Gvožđe, bakar i aluminijum

Gvožđe, bakar, aluminijum

Gvožđe je metal koji je poznat od davnina. Postoje podaci da je gvožđe primenjivano još 6 000 godina pre n.e. Naziv je izveden od latinske reči ferrum što u prevodu na naš jezik znači gvožđe.

Bakar je takođe metal koji je poznat još od davnina. Naziv je dobio od latinske reči cuiprum (u prevodu Kipar), a pretpostavlja se da su Rimljani eksploatisali ovaj metal sa ostrva Kipar.

Aluminijum je otkriven 1827. godine, zahvaljujući naučniku Fridrihu Veleru. Naziv aluminijum je nastao od latinske reči alaun, što znači stipsa.

Slika 1. Fridrih Veler

Nalaženje u prirodi i dobijanje gvožđa, bakra i aluminijuma

U manjim količinama, gvožđe i bakar se mogu pronaći u prirodi kao elementarni, slobodni metali (gvožđe kao meteorsko). Aluminijum je treći po zastupljenosti hemijski element u Zemljinoj kori, odmah iza kiseonika i silicijuma. Sva tri metala su u prirodi prisutna u obliku ruda, iz kojih se mogu dobiti odgovarajućim tehnološkim operacijama. Deo industrije koji se bavi proizvodnjom gvožđa se naziva crna metalurgija, a deo koji se bavi proizvodnjom svih ostalih metala je obojena metalurgija.

Rude gvožđa:

FeS₂ – pirit

Fe₃O₄ – magnetit

FeCO₃ – siderit

Fe₂O₃  - hematit

Gvožđe se može dobiti redukcijom oksidnih ruda pomoću koksa u visokoj peći (Železara u Smederevu).

Rude bakra:

CuFeS₂ – halkopirit

Cu₂S – halkozin

Cu₂O – kuprit

CuS – kovelin

Rude aluminijuma:

Al₂O₃ • xH₂O – boksit

Drugi oblici Al₂O₃  - rubin, safir, smaragd, ametist, topaz

Slika 2. Različiti oblici korunda

Gvožđe ulazi u sastav krvi i mišića (sastojak je hemoglobina i mioglobina), dok je bakar neophodan za stvaranje eritrocita i učestvuje u prenosu nervnih impulsa. Zastupljen je u kiviju i ostrigama.

 

Slika 3. Proteinska struktura hemoglobina i mioglobina

                                           Fizičke osobine (svojstva) gvožđa, bakra i aluminijuma

Pri normalnim uslovima, sva tri metala su čvrstog agregatnog stanja. Gvožđe i aluminijum su sive boje, dok je čist bakar crven. Odlikuje ih visok sjaj. Gvožđe ima i magnetne osobine. Dobri su provodnici toplote i elektriciteta (bakar je najbolji, zatim aluminijum i gvožđe). Razlikuju se po tvrdoći, kao i po savitljivosti i rastegljivosti (aliminijum i bakar se vrlo lako mogu izvlašiti u folije i žice).

Slika 4. Fe

Slika 5. Cu

Slika 6. Al 

Hemijske osobine (svojstva) gvožđa, bakra i aluminijuma

Sva tri metala reaguju sa kiseonikom i grade okside. Svi oksidi su čvrstog agregatnog stanja, ali se razlikuju po boji.

FeO – gvožđe (II) – oksid (crveno – naranžaste boje)

Fe₂O₃ - gvožđe (III) – oksid (crvene boje)

4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

Slika 7. FeO

Slika 8. Fe₂O₃

Dužim stajanjem na vazduhu, pod uticajem kiseonika i vlage iz vazduha gvozdeni predmeti poprimaju crvenkastu boju, te kažemo da gvožđe podleže koroziji, odnosno rđa.

Slika 9. Korozija

Cu₂O – bakar (I) –oksid (crvene boje)

CuO – bakar (II)  - oksid (crne boje)

2Cu + O₂ → 2CuO

Slika 10. Cu2O

Slika 11. CuO

U prisustvu atmosferalija (kiseonik, vlaga, ugljen-dioksid) bakar i predmeti od bakra najpre pocrne, a zatim dobiju karakterističnu zelenu boju.

Slika 12. Patina na Kipu slobode u NY 

Al₂O₃ – aluminijum – oksid (bele boje)

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Slika 13. Al₂O₃

Za razliku od gvožđa i bakra, na površini aluminijuma se stvara tanak oksidni sloj (film) koji ga štiti od dalje oksidacije.

Kako je glavna karakteristika svih metala da grade hidrokside, i ovi metali grade iste, pri čemu se ne mogu dobiti rastvaranjem gore navedenih oksida u vodi  već nizom drugih hemijskih reakcija.

Fe(OH)₂   - gvožđe (II)  - hidroksid (svetlo zelene boje)

Fe(OH)₃   -  gvožđe (III)  - hidroksid (mrko crvene boje)

 

Slika 14. Hidroksidi gvožđa

CuOH – bakar (I) – hidroksid (svetlo zelene boje)

Cu(OH)₂ – bakar (II) – hidroksid  (plave boje)

  Slika 15. Bakar (II) - hidroksid

Al(OH)₃ – aluminijum – hidroksid (bele boje)

Slika 16. Aluminijum - hidroksid

Setite se izvedenih ogleda sa časa hemije i boje gore navedenih taloga.

Primena gvožđa, bakra i aluminjuma

Gvožđe se zbog svoje krtosti ne koristi kao čist metal, već u obliku legure čelik.

Aluminijum se koristi za pravljenje limenki, folija, delova aviona i automobila.

Bakar se primenjuje za pravljenje žica, novca, nakita, krovova, cevi,....