Sắt và thép là một trong những kim loại phổ biến, được ứng dụng nhiều nhất trong đời sống thường ngày. Vậy sắt và thép là gì? Có những đặc điểm gì và so sánh sự nhiễm từ của sắt và thép cái nào tốt hơn? Hãy cùng Atech Việt Nam tìm hiểu những vấn đề trên nhé?
Kim loại sắt là gì? Các đặc điểm của kim loại sắt
Sắt là kim loại có tính cứng và dễ uốn dẻo, dẫn nhiệt, điện tốt. Sắt có tên tiếng latinh là Ferrum, ký hiệu hóa học là Fe và nguyên tử khối bằng 26. Sắt là một trong những thành phần cấu tạo nên lớp vỏ ngoài và trong của Trái Đất. Nó là kim loại phổ biến nhất trên trái đất chỉ sau nhôm, đồng, crom. Sắt có mặt ở 34 lớp khác nhau trên vỏ trái đất từ lõi bên trong cho đến lớp vỏ bên ngoài. Từ trường của trái đất được cho là tạo ra từ khối lượng lớn nguyên tố sắt.
Từ khoảng 4000 năm trước công nguyên, người Sumeria và người Ai Cập đã tìm thấy và sử dụng sắt. Họ đã tìm thấy sắt trong thiên thạch và làm những mũi giáo và đồ trang trí bằng sắt đó. Sắt dễ bị oxy hóa nên các vật dụng bằng sắt có niên đại lớn là hiếm hơn rất nhiều so với vàng, bạc.
Trong tự nhiên, cũng như nhôm thì sắt rất khó được tìm thấy ở dạng tinh khiết. Chúng thường được tách ra từ mỏ quặng sắt bằng phương pháp khử hóa học và tạp chất có trong quặng.
Hiện nay, sắt là kim loại cực kỳ phổ biến và không thể thiếu trong cuộc sống thường ngày. Sắt là kim loại chiếm tỷ trọng lớn nhất khối lượng kim loại được sản xuất trên toàn thế giới, khoảng 95%. Không chỉ sản xuất sắt, người ta còn điều chế ra nhiều hợp kim của sắt như gang, thép carbon, sắt son, thép không gỉ, … Đây là những hợp kim có chi phí thấp mà tính chất cơ học cao nên được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực xây dựng, sản xuất.
Mặt khác, sắt cũng là nguyên tố có vai trò cần thiết đối với cơ thể sống. Đối với cơ thể người trưởng thành, sắt chiếm 0,005% trọng lượng cơ thể. Nó xuất hiện chủ yếu trong myoglobin và huyết sắc tố. Nó giúp thúc đẩy các enzyme oxy hóa khử liên quan đến hô hấp tế bào cũng như oxy hóa khử ở động thực vật.
Tính chất, đặc điểm của sắt
Sắt có nhiệt độ nóng chảy rất cao, ở 1538oC. Có màu trắng xám ánh kim, có tính dẻo, rất dễ rèn nhưng lại khó đúc. Sắt có thể dẫn nhiệt, dẫn điện tốt. Ở dạng kim loại tinh khiết, sắt dễ bị ăn mòn và gỉ sét khi để lâu trong không khí.
Trong tự nhiên, sắt được phân thành 4 dạng thù hình khác nhau là: alpha, beta, gamma, omega. Dạng alpha còn được gọi là sắt từ nhưng khi biến đổi sang beta nó sẽ bị mất từ tính. Do có tính nhiễm từ nên sắt sẽ bị nam châm hút.
Tính chất hóa học
Sắt có thể phản ứng với nước, với các loại phi kim và các dung dịch muối, axit.
+ Sắt tác dụng với hầu hết phi kim (O2, Cl2, S, …) khi đun nóng.
+ Sắt phản ứng với nước:
- 3Fe + 4 H2O < 5700C => < 5700C Fe3O4 + 4H2
- Fe + H2O > 5700C => > 5700C FeO + H2
+ Sắt có thể phản ứng với các dung dịch axit như HCl, H2SO4 loãng tạo ra khí Hydro và muối ion Fe2+
- Fe + 2H => Fe2 + H2
+ Khi phản ứng với dung dịch axit có oxi hóa mạnh như HNO3 và H2SO4 (đặc, nóng) thì không tạo ra hydro mà tạo ra sản phẩm khử của axit
- 2 Fe + 6 H2SO4 đặc => Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
- Fe+ 4 HNO3 => Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
+ Sắt có thể tác dụng với dung dịch muối: Sắt sẽ đẩy các kim loại đứng sau nó ra khỏi dung dịch muối tạo thành kim loại mới và oxit sắt.
- Fe + CuSO4 => Cu + FeSO4
Kim loại thép là gì? Các đặc điểm của kim loại thép
Thép là hợp kim của sắt, với thành phần chính là sắt và carbon với tỷ lệ từ 0.02% đến 2.14% và một số nguyên tố khác.
Carbon (C) và những nguyên tố hóa học được bổ sung sẽ làm hạn chế sự di chuyển của các nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể và tăng độ cứng của thép.
Sự thay đổi tỷ lệ của Carbon cũng như các chất hóa học khác sẽ làm thay đổi đặc tính cơ học của thép theo nhu cầu như: tăng độ cứng, độ bền, độ đàn hồi, tính uốn dẻo, … Ví dụ: thép có nhiều carbon sẽ tăng độ cứng và cường lực so với sắt nhưng lại giòn và dễ gãy hơn.
2.14% là tỷ lệ cao nhất của carbon trong thép, nếu cao hay thấp hơn sẽ tạo thành xementit có cường lực kém hơn. Tỷ lệ carbon cao hơn 2.06% sẽ có được gang. Thép và sắt rèn không phải là một sản phẩm. Vì sắt rèn hầu như không chứa carbon.
Trước thời kỳ Phục Hưng, người ta đã tìm được cách chế tạo ra thép nhưng hiệu quả không cao. Nhưng phải đến thế kỷ 19, thép mới trở thành hàng hóa thông thường, sản xuất hàng loạt ít phí tổn. Ngày nay, thép là một trong những nguyên vật liệu phổ biến nhất trong ngành xây dựng, cơ khí công nghiệp, chế tạo đồ dùng, …
Thép được phân thành nhiều loại với thành phần hóa học, carbon được phối hợp khác nhau. Mỗi loại sẽ khác nhau về tỷ lệ thành phần và tính chất vật lý, hóa học tùy theo mục đích sử dụng, cấp bậc khác nhau. Thép là kim loại trắng xám có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Thường thì ở 500-600oC thép sẽ trở nên mềm dẻo. Ở -10oC tính dẻo sẽ giảm sút và ở -45oC thép sẽ giòn và dễ nứt.
Tính chất của thép
Đặc tính cơ bản của thép là tính dẻo, độ cứng, độ bền, tính đàn hồi, khả năng chống oxy hóa trong môi trường khắc nghiệt.
Các đặc tính này được quyết định bởi tỷ lệ cacbon và các nguyên tố hóa học khác như magie, mangan, nitơ, lưu huỳnh,…
Tỷ lệ carbon càng thấp thì độ dẻo của thép càng tăng. Hàm lượng carbon càng cao thì thép càng cứng, đồng thời giảm tính dẻo và khó hàn hơn và làm giảm nhiệt độ nóng chảy của thép.
So sánh sự nhiễm từ của sắt và thép
Sự nhiễm từ kim loại là gì?
Sắt, thép và một số vật liệu sắt từ (sắt, niken, coban, … ) có tính chất nhiễm từ khi đặt trong từ trường. Nhiễm từ hay còn gọi là từ hóa là tình trạng các chất sắt từ có từ tính nội tại ngay cả khi không có từ trường bên ngoài tác động vào.
Trong cùng một điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, và các yếu tố khác như nhau thì sắt non sẽ nhiễm từ mạnh hơn thép. Nhưng sau khi nhiễm từ thì thép lại giữ được từ tính lâu dài còn sắt non thì ko giữ được từ tính.
Nam châm điện được tạo ra nhờ ứng dụng tính chất từ hóa của sắt và thép. Khi đặt lõi sắt/thép bên trong ống dây có dòng điện đi qua sẽ làm tăng từ tính của ống dây. Vì khi sắt hoặc thép bị nhiễm từ sẽ trở thành nam châm.
Lý do sắt và thép bị nhiễm từ?
Sự nhiễm từ của sắt, thép tùy thuộc vào thành phần và tỷ lệ của các nguyên tố hóa học bên trong cấu tạo nên nó. Độ từ tính càng cao thì khả năng nhiễm từ càng mạnh. So sánh độ nhiễm từ để xác định khả năng tác động của từ trường bên ngoài đến bộ bền của sắt thép. Đây chính là yếu tố quan trọng trong quá trình chọn lựa vật liệu xây dựng đạt chuẩn để tiết kiệm chi phí và gia tăng độ bền của công trình.
Giữa sắt và thép thì kim loại nào nhiễm từ nhiều hơn?
Cả sắt và thép đều có thể làm tăng từ tính của ống dây có nguồn điện (nam châm điện). Tuy nhiên, sắt thì nhiễm từ mạnh hơn thép nhưng lại bị khử từ ngay sau khi ra khỏi từ trường. Thép nhiễm từ yếu hơn nhưng lại có khả năng giữ từ tính lâu hơn.
Do vậy, người ta thường dùng sắt để chế tạo nam châm điện còn thép sẽ được dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu.
Liên hệ đặt hàng:
Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ Quý khách hàng 24/7!
Hotline: 0906.622.683 – Điện thoại: 04 3780 9020
Địa chỉ: Trường Đại học Thành Đô, thôn Lai Xá, Kim Chung, Hoài Đức, Hà Nội
