VAS(lat. Ferrum), Fe, a periódusos rendszer VIII. csoportjának kémiai eleme, rendszáma 26, atomtömege 55,847. Az elem latin és orosz nevének eredete sem tisztázott. A természetes vas négy nuklid keveréke, amelyek tömegszáma 54 (tartalom a természetes keverékben 5,82 tömeg%), 56 (91,66%), 57 (2,19%) és 58 (0,33%). A két külső elektronikus réteg konfigurációja 3s 2 p 6 d 6 4s 2. Általában +3 (III. vegyérték) és +2 (II. vegyérték) oxidációs állapotú vegyületeket képez. A +4, +6 és néhány más oxidációs állapotú vasatomot tartalmazó vegyületek is ismertek.
Mengyelejev periodikus rendszerében a vas a VIIIB csoportba tartozik. A negyedik periódusban, amelybe a vas is tartozik, ebbe a csoportba tartozik a vason kívül a kobalt (Co) és a nikkel (Ni). Ez a három elem hármast alkot, és hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek.
A semleges vasatom sugara 0,126 nm, a Fe 2+ ioné 0,080 nm, a Fe 3+ ioné 0,067 nm. A vasatom szekvenciális ionizációs energiái 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Elektronaffinitás 0,58 eV. A Pauling-skála szerint a vas elektronegativitása körülbelül 1,8.
A nagy tisztaságú vas egy fényes ezüstszürke, gömbgrafitos fém, amely jól alkalmazható különféle mechanikai feldolgozási eljárásokban.
Fizikai és kémiai tulajdonságok: szobahőmérséklettől 917°C-ig, valamint az 1394-1535°C hőmérséklet-tartományban -Fe van köbös testközpontú ráccsal, szobahőmérsékleten a rácsparaméter A= 0,286645 nm. 917-1394°C hőmérsékleten a -Fe egy arcközpontú köbös ráccsal T stabil ( A= 0,36468 nm). Szobahőmérséklettől 769°C-ig (az úgynevezett Curie-pontig) a vas erős mágneses tulajdonságokkal rendelkezik (magasabb hőmérsékleten ferromágnesesnek mondják, a vas paramágnesként viselkedik). Néha a paramágneses -Fe egy köbös testközpontú ráccsal, amely 769 és 917 °C közötti hőmérsékleten stabil, a vas módosulatának tekinthető, a -Fe-t pedig, amely magas hőmérsékleten (1394-1535 °C) stabil, -Fe-nek nevezik. a hagyomány szerint (a vas négy módosulatának létezésére vonatkozó elképzelések akkor merültek fel, amikor a röntgendiffrakciós elemzés még nem létezett, és nem volt objektív információ a vas belső szerkezetéről). Olvadáspont 1535°C, forráspont 2750°C, sűrűség 7,87 g/cm3. A Fe 2+ /Fe 0 pár standard potenciálja 0,447 V, a Fe 3+ /Fe 2+ páré +0,771 V.
Levegőn, 200°C-ig terjedő hőmérsékleten tárolva a vasat fokozatosan sűrű oxidréteg borítja, ami megakadályozza a fém további oxidációját. Nedves levegőben a vasat laza rozsdaréteg borítja, ami nem akadályozza meg az oxigén és a nedvesség fémhez való hozzáférését és annak tönkremenetelét. A rozsda kémiai összetétele nem állandó;
A vas hevítéskor reakcióba lép oxigénnel (O). Amikor a vas levegőben ég, Fe 2 O 3 oxid, ha a vas tiszta oxigénben ég, Fe 3 O 4 oxid képződik. Ha oxigént vagy levegőt vezetnek át az olvadt vason, FeO-oxid képződik. A kén (S) és a vaspor hevítésekor szulfid keletkezik, amelynek közelítő képlete FeS-ként írható fel.
A vas hevítéskor reakcióba lép a halogénekkel. Mivel a FeF 3 nem illékony, a vas 200-300°C hőmérsékletig ellenáll a fluornak (F). A vas klórozása során (körülbelül 200 °C hőmérsékleten) illékony FeCl 3 képződik. Ha a vas és a bróm (Br) kölcsönhatása szobahőmérsékleten vagy melegítéssel és megnövekedett brómgőznyomással lép fel, FeBr 3 képződik. Hevítéskor a FeCl 3 és különösen a FeBr 3 lehasítja a halogént, és vas(II)-halogenidekké alakul. A vas és a jód (I) reakciója során Fe 3 I 8 jodid keletkezik.
Hevítéskor a vas reagál nitrogénnel (N), vas-nitrid Fe 3 N, foszfor (P), FeP, Fe 2 P és Fe 3 P foszfidokat képez, szénnel (C), Fe 3 C karbidot képez szilíciummal. (Si), számos szilicidet képez, például FeSi-t.
Megemelt nyomáson a fémvas reakcióba lép a szén-monoxid CO-val, és folyékonyan, normál körülmények között erősen illékony vas-pentakarbonil Fe(CO) 5 keletkezik. A Fe2(CO)9 és Fe3(CO)12 összetételű vas-karbonil-származékok is ismertek. A vas-karbonilok kiindulási anyagokként szolgálnak szerves vasvegyületek szintézisében, beleértve a ferrocén összetételt is.
A tiszta fémvas vízben és híg lúgos oldatokban stabil. A vas nem oldódik tömény kén- és salétromsavban, mivel egy erős oxidfilm passziválja a felületét.
A vas sósavval és híg (körülbelül 20%-os) kénsavval reagálva vas(II)sókat képez:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Amikor a vas körülbelül 70%-os kénsavval reagál, a reakció vas(III)-szulfátot képez:
2Fe + 4H 2SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O
A vas(II)-oxid FeO bázikus tulajdonságokkal rendelkezik, a Fe(OH) 2 bázisnak felel meg. A vas(III)-oxid Fe 2 O 3 gyengén amfoter, ehhez a Fe(OH) 2-nál is gyengébb bázis párosul, amely reagál savakkal:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O
A vas(III)-hidroxid Fe(OH)3 gyengén amfoter tulajdonságokat mutat; csak tömény lúgoldatokkal képes reagálni:
Fe(OH)3 + KOH = K
A keletkező vas(III) hidroxo komplexei erősen lúgos oldatokban stabilak. Ha az oldatokat vízzel hígítjuk, azok megsemmisülnek, és a vas(III)-hidroxid Fe(OH) 3 kicsapódik.
Az oldatokban lévő vas(III)-vegyületeket fémvas redukálja:
Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2
A vas (II) sók vizes oldatainak tárolása során a vas (II) vas (III) oxidációja figyelhető meg:
4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH)Cl 2
A vizes oldatban lévő vas(II)-sók közül a legstabilabb a Mohr-só kettős ammónium és a vas(II)-szulfát (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.
A vas (III) képes kettős szulfátokat képezni egyszeresen töltött kationokkal, például timsóval, például KFe(SO 4) 2 vas-kálium timsóval, (NH 4)Fe(SO 4) 2 vas-ammónium timsóval stb.
Ha gáznemű klór (Cl) vagy ózon hat a vas (III) vegyületek lúgos oldataira, vas (VI) ferrát vegyületek képződnek, például kálium-ferrát (VI) (K): K 2 FeO 4. Erős oxidálószerek hatására vas (VIII) vegyületek képződnek a jelentések.
A vas(III)-vegyületek oldatban történő kimutatására Fe 3+ -ionok és tiocianát ionok CNS kvalitatív reakcióját alkalmazzák. Amikor a Fe 3+ ionok kölcsönhatásba lépnek a központi idegrendszeri anionokkal, élénkvörös vas-tiocianát Fe(CNS) 3 képződik. A Fe 3+ -ionok másik reagense a kálium-hexaciano-ferrát (II) (K): K 4 (korábban ezt az anyagot sárga vérsónak nevezték). Amikor a Fe 3+ és a 4 ionok kölcsönhatásba lépnek, élénkkék csapadék képződik.
A kálium-hexaciano-ferrát (III) (K) K 3 oldata, amelyet korábban vörösvérsónak neveztek, reagensként szolgálhat az oldatban lévő Fe 2+ -ionok számára. Fe 3+ és 3 ionok kölcsönhatása során ugyanolyan összetételű élénkkék csapadék képződik, mint a Fe 3+ és 4 ionok kölcsönhatása esetén.
Vas-szén ötvözetek: a vas elsősorban ötvözetek, elsősorban szén (C) ötvözetek, különféle öntöttvasak és acélok. Az öntöttvasban 2,14 tömegszázaléknál nagyobb a széntartalom (általában 3,5-4 százalékos szinten), az acélban alacsonyabb (általában 0,8-1 százalékos szinten).
Az öntöttvas kohókban készül. A nagyolvasztó egy óriási (30-40 m magas) csonkakúp, belül üreges. A nagyolvasztó belső falai tűzálló téglával vannak bélelve, a falazat vastagsága több méter. Felülről dúsított (hulladékkőtől megszabadított) vasérc, redukáló koksz (speciális kokszolásnak kitett szén - körülbelül 1000 °C hőmérsékletre melegítve levegő hozzáférés nélkül), valamint olvasztó anyagok (mészkő és mások), amelyek elősegítik a hozzáférést szeparációt töltenek be a kohóba az olvasztott fémszennyeződések salakjából. A nagyolvasztóba alulról adagolják a nagyolvasztót (tiszta oxigén (O) vagy oxigénnel dúsított levegő (O)). A nagyolvasztóba betöltött anyagok leengedésével a hőmérsékletük 1200-1300°C-ra emelkedik. A főként koksz C és CO részvételével végbemenő redukciós reakciók eredményeként:
Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO;
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2
Megjelenik a fémes vas, amely szénnel (C) telítve lefolyik.
Ezt az olvadékot időszakonként kiengedik a nagyolvasztóból egy speciális lyukon keresztül, és hagyják, hogy az olvadék speciális formában megszilárduljon. Az öntöttvas lehet fehér, az úgynevezett nyersvas (acélgyártáshoz használják) és szürke, vagy öntöttvas. A fehér öntöttvas a szén (C) szilárd oldata vasban. A szürkeöntvény mikroszerkezetében a grafit mikrokristályai különböztethetők meg. A grafit jelenléte miatt a szürkeöntvény nyomot hagy a fehér papíron.
Az öntöttvas törékeny és ütközéskor eltörik, ezért rugók, laprugók vagy bármilyen hajlításra szoruló termék nem készíthető belőle.
A tömör öntöttvas könnyebb, mint az olvadt öntöttvas, így amikor megszilárdul, nem húzódik össze (ahogy általában a fémek és ötvözetek megszilárdulásakor), hanem kitágul. Ez a funkció lehetővé teszi, hogy különféle öntvényeket készítsen öntöttvasból, beleértve a művészi öntés anyagaként való felhasználását.
Ha az öntöttvas széntartalmát (C) 1,0-1,5%-ra csökkentjük, akkor acél keletkezik. Az acélok lehetnek széntartalmúak (az acéloknak nincs más komponensük, kivéve Fe és C) és ötvözöttek (az ilyen acélok krómot (Cr), nikkelt (Ni), molibdént (Mo), kobaltot (Co) és más fémeket tartalmaznak, amelyek javítják a mechanikai és az acél egyéb tulajdonságai).
Az acélokat öntöttvas és fémhulladék oxigénátalakítóban, elektromos ívben vagy nyitott kandallóval történő feldolgozásával állítják elő. Az ilyen feldolgozás során az ötvözet széntartalma (C) a kívánt szintre csökken, ahogy mondják, a felesleges szén (C) elégetik.
Az acél fizikai tulajdonságai jelentősen eltérnek az öntöttvas tulajdonságaitól: az acél rugalmas, kovácsolható és hengerelhető. Mivel az acél, az öntöttvastól eltérően, a megszilárdulás során összehúzódik, a keletkező acélöntvényeket hengerművekben összenyomják. A hengerlés után az olvadékok megszilárdulásakor megjelenő üregek, üregek eltűnnek a fém térfogatában.
Az acélgyártás nagy hagyományokkal rendelkezik Oroszországban, a kohászaink által gyártott acél kiváló minőségű.
A vasgyártás története: a vas kivételes szerepet játszott és játszik az emberiség anyagi történetében. Az első fémvas, amely emberi kézbe került, valószínűleg meteorit eredetű volt. A vasércek széles körben elterjedtek, és gyakran még a Föld felszínén is megtalálhatók, de a felszínen található őshonos vas rendkívül ritka. Valószínűleg több ezer évvel ezelőtt az ember észrevette, hogy tűzégetés után egyes esetekben vas képződését figyelték meg azokból az ércdarabokból, amelyek véletlenül a tűzbe kerültek. Ha a tűz ég, az érc vas redukciója az ércnek közvetlenül a szénnel és az égés során keletkező szén-monoxid (II) CO-val való reakciója miatt következik be. A vas ércekből való kinyerésének lehetőségét nagyban elősegítette annak felfedezése, hogy az ércet szénnel hevítve fém jelenik meg, amely aztán a kovácsolás során tovább tisztítható. A vas ércből történő sajtfúvási eljárással történő kinyerését Nyugat-Ázsiában találták fel a Kr.e. 2. évezredben. A Kr.e. 9. és 7. század közötti időszakot, amikor Európa és Ázsia számos törzsénél kialakult a vaskohászat, vaskornak nevezték, amely a bronzkor helyébe lép. A fúvási módszerek fejlesztése (a természetes huzatot felváltotta a fújtató) és a kovácsmagasság növekedése (megjelentek az alacsonytengelyű kemencék) öntöttvas előállításához vezetett, amelyet Nyugat-Európában a 14. századtól kezdtek széles körben olvasztani. A kapott öntöttvasat acéllá alakították át. A 18. század közepétől a nagyolvasztó eljárásban a szénkokszot kezdték használni a szén helyett. Ezt követően a vas ércekből történő előállításának módszerei jelentősen javultak, jelenleg erre a célra speciális eszközöket használnak: nagyolvasztókat, oxigénátalakítókat és elektromos ívkemencéket.
Megtalálás a természetben: A vas meglehetősen elterjedt a földkéregben, a földkéreg tömegének körülbelül 4,1%-át teszi ki (az összes elem között 4., a fémek között a 2.). Nagyszámú vastartalmú érc és ásvány ismert. Legnagyobb gyakorlati jelentőségűek a vörös vasércek (hematit érc, Fe 2 O 3; legfeljebb 70% Fe-t tartalmaz), a mágneses vasércek (magnetit érc, Fe 3 O 4; 72,4% Fe-t tartalmaz), a barna vasércek (hidrogoethit érc НFeO 2 · n H 2 O), valamint vasércek (sziderérc, vas-karbonát, FeCO 3; körülbelül 48% Fe-t tartalmaz). A természetben is találhatók nagy pirit FeS2 lelőhelyek (más nevek kénpirit, vaspirit, vasdiszulfid és mások), de a magas kéntartalmú érceknek még nincs gyakorlati jelentősége. Oroszország a világon az első helyen áll a vasérckészletek tekintetében. A tengervíz 1·10 5 1·10 8% vasat tartalmaz.
A vas, ötvözeteinek és vegyületeinek alkalmazása: a tiszta vasnak meglehetősen korlátozott a felhasználása. Elektromágneses magok gyártásához, kémiai folyamatok katalizátoraként és más célokra használják. De a vasötvözetek – öntöttvas és acél – képezik a modern technológia alapját. Számos vasvegyületet is széles körben használnak. Így a vas(III)-szulfátot vízkezelésben használják, a vas-oxidok és a cianid pigmentként szolgálnak a festékek gyártásában stb.
Biológiai szerep: a vas minden növény és állat szervezetében jelen van nyomelemként, vagyis nagyon kis mennyiségben (átlagosan kb. 0,02%). A vasbaktériumok azonban, amelyek a vas (II) vas (III) oxidációjának energiáját használják fel a kemoszintézishez, akár 17-20% vasat is felhalmozhatnak sejtjeikben. A vas fő biológiai funkciója az oxigén (O) szállításában és az oxidatív folyamatokban való részvétel. A vas ezt a funkciót komplex fehérjék - hemoproteinek részeként látja el, amelyek protéziscsoportja a vas-porfirin komplex - hem. A legfontosabb hemoproteinek közé tartoznak a hemoglobin és a mioglobin légúti pigmentek, amelyek univerzális elektronhordozók a sejtlégzés, oxidáció és fotoszintézis reakcióiban, citokrómok, katalóz és peroxid enzimek és mások. Egyes gerinctelen állatokban a vastartalmú légúti pigmentek, a heloeritrin és a klorokruorin szerkezete eltér a hemoglobinoktól. A hemoproteinek bioszintézise során a vasat raktározó és szállító ferritin fehérjéből vas kerül át hozzájuk. Ez a fehérje, amelynek egyik molekulája körülbelül 4500 vasatomot tartalmaz, az emlősök és az emberek májában, lépében, csontvelőjében és bélnyálkahártyájában koncentrálódik. Az ember napi vasszükségletét (6-20 mg) bőségesen fedezi az élelmiszer (vasban gazdag hús, máj, tojás, kenyér, spenót, cékla és mások). Egy átlagos ember (testsúlya 70 kg) szervezete 4,2 g vasat tartalmaz, 1 liter vér körülbelül 450 mg-ot tartalmaz. Amikor vashiány van a szervezetben, mirigyes vérszegénység alakul ki, amelyet vastartalmú gyógyszerekkel kezelnek. A vas-kiegészítőket általános erősítő szerként is használják. A vas túlzott adagja (200 mg vagy több) mérgező hatású lehet. A vas a növények normális fejlődéséhez is szükséges, ezért léteznek vaskészítményeken alapuló mikrotrágyák.
Részletek Kategória: Nézettség: 9555
VAS, Fe, kémiai elem, atomtömege 55,84, rendszáma 26; a periódusos rendszer VIII. csoportjában található, ugyanazon a szinten, mint a kobalt és a nikkel, olvadáspontja - 1529 ° C, forráspontja - 2450 ° C; szilárd állapotban kékes-ezüst színű. Szabad formában a vas csak a meteoritokban található, amelyek azonban Ni, P, C és egyéb elemek szennyeződéseit tartalmazzák. A természetben a vasvegyületek mindenhol elterjedtek (talaj, ásványi anyagok, állati hemoglobin, növényi klorofill), ch. arr. oxidok, oxidok hidrátjai és kénvegyületei, valamint vas-karbonát formájában, amelyből a legtöbb vasérc áll.
A vegytiszta vasat vas-oxalát hevítésével nyerik, amely 440 °C-on először matt vas-oxid port képez, amely levegőben meggyullad (az úgynevezett piroforos vas); ennek az oxidnak az ezt követő redukciójával a kapott por szürkés színűvé válik, és elveszti piroforos tulajdonságait, és fémvassá alakul. Amikor a vas-oxidot 700 °C-on redukálják, a vas kis kristályok formájában szabadul fel, amelyek azután vákuumban megolvadnak. A kémiailag tiszta vas előállításának másik módja a vassók, például FeSO 4 vagy FeCl 3 MgSO 4, CaCl 2 vagy NH 4 Cl keverékében készült oldatának elektrolízise (100 °C feletti hőmérsékleten). Ebben az esetben azonban a vas jelentős mennyiségű elektrolitikus hidrogént elzár, aminek következtében keménységet kap. 700°C-ra melegítve hidrogén szabadul fel, a vas meglágyul, és késsel vágható, mint az ólom (a Mohs-skála keménysége 4,5). A tiszta vas-oxidból alumíniumtermikus úton nagyon tiszta vas nyerhető. (lásd Aluminotermia). A jól formált vaskristályok ritkák. Az oktaéder alakú kristályok néha nagy öntöttvasdarabok üregeiben képződnek. A vas jellemző tulajdonsága, hogy lágysága, hajlékonysága és olvadáspontjánál lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten alakíthatósága. Amikor az erős salétromsav (amely nem tartalmaz alacsonyabb nitrogén-oxidokat) hat a vasra, a vas oxidréteggel borítja be, és oldhatatlanná válik a salétromsavban.
Vasvegyületek
Az oxigénnel könnyen egyesülve a vas többféle oxidot képez: FeO - vas-oxid, Fe 2 O 3 - vas-oxid, FeO 3 - vassav-anhidrid és FeO 4 - szupermirigysavanhidrid. Emellett a vas vegyes oxidot is képez Fe 3 O 4 - vas-oxid, az ún. Vas-oxid. Száraz levegőn azonban a vas nem oxidálódik; A rozsda vizes vas-oxidok, amelyek levegőnedvesség és CO 2 részvételével képződnek. A vas-oxid FeO a Fe(OH) 2 hidrátnak és számos kétértékű vassónak felel meg, amelyek oxidáció hatására vas-oxid sóvá, Fe 2 O 3 -vá alakulhatnak, amelyben a vas háromértékű elemként jelenik meg; A levegőben az erős redukáló tulajdonságokkal rendelkező vas-oxid-hidrát könnyen oxidálódik, vas-oxid-hidráttá alakul. A vas-hidroxid vízben gyengén oldódik, és ez az oldat egyértelműen lúgos reakciót mutat, ami a kétértékű vas bázikus természetére utal. A vas-oxid megtalálható a természetben (lásd Vörös ólom), de mesterségesen is megtalálható. vörös por formájában nyerik vaspor égetésével és kén-pirit elégetésével kén-dioxid előállítására. Vízmentes vas-oxid, Fe 2 O 3, m.b. két módosításban nyerjük, és az egyiknek a másikba való átmenete hevítéskor következik be, és jelentős hőleadás kíséri (önmelegedés). Erősen kalcinálva a Fe 2 O 3 oxigént szabadít fel, és mágneses oxid-oxiddá, Fe 3 O 4 -dá alakul. Amikor lúgok hatnak a vas-vassók oldataira, Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 · 3H 2 O) hidrát csapadék válik ki; vízzel való forraláskor a Fe 2 O 3 ·H 2 O hidrát keletkezik, amely savakban nehezen oldódik. A vas különféle metalloidokkal képez vegyületeket: C, P, S, halogének, valamint fémek, például Mn, Cr, W, Cu stb.
A vassókat vassókra osztják - kétértékű vasra (ferrosók) és oxidra - vasvasra (ferri-sók).
Vas sók . Vasklorid, FeCl 2, száraz klór vason történő hatására nyerik, színtelen levelek formájában; Ha a vasat sósavban oldják, vas-kloridot kapnak FeCl 2 · 4H 2 O hidrát formájában, és vizes vagy alkoholos oldatok formájában használják fel a gyógyászatban. A vas-jodidot, a FeJ 2-t vasból és jódból nyerik víz alatt zöld levelek formájában, és a gyógyászatban használják (Sirupus ferri jodati); a jód további hatására FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati) keletkezik.
Vas-szulfát, vas-szulfát, FeSO 4 ·7H 2 O (zöld kristályok) képződik a természetben a pirit és a kénpiritek oxidációja következtében; ez a só a timsó előállítása során melléktermékként is keletkezik; mállott vagy 300 °C-ra hevítve fehér vízmentes sóvá válik - FeSO 4; 5, 4, 3, 2 és 1 vízrészecskével hidrátokat is képez; könnyen oldódik hideg vízben (forró vízben akár 300%); az oldat a hidrolízis miatt savas; levegőn oxidálódik, különösen könnyen más oxidáló anyag, például oxalátsók jelenlétében, amelyeket a FeSO 4 egy konjugált oxidációs reakcióban vesz részt, elszínezi a KMnO 4-et; ebben az esetben a folyamat a következő egyenlet szerint megy végbe:
2KMnO4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 = 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 2 + 8H 2 O.
Erre a célra azonban a levegőben állandóbb Mohr-féle kettős sót (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O-t használnak a gázanalízis során a nitrogén-oxid oldata által elnyelt mennyiség meghatározására FeSO 4 a (FeNO)SO 4 komplex sötétbarna színének kialakításával, valamint tinta előállítására (csersavakkal), festés maróanyagaként, bűzös gázok (H 2 S, NH 3) megkötésére latrinákban stb.
A vas-oxid sókat a fényképezésben használják, mivel képesek helyreállítani az ezüstvegyületeket a fényképezőlapra rögzített látens képen.
Vas-karbonát, FeCO 3 , a természetben sziderit vagy vasszár formájában fordul elő; A vas-karbonát, amelyet vas vas sóinak vizes oldatának karbonátokkal történő kicsapásával nyernek, könnyen elveszíti a CO 2 -t, és levegőn Fe 2 O 3 -dá oxidálódik.
Vas-hidrogén-karbonát, H 2 Fe(CO 3) 2, vízben oldódik, és természetesen vastartalmú forrásokban fordul elő, amelyből oxidálva vas-oxid-hidrát, Fe(OH) 3 formájában szabadul fel a föld felszínére, amely barna vasércvé változik.
Vas-foszfát, Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, fehér csapadék; a természetben enyhén elszíneződött, a vas oxidációja miatt, kék, vivianit formájában.
Vas-oxid sók . A vas-kloridot, a FeCl 3-at (Fe 2 Cl 6) a klór feleslegének vason történő hatására kapják hatszögletű vörös tabletták formájában; a vas-klorid feloldódik a levegőben; vízből kristályosodik FeCl 3 6H 2 O formájában (sárga kristályok); az oldatok savasak; dialízis során fokozatosan szinte teljesen hidrolizál, Fe(OH) 3 -hidrát kolloid oldata képződik. A FeCl 3 feloldódik alkoholban és alkohol és éter elegyében, amikor a FeCl 3 · 6H 2 O HCl-ra és Fe 2 O 3 -ra bomlik; maróanyagként és vérzéscsillapítóként (Liquor ferri sesquichlorati) használják.
Vas-szulfát-oxid, Fe 2 (SO 4) 3, vízmentes állapotban sárgás színű, oldatban erősen hidrolizálódik; amikor az oldatot melegítjük, bázikus sók válnak ki; vas timsó, MFe(SO 4) 2 · 12H 2 O, M - egyértékű alkálifém; A legjobban kristályosodik az ammónium timsó, NH 4 Fe(SO 4) 2 12H 2 O.
A FeO 3 oxid vassav anhidrid, valamint ennek a H 2 FeO 4 oxidnak a hidrátja. vassav- szabad állapotban, nem lehetséges. rendkívüli törékenységüknek köszönhetően; de lúgos oldatokban vassav sói, ferrátok (például K 2 FeO 4) keletkezhetnek, ha vasport nitráttal vagy KClO 3-mal hevítenek. A vassav BaFeO 4 rosszul oldódó báriumsója is ismert; Így a vassav bizonyos szempontból nagyon hasonlít a kén- és krómsavakra. 1926-ban a kijevi kémikus Goralevics leírta a nyolcértékű vas-oxid vegyületeit. szuferersav-anhidrid FeO 4, amelyet Fe 2 O 3 nitráttal vagy berthollet-sóval való olvasztásával nyernek K 2 FeO 5 szupermirigysav káliumsója formájában; A FeO 4 gáz halmazállapotú anyag, amely nem képez mirigysavat H 2 FeO 5 vízzel, amely azonban előfordulhat. szabad állapotban a K 2 FeO 5 só savakkal történő lebontásával izolálják. A BaFeO 5 · 7H 2 O báriumsót, valamint a kalcium- és stronciumsókat Goralevich nem bomló fehér kristályok formájában kapta, amelyek csak 250-300 °C-on engedik fel a vizet, és egyben zöldülnek.
A vas vegyületeket ad: nitrogénnel - vas salétromos(nitrid) Fe 2 N, ha vasport NH 3 áramban hevítenek, szénnel - Fe 3 C karbiddal, ha a vasat szénnel telítik elektromos kemencében. Ezenkívül számos szén-monoxiddal rendelkező vasvegyületet tanulmányoztak - vas-karbonilok Például a pentakarbonil-Fe(CO) 5 egy enyhén színű folyadék, körülbelül 102,9 °C-os (749 mm-nél, fajsúlya 1,4937), majd narancssárga szilárd Fe 2 (CO) 9, amely éterben és kloroformban nem oldódik, fajsúlya 2.085.
Nagy jelentőségűek vas-cianid vegyületek. Az egyszerű Fe(CN) 2 és Fe(CN) 3 cianidokon kívül a vas számos összetett vegyületet képez cianidsókkal, például a vas(II) kénsav sóival (H 4 Fe(CN) 6) és a vas(II) kénsav sóival. H 3 Fe(CN) 6, például vörösvérsó, amely viszont bomlási reakcióba lép a vas- és oxid-vassókkal, kék színű vegyületeket képezve - poroszkék és Turnbull kék. Ha a vas(II)-szulfidsav H 4 Fe(CN) 6 sóiban egy CN-csoportot egy vegyértékű csoportokkal (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO) helyettesítünk, akkor Prusso-sók képződnek, például nátrium-nitroprusszid (nátrium-nitroferrous). szulfid) Na 2 2H 2 O, amelyet HNO 3 füstölésével K 4 Fe(CN) 6-on kapnak, majd szódával semlegesítenek, rubinvörös kristályok formájában, amelyeket kristályosítással választanak el az egyidejűleg képződött nitráttól; a megfelelő nitroferrinsav H2 is sötétvörös kristályok formájában kristályosodik. A nátrium-nitroprusszidot hidrogén-szulfidra és kénfémekre érzékeny reagensként használják, mellyel vérvörös színt ad, ami aztán kékre változik. Amikor a réz-szulfát nátrium-nitroprussziddal reagál, halványzöld, vízben és alkoholban oldhatatlan csapadék képződik, amelyet illóolajok tesztelésére használnak.
Analitikailag a vasat sója, lúgos oldatban, sárga vérsó hatására mutatják ki. A vassók a poroszkék kék csapadékát képezik. A vassók a Turnbull-kék kék csapadékát képezik, amikor vörös vérsóval érintkeznek. Az NH 4 CNS ammónium-tiocianáttal a vas(III)-vassók vérvörös színű, vízben oldódó rodánvas Fe(CNS) 3-ot képeznek; A tanninnal a vas-oxid sók tintát képeznek. A vas-szulfidsav rézsói, amelyeket a színes fényképezésben (Uvachrome-módszer) alkalmaznak, szintén intenzív színükkel tűnnek ki. A gyógyászatban használt vasvegyületek közül az említett vashalogenid vegyületeken kívül a fémvas (F. hydrogenio reductum), vas-citrát (F. Citricum - 20% Fe), vas-malát kivonat (Extractum ferri pomatum) ), vasalbuminát (Liquor ferri albuminatum), ferratin - 6% vasat tartalmazó fehérjevegyület; ferratóz - ferratin oldata, karniferrin - vas és nuklein vegyület (30% Fe); élesztő nukleinből származó ferratogén (1% Fe), hematogén - hemoglobin 70% -os glicerines oldata, hemol - cinkporral redukált hemoglobin.
A vas fizikai tulajdonságai
A vas különféle fizikai tulajdonságait jellemzõ, a szakirodalomban rendelkezésre álló számszerű adatok a kémiailag tiszta vas kinyerésének nehézsége miatt ingadoznak. Ezért a legmegbízhatóbb adatok az elektrolitikus vasra kapott adatok, amelyekben az összes szennyeződés (C, Si, Mn, S, P) nem haladja meg a 0,01-0,03%-ot. Az alábbi adatok a legtöbb esetben ilyen hardverre vonatkoznak. Ennek olvadáspontja 1528 °C ± 3 °C (Ruer és Klesper, 1914), forráspontja pedig ≈ 2450 °C. Szilárd állapotban a vas négy különböző változatban létezik - α, β, γ és δ, amelyekre a következő hőmérsékleti határértékek meglehetősen pontosan megállapítottak:
A vas egyik módosításból a másikba való átmenetét a hűtési és fűtési görbéken a kritikus pontok érzékelik, amelyekre a következő megnevezéseket alkalmazzák:
Ezeket a kritikus pontokat az ábra mutatja. 1 sematikus fűtési és hűtési görbe. A δ-, γ- és α-Fe módosulatok létezése jelenleg vitathatatlannak számít, a β-Fe független létezése azonban vitatható a tulajdonságai és az α-Fe tulajdonságai közötti nem kellően éles különbség miatt. A vas minden módosulata kocka formájában kristályosodik ki, ahol α, β és δ egy középpontos kocka térhálója, a γ-Fe pedig egy középpontos lappal rendelkező kocka. A vasmódosítások legszembetűnőbb krisztallográfiai jellemzőit röntgenspektrumban kapjuk, amint az az 1. ábrán látható. 2 (Westgreen, 1929). 
A megadott röntgenmintázatokból az következik, hogy α-, β- és δ-Fe esetén a röntgenspektrum vonalai megegyeznek; egy középpontos kocka rácsának felelnek meg 2,87, 2,90 és 2,93 A paraméterekkel, és γ-Fe esetén a spektrum egy középpontos kocka rácsának felel meg, amelynek középpontja 3,63-3,68 A paraméterekkel rendelkezik.
A vas fajsúlya 7,855 és 7,864 között van (Cross and Gill, 1927). Hevítéskor a vas fajsúlya a hőtágulás miatt csökken, amelyre az együtthatók a hőmérséklettel nőnek, amint azt az 1. táblázat adatai is mutatják. 1 (Driesen, 1914).
A tágulási együtthatók 20-800°C, 20-900°C, 700-800°C és 800-900°C tartományban bekövetkezett csökkenése az A C2 és A C3 kritikus pontokon való áthaladáskor bekövetkező tágulási anomáliákkal magyarázható. Ezt az átmenetet kompresszió kíséri, különösen az A C3 pontban, amint azt a 2. ábrán látható tömörítési és tágulási görbék mutatják. 3. A vas olvadása 4,4%-os tágulásával jár együtt (Gonda és Enda, 1926). A vas hőkapacitása meglehetősen jelentős a többi fémhez képest, és különböző hőmérsékleti tartományokban 0,11 és 0,20 Cal közötti értékben fejeződik ki, amint az a táblázatban látható. 2 (Obergoffer és Grosse, 1927) és az ezek alapján megszerkesztett görbe (4. ábra).
A megadott adatokban az A 2 , A 3 , A 4 átalakulások és a vas olvadása olyan egyértelműen kimutathatóak, hogy ezekre a hőhatások könnyen kiszámíthatók: A 3 ... + 6,765 Cal, A 4 ... + 2,531 Cal , vasolvadás ... - 64,38 Cal (S. Umino szerint, 1926, - 69,20 Cal).
A vasat körülbelül 6-7-szer kisebb hővezető képesség jellemzi, mint az ezüst, és kétszer kisebb, mint az alumínium; nevezetesen a vas hővezető képessége 0 °C-0,2070, 100 °C-on 0,1567, 200 °C-on 0,1357 és 275 °C-on 0,1120 Cal/cm·s·°C. A vas legjellemzőbb tulajdonságai a mágnesesek, amelyeket a vas teljes mágnesezési ciklusa során kapott számos mágneses állandóval fejeznek ki. Ezeket az elektrolitikus vas állandóit a következő Gauss-értékekkel fejezzük ki (Humlich, 1909 és 1918):
Az A c2 ponton áthaladva a vas ferromágneses tulajdonságai szinte eltűnnek, és előfordulhat. csak nagyon pontos mágneses mérésekkel fedezték fel. A gyakorlatban a β-, γ- és δ-módosításokat nem mágnesesnek tekintik. A vas elektromos vezetőképessége 20°C-on R -1 m m/mm 2 (ahol R a vas elektromos ellenállása, egyenlő 0,099 Ω mm 2 /m). Az a0-100° x10 5 elektromos ellenállás hőmérsékleti együtthatója 560 és 660 között van, ahol
A hidegmegmunkálás (hengerlés, kovácsolás, húzás, sajtolás) nagyon érezhetően befolyásolja a vas fizikai tulajdonságait. Így %-os változásukat a hideghengerlés során a következő számadatok fejezik ki (Gerens, 1911): koercitív feszültség +323%, mágneses hiszterézis +222%, elektromos ellenállás + 2%, fajsúly - 1%, mágneses permeabilitás - 65%. Ez utóbbi körülmény egyértelművé teszi a fizikai tulajdonságok jelentős ingadozásait, amelyek a különböző kutatók körében megfigyelhetők: a szennyeződések hatását gyakran a hidegmechanikai feldolgozás hatása kíséri.
Nagyon keveset tudunk a tiszta vas mechanikai tulajdonságairól. Az üregben ötvözött elektrolitikus vas: szakítószilárdság 25 kg/mm2, nyúlás - 60%, keresztmetszeti összenyomás - 85%, Brinell keménység - 60-70.
A vas szerkezete a benne lévő szennyeződések mennyiségétől (akár kis mennyiségben is) és az anyag előkezelésétől függ. A vas mikroszerkezete a többi tiszta fémhez hasonlóan többé-kevésbé nagy szemcsékből (kristályokból) áll, amelyeket itt ferritnek nevezünk.
Körvonalaik mérete és élessége a fejtől függ. arr. a vas hűtési sebességéről: minél alacsonyabb ez utóbbi, annál fejlettebbek a szemcsék és annál élesebbek a kontúrok. A felszínen a szemcsék leggyakrabban eltérő színűek az eltérő krisztallográfia, orientációjuk, valamint a kristály különböző irányú reagenseinek eltérő maratási hatása miatt. A szemek gyakran egy irányban megnyúlnak a mechanikai feldolgozás eredményeként. Ha a feldolgozás alacsony hőmérsékleten történt, akkor a szemcsék felületén nyírási vonalak (Neumann-vonalak) jelennek meg a kristályok egyes részeinek hasítási síkjai mentén történő elcsúszása következtében. Ezek a vonalak az egyik jele a keményedésnek és a fent említett tulajdonságváltozásoknak.
Vas a kohászatban
A vas kifejezés a modern kohászatban csak a kovácsoltvasra vonatkozik, azaz olyan alacsony széntartalmú termékre, amelyet tésztaszerű állapotban, a vas megolvasztásához nem elegendő, de olyan magas hőmérsékleten állítanak elő, hogy egyes részecskéi jól összehegeszthetők. , kovácsolás után homogén puha terméket ad , nem fogadja el a keményedést. A vasat (a szó jelzett értelmében) nyerik: 1) közvetlenül ércből tésztaszerű állapotban sajtfúvási eljárással; 2) ugyanúgy, de alacsonyabb hőmérsékleten, nem elegendő a vasrészecskék hegesztéséhez; 3) az öntöttvas újraelosztása kritikus folyamattal; 4) az öntöttvas újraelosztása tócsázással.
1) A sajtgyártás folyamata jelenleg. az időt csak kulturálatlan népek használják, és olyan területeken, ahová a modern módszerekkel előállított amerikai vagy európai vas (kényelmes kommunikációs eszközök hiánya miatt) nem tud behatolni. Az eljárást nyitott sajtkemencékben és kemencékben végzik. Nyersanyaga a vasérc (általában barna vasérc) és a szén. Szenet öntenek a kovácsműhelybe annak felében, ahol a robbantást szállítják, míg az ércet a másik oldalon lévő kupacba öntik. Az égő szén vastag rétegében képződött szén-monoxid az érc teljes vastagságán áthalad, és magas hőmérsékleten redukálja a vasat. Az érc redukciója fokozatosan történik - az egyes darabok felszínétől a magig. A halom tetejétől kezdve felgyorsul, ahogy az érc magasabb hőmérsékletű régióba kerül; Ebben az esetben a vas-oxid először mágneses oxiddá, majd oxiddá alakul, végül pedig fémvas jelenik meg az ércdarabok felületén. Ugyanakkor az érc (hulladék kőzet) földes szennyeződései a még nem redukált vas-oxiddal egyesülve olvadó vassalakot képeznek, amely a fémhéj repedésein keresztül megolvad, és minden darabban egyfajta héjat képez. az ércből. Fehéren izzó hőre hevítve ezek a héjak összehegesztenek, és szivacsos vastömeget képeznek a kemence alján - kritsa, amely salakkal átitatott. Az utóbbiaktól való elválasztáshoz a kovácsoltóból kivett kritsát több részre vágják, amelyek mindegyikét kovácsolják, felforralják, miután ugyanabban a kovácsban lehűtik csíkokra vagy közvetlenül termékekre (háztartási cikkek, fegyverek). Indiában a sajtfúvást még mindig sajtfúvó kemencékben végzik, amelyek a kovácsoltól csak valamivel magasabb magasságukban különböznek - kb. 1,5 m. A kemencék falai agyagmasszából (nem téglából) készülnek, és csak szolgálatot tesznek egy olvad. A robbantást az egyik fúvókán keresztül, lábbal vagy kézzel meghajtott fújtatókkal táplálják be a kemencébe. Egy üres kemencébe bizonyos mennyiségű szenet ("üres héjat") töltenek, majd felváltva, külön rétegekben ércet és szenet, az első mennyiségét fokozatosan növelve, amíg el nem éri a tapasztalat által meghatározott arányt a szénhez viszonyítva; az összes megtöltött érc tömegét a kritsa kívánt tömege határozza meg, amely általában véve jelentéktelen. A helyreállítási folyamat ugyanaz, mint a kovácsműhelyben; a vas szintén nem redukálódik teljesen, és a szárnyon keletkező kritsa sok vasalakot tartalmaz. A kritsát a tűzhely megtörésével távolítják el, és 2-3 kg tömegű darabokra vágják. Mindegyiket kovácsban hevítik és kalapács alatt dolgozzák fel; az eredmény egy kiváló lágyvas, amely többek között alapanyagul szolgál az indiai acél „woots” (damasztacél) gyártásához. Összetétele a következő (%-ban):
Az elemek - vasszennyeződések - jelentéktelen tartalmát vagy teljes hiányát az érc tisztasága, a vas redukciójának hiányossága és a kemence alacsony hőmérséklete magyarázza. A kovácsok és kemencék kis mérete és működési gyakorisága miatt a faszén felhasználás igen magas. Finnországban, Svédországban és az Urálban a vasat a Husgavel sajtkemencében olvasztották, amelyben szabályozni lehetett a vas szénnel való redukcióját és telítését; a szénfelhasználás benne legfeljebb 1,1 volt egységnyi vason, melynek hozama elérte az érctartalmának 90%-át.
2) A jövőben a vas közvetlen ércből történő előállításának fejlesztésével kell számolnunk, nem sajtfúvási eljárással, hanem a salakképződéshez, sőt a hulladékérc szinterezéséhez is elégtelen hőmérsékletű vas redukálásával (1000 °C). Ennek az eljárásnak az előnyei az alacsony minőségű tüzelőanyagok használatának lehetősége, kiküszöbölve a folyasztószert és a hőfogyasztást a salak olvasztásához.
3) A kovácsoltvas előállítása az öntöttvas kemencés eljárással történő újraelosztásával Ch. kemencéiben történik. arr. Svédországban (hazánkban - az Urálban). A feldolgozáshoz speciális öntöttvasat olvasztanak, az ún. Lancashire, a legkevesebb veszteséget okozva. Tartalmaz: 0,3-0,45% Si, 0,5-0,6% Mn, 0,02 P,<0,01% S. Такой чугун в изломе кажется белым или половинчатым. Горючим в кричных горнах может служить только древесный уголь.
A folyamat folyamatban van. arr.: a kovácsot a tégelyből kiszabadított, de a folyamat végének érett salakjával az alsó deszkán megtöltjük szénnel, ch. arr. fenyő, amelyre égéstermékekkel felmelegített öntöttvas kerül 165-175 kg mennyiségben (a kandalló keresztmetszetének 3/8 m 2 -ére 100 kg öntöttvas van). A légcsatornában lévő szelep elfordításával a robbanást a kemence ív alatti terében elhelyezkedő csöveken keresztül irányítják, és itt 150-200 °C-ra melegítik fel, ezáltal felgyorsul. olvadó öntöttvas. Az olvasztó nyersvas folyamatosan (feszítővas segítségével) a fúvókák feletti szénre támaszkodik. Az ilyen munka során az öntöttvas teljes tömege a levegő oxigénjének és szén-dioxidjának oxidatív hatásának van kitéve, amely cseppek formájában halad át az égési zónán. Nagy felületük hozzájárul a vas és szennyeződései - szilícium, mangán és szén - gyors oxidációjához. E szennyeződések mennyiségétől függően az öntöttvas kisebb-nagyobb mértékben elveszíti azokat, mielőtt összegyűlne a kandalló alján. Mivel az alacsony szilícium- és mangántartalmú öntöttvasat svéd kovácsműhelyben dolgozzák fel, a fúvókahorizonton áthaladva elveszíti az összes Si-t és Mn-t (amelynek oxidjai alkotják a vas-oxiddal a fő salakot), valamint az öntöttvas jelentős részét. szén. Az öntöttvas olvadása 20-25 percig tart. A folyamat végén hidegfúvás kerül a kohóba. A kandalló aljára leülepedett fém reakcióba lép az ott található érett salakokkal, amelyek nagy feleslegben (a szilícium-dioxid mennyiségéhez képest) vas-oxidokat tartalmaznak - Fe 3 O 4 és FeO, amelyek a szenet oxidálják a szén-monoxid felszabadul, ami az egész fémet felforralja. Amikor a fém besűrűsödik (a szénveszteség miatt), és „úgy ül, mint egy áru”, az utóbbit feszítővasakkal a fúvókák fölé emelik, ismét forró légfúvás szabadul fel, és az „áru” megolvad.
A másodlagos olvasztás során a fémet oxigén oxidálja mind a robbantásból, mind a belőle kiolvadó salakból. Az első felemelés után a fém a kovács aljára esik, elég puhán ahhoz, hogy összegyűjtse a kritsát néhány legérettebb részéből. De korábban, szilícium minőségű öntöttvas használatakor az áruk második, sőt harmadik emelését is igénybe kellett venni, ami természetesen csökkentette a kovácsműhely termelékenységét, növelte az üzemanyag-fogyasztást és a vashulladékot. A munka eredményét befolyásolta a fúvókák fenéklemeztől való távolsága (a kandalló mélysége) és a fúvókák dőlése: minél meredekebb a fúvóka és minél sekélyebb a kandalló mélysége, annál nagyobb a hatás oxidáló légkör a fémen. A fúvókák enyhébb lejtése, valamint a kandalló nagyobb mélysége csökkenti az oxigén közvetlen hatását a robbanásban, így nagyobb szerepet kap a salak vasszennyeződésekre gyakorolt hatása; az általuk végzett oxidáció lassabb, de vashulladék nélkül. Bármilyen körülmények között a fúvókák legelőnyösebb helyzetét az alsó laphoz képest a tapasztalat határozza meg; egy modern svéd kovácsműhelyben a fúvókaszem 220 mm távolságra van felszerelve az alsó laptól, és a fúvókák dőlése szorosan - 11 és 12° között - változik.
A kemence alján keletkező kritsa a sajtfúvó kemencével ellentétben nagyon kevés mechanikusan magával ragadott salakot tartalmaz; Ami a vas kémiai szennyeződéseit illeti, akkor Si, Mn és C lehet. teljesen eltávolítjuk (az elemzés által jelzett elhanyagolható Si- és Mn-tartalom a mechanikai szennyeződés része - salak), a kén pedig csak részben távolodik el, az olvadás során a robbantás oxidálja. Ugyanakkor a foszfor is oxidálódik, foszfor-vas só formájában a salakba kerül, de az utóbbit szén redukálja, és a végső fém még viszonylag több foszfort is tartalmazhat (a vashulladékból), mint az eredeti. öntöttvas. Ezért, hogy első osztályú fémet exportálhasson, Svédország csak P-ben tiszta öntöttvasat használ. A kovácsműhelyből kivett kész kritsát három részre vágják (egyenként 50-55 kg), és kalapács alatt összenyomják, így paralelepipedon megjelenését kölcsönzik.
A svéd kovácsműhelyben az újraelosztási folyamat időtartama 65-80 perc; naponta 2,5-3,5 tonna préselt darab „tűzhöz” kerül, a faszén fogyasztása csak 0,32-0,40 egységnyi készanyagra, és hozama a feldolgozásra meghatározott öntöttvas 89-93,5% -a. Legutóbb Svédországban végeztek sikeres kísérleteket a nagyolvasztóból kinyert folyékony nyersvas újraelosztásában, illetve a forralási folyamat gyorsításában a fém keverésével mechanikus gereblyék segítségével; Ugyanakkor a hulladékveszteség 7%-ra, a szénfogyasztás pedig 0,25%-ra csökkent.
A következő adatok (%-ban) képet adnak a svéd és a dél-uráli vas kémiai összetételéről:
Az iparilag előállított vasfajták közül a svéd vas áll a legközelebb a vegytisztasághoz, és ez utóbbi helyett a laboratóriumi gyakorlatban és a kutatómunkában használják. Egyöntetűségében különbözik a nyersvastól, mangán hiányában pedig a legpuhább kandallófémtől (öntöttvas); a legmagasabb fokú hegeszthetőség, alakíthatóság és alakíthatóság jellemzi. A svéd öntöttvas kis szakítószilárdságot mutat - csak körülbelül 30 kg/mm2, 40%-os nyúlással és 75%-os keresztmetszet-csökkenéssel. Jelenleg Svédországban a kriogén vas éves termelése 50 000 tonnára esett vissza, mivel az 1914-18-as háború után. Ennek a vasnak az ipari alkalmazási köre jelentősen csökkent. A legnagyobb mennyiséget a legmagasabb minőségű szerszám- és speciális acélok gyártására használják (Angliában és Németországban); magában Svédországban speciális huzalt („virágdrót”), patkószegeket, amelyeket hideg állapotban könnyen kovácsolnak, láncokat és hegesztett csövek szalagdarabjait készítenek belőle. Az utóbbi két célra különösen fontosak az öntöttvas tulajdonságai: megbízható hegeszthetőség, csövek esetében pedig a legmagasabb rozsdaállóság.
4) A vastermelés, mint kritikus folyamat fejlődése az erdők pusztulásával járt; miután ez utóbbiak különböző országokban a fakivágásukat éves növekedésre korlátozó törvény oltalma alá kerültek, Svédország, majd Oroszország - a kiváló minőségű ércekben bővelkedő erdős országok - a 18. század során a nemzetközi piacon a vas fő beszállítójává vált. . 1784-ben az angol Cort feltalálta a tócsát - az öntöttvas újraosztásának folyamatát egy tüzes kemence kandallóján, amelynek tűzterében szenet égettek. Cort halála után Rogers és Gall jelentős fejlesztéseket vezetett be a tócsás kemence kialakításában, ami hozzájárult a tócsázás gyors elterjedéséhez az összes ipari országban, és a 19. század első felében teljesen megváltoztatta vastermelésük jellegét és mértékét. Ezzel az eljárással előállították azt a fémtömeget, amely vashajók, vasutak, mozdonyok, gőzkazánok és autók építéséhez szükséges.
A tócsázás tüzelőanyaga a hosszú lángú szén, de ahol nem áll rendelkezésre, ott barnaszénhez kellett folyamodnunk, itt az Urálban pedig tűzifához. A fenyő tűzifa hosszabb lángot termel, mint a szén; jól melegszik, de a fa nedvességtartalma nem haladhatja meg a 12%-ot. Ezt követően egy Siemens regeneratív kemencét használtak az Urálban való tócsázáshoz. Végül az USA-ban és itt (a Volga- és a Káma-medencében) a tócsás kemencék közvetlenül a kemence munkaterébe szórt olajjal működtek.
A feldolgozás felgyorsítása és az üzemanyag-fogyasztás csökkentése érdekében ajánlatos hideg öntöttvasat használni; kokszon olvasztva viszont sok ként (0,2, sőt 0,3%) keletkezik a termékben, és az ércben magas foszfortartalom mellett foszfort is. A közönséges kereskedelmi minőségű vas esetében az alacsony szilíciumtartalmú (kevesebb, mint 1%) öntöttvasat, az úgynevezett nyersvasat, korábban nagy mennyiségben olvasztották. Az Urálban és Közép-Oroszországban feldolgozott faszénöntvény nem tartalmazott ként, és olyan terméket készített, amelyet tetőfedő vas gyártására is használtak. Jelenleg a puddling kiváló minőségű fém előállítását szolgálja speciális előírásoknak megfelelően, ezért nem közönséges nyersvas kerül a tócsás kemencékbe, hanem kiváló minőségű nyersvas, például mangán vagy „hematit” (alacsony foszfortartalmú), vagy fordítva. , magas foszfortartalmú dióvas előállításához. Az alábbiakban látható a főelemek tartalma (%-ban) bizonyos öntöttvas típusokban, amelyeket öntöttvashoz használnak:
A tócsás kemencében az előző művelet végén általában normális mennyiségű salak van a tűzhelyen, hogy a következő töltéssel működjön. Az erősen kovasavtartalmú öntöttvas feldolgozásakor sok salak marad a kemencében, amelyet le kell engedni; éppen ellenkezőleg, a fehér öntöttvas levelek „száradnak” a kemence alatt, és a munkát úgy kell kezdeni, hogy a szükséges mennyiségű salakot az aljára dobják, amelyet a kalapács alól vesznek ("érett", a leggazdagabb mágnes-oxidban). Öntöttvas edényben melegített öntöttvas töltetet dobnak a salakra (250-300 kg közönséges kemencékben és 500-600 kg kettős kemencékben); majd egy friss tüzelőanyagot a tűztérbe dobnak, a rácsokat megtisztítják, és a kemencében teljes huzatot alakítanak ki. 25-35 percen belül. öntöttvas megolvad, b. vagy m. összetételének jelentős változása. A szilárd öntöttvas a láng oxigénje által oxidálódik, a vas, a mangán és a szilícium kettős szilikátot termel, amely lefolyik a kemencébe; az olvadó öntöttvas egyre több réteget tesz szabaddá a tömör öntöttvasból, amely szintén oxidálódik és megolvad. Az olvadási periódus végén a tűzhelyen két folyékony réteg keletkezik - öntöttvas és salak, amelyek érintkezési felületén a szén mágneses vas-oxiddal történő oxidációja zajlik, bár gyenge mértékben, amit a buborékok mutatnak. a fürdőből felszabaduló szén-monoxid. Az öntöttvas szilícium- és mangántartalmától függően egyenlőtlen mennyiség marad belőlük az olvadt fémben: alacsony szilíciumtartalmú szénöntvényben vagy fehér öntöttvasban - kokszolvasztás - a szilícium a legtöbb esetben teljesen kiég az olvasztás során; néha egy bizonyos mennyiség a fémben marad (0,3-0,25%), valamint a mangán. A foszfor is oxidálódik ekkor, és vas-foszforsóvá alakul. A fent említett szennyeződések kiégésével a fém tömegének csökkenése miatt a szén százalékos aránya akár nőhet is, bár egy részét kétségtelenül elégeti a láng oxigénje és az olvadék első részeit borító salak. fém.
A megmaradt szilícium, mangán és szén kiégésének felgyorsítása érdekében tócsázáshoz folyamodnak, azaz derékszögben hajlított végű pálcikával keverik az öntöttvasat salakkal. Ha a fém folyékony (szürkeöntvény, erősen széntartalmú), akkor a keverés nem éri el a célt, és a fürdőt először hideg érett salak bedobásával, vagy a huzat csökkentésével sűrűsítik, a kemencében tökéletlen égés jön létre. , erősen füstös láng kíséretében (fortyogás). Néhány perc múlva, amely alatt folyamatos keverést végeznek, a fürdő felületén bőséges égő szén-monoxid buborékok jelennek meg - az öntöttvas szén oxidációja a fő vassalakban oldott mágneses oxid oxigénje által. A folyamat előrehaladtával a C oxidációja felerősödik, és a fém teljes tömegének heves „forrába” fordul, amit duzzadás és olyan jelentős térfogatnövekedés kísér, hogy a salak egy része túllépi a munkanyílások küszöbét. Ahogy a C kiég, a fém olvadáspontja növekszik, és a forralás folytatódása érdekében a kemencében a hőmérsékletet folyamatosan emelik. Alacsony hőmérsékleten befejezett forralás nyersterméket, azaz nagy széntartalmú, szivacsos vastömeget eredményez, amely nem képes hegeszteni; az érett áruk forró sütőben „ülnek”. A vasszennyeződések oxidációs folyamata a tócsás kemencében a salak oxigénje miatt indul be, amely vas-szilícium-dioxid (Fe 2 SiO 4) mágneses oxiddal és változó összetételű vas-oxiddal ötvözete. Az angol kemencékben az oxidkeverék összetételét az 5Fe 3 O 4 5 FeO képlet fejezi ki; a forralás végén a kimerült salakban az oxidok arányát a Fe 3 O 4 5FeO képlettel fejezzük ki, azaz a salak összes mágneses oxidjának 80%-a vesz részt az oxidációs folyamatban. Oxidációs reakciók léphetnek fel. a következő termokémiai egyenletek képviselik:
Amint ezekből az egyenletekből látható, a Si, P és Mn oxidációja hő felszabadulással jár, és ezért felmelegíti a fürdőt, míg a C oxidációja a Fe 3 O 4 FeO-dá történő redukciója során hőt vesz fel, és ezért magas hőmérsékletet igényel. Ez magyarázza a vasszennyeződések eltávolításának folyamatát, és azt a tényt, hogy a szén kiégése gyorsabban véget ér egy forró kemencében. A Fe 3 O 4 fémré redukálása nem történik meg, mivel ehhez magasabb hőmérsékletre van szükség, mint amelyen a „forrás” megtörténik.
A töpörödött „termék” ahhoz, hogy jól hegesztett vasaló legyen, még gőzölésre szorul: a terméket néhány percig a sütőben hagyjuk, és időnként feszítővassal átforgatjuk, és az alsó részeit ráhelyezzük; A láng oxigénjének és a vas teljes tömegét átható salakok együttes hatására a szén ilyenkor tovább ég. Amint bizonyos mennyiségű jól hegesztett fémet kapunk, elkezdenek kigördülni belőle a szálak, elkerülve a szükségtelen oxidációt. Összességében, ahogy az áruk érnek, 5-10 kritra gördülnek (egyenként legfeljebb 50 kg); A szemeket a legmagasabb hőmérsékletű területen a küszöbön tartják (gőzölve) és a kalapács alá betáplálják, hogy összenyomják, amivel salak szabadul fel, és darab alakot ad (10x10-15x15 cm-es metszet). ), kényelmes tekercsben tekerni. Az őket követők előremennek a kiadott bírálatok helyére, az utolsóig. Az érett (magas széntartalmú) szénöntvényből kiváló minőségű fém (szálas vas) előállításának folyamata az Urálban a következő volt: 1) öntöttvas ültetés - 5 perc, 2) olvasztás - 35 perc, 3) párolás - 25 perc, 4) tócsázás (keverés) - 20 perc, 5) az áruk gőzölése - 20 perc, 6) hengerlés és gőzölés - 40 perc, 7) adagoló crit (10-11 db) - 20 perc; összesen - 165 perc. A fehér öntöttvas megmunkálása során közönséges kereskedelmi vas felhasználásával a folyamat időtartama (Nyugat-Európában) 100, sőt 75 percre csökkent.
Ami a munka eredményeit illeti, a különböző kohászati régiókban az üzemanyag típusától, az öntöttvas minőségétől és az előállított vas típusától függően változtak. A fával működő uráli kemencék 1 m 3 fára vetítve 0,25-0,3 tonna használható vashozamot adtak; Az egy egységnyi vasra jutó olajfogyasztásunk 0,33, a szén az európai kemencékben 0,75-1,1. Nagyméretű kemencéink (600 kg öntöttvas) napi termelékenysége szárított tűzifa megmunkálása esetén 4-5 tonna volt; a tetőfedő vas előállítására alkalmas anyag hozama a feldolgozásra átvett öntöttvas mennyiségének 95-93%-a volt. Európában a közönséges kemencék napi termelékenysége (250-300 kg töltet) körülbelül 3,5 tonna, 9% -os hulladékkal, a kiváló minőségű vas esetében pedig 2,5 tonna 11% -os hulladékkal.
A tócsás vas kémiai összetételét és fizikai tulajdonságait tekintve egyrészt sokkal rosszabb termék, mint az öntöttvas, másrészt az öntött kandallós vas. A korábban Nyugat-Európában gyártott közönséges vasfajták sok ként és foszfort tartalmaztak, mivel tisztátalan kokszvasból állították elő, és mindkét káros szennyeződés csak részben alakul át salakká; a tócsás vasban a salak mennyisége 3-6% a jó minőségű fémben nem haladja meg a 2%-ot; A salak jelenléte nagymértékben csökkenti a pudingvas mechanikai vizsgálatainak eredményeit. Az alábbiakban néhány adatot mutatunk be %-ban, amelyek a tócsás vasat jellemzik - a közönséges nyugat-európai és a jó Urál:
Az értékes tulajdonság, amiért a tócsás vasgyártást most támogatják, a kiváló hegeszthetőség, ami esetenként biztonsági szempontból különösen fontos. Vasúti előírások a társadalmak megkövetelik a kapcsolószerkezetek, kapcsolórudak és csavarok gyártását tócsás vasból. A víz korrozív hatásával szembeni jobb ellenálló képessége miatt a tócsás vasat vízvezetékek gyártására is használják. Diófélék (durva szemcséjű foszfortartalmú fém) és kiváló minőségű rostos vas készítésére is használják szegecsekhez és láncokhoz.
A kis nagyításnál is mikroszkóp alatt kimutatható kovácsoltvas szerkezetét a fekete és világos komponensek jelenléte jellemzi a fényképes képen; az előbbiek a salakhoz, az utóbbiak pedig a fém meghúzásával nyert vasszemcsékhez vagy rostokhoz tartoznak.
Kereskedelmi vas
A kohászati üzemek két fő vasfajtát állítanak elő ipari szükségletekre: 1) lemezt és 2) osztályozott vasat.
A lemezvas jelenleg 3 m szélességig van tekerve; 1-3 mm vastagsággal vékonyhengereltnek nevezzük; 3 mm-től és afelettitől (általában 40 mm-ig) - kazán, tartály, hajó, attól függően, hogy az anyag összetétele és mechanikai tulajdonságai milyen célnak felelnek meg. A kazánvas a legpuhább; általában 0,10-0,12% C-t, 0,4-0,5% Mn-t, P-t és S-t tartalmaz - egyenként legfeljebb 0,05%; átmeneti szakítószilárdsága nem érvényes. több mint 41 kg/mm2 (de legalább 34 kg/mm2), szakadási nyúlás - körülbelül 28%. A tartályvasat keményebbé és tartósabbá teszik; 0,12-0,15% C-t tartalmaz; 0,5-0,7% Mn és legfeljebb 0,06% P és S egyaránt; szakítószilárdság 41-49 kg/mm2, nyúlás 25-28%. A kazán és a tartályvas lapjainak hosszát megrendelésre állítjuk be a lapokból szegecselt termék méreteinek megfelelően (kikerülve a felesleges varrásokat és vágásokat), de általában nem haladja meg a 8 m-t, mivel vékony lemezeknél ez korlátozott. hengerlési folyamat közbeni gyors lehűlésével, vastag lemezeknél pedig a tuskó tömegével.
Az 1 mm-nél kisebb vastagságú lemezvasat fekete ónnak nevezik; bádoglemezek gyártására és tetőfedő anyagként használják. Ez utóbbi célra a Szovjetunióban 1422x711 mm méretű, 4-5 kg tömegű, 0,5-0,625 mm vastagságú lemezeket hengerelnek. A tetőfedő vasat a gyárak 82 kg-os kiszerelésben állítják elő. Külföldön a fekete ónt speciális kaliberszámok szerint osztályozzák - 20-tól 30-ig (a német ón normál vastagsága 0,875-0,22 mm, az angol óné 1,0-0,31 mm). Az ón a legpuhább öntöttvasból készül, amely 0,08-0,10% C-t, 0,3-0,35% Mn-t, ha szénöntvényvasból (miénk), és 0,4-0,5% Mn-t, ha a kiindulási anyag kokszvas; szakítószilárdság - 31-34 kg/mm2, nyúlás - 28-30%. A lemezvas egy fajtája a hullámos vas. A hullámok természete szerint vasra oszlik, alacsony és magas hullámokkal; az elsőben a hullámszélesség és a mélység aránya 3-4, a másodikban 1-2 között mozog. A hullámkarton vastagsága 0,75-2,0 mm, lapszélessége 0,72-0,81 m (alacsony hullámoknál) és 0,4-0,6 m (magas hullámoknál). A hullámkartont tetőkhöz, könnyű szerkezetek falához, zsalugáterekhez és magas hullámokhoz használják, emellett szarufák nélküli padlók építésére.
Az osztályozott vas keresztmetszeti alakja szerint két osztályba sorolható: közönséges osztályozott vas és idomvas.
Az első osztályba tartozik a körvas (10 mm-nél kisebb átmérőjű, úgynevezett huzal), négyzet alakú, lapos vagy szalag. Az utóbbi viszont a következőkre oszlik: maga a szalagcsík - 10-200 mm széles és több mint 5 mm vastag; karika - azonos szélesség, de vastagság 5-1 mm, a kaliberszám jelzi (3-19 normál német és 6-20 új angol kaliber); gumiabroncs - 38-51 mm széles és legfeljebb 22 mm vastag; univerzális - 200-1000 mm széles és legalább 6 mm vastag (speciális tekercsekben hengerelve - univerzális). Mind a gumiabroncsot, mind a karikavasat a gyárak tekercsben, hengerelt huzalt - tekercsben állítják elő; más fajták egyenes (kiegyenesített) csíkok formájában vannak, általában legfeljebb 8 m hosszúak (általában - 4,5-6 m), de speciális megrendelésre betonszerkezetekhez a csíkokat legfeljebb 18 mm hosszúságúra vágják, és néha hosszabbra is. .
Az idomvas főbb típusai: sarok (egyenlő és egyenlőtlen), doboz (csatorna), T-alakú, I-gerenda (gerendák), oszlopos (négyzet) és zéta vas; Vannak más, kevésbé elterjedt formázott vasfajták is. Normál metrikus választékunk szerint az idomvas méreteit a profilszám jelzi (a szám a szám, lásd a polc szélességét vagy a profil legmagasabb magasságát). A szögegyenlőtlen és a T-vas kettős számmal rendelkezik; például a 16/8-as szám 16 és 8 cm-es polcokkal ellátott sarkot jelent, vagy pólót 16 cm-es polccal és 8 cm-es pólómagassággal Az általunk hengerelt legnehezebb idomvas profilok: No. 15 - sarok, No 30 - vályú, No. 40 - I-gerenda.
A közönséges hegeszthető vas összetétele: 0,12% C, 0,4% Mn, kevesebb, mint 0,05% P és S - egyenként; szakítószilárdsága 34-40 kg/mm2; A szegecsekhez való körvas azonban lágyabb összetételű anyagból készül: kevesebb, mint 0,10% C, 0,25-0,35% Mn, körülbelül 0,03% P és S. A szakítószilárdság 32-35 kg/mm2, a nyúlás 28-32%. Az formázott, nem hegesztett, hanem szegecselt vas („építőacél”) a következőket tartalmazza: 0,15 - 0,20% C, 0,5% Mn, 0,06% P és S - egyenként; szakítószilárdsága 40-50 kg/mm2, nyúlása 25-20%. A diófélék előállításához vasat (Thomas iron) készítenek, amely körülbelül 0,1% C-t, de 0,3-0,5% P-t tartalmaz (minél nagyobb a dió, annál több P). Külföldön a speciális hengerművek igényeinek kielégítésére a kereskedelemben félterméket használnak - négyzet alakú tuskót, általában 50 x 50 mm keresztmetszetű.
A vas tiszta formájában gömbgrafitos szürke fém, amely könnyen feldolgozható. És mégis, az emberek számára a Fe elem praktikusabb szénnel és más szennyeződésekkel kombinálva, amelyek lehetővé teszik fémötvözetek - acél és öntöttvas - képződését. 95% - pontosan ennyi a bolygón gyártott összes fémtermék közül, amely fő elemként vasat tartalmaz.
Vas: történelem
Az első ember által készített vastermékeket a tudósok az ie 4. évezredre datálják. e., és a vizsgálatok kimutatták, hogy előállításukhoz 5-30 százalékos nikkeltartalommal jellemezhető meteorikus vasat használtak. Érdekes, de amíg az emberiség el nem sajátította a vas olvasztással történő kinyerését, a vasat többre értékelték, mint az aranyat. Ezt azzal magyarázták, hogy az erősebb és megbízhatóbb acél sokkal alkalmasabb szerszámok és fegyverek gyártására, mint a réz és a bronz.
Az ókori rómaiak megtanulták az első öntöttvas előállítását: kemencéikkel az érc hőmérsékletét 1400 o C-ra tudták emelni, míg az öntöttvashoz 1100-1200 o C is elegendő volt ezt követően tiszta acélhoz, annak olvadáspontjához amely, mint ismeretes, 1535 Celsius-fok.
A Fe kémiai tulajdonságai
Mivel lép kölcsönhatásba a vas? A vas kölcsönhatásba lép az oxigénnel, amit oxidok képződése kísér; vízzel oxigén jelenlétében; kénsavval és sósavval:
- 3Fe+2O2 = Fe3O4
- 4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH) 3
- Fe+H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
- Fe+2HCl = FeCl 2 +H 2
Ezenkívül a vas csak akkor reagál a lúgokra, ha azok erős oxidálószerek olvadékai. A vas normál hőmérsékleten nem lép reakcióba oxidálószerekkel, de mindig reakcióba lép, amikor megnövekszik.
A vas használata az építőiparban
A vas felhasználását az építőiparban ma nem lehet túlbecsülni, mert a fémszerkezetek minden modern épület alapját képezik. Ezen a területen a vasat közönséges acélokban, öntöttvasban és kovácsoltvasban használják. Ez az elem mindenhol megtalálható, a kritikus szerkezetektől a horgonycsavarokig és szögekig. 
Az acélból készült épületszerkezetek építése jóval olcsóbb, ráadásul magasabb építési rátákról is beszélhetünk. Ez jelentősen megnöveli a vas felhasználását az építőiparban, miközben maga az ipar is új, hatékonyabb és megbízhatóbb Fe-alapú ötvözetek alkalmazását veszi fel.
A vas felhasználása az iparban
A vas és ötvözeteinek - öntöttvas és acél - felhasználása a modern szerszámgép-, repülőgép-, műszergyártás és egyéb berendezések gyártásának alapja. A vas-cianidoknak és oxidoknak köszönhetően a festék- és lakkipari funkciókat a vízkezelésben használják. A nehézipar teljesen elképzelhetetlen Fe+C alapú ötvözetek használata nélkül. Egyszóval a vas pótolhatatlan, de ugyanakkor hozzáférhető és viszonylag olcsó fém, amely ötvözeteinek részeként szinte korlátlan felhasználási körrel rendelkezik. 
A vas használata az orvostudományban
Köztudott, hogy minden felnőtt legfeljebb 4 gramm vasat tartalmaz. Ez az elem rendkívül fontos a szervezet működéséhez, különös tekintettel a keringési rendszer egészségére (a vörösvértestekben található hemoglobin). Számos vasalapú gyógyszer létezik, amelyek növelhetik a Fe-szintet, hogy megakadályozzák a vashiányos vérszegénység kialakulását.
Az óra céljai:
- Ismertesse meg a tanulókkal a periódusos rendszer másodlagos csoportjának elemét - a vasat, annak szerkezetét, tulajdonságait.
- Ismerje a vas elhelyezkedését a természetben, kinyerésének módjait, alkalmazását, fizikai tulajdonságait.
- Legyen képes jellemezni a vasat, mint egy másodlagos alcsoport elemét.
- Legyen képes a vas és vegyületeinek kémiai tulajdonságainak bizonyítására, reakcióegyenletek felírására molekuláris, ionos, redox formában.
- Fejleszteni a tanulók készségeit a vas részvételével zajló reakcióegyenletek megalkotásában, a tanulók ismereteinek formálását a vasionokra adott kvalitatív reakciókról.
- Érdeklődjön a téma iránt.
Felszerelés: vas (por, tű, tányér), kén, oxigén lombik, sósav, vas(II)-szulfát, vas(III)-klorid, nátrium-hidroxid, vörös és sárga vérsók.
AZ ÓRÁK ALATT
I. Szervezési mozzanat
II. Házi feladat ellenőrzése
III. Új anyagok tanulása
1. Tanári bevezető.
– A vas jelentősége az életben, civilizációtörténeti szerepe. A földkéreg egyik leggyakoribb féme a vas. Sokkal később kezdték használni, mint más fémeket (réz, arany, cink, ólom, ón), ami valószínűleg a vasérc és a fém alacsony hasonlóságának köszönhető. A primitív emberek számára nagyon nehéz volt felismerni, hogy az ércből fémet lehet nyerni, amelyet sikeresen fel lehet használni különféle tárgyak előállításához, ennek oka az ilyen folyamatok megszervezéséhez szükséges eszközök és eszközök hiánya. Elég hosszú idő telt el, mire az ember megtanult vasat nyerni az ércből, és acélt és öntöttvasat készíteni belőle.
Jelenleg a vasércek a vaskohászat szükséges nyersanyagai, azok az ásványok, amelyeket egyetlen fejlett ipari ország sem nélkülözhet. A világ éves vasérctermelése körülbelül 350 000 000 tonna. A vas (széntartalom 0,2-0,4%), öntöttvas (2,5-4% szén), acél (2,5-1,5% szén) olvasztására használják miért van nagyobb kereslet az olvasztására.
Az öntöttvas vasércből történő olvasztására szénnel vagy koksszal működő nagyolvasztókat használnak, az acélt pedig öntöttvasból olvasztják ki visszhangos kandallós kemencékben, Bessemer konverterekben vagy Thomas módszerrel.
A vasfémek és ötvözeteik nagy jelentőséggel bírnak az emberi társadalom életében és fejlődésében. Mindenféle háztartási és fogyasztási cikk vasból készül. Több száz millió tonna acélt és öntöttvasat használnak fel hajók, repülőgépek, vasúti közlekedés, autók, hidak, vasutak, különféle épületek, berendezések és egyebek építésére. A mezőgazdaságnak és az iparnak nincs olyan ága, amelyben ne használnák a vasat és különféle ötvözeteit.
A természetben általában megtalálható néhány vasat tartalmazó ásvány a vasérc. Ilyen ásványok: barna vasérc, hematit, magnetit és mások, amelyek nagy lerakódásokat képeznek és hatalmas területeket foglalnak el.
A magnetit vagy mágneses vasérc kémiai kapcsolata, amely vasfekete színű és egyedülálló tulajdonsággal rendelkezik - mágnesesség - vas-oxidból és vas-oxidból álló vegyület. Természetes környezetben egyaránt megtalálható szemcsés vagy szilárd tömegek, valamint jól képződő kristályok formájában. A vasérc a magnetit fémvas-tartalmában a leggazdagabb (akár 72%).
Hazánkban a magnetit ércek legnagyobb lelőhelyei az Urálban, a Vysokaya, Blagodat, Magnitnaya hegységben, Szibéria egyes területein - az Angara folyó medencéjében, a Shoria-hegységben, a Kola-félsziget területén találhatók.
2. Dolgozzon az osztállyal. A vas, mint kémiai elem jellemzői
a) Pozíció a periódusos rendszerben:
1. Feladat. Határozza meg a vas helyzetét a periódusos rendszerben?
Válasz: A vas a 4. nagy periódusban, páros sorban, 8. csoportban, mellékcsoportban található.
b) az atom szerkezete:
2. feladat. Rajzolja le a vasatom összetételét és szerkezetét, az elektronikus képletet és a sejteket!
Válasz: Fe +3 2) 8) 14) 2) fém
p = 26
e = 26
n = (56–26) = 301s 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2
Kérdés. Mely vasrétegeken helyezkednek el a vegyértékelektronok? Miért?
Válasz. A vegyértékelektronok az utolsó és az utolsó előtti rétegen helyezkednek el, mivel ez a másodlagos alcsoport eleme.
A vas a d-elemek közé tartozik, az elemek - fémek (Fe-Co-Ni) hármasának része;
c) a vas redox tulajdonságai:
Kérdés. Mi a vas - oxidálószer vagy redukálószer? Milyen oxidációs állapotokat és vegyértéket mutat?
Válasz:
Fe 0 – 2e = Fe +3) redukálószer
Fe 0 – 3e = Fe +3
s.o.+ 2,+ 3; vegyérték = II és III, vegyérték 7 – nem mutat;
d) vasvegyületek:
FeO – bázikus oxid
Fe(OH) 2 – oldhatatlan bázis
Fe 2 O 3 – oxid az amfoteritás jeleivel
Fe(OH) 3 – amfoteritás jeleivel rendelkező bázis
Az illékony hidrogénvegyületek nem.
d) a természetben való tartózkodás.
A vas a második legnagyobb mennyiségben előforduló fém a természetben (az alumínium után) A vas csak a meteoritokban található meg.
FeO*3HO – barna vasérc,
FeO – vörös vasérc,
FeO (FeO*FeO) – mágneses vasérc,
FeS – vas-pirit (pirit)
A vasvegyületek az élő szervezetekben találhatók.
3. A vas egyszerű anyag jellemzői
a) molekulaszerkezet, kötés típusa, kristályrács típusa (független);
b) a vas fizikai tulajdonságai
A vas egy ezüstszürke fém, amely kiváló alakíthatósággal, hajlékonysággal és erős mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. A vas sűrűsége 7,87 g/cm 3, olvadáspontja 1539 t o C.
c) a vas kémiai tulajdonságai:
A vasatomok elektronokat adnak a reakciókban, és + 2, + 3 és néha + 6 oxidációs állapotot mutatnak.
A reakciókban a vas redukálószer. Átlagos hőmérsékleten azonban még a legaktívabb oxidálószerekkel sem lép kölcsönhatásba (halogének, oxigén, kén), de hevítve aktívvá válik és reagál velük:
2Fe +3Cl 2 = 2FeCl 3 Vas(III)-klorid
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) vas(III)-oxid
Fe +S = FeS Vas(II)-szulfid
Nagyon magas hőmérsékleten a vas reakcióba lép szénnel, szilíciummal és foszforral.
3Fe + C = Fe 3 C Vaskarbid (cementit)
3Fe + Si = Fe 3 Si Vas-szilicid
3Fe + 2P = Fe 3P 2 Vas-foszfid
A vas összetett anyagokkal reagál.
Nedves levegőben a vas gyorsan savanyodik (korrodál):
4Fe + 3O 2 + 6H 2O = 4Fe(OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
Rozsda
A vas a fémek elektrokémiai feszültségsorának közepén helyezkedik el, ezért fém átlagos aktivitás. A vas redukálóképessége kisebb, mint az alkálié, az alkáliföldféméké és az alumíniumé. A forró vas csak magas hőmérsékleten lép reakcióba vízzel:
3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2
A vas reagál híg kénsavval és sósavval, és kiszorítja belőlük a hidrogént:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0
Normál hőmérsékleten a vas nem lép kölcsönhatásba a koncentrált kénsavval, mivel az passziválja, hevítéskor a tömény kénsav vas(III)-szulfáttá oxidálja:
2Fe + 6H 2SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
A híg salétromsav a vasat vas(III)-nitráttá oxidálja:
Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
A tömény salétromsav passziválja a vasat.
A sóoldatokból a vas kiszorítja a tőle jobbra elhelyezkedő fémeket az elektrokémiai feszültségsorokban:
Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,
d) vashasználat (önálló)
e) átvétel (a tanulókkal együtt)
Az iparban a vasat vasércekből nagyolvasztókban szénnel (koksszal) és szén-monoxiddal (II) történő redukálással nyerik.
A nagyolvasztó eljárás kémiája a következő:
C + O = CO
CO + C = 2CO
3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2
Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2
FeO + CO = Fe + CO 2
4. Vasvegyületek
Ezen vegyületek kémiai tulajdonságai.
Kiegészítés. A vas(II)vegyületek instabilak, oxidálódhatnak és vas(III)vegyületekké alakulhatnak
Fe +2 Cl 2 + Cl 2 = Fe +3 Cl 3 redoxházat alkotnak
Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 = Fe +3 (OH) 3 séma, kiegyenlít.
Ezen vegyületek kémiai tulajdonságai
Ezenkívül a Fe +2-re adott minőségi reakció a vas(II)-sók reakciója a vörösvérsó K3 nevű anyaggal - ez egy összetett vegyület.
3FeCl + 2K 3 = Fe 3)
