استخراج آهن با کبریت

کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و ۹۵ درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آن استفاده از آنرا بخصوص در اتومبیلها ، بدنه کشتی‌های بزرگ و ساختمانها اجتناب ناپذیر می‌کند. فولاد معروفترین آلیاز آهن است و تعدادی از گونه های آهن به شرح زیر می باشد:

– آهن خام که دارای ۵%-۴% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد ، سیلیکون و فسفر است و اهمیت آن فقط به این علت است که در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تا چدن و فولاد قرار دارد.

– چدن، شامل ۵/۳%-۲% کربن و مقدار کمی منگنز می‌باشد. ناخالصی‌های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیر منفی قرار می‌دهد، در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می‌یابند. نقطه ذوب چدن بین k ۱۴۷۰-۱۴۲۰ می‌باشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می‌کند. چدن بسیار محکم ، سخت و شکننده می‌باشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می‌شود.

– فولاد کربن شامل ۵/۱% – ۵/۰% کربن و مقادیر کم منگنز ، گوگرد ، فسفر و سیلیکون است.

– آهن ورزیده ( آهن نرم) دارای کمتر از ۵/۰% کربن می‌باشد و محصولی محکم و چکش‌خوار است، اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربن است ( چند دهم درصد). اگر یک لبه آن تیز شود، به‌سرعت تیزی خود را از دست می‌دهد.

– فولادهای آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن بعلاوه فلزات دیگر مانند کروم،وانادیوم،نیکل،تنگستن و … می باشد.

– اکسیدهای آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورت محلول هم حفظ می‌کنند.

آهن فلزی است که در سطح جهان بیشترین مصرف سالانه را در بین صنایع گوناگون دارد . در کشور ما نیز مصرف آهن بسیار زیاد است. همان طور که می دانید آهن اغلب در طبیعت به شکل اکسید یافت می شود.

اکنون می خواهیم ببینیم چگونه می توان فلز آهن را از اکسید آن جدا کرد ؟ برای انجام این کار می توان از واکنش اکسید آهن (III)    

Fe₂O_{3 با فلز سدیم یا عنصر کربن بهره جست .}

واکنش پذیری هر عنصر به معنای تمایل اتم آن به انجام واکنش شیمیایی است. هرچه واکنش پذیری اتم های عنصری بیشتر باشد، در شرایط یکسان تمایل آن برای تبدیل شدن به ترکیب بیشتر است. هرچه فلز فعال تر باشد، میل بیشتری به ایجاد ترکیب دارد و ترکیب هایش پایدارتر از خودش است. به دیگر سخن هرچه واکنش پذیری فلزی بیشتر باشد، استخراج آن فلز دشوار تر است.

واکنش پذیری فلز سدیم یا عنصر کربن از آهن بیشتر است بنابراین این دو ماده تمایل دارند تا جای آهن را در ترکیبات آن بگیرند و در این مورد به جای اتم های آهن با اکسیژن واکنش دهند .به این ترتیب فلز آهن آزاد شده و اصطلاحا احیاء می شود و می توان آن را استخراج کرد.

از آنجا که دسترسی به کربن آسان تر است و صرفه اقتصادی بیشتری دارد ، در فولاد مبارکه نیز همانند همه ی شرکت های فولاد جهان ، برای استخراج اهن از کربن استفاده می شود .

در این آزمایش آهن اکسید را با کربن موجود در سر چوب کبریت به فلز آهن کاهش داده و آن را استخراج می کنند .

این آزمایش استخراج در مقیاس کوچک است. این آزمایش برای نمایش سری فعالیت های عناصر مناسب است.این آزمایش حتی به صورت فردی توسط دانش آموزان قابل انجام است. آزمایش می تواند راحت و سریع انجام شود به شرط آن که وسایل و مواد شیمیایی درآزمایشگاه در دسترس باشد.

با توجه به خواص مغناطیسی آهن شما به راحتی می توانید آهنربا را در زیر ظرف پلاستیکی حرکت دهید برخی از ذره ها کوچک به همراه آهنربا به یک سمت ظرف حرکت خواهند کرد . آهنربا را مستقیماً در داخل ذرهها قرار ندهید. مگر اینکه قبلاً دور آهنربا را با فیلم نازک بپوشانید چون جدا کردن ذرات از آهنربا دشوار خواهد بود.

معادله ساده برای واکنش به صورت

(2Fe 2O 3(s) + 3C(s) → 4Fe(l) + 3CO 2(g

می باشد.این واکنش نشان می دهد تمایل عنصر کربن  بیشتر از آهن برای واکنش با اکسیژن می باشد .بنابراین کربن جای آهن را در ترکیب می گیرد و آهن احیاء می شود .

سدیم کربنات در این واکنش نقش گدازآور را دارد و باعث کاهش نقطه ذوب آهن و اکسید آن می شود . با سوزاندن چوب کبریت ها کربن( زغال ) مورد نیاز برای استخراج آهن تامین می شود و شعله چوب کبریت ها گرمای مورد نیاز برای فرآیند احیای  آهن را فراهم می کند .

در این آزمایش از خاصیت مغناطیسی آهن (خاصیت فیزیکی )برای جداسازی آن استفاده می کنیم و با حرکت دادن آهن ربا در زیر طرف پلاستیکی ، آهن را از بقیه مواد جدا می کنیم .

دانلود فیلم 

استخراج آهن با کبریت