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

Iron là gì? Vị trí của nguyên tố Iron (Fe) trong bảng tuần hoàn hóa học là gì? Tính chất vật lý, hóa học, cách điều chế, vai trò và ứng dụng của Iron 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

Iron 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. Iron có mặt ở 34 lớp khác nhau và nó chiếm 5% vỏ Trái Đất. Iron xuất hiện rất nhiều khi khai thác quặng Iron Magnetite hay Hematit. Người ta thường dùng phương pháp khử khóa học để tách Iron ra khỏi các hợp chất để thu được Iron nguyên chất.

Iron là gì? Nguồn gốc của Iron

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

Iron là kim loại đã được sử dụng từ thời cổ đại, nhiều tài liệu cho thấy, Iron 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 Iron lấy ra từ thiên thạch.

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

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

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

Tại sao sắt thuộc nhóm 8B?

Trong bảng tuần hoàn hóa học, Iron thuộc vào nhóm VIII (hay còn gọi là nhóm 8B theo hệ thống đánh số mới hơn) cùng với các nguyên tố khác như Nickel (Ni), Cobalt (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, Iron 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 Iron bao gồm:

• Số nguyên tử của Iron: 26
• Ký hiệu hóa học: Fe
• Nhiệt độ nóng chảy: ${1538}^{0}C$
• Khối lượng nguyên tử: 55.845 (~56)
• Tính dẫn nhiệt: Tốt
• Tính dẫn điện: Tốt
• Từ tính: Tốt, nhưng khi ở nhiệt độ cao ${800}^{0}C$ Iron sẽ mất đi từ tính.
• Iron là kim loại rắn, có màu trắng xám, có tính dẻo nên dễ rèn, dát mỏng, kéo sợi.

Cấu tạo của Iron như sau:

• Cấu hình electron nguyên tử của Fe là: $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{6}4s^2$
• Cấu hình e của các ion hình thành từ Fe: $F{e}^{2+}$ là $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^6$ và $F{e}^{3+}$ là $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^5$

Cấu tạo electron của Iron

Trạng thái tự nhiên của sắt

Trong tự nhiên, kim loại Iron tồn tại độc lập trong các mảnh thiên thạch. Tuy nhiên, Iron tồn tại dưới dạng hợp chất thường xuất hiện rất nhiều dưới dạng quặng. Quặng Iron 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 Aluminium.

Trạng thái tự nhiên của Iron

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

• Quặng Hematit: Hematit đỏ chứa $F{e}_2{O}_3$ khan và Hematit nâu chứa $F{e}_2{O}_3.n{H}_{2}O$
• Quặng Xiđerit có chứa $FeC{O}_3$
• Quặng Pirit có chứa $Fe{S}_2$ trong tự nhiên rất nhiều.

Tính chất hóa học của sắt

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

$Fe\to F{e}^{3+}+3e$

$Fe\to F{e}^{2+}+2e$

Tính chất hóa học của Iron

Tác dụng với phi kim

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

• Iron tác dụng với Halogen tạo thành muối Iron (III) halogen (trừ iodine tạo thành muối Iron II). 

$2Fe+3X_2\to 2Fe{X}_3$ ($t^0$)

• Khi Iron tác dụng với Oxygen tạo thành magnetit.

$3Fe+2O_2\to F{e}_3{O}_4$ ($t^0$)

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

• Khi cho Iron tác dụng với sulfur tạo thành Iron sunfide.

$Fe + S \to FeS$ ($t^0$)

Tác dụng với nước

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

$3Fe+4H_{2}O\to F{e}_3{O}_4+4H_2$ ($<{570}^{0}C$)

$Fe+H_{2}O\to FeO+H_2$ ($>{570}^{0}C$)

Tác dụng với dung dịch Axit

Khi Iron tác dụng với các dung dịch acid loãng như $HCl, H_{2}S{O}_4$ loãng,... sẽ tạo ra muối Iron (II) và khí hydrogen.

$Fe+2HCl\to FeC{l}_2+H_2$

$Fe + H_{2}S{O}_4 loãng \to FeS{O}_4 + H_2$

Khi Iron tác dụng với các dung dịch acid có tính oxi hóa mạnh như $HN{O}_3,H_{2}S{O}_4$ đậm đặc sẽ tạo ra muối Iron (III), khí NO hoặc $S{O}_2$ và hơi nước.

$Fe + 4HN{O}_3 loãng \to Fe{\left(N{O}_3\right)}_3 + NO + 2H_{2}O$

$Fe+ 6HN{O}_3 đậm đặc \to Fe{\left(N{O}_3\right)}_3 + 3N{O}_2 + 3H_{2}O$

$2Fe+ 6H_{2}S{O}_4 đặc, nóng \to F{e}_2{\left(S{O}_4\right)}_3 + 3S{O}_2 + 6H_{2}O$

Các sản phẩm sinh ra từ phản ứng hóa học của Fe với dung dịch acid $HN{O}_3$ hoặc $H_{2}S{O}_4$ đậm đặc là muối iron (III), nhưng sau phản ứng thường có Fe dư hoặc Cu thì nó sẽ tiếp tục xảy ra phản ứng là:

$2F{e}^{3+}+Fe\to 3F{e}^{3+}$     

Hoặc $2F{e}^{3+}+Cu\to 2F{e}^{2+}+C{u}^{2+}$

Tác dụng với dung dịch muối

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

$Fe+CuC{l}_2\to Cu+FeC{l}_2$

• Khi Iron tham gia phản ứng với muối $F{e}^{3+}$ sẽ tạo thành muối $F{e}^{2+}$.

$2FeC{l}_3+Fe\to 3FeC{l}_2$

Lưu ý, các muối với $A{g}^{+}$, Fe có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối $F{e}^{3+}$

$Fe+2AgN{O}_3\to Fe(N{O}_3{)}_2+2Ag$

$Fe{\left(N{O}_3\right)}_2 + AgN{O}_3 dư \to Fe{\left(N{O}_3\right)}_3 + Ag$

Phương pháp điều chế sắt trong công nghiệp

Để điều chế Iron người ta sử dụng phương pháp nhiệt luyện. Cùng với đó là sử dụng các chất khử ($CO,H_2,Al$) để khử hợp chất của Iron: 

$F{e}_2{O}_3+3CO\to 2Fe+3C{O}_2$

Nguyên liệu để điều chế kim loại Iron trong tự nhiên là quặng Iron. Nhu cầu sử dụng Iron vào cuộc sống, sản xuất ngày càng cao, vì vậy mà việc khai thác quặng Iron 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 Iron 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 Iron và thép thường bị nhầm lẫn giữa 2 kim loại này với nhau. Iron có thể hiểu là nguyên chất, còn thép là hợp kim của Iron với các nguyên tố khác. Vì vậy, Admin sẽ giúp các em phân biết Iron và thép với bảng so sánh chi tiết qua từng tiêu chí dưới đây:

Vai trò của sắt trong cuộc sống con người

Iron 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 Iron hiện nay như sau:

Tác dụng của sắt với sức khỏe con người

Iron 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 oxygen, hỗ trợ quá trình hô hấp của tế bào. Trong cơ thể người, khoảng $\frac{2}{3}$ lượng Iron có trong hồng cầu và $\frac{1}{3}$ còn lại phân bố trong gan, thận và các cơ quan khác.

Tác dụng của Iron với sức khỏe con người

Đối với phụ nữ mang thai, việc bổ sung đủ Iron là rất quan trọng, bởi họ có nguy cơ thiếu Iron cao và thiếu sắt có thể gây nguy hiểm trong quá trình sinh nở. Với trẻ em, đủ lượng Iron 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, iron 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 Iron, 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 Iron được sử dụng nhiều hiện nay như:

Tác dụng của Iron với ngành công nghiệp

• Thép là một hợp kim bao gồm Iron, carbon (0,01 - 2%), Silicon, Manganese  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 Chromium, Nickel... và được sử dụng trong các sản phẩm quan trọng.
• Thép không gỉ là một loại hợp kim của Iron và Chromium, với tỉ lệ Chromium ít nhất là 10,5%. Loại hợp kim này có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với Iron và các hợp kim khác.
• Gang bao gồm hai loại chính là gang trắng và gang xám, và được tạo ra từ Iron và carbon cùng với một lượng nhỏ silicon. Nếu tỉ lệ carbon và silicon thấp hơn, gang trắng sẽ được tạo ra với tính chất cứng và giòn, trong khi tỉ lệ carbon và silicon cao hơn sẽ tạo ra gang xám, có tính chất mềm dẻo hơn.

Ứng dụng của sắt trong đời sống, sản xuất

Iron và các hợp kim của Iron 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 Iron trong xây dựng cầu

• Đồ dùng gia dụng: Iron 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: Iron 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: Iron 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: Iron 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: Iron 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: Iron 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 Iron 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 Iron. 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.