Где применяют железо


Применение железа в промышленности, железо в физни людей

Железо

Чистое железо имеет довольно ограниченное применение. Его используют при изготовлении сердечников электромагнитов, как катализатор химических процессов, для некоторых других целей. Но сплавы железа — чугун и сталь — составляют основу современной техники. Находят широкое применение и многие соединения железа. Так, сульфат железа(III) используют при водоподготовке, оксиды и цианид железа служат пигментами при изготовлении красителей и так далее.

Железо и его сплавы, важнейшие конструкционные материалы в технике и промышленном производстве. Из сплавов железа с углеродом изготавливаются почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности. Легковые, грузовые автомобили, станки, железные дороги, корпуса и силовые установки судов – все это делается в основном из стали. Масштаб производства стали является одной из основных характеристик общего технико-экономического уровня развития государства. На долю стали приходится около 95% всей металлической продукции.

Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых. Магнитная окись железа — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Также железо входит в большинство магнитных сплавов.

Железо находит широкое применение в виде солей. Хлорид железа III (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат. Десятиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.

Железо

Железо
Атомный номер 26
Внешний вид простого вещества ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
55,847 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 126 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
759,1 (7,87) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Ar] 3d6 4s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 117 пм
Радиус иона (+3e) 64 (+2e) 74 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,83
Электродный потенциал Fe←Fe3+ −0,04 В
Fe←Fe2+ −0,44 В
Степени окисления 6, 3, 2, 0, −2
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 7,874 г/см³
Молярная теплоёмкость 25,14[1]Дж/(K·моль)
Теплопроводность 80,4 Вт/(м·K)
Температура плавления 1812 K
Теплота плавления 247,1 кДж/кг 13,8 кДж/моль
Температура кипения 3134 K
Теплота испарения ~6088 кДж/кг ~340 кДж/моль
Молярный объём 7,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 2,866 Å
Отношение c/a
Температура Дебая 460 K

 

Fe 26
55,847
[Ar]3d64s2
Железо

Железо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 26. Обозначается символом Fe (Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).

Простое вещество железо (CAS-номер: 7439-89-6) — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

 

На самом деле железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2 % углерода) и чугун (более 2 % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека.

В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4,65 % (4-е место после O, Si, Al). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра.

История

Железо как инструментальный материал известно с древнейших времён, самые древние изделия из железа, найденные при археологических раскопках, датируются 4-м тысячелетием до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Это наконечники для стрел и украшения из метеоритного железа, то есть, сплава железа и никеля (содержание последнего колеблется от 5 до 30 %), из которого состоят метеориты. От их небесного происхождения идёт, видимо, одно из наименований железа в греческом языке: «сидер» (а на латыни это слово значит «звёздный»).

Изделия из железа, полученного искусственно, известны со времени расселения арийских племён из Европы в Азию и острова Средиземного моря (4—3-е тысячелетие до н. э.). Самый древний железный инструмент из известных — стальное долото, найденное в каменной кладке пирамиды Хеопса в Египте (построена около 2550 года до н. э.). Железо часто упоминается в древнейших (3-е тысячелетие до н. э.) текстах хеттов, основавших свою империю на территории современной Анатолии в Турции. Например, в тексте хеттского царя Анитты (около 1800 года до н. э.) говорится:

Когда на город Пурусханду в поход я пошел, человек из города Пурусханды ко мне поклониться пришел (…?) и он мне 1 железный трон и 1 железный скипетр (?) в знак покорности (?) преподнес.

В этом тексте железо обозначается словом «par-zi-lum» (сравните латинское «ferrum» и русское «железо»), что, скорее всего, значит «олово всадников» — от древнеарийских слов «PARSA» или «FERSY» (всадник — сравните этноним «персы», отсюда же шахматная фигура «ферзь», и латинские слова «persona» и «partia»), и корня «ZIL» (олово, и вообще белый металл).

В древности мастерами железных изделий слыли халибы, которых Геродот перечисляет в числе эллинских племён Малой Азии, подвластных Крезу. Халибы жили на севере державы Хеттов, у побережья Чёрного моря возле устья реки Галис (современный г. Самсун в Турции), и от их имени происходит греч. Χάλυβας — «сталь». Аристотель описал их способ получения стали: халибы несколько раз промывали речной песок их страны — видимо, таким способом (теперь это называют флотацией) выделяли тяжёлую железосодержащую фракцию породы, добавляли какое-то огнеупорное вещество, и плавили в печах особой конструкции; полученный таким образом металл имел серебристый цвет и был нержавеющим. Из этого процесса, видимо, возникло и название «руда», которое на латыни значит «мокрый» — то есть, «вымытый».

 

В качестве сырья для выплавки стали использовались магнетитовые пески, которые часто встречаются по всему побережью Чёрного моря: эти магнетитовые пески состоят из смеси мелких зёрен магнетита, титано-магнетита или ильменита, и обломков других пород, так что выплавляемая халибами сталь была легированной, и обладала отличными свойствами. Такой своеобразный способ получения железа не из руды говорит о том, что халибы, в основном, распространили железо как технологический материал, но их способ не мог быть методом повсеместного промышленного производства железных изделий. Однако их производство послужило толчком для дальнейшего развития металлургии железа.

 

Судя по греческому названию инструментальных металлов χαλκός (это слово обозначает и бронзу, и железо), можно понять, что арийские племена нашли способ выделки железа во время перехода в Азию через Кавказ, а именно — в Колхиде (др.-греч. Κολχίς), так как другого удобного сухопутного пути из Европы в Азию не было. Пройдя степи Причерноморья, они оставили многочисленные памятники культуры бронзового века (так называемая «пахотно-скотоводческая культура»), и двинулись дальше — на юг. Конечно же, по пути они искали сырьё для изготовления бронзовых орудий, и так обнаружили свойства причерноморских песков, дающих новый твёрдый металл — железо. Видимо, сперва они приняли его за олово (первые металлурги плохо различали металлы), и это подтверждается также тем, что название «сталь» в языках северных арийцев (романских, германских, славянских) явно происходит от слова «STANN» через аберрацию N-L, а у римлян это слово обозначало олово. То есть, пытаясь найти олово для бронзы, они обнаружили металл, который оказался крепким и без сплавления с медью, и стали называть его по аналогии с оловом. Найденный тогда способ выплавки стальных изделий не позволял получать их в больших количествах, однако использовался более тысячи лет, пока не была разработана технология выплавки железа из руды, добываемой в копях.

 

Климент Александрийский в своём энциклопедическом труде «Строматы» упоминает, что по греческим преданиям железо (видимо, выплавка его из руды) было открыто на горе Иде — так называлась горная цепь возле Трои (в Илиаде она упоминается как гора Ида, с которой Зевс наблюдал за битвой греков с троянцами). Произошло это через 73 года после Девкалионова потопа, а этот потоп, согласно Паросской хронике, был в 1528 году до нашей эры, то есть метод выплавки железа из руды был открыт примерно в 1455 году до н. э. Однако из описания Климента не ясно, говорит ли он именно об этой горе в Передней Азии (Ида Фригийская у Вергилия), или же о горе Ида на острове Крит, о которой римский поэт Вергилий в Энеиде пишет:

 

Остров Юпитера, Крета, лежит средь широкого моря,

Нашего племени там колыбель, где высится Ида …

А римляне, как известно, были потомками малоазиатских троянцев, переселившихся в Италию после разрушения Трои. Могила их предводителя Энея до сих пор существует в местечке Пратика-ди-Маре возле Рима, и в ней был обнаружен железный жезл — символ власти, и другие предметы из железа и бронзы.

Более вероятно, что Климент Александрийский говорит именно о фригийской Иде возле Трои, так как там были найдены древние железные копи и очаги железоделательного производства. Видимо, ознакомившись с методом халибов, древние троянцы развили свой способ выплавки стали из руды, оказавшийся более производительным.

 

В самой глубокой древности железо ценилось дороже золота, и по описанию Страбона, у африканских племён за 1 фунт железа давали 10 фунтов золота, а по исследованиям историка Г. Арешяна стоимости меди, серебра, золота и железа у древних хеттов были в соотношении 1 : 160 : 1280 : 6400. В те времена железо использовалось как ювелирный металл, из него делали троны и другие регалии царской власти: например, в библейской книге Второзаконие 3,11 описан «одр железный» рефаимского царя Ога. В гробнице Тутанхамона (около 1350 года до н. э.) был найден кинжал из железа в золотой оправе — возможно, подаренный хеттами в дипломатических целях. Но хетты не стремились к широкому распространению железа и его технологий, что видно и из дошедшей до нас переписки египетского фараона и его тестя — царя Хеттов. Фараон просит прислать побольше железа, а царь хеттов уклончиво отвечает, что запасы железа иссякли, а кузнецы заняты на сельскохозяйственных работах, поэтому он не может выполнить просьбу царственного зятя. Как видно, хетты старались использовать свои знания для достижения военных преимуществ, и не давали другим возможности сравняться с ними. Видимо, поэтому железные изделия получили широкое распространение только после Троянской войны и падения державы хеттов, когда благодаря торговой активности греков технология железа стала известной многим, и были открыты железные месторождения и рудники. Так на смену «Бронзовому» веку настал век «Железный».

 

По описаниям Гомера, хотя во время Троянской войны (примерно 1250 год до н. э.) оружие было в основном из меди и бронзы, но железо уже было хорошо известно и пользовалось большим спросом, хотя больше как драгоценный металл. Например, в 23-й песне «Илиады» Гомер рассказывает, что Ахилл наградил диском из железной крицы победителя в соревновании по метанию диска. Это железо ахейцы добывали у троянцев и сопредельных народов (Илиада 7,473), в том числе у халибов, которые воевали на стороне троянцев:

 

Прочие мужи ахейские меной вино покупали,

Те за звенящую медь, за седое железо меняли,

Те за воловые кожи или волов круторогих,

Те за своих полоненых. И пир уготовлен веселый…

Возможно, железо было одной из причин, побудивших греков-ахейцев двинуться в Малую Азию, где они узнали секреты его производства. А раскопки в Афинах показали, что уже около 1100 года до н. э. и позднее уже широко были распространены железные мечи, копья, топоры, и даже железные гвозди. В библейской книге Иисуса Навина 17,16 (ср. Судей 14,4) описывается, что филистимляне (библейские «PILISTIM», а это были протогреческие племена, родственные позднейшим эллинам, в основном пеласги) имели множество железных колесниц, то есть, в это время железо уже стало широко применяться в больших количествах.

Гомер в «Илиаде» и «Одиссее» называет железо «многотрудный металл», и описывает закалку орудий:

Расторопный ковач, изготовив топор иль секиру,

В воду металл, раскаливши его, чтоб двойную

Он крепость имел, погружает…

Гомер называет железо многотрудным, потому что в древности основным методом его получения был сыродутный процесс: перемежающиеся слои железной руды и древесного угля прокаливались в специальных печах (горнах — от древнего «Horn» — рог, труба, первоначально это была просто труба, вырытая в земле, обычно горизонтально в склоне оврага). В горне окислы железа восстанавливаются до металла раскалённым углём, который отбирает кислород, окисляясь до окиси углерода, и в результате такого прокаливания руды с углём получалось тестообразное кричное (губчатое) железо. Крицу очищали от шлаков ковкой, выдавливая примеси сильными ударами молота. Первые горны имели сравнительно низкую температуру — заметно меньше температуры плавления чугуна, поэтому железо получалось сравнительно малоуглеродистым. Чтобы получить крепкую сталь приходилось много раз прокаливать и проковывать железную крицу с углём, при этом поверхностный слой металла дополнительно насыщался углеродом и упрочнялся. И хотя это требовало больших трудов, изделия, полученные таким способом, были существенно более крепкими, чем бронзовые.

В дальнейшем научились делать более эффективные печи (в русском языке — домна, домница) для производства стали, и применили меха для подачи воздуха в горн. Уже римляне умели доводить температуру в печи до плавления стали (около 1400 градусов, а чистое железо плавится при 1535 градусах). При этом образуется чугун с температурой плавления 1100—1200 градусов, очень хрупкий в твёрдом состоянии (даже не поддающийся ковке), и не обладающий упругостью стали. Первоначально его считали вредным побочным продуктом (англ. pig iron, по-русски, свинское железо, чушки, откуда, собственно, и происходит слово чугун), но потом обнаружилось, что при повторном прожигании в печи с усиленным продуванием воздуха чугун превращается в сталь хорошего качества, так как лишний углерод выгорает. Такой двухстадийный процесс производства стали из чугуна оказался более простым и выгодным, чем кричный, и этот принцип используется без особых изменений многие века, оставаясь и до наших дней основным способом производства железных материалов.

Происхождение названия

Схема атома железа (условно)

Версии происхождения славянского слова «железо» (белор. жалеза, болг. желязо, укр. залізо, польск. Żelazo, словен. Železo).

 

Наиболее вероятно, что это название происходит от древнеарийского корня «ZIL», которым обозначали олово и вообще белые металлы (в том числе серебро — «zilber», и название «цинк» получилось из этого же слова аберрацией L-N). От него же, видимо, происходит и санскритское «жальжа», что означает «металл, руда». Другая версия усматривает в слове славянский корень «лез», тот же, что и в слове «лезвие» (так как железо в основном употреблялось на изготовление оружия), третье связывает с греческим словом χαλκός, что означало железо и медь. Есть также связь между словом «желе» и студнеобразной консистенцией «болотной руды», из которой некоторое время добывался металл.

 

Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения. Возможно, это совпадение не случайно. В частности древнегреческое слово сидерос (σίδηρος) для железа и латинское sidus, означающее «звезда», вероятно, имеют общее происхождение.

Изотопы железа

Изотоп железа 56Fe относится к наиболее стабильным ядрам: все следующие элементы могут уменьшить энергию связи на нуклон путём распада, а все предыдущие элементы, в принципе, могли бы уменьшить энергию связи на нуклон за счёт синтеза. Полагают, что железом оканчивается ряд синтеза элементов в ядрах нормальных звёзд, а все последующие элементы могут образоваться только в результате взрывов сверхновых.

Геохимия железа

Гидротермальный источник с железистой водой. Окислы железа окрашивают воду в бурый цвет

Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %. Из металлов железо уступает по распространённости в коре только алюминию. При этом в ядре находится около 86 % всего железа, а в мантии 14 %.

Геохимические свойства железа

Важнейшая геохимическая особенность железа — наличие у него нескольких степеней окисления. Железо в нейтральной форме — металлическое — слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре. Закисное железо FeO — основная форма нахождения железа в мантии и земной коре. Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.

По кристаллохимическим свойствам ион Fe2+ близок к ионам Mg2+ и Ca2+ — другим главным элементам, составляющим значительную часть всех земных пород. В силу кристаллохимического сходства железо замещает магний и, частично, кальций во многих силикатах. При этом содержание железа в минералах переменного состава обычно увеличивается с уменьшением температуры.

Минералы железа

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах.

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O), а также шпатовый железняк (сидерит, карбонат железа(II), FeCO3; содержит около 48 % Fe). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe(3PO4)2·8H2O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.

В природе также широко распространены сульфиды железа — пирит FeS2 (серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой — пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире. Содержание железа в морской воде — 1×10−5—1×10−8 %.

Получение

В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (Fe3O4).

Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.

Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.

В печи углерод кокса окисляется до монооксида углерода (угарного газа) кислородом воздуха:

2C + O2 → 2CO↑.

В свою очередь, угарный газ восстанавливает железо из руды:

3CO + Fe2O3 → 2Fe + 3CO2↑.

Флюс добавляется для извлечения нежелательных примесей из руды, в первую очередь силикатов, таких как кварц (диоксид кремния). Типичный флюс содержит известняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Против других примесей используют другие флюсы.

Действие флюса: карбонат кальция под действием тепла разлагается до оксида кальция (негашёная известь):

CaCO3 → CaO + CO2↑.

Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак:

CaO + SiO2 → CaSiO3.

Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности, и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.

Излишний углерод и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используют и для выплавки легированных сталей.

Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями как сера и фосфор — обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.

Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.

Физические свойства

Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую «триаду железа» — группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.

Для железа характерен полиморфизм, он имеет четыре кристаллические модификации:

Металловедение не выделяет β-Fe как отдельную фазу[4], и рассматривает её как разновидность α-Fe. При нагреве железа или стали выше точки Кюри (769 °C ≈ 1043 K) тепловое движение ионов расстраивает ориентацию спиновых магнитных моментов электронов, ферромагнетик становится парамагнетиком — происходит фазовый переход второго рода, но фазового перехода первого рода с изменением основных физических параметров кристаллов не происходит.

Для чистого железа при нормальном давлении, с точки зрения металловедения, существуют следующие устойчивые модификации:

  • От абсолютного нуля до 910 °C устойчива α-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой. Твёрдый раствор углерода в α-железе называется ферритом.
  • От 910 до 1400 °C устойчива γ-модификация с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической решёткой. Твёрдый раствор углерода в γ-железе называется аустенитом.
  • От 910 до 1539 °C устойчива δ-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой. Твёрдый раствор углерода в δ-железе (также как и в α-железе) называется ферритом. Иногда различают высокотемпературный δ-феррит и низкотемпературный α-феррит (или просто феррит), хотя их атомные структуры одинаковы.

Наличие в стали углерода и легирующих элементов существенным образом изменяет температуры фазовых переходов (см. фазовую диаграмму железо — углерод).

  • В области высоких давлений (свыше 104 МПа, 100 тыс. атм.) возникает модификация ε-железа с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решёткой.

Явление полиморфизма чрезвычайно важно для металлургии стали. Именно благодаря α—γ переходам кристаллической решётки происходит термообработка стали. Без этого явления железо как основа стали не получило бы такого широкого применения.

Железо тугоплавко, относится к металлам средней активности. Температура плавления железа 1539 °C, температура кипения — 2862 °C.

Химические свойства

Основные степени окисления железа — +2 и +3.

При хранении на воздухе при температуре до 200 °C железо постепенно покрывается плотной плёнкой оксида, препятствующего дальнейшему окислению металла. Во влажном воздухе железо покрывается рыхлым слоем ржавчины, который не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и его разрушению. Ржавчина не имеет постоянного химического состава, приближённо её химическую формулу можно записать как Fe2O3·xH2O.

С кислородом железо реагирует при нагревании. При сгорании железа на воздухе образуется оксид Fe3O4, при сгорании в чистом кислороде — оксид Fe2O3. Если кислород или воздух пропускать через расплавленное железо, то образуется оксид FeO. При нагревании порошка серы и железа образуется сульфид, приближённую формулу которого можно записать как FeS.

Железо при нагревании реагирует с галогенами. Так как FeF3 нелетуч, железо устойчиво к действию фтора до температуры 200—300 °C. При хлорировании железа (при температуре около 200 °C) образуется летучий FeCl3. Если взаимодействие железа и брома протекает при комнатной температуре или при нагревании и повышенном давлении паров брома, то образуется FeBr3. При нагревании FeCl3 и, особенно, FeBr3 отщепляют галоген и превращаются в галогениды железа(II). При взаимодействии железа и иода образуется иодид Fe3I8.

При нагревании железо реагирует с азотом, образуя нитрид железа Fe3N, с фосфором, образуя фосфиды FeP, Fe2P и Fe3P, с углеродом, образуя карбид Fe3C, с кремнием, образуя несколько силицидов, например, FeSi.

При повышенном давлении металлическое железо реагирует с оксидом углерода(II) CO, причём образуется жидкий, при обычных условиях легко летучий пентакарбонил железа Fe(CO)5. Известны также карбонилы железа составов Fe2(CO)9 и Fe3(CO)12. Карбонилы железа служат исходными веществами при синтезе железоорганических соединений, в том числе и ферроцена состава (η5-C5H5)2Fe.

Чистое металлическое железо устойчиво в воде и в разбавленных растворах щелочей. В концентрированной серной и азотной кислотах железо не растворяется, так как прочная оксидная плёнка пассивирует его поверхность.

С соляной и разбавленной (приблизительно 20%-й) серной кислотами железо реагирует с образованием солей железа(II):

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑;

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑.

При взаимодействии железа с приблизительно 70%-й серной кислотой реакция протекает с образованием сульфата железа(III):

2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O.

Оксид железа(II) FeO обладает основными свойствами, ему отвечает основание Fe(OH)2. Оксид железа(III) Fe2O3 слабо амфотерен, ему отвечает ещё более слабое, чем Fe(OH)2, основание Fe(OH)3, которое реагирует с кислотами:

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O.

Гидроксид железа(III) Fe(OH)3 проявляет слабо амфотерные свойства, он способен реагировать только с концентрированными растворами щелочей:

Fe(OH)3 + 3КОН → K3[Fe(OH)6].

Образующиеся при этом гидроксокомплексы железа(III) устойчивы в сильно щелочных растворах. При разбавлении растворов водой они разрушаются, причём в осадок выпадает Fe(OH)3.

Соединения железа(III) в растворах восстанавливаются металлическим железом:

Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2.

При хранении водных растворов солей железа(II) наблюдается окисление железа(II) до железа(III):

4FeCl2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)Cl2.

Из солей железа(II) в водных растворах устойчива соль Мора — двойной сульфат аммония и железа(II) (NH4)2Fe(SO4)2·6Н2O.

Железо(III) способно образовывать двойные сульфаты с однозарядными катионами типа квасцов, например, KFe(SO4)2 — железокалиевые квасцы, (NH4)Fe(SO4)2 — железоаммонийные квасцы и т. д.

При действии газообразного хлора или озона на щелочные растворы соединений железа(III) образуются соединения железа(VI) — ферраты, например, феррат(VI) калия K2FeO4. Имеются сообщения о получении под действием сильных окислителей соединений железа(VIII).

Для обнаружения в растворе соединений железа(III) используют качественную реакцию ионов Fe3+ с тиоцианат-ионами SCN-. При взаимодействии ионов Fe3+ с анионами SCN- образуется ярко-красный роданид железа Fe(SCN)3. Другим реактивом на ионы Fe3+ служит гексацианоферрат(II) калия K4[Fe(CN)6] (жёлтой кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe3+ и [Fe(CN)6]4− выпадает ярко-синий осадок берлинской лазури:

4K4[Fe(CN)6] + 4Fe3+ → 4KFeIII[FeII(CN)6]↓ + 12K+.

Реактивом на ионы Fe2+ в растворе может служить гексацианоферрат(III) калия K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe2+ и [Fe(CN)6]3− выпадает осадок турнбулевой сини:

3K3[Fe(CN)6] + 3Fe2+ → 3KFeII[FeIII(CN)6]↓ + 6K+.

Интересно, что берлинская лазурь и турнбулева синь — две формы одного и того же вещества, так как в растворе устанавливается равновесие:

KFeIII[FeII(CN)6] ↔ KFeII[FeIII(CN)6].

Применение

Железная руда

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.

  • Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.

    Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.

    Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.

    Ультрадисперсный порошок магнетита используется в черно-белых лазерных принтерах в качестве тонера.

    Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.

    Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.

    Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.

    Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.

Биологическое значение железа

 

В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания). В организме взрослого человека содержится около 3,5 грамма железа (около 0,02 %), из которых 75 % являются главным действующим элементом гемоглобина крови, остальное входит в состав ферментов других клеток, катализируя процессы дыхания в клетках. Недостаток железа проявляется как болезнь организма (хлороз у растений и анемия у животных).

 

Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет.

 

Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК.

 

Неорганические соединения железа встречается в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха.

 

В организм животных и человека железо поступает с пищей (наиболее богаты им печень, мясо, яйца, бобовые, хлеб, крупы, свёкла). Интересно, что некогда шпинат ошибочно был внесён в этот список (из-за опечатки в результатах анализа — был потерян «лишний» ноль после запятой).

 

Суточная потребность человека в железе следующая: дети — от 4 до 18 мг, взрослые мужчины — 10 мг, взрослые женщины — 18 мг, беременные женщины во второй половине беременности — 33 мг. У женщин потребность несколько выше, чем у мужчин. Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки (гематоген, ферроплекс).

 

Содержание железа в воде больше 1—2 мг/л значительно ухудшает её органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования, вызывает у человека аллергические реакции, может стать причиной болезни крови и печени (гемохроматоз). ПДК железа в воде 0,3 мг/л.

 

Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсическое действие. Передозировка железа угнетает антиоксидантную систему организма, поэтому употреблять препараты железа здоровым людям не рекомендуется.

 

Соединения железа

Оксиды железа

Гидроксиды железа

Железнение

Железо самородное

Описание и область применения железных сплавов

Описание и область применения железных сплавов

Термин «железоуглеродистые сплавы» применяется для сплавов железа с углеродом и классифицируются по содержанию в них углерода, как показано в Табл. 1. Чистое железо — относительно мягкий материал, и его трудно использовать в каких-либо коммерческих целях.

Сплавы железа с углеродом

Материал Процентное содержание углерода
Сталь 0.05...2.14
Ковкий чугун 2.4...2.9
Литейный чугун 2.2...4.3

Термин «углеродистая сталь» употребляется для таких сталей, у которых, по существу, присутствуют только железо и углерод, а термин «легированная сталь» — для сплава, в который входят другие элементы. Нержавеющие стали относятся к сплавам, имеющим высокое процентное содержание хрома, а следовательно, высокое сопротивление коррозии. Термин «инструментальная сталь» определяет углеродистые стали или сплавы, которые были закалены и подвергнуты отпуску и обладают необходимыми свойствами для применения их в качестве инструментального материала.

Далее перечислены различные типы железоуглеродистых сплавов.

Легированные стали

Термин «низколегированная сталь» используется для сплавов сталей, имеющих легирующие добавки меньше 2%, «среднелегированная сталь» содержит добавки от 2% до 10%, а «высоколегированная сталь» имеет добавки выше 10%. Во всех случаях количество углерода в сплавах меньше 1%. К сталям добавляются такие простые элементы, как алюминий, хром, кобальт, медь, свинец, марганец, молибден, никель, фосфор, кремний, сера, титан, вольфрам, ниобий, бор и ванадий.

Имеется целый ряд технологических способов, при использовании которых легирующие элементы могут влиять на свойства стали. Основные из них следующие: 1. Условие затвердевания стали. 2. Форма карбидов. 3. Форма графита. 4. Стабильность аустенита или железа. 5. Изменение критической скорости охлаждения. 6. Улучшение коррозионного сопротивления. 7. Изменение условий роста зерна. 8. Улучшение обрабатываемости на станках.

(См. Система кодирования сталей, Составы легированных сталей, Параметры ползучести, Обрабатываемость на станках, Сопротивление окислению, Механические свойства легированных сталей, Термические свойства, Применение легированных сталей.)

Углеродистые стали

Как уже отмечалось, в углеродистых сталях присутствуют только железо и углерод. Такие стали с содержанием углерода меньше 0.80% называются доэвтектоидными, с содержанием углерода между 0.80% и 2.14% — заэвтектоидными относительно эвтектоидного состава 0.8% С. Стали с содержанием углерода между 0.10% и 0.25% обозначают как мягкие, между 0.20% и 0.50% — как сред неуглерод истые, а при содержании углерода более чем 0.50% — как стали с повышенным содержанием углерода. Равновесная диаграмма состояния железо—углерод показана на Рис. 3.1.

(См. Система кодирования сталей, Составы углеродистых сталей, Параметры ползучести, Твердость, Ударные свойства, Обрабатываемость на станках, Механические свойства углеродистых сталей, Термические свойства, Применение углеродистых сталей.)

Литейные чугуны

Литейные чугуны могут быть разделены на 5 основных категорий:

1. Серые чугуны. Содержат углерод (графит) в пластинчатой форме. Большинство типов серого чугуна имеют графит в перлитовой структуре.

2. Пластичные чугуны, или чугуны с шаровидным графитом. Содержат графит в форме шаровидных включений, образовавшихся во время литья при добавлении к расплавам магния или церия. Материал имеет большую пластичность, чем серые чугуны.

3. Белые чугуны1. В них нет графита, содержат твердый цементит.

4. Ковкие чугуны. Получаются при тепловой обработке белых чугунов. Их иногда разделяют на две категории, ферритовый и перлитовый, или рассматривают как три группы: белосердечный, черносердечный и перлитовый. Ковкие чугуны имеют лучшую тягучесть, чем серые литейные чугуны, и это, в сочетании с их высоким пределом на растяжение, способствует их широкому применению.

5. Высоколегированные чугуны. Сплавы, которые содержат соответствующие добавки таких элементов, как кремний, хром, никель или алюминий. Их можно рассматривать как две категории чугунов: безграфитные белые чугуны и чугуны, содержащие графит. Безграфитные белые чугуны имеют очень высокое сопротивление истиранию. В содержащих графит чугунах он находится в форме чешуек или шаровидных включений, и к ним применимы определения теплового сопротивления серых и пластичных чугунов. Такие типы чугунов имеют весьма высокое коррозионное сопротивление и называются коррозионностойкими.

(См. Система кодирования литейных чугунов, Составы литейных чугунов, Ударные свойства, Механические свойства литейных чугунов, Тепловые свойства, Применение литейных чугунов.)

Автоматные стали

Эти стали имеют улучшенную обрабатываемость на станках (резанием) как следствие добавки серы, свинца, селена и/или кальция. Такие стали называются соответственно сернистыми, свинцовосодержащими, селеносодержащими и/или кальцийсо-держащими автоматными. Фосфор может тоже улучшать обрабатываемость стали, способствуя образованию самоломающейся стружки во время механической обработки.

(См. Кодирование сталей, Составы автоматных сталей, Обрабатываемость на станках, Механические свойства автоматных сталей.)

Мартенситно-стареющие высокопрочные стали

Мартенситно-стареющие высоколегированные стали обладают значительной прочностью, которая может быть увеличена выделением вторичных фаз (преципитатов). Это сплавы железа с никелем (8...22%), иногда с кобальтом и очень малым содержанием углерода (меньше 0.03%). Для старения в мартенсите сплавы легируют титаном, молибденом, вольфрамом. Никель и кобальт уменьшают растворимость легирующих добавок в а-железе (Fea), что приводит к упрочнению при старении и повышает сопротивление хрупкому разрушению. Содержание углерода небольшое, поскольку относительно высокое содержание никеля приводит к образованию графита в структуре, что может вызвать снижение прочности и твердости стали.

Типичная тепловая обработка состоит в нагреве стали выше 830°С и охлаждении на воздухе. В результате получается безуглеродистый мартенсит. Последующая механическая обработка и деформация стали приводят к увеличению ее твердости путем выделения преципитатов при нагреве выше 500°С в течение двух или трех часов. До обработки материал имеет типичный предел прочности на растяжение около 700 МПа, или МНм2, и твердость 300 HV, в то время как после обработки соответственно около 1700 МПа, или МНм2, и 550 HV.

(См. Составы мартенситно-стареющих сталей и Механические свойства мартенситно-стареющих сталей.)

Нержавеющие стали

Есть несколько типов нержавеющих сталей: ферритные, мартенситные и аустенитные. В их состав входит хром, повышающий сопротивление коррозии.

Ферритные стали содержат хрома 12...25% и меньше 0.1% углерода. Такие стали после охлаждения жидкого состояния только изменяются к ферриту и таким образом, поскольку не образуется аустенит, затвердевают при закалке и не могут дать мартенсит. Тем не менее они могут твердеть при холодной обработке.

Мартенситные стали содержат хрома 12... 18% и углерода 0.1... 1.2%. После охлаждения жидкого состояния они образуют аустенит и, таким образом, могут твердеть путем закалки до заданного состояния структуры мартенсита с частицами карбида хрома. Мартенситные стали подразделяются на три группы: нержавеющие чугуны, нержавеющие стали и высокохромистые стали. Нержавеющие чугуны содержат около 0.1% углерода и 12... 13% хрома, нержавеющие стали — 0.25...0.30% углерода и 11... 13% хрома, а высокохромистые стали — 0.05...0.15% углерода, 16... 18% хрома и 2% никеля.

Аустенитные стали содержат хрома 16...26%, более 6% никеля и очень мало углерода, 0.1% или менее. Такие сплавы полностью аустенитные при всех температурах. Они могут твердеть и при закалке, и при холодной обработке.

Во время сварки у нержавеющих сталей могут происходить структурные изменения, которые снижают коррозионную стойкость материала. Этот эффект, известный как разрушение сварного соединения, является результатом выделения преципитатов хрома, богатого карбидами на границах зерен. Единственный путь к преодолению его заключается в стабилизации стали путем добавки к ней других элементов, таких как ниобий и титан, которые имеют большее сходство с углеродом, чем хром, и таким образом формируются карбиды во включениях преципитатов в хроме.

(См. Система кодирования нержавеющих сталей, Составы нержавеющих сталей, Параметры ползучести, Сопротивление окислению, Механические свойства нержавеющих сталей, Тепловые свойства, Применение нержавеющих сталей.)

Инструментальные стали

Не имеющие примесей углеродистые стали обладают твердостью благодаря высокому содержанию в них углерода. Эти стали нуждаются в закалке в холодной воде для получения максимальной твердости. К сожалению, они немного хрупкие и им не хватает пластичности. Там, где требуется материал с умеренной пластичностью, может применяться углеродистая сталь с содержанием углерода около 0.7%. А там, где твердость является основным требованием, а ударная вязкость не важна, могут применяться углеродистые стали с содержанием углерода около 1.2%.

Сплавы инструментальных сталей делаются более твердыми и более износостойкими при добавлении к ним элементов, способствующих появлению стойких твердых карбидов. В качестве таких элементов применяются марганец, хром, молибден, вольфрам и ванадий. Марганцевая инструментальная сталь содержит примерно 0.7... 1% углерода и 1.0...2.0% марганца. Такая сталь закалена в масле от температуры 780...800°С и затем отпущена. Марганец может быть частично заменен хромом, что только улучшит вязкость стали. Сопротивление ударной нагрузке у инструментальных сталей предназначается для улучшения вязкости при воздействии на них ударами. Для этого необходимо мелкое зерно, которое получают при добавлении ванадия. Инструментальные стали, рассчитанные на применение в процессах с деформированием в горячем состоянии, требуют сохранения своих свойств при рабочих температурах. Хром и вольфрам, если они добавлены к сталям в форме карбидов, которые имеют и стойкость, и твердость, сохраняют свойства стали до высоких температур.

Стали, используемые для обработки с высокой скоростью на станках, называются быстрорежущими инструментальными сталями. В результате обработки материал нагревается. Такие стали не должны отпускаться при высоких температурах, которые появляются во время обработки на станках. Считается, что комбинация вольфрама и хрома в виде карбидов, сформированных при этих элементах, дает требуемые свойства стали. Они будут особенно прочны при высоких температурах.

(См. Кодирование инструментальных сталей, Составы инструментальных сталей, Свойства инструментальных сталей, Применение инструментальных сталей.

Применение литейных чугунов

Материал Применение
Серые чугуны Водопроводные трубы, цилиндры двигателей и поршней, машинное литье, оболочки коленчатых рычагов, машинные инструментальные матрицы дыропробивных прессов, колпаки люков
Белый чугун Закаленные водой детали, такие как измельчающие дроблением предметы и оборудование дробилок
Ковкие чугуны Зубчатые втулки, педали, рычаги, основной скобяной товар, велосипедные и мотоциклетные рамы
Вязкие чугуны Трубопроводы, кривошипные валы для тяжелого режима работы
Белый абразивно стойкий чугун Оборудование переработки абразивных материалов и дробильные кулачки
Коррозионностой-кий сплав Изделия, обладающие кислотоупорностью. Сплав с повышенным содержанием кремния, из-за чего очень хрупкий и трудно обрабатывается на станках
Теплостойкий серый сплав Высокостойкий к теплу, а также к коррозии. Ni Мп 13 7 немагнитный
Теплостойкий пластичный сплав Упругий и пластичный при низких температурах. Высокопластичные никелевые сплавы имеют низкое тепловое расширение

Типичные области применения ковких алюминиевых сплавов

Сплав Применение
Нелегированный алюминий
1050 Изготовленные холодным прессованием трубы, химическое оборудование
1060 Химическое оборудование
1100 Тонколистовой обработанный металл, вытянутые в нить пустотелые изделия
1200 Изготовленные холодным прессованием трубы, обработанный тонколистовой металл
Сплавы алюминий—медь
2011 Изделия с винтовой нарезкой
2014 Авиационные конструкции, рамы для вагонов
2024 Авиационные конструкции, вагонные колеса
2219 Применяется для высокой прочности сварных соединений в конструкциях, работающих при температуре 350°С и выше, например авиационные детали
2618 Части авиационных двигателей
Сплавы алюминий—марганец
3003 Нерастягиваемые сварные соединения, обработанный тонколистовой металл, скобяные изделия, емкости хранилищ, резервуары под давлением, химическое оборудование
3004 Обработанный тонколистовой металл, емкости хранилищ
3105 Скобяные изделия, обработанный тонколистовой металл
Сплавы алюминий—магний
5005 Электрические проводники, архитектурные детали отделки, в основном нерастягиваемые
5050 Скобяные изделия, змеевики труб
5052 Обработанный тонколистовой металл, гидравлические трубы
5083 Резервуары со швами, полученными при сварке давлением, детали морских судов, автомобилей и самолетов
5086 Тоже
5154 Сварные конструкции, емкости хранилищ, резервуары под давлением
5252 Для отделки автомобилей и приборов
5454 Сварные конструкции, резервуары под давлением, детали для конструкций морских судов
5456 Высокая прочность сварных конструкций. Емкости хранилищ, резервуары под давлением, детали для конструкций морских судов
Сплавы алюминий—магний—кремний
6061 Хорошее коррозионное сопротивление. Вагоны и морские суда, трубопроводы, арматура
6063 Архитектурные детали (прессованные), трубы, фурнитура
6151 Умеренная прочность, сложная горячая объемная штамповка. Детали автомобилей и других машин
6262 Изделия с винтовой нарезкой
Сплавы алюминий—цинк—магний—медь
7075 Гидравлическое оборудование, самолетные конструкции
7178 Тоже

Типичные области применения литейных сплавов

AA/BS Применение
Сплавы алюминии—медь
208.0   Песочный литейный сплав основного назначения — для выхлопных патрубков и клапанов станин
213.0   Головки цилиндров автомобилей, мешалки моечных машин
222.0 LM12 Поршни
242.0   Поршни в двигателях с высоким к.п.д.
295.0   Для литья, требующего высокой прочности и сопротивления ударам
Сплавы алюминий—кремний—медь/магний
308.0   Сплав непрерывного кокильного литья основного назначения
319.0 LM4/21 Сплав основного назначения—для частей двигателей
336.0 LM13 Сплав непрерывного кокильного литья
355.0 LM16 Обладает высокой прочностью и герметичностью под давлением. Станины насосов, кожухи кривошипов, корпуса компрессоров
356.0 LM25 Для сложной формы литья, требующего прочности и пластичности. Кожухи трансмиссий, колеса вагонов, блоки цилиндров, части небортовых моторов, лопасти вентиляторов, пневматический режущий инструмент
360.0 LM9 Сплав основного назначения—для литья в пресс-форму. Кожухи инструментов
380.0 LM24 Отлитый в пресс-форму сплав
390.0 LM30 Тоже
Сплавы алюминий—кремний
413.0 LM20 Отлитый в пресс-форму сплав, для большого сложного литья с тонкими секциями, например каркасов пишущих машинок
С443.0 LM18 Отлитый в пресс-форму сплав, для отливок, требующих высокого сопротивления коррозии и ударам
Сплавы алюминий—магний
514.0 LM5 Сплав песочного литья
520.0 LM10 Тоже

Сталь и железо в строительстве

 

Сталь и железо, уже многие года успешно применяются в производстве и строительстве. Сегодня практически нету строек, которые обходились бы без стальных конструкций. Вот к примеру для того чтобы возвести длинный и надежный мост, то здесь как правило необходимо не одна тысяча тонн стали. Ведь металлоконструкцию применяют практически по всех направлениях. Из них такие как энергетические, горная промышленность, так же применяют в производстве изделий для железных дорог, проводятся различные токарные работы и т.д.

 

Приведем примеры применения железа.

 

Первых металлический мост был возведен с 1778 г., а после 100 лет, известный конструкторщик А. Эйфель построил всем известную на весь мир Эйфелеву Башню, в свою очередь которая и была изготовлена исключительно из металла. Благодаря высокой прочности такого металла, как сталь, стало возможным возведение различных сооружений высотою более 300 метров в высоту. Эйфелева Башня имеет вес в размере 7 тысяч тонн. По началу большинство скептиков выступало против возведения не только такого масштабного, но и дорогостоящего проекта. В то время, от металлургов и конструкторов были заявления того, что такая постройка будет не надежна, будет подвергаться коррозии и выстоять сможет около 25-30 лет. Тем более возводить такую конструкцию на марсовом поле в городе Париж было небезопасным. Эйфель с уверенностью всех уверял, что его творение сможет простоять 50-60 лет. В итоге башню построили в 1889 г. И это стало техническим достижением 19 века. Реконструкция башни проводилась один раз, в 80 -х годах. В 2014 году Эйфелевой Башне исполняется 125 лет с момента её возведения, и как показывает время она еще долгое время будет прославлять город Париж.

 

В Санкт-Петербурге на набережной Фонтанке, тоже есть яркий пример использования стали, это лестничные перила. Эти перила создавались в 1776 году, и в них применялось кованное русское железо. При чем их не разу за все прошедшее время на них не наносили защитный слой, а выглядят они превосходно. А ведь стоит отметить, что климат в Санкт-Петербурге очень влажный. Такой высокий результат стойкости и прочности перед коррозией металлу дает специальные, тонкие слои окислов и повышение содержания фосфора. По этому принципу так же создали крыши для устарелых домов в городе Свердловск. Так же по мимо фосфора добавляют в листовую кровлю медь.

Хлорид железа. Его свойства и сферы применения

Хлорид железа и коагулянт

Хлорное железо — средняя соль трехвалентного железа и соляной кислоты. На вид это химическое сырье представляет собой мягкую кристаллическую массу ржаво-коричневато-черного цвета. Температура его кипения составляет 319°С, температура плавления - 309°С. Хлорное железо образуется в результате нагревания железа с хлором. Его можно получить также как побочный продукт при производстве хлорида титана TiCl4 и хлорида алюминия AlCl3. Еще один способ получения хлорного железа – горячее хлорирование или окисление раствора FeCl2 с последующим выпариванием раствора FeCl3.

Сфера применения хлорного железа достаточно широка. Его используют как коагулянт для очистки воды, как катализатор в органическом синтезе, как протраву в процессе окрашивания тканей, а также для приготовления железных пигментов и прочих солей железа. Еще раствор хлорного железа используют для травления печатных плат.

Достаточно широкое распространение хлорное железо получило в качестве коагулянта в процессе очистки промышленных и городских сточных вод. По сравнению с другими коагулянтами, в частности с сернокислым алюминием, этот химический продукт имеет важное преимущество – хлорид железа наделен высокой скоростью осаждения разнообразных примесей. В результате гидролиза хлорное железо образует малорастворимый гидроксид железа. В процессе его образования захватываются различные органические и неорганические примеси, образуя при этом рыхлые хлопья, которые легко удаляются из очищаемых стоков. Такие хлопья, плотностью 1001–1100 г/л и размером 0,5–3,0 миллиметров, имеют довольно большую поверхность с отличной сорбционной активностью. В процессе их образования в структуру включаются взвешенные вещества (крупные микроорганизмы, клетки планктона, ил, остатки растений), коллоидные частицы, а также часть ионов загрязнений, ассоциированных на поверхности данных частиц. При помощи данного продукта процесс осаждения шлама протекает намного быстрее и глубже. Еще одно преимущество хлорного железа - его благоприятное влияние на биохимическое разложение шлама. Для качественной очистки сточных вод на один кубический метр требуется 30 г хлорного железа. Очистка вод хлорным железом уменьшает содержание растворимых примесей до 25 процентов, а нерастворимых до 95 процентов. В процессе проведения очистки сточных промышленных и городских вод ядовитые соединения и микроорганизмы разрушаются гипохлоритом натрия.

Благодаря своим ярко выраженным кислотным свойствам хлорид железа используется как катализатор в процессах органического синтеза, при получении термостойких смол и окисления нефтяных битумов. Железо хлорное - энергичный хлорирующий агент, поэтому он применяется для избирательного извлечения некоторых компонентов руд. В частности, это химическое сырье требуется в ароматических углеводородах для реакции электрофильного замещения. Хорошо известно также применение водных растворов хлорного железа. Обладая достаточно мягкими травильными свойствами, они используются в электронной промышленности и приборостроении для травления печатных плат, металлических деталей и медной фольги. Применяется хлорное железо и в строительстве. Его используют как добавку к портландцементу для ускорения процесса схватывания. Добавка хлорного железа значительно увеличивает прочность бетона. Используется этот продукт и в других сферах жизнедеятельности человека, в частности:
•    с его помощью осветляются природные воды в системах водоподготовки;
•    удаляется масло из стоков масложировых комбинатов;
•    он используется при очистке сточных вод кожевенно-меховых предприятий от соединений хрома;
•    для смягчения хозяйственно-питьевой воды;
•    а также в хлорорганическом синтезе

Железо | справочник Пестициды.ru

Если попросить любого человека назвать ценный, редкий и дорогой металл, он наверняка вспомнит о золоте, и будет совершенно прав. Тем не менее, благородное золото не всегда находилось на своем заслуженном месте. Например, когда люди только научились получать алюминий, предметы из него могли себе позволить лишь очень состоятельные слои населения, а дефицитные алюминиевые столовые приборы подавались на званых ужинах только самым дорогим и уважаемым гостям. Остальные, бросая на них завистливые взгляды, были «вынуждены» орудовать золотыми вилками и ложками, которые тогда представлялись не настолько прекрасными, как блестящие, легкие, гнущиеся изделия из божественного алюминия.

Есть и другие примеры подобной исторической несправедливости. Так, во времена Гомера самой распространенной крупной валютой были рабы, бычьи шкуры и железо. Даже будучи неочищенным, плохо кующимся и не качественным по всем другим показателям, железо ценилось аж в десять раз выше, чем золото, ведь тогда оно было самым прочным из всех известных материалов, и, к тому же, добывалось с большим трудом.

Прошли столетия. Сыродутный способ получения металла оказался забыт, ему на смену пришло использование современных доменных печей. Качество получаемого железа в разы улучшилось, люди познакомились со сталью, однако, наряду с повышением прочности и ковкости, стоимость железа все больше падала, так, что сейчас его уже нельзя назвать дорогим. Тем не менее, если говорить о ценности этого металла, то кое-где он по-прежнему остался необходимым, незаменимым и востребованным. Все золото мира не заменит того небольшого количества железа, которое содержится в каждом организме и поддерживает его жизнь…[7]

Железная руда

Железная руда


Использовано изображение:[10]

Физические и химические свойства

Железо (Ferrum) Fe – химический элемент побочной подгруппы VIII группы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 26. Атомная масса – 55,85. Строение атома железа типично для переходных элементов. Это определяет переменную валентность и ярко выраженную способность к комплексообразованию у данного металла.[1]

Для железа характерны двухвалентные и трехвалентные соединения. Известны также соли железистой кислоты, где железо шестивалентно.

Железо – пластичный металл серебристого цвета, хорошо поддается ковке, прокатке и прочим видам механической обработки.

  • Плотность – 7,87 г/см3,
  • Температура плавления – 1539°С,
  • Температура кипения – 2870°С.

Твердое железо растворяет в себе многие элементы, в частности, углерод. На влажном воздухе железо ржавеет, то есть покрывается налетом гидратированного оксида железа бурого цвета. Данный оксид рыхлый и от дальнейшей коррозии железо не защищает. В воде данный металл интенсивно корродирует. При обильном доступе кислорода формируются гидратные формы оксида трехвалентного железа. При недостатке кислорода образуется смешанный оксид.

Металл легко растворяется в соляной кислоте любой концентрации, в разбавленной серной кислоте, в азотной кислоте. К концентрированным серной и азотной кислотам железо пассивно.[3]

Содержание в природе

Железо – самый распространенный после алюминия металл на земле. Его масса составляет 4 % от массы земной коры. В природе оно встречается в виде самых разнообразных соединений: сульфидов, оксидов, силикатов. В свободном состоянии железо можно встретить только в метеоритах.

Важнейшие руды железа – магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк, шпатовый железняк. В больших количествах встречается железный колчедан.[3]

Железо концентрируется преимущественно в основных сериях магматических пород. Глобальная распространенность железа составляет 45 %.

Геохимия соединений Fe в окружающей среде имеет сложный характер, определяется способностью элемента легко менять валентность в зависимости от физико-химических условий среды и тесно связана с циклами углерода, кислорода и серы.

Обычно окислительные и щелочные условия среды способствуют осаждению железа, а восстановительные и кислые растворяют его соединения. Свободное железо быстро фиксируется в виде гидроксидов и оксидов, замещает магний и алюминий и образует комплексы с химическими лигандами.[4]

В почвах железо присутствует в основном в виде оксидов и гидроксидов и находится либо в виде небольших частиц, либо связано с поверхностью минералов. В богатых органикой горизонтах железо присутствует в форме хелатов.

К почвообразующим минералам железа относят:

  1. Гематит. Встречается в почвах аридных, семиаридных и тропических районов. Наследуется от материнских пород.
  2. Маггемит. Образуется в сильно выветрелых почвах тропических зон и чаще всего присутствует в скоплениях гематита, магнетита, гетита.
  3. Магнетит. Унаследован от материнских пород. Тесно связан с маггемитом.
  4. Ферригидрит. Широко распространен, но очень нестабилен, легко переходит в гематит в районах с умеренными гумидами.
  5. Гетит. Распространенный в почвах всех климатических зон минерал железа.
  6. Лепидокрокит. Типичен для плохо дренируемых почв (рисовых полей) и почв умеренных гумидных районов. Образование данного минерала осуществляется при низких значениях pH, низкой температуре и в отсутствии трехвалентного железа.
  7. Ильменит. В почвах обычно не встречается. К выветриванию устойчив. Унаследован от материнских пород.
  8. Пирит, сульфид железа и ярозит. Серосодержащие минералы. Широко распространены в затопляемых почвах с содержанием серы, например, в кислых сульфатных.

И минералы, и органические соединения железа легко преобразуются в почвах. При этом органическое вещество оказывает большое влияние на образование оксидов железа.

Соединения железа с органикой почвы является важным резервом доступных соединений данного металла для растений. С железом взаимодействуют гуминовые вещества, органические кислоты, сидерофоры, фенолы.

Взаимодействие железа с гуминовыми веществами сопровождается образованием водорастворимых и малорастворимых в воде соединений. На растворимость комплексов влияют многие факторы, в частности, химическая природа, соотношение компонентов, а также реакция среды. Как правило, гуминовые кислоты характеризуются большей склонностью к образованию нерастворимых соединений с металлами, чем фульвокислоты. В этой связи фульватные комплексы железа рассматривают как важный фактор, определяющий и миграцию этого металла по почвенному профилю, и его доступность растениям.[1]

Преобразование железа осуществляется и микроорганизмами. Некоторые виды бактерий вовлечены в круговорот данного элемента и аккумулируют его на поверхности живых клеток.[4]

Содержание железа в различных типах почв Украины, согласно данным:[2]

Почва

Железо, %

Чернозем на  мергеле (Крым)

0,8-1,9

Южный чернозем

1,5 -2,1

Перегнойно-карбонатная

2,5

Среднеподзолистая

0,2

Содержание железа в различных типах почв

Содержание железа в почвах СНГ составляет около 3,11 % и зависит от типа почвообразующей породы. Установлено, что колебания в содержании железа в пахотном горизонте различных почв достигают значительных величин.

Сумской области (Украина) содержат 0,02 % железа. Волыни (Украина) – до 3–4 %. Львовской области (Украина) – 2,5 % Крыма – 0,8–2,1 %. Киевского Полесья – 0,2 % железа.[2] содержат больше растворимого неорганического железа, чем нейтральные и щелочные.[4]характеризуются процессом восстановления двухвалентного железа до трехвалентного. Этот процесс обеспечивает увеличение растворимости железа. Он тесно связан с метаболической деятельностью некоторых бактерий и может приводить к высокой концентрации двухвалентного железа в некоторых затопляемых почвах.[4]и почвы с высоким содержанием усвояемых фосфатов содержат недостаточно железа, что объясняется переходом его в малодоступное для растений состояние.[5]характеризуются избыточным количеством железа. содержат большое количество закисных соединений железа. Данные соединения отрицательно влияют на рост растений. Устраняется это известкованием почв.[5]

Признаки дефицита железа, согласно данным:[6]

Культура

Симптомы недостатка

Картофель

Верхушки и края молодых листьев зеленые, середина – белесая

Томаты

Растения угнетены;

Хлороз проявляется на молодых листьях, но даже мелкие жилки сохраняют зеленый цвет; 

Усиление – мелкие жилки утрачивают зеленый цвет, пластинка становится  желто-белой

Огурцы

Хлороз – на молодых листьях основного и бокового побегов;

Зеленые только основные и боковые жилки;

Пластинка листа – от светло-зеленой  до желто-белой;

В дальнейшем  на листьях появляются некротические пятна, а хлороз распространяется на старые листья

Малина

Молодые листья на верхушечных побегах – желтоватые, около краев появляются коричневые пятна отмершей ткани.

Черная смородина

Хлороз на молодых листьях верхушечных побегов.

Яблоня

Молодые листья на побегах – хлоротичные, почти белые с коричневыми пятнышками на краях;

Хлороз на листьях уменьшается сверху вниз;

При длительном дефиците  отдельные ветви отмирают;

Плоды  палево-землистого цвета

Роль в растении

Биохимические функции

Железо играет активную роль в окислительно-восстановительных реакциях хлоропластов, митохондрий и пероксисомы, а также выполняет многие другие функции в растениях.

Участие железа в окислительно-восстановительных реакциях определяется легкой переменой валентности и высокой способностью к комплексообразованию.

Важная роль железа в биохимии растений подтверждается следующими факторами:

  1. Железо обнаруживается в геме и негемовых белках и концентрируется в хлоропластах.
  2. Органические комплексы железа участвуют в переносе электронов в процессе фотосинтеза.
  3. Негемовые железосодержащие белки участвуют в восстановлении нитритов и сульфатов.
  4. Процесс образования хлорофилла осуществляется с участием железа.
  5. Железо вовлекается в метаболизм нуклеиновой кислоты.
  6. Известна каталитическая и структурная роль двухвалентного и трехвалентного железа.[4]

Формы и соединения железа в тканях и органеллах клеток растений

В растение железо поступает в двухвалентной форме. В дальнейшем восстановленная форма железа проходит через реакции реокисления, и в тканях уже содержится и Fe (II), и Fe (III), в большей части в комплексах с различными органическими соединениями.

железо запасается в виде фитоферритина, который состоит из соединений трехвалентного железа и белковой оболочки. Фитоферритин чаще всего находится в кристаллической форме. Его содержание велико в листьях, выращенных в темноте, но в процессе зеленения на свету фитоферритин быстро исчезает. Он локализуется также в ксилеме и флоэме, кроме того, встречается в клубеньках бобовых и в семенах. значительная часть железа находится в физиологически неактивной форме и сосредоточена в виде малорастворимых соединений.

Большая часть железа в растениях находится в трехвалентном состоянии, тогда как физиологически важной является фракция Fe (II)/Fe (III), поскольку именно эта фракция подвержена обратимым окислительно-восстановительным превращениям.

– основная форма транспорта железа из корней в побеги растений, который осуществляется по ксилеме. Подвижность данного элемента во флоэме средняя. Она ниже, чем у калия, азота, фосфора и серы, но выше, чем у кальция и марганца. железо встречается как в гемовой, так и в негемовой форме.

Гем – это железопорфириновый комплекс. Атом железа в нем координируется четырьмя атомами азота пиррольных колец протопорфирина. Последний придает стабильность белковой глобуле гемсодержащих ферментов.

Как простетическая группа, гемовое железо включено в состав многих белковых соединений. Это цитохромы, нитратредуктаза, нитритредуктаза, пероксидаза и каталаза, леггемоглобин, ферредоксин, нитрогеназа, супероксиддисмутаза, аконитаза, липоксигеназы и многие другие.[1]

Недостаток железа

Недостаток железа


Недостаток железа – хлороз листьев фасоли

Использовано изображение:[9]

Недостаток (дефицит) железа в растениях

Дефицит железа – проблема для многих сельскохозяйственных культур. Причина недостатка данного элемента в растениях – низкое содержание доступных форм железа в окультуренных почвах. Недостаточность железа оказывает отрицательное влияние на многие физиологические процессы в тканях растений и приводит к ослаблению роста их и развития и, как следствие, снижению урожайности.[4]

Дефицит железа широко представлен в регионах распространения карбонатных почв (30 % поверхности земли). Недостаток подвижных форм железа в данном типе почв приводит к возникновению опасного заболевания – железистого (карбонатного, известкового) хлороза. Это заболевание при развитии может привести к гибели растения.

Дефицит железа проявляется также при высоком содержании в почве марганца, цинка, меди.

На рост листьев дефицит железа влияет в меньшей степени. Деление клеток и замедление роста проявляются только при острой недостаточности железа. Наиболее значительные изменения проходят в пластидном аппарате листьев. Пластиды уменьшаются в размерах, система тилакоидов редуцирована. Синтез белка в хлоропластах и цитоплазме подавляется, причем, в первых – сильнее.

Недостаток железа сказывается на снижении содержания в листьях хлорофилла и подавлении активности фотосистем. Изменения фотосинтеза отражаются на углеводном обмене растений, в частности, наблюдается снижение содержания сахаров и крахмала в листьях.[1]

Симптоматика железистой недостаточности проявляется в растениях при различных уровнях содержания железа в тканях растения. Характер симптомов различен в зависимости от почвенных, растительных, питательных и климатических факторов. Наиболее типичный симптом – межжилковый хлороз молодых листьев. К недостатку железа очень чувствительны некоторые фруктовые деревья, овес и рис.[4]

Визуально симптомы недостатка железа проявляются следующим образом: становится заметна белесая, бледно-зеленая или желтая окраска тканей листа между жилками.

При усиливающемся дефиците железа жилки листьев бледнеют, а ткани отмирают.

Первые признаки проявляются на молодой листве, поскольку по причине слабой реутилизации железа старые листья дольше остаются зелеными.

У травянистых растений верхние молодые листья приобретают желтый цвет, формируются мелкие, слабые соцветия. У плодовых деревьев отмечается усыхание кончиков ветвей и побегов.[1]

Избыток железа

Избыток железа


Избыток железа – рисовое поле после уборки урожая.

Использовано изображение:[8]

Избыток железа

На почве, обогащенной растворимыми формами железа, может наблюдаться токсическое воздействие данного элемента на растения. Обычно это происходит на сильнокислых почвах, кислых сульфатных и пойменных почвах. Токсичность железа часто бывает связана с засоленностью почв и низким содержанием в них фосфора и оснований.

Установлено, что:

  • растения, хорошо обеспеченные питательными веществами, выдерживают воздействие очень высоких концентраций железа;
  • корни риса обладают способностью окислять железо и откладывать его на своей поверхности;
  • повреждение корней сводит к минимуму их окислительную способность, что увеличивает токсичность железа.[4]

В целом избыток закисных соединений железа отрицательно влияет на рост растений. Характерными признаками токсического воздействия железа на растения являются отсутствие некротической ткани, развитие хлороза между жилками молодых листьев, при котором жилки остаются зелеными; позднее весь лист становится беловатым или желтым (сходно с признаками дефицита железа).[6]

Содержание железа в удобрениях, %, согласно данным:[1]

Удобрение

Содержание железа, %

Комплексные органические соединения  железа

10 - 17

Пиритные огарки

46 - 47

Железный купорос

0,05

Хлорное железо

Лимоннокислое железо

Слабый раствор

Содержание железа в различных соединениях

Широко распространено использование комплексонов железа и некоторых из отходов промышленности, содержащих данный элемент.

получают путем смешивания железного купороса с хелаторами. Массовая доля железа в них составляет от 10 до 17 %. Ценность хелатов определяется их устойчивостью к диссоциации в широких диапазонах кислотности, к микробиологическому разложению, высокой растворимостью в воде, низкой токсичностью и технологичностью форм.[1] Данные средства являются самым радикальным вариантом борьбы с известковым хлорозом, а также другими проявлениями недостаточности железа и антагонизма металлов.[2]отходы целлюлозно-бумажной промышленности и производства серной кислоты. Получают путем отжига флотационных колчеданов. Содержится 46–47 % железа.[1]. Наиболее широкое распространение у продуктов взаимодействия минеральных солей железа с отходами древесины (лигносульфонатами, фенолами, полифлавоноидами). Наиболее перспективное сырье для получения комплексонов – природный лигнин.[1]

Для устранения и предотвращения симптомов недостаточности железа используются также железный купорос, хлорное и лимоннокислое железо.[5]

Удобрения, содержащие Железо

Показать все удобрения »

Способы применения

применяют для внесения в почву и опрыскивания растений 0,1%-ным раствором.[5]применяются путем внесения в почву. Медленно действующее удобрение. Эффект достигается при непосредственном контакте корней растений с очагом внесения пиритных огарков.[1] применяют в виде опрыскиваний растений слабым раствором.[5]опрыскивание растений слабыми растворами.[5]

Эффект от применения железосодержащих удобрений

Своевременное применение железосодержащих удобрений устраняет симптомы известкового хлороза и положительно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур.[5]

 

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

1.

Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. Учебное пособие. – СПб.: Издательство Санкт-петербургского университета, 1999. – 232 с.

2.

Власюк П.А. Биологические элементы в жизнедеятельности растений. Издательство «Наукова Думка», Киев, 1969

3.

Глинка Н.Л. Общая химия. Учебник для ВУЗов. Изд: Л: Химия, 1985 г, с 731

4.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с англиского.– М.: Мир, 1989.– 439 с., ил.

5.

Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– М.: Издательство МГУ, Издательство «КолосС», 2004.– 720 с., [16] л. ил.: ил. – (Классический университетский учебник).

6.

Петров Б.А., Селиверстов Н.Ф. Минеральное питание растений. Справочное пособие для студентов и огородников. Екатеринбург, 1998. 79 с.

7.

Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта +, 2000. – 640 с., ил.

Изображения (переработаны):

8.9.

Iron deficiency, by Howard F. Schwartz, Colorado State University, Bugwood.org, по лицензии CC BY

10. Свернуть Список всех источников

Железо — общая характеристика элемента, химические свойства железа и его соединений

Желе́зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Металл средней активности, восстановитель.

Основные степени окисления — +2, +3

Простое вещество железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Химические свойства простого вещества — железа:

Ржавление и горение в кислороде

1)     На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III )O 4 (160 °С)

2)     При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4H 2 O  – →  Fe 3 O 4 + 4H 2 ­

3)     Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °С)

2Fe + 3Br 2 →  2FeBr 3

Fe + S  – →  FeS (600 °С)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1 )   (700°С)

4)       В ряду напряжений стоит левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами НСl и Н 2 SO 4 , при этом образуются соли железа(II) и выделяется водород:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 ­ (реакции проводятся без доступа воздуха, иначе Fe +2 постепенно переводится кислородом в Fe +3 )

Fe + H 2 SO 4 (разб.) → FeSO 4 + H 2 ­

В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании, оно сразу переходит в катион Фе 3+ :

2Fe + 6H 2 SO 4 (конц.)  – →  Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 ­ + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (конц.)  – →  Fe(NO 3 ) 3 + 3NO 2 ­ + 3H 2 O

(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).

Железный гвоздь, погруженный в голубоватый раствор медного купороса, постепенно покрывается налетом красной металлической меди

5)     Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

6)

Амфотерность железа проявляется только в концентрированных щелочах при кипячении:

Fе + 2NaОН (50 %) + 2Н 2 O= Nа 2 [Fе(ОН) 4 ]↓+ Н 2

и образуется осадок тетрагидроксоферрата(II) натрия.

Техническое железо — сплавы железа с углеродом: чугун содержит 2,06-6,67 % С, сталь 0,02-2,06 % С, часто присутствуют другие естественные примеси (S, Р, Si) и вводимые искусственно специальные добавки (Мn, Ni, Сr), что придает сплавам железа технически полезные свойства — твердость, термическую и коррозионную стойкость, ковкость и др .

Доменный процесс производства чугуна

Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:

а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд — перевод в оксидную руду:

FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2 ,800°С, -SO 2 )       FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2 ,500-600°С, -CO 2 )

б)  сжигание кокса при горячем дутье:

С (кокс) + O 2 (воздух) →СO 2 (600—700°С)   СO 2 + С (кокс) ⇌ 2СО   (700—1000    °С)

в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:

Fe 2 O 3 →(CO) (Fe II Fe 2 III )O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:

) →( C ( кокс) 900—1200°С) (ж) (чугун, t пл 1145°С)

В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe 2 С и графит.

Производство стали

Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700-2000 °С. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СО 2 , SО 2 ), либо связываются в легко отделяемый шлак — смесь Са 3 (РO 4 ) 2 и СаSiO 3 . Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Получение чистого железа в промышленности — электролиз раствора солей железа, например:

FеСl 2 → Fе↓ + Сl 2 ↑ (90°С)  (электролиз)

(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).

Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун — в производстве литья и стали, сталь — как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро- и коррозионно-стойкие.

Оксид железа(II) F еО . Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Фе 2+ O 2- . При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:

4FеО ⇌(Fe II Fe 2 III ) + Fе (560—700 °С , 900—1000°С)

FеО + 2НС1 (разб.) = FеС1 2 + Н 2 O

ФеО + 4ННО 3 ( конц .) = Fе(NO 3 ) 3 +NO 2 ↑  + 2Н 2 O

FеО + 4NаОН =2Н 2 O + N а 4 F е O 3(красн .) триоксоферрат(II) (400—500 °С)

FеО + Н 2 2 O + Фе (особо чистое) (350°С)

FеО + С (кокс) = Фе + СО (выше 1000 °С)

ФеО + СО = Фе + СО 2 (900°С)

4FеО + 2Н 2 O (влага) + O 2 (воздух) →4FеО(ОН) (t)

6ФеО + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III )O 4 (300—500°С)

Получение в лаборатории : термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:

Fе(ОН) 2 = FеО + Н 2 O (150-200 °С)

FеСОз = FеО + СO 2 (490-550 °С)

Оксид дижелеза (III) – железа( II ) ( Fe II Fe 2 III )O 4 . Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe 2+ (Fе 3+ ) 2 ( O 2- ) 4 . Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок ( железный сурик ), керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий ( чернение, воронение ). По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe 3 O 4 не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:

2(Fe II Fe 2 III )O 4 = 6ФеО + O 2 (выше 1538 °С)

(Fe II Fe 2 III )O 4 + 8НС1 (разб.) = FеС1 2 + 2FеС1 3 + 4Н 2 O

(Fe II Fe 2 III )O 4 +10НNO 3 (конц.) =3Fе(NO 3 ) 3 + NO 2 ↑+ 5Н 2 O

(Fe II Fe 2 III )O 4 + O 2 (воздух) = 6Fе 2 O 3 (450-600°С)

(Fe II Fe 2 III )O 4 + 4Н 2 = 4Н 2 O + 3Фе (особо чистое, 1000 °С)

(Fe II Fe 2 III )O 4 + СО =ЗFеО + СO 2 (500—800°C)

(Fe II Fe 2 III )O4 + Fе ⇌4FеО (900—1000 °С , 560—700 °С)

Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.

В природе — оксидная руда железа магнетит.

Оксид железа(III) F е 2 О 3 . Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Фе 3+ ) 2 (O 2- ) 3. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Фе 2 O 3 2 О. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели (технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.

Уравнения важнейших реакций:

6Fе 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III )O 4 +O 2 (1200—1300 °С)

2 O 3 + 6НС1 (разб.) →2FеС1 3 + ЗН 2 O (t)    (600°С,р)

2 O 3 + 2NaОН (конц.) →Н 2 O+ 2 N а F е O 2 (красн.) диоксоферрат(III)

2 О 3 + МО=(М II 2 II I )O 4 (М=Сu, Мn, Fе, Ni, Zn)

2 O 3 + ЗН 2 =ЗН 2 O+ 2Fе (особо чистое, 1050—1100 °С)

2 O 3 + Fе = ЗFеО (900 °С)

3Fе 2 O 3 + СО = 2(Fe II 2 III )O 4 + СO 2 (400—600 °С)

Получение в лаборатории — термическое разложение солей железа (III) на воздухе:

2 (SO 4 ) 3 = Fе 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °С)

4{Fе(NO 3 ) 3 9 Н 2 O} = 2Fе a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36Н 2 O   (600-700 °С)

В природе — оксидные руды железа гематит 2 O 3 и лимонит 2 O 3 2 O

Гидроксид железа (II) F е(ОН) 2 . Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Фе — ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.

Уравнения важнейших реакций:

Fе(OН) 2 = FеО + Н 2 O  (150-200 °С, в атм.N 2 )

Fе(ОН) 2 + 2НС1 (разб.) =FеС1 2 + 2Н 2 O

Fе(ОН) 2 + 2NаОН (> 50%) = Nа 2 [Fе(ОН) 4 ] ↓ (сине-зеленый) (кипячение)

4Fе(ОН) 2 (суспензия) + O 2 (воздух) →4FеО(ОН)↓ + 2Н 2 O  (t)

2Fе(ОН) 2 (суспензия) 2 O 2 (разб.) = 2FеО(ОН)↓ + 2Н 2 O

Fе(ОН) 2 + КNO 3 (конц.) = FеО(ОН)↓ + NO↑+ КОН (60 °С)

Получение : осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:

2+ + 2OH (разб.) = F е(ОН) 2

2+ + 2(NH 3 Н 2 O) = F е(ОН) 2 + 2NH 4

Метагидроксид железа F еО(ОН). Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Фе — О и Фе — ОН преимущественно ковалентные. При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Фе 2 O 3 2 O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в ФеО(ОН). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Фе(ОН) 2 . Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.

Соединение состава Fе(ОН) 3 не известно (не получено).

Уравнения важнейших реакций:

2 O 3 . 2 O→( 200-250 °С, — H 2 O ) FеО(ОН)→( 560-700° С на воздухе , -h3O) →Fе 2 О 3

FеО(ОН) + ЗНС1 (разб.) =FеС1 3 + 2Н 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O -коллоид (NаОН (конц.) )

FеО(ОН)→ N а 3 [ F е(ОН) 6 ] белый , Nа 5 [Fе(OН) 8 желтоватый (75 °С, NаОН ( т) )

2FеО(ОН) + Fе(ОН) 2 =( Fe II Fe 2 III )O 4 + 2Н 2 O         (600—1000 °С)

2FеО(ОН) + ЗН 2 = 4Н 2 O+ 2Фе (особо чистое, 500—600 °С)

2FеО(ОН) + ЗВr 2 + 10КОН = 2К 2 FеO 4 + 6Н 2 O + 6КВr

Получение: осаждение из раствора солей железа(Ш) гидрата Фе 2 О 3 2 O и его частичное обезвоживание (см. выше).

В природе — оксидная руда железа лимонит 2 O 3 2 О и минерал гётит FеО(ОН).

Феррат калия К 2 F еО 4 . Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель.

Качественная реакция — образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов — промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.

Уравнения важнейших реакций:

2 FеO 4 = 4КФеО 2 + 3O 2 + 2К 2 O         (700 °С)

2 FеO 4 + 6Н 2 O (гор.) =4ФеО(ОН)↓ + 8КОН + 3O 2

FеО 4 2- + 2OН + (разб.) =4Fе 3+ + 3O 2 ↑+10Н 2 O

FеО 4 2- + 2(NH 3 . Н 2 O) →2FеО(ОН)↓ + N 2 ↑+ 2Н 2 O+ 4OН

FеО 4 2- + Ва 2+ = ВаFеO 4 (красн.)↓         (в конц. КОН)

Получение : образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида ФеО(ОН), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо

Fе + 2КОН + 2КNO 3 = К 2 F е O 4 + 3КNO 2 + H 2 O (420 °С)

и электролизе в растворе:

электролиз

Fе + 2КОН (конц.) + 2Н 2 O→ЗН 2 ↑ + К 2 F е O 4 ( электролиз)

(феррат калия образуется на аноде).

Качественные реакции на ионы F е 2+ и F е 3+

Обнаружение ионов Фе 2+ и Fе 3+ в водном растворе проводят с помощью реактивов К 3 [Fе(СN) 6 ] и К 4 [Fе(СN) 6 ] соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, КФе III [Fе II (СN) 6 ]. В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь , или турнбуллева синь :

2+ + К + + [Fе(СN) 6 ] 3- = КFе III [Fе II (СN) 6 ]↓

3+ + К + + [Fе(СN) 6 ] 4- = КFе III [Fе II (СN) 6 ]↓

Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:

К 3 III [Fе(СN) 6 ]- гексацианоферрат (III) калия

К 4 III [Fе (СN) 6 ]- гексацианоферрат (II) калия

КFе III [Fе II (СN) 6 ]- гексацианоферрат (II) железа  (Ш) калия

Кроме того, хорошим реактивом на ионы Фе 3+ является тиоцианат-ион НСС , железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:

3+ + 6NСS = [Фе(НСС) 6 ] 3-

Этим реактивом (например, в виде соли КНСС) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.

источников и роль железа в организме

Железо является одним из микроэлементов. Несмотря на то, что в организме человека его содержание составляет менее 0,01%, это чрезвычайно важный компонент для его функционирования. Дефицит железа приводит к анемии.

Содержимое:

расширять крах

Железо - роль в теле

В организме содержится приблизительно от 3 до 4 г железа.Это важнейший ингредиент для протекания ключевых биологических процессов. В составе гемоглобина участвует в транспортировке кислорода к клеткам организма. В составе ферментов защищает клетки от окислительного стресса . Кроме того, в составе ферментов он косвенно участвует в синтезе серотонина, простагландинов, оксида азота, продукции тироксина и трийодтиронина, т.е. гормонов щитовидной железы. Он влияет на метаболизм холестерина и способствует детоксикации. Он также участвует в синтезе ДНК.Он играет важную роль в борьбе иммунной системы с вирусами и бактериями.

Железо - стандарты

В соответствии со стандартами рекомендуемая суточная потребность в железе составляет:

  • для детей старше 6 месяцев - 11 мг,
  • для детей от 1 до 3 лет - 7мг,
  • для детей от 4 до 12 лет - 10 мг,
  • для мальчиков от 13 до 18 лет - 12 мг,
  • для девочек от 13 до 18 лет - 15мг,
  • для мужчин - 10мг,
  • для женщин до 50 лет - 18мг,
  • для женщин старше 50 лет - 10 мг,
  • беременным - 27мг,
  • в период лактации - 10мг.

Железо – причины дефицита

Причины дефицита железа включают:

  • недостаточное количество железа,
  • повышенная потребность в железе: возникает у беременных и кормящих женщин, недоношенных детей и новорожденных, в подростковом возрасте, у женщин с обильными менструациями,
  • нарушение всасывания железа из желудочно-кишечного тракта: у людей после гастрэктомии, при синдромах мальабсорбции и пищеварения, при персистирующей диарее,
  • потери железа из-за хронических желудочно-кишечных, вагинальных, мочевых и респираторных кровотечений.

Железо – симптомы и последствия дефицита

Первым симптомом недостаточного снабжения железом является концентрация ферритина в сыворотке крови ниже нормы . Для женщин норма 10 – 200 мкг/л, для мужчин 15 – 400 мкг/л. Еще одним симптомом дефицита железа является анемия. Проявляется слишком низкой концентрацией гемоглобина в крови, у женщин ниже 12 г/дл, у мужчин ниже 13 г/дл, у детей от 6 мес до 6 лет ниже 11 г/дл, у детей от 6 до 14 лет ниже 12 г/дл, а у беременных менее 11 г/дл.Анемия вызывает такие симптомы, как: бледность кожи и губ, умственная слабость, трудности с запоминанием, мышечная слабость, учащенное сердцебиение, снижение активности, более быстрая утомляемость, более слабое умственное развитие у детей , снижение сопротивляемости организма и ограничение роста, повышенная ломкость волос и ногти.

Железо - Источники

Пищевые продукты являются источником двух типов железа: гемового и негемового. Гемовое железо усваивается в возрасте 25 недель.до 50%, негемовые только от 1 до 10%. К источникам гемового железа относятся мясные продукты: печень, почки, яйца, мясо и мясопродукты, рыба и птица. Негемовое железо содержится в: яйцах, цельных зернах, зеленых овощах, мангольде, петрушке, свекле, брюссельской капусте, сушеных овощах и фруктах.

Железо – факторы, повышающие его усвоение

Существует несколько факторов, с помощью которых можно повысить усвоение железа . К ним относятся: витамин С низкий рН желудочного сока наличие аминокислот (гистидин, лизин).Следовательно, в приеме пищи стоит сочетать богатые железом продукты с источниками витамина С, например, свекла с лимонным соком, цельнозерновые хлопья с клубникой, малиной или черникой, зеленые овощи с паприкой. Источниками гистидина являются мясо и продукты его переработки, рыба, молоко, семечки, семечки, гречка и бобовые. В свою очередь лизин: молоко и продукты его переработки, яйца, рыба, картофель, мясо и пресервы, фасоль, миндаль и дрожжи.

Железо – факторы, препятствующие усвоению

Факторами, снижающими усвоение железа, являются: фитиновая кислота, фосфаты, казеиновые белки, сывороточные белки, содержащиеся в молоке и продуктах его переработки, кальций, марганец, медь, цинк, кадмий и свинец.


Источники: 1. Ciborowska H., Rudnicka A., Dietetyka. Питание здорового и больного человека. PZWL Medical Publishing, Варшава, 2012.
2. Kuras M. et. др. Железо и цинк являются основными микроэлементами, необходимыми для правильного функционирования организма. Лек в Польше 2015; 25 (5): 6 - 13.
3. Корженевска К., Ветлицка И., Яблецка А. Нарушения экономии железа. Часть 2. Дефицит железа. Современная аптека 2012; 5: 146-150.

.90 000 железа - изобретения и открытия

Fe - ferrum - блестящий серебристо-белый металл, химический элемент.

В природе встречается в виде обычных минералов, таких как магнетит, гематит, лимонит, пирит и др., и в самородном состоянии во многих частях мира, поэтому известен с древних времен.

Метеоритный чугун с высоким содержанием никеля был известен первобытному человеку, который использовал его уже в каменном веке.Колыбелью железа является шумерское государство на северо-западе. части Месопотамии.

Именно там был найден нож из железа, содержащего более 10% никеля, т.е. металла метеоритного происхождения. На языке создателей этого ножа название железа было urudu-an bar , что переводится как «медь с небес». Немногие более молодые реликвии, найденные в этой местности, датируемые примерно 3000 г. до н.э., были изготовлены без добавления никеля, что свидетельствует о выплавке руд.


В Египте железо было известно около 4000 г. до н.э.н. э. и около 1350 г. до н. э. уже был в общем употреблении. В гробнице Тутанхамона (около 1360 - 1349 гг. до н.э.) было найдено множество изделий из железа, в том числе железный кинжал. Интересным фактом среди реликвий этого периода являются: золотое кольцо с железными украшениями и кольца примерно 1300 г. до н.э. украшены накладками из меди, свинца, серебра и железа, что свидетельствует об их культовом назначении.

В Индии железо производили, вероятно, около 2000 г. до н.э., тогда как в Китае железо стало широко использоваться во время правления императора Чжуанг-Вана (696 - 682 до н.э.).СЕ).
Среди европейских народов железо первыми стали использовать греки и критяне (1400 г. до н. э.), а римляне узнали об этом металле позже. К концу 6 века до н.э. они использовали его для украшений и изготовления сельскохозяйственных орудий, в то время как «дикие» народы Центральной Европы уже производили железные мечи и другое оружие.

Дальний Восток, Индия, Китай и Япония — очень старые центры развития металлургии железа. Изделия из железа, изготовленные в этой области путем литья или ковки, достигли таких размеров и точности, которые были достигнуты в Европе только 1000 лет спустя.
Примером может служить колонна, стоящая по сей день во дворе в Дели, сделанная на рубеже старой и новой эпох - весом около 6 тонн и высотой более 8 метров. Эта колонна была постаментом статуи человека-птицы ( гаруда ), и она находится в отличном состоянии, без признаков коррозии, что объясняется очень высокой чистотой металла.

Другим примером является 22-метровая статуя Будды, отлитая в Китае, а в Индии для строительства цепных подвесных мостов использовалось железо.


О популярности выплавки железа в этой местности свидетельствует и форма налогообложения, введенная в 511 г. до н.э. одним из китайских правителей. Согласно постановлению, налог уплачивался, в том числе, 326 килограммов железа на каждый километр его страны.

В Польше начало железного века относится к 7 веку до н.э., хотя железо было известно уже в период расцвета лужицкой культуры, а первая выплавка железа датируется 750 годом до н.э.
Наибольший расцвет древней металлургии железа в Польше пришелся на период римского влияния.В этот период здесь действовало несколько металлургических центров, самые крупные из которых находятся в районе Кракова - в т.ч. в районе сегодняшней Новой Гуты - и в районе Свентокшиских гор.

По оценочным подсчетам, во втором - четвертом веках нашей эры в этом втором центре было выплавлено около 20 миллионов килограммов железа, что позволяло экспортировать его в другие земли. Следует помнить, что цена на железо в то время была очень высока (король Карл Великий носил Железную Корону - Corona Ferrea , т.н.Корона Ломбардии, признанная высшим символом власти с 7 века.

Развитие металлургии железа в новое время связано главным образом с развитием металлургических печей, главным образом коптильных, а затем с развитием химии, металлургии и металлургии

.

Тяжелый век под названием железо

СМИ постоянно сообщают, что век пластика наступил, а вокруг процветает кремниевая цивилизация. Однако реальность иная: мы живем в железном веке уже более трех тысяч лет. Можно еще добавить, что девятнадцатый век, т.е. век пара и электричества (поскольку электричество по-прежнему в основном вырабатывается силой потока водяного пара), продолжается в энергетическом плане.

Римский поэт Овидий в «Трансформации» описал мифические эпохи человечества, во многом соответствующие развитию цивилизации .Так вот, после счастливых веков золота и серебра (тут у автора была фантазия, ибо это был каменный период) воцарился век бронзы, одного из сплавов меди и олова. В то время жили Геракл, Тесей и аргонавты, а герои Гомера, облаченные в бронзовые доспехи, сражались под стенами Трои бронзовыми мечами. Археологи называют этот период бронзовым веком. После нее (после Овидия)...

… наступил век жесткого железа под названием

Когда это началось? Трудно ответить на этот вопрос.Древнейшие изделия из железа датируются 4 тысячелетием до нашей эры, а возможно, и раньше. И это было не «всякое» железо, а небесное, строго метеоритного происхождения (1). Неудивительно, что к ним относились как к настоящему дару богов и соответственно уважали.

1. Фрагмент крупнейшего польского железного метеорита, найденный в пригороде Познани (Мораско). Экземпляр находится в Музее Земли АМУ (автор: Wikimedia/MOs810)

С чисто земным железом человек познакомился когда начал получать металлы из руд а не самородков .Он хорошо обходился с медью, оловом и свинцом: при достижимых в то время в печах температурах (до 1000 °С) эти металлы плавились и отливались, а их мягкость позволяла легко обрабатываться ковкой.

С железом у все было не так просто. Во-первых, он плавится при температуре, превышающей 1500 °С, во-вторых, в холодном состоянии он тверд и не поддается формовке методами тысячелетней давности. Первоначально это был хлопотный побочный продукт в процессе выплавки меди (медная и железная руды часто оказываются рядом друг с другом) - на дне печи находился кусок губчатой ​​твердой массы.Это было железо, сделанное из восстановленных оксидов из руды. Случайно древний кузнец-кузнец начал обрабатывать полученный сланец (от латинского lupus , что означает волк) еще до того, как он остыл (2). На этот раз металл было довольно легко превратить в . Хотя по нынешним меркам это было очень низкокачественное железо, оно оказалось тверже всех известных в то время металлов.

2. Кузнец был важной профессией на протяжении тысячелетий (автор: Wikimedia/Jorgeroyan)

Твердость железа зависит от количества растворенного в нем углерода (он получен из древесного угля, используемого для плавки), который, в свою очередь, увеличивается с температурой плавки.Низкоуглеродистое железо получали в примитивных печах (содержание углерода не превышало 0,5%).

Однако технологии продолжали развиваться. Были разработаны лучшие печи для достижения более высоких температур, чтобы в железе растворялось больше углерода. Когда его содержание достигло примерно 1%, люди впервые узнали о стали . Сделанные из него лезвия быстро не тупились, к тому же его можно было закаливать, что дополнительно повышало его твердость. С этого момента новый металл стал стремительно вытеснять бронзу .Когда был этот прорыв? Примерно в середине второго тысячелетия до нашей эры на территории современной Сирии и Анатолии (Турция). Оттуда сталь распространилась по всему тогдашнему миру, хотя в различных его частях это изобретение осуществлялось независимо (например, в Индии и Китае).

Но почему железо , несмотря на проблемы с его производством, вытеснило бронзу? На этот раз предоставим слово Болеславу Прусу, который в «Фараоне» описал преимущества нового материала следующим образом: «Один из египетских офицеров обнажил свой бронзовый меч и держал его, как бы готовясь к нападению.Тогда Саргон поднял стальной меч, ударил и отсек часть оружия своего противника».

Металл войны

Действие романа происходит в 11 веке до нашей эры, но до этого лучшее оружие означало преимущество на поле боя. Вероятно, неслучайно изобретение производства стали было изобретено хеттами, народом воинов. После них его переняли не менее смелые ассирийцы, чей посланник Саргон столь наглядно показал молодому наследнику египетского престола преимущества нового оружия. С тех пор железо навсегда связано с войной, оно было посвящено богам, заботящимся об этой сфере жизни, и кровавому цвету планеты Марс (3).

3. Поверхность Марса, покрытая оксидами железа (из ресурсов НАСА). Астрономический символ планеты Марс и алхимический символ железа изображают щит и копье - атрибуты бога войны

Прошло

века, совершенствовалась технология плавки и обработки (на территории Польши металлургия существовала уже на территории Польши в 7 веке до н.э.). Их секреты тщательно охранялись, а их успешные изобретения получили широкую известность, например, совершенная дамасская сталь . Кроме небольших примитивных коптилен, для плавки все чаще строились большие печи.В средневековой Европе удалось впервые достичь температуры плавления железа и - вместо губчатой ​​массы, лежащей на дне очага, из печи вытекал жидкий металл, т.е. чугун . Однако восхищения это не вызывало: сплав с высоким содержанием углерода (чугун) был хрупким и не поддавался ковке, годился только для отливок (для этой цели он используется и сегодня).

Прорыв в производстве стали произошел в 18 и особенно в 19 веке. Во-первых, для плавки использовали кокс (дегазированный каменный уголь) вместо древесного угля .Произошло это в Англии, где сталелитейная промышленность способствовала значительной вырубке лесов в стране (спрос на кокс послужил стимулом для бурного развития угледобычи ). Разработка методов получения стали из выплавляемого чугуна путем удаления избыточного углерода и других добавок (фосфора, серы, кремния) сделала сталь дешевой и доступной в больших количествах, что, в свою очередь, послужило началом ее широкого использования в качестве конструкционного материала.

Технологические процессы 19 века - Бессемер , Томас , и особенно Сименс-Мартин - до сих пор лежат в основе производства стали (разумеется, они были усовершенствованы во многом).Хотя в настоящее время методом проб и ошибок не занимаются, а процессы выплавки и обработки стали изучают специалисты разных областей, в металлургии все же есть добавленный элемент искусства. Специалистов в этой области можно сравнить с поварами, которые, используя правильно подобранные специи, могут получить изысканные блюда. В данном случае роль приправы играют добавки сплава (т.е. различные элементы), а готовые блюда – это сплавы «на все случаи жизни».

Металл №1

Железо - основа нашей цивилизации, пусть за них говорят цифры.В 2019 году во всем мире было выплавлено 1 300 млн тонн чугуна, из которых около 10% ушло на производство чугунных изделий, остальное переработано в сталь. Произведено около 1900 млн тонн стали (разница — стальной лом, добавляемый при переработке чугуна). Китай является «сталелитейным заводом» мира, поставляя более половины продукции (у Польши около 10 миллионов тонн). Годовое производство металла номер 2, т.е. алюминия, составляет менее 80 миллионов тонн, что по сравнению с двумя миллиардами тонн стали и чугуна полностью доказывает, что мы все еще живем в году железного века (4).

4. Мировое производство стали составляет два миллиарда тонн в год

На Земле у нас много железа, поверхностный слой содержит 5,6%, что ставит этот металл на 4 место (после кислорода, кремния и глины). Если брать Землю в целом, то лидирует железо, составляющее почти треть массы земного шара (в центре планеты находится железо-никелевое ядро ​​диаметром почти 7000 км). Во Вселенной железо является 6-м наиболее распространенным элементом, а также самым тяжелым элементом, который может образоваться в ядре звезды (более тяжелые вызваны космическими катаклизмами - взрывов сверхновых ).

Свободное железо на Земле встречается спорадически в виде мелких самородков и прилетающих туда метеоритов. Минералы железа многочисленны: гематит Fe 2 O 3 , сидерит FeCO 3 , магнетит Fe 3 O 4 или лимонит (гидратированные оксиды, так называемая болотная руда) являются наиболее часто добываемыми рудами этот металл, а имитирующий золото пирит FeS 2 используется для производства серной кислоты (5).

5. Красноватый цвет дна ручья сигнализирует о присутствии вездесущих соединений железа

Живой мир также воспользовался преимуществами железа, оно необходимо всем организмам. Ионы железа находятся в центрах двух важных белков: гемоглобина, который транспортирует кислород, и миоглобина, который хранит живительный газ в мышцах. Также многие ферменты, ответственные за реакции окисления и восстановления, функционируют благодаря присутствию ионов железа (проводя опыты, вы узнаете, почему это происходит). В организме взрослого человека содержится около 4 граммов железа, а его недостаток вызывает анемию. Богатыми источниками легкоусвояемого железа являются: мясо, печень, яичные желтки, орехи, молоко и бобовые.

Взаимные изменения

Соли двухвалентного и трехвалентного железа доступны в вашей лаборатории. Примером первого является сульфат FeSO 4 (VI), а второго - хлорид FeCl 3 (оба в виде гидратированных солей). Будьте особенно осторожны с FeCl 3 : его растворы едкие и оставляют коричневые пятна, которые трудно удалить. Поэтому требуются защитные перчатки и испытания проводятся на лотке. Приготовьте растворы обеих солей и разлейте их по пробиркам.Раствор, содержащий ионы Fe 2+ 90 120, имеет светло-зеленый цвет, в случае катионов Fe 3+ 90 120 цвет желтый (6). Добавьте в каждую пробирку небольшое количество раствора гидроксида натрия NaOH. В обоих случаях будут образовываться отложения: Fe(OH) 2 серо-зеленые, а Fe(OH) 3 - красно-коричневые (7).

6. Красители растворов солей железа

7. Осаждение гидроксидов железа

В пробирку с осадком Fe(OH) 2 добавить несколько капель 3% раствора перекиси водорода H 2 O 2 (перекись водорода используется как дезинфицирующее средство).Осадок быстро становится красно-коричневым (8):

2Fe(OH) 2 + H 2 O 2 → 2Fe(OH) 3

8. Гидроксид железа (II) быстро окисляется до гидроксида железа (III)

Налейте несколько капель раствора FeCl 3 в пробирку с водой так, чтобы цвет был только светло-желтым. Добавьте небольшое количество раствора йодистого калия KI, он сразу потемнеет содержимое. Теперь добавьте раствор тиосульфата натрия Na2S2O3. Содержимое сосуда стало почти бесцветным. В конце влейте несколько капель раствора NaOH. Образовавшийся осадок имеет цвет... на удивление, зеленоватый. Какие реакции происходили в пробирке?

Сначала ионы Fe 3+ окисляли йодиды до свободного йода (потемнение раствора), естественно восстанавливаясь сами. Добавление тиосульфата снова вызвало восстановление йода до бесцветных йодидов, и под действием основания образовался осадок Fe(OH) 2 .

Именно легкий переход - как бы связанный с Превращением Овидия - ионов Fe(II) в Fe(III) и наоборот составляет основу их биологической активности.

Чугун, сталь, чугун
Когда мы говорим о железе, чаще всего имеем в виду сталь. Чистое железо почти нигде не используется. В качестве магнитного материала используется железо с небольшим количеством примесей (железо ARMCO). Сталь представляет собой сплав с содержанием углерода 1,7-2,1%. Если углерода больше, он отделяется в виде графита и образует чугун.

Кшиштоф Орлинский

.

Железо | Педиатрия - mp.pl

Железо является элементом, необходимым для правильного протекания многих процессов трансформации вещества и образования красных кровяных телец (эритроцитов). Его дефицит является наиболее частой причиной анемия (малокровие) у детей раннего возраста.

Что такое анемия?

Анемия (малокровие) развивается из-за того, что в организме недостаточно гемоглобина, белка красных кровяных телец (эритроцитов), который переносит кислород.Недостаток гемоглобина приводит к нарушению продукции эритроцитов и ограничению транспорта кислорода ко всем органам и тканям организма, что угнетает многие важные метаболические процессы.

У младенцев и детей в возрасте до 5 лет железодефицитная анемия может привести к:

  • ухудшение развития и обесценение,
  • поведенческие расстройства - снижение двигательной активности, ослабление социальных взаимодействий и концентрации внимания на выполняемых задачах,
  • повышенная восприимчивость к инфекциям и инфекционным заболеваниям.

У детей, чей дефицит железа не был своевременно вылечен, нарушения развития могут сохраняться и в школьном возрасте.

Каковы причины дефицита железа?

Новорожденный ребенок рождается с запасом железа, накопленным им в течение внутриутробной жизни от матери. Этот пикап наиболее эффективен в последнем триместре беременности. Итак, дефицит железа больше всего угрожает (группы риска):

  • недоношенных детей,
  • 90 013 детей, которых мы беременели, имели анемию (малокровие) или железодефицитную анемию,
  • для детей с низкой массой тела при рождении и при многоплодной беременности (двойней, тройней),
  • 90 013 новорожденных с тяжелой или длительной желтухой (см. Неонатальная желтуха).

Грудное молоко содержит достаточно хорошо усваиваемого железа, чтобы удовлетворить его потребности здоровых младенцев в первые шесть месяцев жизни, и большинство детских смесей обогащены железом. У доношенных детей, находящихся на грудном вскармливании или на грудном вскармливании Однако из-за быстрого развития и роста запасов железа достаточно только для модифицированных материалов. с 4 по 6 месяц жизни. Крайне важно соблюдать этот «безопасный» период обеспечить ребенка железом в прикорме.

Дефицит железа следует подозревать у детей из групп риска (см. выше), а также у детей с плохой аппетит (плохие едоки), они часто болеют или страдают аллергией. Его причина также увеличивается потеря железа из организма при некоторых заболеваниях (например, в результате хронических желудочно-кишечных кровотечений) или нарушение всасывания в кишечнике (например, в результате хронической диареи).

Могу ли я предотвратить дефицит железа у моего ребенка?

Не забывайте есть продукты, богатые железом, во время беременности и кормления грудью. профилактически низкодозированные препараты железа.

Попросите вашего гинеколога организовать общий анализ крови в начале и во время беременности. Если у вас диагностирована анемия, строго следуйте рекомендациям по лечению, рекомендованным врачом.

Если у вас диагностирована анемия в третьем триместре беременности, сообщите об этом своему врачу. Ваш ребенок. Во второй половине жизни (а иногда и раньше) вашему малышу понадобится возможно сдать общий анализ крови.

Кормите ребенка исключительно грудью в течение первых 4-6 месяцев жизни.

Грудное молоко содержит легкоусвояемое железо. Дети, которых нельзя кормить грудью они должны получать только смесь, обогащенную железом.

При расширении рациона малыша вводите соответствующие продукты прикорма, богатые железом и способствующие его усвоению.

Продукты для прикорма, богатые железом, включают мясо, яичный желток и каши. для детей, обогащенных железом.Используйте при необходимости для приготовления каш натуральные продукты питания или детские смеси, обогащенные железом.

В период расширения рациона ежедневно давайте ребенку продукты, богатые витамином С. способствует усвоению железа - натуральные фруктовые или фруктовые и овощные соки, а также пюре со свежими фруктами и овощами. Лучше всего подавать их в один прием вместе с едой. железо богатое.

Если после 6 месяцев Ваш малыш не хочет есть прикорм и Вы кормите его только молоком, сообщите об этом врачу.Может потребоваться проверка общего анализа крови и/или профилактический прием препаратов железа, но об этом решит врач.

Если ваш малыш недоношен или родился с низкой массой тела при рождении, и вы кормите его грудью, давайте ему железо профилактически с конца 1-го месяца до конца первого месяца. 12 месяцев. Поговорите об этом со своим врачом.

Правильный препарат железа для вашего ребенка будет назначен вашим врачом и определит необходимую вам дозу. Препараты железа доступны по рецепту.Строго следуйте указаниям врача, так как передозировка а отравление препаратом железа может привести к летальному исходу.

В других случаях грудных детей не кормят по вышеприведенным правилам профилактически назначать препараты железа. Только дети получат пользу от их введения с его реальным дефицитом. В других случаях дополнительное питание может быть вредным. (худший рост, меньшая окружность головы, постоянная диарея, мальабсорбция цинк и селен и др.).

У младенцев с риском дефицита железа (см. выше) и у детей, диагностированных врачом риск дефицита этого элемента (например, слишком мало съеденного прикорма у ребенка, некоторые хронические заболевания, лечение некоторыми препаратами, угнетающими всасывание железа), контроль показателей крови в возрасте 9-12 мес может быть необходим. Так и будет своевременное выявление и лечение железодефицитной анемии. давай поговорим об этом с вашим врачом.

До 12 месяцев не давайте ребенку полноценное коровье или козье молоко. ни сои. Однако после достижения 1-летнего возраста суточная доза потребляемого молока не должна превышать 700 мл.

Раннее (т.е. до 1 года) введение в рацион ребенка цельного коровьего молока, а также употребление более 700 мл такого молока ежедневно после 1 года может привести к к дефициту железа, так как этот тип молока содержит мало этого элемента, и он заменяет продукты с его более высоким содержанием; кроме того, он может вызывать аллергию со скрытыми кровотечениями из пищеварительного тракта.Это также относится к козьему и соевому молоку.


Эта статья взята из руководства для родителей Первые 2 года жизни ребенка выдано Медициной Практической, Краков 2012

.

Железо (Fe) в аквариуме: дефицит и избыток, симптомы

Введение

Железо (Fe) является ключевым микроэлементом для роста растений. Он занимает первое место по важности после макроэлементов. Обычно он присутствует в небольших или незначительных количествах в нестабильной форме в водопроводной воде. Железо относится к категории малоподвижных, т.е. его дефицит можно увидеть скорее на новых листьях и приростах.

Назначение и транспортировка железа

Состав: цитохром, ферродоксин, супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, пероксидаза, нитратредуктаза. Около 80% Fe — в хлоропластах. Стимулирует синтез хлорофилла. Физиология растений под редакцией Яна Копцевича и Станислава Левака

Симптомы дефицита железа

  • Хлороз молодых листьев, жилки могут быть зелеными, но не обязательно зелеными (отсутствие хлорофилла).
  • Затем, при сильном дефиците, листья мельчают, хлоротичны, затем некротизируются (темные пятна, отверстия).
  • Симптомы дефицита могут быть видны на всем растении при его медленном росте или только на новых побегах при быстросохнущих растениях.

Галерея растений, где мы можем наблюдать дефицит железа. Вот как это может выглядеть.

Причины дефицита железа

  • Обычно слишком мало железа по отношению к другим катионам, т.е.: натрий (Na), магний (Mg), калий (K), кальций (Ca).
  • Высокая общая жесткость воды (Gh).
  • Большое количество фосфатов (P-PO4) снижает подвижность железа.
  • Поврежденные корни.

Симптомы избытка железа

  • Избыток железа действует антагонистически по отношению к другим ионам питательных микроэлементов, таким как марганец (Mn), цинк (Zn), медь (Cu) и т. д.
  • Экстремальный избыток железа токсичен для водных растений.

Лечение дефицита железа

В случае дефицита железа добавить микроэлементное удобрение с железом или железосодержащее удобрение при наличии признаков дефицита железа, несмотря на введение микроэлементного удобрения с железом.

Рекомендуемое количество железа

Рекомендуемое количество железа зависит от жесткости воды и количества других конкурентов, упомянутых выше. Мы рекомендуем держать железо на уровне 0,01-0,1 мг/л.

Железо для водных растений

Автор статьи: Анджей Конарский

Никакая часть или все произведения, содержащиеся в магазине Akwarystyczny24, не могут быть воспроизведены и распространены или подвергнуты дальнейшему распространению в любой форме и любым способом (в том числе электронным, механическим или иным или во всех сферах использования), включая копирование, широко понимаемую оцифровку, фотокопирование или копирование, в том числе размещение в сети Интернет - без письменного согласия Akwarystyczny24.Любое использование или использование произведений полностью или частично без согласия авторов в нарушение закона запрещается и может преследоваться по закону.

.

Сырье на исходе | ОТВЕТСТВЕННЫЙ ЗА СЫРЬЕ

Сырье закончилось

Природные ресурсы – это все металлов и полезных ископаемых, накопленных в земной коре . Их ресурсы ограничены и невозобновляемы в масштабах нашей цивилизации.

Согласно исследованиям, запасы таких широко используемых элементов, как железо, свинец, медь, золото , достаточны лишь на от нескольких до нескольких десятков лет . Когда они начнут заканчиваться (а некоторые уже начали), цены вырастут, а промышленное производство упадет.Об этом говорят многие институты, такие как Геологическая служба США (Американское геологическое общество) или Организация Объединенных Наций.

В среднем для производства настольного компьютера и монитора используется 1500 литров воды, 5300 киловатт-часов энергии, 240 кг ископаемого топлива и 22 кг химикатов. Всего это дает 1,8 тонны сырья, а это столько же, сколько весит носорог. Источник: данные Организации Объединенных Наций

.

Для многих важных и наиболее часто используемых сырьевых материалов в настоящее время исчерпаны легкодоступные и высококачественные .Например, в начале 20 века мы эксплуатировали руды, содержащие около 20 граммов золота на тонну породы, 50 лет спустя — вдвое меньше золота, а сегодня мы используем многие месторождения, содержащие всего 2-3 грамма золота на тонну породы. тонн, а то и меньше.

С каждым годом мы достигаем месторождений, которые содержат все меньше и меньше искомого полезного ископаемого и их все труднее разрабатывать . Это означает, что майнинг потребляет все больше и больше денег и энергии.В то же время истощаются и имеющиеся ресурсы ископаемого топлива (в основном сырой нефти, но также и угля). Без широкодоступной нефти не будет топлива для машин и мы не сможем добывать эти металлы. Будет нехватка материалов, необходимых для производства не только компьютеров или телефонов, но и автомобилей, промышленных устройств или ветряков и солнечных батарей для производства возобновляемой энергии. Более того, также и в случае ископаемых видов топлива, чем труднее получить доступ к месторождению, , тем больше работы и энергии необходимо затратить на его эксплуатацию.Так что в какой-то момент окажется, что количество энергии, необходимое для добычи, больше, чем получено из месторождения. Сделка станет убыточной.

Мы приближаемся к этой границе. Такая экономическая система представляет собой нисходящую спираль: наши общества становятся все более и более зависимыми от все большего и большего количества ресурсов, хотя мы знаем, что эти ресурсы заканчиваются. Это очень недальновидное и рискованное действие .

Достижение месторождений со все меньшим содержанием искомых элементов также означает, что для добычи приходится выделять все больше и больше площадей .Уже есть страны, где концессии на добычу полезных ископаемых покрывают 1/5, а то и 1/3 территории страны (см. графику — карта Перу, кейсы Гондураса и Канады с нашей карты, а также статью о Сальвадоре). Очевидно, что это губительно для окружающей среды. Это также часто связано с потерей земель местным населением, которое занималось земледелием или разведением животных на данной территории.

Подробнее

.

Переработка металлов - алюминий, железо, сталь, медь

Предприятия, занимающиеся утилизацией лома черных или цветных металлов, обязательно должны искать серьезного партнера в отрасли переработки металлов, который работает экологически безопасным образом и предлагает наилучшую возможную цену. Мы собираем, перерабатываем и перерабатываем все виды лома черных и цветных металлов и предлагаем широкий спектр оборудования и контейнеров для эффективной сортировки отходов.Мы гарантируем эффективные решения в области вторичной переработки металлов, регулярный сбор отходов, безопасную эксплуатацию и удобные возможности продаж.

Stena Recycling занимается сбором, переработкой и утилизацией всех видов лома черных и цветных металлов с 1939 года, т.е. с момента основания нашей компании.

ВОТ ЧТО МЫ ДЕЛАЕМ С ОТХОДАМИ

Лом цветных металлов прекрасно перерабатывается и, в принципе, может перерабатываться бесконечное количество раз.Собранный лом черных металлов или лом цветных металлов направляется в наши отделы или заводы по измельчению лома, где он контролируется, сортируется и перерабатывается, чтобы он соответствовал качественным и коммерческим требованиям сталелитейных заводов и сталелитейных заводов. Затем материал подготавливается для дальнейшей отгрузки нашим клиентам. Заводы получают от нас сырье гарантированного качества для производства новой продукции, которая затем обретает новую жизнь в хозяйственном цикле. Все обслуживание происходит на наших экологически чистых и сертифицированных объектах.
Мы заботимся о том, чтобы обеспечить выгодную продажу всех материалов, полученных от клиентов, и у нас есть проверенные каналы для дальнейшей перепродажи сырья на мировых рынках.

Использование и преобразование отходов в новое сырье создает высокую прибыль. Прежде всего, в глобальной перспективе, что, в свою очередь, ведет к построению устойчивого общества.

ИНФОРМАЦИЯ О ЖЕЛЕЗЕ И МЕТАЛЛАХ

Железо

Используется при производстве стали и перерабатывается на сталелитейных и литейных заводах, где из него изготавливают тонкие листы для автомобилей, а также трубы и балки, например, для строительства мостов.

Нержавеющая сталь

Сталь

устойчива к суровым условиям и используется, в том числе, для производства труб в промышленных изделиях и в качестве материала для производства стиральных машин.

Медь

Медь обладает отличными токопроводящими свойствами и присутствует, в том числе, в в кабелях и других электрических и электронных изделиях.

Алюминий

Электропроводный и легкий. Восстановленный алюминий используется в производстве электропроводки, банок для напитков и фюзеляжей самолетов.

ТРЕНДЫ

  • В будущем также следует ожидать высоких и неустойчивых цен на железо.
  • В Европе производится все больше лома, содержащего различные материалы. В связи с растущим спросом на обработку материалов необходимы крупные инвестиции в заводы, технологии и исследования.
  • Повышение требований к контролю материалов по всей цепочке переработки
  • Лом черных и цветных металлов – высококачественное сырье для конечных потребителей.Требования к обеспечению качества и доставке
  • становятся все более важными

КАКОВА ЦЕНА МЕТАЛЛА?

Получить точную цену металла, не видя материала, сложно. Цены на металл зависят от многих факторов, таких как качество, количество, погрузочно-разгрузочные работы и расстояние транспортировки. Чтобы помочь нам наилучшим образом, пожалуйста, свяжитесь с ближайшим офисом Stena.

.

Смотрите также