Pulberea de fier

Pulberea de fier

Prin insusirile lor chimice fierul, cobaltul si nichelul fac parte din familia fierului. Toate aceste elemente sunt metale albe stralucitoare, cu o nuanta cenusie in cazul fierului si cobaltului sau argintie in cazul nichelului. Fierul si nichelul se forjeaza si se lamineaza usor. Cobaltul are o duritate mai mare. Spre deosebire de aproape toate celelalte metale, Fe, Co si Ni sunt atrase de magnet. Ultimele doua elemente sunt folosite in special in diferite aliaje cu metale si mai ales cu fierul.

Toate cele trei elemente din familia fierului, in special sub forma de pulbere si la temperaturi inalte, adsorb cantitati destul de importante de hidrogen. Aceasta capacitate, care se manifesta cel mai mult la nichel, permite utilizarea acestor metale drept catalizatori in procesele de hidrogenare ale diferitelor substante.

Fierul, cobaltul si nichelul libere de impuritati se pot obtine prin reducerea cu hidrogen a oxizilor metalici respectivi, la temperaturi care variaza intre 350 - 500sC. Astfel, fierul se obtine prin reducerea protoxidului de fier (FeO), conform reactiei:

FeO + H₂ → H₂O

La randul sau protoxidul de fier se obtine incalzind oxidul de fier (Fe₂O₃) intr-un curent de hidrogen.

De asemenea in stare pura, asa cum se utilizeaza in calitate de catalizatori, metalele din familia fierul se pot obtine prin calcinarea oxalatilor respectivi care se descompun cu degajarea bioxidului de carbon, conform urmatoarei reactii in cazul fierului:

Fe (COO)₂ → Fe + 2 CO₂

Diametrul mediu al particulelor de fier ce se obtin in acest fel reprezinta numai aproximativ 5 μ.

Aceste metale sub forma de pulberi, separate din compozitiile lor (oxizi, oxalati), au insusiri piroforice, adica se autoaprind in contact cu aerul chiar la temperaturi obisnuite. Suprafata lor foarte mare de contact cu aerul determina cresterea brusca a vitezei de oxidare. Cantitatea mare de caldura ce se dezvolta ca urmare a oxidarii provoaca aprinderea pulberii. Se pare ca insusirile piroforice ale acestor metale se datoresc numai cresterii suprafetei de contact cu aerul, ci si deformarii retelei cristaline a particulelor fata de structura stabila a metalului respectiv.

O mare influenta asupra capacitatii de aprindere a pulberilor o are starea lor superficiala (gradul de oxidare), si umiditatea aerului care poate intra in actiune cu pulberea contribuind la accelerarea oxidarii. De asemenea, granulatia pulberii este un factor important care determina gradul de aprindere. Pulberi cu granulatie fina (particule de 0,07 - 0,4 mm) se pot aprinde de la scantei mecanice sau de la un foc deschis.

Pulberea de fier obtinuta in mori turbionare este piroforica indiferent de gradul de dispersie a particulelor.

Cel mai mare pericol il prezinta pulberile in stare de dispersie (aerosoli), care se pot aprinde cu explozie. Un asemenea caz se poate produce cand in mori se introduce o cantitate mica de pulbere in raport cu capacitatea utilajului.

Prin actiunea oxizilor de carbon asupra Fe, Co si Ni in stare fin pulverizata se obtin compusii carbonilici ai acestor elemente. Pentacarbonilul de fier (Fe (Co)₅) este un lichid galbui cu punct de fierbere 103sC. Formarea lui este insotita de o degajare de caldura de aproximativ 50 kcal/mol. El se utilizeaza ca adaos la benzina asigurand uniformitatea aprinderii in motoarele cu ardere interna.

Prin actiunea hidroxizilor asupra pentacarbonitului de fier se formeaza carbonilhidrura de fier (Fe (Co)₄H₂, care in prezenta oxigenului din aer se autoaprinde cu explozie.

Tetracarbonilul de nichel Ni (Co)₄ este un lichid incolor care fierbe la 43sC. Pastrat intr-un tub inchis, Ni(Co)₄, ramane stabil. In contact cu aerul insa se oxideaza lent. Amestecul dintre aer si vaporii lui este exploziv. Sub actiunea acidului sulfuric concentrat, el se aprinde.

Prin actiunea hidrogenului sulfurat asupra pulberii de fier se formeaza sulfura de fier (FeS). Aceasta se prezinta sub forma unui praf de culoare neagra sau bruna. Expusa la aer, sulfura de fier se oxideaza spontan. Aceasta oxidare degaja suficienta caldura pentru a aprinde sulfura de fier care este adusa in stare de incandescenta. Datorita acestei proprietati de a se aprinde in contact cu aerul, sulfura de fier a fost denumita sulfura piroforica. Formarea sulfurii de fier piroforice este cauza aprinderii multor rezervoare de produse petroliere.

Reactia pulberii de fier cu vaporii de apa la temperaturi inalte duce la formarea oxizilor de fier si a hidrogenului dupa ecuatiile:

4 H₂O + 3 Fe → Fe₃O₄ + H₂ (sub 570sC)

H₂O + Fe → FeO + H₂ (peste 570sC)

Din aceasta cauza stingerea pulberilor de fier aprinse nu se face cu apa, intrucat hidrogenul format poate conduce la explozii.

Prin incalzirea amestecului de pulbere de fier cu azotat de potasiu (KNO₃) se produce brusc aprinderea fierului cu lumina puternica, formandu-se sarea de potasiu a acidului feric (K₂FeO₄). Solutia violet rosie a acestei sari este suficient de stabila la rece. Prin fierbere insa se descompune, punand in libertate oxigenul. In general toti feratii sunt substante puternic oxidante.