Ի՞նչ է երկաթը, որտեղի՞ց է այն գալիս և ինչպե՞ս է այն արդյունահանվում: Այս օգտակար մետաղը բազմաթիվ կիրառություններ ունի։ Քիմիական տարրը կարևոր դեր է խաղում համաշխարհային արդյունաբերության մեջ, իսկ բնության մեջ երկաթի ցիկլը կարևոր է մոլորակի կյանքում։
Ի՞նչ է երկաթը:
Երկաթը մետաղական տարր է, որը բարձր քիմիապես ռեակտիվ է, հատկապես, երբ այն փոխազդում է թթվածնի հետ: Դա երկրի և տիեզերքում ամենատարածված տարրերից մեկն է: Երկաթի ատոմներն իրենց միջուկներում պարունակում են 26 պրոտոն։ Քիմիական նշանը՝ Fe (ferum) գալիս է իր լատինական ferum անվանումից։ Մաքուր տեսքով այն փափուկ և փխրուն մետաղ է, որն ամրանում է կեղտերից։ Ածխածնի հետ համակցվելիս ստացվում է պողպատ, որն օգտագործում է այսօր արդյունահանվող երկաթի հանքաքարի ավելի քան 98%-ը։
Տիեզերքի բոլոր երկաթի ատոմները ձևավորվել են աստղերի միջուկներում միաձուլման վերջին փուլերում, այնուհետև տիեզերք են բաց թողնվել աստղային պայթյունների ժամանակ: Այն մեծությամբ չորրորդն էտարր երկրակեղևում՝ սիլիցիումից, թթվածնից և ալյումինից հետո։ Ի՞նչ է երկաթը: Այն ամենատարածված տարրն է, որը կազմում է մեր մոլորակը, թեև նրա զանգվածի մեծ մասը գտնվում է մակերեսից շատ ցածր՝ Երկրի միջուկում: Այն առկա է ընդերքի և թիկնոցի գրեթե բոլոր ապարներում՝ որպես հարյուրավոր տարբեր միներալների քիմիական բաղադրիչ։
Երկաթի հանքաքար
Այս մետաղը հազվադեպ է իր մաքուր տեսքով: Որոշ երկնաքարեր պարունակում են տարրական երկաթ։ Այս տարրը քիմիապես փոխազդում է թթվածնի և ջրի հետ՝ արտադրելով երկաթ պարունակող հանքանյութեր։ Ցանկացած քար, որը պարունակում է այս մետաղի բավարար քանակություն՝ տնտեսական նպատակներով արդյունահանվելու համար, կոչվում է երկաթի հանքաքար: Նրա ամենատարածված հանքանյութերն են՝
- երկաթի օքսիդ (բանաձև Fe2O3), որը ձևավորվում է թթվածնի ազդեցության ժամանակ;
- հիդրացված երկաթի օքսիդ, որը ձևավորվում է ջրի մեջ ռեակցիայի արդյունքում:
Երկաթի ամենակարևոր հանքաքարերը երկաթի օքսիդի հանքանյութերն են, որոնք կոչվում են հեմատիտ և մագնետիտ: Fe-ի բարձր կոնցենտրացիան նրանց դարձնում է արդյունաբերության մեջ ամենանախընտրելիը: Երկաթը արդյունահանվում է հանքաքարի ամենամեծ հանքավայրերում: Ամենից հաճախ դրանք գոյացություններ են, որոնք հնագույն նստվածքային ապարներ են: Դրանք պարունակում են երկաթի օքսիդ հանքանյութերի շերտեր (Fe2O3) մինչև մի քանի սանտիմետր հաստությամբ:
Որտե՞ղ կարող եմ գտնել երկաթ:
Սենյակային ջերմաստիճանում այն էամուր. Այն փայլուն մոխրագույն մետաղ է, որը ժամանակի ընթացքում ժանգոտվում է խոնավ օդի ազդեցության տակ: Այն միանում է բազմաթիվ այլ մետաղների հետ՝ առաջացնելով համաձուլվածքներ: Երկաթի շրջանակը բավականին ընդարձակ է։ Երբ այն միանում է ածխածնի հետ, դառնում է պողպատ։ Այն կարող է զուգակցվել նաև այլ մետաղների հետ, ինչպիսիք են նիկելը, քրոմը և վոլֆրամը: Այս համաձուլվածքները շատ ամուր են և կարող են օգտագործվել կամուրջներ և շենքեր պատրաստելու համար։
Երկաթը շատ հին տարր է, որը երկար ժամանակ օգտագործվել է Երկրի վրա: Նրանից իրեր հայտնաբերվել են Հին Եգիպտոսում։ Նրա անունով նույնիսկ եղել է մի ամբողջ ժամանակաշրջան (մ.թ.ա. 1200-500 թթ.)՝ երկաթի դար, երբ այն օգտագործվում էր գործիքներ ու զենքեր պատրաստելու համար։ Այս օգտակար մետաղը գտնելու համար հարկավոր է այն փնտրել գետնի խորքում։ Այն հանդիպում է ինչպես երկրի ընդերքում, այնպես էլ երկրի միջուկում։ Երկրի վրա ավելի շատ երկաթ կա, քան ցանկացած այլ մետաղ: Այս տարրը կարելի է գտնել նաև այլ մոլորակների վրա, ներառյալ Յուպիտերի և Սատուրնի միջուկը, ինչպես նաև Մարսի կարմիր փոշոտ մակերեսը (այդ պատճառով էլ այն կոչվում է Կարմիր մոլորակ):
Երկրային երկաթի ցիկլը բնության մեջ
Երկաթը (Fe) հետևում է երկրաքիմիական ցիկլին, ինչպես շատ այլ սննդանյութեր: Այն սովորաբար արտանետվում է հող կամ օվկիանոս՝ ժայռերի եղանակային ազդեցության կամ հրաբխային ժայթքման արդյունքում: Երկրային էկոհամակարգում բույսերը սկզբում կլանում են երկաթը հողից իրենց արմատների միջոցով: Դա չափազանց կարևոր սնուցիչ է, որը շարժվում է կենդանի օրգանիզմների և երկրագնդի միջև:
Երկաթկարևոր սահմանափակող սննդանյութ է բույսերի համար, որոնք օգտագործում են այն քլորոֆիլ արտադրելու համար: Ֆոտոսինթեզը կախված է այս մետաղի համապատասխան մատակարարումից: Բույսերը հողից այն յուրացնում են արմատներին։ Կենդանիները սպառում են բույսը և օգտագործում այն հեմոգլոբին արտադրելու համար։ Երբ նրանք մահանում են, դրանք քայքայվում են, և բակտերիաները մետաղը վերադարձնում են հող։
Երկաթի ծովային ցիկլ
Բնության մեջ երկաթի ծովային ցիկլը շատ նման է երկրային ցիկլին: Այս գործընթացը տեղի է ունենում որոշակի միկրոօրգանիզմների կենսագործունեության շնորհիվ, որոնք մետաղը օքսիդացնում են հիդրօքսիդի և ածխածնի երկօքսիդից ստանում ածխածին: Երկաթի բակտերիաները գետում, ծովում կամ ջրային որևէ այլ մարմնում էներգիա են արդյունահանում իրենց կյանքի ցիկլի համար և դրա ավարտից հետո դրանք նստում են հողում ճահճային հանքաքարի տեսքով։
Օվկիանոսային էկոհամակարգերում երկաթի դերը նույնպես նշանակալի է։ Հիմնական արտադրողները, որոնք կլանում են այս մետաղը, սովորաբար ֆիտոպլանկտոններն են կամ ցիանոբակտերիաները։ Երկաթը այնուհետև կլանվում է սպառողների կողմից, երբ նրանք ուտում են այդ բակտերիաները: Բնության մեջ երկաթի ցիկլը չափազանց բարդ գործընթաց է: Դա կախված է բազմաթիվ ուղեկցող գործոններից՝ քիմիական ռեակցիաներից, բնակավայրերի տեսակներից և մանրէների խմբերից։ Այս ամենը կապում է Երկրի այլ ոչ պակաս կարևոր կենսաերկրաքիմիական ցիկլերի հետ։
Ընդհանուր բնութագրեր
Երկաթը տարբեր համակցված հանքաքարերի տեսքով ամենատարածված տարրերից մեկն է, որը կազմում է երկրակեղևի մոտ 5%-ը: Ամենակարևոր երկաթաբեր միներալներն ենօքսիդներ և սուլֆիդներ (հեմատիտ, մագնետիտ, գեթիտ, պիրիտ, մարկազիտ): Այս մետաղը առկա է նաև երկնաքարերում, այլ մոլորակների և արևի վրա: Երկաթը հանդիպում է ինչպես ծովում, այնպես էլ քաղցրահամ ջրերում։
Հետաքրքիր փաստեր
Ահա մի քանի հետաքրքիր փաստ այս թվացող պարզ քիմիական տարրի մասին.
- Երկաթը կարևոր շինանյութ է բույսերի սնուցման համար և օգնում է արյան մեջ թթվածին տեղափոխել՝ դրանով իսկ աջակցելով Երկրի վրա կյանքին:
- Դա փխրուն պինդ նյութ է, որը դասակարգվում է որպես տարրերի պարբերական համակարգի 8-րդ խմբի մետաղներ։ Իր մաքուր ձևով այն արագ կոռոզիայից է ենթարկվում խոնավ օդի և բարձր ջերմաստիճանի ազդեցությունից:
- Դա Երկրի ընդերքում չորրորդ ամենաառատ տարրն է ըստ քաշի, և ենթադրվում է, որ Երկրի միջուկի մեծ մասը երկաթ է:
- Դրա մեծ մասն օգտագործվում է պողպատի պատրաստման համար՝ երկաթի և ածխածնի համաձուլվածք, որն իր հերթին օգտագործվում է արտադրության և շինարարության մեջ, օրինակ՝ երկաթբետոն:
- Առնվազն 10,5% քրոմ պարունակող չժանգոտվող պողպատը բարձր դիմացկուն է կոռոզիայից: Այն օգտագործվում է խոհանոցային պատառաքաղների և պարագաների մեջ, ինչպիսիք են չժանգոտվող պողպատից կաթսաները:
- Այլ տարրերի ավելացումը կարող է պողպատին ապահովել նոր օգտակար հատկություններով: Օրինակ՝ նիկելը մեծացնում է համաձուլվածքի ամրությունը և դարձնում այն ավելի դիմացկուն ջերմության և թթուների նկատմամբ։
Համառոտ տեղեկատվություն Fe տարրի մասին
- Համարպրոտոններ միջուկում՝ 26.
- Ատոմային խորհրդանիշ՝ Fe.
- Ատոմի միջին զանգվածը՝ 55,845 գ/մոլ։
- Խտություն՝ 7,874 գրամ մեկ խորանարդ սանտիմետր։
- Փուլ սենյակային ջերմաստիճանում՝ պինդ։
- Հալման կետ՝ 1538 0C.
- Եռման կետ՝ 2861 0C.
- Իզոտոպների քանակը՝ 33.
- Կայուն իզոտոպներ՝ 4.
Հիմնական հավելվածներ
Երկաթը օգտագործվում է բազմաթիվ ոլորտներում, ինչպիսիք են էլեկտրոնիկա, արտադրություն, ավտոմոբիլաշինություն և շինարարություն: Հետևյալը երկաթի կիրառությունն է.
- Որպես գունավոր մետաղների, համաձուլվածքների և պողպատի հիմնական բաղադրիչ:
- Հալվածք, որն օգտագործում է ածխածինը, նիկելը, քրոմը և տարբեր այլ տարրեր՝ երկաթ կամ պողպատ արտադրելու համար:
- Մագնիսի մեջ.
- Մետաղական պատրաստի արտադրանքներում։
- Արդյունաբերական սարքավորումներում.
- Տրանսպորտային սարքավորումներում.
- Գործիքներում։
- Խաղալիքների և սպորտային ապրանքների մեջ:
Երկաթը կազմում է երկրակեղևի 5%-ը և հանդիսանում է ամենատարածված և ամենաշատ օգտագործվող մետաղներից մեկը։ Այս տարրը կա նաև մսի, կարտոֆիլի և բանջարեղենի մեջ և անհրաժեշտ է կենդանիների և մարդկանց համար: Այն հեմոգլոբինի անբաժանելի մասն է։ Մետաղը գորշավուն է արտաքին տեսքով և շատ ճկուն ու ճկուն: Այն հեշտությամբ լուծվում է նոսր թթուներում և ռեակտիվ է: Երկաթի արդյունահանման հիմնական տարածքներն են Չինաստանը, Ավստրալիան, Բրազիլիան, Ռուսաստանը և Ուկրաինան:
