Sắt và vòng tuần hoàn của sắt

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH

GVHD: LÊ THỊ HỒNG THÚY
NHÓM: 13


THÀNH VIÊN NHÓM
•
•
•
•
•

Võ Thị Diễm Hương
Hoàng Thanh Thủy
Phạm Thị Hoài Xinh
Nguyễn Dạ Uyên
Nguyễn Trọng Nghĩa

2022150007
2022150037
2022150117
2005150112
2005150346


I. SẮT
1. Tìm hiểu chung:
• Kí hiệu hóa học là Fe, có
xuất xứ Latin từ ferrum

(kim loại).
• Sắt là một nguyên tố kim loại rất phổ biến trong tự
nhiên, nồng độ trung bình trong đất vào khoảng 4%,
trong vỏ trái đất là 4,1%.
• Sắt trong tự nhiên tồn tại ở dạng hợp chất với hóa trị
2 hoặc 3 (Fe2+, Fe3+).


Tính chất vật lý
•
•
•
•
•
•
•

Màu sắc: ánh kim xám nhẹ
Trạng thái: rắn
Nhiệt độ nóng chảy : 1538°C, 2800°F
Nhiệt độ sôi: 2862°C
Mật độ rắn : 7874 kg m -3
Khối lượng mol : 56 đvC
Phản xạ : 65%


Tính chất hóa học
- Tác

dụng với phi kim: -> Ví dụ: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

- Tác dụng với các hợp chất:
+Thế điện cực chuẩn của sắt là: Fe2+(dd) + 2e → Fe
Eo=-0.44V
--> sắt có tính khử trung bình
- Sắt dễ tan trong dung dịch axit HCl và H2SO4 loãng
+Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
+ Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
* Sự phổ biến tương đối của các đồng vị sắt trong tự
nhiên là:
Fe54 (5,8%), Fe56 (91,7%), Fe57 (2,2%) và Fe58(0,3%).


2. Đặc điểm trong thạch quyển:
- Trong thạch quyển Fe tồn tại ở dạng quặng sắt, phần lớn
được tìm thấy trong các dạng oxit sắt khác nhau như
khoáng chất hematit và magnetit.

Magnetit

Hematit


• Khoảng 5% các thiên thạch  chứa hỗn hợp sắt-niken
mặc dù hiếm, chúng là các dạng chính của sắt kim loại
tự nhiên trên bề mặt Trái Đất.
• Các nhóm đá chính chứa sắt là: đá sunfua sắt, sắt nâu,
đá leptoclorit, đá siderite, quaczit sắt.
• Các khoáng vật chính chứa sắt:  pyrit,  siđerit
leptoclorit. siderit - manhezit ,  siderit - dolomit,  gơtit.

3. Đặc điểm trong thủy quyển
- Sắt có mặt cả trong nước
mặt và nước ngầm:
- Trong nước mặt, do ion
sắt hai dễ bị oxy hóa,
nên sắt thường tồn tại ở
dạng Fe3+, thường là
Fe(OH)3 dưới dạng keo
hữu cơ, cặn huyền
phù...và có thể dễ dàng
được loại bỏ cùng với độ
đục.


- Nước biển chứa khoảng 1-3 ppb sắt. Số lượng thay đổi
mạnh mẽ và khác nhau ở Đại Tây Dương và Thái Bình
Dương. Sông chứa khoảng 0,5-1 ppm sắt và nước ngầm
chứa 100ppm. Nước uống không thể chứa hơn 200ppb
sắt.
- Ngoài ra sắt còn tồn tại trong nước khoáng :
+ Loại nước chứa nhiều sắt gặp phổ biến trong các tầng
chứa nước trầm tích Đệ tứ và Neogen ở các đồng bằng
Bắc Bộ, Nam Bộ và rải rác ở nhiều nơi khác với hàm
lượng (Fe2+ + Fe3+) từ một vài chục đến hàng trăm
mg/l.
+ Loại nước khoáng sắt với những nguồn được hình
thành liên quan với các mỏ hoặc điểm khoáng hóa quặng
sắt hay sulfur đa kim chứa sắt.

 


4. Đặc điểm trong khí quyển:
 Trong khí quyển tồn tại ở dạng những hạt bụi nhỏ do
các lò luyện kim thải ra kèm theo một số các oxit khác
gồm có các loại:
- Bụi sắt-mangan: có kích thước 0,01-1µm
- Bụi oxit sắt-oxit silic : có kích thước 0,1-10 µm
- Bụi oxit sắt: có kích thước 0,5-2µm
- Bụi quặng sắt-cốc: có kích thước 0,5-20µm
- Bụi sắt-silic: có kích thước 0,1-1µm


5. Đặc điểm trong sinh quyển:
Thành phần của chất Fe được phân phối trong cơ thể người
Cơ quan

% cơ thể

Trọng lượng

Hemoglobin

70%

2-2,5gr

Myoglobin

<4%

0,1gr

Gan, lá lách, tủy
xương,...

20%

Khoảng 1gr

Mô, enzym,...

5-10%

<0,3gr

Huyết thanh

Dấu vết

<5mg


- Sắt (Fe) là một trong 10 nguyên tố có hàm lượng
phong phú nhất trong vỏ trái đất
- Trong cơ thể con người, chất sắt chiếm khoảng
0,004% trọng lượng cơ thể, tương đương khoảng 2,53,5gr. Số lượng này thay đổi tùy theo tuổi tác, tình trạng
sức khỏe, dinh dưỡng cũng như phái nam hay phái nữ
của từng cá nhân.

- Vd: Cơ thể phụ nữ có khoảng 35mg chất sắt cho mỗi
kg trọng lượngcơ thể. Ở nam có nhiều hơn khoảng
50mg/kg.


• Dạng tồn tại của Fe trong hemoglobin (Hb). Hb có
trong tế bào hồng cầu và làm hồng cầu có màu đỏ, đóng
vai trò quan trọng trong sự, chuyển đổi khí oxy và
cacbonic nhờ tác động biến đổi của những nguyên tử Fe
trong cấu tạo.


• Dạng tồn tại của Fe trong myoglobin. Vì myoglobinì
chỉ bằng 1/4 của hemoglobin nên số phân tử Fe cũng chỉ
có một thay vì bốn nguyên tử Fe ở hemoglobin.


6. Ảnh hưởng của sắt đến môi trường:
 Trong môi trường sống, sắt tồn tại nhiều trong nguồn
nước và được coi là một nguyên tố gây nước bị ô nhiễm
kim loại nặng.
 Nước chứa sắt không ảnh hưởng đến sức khỏe con
người ở nồng độ thấp nhưng nó được coi như chất ô
nhiễm thứ cấp có thể dẫn đến ung thư và ô nhiễm môi
trường nước.
 Những nguồn nước này khi tiếp xúc với oxi không khí
trở nên đục và tạo cảm quan không tốt đối với người sử
sụng do sự oxi hóa Fe2+ thành Fe3+, tồn tại dưới dạng
kết tủa keo.

 Ngoài ra, sắt có thể tạo thành phức bền với các hợp
chất humic trong nước
 Sắt và mangan trong nước sẽ làm vàng ố quần áo, ảnh
hưởng đến hệ thống cấp nước do sự phát triển của vi
khuẩn oxy hóa sắt bám vào các đường ống dẫn nước
gây rò rỉ đường ống.
 Sắt cũng gây tanh cho nguồn nước dù ở nồng độ thấp.


II. Vòng tuần hoàn của Sắt

Vòng tuần hoàn Sắt ( Theo Prescott và cộng sự)


- Khi chịu ảnh hưởng của vi sinh vật, pH và thế oxy hóa
khử, 2 dạng đó có thể chuyển hóa lẫn nhau. Chỉ có Fe(II)
mới được vi sinh vật hấp thu sử dụng, chuyển hóa thành
các chất hữu cơ chứa sắt. Fe(II) và Fe(III) và chất hữu cơ
chứa sắt dưới tác dụng của vi sinh vật sẽ xảy ra các phản
ứng oxy hóa, khử, thực hiện vòng tuần hoàn sinh địa hóa
học của sắt.
- Việc khử sắt thực hiện trong điều kiện kỵ khí và sẽ dẫn
đến việc tích lũy Fe(II). Việc khử phần lớn sắt được thực
hiện bởi những vi sinh vật hô hấp sắt đặc biệt. Chúng lấy
ion sắt làm chất oxy hóa và thu được năng lượng từ chất
hữu cơ để sinh trưởng.


- Ngoài việc khử các ion Fe(II) tương đối giản đơn, có

một số vi khuẩn từ hóa có thể đem sắt ngoài tế bào
chuyển hóa thành oxid sắt khoáng từ tính hỗn hợp hóa
trị ( Fe3O4 ) và tạo thành kim chỉ nam bên trong tế bào.
Ngoài ra, vi khuẩn khử sắt dị hóa cũng có thể tích lũy
sắt từ tính (magnetite) như một sản phẩm bên ngoài tế
bào.
- Khi pH trung tính, Fe(II) trong không khí tự phát oxy
hóa thành kết tủa hợp chất Fe(III), nhưng khi pH là acid
thì sự oxy hóa đó rất chậm, vi khuẩn oxy hóa sắt ưa acid
xúc tiến quá trình nói trên, hình thành nên chất lắng tủa
màu nâu và tiếp tục acid hóa chất sinh ra.


* Phương trình hóa học:
Fe2+ + 1/4O2 + H+→ Fe3+ + 1/2H2O
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3 H+
Phản ứng chung là: Fe2+ + 1/4O2 + 5/2 H2O →Fe(OH)3
+ 3 H+
- Nhóm vi khuẩn sắt tự dưỡng hóa năng, trung tính, kỵ khí
bắt buộc hoặc vi hiếu khí, chỉ có thể dùng Fe2+làm thể
cung cấp electron. Chúng có thể thông qua chu trình
Calvin để thu nhận CO2, hình thành nên những tảng trầm
tích lớn hydroxid sắt trong nước.
* PTHH:
2 H2SO4 + 3H2O + 2Ca CO3 + 1/2O2 → 2 Fe(OH)3 +
2CaSO4 + 2CO2
4FeCO3 + 6H2O + O2 → 4 Fe(O H)3 + 4CO2 + năng
lượng

- Vi khuẩn khử Fe(III) thành Fe(II) là phương thức chủ
yếu để hòa tan sắt trong thiên nhiên. Trong đầm chua,
đầm lầy, vật trầm tích ở các đáy hồ thiếu oxy, Fe(III)
thường bị vi khuẩn khử thành Fe(II).