IRON(lat. Ferrum), Fe, chemický prvok skupiny VIII periodickej sústavy, atómové číslo 26, atómová hmotnosť 55,847. Pôvod latinského a ruského názvu prvku nebol jasne stanovený. Prírodné železo je zmes štyroch nuklidov s hmotnostnými číslami 54 (obsah v prírodnej zmesi je 5,82 % hmotnosti), 56 (91,66 %), 57 (2,19 %) a 58 (0,33 %). Konfigurácia dvoch vonkajších elektronických vrstiev je 3s2p6d64s2. Typicky tvorí zlúčeniny v oxidačných stupňoch +3 (valencia III) a +2 (valencia II). Známe sú aj zlúčeniny s atómami železa v oxidačných stupňoch +4, +6 a niektoré ďalšie.
V Mendelejevovom periodickom systéme je železo zaradené do skupiny VIIIB. Vo štvrtom období, do ktorého patrí aj železo, patrí do tejto skupiny okrem železa aj kobalt (Co) a nikel (Ni). Tieto tri prvky tvoria triádu a majú podobné vlastnosti.
Polomer neutrálneho atómu železa je 0,126 nm, polomer iónu Fe2+ je 0,080 nm a iónu Fe3+ je 0,067 nm. Energie sekvenčnej ionizácie atómu železa sú 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Elektrónová afinita 0,58 eV. Podľa Paulingovej stupnice je elektronegativita železa asi 1,8.
Železo vysokej čistoty je lesklý strieborno-šedý, tvárny kov, ktorý sa dobre hodí na rôzne spôsoby mechanického spracovania.
Fyzikálne a chemické vlastnosti: pri teplotách od izbovej teploty do 917°C, ako aj v rozsahu teplôt 1394-1535°C je -Fe s kubickou telesne centrovanou mriežkou, pri izbovej teplote mriežkový parameter A= 0,286645 nm. Pri teplotách 917-1394°C je -Fe s plošne centrovanou kubickou mriežkou T stabilné ( A= 0,36468 nm). Pri teplotách od izbovej teploty do 769°C (tzv. Curieov bod) má železo silné magnetické vlastnosti (pri vyšších teplotách je vraj feromagnetické, železo sa správa ako paramagnet). Niekedy sa za modifikáciu železa považuje paramagnetické -Fe s kubickou mriežkou centrovanou na telo, stabilné pri teplotách od 769 do 917 °C, a -Fe, stabilné pri vysokých teplotách (1394-1535 °C), sa nazýva -Fe. podľa tradície (predstavy o existencii štyroch modifikácií železa vznikli, keď ešte neexistovala röntgenová difrakčná analýza a neexistovali žiadne objektívne informácie o vnútornej štruktúre železa). Teplota topenia 1535 °C, teplota varu 2750 °C, hustota 7,87 g/cm3. Štandardný potenciál páru Fe 2+ /Fe 0 je 0,447V, páru Fe 3+ /Fe 2+ je +0,771V.
Pri skladovaní na vzduchu pri teplotách do 200°C sa železo postupne pokrýva hustým filmom oxidu, ktorý zabraňuje ďalšej oxidácii kovu. Vo vlhkom vzduchu sa železo pokryje voľnou vrstvou hrdze, ktorá nebráni prístupu kyslíka a vlhkosti ku kovu a jeho zničeniu. Hrdza nemá konštantné chemické zloženie, približne jej chemický vzorec možno zapísať ako Fe 2 O 3 xH 2 O.
Železo pri zahrievaní reaguje s kyslíkom (O). Pri horení železa na vzduchu vzniká oxid Fe 2 O 3 a pri horení železa v čistom kyslíku vzniká oxid Fe 3 O 4 . Ak cez roztavené železo prechádza kyslík alebo vzduch, vzniká oxid FeO. Pri zahrievaní síry (S) a železného prášku vzniká sulfid, ktorého približný vzorec možno zapísať ako FeS.
Pri zahrievaní železo reaguje s halogénmi. Keďže FeF 3 je neprchavé, železo je odolné voči fluóru (F) až do teplôt 200-300°C. Pri chlórovaní železa (pri teplote asi 200°C) vzniká prchavý FeCl 3 . Ak k interakcii železa a brómu (Br) dôjde pri teplote miestnosti alebo pri zahrievaní a zvýšenom tlaku pár brómu, vzniká FeBr3. Pri zahrievaní FeCl3 a najmä FeBr3 odštiepia halogén a premenia sa na halogenidy železa (II). Pri reakcii železa a jódu (I) vzniká jodid Fe3I8.
Pri zahrievaní železo reaguje s dusíkom (N), pričom vzniká nitrid železa Fe 3 N, s fosforom (P), vytvára fosfidy FeP, Fe 2 P a Fe 3 P, s uhlíkom (C), vytvára karbid Fe 3 C, s kremíkom (Si), tvoriace niekoľko silicídov, napríklad FeSi.
Pri zvýšenom tlaku kovové železo reaguje s oxidom uhoľnatým CO a za normálnych podmienok sa tvorí vysoko prchavý pentakarbonyl železa Fe(CO) 5. Karbonyly železa v zložení Fe2(CO)9 a Fe3(CO)12 sú tiež známe. Karbonyly železa slúžia ako východiskové materiály pri syntéze organických zlúčenín železa, vrátane zloženia ferrocénu.
Čisté kovové železo je stabilné vo vode a zriedených alkalických roztokoch. Železo sa nerozpúšťa v koncentrovanej kyseline sírovej a dusičnej, pretože jeho povrch pasivuje silný oxidový film.
Železo reaguje s kyselinou chlorovodíkovou a zriedenou (približne 20 %) kyselinou sírovou za vzniku solí železa (II):
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + H2S04 = FeS04 + H2
Keď železo reaguje s približne 70% kyselinou sírovou, reakcia pokračuje za vzniku síranu železnatého:
2Fe + 4H2S04 = Fe2(S04)3 + S02 + 4H20
Oxid železitý FeO má zásadité vlastnosti, tomu zodpovedá zásada Fe(OH) 2. Oxid železitý Fe 2 O 3 je slabo amfotérny, zodpovedá mu ešte slabšia zásada ako Fe(OH) 2, Fe(OH) 3, ktorá reaguje s kyselinami:
2Fe(OH)3 + 3H2S04 = Fe2(S04)3 + 6H20
Hydroxid železitý Fe(OH) 3 má slabo amfotérne vlastnosti; je schopný reagovať iba s koncentrovanými roztokmi zásad:
Fe(OH)3 + KOH = K
Výsledné hydroxokomplexy trojmocného železa sú stabilné v silne alkalických roztokoch. Keď sa roztoky zriedia vodou, zničia sa a vyzráža sa hydroxid železitý Fe(OH)3.
Zlúčeniny železa (III) v roztokoch sú redukované kovovým železom:
Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2
Pri skladovaní vodných roztokov solí železa (II) sa pozoruje oxidácia železa (II) na železo (III):
4FeCl2 + O2 + 2H20 = 4Fe(OH)Cl2
Zo solí železa (II) vo vodných roztokoch je najstabilnejšia Mohrova soľ podvojný amónny a síran železnatý (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.
Železo (III) je schopné tvoriť dvojité sírany s jednoducho nabitými katiónmi, ako je kamenec, napríklad KFe(SO 4) 2 železo-draselný kamenec, (NH 4)Fe(SO 4) 2 železito-amónny kamenec atď.
Pri pôsobení plynného chlóru (Cl) alebo ozónu na alkalické roztoky zlúčenín železa (III) vznikajú železnaté zlúčeniny, napríklad železitan draselný (VI) (K): K 2 FeO 4. Existujú správy o výrobe zlúčenín železa (VIII) pod vplyvom silných oxidačných činidiel.
Na detekciu zlúčenín železa (III) v roztoku sa využíva kvalitatívna reakcia iónov Fe 3+ s tiokyanátovými iónmi CNS. Keď ióny Fe3+ interagujú s aniónmi CNS, vytvorí sa jasne červený tiokyanát železa Fe(CNS)3. Ďalším činidlom pre ióny Fe 3+ je hexakyanoželezitan draselný (II) (K): K 4 (predtým sa táto látka nazývala žltá krvná soľ). Pri interakcii iónov Fe 3+ a 4 sa vytvorí svetlomodrá zrazenina.
Roztok hexakyanoželezitanu draselného (III) (K) K 3, predtým nazývaný červená krvná soľ, môže slúžiť ako činidlo pre ióny Fe 2+ v roztoku. Pri interakcii iónov Fe 3+ a 3 vzniká svetlomodrá zrazenina rovnakého zloženia ako v prípade interakcie iónov Fe 3+ a 4.
Zliatiny železo-uhlík:železo sa používa hlavne v zliatinách, predovšetkým uhlíkových (C) zliatinách rôznych liatin a ocelí. V liatine je obsah uhlíka vyšší ako 2,14 % hmotnosti (zvyčajne na úrovni 3,5-4 %), v oceli je obsah uhlíka nižší (zvyčajne na úrovni 0,8-1 %).
Liatina sa vyrába vo vysokých peciach. Vysoká pec je obrovský (až 30-40 m vysoký) zrezaný kužeľ, vo vnútri dutý. Vnútorné steny vysokej pece sú obložené žiaruvzdornými tehlami, hrúbka muriva je niekoľko metrov. Zhora obohatená (oslobodená od odpadovej horniny) železná ruda, redukčný koks (špeciálne druhy uhlia podrobené koksovaniu - zahrievané na teplotu asi 1000 °C bez prístupu vzduchu), ako aj taviace materiály (vápenec a iné), ktoré podporujú separácie sú nakladané do vysokej pece pomocou vozíkov z roztavených kovových nečistôt. Výbuch (čistý kyslík (O) alebo vzduch obohatený kyslíkom (O)) sa privádza do vysokej pece zdola. Keď sa materiály naložené do vysokej pece znižujú, ich teplota stúpa na 1200-1300°C. V dôsledku redukčných reakcií vyskytujúcich sa najmä za účasti koksu C a CO:
Fe203 + 3C = 2Fe + 3CO;
Fe203 + 3CO = 2Fe + 3C02
Objavuje sa kovové železo, ktoré je nasýtené uhlíkom (C) a steká dole.
Táto tavenina sa periodicky uvoľňuje z vysokej pece cez špeciálnu otvorovú klietku a tavenina sa nechá stuhnúť v špeciálnych formách. Liatina môže byť biela, takzvané surové železo (vyrába sa z nej oceľ) a sivá, alebo liatina. Biela liatina je tuhý roztok uhlíka (C) v železe. V mikroštruktúre sivej liatiny možno rozlíšiť mikrokryštály grafitu. Vďaka prítomnosti grafitu zanecháva sivá liatina stopu na bielom papieri.
Liatina je krehká a pri náraze sa láme, preto sa z nej nedajú vyrobiť pružiny, listové pružiny ani žiadne výrobky, ktoré sa musia ohýbať.
Pevná liatina je ľahšia ako roztavená liatina, preto sa pri tuhnutí nesťahuje (ako je obvyklé pri tuhnutí kovov a zliatin), ale rozťahuje sa. Táto funkcia vám umožňuje vyrábať rôzne odliatky z liatiny, vrátane jej použitia ako materiálu na umelecké odlievanie.
Ak sa obsah uhlíka (C) v liatine zníži na 1,0-1,5%, potom vzniká oceľ. Ocele môžu byť uhlíkové (takéto ocele nemajú žiadne iné zložky okrem Fe a C) a legované (takéto ocele obsahujú prísady chrómu (Cr), niklu (Ni), molybdénu (Mo), kobaltu (Co) a iných kovov, ktoré zlepšujú mechanické a iné vlastnosti ocele).
Ocele sa vyrábajú spracovaním liatiny a kovového šrotu v kyslíkovom konvertore, elektrickom oblúku alebo v otvorených nístejových peciach. Pri takomto spracovaní sa obsah uhlíka (C) v zliatine zníži na požadovanú úroveň, ako sa hovorí, nadbytočný uhlík (C) sa spáli.
Fyzikálne vlastnosti ocele sa výrazne líšia od vlastností liatiny: oceľ je elastická, možno ju kovať a valcovať. Keďže oceľ sa na rozdiel od liatiny počas tuhnutia sťahuje, výsledné oceľové odliatky sa podrobujú stláčaniu vo valcovniach. Po valcovaní zmiznú v objeme kovu dutiny a dutiny, ktoré sa objavili počas tuhnutia tavenín.
Výroba ocele má v Rusku dlhú a hlbokú tradíciu a oceľ vyrábaná našimi hutníkmi je kvalitná.
História výroby železa:železo hralo a stále zohráva výnimočnú úlohu v materiálnych dejinách ľudstva. Prvé kovové železo, ktoré sa dostalo do ľudských rúk, bolo pravdepodobne meteoritového pôvodu. Železné rudy sú rozšírené a často sa vyskytujú aj na povrchu Zeme, ale prírodné železo na povrchu je extrémne zriedkavé. Pravdepodobne pred niekoľkými tisíckami rokov si človek všimol, že po vypálení ohňa sa v niektorých prípadoch pozoroval vznik železa z tých kúskov rudy, ktoré náhodne skončili v ohni. Keď horí oheň, dochádza k redukcii železa z rudy v dôsledku reakcie rudy priamo s uhlím a s oxidom uhoľnatým (II) CO vznikajúcim počas spaľovania. Možnosť získavania železa z rúd značne uľahčilo zistenie, že pri zahriatí rudy uhlím vzniká kov, ktorý sa potom môže pri kovaní ďalej čistiť. Získavanie železa z rudy pomocou procesu vyfukovania syra bolo vynájdené v západnej Ázii v 2. tisícročí pred Kristom. Obdobie od 9. do 7. storočia pred Kristom, keď sa medzi mnohými kmeňmi Európy a Ázie rozvíjalo hutníctvo železa, sa nazývalo doba železná, ktorá nahradila dobu bronzovú. Zlepšenie spôsobov fúkania (prirodzený ťah bol nahradený mechmi) a zväčšenie výšky vyhne (objavili sa nízkošachtové pece) viedli k výrobe liatiny, ktorá sa v západnej Európe začala vo veľkom taviť od 14. storočia. Výsledná liatina sa premenila na oceľ. Od polovice 18. storočia sa namiesto dreveného uhlia začal vo vysokých peciach používať uhoľný koks. Následne sa výrazne zlepšili spôsoby získavania železa z rúd a v súčasnosti sa na tento účel používajú špeciálne zariadenia: vysoké pece, kyslíkové konvertory, elektrické oblúkové pece.
Nález v prírode:Železo je v zemskej kôre pomerne rozšírené; tvorí asi 4,1 % hmotnosti zemskej kôry (4. miesto medzi všetkými prvkami, 2. miesto medzi kovmi). Je známe veľké množstvo rúd a minerálov obsahujúcich železo. Najväčší praktický význam majú červené železné rudy (hematitová ruda, Fe 2 O 3; obsahuje do 70 % Fe), magnetické železné rudy (magnetitová ruda, Fe 3 O 4; obsahuje 72,4 % Fe), hnedé železné rudy (hydrogoethitová ruda НFeO 2 · n H 2 O), ako aj železné rudy (sideritová ruda, uhličitan železitý, FeCO 3; obsahuje asi 48 % Fe). Veľké ložiská pyritu FeS2 sa nachádzajú aj v prírode (iné názvy sú pyrit sírový, pyrit železitý, disulfid železa a iné), ale rudy s vysokým obsahom síry zatiaľ nemajú praktický význam. Rusko je na prvom mieste na svete, pokiaľ ide o zásoby železnej rudy. Morská voda obsahuje 1·10 5 1·10 8 % železa.
Aplikácia železa, jeho zliatin a zlúčenín:čisté železo má skôr obmedzené využitie. Používa sa pri výrobe jadier elektromagnetov, ako katalyzátor chemických procesov a na niektoré iné účely. Ale zliatiny železa - liatina a oceľ - tvoria základ moderných technológií. Mnohé zlúčeniny železa sú tiež široko používané. Síran železitý sa teda používa pri úprave vody, oxidy železa a kyanid slúžia ako pigmenty pri výrobe farbív atď.
Biologická úloha:železo je prítomné v telách všetkých rastlín a živočíchov ako stopový prvok, teda vo veľmi malých množstvách (v priemere asi 0,02 %). Avšak železité baktérie, ktoré využívajú energiu oxidácie železa (II) na železo (III) na chemosyntézu, môžu vo svojich bunkách akumulovať až 17-20% železa. Hlavnou biologickou funkciou železa je účasť na transporte kyslíka (O) a oxidačných procesoch. Železo plní túto funkciu ako súčasť komplexných proteínov – hemoproteínov, ktorých prostetickú skupinu tvorí železitý porfyrínový komplex – hem. Medzi najvýznamnejšie hemoproteíny patria respiračné pigmenty hemoglobín a myoglobín, univerzálne nosiče elektrónov pri reakciách bunkového dýchania, oxidácie a fotosyntézy, cytochrómy, katalózové a peroxidové enzýmy a iné. U niektorých bezstavovcov majú dýchacie pigmenty obsahujúce železo heloerytrín a chlórkruorín štruktúru odlišnú od hemoglobínov. Počas biosyntézy hemoproteínov sa do nich železo prenáša z proteínu feritínu, ktorý ukladá a transportuje železo. Tento proteín, ktorého jedna molekula obsahuje asi 4500 atómov železa, sa koncentruje v pečeni, slezine, kostnej dreni a črevnej sliznici cicavcov a ľudí. Denná potreba železa (6-20 mg) človeka je bohato pokrytá potravou (mäso, pečeň, vajcia, chlieb, špenát, cvikla a iné sú bohaté na železo). Telo priemerného človeka (telesná hmotnosť 70 kg) obsahuje 4,2 g železa, 1 liter krvi obsahuje asi 450 mg. Pri nedostatku železa v organizme vzniká žľazová anémia, ktorá sa lieči liekmi s obsahom železa. Doplnky železa sa tiež používajú ako všeobecné posilňovacie prostriedky. Nadmerná dávka železa (200 mg alebo viac) môže mať toxický účinok. Železo je tiež potrebné pre normálny vývoj rastlín, preto existujú mikrohnojivá na báze prípravkov železa.
Podrobnosti Kategória: Zobrazenie: 9555
IRON, Fe, chemický prvok, atómová hmotnosť 55,84, atómové číslo 26; nachádza sa v skupine VIII periodickej tabuľky na rovnakej úrovni ako kobalt a nikel, bod topenia - 1529 °C, bod varu - 2450 °C; v pevnom stave má modro-striebornú farbu. Vo voľnej forme sa železo nachádza len v meteoritoch, ktoré však obsahujú nečistoty Ni, P, C a ďalšie prvky. V prírode sú všade rozšírené zlúčeniny železa (pôda, minerály, živočíšny hemoglobín, rastlinný chlorofyl), ch. arr. vo forme oxidov, hydrátov oxidov a zlúčenín síry, ako aj uhličitanu železa, z ktorého pozostáva väčšina železných rúd.
Chemicky čisté železo sa získava zahriatím šťavelanu železitého, ktorý pri 440°C najskôr vytvára matný prášok oxidu železitého, ktorý má schopnosť vznietiť sa na vzduchu (tzv. samozápalné železo); s následnou redukciou tohto oxidu získa výsledný prášok sivú farbu a stratí svoje samozápalné vlastnosti, čím sa zmení na kovové železo. Pri redukcii oxidu železnatého pri 700 °C sa železo uvoľňuje vo forme malých kryštálikov, ktoré sa potom tavia vo vákuu. Ďalším spôsobom, ako získať chemicky čisté železo, je elektrolýza roztoku solí železa, napríklad FeSO 4 alebo FeCl 3 v zmesi s MgSO 4, CaCl 2 alebo NH 4 Cl (pri teplotách nad 100 °C). V tomto prípade však železo uzatvára značné množstvo elektrolytického vodíka, v dôsledku čoho získava tvrdosť. Pri zahriatí na 700°C sa uvoľňuje vodík a železo zmäkne a možno ho krájať nožom ako olovo (tvrdosť na Mohsovej stupnici je 4,5). Veľmi čisté železo možno získať aluminotermicky z čistého oxidu železa. (pozri Aluminotermia). Dobre tvarované kryštály železa sú zriedkavé. V dutinách veľkých kusov liatiny sa niekedy tvoria kryštály oktaedrického tvaru. Charakteristickou vlastnosťou železa je jeho mäkkosť, ťažnosť a kujnosť pri teplote výrazne nižšej ako je teplota topenia. Keď silná kyselina dusičná (ktorá neobsahuje nižšie oxidy dusíka) pôsobí na železo, železo sa pokryje povlakom oxidov a stane sa nerozpustným v kyseline dusičnej.
Zlúčeniny železa
Železo sa ľahko spája s kyslíkom a vytvára niekoľko oxidov: FeO - oxid železitý, Fe 2 O 3 - oxid železa, FeO 3 - anhydrid kyseliny železitej a FeO 4 - anhydrid superžľazovej kyseliny. Okrem toho železo tvorí aj zmesný oxid Fe 3 O 4 – oxid železnatý, tzv. oxid železitý. V suchom vzduchu však železo neoxiduje; Hrdza sú vodné oxidy železa vznikajúce za účasti vzdušnej vlhkosti a CO 2 . Oxid železnatý FeO zodpovedá hydrátu Fe(OH) 2 a množstvu solí dvojmocného železa, ktoré sa môžu oxidáciou premeniť na soli oxidu železa Fe 2 O 3, v ktorých sa železo prejavuje ako trojmocný prvok; Na vzduchu hydrát oxidu železitého, ktorý má silné redukčné vlastnosti, ľahko oxiduje a mení sa na hydrát oxidu železa. Hydroxid železnatý je mierne rozpustný vo vode a tento roztok má zreteľne alkalickú reakciu, čo naznačuje zásaditú povahu dvojmocného železa. Oxid železitý sa nachádza v prírode (pozri Červené olovo), ale dá sa nájsť umelo. získaný vo forme červeného prášku kalcináciou železného prášku a spaľovaním sírových pyritov za vzniku oxidu siričitého. Bezvodý oxid železitý, Fe 2 O 3, m.b. získané v dvoch modifikáciách a prechod jednej z nich na druhú nastáva pri zahrievaní a je sprevádzaný výrazným uvoľňovaním tepla (samoohrievanie). Pri silnej kalcinácii Fe 2 O 3 uvoľňuje kyslík a mení sa na magnetický oxid-oxid Fe 3 O 4 . Pri pôsobení alkálií na roztoky solí trojmocného železa sa vyzráža zrazenina hydrátu Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 · 3H 2 O); pri jeho varení s vodou vzniká hydrát Fe 2 O 3 ·H 2 O, ktorý je ťažko rozpustný v kyselinách. Železo tvorí zlúčeniny s rôznymi metaloidmi: s C, P, S, s halogénmi, ako aj s kovmi, napríklad s Mn, Cr, W, Cu atď.
Soli železa sa delia na železnaté soli – dvojmocné železo (železité soli) a oxid – železité železo (železité soli).
Železné soli . Chlorid železitý, FeCl 2, sa získava pôsobením suchého chlóru na železo, vo forme bezfarebných listov; Keď sa železo rozpustí v HCl, chlorid železitý sa získa vo forme hydrátu FeCl 2 · 4H 2 O a používa sa vo forme vodných alebo alkoholových roztokov v medicíne. Jodid železnatý FeJ 2 sa získava zo železa a jódu pod vodou vo forme zelených listov a používa sa v medicíne (Sirupus ferri jodati); ďalším pôsobením jódu vzniká FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati).
Síran železnatý, síran železnatý, FeSO 4 · 7H 2 O (zelené kryštály) vzniká v prírode ako výsledok oxidácie pyritu a sírnych pyritov; táto soľ vzniká aj ako vedľajší produkt pri výrobe kamenca; pri zvetrávaní alebo zahriatí na 300°C sa mení na bielu bezvodú soľ - FeSO 4; tiež tvorí hydráty s 5, 4, 3, 2 a 1 časticami vody; ľahko sa rozpúšťa v studenej vode (v horúcej vode až do 300%); roztok je kyslý v dôsledku hydrolýzy; oxiduje na vzduchu, obzvlášť ľahko v prítomnosti inej oxidujúcej látky, napríklad oxalátových solí, ktoré FeSO 4 zapája do konjugovanej oxidačnej reakcie, odfarbuje KMnO 4; v tomto prípade proces prebieha podľa nasledujúcej rovnice:
2KMn04 + 10FeS04 + 8H2S04 = 2MnS04 + K2S04 + 5Fe2(S04)2 + 8H20.
Na tento účel sa však pri analýze plynov používa Mohrova podvojná soľ (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O, ktorá je na vzduchu konštantnejšia, na stanovenie oxidu dusíka absorbovaného roztokom z FeSO 4 za vzniku tmavohnedého sfarbenia komplexu (FeNO)SO 4 a tiež na výrobu atramentu (s tanínovými kyselinami), ako moridlo na farbenie, na viazanie páchnucich plynov (H 2 S, NH 3) na latrínach a pod.
Soli oxidov železa sa používajú vo fotografii kvôli ich schopnosti obnoviť zlúčeniny striebra v latentnom obraze zachytenom na fotografickej platni.
Uhličitan železa, FeC03, sa prirodzene vyskytuje ako siderit alebo železná drť; Uhličitan železa, získaný zrážaním vodných roztokov železnatých solí s uhličitanmi, ľahko stráca CO 2 a na vzduchu sa oxiduje na Fe 2 O 3 .
Hydrogénuhličitan železnatý, H 2 Fe(CO 3) 2, je rozpustný vo vode a prirodzene sa vyskytuje v železitých zdrojoch, z ktorých sa pri oxidácii uvoľňuje na povrch zeme vo forme hydrátu oxidu železa Fe(OH) 3, ktorá sa mení na hnedú železnú rudu.
Fosforečnan železa, Fe3(P04)28H20, biela zrazenina; vyskytujúce sa v prírode mierne sfarbené, v dôsledku oxidácie železa, v modrej farbe, vo forme vivianitu.
Soli oxidu železa . Chlorid železitý, FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), sa získava pôsobením prebytočného chlóru na železo vo forme šesťuholníkových červených tabliet; chlorid železitý sa rozpúšťa vo vzduchu; kryštalizuje z vody vo forme FeCl 3 6H 2 O (žlté kryštály); roztoky sú kyslé; pri dialýze postupne takmer úplne hydrolyzuje za vzniku koloidného roztoku hydrátu Fe(OH) 3. FeCl3 sa pri zahrievaní rozpúšťa v alkohole a v zmesi alkoholu a éteru, FeCl3.6H20 sa rozkladá na HCl a Fe203; používa sa ako moridlo a ako hemostatické činidlo (Liquor ferri sesquichlorati).
Oxid síranu železa, Fe 2 (SO 4) 3, v bezvodom stave má žltkastú farbu, v roztoku je silne hydrolyzovaný; pri zahrievaní roztoku sa vyzrážajú zásadité soli; železný kamenec, MFe(S04)2 ·12H20, M - jednomocný alkalický kov; Najlepšie kryštalizuje kamenec amónny, NH 4 Fe(SO 4) 2 12H 2 O.
Oxid FeO 3 je anhydrid kyseliny železitej, ako aj hydrát tohto oxidu H 2 FeO 4 - kyselina železitá- v slobodnom stave, nie je možné. získané v dôsledku ich extrémnej krehkosti; ale v alkalických roztokoch môžu byť soli kyseliny železa, železitany (napríklad K2FeO4), ktoré sa tvoria, keď sa železný prášok zahrieva s dusičnanom alebo KClO3. Známa je aj slabo rozpustná bária sol kyseliny železa BaFe04; Kyselina železitá je teda v niektorých ohľadoch veľmi podobná kyseline sírovej a chrómovej. V roku 1926 opísal kyjevský chemik Goralevič zlúčeniny oktavalentného oxidu železa - anhydrid kyseliny sulférovej Fe04, získaný fúziou Fe203 s dusičnanovou alebo bertholletovou soľou vo forme draselnej soli superžľazovej kyseliny K2FeO5; FeO 4 je plynná látka, ktorá s vodou nevytvára superžľazovú kyselinu H 2 FeO 5, ktorá však môže. izolovaný vo voľnom stave rozkladom soli K 2 FeO 5 s kyselinami. Báryovú soľ BaFeO 5 ·7H 2 O, ako aj vápenaté a strontnaté soli získal Goralevich vo forme nerozkladajúcich sa bielych kryštálov, ktoré uvoľňujú vodu až pri 250-300°C a zároveň zozelenajú.
Železo dáva zlúčeniny: s dusíkom - dusičitý železo(nitrid) Fe 2 N pri zahrievaní železného prášku v prúde NH 3, s uhlíkom - karbid Fe 3 C pri nasýtení železa uhlím v elektrickej peci. Okrem toho sa študovalo množstvo zlúčenín železa s oxidom uhoľnatým - karbonyly železa napríklad pentakarbonyl Fe(CO) 5 je mierne sfarbená kvapalina s asi 102,9 °C (pri 749 mm, špecifická hmotnosť 1,4937), potom oranžová pevná látka Fe 2 (CO) 9, nerozpustná v éteri a chloroforme, so špecifickou hmotnosťou 2,085.
Majú veľký význam zlúčeniny kyanidu železa. Okrem jednoduchých kyanidov Fe(CN) 2 a Fe(CN) 3 tvorí železo s kyanidovými soľami množstvo komplexných zlúčenín, ako sú soli kyseliny sírovej H 4 Fe(CN) 6 a soli kyseliny sírovej H 3 Napríklad Fe(CN) 6, červená krvná soľ, ktorá zasa vstupuje do výmenných rozkladných reakcií so železnatými a oxidovými soľami železa a vytvára modro sfarbené zlúčeniny - Pruská modrá a Turnbullova modrá. Pri nahradení jednej CN skupiny v soliach kyseliny sírovej H 4 Fe(CN) 6 jednomocnými skupinami (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO) vznikajú Prussove soli, napr. nitroprusid sodný (dusičitan sodný sulfid) Na 2 2H 2 O, získaný pôsobením dymovej HNO 3 na K 4 Fe(CN) 6 s následnou neutralizáciou sódou, vo forme rubínovo červených kryštálov, oddelených kryštalizáciou zo súčasne vytvoreného dusičnanu; zodpovedajúca kyselina nitroželezitá H2 tiež kryštalizuje vo forme tmavočervených kryštálov. Nitroprusid sodný sa používa ako citlivé činidlo na sírovodík a sírové kovy, s ktorými dáva krvavočervenú farbu, ktorá sa potom zmení na modrú. Keď síran meďnatý reaguje s nitroprusidom sodným, vzniká svetlozelená zrazenina, nerozpustná vo vode a alkohole, ktorá sa používa na testovanie éterických olejov.
Analyticky sa železo zisťuje pôsobením jeho soli v alkalickom roztoku, žltej krvnej soli. Železité soli tvoria modrú zrazeninu pruskej modrej. Železné soli tvoria modrú zrazeninu Turnbullovej modrej, keď sú vystavené červenej krvnej soli. S tiokyanátom amónnym NH 4 CNS tvoria soli železitého železa rodonické železo Fe(CNS) 3, rozpustné vo vode s krvavočervenou farbou; S tanínom tvoria soli oxidu železa atrament. Intenzívnou farbou sa vyznačujú aj medené soli kyseliny sulfidovej železitej, ktoré nachádzajú uplatnenie (metóda Uvachrome) vo farebnej fotografii. Zo zlúčenín železa používaných v medicíne sú okrem spomínaných zlúčenín halogenidu železa dôležité: kovové železo (F. hydrogenio reductum), citrát železitý (F. Citricum - 20 % Fe), extrakt z malátu železitého (Extractum ferri pomatum). ), albuminát železa ( Liquor ferri albuminatum ), ferratín - bielkovinová zlúčenina so 6 % železa; ferratóza - roztok ferratínu, karniferín - zlúčenina železa s nukleínom (30% Fe); ferratogén z kvasinkového nukleínu (1% Fe), hematogén - 70% roztok hemoglobínu v glycerole, hemol - hemoglobín redukovaný zinkovým prachom.
Fyzikálne vlastnosti železa
Číselné údaje dostupné v literatúre charakterizujúce rôzne fyzikálne vlastnosti železa kolíšu kvôli ťažkostiam pri získavaní železa v chemicky čistom stave. Preto sú najspoľahlivejšie údaje získané pre elektrolytické železo, v ktorom celkový obsah nečistôt (C, Si, Mn, S, P) nepresahuje 0,01 – 0,03 %. Údaje uvedené nižšie sa vo väčšine prípadov týkajú takéhoto hardvéru. Pre ňu je bod topenia 1528 °C ± 3 °C (Ruer a Klesper, 1914) a bod varu je ≈ 2450 °C. V pevnom stave existuje železo v štyroch rôznych modifikáciách - α, β, γ a δ, pre ktoré sú celkom presne stanovené nasledujúce teplotné limity:
Prechod železa z jednej modifikácie na druhú sa zisťuje na krivkách chladenia a ohrevu kritickými bodmi, pre ktoré sú prijaté nasledujúce označenia:
Tieto kritické body sú znázornené na obr. 1 schematické krivky vykurovania a chladenia. Existencia modifikácií δ-, γ- a α-Fe sa v súčasnosti považuje za nespornú, ale nezávislá existencia β-Fe je sporná z dôvodu nedostatočne ostrého rozdielu medzi jeho vlastnosťami a vlastnosťami α-Fe. Všetky modifikácie železa kryštalizujú vo forme kocky, pričom α, β a δ majú priestorovú mriežku centrovanej kocky a γ-Fe má kocku so centrovanými plochami. Najvýraznejšie kryštalografické charakteristiky modifikácií železa sa získajú v röntgenových spektrách, ako je znázornené na obr. 2 (Westgreen, 1929). 
Z uvedených röntgenových záznamov vyplýva, že pre α-, β- a δ-Fe sú čiary röntgenového spektra rovnaké; zodpovedajú mriežke centrovanej kocky s parametrami 2,87, 2,90 a 2,93 A a pre γ-Fe spektrum zodpovedá mriežke kocky so centrovanými plochami a parametrami 3,63-3,68 A.
Špecifická hmotnosť železa sa pohybuje od 7,855 do 7,864 (Cross a Gill, 1927). Pri zahrievaní špecifická hmotnosť železa klesá v dôsledku tepelnej rozťažnosti, pre ktorú sa koeficienty zvyšujú s teplotou, ako ukazujú údaje v tabuľke 1. 1 (Driesen, 1914).
Pokles expanzných koeficientov v rozsahu 20-800 °C, 20-900 °C, 700-800 °C a 800-900 °C sa vysvetľuje anomáliami v expanzii pri prechode cez kritické body A C2 a A C3. Tento prechod je sprevádzaný kompresiou, obzvlášť výraznou v bode A C3, ako ukazujú krivky kompresie a expanzie na obr. 3. Tavenie železa je sprevádzané jeho expanziou o 4,4 % (Gonda a Enda, 1926). Tepelná kapacita železa je pomerne významná v porovnaní s inými kovmi a je vyjadrená pre rôzne teplotné rozsahy v hodnotách od 0,11 do 0,20 Cal, ako je uvedené v tabuľke. 2 (Obergoffer a Grosse, 1927) a na ich základe zostrojená krivka (obr. 4).
V uvedených údajoch sú transformácie A 2, A 3, A 4 a tavenie železa detegované tak jasne, že sa pre ne dajú ľahko vypočítať tepelné efekty: A 3 ... + 6,765 Cal, A 4 ... + 2,531 Cal , tavenie železa ... - 64,38 Cal (podľa S. Umino, 1926, - 69,20 Cal).
Železo sa vyznačuje približne 6-7 krát menšou tepelnou vodivosťou ako striebro a 2 krát menšou ako hliník; menovite tepelná vodivosť železa je rovnaká pri 0 °C - 0,2070, pri 100 °C - 0,1567, pri 200 °C - 0,1357 a pri 275 °C - 0,1120 Cal/cm·sec·°C. Najcharakteristickejšie vlastnosti železa sú magnetické, vyjadrené množstvom magnetických konštánt získaných počas celého cyklu magnetizácie železa. Tieto konštanty pre elektrolytické železo sú vyjadrené nasledujúcimi hodnotami v Gauss (Humlich, 1909 a 1918):
Pri prechode bodom A c2 feromagnetické vlastnosti železa takmer vymiznú a môžu. objavené len veľmi presnými magnetickými meraniami. V praxi sa β-, γ- a δ- modifikácie považujú za nemagnetické. Elektrická vodivosť železa pri 20 °C sa rovná R -1 m m/mm 2 (kde R je elektrický odpor železa rovný 0,099 Ω mm 2 /m). Teplotný koeficient elektrického odporu a0-100° x105 sa pohybuje od 560 do 660, kde
Spracovanie za studena (valcovanie, kovanie, ťahanie, razenie) má veľmi citeľný vplyv na fyzikálne vlastnosti železa. Ich % zmenu pri valcovaní za studena teda vyjadrujú nasledujúce čísla (Gerens, 1911): koercitívne napätie +323 %, magnetická hysterézia +222 %, elektrický odpor + 2 %, špecifická hmotnosť - 1 %, magnetická permeabilita - 65 %. Posledná okolnosť objasňuje výrazné kolísanie fyzikálnych vlastností, ktoré možno pozorovať medzi rôznymi výskumníkmi: vplyv nečistôt je často sprevádzaný vplyvom mechanického spracovania za studena.
O mechanických vlastnostiach čistého železa sa vie veľmi málo. Elektrolytické železo legované v dutine vykazovalo: pevnosť v ťahu 25 kg/mm2, predĺženie - 60%, stlačenie v priereze - 85%, tvrdosť podľa Brinella - od 60 do 70.
Štruktúra železa závisí od obsahu nečistôt v ňom (aj v malých množstvách) a od predbežnej úpravy materiálu. Mikroštruktúra železa, podobne ako iných čistých kovov, pozostáva z viac-menej veľkých zŕn (kryštalitov), tu nazývaných ferit
Veľkosť a ostrosť ich obrysov závisí od kap. arr. na rýchlosti ochladzovania železa: čím je nižšia, tým sú zrná vyvinutejšie a ich obrysy sú ostrejšie. Na povrchu sú zrná najčastejšie rôzne zafarbené v dôsledku rozdielnej kryštalografie, ich orientácie a rôznych leptacích účinkov činidiel v rôznych smeroch v kryštáli. Zrná sú často predĺžené v jednom smere v dôsledku mechanického spracovania. Ak spracovanie prebiehalo pri nízkych teplotách, tak na povrchu zŕn vznikajú šmykové čiary (Neumannove čiary), ako výsledok kĺzania jednotlivých častí kryštalitov po ich štiepnych rovinách. Tieto čiary sú jedným zo znakov tvrdnutia a zmien vlastností, ktoré boli uvedené vyššie.
Železo v hutníctve
Pojem železo sa v modernej metalurgii priraďuje iba kujnému železu, t. j. produktu s nízkym obsahom uhlíka, ktorý sa získava v cestovitom stave pri teplote, ktorá nie je dostatočná na roztavenie železa, ale je taká vysoká, že jeho jednotlivé častice sú navzájom dobre zvarené. , poskytujúci homogénny mäkký produkt po kovaní, neakceptujúci kalenie. Železo (v uvedenom zmysle slova) sa získava: 1) priamo z rudy v cestovitom stave procesom vyfukovania syra; 2) rovnakým spôsobom, ale pri nižšej teplote, nedostatočnej na zváranie častíc železa; 3) redistribúcia liatiny kritickým procesom; 4) prerozdelenie liatiny pudlingom.
1) Proces výroby syra v súčasnosti. čas využívajú len nekultúrne národy a v oblastiach, kam americké či európske železo vyrobené modernými metódami nemôže (pre nedostatok vhodných komunikačných prostriedkov) preniknúť. Proces sa vykonáva v otvorených syrových peciach a peciach. Surovinou pre ňu sú železná ruda (zvyčajne hnedá železná ruda) a drevené uhlie. Uhlie sa sype do kováčskej dielne v jej polovici, kde je privádzaný výbuch, zatiaľ čo ruda sa sype do haldy na opačnej strane. Oxid uhoľnatý vznikajúci v hrubej vrstve horiaceho uhlia prechádza celou hrúbkou rudy a pri vysokej teplote redukuje železo. K redukcii rudy dochádza postupne – od povrchu jednotlivých kusov až po jadro. Začína na vrchole hromady, zrýchľuje sa, keď sa ruda pohybuje do oblasti s vyššou teplotou; V tomto prípade sa oxid železitý najskôr premení na magnetický oxid, potom na oxid a nakoniec sa na povrchu kúskov rudy objaví kovové železo. Zároveň sa zemité nečistoty rudy (odpad) spoja s ešte neredukovaným oxidom železnatým a vytvoria tavnú železnú trosku, ktorá sa roztaví cez trhliny v kovovej škrupine, ktorá v každom kuse vytvorí akúsi škrupinu. z rudy. Po zahriatí na rozpálené teplo sa tieto škrupiny zvaria a vytvoria na dne pece hubovitú železnú hmotu - krity, preniknutú troskou. Aby sa oddelila od druhej, kritsa odobratá z kováčskej dielne sa rozreže na niekoľko častí, z ktorých každá sa po ochladení v tej istej kováčskej dielni kuje, varí na pásy alebo priamo na výrobky (domáce potreby, zbrane). V Indii sa proces vyfukovania syra dodnes uskutočňuje v peciach na vyfukovanie syra, ktoré sa od vyhní líšia len o niečo vyššou výškou - asi 1,5 m Steny pecí sú z hlinenej hmoty (nie tehly) a slúžia len jedna tavenina. Výfuk je privádzaný do pece cez jednu dúchaciu trubicu pomocou mechov poháňaných nohami alebo rukami. Do prázdnej pece sa vloží určité množstvo dreveného uhlia („nevyužitá škrupina“) a potom sa striedavo v samostatných vrstvách vloží ruda a uhlie, pričom množstvo prvého sa postupne zvyšuje, až kým nedosiahne pomer k uhliu určený skúsenosťami; hmotnosť všetkej naplnenej rudy je určená požadovanou hmotnosťou kritsa, ktorá je vo všeobecnosti bezvýznamná. Proces obnovy je rovnaký ako v vyhni; železo sa tiež úplne nezredukuje a výsledná krica na boku obsahuje veľa železnej trosky. Kritsa sa odstráni rozbitím kachlí a nakrája sa na kúsky s hmotnosťou 2 až 3 kg. Každý z nich sa zahrieva v vyhni a spracováva sa pod kladivom; výsledkom je vynikajúce mäkké železo, ktoré okrem iného slúži ako materiál na výrobu indických oceľových „woots“ (damašková oceľ). Jeho zloženie je nasledovné (v %):
Nevýznamný obsah prvkov - železných nečistôt - alebo ich úplná absencia sa vysvetľuje čistotou rudy, neúplnosťou redukcie železa a nízkou teplotou v peci. Vzhľadom na malé rozmery vyhní a pecí a frekvenciu ich prevádzky je spotreba dreveného uhlia veľmi vysoká. Vo Fínsku, Švédsku a na Urale sa železo tavilo v syrárskej peci Husgavel, v ktorej bolo možné regulovať proces redukcie a nasýtenia železa uhlíkom; spotreba uhlia v nej bola až 1,1 na jednotku železa, ktorého výťažnosť dosahovala 90 % obsahu v rude.
2) V budúcnosti by sme mali očakávať rozvoj výroby železa priamo z rudy nie procesom fúkania syra, ale redukciou železa pri teplote nedostatočnej na tvorbu trosky a dokonca aj na spekanie odpadovej rudy (1000 °C). Výhodou tohto procesu je možnosť použitia nízkokvalitných palív, eliminácia taviva a spotreby tepla na tavenie trosky.
3) Výroba kujného železa redistribúciou liatiny pecným procesom sa realizuje v peciach Ch. arr. vo Švédsku (u nás - na Urale). Na spracovanie sa taví špeciálna liatina, tzv. Lancashire, čo dáva najmenej odpadu. Obsahuje: 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.
Proces prebieha. arr.: vyhňa, oslobodená od téglika, ale so zrelou troskou konca procesu zostávajúca na spodnej doske, je naplnená uhlím, kap. arr. borovica, na ktorú je uložená liatina zohriata splodinami horenia v množstve 165-175 kg (na 3/8 m 2 prierezu ohniska pripadá 100 kg liatiny). Otáčaním ventilu vo vzduchovode je dúch smerovaný cez potrubia umiestnené v podklenbovom priestore pece a ohrieva sa tu na teplotu 150-200°C, čím sa zrýchľuje. tavenie liatiny. Tavné surové železo je neustále podopierané (pomocou páčidiel) na uhlí nad dúchačkami. Pri takejto práci je celá hmota liatiny vystavená oxidačnému pôsobeniu vzdušného kyslíka a oxidu uhličitého, prechádzajúceho cez spaľovaciu zónu vo forme kvapiek. Ich veľký povrch prispieva k rýchlej oxidácii železa a jeho nečistôt – kremíka, mangánu a uhlíka. V závislosti od obsahu týchto nečistôt ich liatina vo väčšej alebo menšej miere stráca skôr, ako sa zhromaždí na dne ohniska. Keďže liatina s nízkym obsahom kremíka a mangánu sa spracováva vo švédskej vyhni, pri prechode cez horizont dúchadiel stráca všetok Si a Mn (ktorých oxidy tvoria hlavnú trosku s oxidom železnatým) a významnú časť uhlíka. Tavenie liatiny trvá 20-25 minút. Na konci tohto procesu sa do vyhne uvoľní studený prúd. Kov, ktorý sa usadil na dne ohniska, začne reagovať s tam umiestnenými zrelými troskami, ktoré obsahujú veľký prebytok (v porovnaní s množstvom oxidu kremičitého) oxidov železa - Fe 3 O 4 a FeO, ktoré oxidujú uhlík uvoľňovanie oxidu uhoľnatého, ktorý spôsobí varenie celého kovu. Keď kov zhustne (zo straty uhlíka) a „sedí ako tovar“, tento sa zdvihne páčidlami nad dúchadlá, opäť sa uvoľní horúci prúd a „komodita“ sa roztaví.
Pri sekundárnom tavení sa kov oxiduje kyslíkom z výbuchu aj z trosky, ktorá sa z neho taví. Po prvom vzostupe kov padá na dno kováčskej dielne, dostatočne mäkký na to, aby zbieral krity z niektorých jeho najzrelších častí. Ale predtým, pri použití kremíkových tried liatiny, bolo potrebné uchýliť sa k druhému a dokonca tretiemu zdvíhaniu tovaru, čo samozrejme znížilo produktivitu kováčskej dielne, zvýšilo spotrebu paliva a železný odpad. Výsledky práce boli ovplyvnené vzdialenosťou dúchadiel od spodnej dosky (hĺbka ohniska) a sklonom dúchadiel: čím strmšia je dúchadlá a čím plytšia hĺbka ohniska, tým väčší je účinok dúchadiel. oxidačná atmosféra na kove. Miernejší sklon dúchadiel, ako aj väčšia hĺbka ohniska znižuje priamy účinok kyslíka vo výbuchu, čím dáva väčšiu úlohu pôsobeniu trosky na nečistoty železa; oxidácia u nich je pomalšia, ale bez železného odpadu. Za akýchkoľvek daných podmienok je najvýhodnejšia poloha dúchadiel vzhľadom na spodnú dosku určená skúsenosťami; v modernej švédskej vyhni je oko dúchača inštalované vo vzdialenosti 220 mm od spodnej dosky a sklon dúchadiel sa mení v tesnej blízkosti - od 11 do 12°.
Výsledná krica na dne pece, na rozdiel od pece na vyfukovanie syra, obsahuje veľmi málo mechanicky unášanej trosky; Pokiaľ ide o chemické nečistoty železa, potom môžu byť Si, Mn a C. úplne odstránená (analýzou indikovaný zanedbateľný obsah Si a Mn je súčasťou mechanickej nečistoty - trosky) a síra je odstránená len čiastočne, oxidovaná fúkaním pri tavení. Zároveň sa oxiduje aj fosfor, ktorý ide do trosky vo forme fosforovo-železitej soli, no tá sa potom redukuje uhlíkom a výsledný kov môže obsahovať ešte relatívne viac fosforu (zo železného odpadu) ako pôvodný kov. liatina. To je dôvod, prečo Švédsko používa na získanie prvotriedneho kovu na export iba liatinu, ktorá je čistá z hľadiska P. Hotová kritsa vybratá z kováčskej dielne sa rozreže na tri časti (každá 50 – 55 kg) a stlačí sa kladivom, čím vznikne vzhľad rovnobežnostena.
Trvanie procesu prerozdeľovania vo švédskej vyhni je od 65 do 80 minút; za deň vychádza od 2,5 do 3,5 tony stlačených kusov „na oheň“, so spotrebou dreveného uhlia iba 0,32-0,40 na jednotku hotového materiálu a jeho výťažnosť je od 89 do 93,5% liatiny určenej na spracovanie. Najnovšie sa vo Švédsku uskutočnili úspešné experimenty s prerozdeľovaním tekutého surového železa odoberaného z vysokých pecí a s urýchlením varného procesu miešaním kovu pomocou mechanických hrablí; zároveň sa strata odpadu znížila na 7% a spotreba uhlia - na 0,25.
Nasledujúce údaje (v %) poskytujú predstavu o chemickom zložení švédskeho a južného Uralu:
Švédske železo má zo všetkých druhov priemyselne vyrábaného železa najbližšie k chemicky čistému a namiesto druhého sa používa v laboratórnej praxi a výskumných prácach. Od surového železa sa líši svojou rovnomernosťou a od najmäkšieho kovu v otvorenom ohni (liatina) v neprítomnosti mangánu; vyznačuje sa najvyšším stupňom zvariteľnosti, ťažnosti a kujnosti. Švédska liatina vykazuje nízku pevnosť v ťahu - len asi 30 kg/mm2, s predĺžením 40% a zmenšením prierezu o 75%. V súčasnosti ročná produkcia kryogénneho železa vo Švédsku klesla na 50 000 ton, pretože po vojne v rokoch 1914-18. Rozsah priemyselných aplikácií tohto železa bol značne obmedzený. Najväčšie množstvo sa ho používa na výrobu (v Anglicku a Nemecku) najvyšších tried nástrojových a špeciálnych ocelí; v samotnom Švédsku sa z neho vyrába špeciálny drôt („kvetinový drôt“), podkovovité klince, ktoré sa dajú ľahko kovať za studena, reťaze a pásové polotovary na zvárané rúry. Pre posledné dva účely sú dôležité najmä vlastnosti liatiny: spoľahlivá zvárateľnosť a pri potrubiach navyše najvyššia odolnosť proti hrdzi.
4) Rozvoj výroby železa ako kritického procesu znamenal ničenie lesov; po tom, čo boli tieto v rôznych krajinách vzaté pod ochranu zákona, ktorý obmedzoval ich ťažbu na ročný prírastok, Švédsko a potom Rusko - zalesnené krajiny oplývajúce vysoko kvalitnými rudami - sa stali hlavnými dodávateľmi železa na medzinárodnom trhu počas celého 18. storočia . V roku 1784 Angličan Cort vynašiel puddling - proces opätovného delenia liatiny na ohnisku ohnivej pece, v ktorej sa spaľovalo uhlie. Po Cortovej smrti zaviedli Rogers a Gall výrazné vylepšenia konštrukcie pudlovacej pece, ktoré prispeli k rýchlemu rozšíreniu pudlovania vo všetkých priemyselných krajinách a úplne zmenili charakter a rozsah ich výroby železa počas prvej polovice 19. storočia. Tento proces produkoval masu kovu, ktorá bola potrebná na stavbu železných lodí, železníc, lokomotív, parných kotlov a automobilov.
Palivom na kaluže je uhlie s dlhým plameňom, ale tam, kde nie je k dispozícii, sme sa museli uchýliť k hnedému uhliu a tu na Urale k palivovému drevu. Borovicové palivové drevo vytvára dlhší plameň ako uhlie; dobre hreje, ale vlhkosť dreva by nemala presiahnuť 12%. Následne sa na pudling na Urale použila regeneračná pec Siemens. Napokon v USA aj u nás (v povodí Volhy a Kamy) fungovali pudlovacie pece na olej striekaný priamo do pracovného priestoru pece.
Na urýchlenie spracovania a zníženie spotreby paliva je vhodné mať studenú pudlingovú liatinu; pri tavení na koks však produkt produkuje veľa síry (0,2 až 0,3 %) a pri vysokom obsahu fosforu v rude aj fosfor. Pre bežné komerčné druhy železa sa predtým vo veľkých množstvách tavila taká liatina s nízkym obsahom kremíka (menej ako 1 %), nazývaná surové železo. Drevené uhlie, ktoré sa spracovávalo na Urale a v strednom Rusku, neobsahovalo síru a vyrábalo produkt, ktorý sa používal aj na výrobu strešných krytín. Pudlovanie v súčasnosti slúži na výrobu kvalitného kovu podľa špeciálnych špecifikácií, a preto sa do pudlovacích pecí nedodáva obyčajné surové železo, ale kvalitné surové železo, napríklad mangán alebo „hematit“ (nízky obsah fosforu), alebo naopak. , vysoký obsah fosforu na výrobu orechového železa. Nižšie je uvedený obsah (v %) hlavných prvkov v niektorých typoch liatiny používaných na pudling:
Pudlovacia pec na konci predchádzajúcej operácie má zvyčajne na ohnisku normálne množstvo trosky, aby mohla pracovať s ďalšou vsádzkou. Pri spracovaní vysokokremičitej liatiny zostáva v peci veľa trosky, ktorá sa musí vypustiť; naopak, biela liatina odchádza pod pecou „na sucho“ a práca sa musí začať hádzaním potrebného množstva trosky na spodok, ktorý sa odoberá spod kladiva („zrelý“, najbohatší na magnetický oxid). Na trosku sa hádže vsádzka liatiny zohriata v liatinovom hrnci (250-300 kg v bežných peciach a 500-600 kg v dvojitých peciach); potom sa do ohniska vhodí čerstvá časť paliva, mriežky sa vyčistia a v peci sa vytvorí plný ťah. Do 25-35 minút. taveniny liatiny, podstupujúce b. alebo m. výrazná zmena v jeho zložení. Pevná liatina sa oxiduje kyslíkom plameňa a železo, mangán a kremík vytvárajú dvojitý kremičitan, ktorý steká dolu do pece; tavením liatiny sa obnažujú ďalšie a ďalšie vrstvy pevnej liatiny, ktorá tiež oxiduje a taví. Na konci doby tavenia sa na ohnisku získajú dve tekuté vrstvy - liatina a troska, na kontaktnom povrchu ktorých prebieha proces oxidácie uhlíka magnetickým oxidom železa, aj keď v slabej miere, o čom svedčia bubliny oxidu uhoľnatého uvoľneného z kúpeľa. V závislosti od obsahu kremíka a mangánu v liatine ich v roztavenom kove zostáva nerovnaké množstvo: v liatine s nízkym obsahom kremíka alebo bielej liatine - tavenie koksu - kremík pri tavení vo väčšine prípadov úplne vyhorí; niekedy určité množstvo zostáva v kove (0,3-0,25%), ako aj mangán. Fosfor v tomto čase tiež oxiduje a mení sa na soľ fosforu železa. V dôsledku znižovania hmotnosti kovu pri vyhorení vyššie uvedených nečistôt sa môže percentuálny obsah uhlíka dokonca zvýšiť, hoci časť z neho je nepochybne spálená kyslíkom plameňa a troskou pokrývajúcou prvé časti roztaveného kovu. kov.
Na urýchlenie vyhorenia zvyšného množstva kremíka, mangánu a uhlíka sa uchyľujú k puddlovaniu, teda miešaniu liatiny s troskou pomocou palice s koncom ohnutým do pravého uhla. Ak je kov tekutý (sivá liatina, vysoko uhlíkaté), miešanie nedosiahne cieľ a kúpeľ sa najskôr zahustí vhodením studenej zrelej trosky alebo znížením ťahu sa v peci vytvorí neúplné spaľovanie , sprevádzaný silne dymiacim plameňom (varením). Po niekoľkých minútach, počas ktorých sa neustále mieša, sa na povrchu kúpeľa objavia hojné bubliny horiaceho oxidu uhoľnatého - produktu oxidácie liatinového uhlíka kyslíkom magnetického oxidu rozpusteného v hlavnej železnej troske. Ako proces postupuje, oxidácia C sa zintenzívňuje a mení sa na prudké „varenie“ celej hmoty kovu, ktoré je sprevádzané opuchom a takým výrazným zväčšením objemu, že časť trosky pretečie cez prah pracovných otvorov. S vyhorením C sa teplota topenia kovu zvyšuje a aby var pokračoval, teplota v peci sa neustále zvyšuje. Varenie dokončené pri nízkej teplote produkuje surový produkt, t. j. vysoko uhlíkovú hubovitú hmotu železa, ktorá nie je schopná zvárania; zrelý tovar „sedí“ v horúcej peci. Proces oxidácie železných nečistôt v pudlovacej peci sa začína vďaka kyslíku trosky, ktorá je zliatinou oxidu kremičitého železa (Fe 2 SiO 4) s magnetickým oxidom a oxidom železa rôzneho zloženia. V anglických peciach je zloženie oxidovej zmesi vyjadrené vzorcom 5Fe 3 O 4 5 FeO; na konci varu je pomer oxidov v ochudobnenej troske vyjadrený vzorcom Fe 3 O 4 5FeO, t.j. 80 % celkového magnetického oxidu trosky sa zúčastňuje procesu oxidácie. Môžu sa vyskytnúť oxidačné reakcie. reprezentované nasledujúcimi termochemickými rovnicami:
Ako je zrejmé z týchto rovníc, oxidácia Si, P a Mn je sprevádzaná uvoľňovaním tepla, a preto ohrieva kúpeľ, zatiaľ čo oxidácia C pri redukcii Fe 3 O 4 na FeO teplo absorbuje a preto vyžaduje vysokú teplotu. To vysvetľuje postup odstraňovania železných nečistôt a skutočnosť, že vyhorenie uhlíka sa rýchlejšie skončí v horúcej peci. K redukcii Fe304 na kov nedochádza, pretože to vyžaduje vyššiu teplotu ako je teplota, pri ktorej dochádza k „varu“.
Scvrknutý „výrobok“, aby sa stal dobre zvareným železom, stále potrebuje naparovanie: výrobok sa nechá niekoľko minút v rúre a z času na čas sa prevráti páčidlami a jeho spodné časti sa umiestnia na vrch; Pri spoločnom pôsobení kyslíka plameňa a trosiek, ktoré prenikajú celou hmotou železa, uhlík v tomto čase naďalej horí. Akonáhle sa získa určité množstvo dobre zvareného kovu, začnú sa z neho valiť krity, čím sa zabráni zbytočnej oxidácii. Celkovo sa tovar, keď dozrieva, zroluje od 5 do 10 krít (nie viac ako 50 kg každý); Zrná sú udržiavané (sparené) na prahu v oblasti najvyššej teploty a podávané pod kladivo na stlačenie, čím sa dosiahne uvoľnenie trosky a dá im tvar kusu (rez od 10x10 do 15x15 cm ), vhodné na rolovanie v kotúčoch. Tí, ktorí ich nasledujú, postupujú vpred na miesto vydaných krít, až do posledného. Doba trvania procesu výroby vysokokvalitného kovu (vláknité železo) zo zrelej (vysokouhlíkovej) liatiny s dreveným uhlím na Urale bola nasledovná: 1) výsadba liatiny - 5 minút, 2) tavenie - 35 minút, 3) dusenie - 25 minút, 4) pudling (mixovanie) - 20 min., 5) varenie tovaru v pare - 20 min., 6) valcovanie a varenie v pare - 40 min., 7) dávkovanie kríkov (10-11 ks) - 20 min.; celkom - 165 min. Pri opracovaní bielej liatiny s použitím bežného komerčného železa sa trvanie procesu skrátilo (v západnej Európe) na 100 a dokonca 75 minút.
Čo sa týka výsledkov práce, tie sa v rôznych hutníckych oblastiach líšili v závislosti od druhu paliva, kvality liatiny a druhu vyrábaného železa. Uralské pece pracujúce na dreve dávali výťažnosť použiteľného železa na 1 m 3 dreva od 0,25 do 0,3 tony; Naša spotreba ropy na jednotku železa je 0,33, uhlia v európskych peciach je od 0,75 do 1,1. Denná produktivita našich veľkých pecí (600 kg liatiny) pri práci na sušenom palivovom dreve bola 4-5 ton; výťažnosť materiálu vhodného na výrobu strešnej krytiny bola 95-93% z množstva liatiny prijatej na spracovanie. V Európe je denná produktivita bežných pecí (vsádzka 250 - 300 kg) asi 3,5 tony s odpadom 9% a pre vysokokvalitné železo - 2,5 tony s odpadom 11%.
Z hľadiska chemického zloženia a fyzikálnych vlastností je pudlovacie železo na jednej strane oveľa horší produkt ako liatina a na druhej strane liatina. Bežné druhy železa, ktoré sa predtým vyrábali v západnej Európe, obsahovali veľa síry a fosforu, pretože sa vyrábali z nečistého koksárenského železa a obe tieto škodlivé nečistoty sa len čiastočne menia na trosku; množstvo trosky v pudlingovom železe je 3-6% vo vysokokvalitnom kove nepresahuje 2%. Prítomnosť trosky výrazne znižuje výsledky mechanických skúšok pudingového železa. Nižšie sú uvedené niektoré údaje v % charakterizujúce pudling železo - bežné západoeurópske a dobré Ural:
Cennou vlastnosťou, pre ktorú je v súčasnosti podporovaná výroba pudingového železa, je jeho vynikajúca zvárateľnosť, ktorá je niekedy mimoriadne dôležitá z hľadiska bezpečnosti. Špecifikácie železníc spoločnosti vyžadujú výrobu spojovacích zariadení, tyčí pre spínače a svorníkov z kaluže. Pre lepšiu odolnosť proti korozívnym účinkom vody sa pudlovacie železo používa aj na výrobu vodovodných potrubí. Vyrábajú sa z neho aj orechy (hrubozrnný fosforový kov) a kvalitné vláknité železo na nity a reťaze.
Štruktúra tepaného železa, zistiteľná pod mikroskopom aj pri malom zväčšení, sa vyznačuje prítomnosťou čiernych a svetlých zložiek vo fotografickom obraze; prvé patria k troske a druhé k zrnám alebo vláknam železa získaným ťahaním kovu.
Obchodovanie so železom
Hutnícke závody vyrábajú dva hlavné typy železa pre priemyselné potreby: 1) plechové a 2) profilové železo.
Plechy sa v súčasnosti valcujú do šírky 3 m; s hrúbkou 1-3 mm nazývame tenko valcovaný; od 3 mm a vyššie (zvyčajne do 40 mm) - kotol, nádrž, loď, podľa účelu, ktorému zodpovedá zloženie a mechanické vlastnosti materiálu. Kotlová žehlička je najmäkšia; zvyčajne obsahuje 0,10-0,12% C, 0,4-0,5% Mn, P a S - každý nie viac ako 0,05%; jeho dočasná pevnosť v ťahu nie je platná. viac ako 41 kg/mm2 (ale nie menej ako 34 kg/mm2), predĺženie pri pretrhnutí - asi 28%. Zásobníkové železo je tvrdšie a odolnejšie; obsahuje 0,12 až 0,15 % C; 0,5-0,7 % Mn a nie viac ako 0,06 % P aj S; pevnosť v ťahu 41-49 kg/mm2, ťažnosť 25-28%. Dĺžka plechov kotlového a zásobníkového železa sa nastavuje na objednávku v súlade s rozmermi výrobku znitovaného z plechov (aby sa predišlo zbytočným švom a lemovaniu), zvyčajne však nepresahuje 8 m, pretože pre tenké plechy je obmedzená. ich rýchlym ochladením počas procesu valcovania a pri hrubých plechoch - hmotnosťou ingotu .
Plech s hrúbkou menšou ako 1 mm sa nazýva čierny cín; používa sa na výrobu pocínovaného plechu a ako strešný materiál. Na posledný účel v ZSSR valcujú plechy s rozmermi 1422 x 711 mm, s hmotnosťou 4-5 kg, s hrúbkou 0,5-0,625 mm. Strešné železo vyrábajú továrne v baleniach s hmotnosťou 82 kg. V zahraničí je čierny cín klasifikovaný v obchode podľa špeciálnych čísel kalibru - od 20 do 30 (bežná hrúbka nemeckého cínu je od 0,875 do 0,22 mm a anglického cínu je od 1,0 do 0,31 mm). Cín sa vyrába z najmäkšej liatiny s obsahom 0,08 – 0,10 % C, 0,3 – 0,35 % Mn, ak je vyrobený z uhoľnej liatiny (našej), a 0,4 – 0,5 % Mn, ak je východiskovým materiálom koksárenské železo; pevnosť v ťahu - od 31 do 34 kg / mm 2, predĺženie - 28-30%. Druhom plechu je vlnitý plech. Delí sa podľa charakteru vĺn na železo s nízkymi a vysokými vlnami; v prvom sa pomer šírky vlny k hĺbke pohybuje od 3 do 4, v druhom 1-2. Vlnitý plech sa vyrába s hrúbkou 0,75-2,0 mm a šírkou plechu 0,72-0,81 m (s nízkymi vlnami) a 0,4-0,6 m (s vysokými vlnami). Vlnitý plech sa používa na strechy, steny ľahkých konštrukcií, žalúzie a pri vysokých vlnách sa navyše používa na stavbu bezkrokvových podláh.
Triedne železo je rozdelené do dvoch tried podľa tvaru prierezu: obyčajné triedené železo a tvarové železo.
Prvá trieda zahŕňa okrúhle železo (s priemerom menším ako 10 mm nazývané drôt), štvorcové, ploché alebo pásové. Ten je zase rozdelený na: samotný pásový pás - od 10 do 200 mm široký a viac ako 5 mm hrubý; obruč - rovnaká šírka, ale hrúbka od 5 do 1 mm, označená číslom kalibru (od 3 do 19 normálneho nemeckého a od 6 do 20 nového anglického kalibru); pneumatika - šírka od 38 do 51 mm a hrúbka do 22 mm; univerzálne - od 200 do 1000 mm široké a minimálne 6 mm hrubé (valcované v špeciálnych kotúčoch - univerzálne). Obe pneumatiky a obručové železo vyrábajú továrne v kotúčoch, valcovaný drôt - vo zvitkoch; iné odrody sú vo forme rovných (narovnaných) pásov, zvyčajne nie dlhších ako 8 m (normálne - od 4,5 do 6 m), ale na špeciálnu objednávku pre betónové konštrukcie sa pásy režú až do dĺžky 18 mm a niekedy aj viac .
Hlavné typy tvarovaného železa: rohové (rovnaké a nerovnaké), krabicové (kanálové), v tvare T, I-nosníky (nosníky), stĺpové (štvorcové) a zeta železo; Existujú aj niektoré ďalšie menej bežné typy tvarovaného železa. Podľa nášho bežného metrického sortimentu sú rozmery tvarovky označené číslom profilu (č. je číslo, viď šírka police alebo najvyššia výška profilu). Uhlové nerovnaké a T-železo majú dvojité č.; napríklad č. 16/8 znamená roh s policami 16 a 8 cm alebo triko s policou 16 cm a výškou trička 8 cm Nami valcované najťažšie profily z tvarovky: č. 15 - rohové č 30 - žľab, č. 40 - I-nosník.
Zloženie obyčajného zvárateľného železa: 0,12% C, 0,4% Mn, menej ako 0,05% P a S - každý; jeho pevnosť v ťahu je 34-40 kg/mm2; ale okrúhle železo na nity je vyrobené z mäkšieho materiálu so zložením: menej ako 0,10 % C, 0,25 až 0,35 % Mn, približne 0,03 % P a S každý. Pevnosť v ťahu je 32-35 kg/mm2 a predĺženie je 28-32%. Tvarované, nezvárané, ale nitované železo („konštrukčná oceľ“) obsahuje: 0,15 - 0,20 % C, 0,5 % Mn, do 0,06 % P a S - každé; jeho pevnosť v ťahu je 40-50 kg/mm2, ťažnosť 25-20%. Na výrobu orechov sa vyrába železo (Thomas iron), obsahujúce asi 0,1 % C, ale od 0,3 do 0,5 % P (čím väčšie orechy, tým viac P). V zahraničí sa pre potreby špeciálnych valcovní používa v obchode polotovar - štvorcový predvalok, zvyčajne v priereze 50 x 50 mm.
Železo vo svojej čistej forme je tvárny sivý kov, ktorý sa dá ľahko spracovať. A predsa je pre človeka prvok Fe praktickejší v kombinácii s uhlíkom a inými nečistotami, ktoré umožňujú tvorbu kovových zliatin – ocele a liatiny. 95 % – presne toľko zo všetkých kovových výrobkov vyrobených na planéte obsahuje železo ako hlavný prvok.
Železo: história
Prvé železné výrobky vyrobené človekom datujú vedci do 4. tisícročia pred Kristom. e., a štúdie ukázali, že na ich výrobu bolo použité meteorické železo, ktoré sa vyznačuje 5-30 percentným obsahom niklu. Je to zaujímavé, ale kým ľudstvo nezvládlo ťažbu Fe jeho tavením, železo bolo cenené viac ako zlato. Bolo to vysvetlené skutočnosťou, že pevnejšia a spoľahlivejšia oceľ bola oveľa vhodnejšia na výrobu nástrojov a zbraní ako meď a bronz.
Starí Rimania sa naučili vyrábať prvú liatinu: ich pece dokázali zvýšiť teplotu rudy na 1400 o C, pričom liatine stačilo 1100-1200 o C. Následne získali aj čistú oceľ, bod tavenia o ktorá, ako je známe, je 1535 stupňov Celzia.
Chemické vlastnosti Fe
S čím interaguje železo? Železo interaguje s kyslíkom, čo je sprevádzané tvorbou oxidov; s vodou v prítomnosti kyslíka; s kyselinou sírovou a chlorovodíkovou:
- 3Fe+202 = Fe304
- 4Fe+302+6H20 = 4Fe(OH)3
- Fe+H2S04 = FeS04+H2
- Fe+2HCl = FeCl2+H2
Tiež železo reaguje na alkálie iba vtedy, ak sú to taveniny silných oxidačných činidiel. Železo pri normálnej teplote nereaguje s oxidačnými činidlami, ale vždy začne reagovať, keď sa zvýši.
Použitie železa v stavebníctve
Využitie železa v stavebníctve dnes nemožno preceňovať, pretože kovové konštrukcie sú základom absolútne každej modernej budovy. V tejto oblasti sa Fe používa v bežných oceliach, liatine a kujnom železe. Tento prvok sa nachádza všade, od kritických štruktúr až po kotviace skrutky a klince. 
Výstavba stavebných konštrukcií z ocele je oveľa lacnejšia a môžeme hovoriť aj o vyšších sadzbách výstavby. To výrazne zvyšuje využitie železa v stavebníctve, zatiaľ čo samotný priemysel si osvojuje používanie nových, efektívnejších a spoľahlivejších zliatin na báze Fe.
Použitie železa v priemysle
Použitie železa a jeho zliatin - liatiny a ocele - je základom modernej výroby obrábacích strojov, lietadiel, nástrojov a iných zariadení. Vďaka kyanidom a oxidom Fe sa pri úprave vody používajú sírany železa; Ťažký priemysel je úplne nemysliteľný bez použitia zliatin na báze Fe+C. Jedným slovom, železo je nenahraditeľný, no zároveň dostupný a relatívne lacný kov, ktorý má ako súčasť svojich zliatin takmer neobmedzený rozsah použitia. 
Použitie železa v medicíne
Je známe, že každý dospelý človek obsahuje až 4 gramy železa. Tento prvok je mimoriadne dôležitý pre fungovanie organizmu, najmä pre zdravie obehového systému (hemoglobín v červených krvinkách). Existuje veľa liekov na báze železa, ktoré môžu zvýšiť hladiny Fe, aby sa zabránilo rozvoju anémie z nedostatku železa.
Ciele lekcie:
- Oboznámiť žiakov s prvkom sekundárnej skupiny periodickej tabuľky – železom, jeho štruktúrou, vlastnosťami.
- Poznať umiestnenie železa v prírode, spôsoby jeho získavania, použitie, fyzikálne vlastnosti.
- Vedieť charakterizovať železo ako prvok sekundárnej podskupiny.
- Vedieť dokázať chemické vlastnosti železa a jeho zlúčenín, napísať reakčné rovnice v molekulárnej, iónovej, redoxnej forme.
- Rozvíjať zručnosti študentov pri zostavovaní rovníc reakcií so železom, formovať vedomosti študentov o kvalitatívnych reakciách na ióny železa.
- Pestovať záujem o predmet.
Vybavenie:železo (prášok, špendlík, tanier), síra, kyslíková banka, kyselina chlorovodíková, síran železitý, chlorid železitý, hydroxid sodný, červené a žlté krvné soli.
POČAS VYUČOVANIA
I. Organizačný moment
II. Kontrola domácich úloh
III. Učenie nového materiálu
1. Predstavenie učiteľa.
– Význam železa v živote, jeho úloha v dejinách civilizácie. Jedným z najbežnejších kovov v zemskej kôre je železo. Začal sa používať oveľa neskôr ako iné kovy (meď, zlato, zinok, olovo, cín), čo je s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobené nízkou podobnosťou železnej rudy s kovom. Pre primitívnych ľudí bolo veľmi ťažké si uvedomiť, že kov sa dá získať z rudy, ktorá sa dá úspešne použiť pri výrobe rôznych predmetov, bolo to kvôli nedostatku nástrojov a potrebných zariadení na organizáciu takéhoto procesu. Kým sa človek naučil ťažiť železo z rudy a vyrábať z nej oceľ a liatinu, uplynulo dosť času.
Železné rudy sú v súčasnosti nevyhnutnou surovinou pre hutníctvo železa, teda tie nerasty, bez ktorých sa nezaobíde žiadna vyspelá priemyselná krajina. Ročná svetová produkcia železnej rudy je približne 350 000 000 ton. Používajú sa na tavenie železa (obsah uhlíka 0,2-0,4%), liatiny (2,5-4% uhlíka), ocele (2,5-1,5% uhlíka Oceľ má v priemysle najrozšírenejšie využitie ako železo a liatina, ktorá je). prečo je väčší dopyt po jeho tavení.
Na tavenie liatiny zo železných rúd sa používajú vysoké pece, ktoré bežia na uhlí alebo koks a železo sa taví z liatiny v dozvukových peciach s otvoreným ohniskom, Bessemerovými konvertormi alebo Thomasovou metódou.
Železné kovy a ich zliatiny majú veľký význam v živote a rozvoji ľudskej spoločnosti. Všetky druhy domácich a spotrebných predmetov sú vyrobené zo železa. Stovky miliónov ton ocele a liatiny sa používajú na stavbu lodí, lietadiel, železničnej dopravy, áut, mostov, železníc, rôznych budov, zariadení a iných vecí. Neexistuje odvetvie poľnohospodárstva a priemyslu, v ktorom by sa nepoužívalo železo a jeho rôzne zliatiny.
Tých niekoľko minerálov, ktoré sa bežne vyskytujú v prírode a obsahujú železo, je železná ruda. Medzi takéto minerály patria: hnedá železná ruda, hematit, magnetit a iné, ktoré tvoria veľké ložiská a zaberajú obrovské územia.
Chemická príbuznosť magnetitu alebo magnetickej železnej rudy, ktorá má železno-čiernu farbu a jedinečnú vlastnosť - magnetizmus, je zlúčenina pozostávajúca z oxidu železa a oxidu železa. V prírodnom prostredí sa vyskytuje ako vo forme zrnitých alebo pevných hmôt, tak aj vo forme dobre tvarovaných kryštálov. Železná ruda je najbohatšia na obsah kovového železa v magnetite (až 72 %).
Najväčšie ložiská magnetitových rúd v našej krajine sa nachádzajú na Urale, v pohorí Vysokaya, Blagodat, Magnitnaya, v niektorých oblastiach Sibíri - povodie rieky Angara, pohorie Shoria, na území polostrova Kola.
2. Pracujte s triedou. Charakteristika železa ako chemického prvku
a) Pozícia v periodickej tabuľke:
Cvičenie 1. Určiť polohu železa v periodickej tabuľke?
odpoveď:Železo sa nachádza v 4. hlavnej perióde, párny rad, 8. skupina, vedľajšia skupina.
b) štruktúra atómu:
Úloha 2. Nakreslite zloženie a štruktúru atómu železa, elektrónový vzorec a bunky.
odpoveď: Fe +3 2) 8) 14) 2) kov
p = 26
e = 26
n = (56 – 26) = 301 s 2 2 s 2 2 s 6 3 s 2 3 s 6 3 s 6 4 s 2
Otázka. Na ktorých vrstvách železa sa nachádzajú valenčné elektróny? prečo?
Odpoveď. Valenčné elektróny sa nachádzajú na poslednej a predposlednej vrstve, keďže ide o prvok sekundárnej podskupiny.
Železo je klasifikované ako d-prvok je súčasťou triády prvkov - kovy (Fe-Co-Ni);
c) redoxné vlastnosti železa:
Otázka.Čo je železo - oxidačné činidlo alebo redukčné činidlo? Aké oxidačné stavy a mocenstvo vykazuje?
odpoveď:
Fe 0 – 2e = Fe +3) redukčné činidlo
Fe 0 – 3e = Fe +3
s.o.+ 2,+ 3; valencia = II a III, valencia 7 – nezobrazuje sa;
d) zlúčeniny železa:
FeO – zásaditý oxid
Fe(OH) 2 – nerozpustná zásada
Fe 2 O 3 – oxid so známkami amfoterity
Fe(OH) 3 – zásada so znakmi amfoterity
Prchavé zlúčeniny vodíka nie sú.
d) pobyt v prírode.
Železo je druhý najrozšírenejší kov v prírode (po hliníku sa železo nachádza iba v meteoritoch).
FeO*3HO – hnedá železná ruda,
FeO – červená železná ruda,
FeO (FeO*FeO) – magnetická železná ruda,
FeS – pyrit železa (pyrit)
Zlúčeniny železa sa nachádzajú v živých organizmoch.
3. Charakteristika jednoduchej látky železo
a) molekulová štruktúra, typ väzby, typ kryštálovej mriežky (nezávislá);
b) fyzikálne vlastnosti železa
Železo je strieborno-šedý kov, ktorý má veľkú kujnosť, ťažnosť a silné magnetické vlastnosti. Hustota železa je 7,87 g/cm3, teplota topenia je 1539 t o C.
c) chemické vlastnosti železa:
Atómy železa darujú elektróny v reakciách a vykazujú oxidačné stavy + 2, + 3 a niekedy + 6.
V reakciách je železo redukčným činidlom. Pri bežných teplotách však neinteraguje ani s najaktívnejšími oxidačnými činidlami (halogény, kyslík, síra), ale pri zahriatí sa stáva aktívnym a reaguje s nimi:
2Fe +3Cl2 = 2FeCl3 Chlorid železitý
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) Oxid železitý
Fe + S = FeS Sulfid železnatý
Pri veľmi vysokých teplotách železo reaguje s uhlíkom, kremíkom a fosforom.
3Fe + C = Fe 3 C Karbid železa (cementit)
3Fe + Si = Fe 3 Si Silicid železa
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 Fosfid železa
Železo reaguje s komplexnými látkami.
Vo vlhkom vzduchu železo rýchlo okysľuje (koroduje):
4Fe + 302 + 6H20 = 4Fe(OH) 3
Fe(OH)3 ––> FeOOH + H20
Hrdza
Železo je v strede elektrochemického napäťového radu kovov, preto je to kov priemerná aktivita. Redukčná schopnosť železa je menšia ako schopnosť alkálií, kovov alkalických zemín a hliníka. Len pri vysokých teplotách reaguje horúce železo s vodou:
3Fe + 4H20 = Fe304 + 4H2
Železo reaguje so zriedenou kyselinou sírovou a chlorovodíkovou a vytláča z nich vodík:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + H2S04 = FeS04 + H2
Feo + 2H+ = Fe2+ + H20
Pri bežných teplotách železo neinteraguje s koncentrovanou kyselinou sírovou, pretože sa ňou pasivuje, koncentrovaná kyselina sírová oxiduje železo na síran železitý:
2Fe + 6H2S04 = Fe2(S04)3 + 3S02 + 6H20
Zriedená kyselina dusičná oxiduje železo na dusičnan železitý:
Fe + 4HN03 = Fe(N03)3 + NO + 2H20
Koncentrovaná kyselina dusičná pasivuje železo.
Zo soľných roztokov železo vytláča kovy, ktoré sa nachádzajú napravo od neho v sérii elektrochemického napätia:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu,
d) používanie železa (vo vlastnej réžii)
e) prijímanie (spolu so študentmi)
V priemysle sa železo získava redukciou zo železných rúd uhlíkom (koks) a oxidom uhoľnatým (II) vo vysokých peciach.
Chémia procesu vo vysokej peci je nasledovná:
C + O = CO
CO + C = 2CO
3Fe203 + CO = 2Fe304 + CO2
Fe304 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
4. Zlúčeniny železa
Chemické vlastnosti týchto zlúčenín.
Doplnenie. Zlúčeniny železa (II) sú nestabilné, môžu oxidovať a premeniť sa na zlúčeniny železa (III).
Fe +2 Cl 2 + Cl 2 = Fe +3 Cl 3 tvoria redoxný dom
Schémy Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 = Fe +3 (OH) 3, vyrovnajte.
Chemické vlastnosti týchto zlúčenín
Kvalitatívna reakcia na Fe +2 je tiež reakcia železnatých solí s látkou nazývanou červená krvná soľ K3 - ide o komplexnú zlúčeninu.
3FeCl + 2K3 = Fe3)
