இரும்பு (Fe): பண்புகள், வினைகள் மற்றும் முக்கியத்துவம்

அறிமுகம்

இரும்பு (Fe), ஒரு வெள்ளி-சாம்பல் நிற இடைநிலை உலோகம், புவியின் மேலோட்டில் நிறை அடிப்படையில் நான்காவது மிக அதிக அளவில் காணப்படும் தனிமமாகும் மற்றும் புவியில் ஒட்டுமொத்தமாக மிக அதிக அளவில் காணப்படும் தனிமமாகும். இதன் பரவலான பயன்பாடு, குறிப்பாக எஃகு வடிவத்தில், நவீன உள்கட்டமைப்பு மற்றும் தொழில்நுட்பத்திற்கு இன்றியமையாததாக ஆக்குகிறது. அதன் தொழில்துறை முக்கியத்துவத்தைத் தாண்டி, இரும்பு உயிரியல் அமைப்புகளில் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது, கிட்டத்தட்ட அனைத்து உயிரினங்களிலும் உயிர்வாழ் செயல்முறைகளுக்கு இது அத்தியாவசியமானது.

CBSE/JEE விரைவு திருத்தக் குறிப்புகள்

குறியீடு: Fe
அணு எண் (Z): 26
அணு நிறை: 55.845 g/mol (கணக்கீடுகளுக்கு பொதுவாக 56 g/mol என தோராயப்படுத்தப்படுகிறது)
தொகுதி: 8
வரிசை: 4
தடுப்பு: d-தடுப்பு (இடைநிலை உலோகம்)
பொதுவான ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகள்: +2 (ஃபெர்ரஸ்) மற்றும் +3 (ஃபெர்ரிக்). குறைந்த பொதுவான நிலைகளில் 0, +1, +4, +5, +6 ஆகியவை அடங்கும்.
இயல்பு: ஃபெர்ரோகாந்தத் தன்மை (வலுவான காந்தப் பண்புகள்).
உருகுநிலை: 1538 °C
கொதிநிலை: 2862 °C
அடர்த்தி: 7.874 g/cm³
காணப்படுதல்: இயற்கையில் அரிதாகவே தனித்து காணப்படுகிறது; முக்கியமாக ஹேமடைட் (Fe₂O₃), மேக்னடைட் (Fe₃O₄), லிமோனைட் (Fe₂O₃·nH₂O), சிடரைட் (FeCO₃) மற்றும் இரும்பு பைரைட்டுகள் (FeS₂) போன்ற தாதுக்களில் காணப்படுகிறது.

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

எலக்ட்ரான் அமைப்பு: இரும்பின் அடித்தள நிலை எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Ar] 3d⁶ 4s²

அயனிகளின் உருவாக்கம்: இரும்பு, பிணைப்பில் 4s மற்றும் 3d எலக்ட்ரான்கள் இரண்டின் ஈடுபாடு காரணமாக மாறுபடும் ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகளைக் காட்டுகிறது.

Fe²⁺ (ஃபெர்ரஸ் அயனி): இரண்டு 4s எலக்ட்ரான்களை இழப்பதன் மூலம் உருவாகிறது. Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Ar] 3d⁶
Fe³⁺ (ஃபெர்ரிக் அயனி): இரண்டு 4s எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் ஒரு 3d எலக்ட்ரானை இழப்பதன் மூலம் உருவாகிறது. இந்த அமைப்பு (3d⁵) அரை நிரப்பப்பட்ட d-ஆர்பிட்டால் காரணமாக விதிவிலக்காக நிலைத்தன்மை கொண்டது. Fe → Fe³⁺ + 3e⁻ எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Ar] 3d⁵

பிணைப்பு பண்புகள்:

அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி தனிமங்களுடன் (எ.கா., ஆக்ஸிஜன், ஹாலோஜன்கள்) முக்கியமாக அயனிச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது.
காலியான d-ஆர்பிட்டால்கள் இருப்பதால், ஈந்தணைவிகளிடமிருந்து எலக்ட்ரான் இணைகளை ஏற்க அனுமதிக்கிறது, இதனால் பல அணைவுச் சேர்மங்களை (காம்பிளக்ஸ்கள்) உருவாக்குகிறது. எடுத்துக்காட்டுகளில் ஹெக்ஸாசியனோஃபெரேட்(II) அயனி ([Fe(CN)₆]⁴⁻) மற்றும் ஹெக்ஸாசியனோஃபெரேட்(III) அயனி ([Fe(CN)₆]³⁻) ஆகியவை அடங்கும்.

முக்கியமான இரசாயன வினைகள்

காற்று/ஆக்ஸிஜனுடன் வினை (துருப்பிடித்தல்): ஆக்ஸிஜன் மற்றும் ஈரப்பதம் முன்னிலையில் இரும்பு அரிக்கப்பட்டு நீரேற்றப்பட்ட ஃபெர்ரிக் ஆக்சைடு உருவாகிறது, இது பொதுவாக துரு என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது ஒரு மின்வேதியியல் செயல்முறையாகும். 4Fe(s) + 3O₂(g) + 6H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s) (இடைநிலை) 2Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·xH₂O(s) + (3-x)H₂O(l) (துரு)
நீர்த்த அமிலங்களுடன் வினை: இரும்பு நீர்த்த, ஆக்ஸிஜனேற்றம் அடையாத அமிலங்களுடன் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவை வெளியிட்டு ஃபெர்ரஸ் உப்புகளை உருவாக்குகிறது. Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl₂(aq) + H₂(g) Fe(s) + H₂SO₄(dilute) → FeSO₄(aq) + H₂(g)
நீராவி உடன் வினை (அதிக வெப்பநிலையில், >500 °C): 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g) (Fe₃O₄ ஒரு கலப்பு ஆக்சைடு, ஃபெர்ரஸ்-ஃபெர்ரிக் ஆக்சைடு, FeO·Fe₂O₃)
செறிவூட்டப்பட்ட சல்ஃப்யூரிக் அமிலத்துடன் வினை (சூடான): இரும்பு ஃபெர்ரிக் நிலைக்கு ஆக்ஸிஜனேற்றம் அடையப்பட்டு, சல்ஃபர் டை ஆக்சைடு உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. 2Fe(s) + 6H₂SO₄(conc, hot) → Fe₂(SO₄)₃(aq) + 3SO₂(g) + 6H₂O(l)
செறிவூட்டப்பட்ட நைட்ரிக் அமிலத்துடன் வினை (செயலற்ற தன்மை): செறிவூட்டப்பட்ட நைட்ரிக் அமிலத்துடன் வினைபுரியும் போது இரும்பு செயலற்றதாகிறது. இது இரும்பின் மேற்பரப்பில் மிகவும் மெல்லிய, நுண்ணியற்ற, பாதுகாப்பு அடுக்கான இரும்பு ஆக்சைடு (Fe₃O₄ அல்லது Fe₂O₃) உருவாவதால் ஏற்படுகிறது, இது மேலும் வினையைத் தடுக்கிறது. இதனால் இரும்பு நீர்த்த அமிலங்களுடனும் வினைபுரிவதில்லை.
தெர்மைட் வினை: இது ஒரு அதிக வெப்பம் உமிழ்வு கொண்ட ரிடாக்ஸ் வினையாகும், பெரிய இரும்பு கூறுகளை பற்றவைக்கவும் மற்றும் உலோக ஆக்சைடுகளைக் குறைப்பதற்கான உலோகவியலிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. Fe₂O₃(s) + 2Al(s) → 2Fe(l) + Al₂O₃(s) + Heat
இரும்பு ஆக்சைடுகளைக் குறைத்தல் (ஊது உலை - இரும்பு பிரித்தெடுக்க):
- கார்பன் மோனாக்சைடால் முதன்மை குறைப்பு: Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO₂(g)
- கார்பனால் நேரடி குறைப்பு (மிக அதிக வெப்பநிலையில்): Fe₂O₃(s) + 3C(s) → 2Fe(l) + 3CO(g)

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

எஃகு உற்பத்தி: இரும்பு, கார்பன் மற்றும் பிற தனிமங்களுடன் கலந்த ஒரு உலோகக்கலவையான எஃகின் முதன்மையான komponent ஆகும். எஃகின் அதிக இழுவிசை வலிமை, தகரம் தன்மை மற்றும் குறைந்த செலவு ஆகியவை கட்டுமானம், தானியங்கி மற்றும் உற்பத்தித் தொழில்களில் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் கட்டமைப்புப் பொருளாக ஆக்குகின்றன.
வினையூக்கி: இரும்பு, பெரும்பாலும் நுண்ணிய வடிவத்தில் அல்லது ஊக்குவிப்பாளர்களுடன் (எ.கா., மாலிப்டினம்) கலவையாக, முக்கியமான தொழில்துறை செயல்முறைகளில் ஒரு வினையூக்கியாக செயல்படுகிறது:
- ஹேபர்-போஷ் செயல்முறை: அம்மோனியா தொகுப்பிற்காக (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃).
- ஃபிஷர்-ட்ரோப்ஷ் தொகுப்பு: தொகுப்பு வாயுவை (CO + H₂) திரவ ஹைட்ரோகார்பன்களாக மாற்றுவதற்காக.
நிறமிகள்: பல்வேறு இரும்பு ஆக்சைடுகள் நிறமியாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அவை மஞ்சள் (லிமோனைட்), சிவப்பு (ஹேமடைட்) முதல் கருப்பு (மேக்னடைட்) வரை பல்வேறு வண்ணங்களை வண்ணப்பூச்சுகள், மட்பாண்டங்கள் மற்றும் ஒப்பனைப் பொருட்களில் வழங்குகின்றன.
காந்தங்கள்: அதன் ஃபெர்ரோகாந்த பண்புகள் மின் காந்தங்கள், மின் மோட்டார்கள், ஜெனரேட்டர்கள் மற்றும் பல்வேறு காந்த சேமிப்பு சாதனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

ஆக்ஸிஜன் போக்குவரத்து: இரும்பு ஹீமோகுளோபினின் ஒரு அத்தியாவசிய அங்கமாகும், இது நுரையீரலில் இருந்து உடல் முழுவதும் உள்ள திசுக்களுக்கு ஆக்ஸிஜனை பிணைத்து கொண்டு செல்லும் இரத்த சிவப்பணுக்களில் உள்ள புரதமாகும். ஒவ்வொரு ஹீமோகுளோபின் மூலக்கூறிலும் நான்கு ஹீம் குழுக்கள் உள்ளன, ஒவ்வொன்றிலும் மையத்தில் ஒரு இரும்பு அயனி (Fe²⁺) உள்ளது.
ஆக்ஸிஜன் சேமிப்பு: தசைகளில், இரும்பு மயோகுளோபினில் காணப்படுகிறது, இது ஒரு புரதமாகும், இது ஆக்ஸிஜனை சேமித்து, தசை செயல்பாட்டிற்கு தேவைப்படும் போது அதை வெளியிடுகிறது.
என்சைம் செயல்பாடு: இரும்பு பல என்சைம்களுக்கு ஒரு முக்கியமான துணை காரணியாகும், அவை முக்கியமான வளர்சிதை மாற்ற செயல்முறைகளில் ஈடுபட்டுள்ளன:
- சைட்டோக்ரோம்கள்: செல்லுலார் சுவாசத்தின் போது எலக்ட்ரான் போக்குவரத்து சங்கிலியில் எலக்ட்ரான் கடத்திகள்.
- கேடலேஸ் மற்றும் பெராக்சிடேஸ்: ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடை உடைப்பதன் மூலம் ஆக்ஸிஜனேற்ற சேதத்திலிருந்து செல்களைப் பாதுகாக்கும் என்சைம்கள்.
- நைட்ரோஜினேஸ்: நைட்ரஜன் நிலைப்படுத்தும் பாக்டீரியாவில் இரும்பைக் கொண்டிருக்கும் ஒரு என்சைம், வளிமண்டல நைட்ரஜனை அம்மோனியாவாக மாற்றுவதற்கு அத்தியாவசியமானது.
குளோரோபில் தொகுப்பு: குளோரோபில்லின் ஒரு பகுதி இல்லை என்றாலும், தாவரங்களில் குளோரோபில் தொகுப்புக்கு இரும்பு தேவைப்படுகிறது. தாவரங்களில் இரும்புச்சத்து குறைபாடு குளோரோசிஸ் (இலைகள் மஞ்சள் நிறமாக மாறுதல்) க்கு வழிவகுக்கிறது.