Priznanice iz ruda je izmišljen na Zapadu. dijelovi Azije u 2. milenijumu prije nove ere. e.; nakon čega slijedi upotreba distribuirano u Babilonu, Egiptu, Grčkoj; za zamjenu bronze, c. gvožđe je ušlo. Prema sadržaju u litosferi (4,65 tež.%) l. zauzima 2. mjesto među metalima (aluminij zauzima 1. mjesto) i čini cca. 300 minerala (oksidi, sulfidi, silikati, karbonati itd.).
J. može postojati u obliku tri alotropika. modifikacije: a-Fe sa bcc, y-Fe sa fcc i 8-Fe sa bcc kristalnim. rešetke; a-Fe je feromagnetičan do 769 "C (Kirijeva tačka). Modifikacije y~Fe i b-Fe su paramagnetne. Polimorfne transformacije gvožđa i čelika pri zagrevanju i hlađenju otkrio je 1868. D.K. Černov. Fe pokazuje promenljivu valentnost (jedinjenja 2- i 3-valentnog gvožđa su najstabilniji.) Sa kiseonikom, gvožđe formira okside FeO, Fe2O3 i Fe3O4.< 0,01 мае %) 7,874 г/ /см3, /т=1539"С, /КИЛ*3200«С.
Gvožđe je najvažniji metal u modernoj tehnologiji. U svom čistom obliku zbog male čvrstoće. praktično nije korišteno Basic masaža. Koristi se u obliku legura koje se vrlo razlikuju po sastavu i svojstvima. Udio legura je čini ~ 95% svih metalnih. proizvodi.
Čisti Fe se dobija u malim količinama elektrolizom vodenih rastvora njegovih soli ili redukcijom vodonikom. Dovoljno cisto dobiti direktnu restauraciju. bez posredovanja iz koncentrata rude (zaobilazeći visoku peć, peć), vodonika, prirodnog plina ili uglja na niskim temperaturama (spužva Fe, željezni prah, metalizirani peleti):

Spužvasto gvožđe je dobijena porozna masa sa visokim sadržajem gvožđa. redukcija oksida na /< /пл. Сырье - ж. руда, окатыши, железорудный концентрат и прокатная окалина , а восстановитель -углерод (некоксующийся уголь , антрацит , торф, сажа), газы (водород, конверторов., природ, и др. горючие газы) или их сочетание. Г. ж. для выплавки качеств, стали в электропечах, должно иметь степень металлизации рем/реобш ^ 85 % (желат. 92-95 %) и пустой породы < 4-5 %. Содержание углерода зависит от способа произ-ва г. ж. В процессах FIOR, SL-RN и HIB получают г. ж. с 0,2-0,7 % С, в процессе Midrex 0,8-2,5 % С. При газ. восстановлении содерж. 0,01-0,015 % S. Фосфор присутствует в виде оксидов и после расплавления переходит в шлак. Из г. ж., получаемого способами H-Iron, Heganes и Сулинского мет. з-да с 97-99 % FeM механич. измельчением с последующим отжигом изготовляют жел. порошок. Общая пористость г. ж. из руды - 45- 50 %, из окатышей 45-70 %. Насыпная масса - 1,6-2,1 т/м3. Для г. ж. характерна большая уд. поверхность , к-рая, включая внутр. пов-ть открытых пор, сост. 0,2-1 М3/г. Г. ж. имеет по-выш. склонность к вторичному окислению. При темп-pax в печи ниже 550-575 °С охлажд. металлизов. продукт пирофорен (самовозгорается на воздухе при комн. темп-ре). В совр. процессах г. ж. получают при / >700 °C, što smanjuje njegovu aktivnost i omogućava skladištenje na vazduhu (u nedostatku vlage) bez primjetnog smanjenja stepena metalizacije. G. l., proizveden visokotemperaturnom tehnologijom - na / > 850 ° C, ima nisku sklonost sekundarnoj oksidaciji kada se navlaži, što osigurava. njegov siguran transport u otvorenim vagonima, transport morskim (rečnim) transportom, skladištenje u otvorenim skladištima;

Iron direktan prijem- gvožđe dobijeno hemijskim, elektrohemijskim putem. ili hemijsko-termički. direktno iz rude, zaobilazeći visoku peć, u obliku praha, sunđera. željezo (metalizirani peleti), kristal ili tečni metal. Naib, proizvodnja sunđera je počela da se razvija. gvožđe na 700-1150 °C gasnim metodama. oporaba rude (peleta) u šahtnim pećima i korištenjem TV-a. gorivo u rotaciji peći Željezni pp sa 88-93% FeM koristi se kao punjenje za topljenje čelika, a sa većim sadržajem (98-99%) za proizvodnju željeza. prah;

Karbonil željezo je željezni prah dobiven termičkom obradom. razlaganje željeznog pentakarbonila; odlikuje se visokom čistoćom;
prirodno gvožđe - gvožđe koje se u prirodi nalazi u obliku minerala. Razlikuju se prema uslovima pod kojima se telur nalazi. ili zemaljske (nikl-gvožđe) i meteoritske (kosmičke) str. i. Teluric. željezo je rijedak mineral - modifikacija a-Fe, koji se nalazi u obliku odvojenog. krljušti, zrna, sunđeri. mase i klasteri. Sastav - TV. rastvor Fe i Ni (do 30% Ni). Selo Meteoritnoye i. nastala u procesima kosmičkog formiranja. tijela i padovi na Zemlju u obliku meteorita; sadrži do 25% Ni. Boja čelično siva do crna, metalik. sjaj, neproziran, tv. tačke 4-5 u mineraloškim. skala, y = 7,3-8,2 g/cm3 (u zavisnosti od sadržaja Ni). Visoko magnetno, dobro kovanje;

Elektrolitičko željezo - željezo dobiveno elektrolitičkim putem. rafiniranje; karakteriše visoka čistoća nečistoća (<0,02 % С; 0,01 % О2);
električno gvožđe - čelik koji se koristi u elektrotehnici (ili tzv. tehničko čisto gvožđe) sa ukupnim sadržajem. nečistoća do 0,08-0,10%, uključujući do 0,05% S.E.zh. ima niski ritam. električni otpornost, ima veći gubitke zbog vrtložnih struja, te je stoga njegova upotreba općenito ograničena. postmagnetna kola, magnetni fluks (polovi, magnetna kola, releji, itd.);

A-gvožđe - niskotemperaturna modifikacija gvožđa sa bcc rešetkom (na 20 °C a = 286.645 pm), stabilna< 910 °С; a-Fe ферромагнитно при t < 769 °С (точка Кюри);

Y-gvožđe je visokotemperaturna modifikacija gvožđa sa fcc rešetkom (a = 364 pm), stabilna na 910-1400 °C; paramagnetski;
5-gvožđe je visokotemperaturna modifikacija gvožđa sa bcc rešetkom (a = 294 pm), stabilna od 1400 °C do tm, paramagnetna.

Ljudsko tijelo sadrži oko 5 g željeza, od čega je većina (70%) dio hemoglobina u krvi.

Fizička svojstva

U slobodnom stanju, željezo je srebrno-bijeli metal sa sivkastom nijansom. Čisto željezo je duktilno i ima fero magnetna svojstva. U praksi se obično koriste legure željeza - lijevano željezo i čelik.

Fe je najvažniji i najzastupljeniji element od devet d-metala Grupe VIII podgrupe. Zajedno sa kobaltom i niklom čini „porodicu gvožđa“.

Prilikom formiranja spojeva sa drugim elementima, često koristi 2 ili 3 elektrona (B = II, III).

Gvožđe, kao skoro svi d-elementi grupe VIII, ne pokazuje veću valentnost jednaku broju grupe. Njegova maksimalna valencija dostiže VI i pojavljuje se izuzetno rijetko.

Najtipičnija jedinjenja su ona u kojima su atomi Fe u oksidacionim stanjima +2 i +3.

Metode dobijanja gvožđa

1. Tehničko željezo (legirano ugljikom i drugim nečistoćama) dobija se karbotermičnom redukcijom njegovih prirodnih spojeva prema sljedećoj shemi:

Oporavak se odvija postepeno, u 3 faze:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

Lijevano željezo koje nastaje ovim procesom sadrži više od 2% ugljika. Nakon toga, liveno gvožđe se koristi za proizvodnju legura čelika - gvožđa koje sadrže manje od 1,5% ugljika.

2. Veoma čisto gvožđe se dobija na jedan od sledećih načina:

a) razlaganje Fe pentakarbonila

Fe(CO) 5 = Fe + 5SO

b) redukcija čistog FeO vodonikom

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

c) elektroliza vodeni rastvori Fe soli +2

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

gvožđe(II) oksalat

Hemijska svojstva

Fe - metal prosečna aktivnost, pokazuje opća svojstva karakteristična za metale.

Jedinstvena karakteristika je sposobnost "rđanja" na vlažnom zraku:

U nedostatku vlage sa suvim vazduhom, gvožđe počinje primetno da reaguje tek pri T > 150°C; nakon kalcinacije nastaje „gvozdeni kamenac“ Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Gvožđe se ne rastvara u vodi u nedostatku kiseonika. Na vrlo visokim temperaturama, Fe reagira s vodenom parom, istiskujući vodik iz molekula vode:

3 Fe + 4H 2 O(g) = 4H 2

Mehanizam nastanka hrđe je elektrohemijska korozija. Proizvod od hrđe predstavljen je u pojednostavljenom obliku. U stvari, formira se labav sloj mješavine oksida i hidroksida promjenjivog sastava. Za razliku od Al 2 O 3 filma, ovaj sloj ne štiti željezo od daljeg uništavanja.

Vrste korozije

Zaštita gvožđa od korozije

1. Interakcija sa halogenima i sumporom na visokim temperaturama.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Nastaju spojevi u kojima prevladava ionski tip veze.

2. Interakcija sa fosforom, ugljenikom, silicijumom (gvožđe se ne spaja direktno sa N2 i H2, već ih rastvara).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Nastaju supstance promenljivog sastava, kao što su bertolidi (kovalentna priroda veze prevladava u jedinjenjima)

3. Interakcija sa “neoksidirajućim” kiselinama (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Budući da se Fe nalazi u nizu aktivnosti lijevo od vodonika (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), sposoban je istisnuti H 2 iz običnih kiselina.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. Interakcija sa “oksidirajućim” kiselinama (HNO 3, H 2 SO 4 konc.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Koncentrovani HNO 3 i H 2 SO 4 "pasiviraju" željezo, tako da se na uobičajenim temperaturama metal u njima ne otapa. Kod jakog zagrijavanja dolazi do sporog rastvaranja (bez oslobađanja H 2).

U sekciji HNO 3 željezo se rastvara, prelazi u otopinu u obliku Fe 3+ kationa i kiseli anion se reducira u NO*:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Veoma rastvorljiv u mešavini HCl i HNO 3

5. Odnos prema alkalijama

Fe se ne otapa u vodenim rastvorima alkalija. Reaguje sa rastopljenim alkalijama samo pri vrlo visoke temperature.

6. Interakcija sa solima manje aktivnih metala

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Reakcija sa gasovitim ugljen monoksidom (t = 200°C, P)

Fe (prašak) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 željezo pentakarbonil

Jedinjenja Fe(III).

Fe 2 O 3 - gvožđe (III) oksid.

Crveno-smeđi prah, n. r. u H 2 O. U prirodi - “crvena željezna ruda”.

Načini dobijanja:

1) razlaganje gvožđe (III) hidroksida

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2) pečenje pirita

4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) raspadanje nitrata

Hemijska svojstva

Fe 2 O 3 je bazični oksid sa znacima amfoternosti.

I. Glavna svojstva se manifestuju u sposobnosti reakcije sa kiselinama:

Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3+ + ZH 2 O

Fe 2 O 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 6HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O

II. Slabo kiselinska svojstva. Fe 2 O 3 se ne otapa u vodenim rastvorima alkalija, ali kada se stapa sa čvrstim oksidima, alkalijama i karbonatima, formiraju se feriti:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg(FeO 2) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - sirovina za proizvodnju željeza u metalurgiji:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO ili Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH) 3 - gvožđe (III) hidroksid

Načini dobijanja:

Dobija se djelovanjem alkalija na rastvorljive Fe 3+ soli:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3NaCl

U vrijeme pripreme, Fe(OH) 3 je crveno-smeđi mukozno-amorfni sediment.

Fe(III) hidroksid nastaje i tokom oksidacije Fe i Fe(OH) 2 u vlažnom vazduhu:

4Fe + 6H 2 O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3

4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3

Fe(III) hidroksid je krajnji proizvod hidrolize Fe 3+ soli.

Hemijska svojstva

Fe(OH) 3 - veoma slaba osnova(mnogo slabiji od Fe(OH) 2). Pokazuje uočljiva kisela svojstva. Dakle, Fe(OH) 3 ima amfoterni karakter:

1) lako se odvijaju reakcije sa kiselinama:

2) svježi talog Fe(OH) 3 rastvara se u vrućem konc. otopine KOH ili NaOH sa stvaranjem hidrokso kompleksa:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

IN alkalni rastvor Fe(OH) 3 se može oksidirati u ferate (soli željezne kiseline H 2 FeO 4 se ne oslobađaju u slobodnom stanju):

2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

Fe 3+ soli

Praktično najvažniji su: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - žuta krvna sol = Fe 4 3 prusko plava (tamnoplavi talog)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiocijanat Fe(III) (krvavocrveni rastvor)

Gvožđe - poznato svima hemijski element. Spada u metale srednje hemijske aktivnosti. U ovom članku ćemo pogledati svojstva i upotrebu željeza.

Prevalencija u prirodi

Postoji prilično veliki broj minerala koji sadrže željezo. Prije svega, to je magnetit. To je sedamdeset dva posto gvožđa. Njegova hemijska formula je Fe 3 O 4. Ovaj mineral se još naziva i magnetna željezna ruda. Ima svijetlo sive boje, ponekad sa tamno sivom, čak i crnom, sa metalnim sjajem. Njegovo najveće nalazište među zemljama ZND nalazi se na Uralu.

Sljedeći mineral s visokim sadržajem željeza je hematit - sastoji se od sedamdeset posto ovog elementa. Njegova hemijska formula je Fe 2 O 3. Naziva se i crvena željezna ruda. Ima boju u rasponu od crveno-smeđe do crveno-sive. Najveće nalazište u zemljama ZND nalazi se u Krivoj Rogu.

Treći mineral po sadržaju željeza je limonit. Ovdje željezo čini šezdeset posto ukupne mase. Ovo je kristalni hidrat, odnosno molekuli vode su utkani u njegovu kristalnu rešetku, njegova hemijska formula je Fe 2 O 3 .H 2 O. Kao što naziv govori, ovaj mineral ima žuto-smeđu boju, ponekad i smeđu. Jedan je od glavnih sastojaka prirodnog okera i koristi se kao pigment. Naziva se i smeđom željeznom rudom. Najveće lokacije su Krim i Ural.

Siderit, takozvana šparovska željezna ruda, sadrži četrdeset osam posto željeza. Njegova hemijska formula je FeCO3. Njegova struktura je heterogena i sastoji se od kristala različitih boja povezanih zajedno: sive, blijedozelene, sivo-žute, smeđe-žute itd.

Posljednji mineral s visokim sadržajem željeza u prirodi je pirit. On ima takve hemijska formula FeS2. Sadrži željezo četrdeset šest posto ukupne mase. Zahvaljujući atomima sumpora, ovaj mineral ima zlatno-žutu boju.

Mnogi minerali o kojima se govori koriste se za dobijanje čistog gvožđa. Osim toga, hematit se koristi u proizvodnji nakita od prirodnog kamenja. Inkluzije pirita mogu biti prisutne u nakitu od lapis lazulija. Osim toga, željezo se u prirodi nalazi u živim organizmima – ono je jedna od najvažnijih komponenti stanica. Ovaj mikroelement mora biti dostavljen u ljudski organizam u dovoljnim količinama. Ljekovita svojstva željeza su u velikoj mjeri posljedica činjenice da je ovaj hemijski element osnova hemoglobina. Stoga upotreba feruma dobro utiče na stanje krvi, a samim tim i cijelog organizma u cjelini.

Gvožđe: fizička i hemijska svojstva

Pogledajmo redom ova dva velika odjeljka. gvožđe je njegovo izgled, gustina, tačka topljenja, itd. To jest, sve karakteristične osobine supstance koje su povezane sa fizikom. Hemijska svojstva gvožđa su njegova sposobnost da reaguje sa drugim jedinjenjima. Počnimo s prvima.

Fizička svojstva gvožđa

U svom čistom obliku normalnim uslovima to je solidno. Srebrno-sive je boje i izraženog metalnog sjaja. Mehanička svojstva gvožđa uključuju nivo tvrdoće od četiri (srednja). Gvožđe ima dobru električnu i toplotnu provodljivost. Posljednju osobinu možete osjetiti dodirivanjem željeznog predmeta u hladnoj prostoriji. Budući da ovaj materijal brzo provodi toplotu, u kratkom vremenskom periodu uklanja većinu sa vaše kože, zbog čega vam je hladno.

Ako dodirnete drvo, na primjer, primijetit ćete da je njegova toplinska provodljivost mnogo niža. Fizička svojstva željeza uključuju njegove tačke topljenja i ključanja. Prva je 1539 stepeni Celzijusa, druga 2860 stepeni Celzijusa. Može se zaključiti da karakteristična svojstvaželjezo - dobra duktilnost i taljivost. Ali to nije sve.

Takođe u fizička svojstva gvožđe takođe uključuje svoj feromagnetizam. šta je to? Gvožđe, čija magnetna svojstva svakodnevno možemo posmatrati na praktičnim primerima, jedini je metal koji ima tako jedinstvenu karakteristična karakteristika. To se objašnjava činjenicom da je ovaj materijal sposoban magnetizirati pod utjecajem magnetno polje. I nakon završetka djelovanja potonjeg, željezo, čija su magnetska svojstva upravo formirana, ostaje magnet dugo vremena. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da u strukturi ovog metala postoji mnogo slobodnih elektrona koji se mogu kretati.

Sa hemijske tačke gledišta

Ovaj element spada u metale srednje aktivnosti. Ali hemijska svojstva gvožđa su tipična za sve druge metale (osim onih koji su desno od vodonika u elektrohemijskom nizu). Sposoban je da reaguje sa mnogim klasama supstanci.

Počnimo s jednostavnim

Ferum stupa u interakciju s kisikom, dušikom, halogenima (jod, brom, hlor, fluor), fosforom i ugljikom. Prva stvar koju treba uzeti u obzir su reakcije s kisikom. Kada se željezo sagorijeva, nastaju njegovi oksidi. U zavisnosti od uslova reakcije i proporcija između dva učesnika, oni se mogu menjati. Kao primjer ovakve interakcije mogu se dati sljedeće jednačine reakcije: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. I svojstva željeznog oksida (i fizička i kemijska) mogu varirati, ovisno o njegovoj vrsti. Ove vrste reakcija se javljaju na visokim temperaturama.

Sljedeća stvar je interakcija sa dušikom. Također se može pojaviti samo pod uvjetom grijanja. Ako uzmemo šest molova željeza i jedan mol dušika, dobićemo dva mola željeznog nitrida. Jednačina reakcije će izgledati ovako: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

U interakciji s fosforom nastaje fosfid. Za izvođenje reakcije potrebne su sljedeće komponente: za tri mola željeza - jedan mol fosfora, kao rezultat toga, formira se jedan mol fosfida. Jednačina se može napisati na sljedeći način: 3Fe + P = Fe 3 P.

Osim toga, među reakcijama s jednostavnim tvarima može se razlikovati i interakcija sa sumporom. U ovom slučaju se može dobiti sulfid. Princip po kojem se odvija proces formiranja ove tvari sličan je gore opisanim. Naime, dolazi do reakcije adicije. Za svakoga hemijske interakcije Ovakav proces zahteva posebne uslove, uglavnom visoke temperature, ređe - katalizatore.

Takođe uobičajeno u hemijska industrija reakcije između željeza i halogena. To su hloriranje, bromiranje, jodiranje, fluoriranje. Kao što je jasno iz naziva samih reakcija, ovo je proces dodavanja atoma hlora/broma/joda/fluora atomima gvožđa da bi se formirao hlorid/bromid/jodid/fluorid, respektivno. Ove supstance se široko koriste u raznim industrijama. Osim toga, ferum se može kombinirati sa silicijumom na visokim temperaturama. Zahvaljujući činjenici da hemijska svojstva Gvožđe je raznoliko i često se koristi u hemijskoj industriji.

Željez i složene supstance

Od jednostavne supstance Pređimo na one čiji se molekuli sastoje od dva ili više različitih hemijskih elemenata. Prva stvar koju treba spomenuti je reakcija feruma sa vodom. Tu se javljaju osnovna svojstva gvožđa. Kada se voda zagrije, ona nastaje zajedno sa gvožđem (tako se zove jer u interakciji sa istom vodom formira hidroksid, drugim riječima, bazu). Dakle, ako uzmete jedan mol obje komponente, tvari kao što su željezov dioksid i vodik nastaju u obliku plina oštrog mirisa - također u molarnim omjerima jedan prema jedan. Jednačina za ovu vrstu reakcije može se napisati na sljedeći način: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Ovisno o proporcijama u kojima su ove dvije komponente pomiješane, može se dobiti željezni di- ili trioksid. Obje ove supstance su vrlo česte u hemijskoj industriji, a koriste se i u mnogim drugim industrijama.

Sa kiselinama i solima

Budući da se ferum nalazi lijevo od vodonika u nizu elektrohemijskih aktivnosti metala, sposoban je istisnuti ovaj element iz jedinjenja. Primjer za to je reakcija istiskivanja koja se može uočiti kada se željezo doda kiselini. Na primjer, ako pomiješate željezo i sulfatnu kiselinu (također poznatu kao sumporna kiselina) srednje koncentracije u jednakim molarnim omjerima, rezultat je željezo (II) sulfat i vodik u jednakim molarnim omjerima. Jednačina za takvu reakciju će izgledati ovako: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

Prilikom interakcije sa solima, pojavljuju se redukcijska svojstva željeza. Odnosno, može se koristiti za izolaciju manje aktivnog metala iz soli. Na primjer, ako uzmete jedan mol i istu količinu feruma, možete dobiti željezo (II) sulfat i čisti bakar u istim molarnim omjerima.

Važnost za organizam

Jedan od najčešćih u zemljine kore hemijski elementi - gvožđe. već smo to pogledali, a sada pristupimo tome biološka tačka viziju. Ferrum obavlja vrlo važne funkcije kako u ćelijski nivo, i to na nivou cijelog organizma. Prije svega, željezo je osnova takvog proteina kao što je hemoglobin. Neophodan je za transport kiseonika kroz krv od pluća do svih tkiva, organa, do svake ćelije u telu, prvenstveno do neurona mozga. Stoga se korisna svojstva gvožđa ne mogu precijeniti.

Osim što utiče na stvaranje krvi, ferum je važan i za puno funkcioniranje štitne žlijezde (za to nije potreban samo jod, kako neki vjeruju). Gvožđe takođe učestvuje u unutarćelijskom metabolizmu i reguliše imunitet. Ferrum se također nalazi u posebno velikim količinama u stanicama jetre, jer pomaže u neutralizaciji štetnih tvari. Takođe je jedna od glavnih komponenti mnogih vrsta enzima u našem tijelu. IN dnevni obrok osoba treba da sadrži od deset do dvadeset miligrama ovog mikroelementa.

Hrana bogata gvožđem

Ima ih mnogo. Oni su i biljnog i životinjskog porijekla. Prvi su žitarice, mahunarke, žitarice (posebno heljda), jabuke, pečurke (bele), sušeno voće, šipak, kruške, breskve, avokado, bundeva, bademi, urme, paradajz, brokoli, kupus, borovnice, kupine, celer, itd. Drugi su džigerica i meso. Konzumacija hrane bogate gvožđem posebno je važna tokom trudnoće, jer su organizmu fetusa u razvoju potrebne velike količine ovog elementa u tragovima za pun rast i razvoj.

Znakovi nedostatka gvožđa u organizmu

Simptomi premalo feruma ulaska u organizam su umor, stalno smrzavanje ruku i stopala, depresija, lomljiva kosa i nokti, smanjena intelektualna aktivnost, probavni poremećaji, slab rad i disfunkcija štitne žlijezde. Ako primijetite nekoliko od ovih simptoma, možda je vrijedno povećati količinu hrane koja sadrži željezo u vašoj prehrani ili kupiti vitamine ili dijetetske suplemente koji sadrže željezo. Takođe bi trebalo da se obratite lekaru ako neki od ovih simptoma osetite preakutno.

Upotreba željeza u industriji

Upotreba i svojstva gvožđa su usko povezani. Zbog svoje feromagnetne prirode koristi se za izradu magneta - kako slabih za kućne potrebe (magneti za suvenire za frižidere i sl.), tako i jačih za industrijske potrebe. Zbog činjenice da predmetni metal ima visoka čvrstoća i tvrdoće, od davnina se koristio za izradu oružja, oklopa i drugih vojnih i kućnih alata. Usput, nazad unutra Drevni Egipat bilo je poznato meteoritno gvožđe čija svojstva nadmašuju svojstva običnog metala. Ovo specijalno gvožđe je takođe korišćeno u Drevni Rim. Od njega je napravljeno elitno oružje. Štit ili mač napravljen od metala meteorita mogao je posjedovati samo vrlo bogata i plemenita osoba.

Općenito, metal koji razmatramo u ovom članku je najsvestraniji među svim supstancama u ovoj grupi. Prije svega, od njega se izrađuju čelik i lijevano željezo koji se koriste za proizvodnju svih vrsta proizvoda potrebnih kako u industriji tako iu svakodnevnom životu.

Liveno željezo je legura željeza i ugljika, u kojoj je potonjeg prisutno od 1,7 do 4,5 posto. Ako je drugi manji od 1,7 posto, onda se ova vrsta legure naziva čelik. Ako je u sastavu prisutno oko 0,02 posto ugljika, onda je to već obično tehničko željezo. Prisustvo ugljika u leguri neophodno je da bi se dobila veća čvrstoća, otpornost na toplinu i otpornost na rđu.

Osim toga, čelik može sadržavati mnoge druge kemijske elemente kao nečistoće. To uključuje mangan, fosfor i silicijum. Takođe, ovoj vrsti legure mogu se dodati hrom, nikl, molibden, volfram i mnogi drugi hemijski elementi koji joj daju određene kvalitete. Kao transformatorski čelici koriste se vrste čelika koje sadrže veliku količinu silicija (oko četiri posto). Oni koji sadrže mnogo mangana (do dvanaest do četrnaest posto) nalaze svoju primjenu u proizvodnji dijelova željeznice, mlinovi, drobilice i drugi alati čiji su dijelovi podložni brzom habanju.

Molibden se dodaje leguri da bi bila otpornija na toplinu, takvi čelici se koriste kao alatni čelici. Osim toga, da bi se dobili nehrđajući čelici, koji su dobro poznati i često se koriste u svakodnevnom životu u obliku noževa i drugih kućnih alata, potrebno je u leguru dodati krom, nikl i titan. A da bi se dobio otporan na udarce, visoke čvrstoće, duktilni čelik, dovoljno mu je dodati vanadij. Dodavanjem niobija u sastav može se postići visoka otpornost na koroziju i hemijski agresivne supstance.

Mineral magnetit, koji je spomenut na početku članka, potreban je za proizvodnju tvrdih diskova, memorijskih kartica i drugih uređaja ove vrste. Zbog svojih magnetnih svojstava, gvožđe se može naći u transformatorima, motorima, elektronskim proizvodima itd. Osim toga, ferum se može dodati legurama drugih metala kako bi im dao veću čvrstoću i mehaničku stabilnost. Sulfat ovog elementa se koristi u vrtlarstvu za suzbijanje štetočina (zajedno sa bakrenim sulfatom).

Neophodni su za prečišćavanje vode. Osim toga, prah magnetita se koristi u crno-bijelim štampačima. Glavni način Upotreba pirita je proizvodnja sumporne kiseline iz njega. Ovaj proces se odvija u laboratorijskim uslovima u tri faze. U prvoj fazi, ferum pirit se spaljuje kako bi se dobio željezni oksid i sumpor dioksid. U drugoj fazi dolazi do pretvaranja sumpor-dioksida u njegov trioksid uz sudjelovanje kisika. I u završnoj fazi, rezultirajuća tvar se propušta u prisustvu katalizatora, čime se proizvodi sumporna kiselina.

Dobivanje gvožđa

Ovaj metal se uglavnom dobija iz dva glavna minerala: magnetita i hematita. To se postiže redukcijom željeza iz njegovih spojeva ugljikom u obliku koksa. To se radi u visokim pećima, temperatura u kojima dostiže dvije hiljade stepeni Celzijusa. Osim toga, postoji metoda za redukciju željeza vodonikom. Da biste to učinili, nije potrebno imati visoku peć. Za implementaciju ovu metodu Uzimaju specijalnu glinu, miješaju je s usitnjenom rudom i tretiraju je vodonikom u peći.

Zaključak

Svojstva i upotreba gvožđa su različiti. Ovo je možda najvažniji metal u našim životima. Pošto je postao poznat čovječanstvu, zauzeo je mjesto bronce, koja je u to vrijeme bila glavni materijal za izradu svih alata, kao i oružja. Čelik i liveno gvožđe su na mnogo načina superiorniji od legure bakra i kalaja po svojim fizičkim svojstvima i otpornosti na mehanička opterećenja.

Osim toga, željeza je na našoj planeti više od mnogih drugih metala. ima skoro pet posto u zemljinoj kori. To je četvrti najzastupljeniji hemijski element u prirodi. Takođe, ovaj hemijski element je veoma važan za normalno funkcionisanje organizma životinja i biljaka, pre svega zato što se na njegovoj osnovi gradi hemoglobin. Gvožđe je esencijalni element u tragovima, čija je konzumacija važna za održavanje zdravlja i normalno funkcionisanje organa. Pored navedenog, ovo je jedini metal koji ima jedinstvena magnetna svojstva. Nemoguće je zamisliti naš život bez feruma.

• Oznaka - Fe (gvožđe);
• Period - IV;
• Grupa - 8 (VIII);
• Atomska masa - 55.845;
• Atomski broj - 26;
• Atomski radijus = 126 pm;
• Kovalentni radijus = 117 pm;
• Raspodjela elektrona - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ;
• temperatura topljenja = 1535°C;
• tačka ključanja = 2750°C;
• Elektronegativnost (prema Paulingu/prema Alpredu i Rochowu) = 1,83/1,64;
• Oksidacijsko stanje: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
• Gustina (br.) = 7,874 g/cm3;
• Molarni volumen = 7,1 cm 3 /mol.

Jedinjenja gvožđa:

Gvožđe je najzastupljeniji metal u zemljinoj kori (5,1% mase) nakon aluminijuma.

Na Zemlji se slobodno gvožđe nalazi u malim količinama u obliku grumenova, kao i u palim meteoritima.

Industrijski, željezo se kopa iz ležišta željezne rude iz minerala koji sadrže željezo: magnetne, crvene, smeđe željezne rude.

Treba reći da je željezo dio mnogih prirodnih minerala, što uzrokuje njihovu prirodnu boju. Boja minerala zavisi od koncentracije i odnosa iona gvožđa Fe 2+/Fe 3+, kao i od atoma koji okružuju ove ione. Na primjer, prisutnost nečistoća iona željeza utječe na boju mnogih dragog i poludragog kamenja: topaze (od blijedo žute do crvene), safira (od plave do tamnoplave), akvamarina (od svijetloplave do zelenkasto plave), itd.

Gvožđe se nalazi u tkivima životinja i biljaka, na primer, oko 5 g gvožđa je prisutno u telu odrasle osobe. Gvožđe je vitalno važan element, dio je proteina hemoglobina, koji učestvuje u transportu kiseonika iz pluća do tkiva i ćelija. Sa nedostatkom gvožđa u ljudskom organizmu, razvija se anemija (anemija zbog nedostatka gvožđa).

Rice. Struktura atoma gvožđa.

Elektronska konfiguracija atoma željeza je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 (vidi Elektronska struktura atoma). U obrazovanju hemijske veze sa ostalim elementima mogu učestvovati 2 elektrona koja se nalaze na spoljašnjem 4s nivou + 6 elektrona 3d podnivoa (ukupno 8 elektrona), tako da u jedinjenjima gvožđe može poprimiti oksidaciona stanja +8, +6, +4, +3, +2 , + 1, (najčešći su +3, +2). Gvožđe ima prosečnu hemijsku aktivnost.

Rice. Oksidacija gvožđa: +2, +3.

Fizička svojstva gvožđa:

• srebrno-bijeli metal;
• u svom čistom obliku prilično je mekan i plastičan;
• ima dobru toplotnu i električnu provodljivost.

Gvožđe postoji u obliku četiri modifikacije (razlikuju se po strukturi kristalne rešetke): α-gvožđe; β-gvožđe; γ-gvožđe; δ-gvožđe.

Hemijska svojstva gvožđa

• reagira s kisikom, ovisno o temperaturi i koncentraciji kisika, mogu nastati različiti produkti ili mješavina produkata oksidacije željeza (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4):
  3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4;
• oksidacija gvožđa na niskim temperaturama:
  4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3;
• reaguje sa vodenom parom:
  3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2;
• fino usitnjeno željezo reagira kada se zagrije sa sumporom i hlorom (gvozdeni sulfid i hlorid):
  Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;
• na visokim temperaturama reaguje sa silicijumom, ugljenikom, fosforom:
  3Fe + C = Fe 3 C;
• Gvožđe može formirati legure sa drugim metalima i nemetalima;
• željezo istiskuje manje aktivne metale iz njihovih soli:
  Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu;
• S razrijeđenim kiselinama željezo djeluje kao redukcijsko sredstvo, formirajući soli:
  Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2;
• sa razblaženim azotna kiselina gvožđe formira različite produkte redukcije kiseline u zavisnosti od koncentracije (N 2, N 2 O, NO 2).

Dobijanje i upotreba gvožđa

Dobija se industrijsko željezo topljenje livenog gvožđa i čelika.

Liveno gvožđe je legura gvožđa sa primesama silicijuma, mangana, sumpora, fosfora i ugljenika. Sadržaj ugljika u livenom gvožđu prelazi 2% (u čeliku manje od 2%).

Čisto gvožđe se dobija:

• u pretvaračima kisika od lijevanog željeza;
• redukcija željeznih oksida vodonikom i dvovalentnim ugljičnim monoksidom;
• elektroliza odgovarajućih soli.

Lijevano željezo se dobiva iz željeznih ruda redukcijom željeznih oksida. Topljenje gvožđa vrši se u visokim pećima. Koks se koristi kao izvor toplote u visokoj peći.

Visoka peć je vrlo složena tehnička konstrukcija visoka nekoliko desetina metara. Obložena je vatrostalnim ciglama i zaštićena vanjskim čeličnim kućištem. Od 2013. godine izgrađena je najveća visoka peć Južna Korejačeličana POSCO u metalurškoj fabrici u gradu Gwangyang (zapremina peći nakon modernizacije bila je 6.000 kubnih metara sa godišnjom produktivnošću od 5.700.000 tona).

Rice. Visoka peć.

Proces topljenja livenog gvožđa u visokoj peći nastavlja se neprekidno nekoliko decenija sve dok se peć ne završi.

Rice. Proces topljenja gvožđa u visokoj peći.

• obogaćene rude (magnetna, crvena, smeđa željezna ruda) i koks se sipaju kroz vrh visoke peći;
• procesi redukcije željeza iz rude pod utjecajem ugljičnog monoksida (II) odvijaju se u srednjem dijelu visoke peći (rudnika) na temperaturi od 450-1100°C (oksidi željeza se redukuju u metal):
  • 450-500°C - 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2 ;
  • 600°C - Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 ;
  • 800°C - FeO + CO = Fe + CO 2 ;
  • dio dvovalentnog željeznog oksida reducira se koksom: FeO + C = Fe + CO.
• Paralelno, dolazi do procesa redukcije silicija i manganovih oksida (uključenih u željeznu rudu u obliku nečistoća) silicijum i mangan su dio topljenog željeza:
  • SiO 2 + 2C = Si + 2CO;
  • Mn 2 O 3 + 3C = 2Mn + 3CO.
• Prilikom termičke razgradnje krečnjaka (unesenog u visoku peć) nastaje kalcijev oksid, koji reagira sa silicijumskim i aluminijevim oksidima sadržanim u rudi:
  • CaCO 3 = CaO + CO 2;
  • CaO + SiO 2 = CaSiO 3;
  • CaO + Al 2 O 3 = Ca(AlO 2) 2.
• na 1100°C proces redukcije gvožđa se zaustavlja;
• ispod okna nalazi se para, najširi dio visoke peći, ispod kojeg se nalazi rame, u kojem izgara koks i nastaju tečni proizvodi topljenja - liveno gvožđe i šljaka, koji se nakupljaju na samom dnu peći - kovačnice. ;
• U gornjem dijelu ložišta na temperaturi od 1500°C dolazi do intenzivnog sagorijevanja koksa u struji uduvanog zraka: C + O 2 = CO 2 ;
• prolazeći kroz vrući koks, ugljen monoksid (IV) se pretvara u ugljen monoksid (II), koji je redukciono sredstvo za gvožđe (vidi gore): CO 2 + C = 2CO;
• šljake nastale silikatima i kalcijevim aluminosilikatima nalaze se iznad lijevanog željeza, štiteći ga od djelovanja kisika;
• kroz posebne rupe koje se nalaze na različitim nivoima ognjišta ispuštaju se liveno gvožđe i šljaka;
• Većina livenog gvožđa se koristi za dalju preradu - topljenje čelika.

Čelik se topi od lijevanog željeza i starog metala konverterskom metodom (metoda otvorenog ložišta je već zastarjela, iako se još uvijek koristi) ili električnim topljenjem (u električnim pećima, indukcijskim pećima). Suština procesa (prerada livenog gvožđa) je smanjenje koncentracije ugljenika i drugih nečistoća oksidacijom kiseonikom.

Kao što je već spomenuto, koncentracija ugljika u čeliku ne prelazi 2%. Zahvaljujući tome, čelik se, za razliku od lijevanog željeza, može prilično lako kovati i valjati, što omogućava izradu raznih proizvoda od njega visoke tvrdoće i čvrstoće.

Tvrdoća čelika ovisi o sadržaju ugljika (što je više ugljika, to je čelik tvrđi) u određenom razredu čelika i uvjetima toplinske obrade. Tokom kaljenja (sporo hlađenje), čelik postaje mekan; Kada se gasi (brzo hlađenje), čelik postaje vrlo tvrd.

Da bi čeliku dali ono što je potrebno specifična svojstva dodaju mu se legirajući aditivi: hrom, nikal, silicijum, molibden, vanadijum, mangan itd.

Liveno gvožđe i čelik su najvažniji konstruktivni materijali u velikoj većini sektora nacionalne privrede.

Biološka uloga gvožđa:

• tijelo odraslog čovjeka sadrži oko 5 g željeza;
• gvožđe igra važnu ulogu u funkcionisanju hematopoetskih organa;
• gvožđe je deo mnogih kompleksnih proteinskih kompleksa (hemoglobin, mioglobin, razni enzimi).

Gvožđe u čistom obliku dobija se raznim metodama: elektrolizom vodenih rastvora njegovih soli, termičkom razgradnjom u vakuumu pentokarbonilnog gvožđa itd. peći. U tabeli 2 prikazan je sadržaj nečistoća u nekim. razreda željeza dobivenih gore navedenim metodama. Sve ove metode, sa izuzetkom metode otvorenog ognjišta, veoma su skupe.

Glavna industrijska metoda za dobivanje željeza je njegova proizvodnja u obliku raznih legura s ugljikom - lijevanog željeza i ugljičnog čelika. Kada se željezo reducira u visokim pećima, nastaje liveno gvožđe u mašinstvu, uglavnom se koristi čelik. Lijevano željezo se proizvodi postupkom visoke peći.

Hemijski proces u visokoj peći je sljedeći:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,

FeO + CO = Fe + CO2.

Prema namjeni, liveno gvožđe se deli na sirovo gvožđe i liveno gvožđe se koristi za dalju preradu u ugljenične i druge čelike. Livnica – za proizvodnju odlivaka. Krom-nikl liveno gvožđe za dalje vađenje nikla iz njih ili proizvodnju niskolegiranih nikla i hrom-nikl čelika.

Otvoreno, konvertersko i električno topljenje svode se na uklanjanje viška ugljenika i štetnih jedinjenja sagorevanjem i prilagođavanjem sadržaja legirajućih elemenata na propisani nivo.

Maksimalni sadržaj ugljenika u livenom gvožđu je 4,4%, silicijum 1,75%, mangan 1,75%, fosfor 0,30%, sumpor 0,07%. U peći za topljenje čelika sadržaj ugljika, silicija i mangana mora se smanjiti na desetine procenta. Pretvaranje livenog gvožđa vrši se oksidacionim reakcijama koje se provode na visokim temperaturama, čiji je sadržaj u livenom gvožđu mnogo veći od ostalih supstanci, delimično se oksidira:

2Fe + O2 = 2FeO + Q

Gvožđe (II) oksid, mešajući se sa talinom, oksidira silicijum, mangan, fosfor i ugljenik:

Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe + Q

Mn + FeO = MnO + Fe + Q

2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe + Q

C + FeO = CO + Fe – Q

Nakon završetka oksidativne reakcije legura sadrži željezo (II) oksid, koji se mora ukloniti. Osim toga, potrebno je dovesti sadržaj ugljika, silicija i mangana u čelik na utvrđene standarde. To se postiže dodavanjem deoksidatora, na primjer feromangana. Mangan reaguje sa gvožđem (II) oksidom:

Mn + FeO = MnO + Fe

Ugljenični čelici se klasifikuju kao: način:

osnovni čelik otvorenog ložišta

kiseli čelik otvorenog ložišta

konverter čelika

Elektrostal

Složenost metalurškog procesa za proizvodnju gvožđa i čelika, uključujući proces visoke peći i preradu livenog gvožđa, razlog je stalnog razvoja i unapređenja načina direktne proizvodnje gvožđa iz ruda gvožđa.

Sinteza 2,2-dietoksiindandiona
Aminokiseline, peptidi i proteini, odnosno proteini, čine grupu hemijski i biološki srodnih jedinjenja koja igraju veoma važnu ulogu u životnim procesima. Sa potpunom hidrolizom...