жүйедегі орны және электрондық құрылысы

Периодтық жүйедегі орны

  • 4-период
  • 8-топ (қосымша топша)
  • Реттік нөмірі: 26
  • d-элемент

Атом құрамы және конфигурациясы

  • 26 электрон, 26 протон, 30 нейтрон
  • Салыстырмалы атомдық массасы: 56
  • Электрондық қабаттары: 2, 8, 14, 2
  • Электрондық конфигурациясы: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

Қосымша топша (ауыс) элементтерінде ішкі d-деңгейшелер сыртқы деңгейшелерден бұрын толады. Темірдің валенттік электрондары сыртқы s-деңгейшеде және сырттан санағанда екінші деңгейдегі d-деңгейшеде орналасады. Сондықтан темір ауыспалы тотығу дәрежелерін көрсетеді.

Темірдің тотығу дәрежелері және қозған күйлері

Қалыпты күй

3d6 4p0

1-қозған күй

3d5 4p1

2-қозған күй

3d5 4p2

Темірдің негізгі тотығу дәрежелері: 0, +2, +3. Кейде +6 (мысалы, K2FeO4 — калий ферраты) байқалады.

Физикалық қасиеттері (физик көзқарасы)

  • Ақ-сұр түсті, металдық жылтыры бар.
  • Электр тогын және жылуды жақсы өткізеді.
  • Магнитке тартылады; жұмсақ және созылғыш.
  • Тығыздығы: 7,86 г/см³.
  • Балқу температурасы: 1539°C.
  • Магниттік қасиеті 769°C-қа дейін сақталады, одан жоғарыда жойылады.

Тарихи деректер және табиғатта таралуы (тарихшы көзқарасы)

Қазақстан жерінде темірді ерте дәуірлерде-ақ сақтар мен ғұндар (б.з.д. VII ғасырдан б.з. 204 жылға дейінгі кезеңдер) пайдаланған. VII ғасырда Қыпшақ қаласында темірден қару-жарақ соғылып, кәсіптік құралдар жасалған. Тарихтан белгілі төрт дәуірдің (тас, мыс, қола, темір) ішінде темір дәуірі қазіргі күнге дейін жалғасып келеді.

«Аспан тасы» туралы қызықты деректер

  • Ертеде темірді «аспан тасы» немесе «жұлдыз тасы» деп атаған.
  • Жерге жыл сайын мыңдаған метеорит бөлшектері түседі, олардың құрамында шамамен 90% темір болады.
  • Ең ірі метеориттердің бірі 1920 жылы Америкадан табылған (салмағы 60 т).
  • 1895 жылы Гренландия мұздығынан 34 т темір метеорит табылып, қазір Нью-Йоркте сақтаулы.
  • Темір — Күн жүйесінде өте кең тараған элемент; Жер ядросының шамамен 90%-ын құрайды.
  • Табиғатта таралуы бойынша алюминийден кейінгі екінші металл.

Темірдің табиғи минералдары

Минерал атауы Формуласы Fe мөлшері, %
Ильменит (Fe, Ti)O3 36,8
Лимонит 2Fe2O3·3H2O 30–55
Гематит (қызыл теміртас) Fe2O3 65–70
Магнетит (магниттік теміртас) Fe3O4 72
Сидерит FeCO3 48,3
Пирит FeS2 52

Қазақстандағы темір кен орындары

Қазақстанда темірдің бай қоры бар. Негізгі кен орындары Торғай темір кенді бассейнінде және Орталық Қазақстанда орналасқан. Қордың 93%-ы Қашар, Соколов–Сарыбай, Әйет, Лисаков кен орындарында (Солтүстік Қазақстан) шоғырланған. Қазақстан темір қоры жөнінен ТМД бойынша Ресей мен Украинадан кейін 3-орын алады.

Кендер үш кен байыту комбинатында өндіріледі: Соколов–Сарыбай, Лисаков, Қаражол.

Шойын мен болат: құрамы және қасиеттері

Шойын

Құрамында шамамен 93% Fe және 4% C болады. Сонымен қатар Si, Mn, P, S қоспалары кездеседі.

Болат

Болат алу үшін шойындағы C, Si, Mn, P, S қоспаларын тазарту қажет; нәтижесінде құрамында шамамен 96% Fe қалады.

Болатты асылдандыру және қасиетін арттыру үшін хром, ванадий, вольфрам, молибден сияқты металдар қосылады. Бұл қоспалар қаттылықты, деформацияға беріктікті, қыздыруға және коррозияға төзімділікті арттырады.

Қазақстандағы толық циклді металлургия кешенінің мысалы — Теміртау қаласындағы «МитталлСтилТеміртау» АҚ. Мұнда шойынның 100%-ы, прокаттың 100%-ы және болаттың 95%-ы өндіріледі. Қарағандыда тозған темір бұйымдарын қайта өңдеу өндірістері де жұмыс істейді.

Темірдің биологиялық маңызы (биолог көзқарасы)

  • Адам ағзасындағы темір мөлшері шамамен 3–7 г (қан, ұлпа, ішкі органдар).
  • Тәуліктік қажеттілік: 11–30 мг.
  • Миоглобин құрамындағы Fe (көбіне Fe3+ ретінде сипатталады) етке қызғылт түс береді.
  • Гемоглобин құрамындағы Fe2+ қанға қызыл түс береді және оттекті ұлпаларға тасымалдайды, ал CO2-ты өкпеге жеткізеді; гемоглобин сүйек кемігінде түзіледі.
  • Темір өсімдіктерде хлорофилл түзуге және тыныс алуға қатысады.

Темір тапшылығы қаназдыққа (анемияға) әкелуі мүмкін. Ол дұрыс тамақтанбаудан, экологиялық әсерлерден, әлсіреуден немесе қан жоғалтудан туындауы ықтимал.

Темірге бай тағамдар

Қара нан, картоп, алма, өрік, қарақұмық жармасы, ет өнімдері, бұршақ тұқымдастар, қараөрік, сұлы жармасы, алмұрт, жаңғақ, лимон, жүзім, шие, асқабақ және т.б.

Өндірісте алынуы: темір оксидтерін тотықсыздандыру

Темірді оның оксидтерін сутекпен, алюминиймен немесе көміртек(II) оксидімен (CO) тотықсыздандыру арқылы алады:

Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

FeO + CO → Fe + CO2↑

FeCO3 (t) → FeO + CO2↑

Химиялық қасиеттері: Fe(II) және Fe(III) қатарлары

Fe(III) қосылыстарына тән

Cl2, HNO3, C әсерінен Fe(III) күйіне өтуі/сақталуы байқалады.

Fe(II) қосылыстарына тән

S, Cu2+, сұйытылған HCl және сұйытылған H2SO4 ортасында реакциялар.

Екі қатарға да ортақ реагенттер

O2, H2O.

1) Бейметалдармен әрекеттесуі

3Fe + 2O2 → Fe3O4 (темір қағы)

Fe + S → FeS (қыздырғанда)

2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

3Fe + C → Fe3C (цементит)

2Fe + N2 → 2FeN

2) Коррозия (таттану)

Темір ауада тез таттанады; темірдің шамамен 25%-ы коррозия әсерінен жойылады.

4Fe + 6H2O + 3O2 → 4Fe(OH)3

3) Қышқылдармен әрекеттесуі

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

Fe + 4HNO3(сұйыт.) → Fe(NO3)3 + 2H2O + NO

Суықта концентрлі H2SO4 және HNO3 темірді пассивтендіреді, ал қыздырғанда әрекеттеседі (Fe(III) түзілуі). Сондықтан азот қышқылын темір цистерналарда тасымалдауға болады.

4) Тұздармен орынбасу реакциясы

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

5) Сумен (бу) әрекеттесуі

3Fe + 4H2O(бу) → Fe3O4 + 4H2 (800°C)

Қорытынды

  • Темір — көбіне тотықсыздандырғыш.
  • Fe(II) және Fe(III) қосылыстарын түзеді.
  • Ауыспалы тотығу дәрежелері оның d-элемент ретіндегі табиғатымен байланысты.

Сапалық реакциялар: Fe2+ және Fe3+ иондары

Fe2+ ионы

Реактив: қызыл қан тұзы K3[Fe(CN)6]. Нәтиже: қара-көк тұнба (Турнбул көгі).

FeSO4 + K3[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6] + 2K2SO4

Fe3+ ионы

Реактив: сары қан тұзы K4[Fe(CN)6]. Нәтиже: қара-көк тұнба (Берлин көгілдірі).

K4[Fe(CN)6] + FeCl3 → 3KCl + K[Fe(CN)6]

Сілтімен тұнба түзу (FeCl2)

FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl

Нәтиже: жасыл тұнба.

Сілтімен тұнба түзу (FeCl3)

FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl

Нәтиже: қызыл-қоңыр тұнба.

Қолданылуы

  • Темір және оның құймаларынан көлік құралдары мен бөлшектері, әскери техника жасалады.
  • Шойын мен болаттан табақтар, консерві қаңылтырлары, құбырлар, тұрмыстық бұйымдар, ыдыстар, рельстер өндіріледі.

Қосымша тапсырма: оқушылар металдарға қатысты білетін мақал-мәтелдерін айтып, мағынасын талдайды.

Деңгейлік тапсырмалар

I деңгей — «Қанағат»

Келесі қосылыстардағы элементтердің тотығу дәрежелерін анықтаңдар:

Fe3(PO4)2 K2FeO4 Fe(OH)SO4 FePO4 Fe3O4 Fe(OH)2 Fe(OH)3

II деңгей — «Талап»

Мына айналымды жүзеге асыратын реакция теңдеулерін жазыңдар:

Fe → FeCl2 → Fe(OH)2 → FeO → FeSO4

III деңгей — «Терең ой»

Есеп: массасы 0,35 г екі валентті металл қышқылмен әрекеттескенде 140 мл сутек (қ.ж.) бөлінеді. Металды анықтаңдар.

Қорытынды ой

«Темір» десек, көбіне шойын мен болат еске түседі. Ал Жер бетінен темір жоғалып кетсе, темір жол да, пойыз да, көлік те болмас еді; көпірлер қирап, көптеген құрылымдар істен шығар еді. Өсімдіктер әлсіреп, тіршілікке қауіп төнер еді. Адам ағзасындағы небәрі 3 г темір жойылса, өмір сүру тоқтайды. Бұл ой темірдің маңызын айқын көрсетеді (осындай пайымдауларды минералог, академик А.Е. Ферсман да атап өткен).

Бағалау және үй тапсырмасы

Үйге тапсырма: 156-бет — A, B, C деңгейлік тапсырмалары; «Темір және оның қосылыстары» тақырыбы бойынша өзіндік ізденіс жұмысы.