Vị trí của nguyên tố sắt trong bảng tuần hoàn hóa học là gì?

Sắt là gì? Vị trí của nguyên tố sắt trong bảng tuần hoàn hóa học là gì? Tính chất vật lý, hóa học, cách điều chế, vai trò và ứng dụng của sắt trong cuộc sống hiện nay như thế nào? Tất cả sẽ được giải đáp qua kiến thức được Admin chia sẻ và cung cấp trong bài viết này.

Sắt là gì? Nguồn gốc của sắt

Sắt là một nguyên tố hóa học có ký hiệu là Fe, tên gọi trong tiếng Lanting của nó là Ferrum với số nguyên tử khối là 26. Nó là kim loại có trữ lượng lớp trong lớp vỏ và lõi của Trái Đất. Sắt có mặt ở 34 lớp khác nhau và nó chiếm 5% vỏ Trái Đất. Sắt xuất hiện rất nhiều khi khai thác quặng sắt Magnetite hay Hematit. Người ta thường dùng phương pháp khử khóa học để tách sắt ra khỏi các hợp chất để thu được sắt nguyên chất.

Sắt là gì? Nguồn gốc của sắt

Sắt và các hợp kim được làm từ sắt chiếm 95% khối lượng sử dụng trong ngành sản xuất hiện nay trên thế giới. Từ sắt nguyên chất, ngành luyện kim có thẻ chế tạo ra nhiều hợp kim khác nhau như: Thép đen, gang, thép cacbon, sắt non, thép không gỉ,… Nhưng hợp kim từ sắt này có ưu điểm của sắt nhưng giá thành rẻ hơn và được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống, sản xuất.

Sắt là kim loại đã được sử dụng từ thời cổ đại, nhiều tài liệu cho thấy, sắt đã có mặt cách đây từ khoảng 4 nghìn năm Trước Công Nguyên của người Ai Cập, người Sumeria. Đã có nhiều đồ vật như đồ trang trí, mũi giáo, được sử dụng từ sắt lấy ra từ thiên thạch.

Vị trí sắt trong bảng tuần hoàn hóa học là gì?

Trong bảng tuần hoàn hóa học, sắt là nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử là 26. Nó nằm ở vị trí nhóm VIIIB hay nhóm 8 thuộc chu kỳ 4 của bảng tuần hoàn.

Vị trí sắt trong bảng tuần hoàn hóa học là gì?

Tại sao sắt thuộc nhóm 8B?

Trong bảng tuần hoàn hóa học, sắt thuộc vào nhóm VIII (hay còn gọi là nhóm 8B theo hệ thống đánh số mới hơn) cùng với các nguyên tố khác như Niken (Ni), Coban (Co), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) và Darmstadtium (Ds).

Nhóm VIII (8B) được gọi là nhóm kim loại chuyển tiếp. Các nguyên tố trong nhóm này có đặc tính tương tự về cấu trúc điện tử và cấu trúc tinh thể. Chúng đều là kim loại có tính dẫn điện, dẫn nhiệt và tính chất hóa học ổn định. Các nguyên tố trong nhóm VIII (8B) cũng có thể có nhiều hợp chất với nhiều số oxi hóa khác nhau.

Vì vậy, sắt được xếp vào nhóm VIII (8B) của bảng tuần hoàn hóa học vì nó có cấu trúc electron là 8e ở lớp ngoài cùng và tính chất hóa học tương tự với các nguyên tố khác trong nhóm này.

Tính chất vật lý và cấu tạo của sắt

Tính chất vật lý của sắt bao gồm:

• Số nguyên tử của sắt: 26
• Ký hiệu hóa học: Fe
• Nhiệt độ nóng chảy: 15380C
• Khối lượng nguyên tử: 55.845 (~56)
• Tính dẫn nhiệt: Tốt
• Tính dẫn điện: Tốt
• Từ tính: Tốt, nhưng khi ở nhiệt độ cao 8000C sắt sẽ mất đi từ tính.
• Sắt là kim loại rắn, có màu trắng xám, có tính dẻo nên dễ rèn, dát mỏng, kéo sợi.

Cấu tạo của sắt như sau:

• Cấu hình electron nguyên tử của Fe là: 1s22s22p63s23p63d64s4
• Cấu hình e của các ion hình thành từ Fe: Fe2+ là 1s22s22p63s23p63d6 và Fe3+ là 1s22s22p63s23p63d5

Cấu tạo electron của sắt

Trạng thái tự nhiên của sắt

Trong tự nhiên, kim loại sắt tồn tại độc lập trong các mảnh thiên thạch. Tuy nhiên, sắt tồn tại dưới dạng hợp chất thường xuất hiện rất nhiều dưới dạng quặng. Quặng sắt nằm rải rải ở nhiều nơi trên Trái Đất với trữ lượng ước tính chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ Trái Đất, chỉ đứng thứ 2 sau nhôm.

Trạng thái tự nhiên của sắt

Trong tự nhiên, một số quặng sắt được khai thác để đưa vào sản xuất như:

• Quặng Hematit: Hematit đỏ chứa Fe2O3 khan và Hematit nâu chứa Fe2O3.nH2O
• Quặng Xiđerit có chứa FECO3
• Quặng Pirit có chứa FeS2 trong tự nhiên rất nhiều.

Tính chất hóa học của sắt

Sắt là kim loại có tính khử ở mức trung binh, trong phản ứng hóa học, nó thường nhường 2e hoặc 3e:

Fe → Fe3+ + 3e

Fe → Fe2+ + 2e

Tính chất hóa học của sắt

Tác dụng với phi kim

Khi đun nóng, sắt sẽ tác dụng hay có phản ứng hóa học với hầu hết các phi kim. Tiêu biểu như:

• Sắt tác dụng với Halogen tạo thành muối sắt (III) halogen (trừ iot tạo thành muối sắt II).

2Fe + 3X2 → 2FeX3 (t0)

• Khi sắt tác dụng với Oxi tạo thành magnetit.

3Fe + 2O2 → Fe3O4 (t0)

Trên thực tế, khi các em giải bài tập với sắt phản ứng hóa học với oxi lại thường tại ra hỗn hợp gồm sắt và các oxit sắt.

• Khi cho sắt tác dụng với Lưu huỳnh tạo thành sắt sunfua.

Fe + S → FeS (t0)

Tác dụng với nước

Ở nhiệt độ thông thường, sắt sẽ không có phản ứng với nước, nhưng khi ở nhiệt độ cao sắt sẽ phản ứng rất mạnh với hơi nước.

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (< 5700C)

Fe + H2O → FeO + H2 (> 5700C)

Tác dụng với dung dịch Axit

Khi sắt tác dụng với các dung dịch axit loãng như HCl, H2SO4 loãng,… sẽ tạo ra muối sắt (II) và khí hidro.

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2

Khi sắt tác dụng với các dung dịch axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đậm đặc sẽ tạo ra muối sắt (III), khí NO hoặc SO2 và hơi nước.

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

Fe + 6HNO3 đậm đặc → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

2Fe+ 6H2SO4 đặc, nóng → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Các sản phẩm sinh ra từ phản ứng hóa học của Fe với dung dịch axit HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc là muối sắt (III), nhưng sau phản ứng thường có Fe dư hoặc Cu thì nó sẽ tiếp tục xảy ra phản ứng là:

2Fe3+ + Fe → 3Fe3+

Hoặc 2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+

Tác dụng với dung dịch muối

• Khi cho sắt tác dụng với dung dịch muối nó sẽ đẩy những kim loại yếu hơn ra khỏi muối và hình thành muối sắt (II) và kim loại mới.

Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2

• Khi sắt tham gia phản ứng với muối 3Fe3+ sẽ tạo thành muối sắt (II).

2FeCl3 + Fe → 3FeCl2

Lưu ý, các muối với Ag+, Fe có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối sắt (III)

Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag

Fe(NO3)2 + AgNO3 dư → Fe(NO3)3 + Ag

Phương pháp điều chế sắt trong công nghiệp

Để điều chế sắt người ta sử dụng phương pháp nhiệt luyện. Cùng với đó là sử dụng các chất khử (CO, Hidro, Al) để khử hợp chất của sắt:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Nguyên liệu để điều chế kim loại sắt trong tự nhiên là quặng sắt. Nhu cầu sử dụng sắt vào cuộc sống, sản xuất ngày càng cao, vì vậy mà việc khai thác quặng sắt đang không đáp ứng đủ nhu cầu của con người. Việc khai thác quá mức đang khiến tự nhiên mất cân bằng, vì vậy mà xã hội đang khuyến khích các hoạt động tái sử dụng, tái chế sắt để giảm gánh nặng nên ngành khai thác quặng.

Sắt và thép khác nhau như thế nào?

Rất nhiều người, đặc biệt là học sinh khi chưa hiểu nhiều về sắt và thép thường bị nhầm lẫn giữa 2 kim loại này với nhau. Sắt có thể hiểu là nguyên chất, còn thép là hợp kim của sắt với các nguyên tố khác. Vì vậy, Admin sẽ giúp các em phân biết sắt và thép với bảng so sánh chi tiết qua từng tiêu chí dưới đây:

Vai trò của sắt trong cuộc sống con người

Sắt có vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống của con người, từ các ngành công nghiệp cho đến chính sức khỏe của chúng ta. Admin sẽ phân tích để các em thấy rõ được vai trò của sắt hiện nay như sau:

Tác dụng của sắt với sức khỏe con người

Sắt là một nguyên tố vi lượng rất quan trọng trong cơ thể người, chỉ chiếm tỉ lệ 0,004% trong nhiều loại tế bào, nhưng lại đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ra sắc tố, vận chuyển khí oxy, hỗ trợ quá trình hô hấp của tế bào. Trong cơ thể người, khoảng 2/3 lượng sắt có trong hồng cầu và 1/3 còn lại phân bố trong gan, thận và các cơ quan khác.

Tác dụng của sắt với sức khỏe con người

Đối với phụ nữ mang thai, việc bổ sung đủ sắt là rất quan trọng, bởi họ có nguy cơ thiếu sắt cao và thiếu sắt có thể gây nguy hiểm trong quá trình sinh nở. Với trẻ em, đủ lượng sắt cần thiết giúp cơ thể và trí não phát triển tốt, tập trung hơn trong học tập và tránh bị thấp, còi, suy dinh dưỡng. Ngoài ra, sắt còn giúp tạo ra các enzym quan trọng cho hệ miễn dịch cơ thể.

Tác dụng của sắt với ngành công nghiệp

Từ nguyên tố kim loại sắt, các nhà luyện kim có thể tạo ra nhiều hợp kim khác nhau để phục vụ các ngành công nghệ từ nhẹ đến nặng. Những hợp kim phổ biến của sắt được sử dụng nhiều hiện nay như:

Tác dụng của sắt với ngành công nghiệp

• Thép là một hợp kim bao gồm sắt, cacbon (0,01 – 2%), silic, mangan và các thành phần khác. Thép được chia thành hai loại chính là thép thường và thép đặc biệt. Thép đặc biệt thường được bổ sung thêm các thành phần như Crom, Niken… và được sử dụng trong các sản phẩm quan trọng.
• Thép không gỉ là một loại hợp kim của sắt và crom, với tỉ lệ crom ít nhất là 10,5%. Loại hợp kim này có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với sắt và các hợp kim khác.
• Gang bao gồm hai loại chính là gang trắng và gang xám, và được tạo ra từ sắt và cacbon cùng với một lượng nhỏ silic. Nếu tỉ lệ cacbon và silic thấp hơn, gang trắng sẽ được tạo ra với tính chất cứng và giòn, trong khi tỉ lệ cacbon và silic cao hơn sẽ tạo ra gang xám, có tính chất mềm dẻo hơn.

Ứng dụng của sắt trong đời sống, sản xuất

Sắt và các hợp kim của sắt hiện diện ở mọi lĩnh vực trong đời sống, sản xuất của con người. Nó được đưa vào ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực sau:

Ứng dụng của sắt trong xây dựng cầu

• Đồ dùng gia dụng: Sắt được dùng để sản xuất ra các đồ dùng như bàn ghế, kệ, móc treo, bồn rửa, thùng rác, máy giặt, máy xay, máy cắt và nhiều sản phẩm khác được sử dụng trong gia đình.
• Đồ dùng nội – ngoại thất: Sắt sản xuất ra các sản phẩm như cầu thang, cửa, cổng sắt, phụ kiện cửa, lan can, hàng rào, chân trụ đèn, tủ, kệ, tượng nghệ thuật, chao đèn và nhiều sản phẩm khác được sử dụng trong trang trí nội thất hoặc sử dụng ngoài trời.
• Giao thông vận tải: Sắt sản xuất các sản phẩm như cầu đường (cầu vượt, cầu đi bộ, cầu vượt sông), đường sắt (đường ray xe lửa), cột đèn đường, khung sườn các phương tiện giao thông (tàu hỏa, xe ô tô, xe máy…) và nhiều sản phẩm khác được sử dụng trong ngành giao thông vận tải.
• Ngành xây dựng: Sắt được đưa vào sản xuất ra các sản phẩm như giàn giáo, chốt, trụ vững, khung cốt thép, lưới an toàn, thanh la, thanh V và nhiều sản phẩm khác được sử dụng trong xây dựng công trình.
• Ngành cơ khí: Sắt được đưa vào sản xuất ra các sản phẩm như các bộ phận máy móc, thiết bị, phụ kiện cơ khí, bát, bản lề và nhiều sản phẩm khác được sử dụng trong ngành cơ khí.
• Ngành y: Sắt được sử dụng trong vi chất bổ sung cho cơ thể, cũng như làm nguyên liệu để sản xuất giường, tủ y tế, cây treo truyền dịch, xe đẩy và xe lăn,…

Như vậy, toàn bộ kiến thức được Admin cung cấp trong bài không chỉ giải đáp cho thắc mắc “Vị trí của nguyên tố sắt trong bảng tuần hoàn hóa học là gì?” mà còn bổ sung cho các em rất nhiều các kiến thức bổ ích liên quan đến nguyên tố kim loại sắt. Hy vọng nó bổ ích và giúp các em hiểu hơn về nguyên tố này để giải bài tập, cũng như ứng dụng vào nghiên cứu và cuộc sống hiệu quả nhất.