Oksida besi adalah senyawa besi dengan oksigen.

Yang paling terkenal adalah tiga oksida besi: oksida besi (II) - FeO, besi (III) oksida – Fe 2 O 3 dan besi (II, III) oksida – Fe 3 O 4.

Besi(II) oksida

Rumus kimia oksida besi adalah FeO . Koneksi ini berwarna hitam.

FeO mudah bereaksi dengan encer asam klorida dan asam nitrat pekat.

FeO + 2HCl → FeCl 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

Itu tidak bereaksi dengan air atau garam.

Ketika berinteraksi dengan hidrogen pada suhu 350 o C dan kokas pada suhu di atas 1000 o C, ia tereduksi menjadi besi murni.

FeO +H 2 → Fe + H 2 O

FeO +C → Fe + CO

Besi (II) oksida diperoleh dengan berbagai cara:

1. Akibat reaksi reduksi oksida besi dengan karbon monoksida.

Fe 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. Memanaskan setrika dengan tekanan oksigen rendah

2Fe + O 2 → 2 FeO

3. Menguraikan besi oksalat dalam ruang hampa

FeC 2 O 4 → FeO +CO + CO 2

4. Interaksi besi dengan besi oksida pada suhu 900-1000 o

Fe + Fe 2 O 3 → 3 FeO

Fe + Fe 3 O 4 → 4 FeO

Di alam, oksida besi ada sebagai mineral wustite.

Dalam industri digunakan dalam peleburan besi cor di tanur sembur, dalam proses penghitaman (kebiruan) baja. Hal ini ditemukan dalam pewarna dan keramik.

Besi(III) oksida

Rumus kimia Fe2O3 . Ini adalah senyawa besi besi dengan oksigen. Ini adalah bubuk merah-coklat. Hematit ditemukan di alam sebagai mineral.

Fe2O3 memiliki nama lain: oksida besi, timbal merah, crocus, pigmen merah 101, pewarna makananE172 .

Tidak bereaksi dengan air. Dapat berinteraksi dengan asam dan basa.

Fe 2 O 3 + 6HCl → 2 FeCl 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 2NaOH → 2NaFeO 2 + H 2 O

Besi (III) oksida digunakan untuk pewarnaan bahan bangunan: batu bata, semen, keramik, beton, paving slab, linoleum. Ini ditambahkan sebagai pewarna pada cat dan enamel, dan pada tinta cetak. Oksida besi digunakan sebagai katalis dalam produksi amonia. Dalam industri makanan dikenal sebagai E172.

Besi (II, III) oksida

Rumus kimia Fe3O4 . Rumus ini dapat ditulis dengan cara lain: FeO Fe 2 O 3.

Hal ini ditemukan di alam sebagai mineral magnetit, atau bijih besi magnetik. Dia adalah pemandu yang baik arus listrik dan memiliki sifat magnetik. Terbentuk ketika besi terbakar dan ketika uap super panas bekerja pada besi.

3Fe + 2 O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

Pemanasan pada suhu 1538 o C menyebabkan disintegrasi

2Fe 3 O 4 → 6FeO + O 2

Bereaksi dengan asam

Fe 3 O 4 + 8HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 10HNO 3 → 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

Bereaksi dengan alkali pada peleburan

Fe 3 O 4 + 14NaOH → Na 3 FeO 3 + 2Na 5 FeO 4 + 7H 2 O

Bereaksi dengan oksigen di udara

4 Fe 3 O 4 + O 2 → 6Fe 2 O 3

Reduksi terjadi melalui reaksi dengan hidrogen dan karbon monoksida

Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 4CO → 3Fe +4CO 2

Nanopartikel magnetik oksida Fe 3 O 4 telah ditemukan aplikasinya dalam pencitraan resonansi magnetik. Mereka juga digunakan dalam produksi media magnetik. Besi oksida Fe 3 O 4 termasuk dalam cat yang diproduksi khusus untuk kapal perang, kapal selam dan peralatan lainnya. Elektroda untuk beberapa aplikasi kelistrikan terbuat dari magnetit yang menyatu. proses kimia.

BESI(lat.Ferrum), Fe, unsur kimia kelompok VIII tabel periodik, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida dengan nomor massa 54 (kandungan dalam campuran alam 5,82% berat), 56 (91,66%), 57 (2,19%) dan 58 (0,33%). Konfigurasi dua lapisan elektron terluar adalah 3s 2 p 6 d 6 4s 2. Biasanya membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +3 (valensi III) dan +2 (valensi II). Senyawa dengan atom besi dengan bilangan oksidasi +4, +6 dan beberapa lainnya juga diketahui.

Dalam sistem periodik Mendeleev, besi termasuk dalam golongan VIIIB. Pada periode keempat, yang juga termasuk besi, selain besi, juga termasuk kobalt (Co) dan nikel (Ni). Ketiga unsur ini membentuk triad dan mempunyai sifat serupa.

Jari-jari atom besi netral adalah 0,126 nm, jari-jari ion Fe 2+ adalah 0,080 nm, dan ion Fe 3+ adalah 0,067 nm. Energi ionisasi berurutan atom besi adalah 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Afinitas elektron 0,58 eV. Menurut skala Pauling, keelektronegatifan besi adalah sekitar 1,8.

Besi dengan kemurnian tinggi adalah logam ulet berwarna abu-abu keperakan mengkilap yang cocok untuk digunakan dalam berbagai cara pemrosesan mekanis.

Fisik dan sifat kimia: pada suhu suhu kamar sampai 917°C, serta pada rentang suhu 1394-1535°C terdapat -Fe dengan kisi berpusat badan kubik, pada suhu kamar parameter kisi A= 0,286645nm. Pada suhu 917-1394°C, -Fe dengan kisi kubik berpusat muka T stabil ( A= 0,36468nm). Pada suhu dari suhu kamar hingga 769°C (disebut titik Curie), besi memiliki sifat magnet yang kuat (dikatakan feromagnetik); pada suhu yang lebih tinggi, besi berperilaku sebagai paramagnet; Terkadang -Fe paramagnetik dengan kisi berpusat badan kubik, stabil pada suhu 769 hingga 917°C, dianggap sebagai modifikasi besi, dan -Fe, stabil pada suhu tinggi (1394-1535°C), disebut -Fe menurut tradisi (gagasan tentang keberadaan empat modifikasi besi muncul ketika belum ada Analisis difraksi sinar-X dan tidak ada informasi obyektif tentang struktur internal kelenjar). Titik lebur 1535°C, titik didih 2750°C, massa jenis 7,87 g/cm 3 . Potensi standar pasangan Fe 2+ /Fe 0 adalah 0,447V, pasangan Fe 3+ /Fe 2+ adalah +0,771V.

Ketika disimpan di udara pada suhu hingga 200°C, besi secara bertahap ditutupi dengan lapisan oksida padat, yang mencegah oksidasi logam lebih lanjut. Di udara lembab, besi ditutupi lapisan karat yang lepas, yang tidak menghalangi akses oksigen dan kelembapan ke logam dan kehancurannya. Karat tidak bersifat permanen komposisi kimia, kira-kira rumus kimianya dapat dituliskan sebagai Fe 2 O 3 xH 2 O.

Besi bereaksi dengan oksigen (O) ketika dipanaskan. Ketika besi terbakar di udara, oksida Fe 2 O 3 terbentuk, dan ketika besi terbakar dalam oksigen murni, oksida Fe 3 O 4 terbentuk. Jika oksigen atau udara dilewatkan melalui besi cair, oksida FeO akan terbentuk. Ketika belerang (S) dan serbuk besi dipanaskan, terbentuk sulfida, yang rumus perkiraannya dapat ditulis sebagai FeS.

Besi bereaksi dengan halogen ketika dipanaskan. Karena FeF 3 bersifat non-volatil, besi tahan terhadap fluor (F) hingga suhu 200-300°C. Ketika besi diklorinasi (pada suhu sekitar 200°C), FeCl 3 yang mudah menguap akan terbentuk. Jika interaksi besi dan brom (Br) terjadi pada suhu kamar atau dengan pemanasan dan peningkatan tekanan uap brom, maka akan terbentuk FeBr 3. Ketika dipanaskan, FeCl 3 dan, khususnya, FeBr 3 memisahkan halogen dan berubah menjadi besi (II) halida. Ketika besi dan yodium (I) bereaksi, terbentuk iodida Fe 3 I 8.

Ketika dipanaskan, besi bereaksi dengan nitrogen (N), membentuk besi nitrida Fe 3 N, dengan fosfor (P), membentuk fosfida FeP, Fe 2 P dan Fe 3 P, dengan karbon (C), membentuk karbida Fe 3 C, dengan silikon ( Si), membentuk beberapa silisida, misalnya FeSi.

Pada tekanan tinggi, besi logam bereaksi dengan karbon monoksida CO, dan cair, dalam kondisi normal, besi pentakarbonil Fe(CO) 5 yang sangat mudah menguap terbentuk. Karbonil besi dengan komposisi Fe 2 (CO) 9 dan Fe 3 (CO) 12 juga diketahui. Karbonil besi berfungsi sebagai bahan awal dalam sintesis senyawa organoiron, termasuk komposisi ferosen.

Besi metalik murni stabil dalam air dan larutan alkali encer. Besi tidak larut dalam asam sulfat dan nitrat pekat, karena lapisan oksida kuat membuat permukaannya pasif.

Besi bereaksi dengan asam klorida dan asam sulfat encer (kira-kira 20%) membentuk garam besi (II):

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 JADI 4 = FeSO 4 + H 2

Ketika besi bereaksi dengan sekitar 70% asam sulfat, reaksi berlanjut membentuk besi (III) sulfat:

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

Besi (II) oksida FeO memiliki sifat basa; basa Fe(OH) 2 sesuai dengannya. Besi (III) oksida Fe 2 O 3 bersifat amfoter lemah; ia dipadukan dengan basa yang bahkan lebih lemah dari Fe(OH) 2, Fe(OH) 3, yang bereaksi dengan asam:

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

Besi (III) hidroksida Fe(OH) 3 menunjukkan lemah sifat amfoter; ia hanya mampu bereaksi dengan larutan alkali pekat:

Fe(OH)3 + KOH = K

Kompleks hidrokso besi(III) yang dihasilkan stabil dalam larutan basa kuat. Ketika larutan diencerkan dengan air, larutan tersebut hancur, dan besi (III) hidroksida Fe(OH) 3 mengendap.

Senyawa besi (III) dalam larutan direduksi oleh besi logam:

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2

Selama penyimpanan larutan berair garam besi (II), oksidasi besi (II) menjadi besi (III) diamati:

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH)Cl 2

Dari garam besi (II) dalam larutan air, yang paling stabil adalah garam Mohr amonium ganda dan besi (II) sulfat (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.

Besi (III) mampu membentuk sulfat ganda dengan kation bermuatan tunggal seperti tawas, misalnya tawas besi-kalium KFe(SO 4) 2, tawas besi-kalium (NH 4)Fe(SO 4) 2 besi, dll.

Bila gas klor (Cl) atau ozon bereaksi pada larutan basa senyawa besi (III), maka akan terbentuk senyawa besi (VI) ferrat, misalnya kalium ferrat (VI) (K): K 2 FeO 4. Ada laporan produksi senyawa besi (VIII) di bawah pengaruh zat pengoksidasi kuat.

Untuk mendeteksi senyawa besi (III) dalam larutan digunakan reaksi kualitatif ion Fe 3+ dengan ion tiosianat SSP. Ketika ion Fe 3+ berinteraksi dengan anion SSP, terbentuk besi tiosianat Fe(CNS) 3 berwarna merah cerah. Reagen lain untuk ion Fe 3+ adalah potasium hexacyanoferrate (II) (K): K 4 (sebelumnya zat ini disebut garam darah kuning). Ketika ion Fe 3+ dan 4 berinteraksi, terbentuk endapan biru cerah.

Larutan kalium heksasianoferrat (III) (K) K 3 yang dahulu disebut garam darah merah, dapat berfungsi sebagai pereaksi ion Fe 2+ dalam larutan. Ketika ion Fe 3+ dan 3 berinteraksi, terbentuk endapan biru cerah dengan komposisi yang sama seperti pada interaksi ion Fe 3+ dan 4.

Paduan besi-karbon: besi digunakan terutama dalam paduan, terutama paduan karbon (C) berbagai besi cor dan baja. Pada besi tuang, kandungan karbonnya lebih tinggi dari 2,14% beratnya (biasanya pada level 3,5-4%), pada baja kandungan karbonnya lebih rendah (biasanya pada level 0,8-1%).

Besi cor diproduksi di tanur sembur. Tanur tiup adalah kerucut terpotong raksasa (tinggi hingga 30-40 m), berlubang di dalamnya. Dinding tanur sembur dilapisi dengan batu bata tahan api dari dalam; ketebalan pasangan bata beberapa meter. Dari atas, bijih besi yang diperkaya (dibebaskan dari batuan sisa), kokas pereduksi (batubara kadar khusus yang mengalami kokas - dipanaskan pada suhu sekitar 1000 ° C tanpa akses udara), serta bahan peleburan (batu kapur dan lain-lain) yang mendorong pemisahan dimasukkan ke dalam tanur sembur dengan troli dari terak pengotor logam yang dilebur. Ledakan (oksigen murni (O) atau udara yang diperkaya dengan oksigen (O)) dimasukkan ke dalam tanur sembur dari bawah. Saat material yang dimasukkan ke dalam tanur sembur diturunkan, suhunya naik hingga 1200-1300°C. Sebagai hasil dari reaksi reduksi yang terjadi terutama dengan partisipasi kokas C dan CO:

Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO;

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

Besi metalik muncul, jenuh dengan karbon (C) dan mengalir ke bawah.

Lelehan ini secara berkala dilepaskan dari tanur sembur melalui sangkar lubang khusus dan lelehan dibiarkan mengeras dalam bentuk khusus. Besi cor bisa berwarna putih, yang disebut pig iron (digunakan untuk memproduksi baja) dan abu-abu, atau besi cor. Besi cor putih merupakan larutan padat karbon (C) dalam besi. Dalam struktur mikro besi cor kelabu, mikrokristal grafit dapat dibedakan. Karena adanya grafit, besi cor kelabu meninggalkan bekas pada kertas putih.

Besi tuang bersifat rapuh, pecah jika terkena benturan, sehingga pegas, pegas, atau produk apa pun yang harus ditekuk tidak dapat dibuat darinya.

Besi tuang padat lebih ringan dari besi tuang cair, sehingga ketika mengeras, ia tidak berkontraksi (seperti yang biasa terjadi pada pemadatan logam dan paduan), tetapi memuai. Fitur ini memungkinkan Anda membuat berbagai macam coran dari besi cor, termasuk menggunakannya sebagai bahan pengecoran artistik.

Jika kandungan karbon (C) pada besi tuang dikurangi menjadi 1,0-1,5%, maka akan terbentuk baja. Baja dapat berupa karbon (baja tersebut tidak memiliki komponen lain kecuali Fe dan C) dan paduan (baja tersebut mengandung aditif kromium (Cr), nikel (Ni), molibdenum (Mo), kobalt (Co) dan logam lain yang meningkatkan sifat mekanik dan sifat baja lainnya).

Baja diproduksi dengan mengolah besi tuang dan potongan logam dalam konverter oksigen, busur listrik, atau tungku perapian terbuka. Dengan pemrosesan seperti itu, kandungan karbon (C) dalam paduan dikurangi ke tingkat yang diperlukan; seperti yang mereka katakan, kelebihan karbon (C) dibakar.

Sifat fisik baja sangat berbeda dengan sifat besi tuang: baja bersifat elastis, dapat ditempa dan digulung. Karena baja, tidak seperti besi tuang, berkontraksi selama pemadatan, baja tuang yang dihasilkan mengalami kompresi di rolling mills. Setelah penggulungan, rongga dan rongga yang muncul selama pemadatan lelehan menghilang dalam volume logam.

Produksi baja memiliki tradisi yang panjang dan mendalam di Rusia, dan baja yang diproduksi oleh ahli metalurgi kami berkualitas tinggi.

Sejarah produksi besi: besi telah memainkan dan terus memainkan peran luar biasa dalam sejarah material umat manusia. Besi metalik pertama yang jatuh ke tangan manusia kemungkinan besar berasal dari meteorit. Bijih besi tersebar luas dan sering ditemukan bahkan di permukaan bumi, namun besi asli yang ada di permukaan sangatlah jarang. Mungkin, beberapa ribu tahun yang lalu, seseorang memperhatikan bahwa setelah membakar api, dalam beberapa kasus, pembentukan besi diamati dari potongan bijih yang secara tidak sengaja masuk ke dalam api. Ketika terjadi kebakaran, reduksi besi dari bijih terjadi karena reaksi bijih baik secara langsung dengan batubara maupun dengan karbon monoksida (II) CO yang terbentuk selama pembakaran. Kemungkinan memperoleh besi dari bijih sangat difasilitasi oleh ditemukannya fakta bahwa ketika bijih dipanaskan dengan batu bara, akan muncul logam, yang kemudian dapat dimurnikan lebih lanjut selama penempaan. Ekstraksi besi dari bijih menggunakan proses peniupan keju ditemukan di Asia Barat pada milenium ke-2 SM. Periode abad ke-9 hingga ke-7 SM, ketika banyak suku di Eropa dan Asia mengembangkan metalurgi besi, disebut Zaman Besi, yang menggantikan Zaman Perunggu. Perbaikan dalam metode peniupan (draft alami digantikan oleh bellow) dan peningkatan ketinggian perapian (muncul tungku poros rendah) menyebabkan produksi besi tuang, yang mulai dilebur secara luas pada tahun Eropa Barat dari abad ke-14. Besi cor yang dihasilkan diubah menjadi baja. Sejak pertengahan abad ke-18, kokas batubara mulai digunakan dalam proses tanur tinggi sebagai pengganti arang. Selanjutnya, metode untuk memperoleh besi dari bijih ditingkatkan secara signifikan, dan saat ini perangkat khusus digunakan untuk tujuan ini: tanur sembur, pengubah oksigen, dan tanur busur listrik.

Menemukan di alam: Besi tersebar luas di kerak bumi; menyumbang sekitar 4,1% massa kerak bumi(tempat ke-4 di antara semua unsur, ke-2 di antara logam). Diketahui jumlah besar bijih dan mineral yang mengandung besi. Yang paling penting secara praktis adalah bijih besi merah (bijih hematit, Fe 2 O 3; mengandung hingga 70% Fe), bijih besi magnetik (bijih magnetit, Fe 3 O 4; mengandung 72,4% Fe), bijih besi coklat (bijih hidrogoetit НFeO 2 · N H 2 O), serta bijih besi spar (bijih siderit, besi karbonat, FeCO 3; mengandung sekitar 48% Fe). Di alam juga terdapat endapan pirit FeS 2 dalam jumlah besar (nama lain pirit belerang, pirit besi, besi disulfida dan lain-lain), namun bijih dengan kandungan belerang tinggi masih tetap ada. signifikansi praktis tidak punya. Rusia menempati urutan pertama di dunia dalam hal cadangan bijih besi. Air laut mengandung 1·10 5 1·10 8% besi.

Penerapan besi, paduan dan senyawanya: besi murni memiliki kegunaan yang agak terbatas. Ia digunakan dalam pembuatan inti elektromagnet, sebagai katalis untuk proses kimia, dan untuk beberapa tujuan lainnya. Tetapi paduan besi - besi cor dan baja - menjadi dasar teknologi modern. Banyak senyawa besi juga banyak digunakan. Jadi, besi (III) sulfat digunakan dalam pengolahan air, oksida besi dan sianida berfungsi sebagai pigmen dalam pembuatan pewarna, dan sebagainya.

Peran biologis: zat besi terdapat dalam tubuh semua tumbuhan dan hewan sebagai elemen jejak, yaitu dalam jumlah yang sangat kecil (rata-rata sekitar 0,02%). Namun bakteri besi yang menggunakan energi oksidasi besi (II) menjadi besi (III) untuk kemosintesis, dapat mengakumulasi hingga 17-20% besi di dalam selnya. Fungsi biologis utama besi adalah partisipasi dalam transportasi oksigen (O) dan proses oksidatif. Besi melakukan fungsi ini sebagai bagian dari protein kompleks - hemoprotein, kelompok prostetiknya adalah kompleks besi porfirin - heme. Di antara hemoprotein yang paling penting adalah pigmen pernapasan hemoglobin dan mioglobin, pembawa elektron universal dalam reaksi respirasi sel, oksidasi dan fotosintesis, sitokrom, enzim kataosa dan peroksida, dan lain-lain. Pada beberapa invertebrata, pigmen pernafasan heloerythrin dan chlorocruorin yang mengandung besi memiliki struktur yang berbeda dengan hemoglobin. Selama biosintesis hemoprotein, zat besi ditransfer dari protein feritin, yang menyimpan dan mengangkut zat besi. Protein ini, satu molekulnya mengandung sekitar 4.500 atom besi, terkonsentrasi di hati, limpa, sumsum tulang, dan mukosa usus mamalia dan manusia. Kebutuhan zat besi harian seseorang (6-20 mg) banyak dipenuhi dari makanan (daging, hati, telur, roti, bayam, bit dan lain-lain yang kaya zat besi). Tubuh rata-rata orang (berat badan 70 kg) mengandung 4,2 g zat besi, 1 liter darah mengandung sekitar 450 mg. Ketika tubuh kekurangan zat besi, anemia kelenjar berkembang, yang diobati dengan obat-obatan yang mengandung zat besi. Suplemen zat besi juga digunakan sebagai agen penguatan umum. Dosis zat besi yang berlebihan (200 mg atau lebih) dapat menimbulkan efek toksik. Zat besi juga diperlukan untuk perkembangan normal tanaman, oleh karena itu ada pupuk mikro yang berbahan dasar zat besi.

Besi

BESI-A; Menikahi

1. Unsur kimia (Fe), logam berwarna perak yang dapat ditempa dan bergabung dengan karbon membentuk baja dan besi tuang.

2. Nama umum untuk baja karbon rendah, logam berwarna perak. Menempa Angin menggetarkan atap besi.

3. Tentang apa yang kuat, kokoh, kuat (tentang kualitas fisik luar). Tanganmu baik-baik saja! // Tentang apa yang keras, pantang menyerah (tentang internal kualitas moral). Karakternya adalah...

4. Razg. Tentang obat yang mengandung zat kelenjar. Tubuh kekurangan zat besi. Minumlah dengan baik. Apel mengandung w.

5. Razg. teknologi. Perangkat keras komputer (sebagai lawan perangkat lunak). Beli besi yang hilang.

◊ Bakar dengan setrika panas. Untuk memberantas, menghancurkan sesuatu, menggunakan tindakan darurat yang ekstrim. Pukul selagi setrika masih panas (lihat Forge).

◁ Besi; Kelenjar; Besi; Besi (lihat).

besi

(lat. Ferrum), unsur kimia golongan VIII sistem periodik. Logam putih keperakan mengkilat. Membentuk modifikasi polimorfik; α-Fe stabil pada suhu biasa ( kisi kristal- kubik berpusat pada benda) dengan massa jenis 7,874 g/cm 3 . α-Fe hingga 769°C (titik Curie) bersifat feromagnetik; T suhu 1535°C. Di udara ia teroksidasi dan menjadi tertutup karat lepas. Dalam hal prevalensi unsur-unsur di alam, besi menempati urutan ke-4; membentuk sekitar 300 mineral. Paduan besi dengan karbon dan unsur lainnya menyumbang sekitar 95% dari semua produk logam (besi tuang, baja, ferroalloy).

Dalam bentuknya yang murni praktis tidak digunakan (dalam kehidupan sehari-hari produk baja atau besi tuang sering disebut besi). Diperlukan untuk kehidupan organisme hewan; merupakan bagian dari hemoglobin.

BESI (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida cm. NUKLIDA) dengan nomor massa 54 (kandungan dalam campuran alami 5,82% berat), 56 (91,66%), 57 (2,19%) dan 58 (0,33%). Konfigurasi dua lapisan elektronik terluar3 2 S 6 P 6 D 2 4 detik
. Biasanya membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi +3 (valensi III) dan +2 (valensi II). Senyawa dengan atom besi dengan bilangan oksidasi +4, +6 dan beberapa lainnya juga diketahui. (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida Dalam sistem periodik Mendeleev, besi termasuk dalam golongan VIIIB. Pada periode keempat yang termasuk besi, kobalt juga termasuk dalam kelompok ini KOBALT) (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida dan nikel. Ketiga unsur ini membentuk triad dan mempunyai sifat serupa.
Jari-jari atom besi netral adalah 0,126 nm, jari-jari ion Fe 2+ adalah 0,080 nm, dan ion Fe 3+ adalah 0,067 nm. Energi ionisasi berurutan atom besi adalah 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Afinitas elektron 0,58 eV. Menurut skala Pauling, keelektronegatifan besi adalah sekitar 1,8.
Besi dengan kemurnian tinggi adalah logam ulet berwarna abu-abu keperakan mengkilap yang dapat dengan mudah dikerjakan dengan berbagai cara.
Berada di alam
Besi tersebar luas di kerak bumi - menyumbang sekitar 4,1% massa kerak bumi (peringkat ke-4 di antara semua unsur, ke-2 di antara logam). Sejumlah besar bijih dan mineral yang mengandung besi diketahui. Bijih besi merah (bijih hematit) memiliki kepentingan praktis yang paling besar (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida BIJIH BESI), Fe 2 HAI 3 ; mengandung hingga 70% Fe), bijih besi magnetik (bijih magnetit (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida MAGNETIT), Fe 3 HAI 4 ; mengandung 72,4% Fe), bijih besi coklat (bijih hidrogoetit НFeO 2 N H 2 O), serta bijih besi spar (bijih siderit (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida SIDERIT), besi karbonat, FeCO 3 ; mengandung sekitar 48% Fe). Deposit pirit dalam jumlah besar juga ditemukan di alam. (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida PIRIT) FeS 2 (nama lain sulfur pirit, besi pirit, besi disulfida dan lain-lain), namun bijih dengan kandungan sulfur tinggi belum memiliki kepentingan praktis. Rusia menempati urutan pertama di dunia dalam hal cadangan bijih besi. Air laut mengandung 1·10 -5 -1·10 -8% zat besi.
Sejarah produksi besi
Besi telah memainkan dan terus memainkan peran luar biasa dalam sejarah material umat manusia. Besi metalik pertama yang jatuh ke tangan manusia kemungkinan besar berasal dari meteorit. Bijih besi tersebar luas dan sering ditemukan bahkan di permukaan bumi, namun besi asli yang ada di permukaan sangatlah jarang. Mungkin, beberapa ribu tahun yang lalu, seseorang memperhatikan bahwa setelah membakar api, dalam beberapa kasus, pembentukan besi diamati dari potongan bijih yang secara tidak sengaja masuk ke dalam api. Ketika terjadi kebakaran, reduksi besi dari bijih terjadi karena reaksi bijih baik secara langsung dengan batu bara maupun dengan karbon monoksida (II) CO yang terbentuk selama pembakaran. Kemungkinan memperoleh besi dari bijih sangat difasilitasi oleh ditemukannya fakta bahwa ketika bijih dipanaskan dengan batu bara, akan muncul logam, yang kemudian dapat dimurnikan lebih lanjut selama penempaan. Ekstraksi besi dari bijih menggunakan proses peniupan keju ditemukan di Asia Barat pada milenium ke-2 SM. e. Periode dari abad ke-9 hingga ke-7. SM e., ketika metalurgi besi berkembang di antara banyak suku di Eropa dan Asia, hal itu disebut Zaman Besi, (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida USIA BESI) yang menggantikan Zaman Perunggu (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida USIA PERUNGGU). Perbaikan dalam metode peniupan (draft alami digantikan oleh bellow) dan peningkatan ketinggian menempa (timur poros rendah muncul) menyebabkan produksi besi cor, yang mulai dilebur secara luas di Eropa Barat sejak abad ke-14. Besi cor yang dihasilkan diubah menjadi baja. Sejak pertengahan abad ke-18, kokas batubara mulai digunakan dalam proses tanur tinggi sebagai pengganti arang. (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida KOKAS). Selanjutnya, metode untuk memperoleh besi dari bijih ditingkatkan secara signifikan, dan saat ini perangkat khusus digunakan untuk ini - tanur sembur, konverter oksigen, tanur busur listrik.
Sifat fisik dan kimia
Pada suhu ruangan hingga 917 °C, serta pada kisaran suhu 1394-1535 °C, terdapat a-Fe dengan kisi berpusat badan kubik; pada suhu kamar, parameter kisinya sebuah = 0,286645nm. Pada suhu 917-1394 °C, b-Fe dengan kisi kubik berpusat muka T (a = 0,36468 nm) stabil. Pada suhu dari suhu kamar hingga 769 °C (disebut titik Curie (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida TITIK CURIE)) besi mempunyai sifat kemagnetan yang kuat (dikatakan feromagnetik), pada suhu yang lebih tinggi besi berperilaku sebagai paramagnetik. Terkadang a-Fe paramagnetik dengan kisi berpusat badan kubik, stabil pada suhu 769 hingga 917 °C, dianggap sebagai modifikasi g besi, dan b-Fe, stabil pada suhu tinggi (1394-1535 °C), secara tradisional disebut d- Fe (gagasan tentang keberadaan empat modifikasi besi - a, b, g dan d - muncul ketika analisis difraksi sinar-X belum ada dan belum ada informasi obyektif tentang struktur internal besi). Titik lebur 1535 °C, titik didih 2750 °C, massa jenis 7,87 g/cm3. Potensi standar pasangan Fe 2+ /Fe 0 adalah –0,447V, pasangan Fe 3+ /Fe 2+ adalah +0,771V.
Ketika disimpan di udara pada suhu hingga 200 °C, besi secara bertahap ditutupi dengan lapisan oksida padat, yang mencegah oksidasi logam lebih lanjut. Di udara lembab, besi ditutupi lapisan karat yang lepas, yang tidak menghalangi akses oksigen dan kelembapan ke logam dan kehancurannya. Karat tidak memiliki komposisi kimia yang konstan; kira-kira rumus kimianya dapat ditulis sebagai Fe 2 O 3 xH 2 O.
Besi bereaksi dengan oksigen saat dipanaskan. Ketika besi dibakar di udara, terbentuk oksida Fe 2 O 3, ketika dibakar dalam oksigen murni, terbentuk oksida Fe 3 O 4. Jika oksigen atau udara dilewatkan melalui besi cair, oksida FeO akan terbentuk. Ketika belerang dan serbuk besi dipanaskan, terbentuk sulfida, yang rumus perkiraannya dapat ditulis sebagai FeS.
Besi bereaksi dengan halogen ketika dipanaskan (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida HALOGEN). Karena FeF 3 bersifat non-volatil, besi tahan terhadap fluor hingga suhu 200-300°C. Ketika besi diklorinasi (pada suhu sekitar 200°C), FeCl 3 yang mudah menguap akan terbentuk. Jika interaksi besi dan brom terjadi pada suhu kamar atau dengan pemanasan dan peningkatan tekanan uap brom, maka akan terbentuk FeBr 3. Ketika dipanaskan, FeCl 3 dan, khususnya, FeBr 3 memisahkan halogen dan berubah menjadi besi (II) halida. Ketika besi dan yodium berinteraksi, iodida Fe 3 I 8 terbentuk.
Ketika dipanaskan, besi bereaksi dengan nitrogen membentuk besi nitrida Fe 3 N, dengan fosfor membentuk fosfida FeP, Fe 2 P dan Fe 3 P, dengan karbon membentuk karbida Fe 3 C, dengan silikon membentuk beberapa silisida, misalnya FeSi .
Pada tekanan tinggi, besi logam bereaksi dengan karbon monoksida CO, dan cair, dalam kondisi normal, besi pentakarbonil Fe(CO) 5 yang sangat mudah menguap terbentuk. Karbonil besi dengan komposisi Fe 2 (CO) 9 dan Fe 3 (CO) 12 juga diketahui. Karbonil besi berfungsi sebagai bahan awal dalam sintesis senyawa organoiron, termasuk ferosen (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida FERROSENA) komposisi
Besi metalik murni stabil dalam air dan larutan alkali encer. Besi tidak larut dalam asam sulfat dan nitrat pekat, karena lapisan oksida kuat membuat permukaannya pasif.
Besi bereaksi dengan asam klorida dan asam sulfat encer (kira-kira 20%) membentuk garam besi (II):
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 JADI 4 = FeSO 4 + H 2
Ketika besi bereaksi dengan sekitar 70% asam sulfat, reaksi berlanjut membentuk besi (III) sulfat:
2Fe + 4H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O
Besi (II) oksida FeO memiliki sifat basa; basa Fe(OH) 2 sesuai dengannya. Besi (III) oksida Fe 2 O 3 bersifat amfoter lemah; ia dipadukan dengan basa yang bahkan lebih lemah dari Fe(OH) 2, Fe(OH) 3, yang bereaksi dengan asam:
2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O
Besi (III) hidroksida Fe(OH) 3 menunjukkan sifat amfoter lemah; ia hanya mampu bereaksi dengan larutan alkali pekat:
Fe(OH)3 + KOH = K
Kompleks hidrokso besi (III) yang dihasilkan stabil dalam larutan basa kuat. Ketika larutan diencerkan dengan air, larutan tersebut hancur, dan besi (III) hidroksida Fe(OH) 3 mengendap.
Senyawa besi (III) dalam larutan direduksi oleh besi logam:
Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2
Saat menyimpan larutan garam besi (II) dalam air, oksidasi besi (II) menjadi besi (III) diamati:
4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH)Cl 2
Dari garam besi (II) dalam larutan air, garam Mohr stabil - amonium ganda dan besi (II) sulfat (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.
Besi (III) mampu membentuk sulfat ganda dengan kation bermuatan tunggal seperti tawas, misalnya KFe(SO 4) 2 - besi-kalium tawas, (NH 4)Fe(SO 4) 2 - besi-amonium tawas, dll. .
Ketika gas klor atau ozon bereaksi pada larutan basa senyawa besi (III), terbentuk senyawa besi (VI) - ferrat, misalnya kalium ferrat (VI) K 2 FeO 4. Ada laporan produksi senyawa besi (VIII) di bawah pengaruh zat pengoksidasi kuat.
Untuk mendeteksi senyawa besi (III) dalam larutan digunakan reaksi kualitatif ion Fe 3+ dengan ion tiosianat CNS -. Ketika ion Fe 3+ berinteraksi dengan anion - SSP, terbentuk besi tiosianat Fe(CNS) 3 berwarna merah cerah. Reagen lain untuk ion Fe 3+ adalah potasium hexacyanoferrate (II) K 4 (sebelumnya zat ini disebut garam darah kuning). Ketika ion Fe 3+ dan 4- berinteraksi, terbentuk endapan biru cerah.
Reagen ion Fe 2+ dalam larutan dapat berupa larutan kalium hexacyanoferrate (III) K 3 , yang sebelumnya disebut garam darah merah. Ketika ion Fe 3+ dan 3- berinteraksi, terbentuk endapan biru cerah dengan komposisi yang sama seperti pada interaksi ion Fe 3+ dan 4-.
Paduan besi-karbon
Besi digunakan terutama dalam paduan, terutama dalam paduan dengan karbon - berbagai besi cor dan baja. Pada besi tuang, kandungan karbonnya lebih tinggi dari 2,14% beratnya (biasanya pada level 3,5-4%), pada baja kandungan karbonnya lebih rendah (biasanya pada level 0,8-1%).
Besi cor diproduksi di tanur sembur. Tanur tiup adalah kerucut terpotong raksasa (tinggi hingga 30-40 m), berlubang di dalamnya. Dinding tanur sembur dilapisi dengan batu bata tahan api dari dalam; ketebalan pasangan bata beberapa meter. Dari atas, bijih besi yang diperkaya (dibebaskan dari batuan sisa), kokas pereduksi (batubara kadar khusus yang mengalami kokas - dipanaskan pada suhu sekitar 1000 ° C tanpa akses udara), serta bahan peleburan (batu kapur dan lain-lain) yang mendorong pemisahan dimasukkan ke dalam tanur tinggi dengan troli. dari logam yang dilebur ada kotoran - terak. Ledakan dimasukkan ke dalam tanur sembur dari bawah ( oksigen murni atau udara yang diperkaya dengan oksigen). Saat bahan yang dimasukkan ke dalam tanur sembur diturunkan, suhunya naik menjadi 1200-1300 °C. Sebagai hasil dari reaksi reduksi yang terjadi terutama dengan partisipasi kokas C dan CO:
Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO;
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2
Besi metalik muncul, yang jenuh dengan karbon dan mengalir ke bawah.
Lelehan ini secara berkala dilepaskan dari tanur sembur melalui lubang khusus - lubang keran - dan lelehan dibiarkan mengeras dalam bentuk khusus. Besi cor bisa berwarna putih, yang disebut pig iron (digunakan untuk memproduksi baja) dan abu-abu, atau besi cor. Besi cor putih adalah larutan padat karbon dalam besi. Dalam struktur mikro besi cor kelabu, mikrokristal grafit dapat dibedakan. Karena adanya grafit, besi cor kelabu meninggalkan bekas pada kertas putih.
Besi tuang bersifat rapuh, pecah jika terkena benturan, sehingga pegas, pegas, atau produk apa pun yang harus ditekuk tidak dapat dibuat darinya.
Besi tuang padat lebih ringan dari besi tuang cair, sehingga ketika mengeras, ia tidak berkontraksi (seperti yang biasa terjadi pada pemadatan logam dan paduan), tetapi memuai. Fitur ini memungkinkan Anda membuat berbagai macam coran dari besi cor, termasuk menggunakannya sebagai bahan pengecoran artistik.
Jika kandungan karbon dalam besi tuang dikurangi menjadi 1,0-1,5%, maka akan terbentuk baja. Baja dapat berupa karbon (baja tersebut tidak memiliki komponen lain kecuali Fe dan C) dan paduan (baja tersebut mengandung aditif kromium, nikel, molibdenum, kobalt, dan logam lain yang meningkatkan sifat mekanik dan sifat baja lainnya).
Baja diproduksi dengan mengolah besi tuang dan potongan logam dalam konverter oksigen, busur listrik, atau tungku perapian terbuka. Dengan pemrosesan seperti itu, kandungan karbon dalam paduan dikurangi ke tingkat yang diperlukan; seperti yang mereka katakan, kelebihan karbon akan terbakar.
Sifat fisik baja sangat berbeda dengan sifat besi tuang: baja bersifat elastis, dapat ditempa dan digulung. Karena baja, tidak seperti besi tuang, berkontraksi selama pemadatan, baja tuang yang dihasilkan mengalami kompresi di rolling mills. Setelah penggulungan, rongga dan rongga yang muncul selama pemadatan lelehan menghilang dalam volume logam.
Produksi baja memiliki tradisi yang panjang dan mendalam di Rusia, dan baja yang diproduksi oleh ahli metalurgi kami berkualitas tinggi.
Penerapan besi, paduan dan senyawanya
Besi murni memiliki kegunaan yang agak terbatas. Ia digunakan dalam pembuatan inti elektromagnet, sebagai katalis untuk proses kimia, dan untuk beberapa tujuan lainnya. Tetapi paduan besi - besi cor dan baja - menjadi dasar teknologi modern. Banyak senyawa besi juga banyak digunakan. Jadi, besi (III) sulfat digunakan dalam pengolahan air, oksida besi dan sianida berfungsi sebagai pigmen dalam pembuatan pewarna, dan sebagainya.
Zat besi di dalam tubuh
Besi hadir dalam tubuh semua tumbuhan dan hewan sebagai elemen jejak. (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida ELEMEN MIKRO) yaitu dalam jumlah yang sangat kecil (rata-rata sekitar 0,02%). Namun, bakteri besi (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida BAKTERI BESI), menggunakan energi oksidasi besi (II) menjadi besi (III) untuk kemosintesis (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida KEMOSINTESIS), dapat mengakumulasi hingga 17-20% zat besi di dalam selnya. Fungsi biologis utama besi adalah partisipasi dalam transportasi oksigen dan proses oksidatif. Zat besi melakukan fungsi ini sebagai bagian dari protein kompleks - hemoprotein (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida HEMOPROTEID), kelompok prostetiknya adalah kompleks besi porfirin - heme (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida PERMATA). Di antara hemoprotein terpenting adalah pigmen pernapasan hemoglobin (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida HEMOGLOBIN) dan mioglobin, (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida mioglobin) pembawa elektron universal dalam reaksi respirasi sel, oksidasi dan fotosintesis, sitokrom, (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida sitokrom) enzim katalose dan peroksida, dan lain-lain. Pada beberapa invertebrata, pigmen pernafasan heloerythrin dan chlorocruorin yang mengandung besi memiliki struktur yang berbeda dengan hemoglobin. Selama biosintesis hemoprotein, zat besi ditransfer dari protein feritin (BESI (lat. Ferrum), Fe (baca “ferrum”), unsur kimia, nomor atom 26, massa atom 55.847. Asal usul nama Latin dan Rusia untuk unsur tersebut belum diketahui dengan jelas. Besi alam merupakan campuran empat nuklida FERITIN), yang menyimpan dan mengangkut besi. Protein ini, satu molekulnya mengandung sekitar 4.500 atom besi, terkonsentrasi di hati, limpa, sumsum tulang, dan mukosa usus mamalia dan manusia. Kebutuhan zat besi harian seseorang (6-20 mg) banyak dipenuhi dari makanan (daging, hati, telur, roti, bayam, bit dan lain-lain yang kaya zat besi). Tubuh rata-rata orang (berat badan 70 kg) mengandung 4,2 g zat besi, 1 liter darah mengandung sekitar 450 mg. Ketika tubuh kekurangan zat besi, anemia kelenjar berkembang, yang diobati dengan obat-obatan yang mengandung zat besi. Suplemen zat besi juga digunakan sebagai agen penguatan umum. Dosis zat besi yang berlebihan (200 mg atau lebih) dapat menimbulkan efek toksik. Zat besi juga diperlukan untuk perkembangan normal tanaman, itulah sebabnya ada pupuk mikro yang berbahan dasar zat besi.

Kamus Ensiklopedis. 2009 .

Sinonim:

Lihat apa itu "perangkat keras" di kamus lain:

Menikahi. aula selatan, barat logam, remah, dilebur dari bijih dalam bentuk besi tuang, dan ditempa dari bijih tersebut di bawah palu menjerit. Jika digabungkan dengan karbon akan membentuk baja. Besi dijual dalam bentuk: strip atau dibelah; yang pertama lurus... Kamus Dahl

DEFINISI

Besi- elemen kedua puluh enam tabel periodik. Sebutannya - Fe dari bahasa Latin "ferrum". Bertempat di periode keempat, grup VIIIB. Mengacu pada logam. Muatan inti adalah 26.

Besi merupakan logam terbanyak di dunia setelah aluminium. bola dunia: Ia membentuk 4% (massa) kerak bumi. Besi ditemukan dalam bentuk berbagai senyawa: oksida, sulfida, silikat. Besi ditemukan dalam keadaan bebas hanya di meteorit.

Bijih besi yang paling penting antara lain bijih besi magnetik Fe 3 O 4 , bijih besi merah Fe 2 O 3 , bijih besi coklat 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O dan bijih besi spar FeCO 3 .

Besi adalah logam ulet berwarna keperakan (Gbr. 1). Ini cocok untuk penempaan, penggulungan, dan jenis pemesinan lainnya. Sifat mekanik besi sangat bergantung pada kemurniannya - pada kandungan unsur lain dalam jumlah yang sangat kecil sekalipun.

Beras. 1. Besi. Penampilan.

Massa atom dan molekul besi

Berat molekul relatif suatu zat(M r) adalah angka yang menunjukkan berapa kali massa suatu molekul lebih besar dari 1/12 massa atom karbon, dan massa atom relatif suatu unsur(A r) - berapa kali massa rata-rata atom suatu unsur kimia lebih besar dari 1/12 massa atom karbon.

Karena besi dalam keadaan bebas ada dalam bentuk molekul Fe monatomik, nilai atomnya dan berat molekul cocok. Mereka sama dengan 55.847.

Modifikasi alotropi dan alotropik besi

Besi membentuk dua modifikasi kristal: besi α dan besi γ. Yang pertama mempunyai kisi kubik berpusat badan, yang kedua mempunyai kisi kubik berpusat muka. α-Besi stabil secara termodinamika dalam dua rentang suhu: di bawah 912 o C dan dari 1394 o C hingga titik leleh. Titik leleh besi adalah 1539 ± 5 o C. Antara 912 o C dan dari 1394 o C, besi-besi stabil.

Kisaran stabilitas suhu besi α dan γ ditentukan oleh sifat perubahan energi Gibbs dari kedua modifikasi dengan perubahan suhu. Pada suhu di bawah 912 o C dan di atas 1394 o C, energi Gibbs besi α lebih kecil dibandingkan energi Gibbs besi γ, dan pada kisaran 912 – 1394 o C lebih besar.

Isotop besi

Diketahui bahwa di alam besi dapat ditemukan dalam bentuk empat isotop stabil yaitu 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe dan 57 Fe. Nomor massanya masing-masing adalah 54, 56, 57 dan 58. Inti atom isotop besi 54 Fe mengandung dua puluh enam proton dan dua puluh delapan neutron, dan isotop lainnya hanya berbeda dalam jumlah neutron.

Ada isotop besi buatan dengan nomor massa 45 hingga 72, serta 6 keadaan inti isomer. Isotop yang berumur paling lama di antara isotop di atas adalah 60 Fe dengan waktu paruh 2,6 juta tahun.

Ion besi

Rumus elektronik yang menunjukkan distribusi orbital elektron besi adalah sebagai berikut:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

Sebagai akibat interaksi kimia besi melepaskan elektron valensinya, mis. adalah donornya, dan berubah menjadi ion bermuatan positif:

Fe 0 -2e → Fe 2+ ;

Fe 0 -3e → Fe 3+.

Molekul besi dan atom

Dalam keadaan bebas, besi ada dalam bentuk molekul Fe monoatomik. Berikut beberapa sifat yang menjadi ciri atom dan molekul besi:

Paduan besi

Hingga abad ke-19, paduan besi terutama dikenal karena paduannya dengan karbon, yang disebut baja dan besi tuang. Namun, kemudian paduan berbasis besi baru yang mengandung kromium, nikel, dan elemen lainnya diciptakan. Saat ini besi paduan dibedakan menjadi baja karbon, besi tuang, baja paduan dan baja dengan sifat khusus.

Dalam teknologi, paduan besi biasa disebut logam besi, dan produksinya disebut metalurgi besi.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan	Komposisi unsur zat tersebut adalah sebagai berikut: fraksi massa unsur besi adalah 0,7241 (atau 72,41%), fraksi massa oksigen adalah 0,2759 (atau 27,59%). Turunkan rumus kimianya.
Larutan	Fraksi massa unsur X dalam molekul dengan komposisi HX dihitung menggunakan rumus berikut: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Mari kita nyatakan jumlah atom besi dalam molekul dengan “x”, jumlah atom oksigen dengan “y”. Mari kita cari massa atom relatif yang sesuai dari unsur besi dan oksigen (kita akan membulatkan nilai massa atom relatif yang diambil dari Tabel Periodik D.I. Mendeleev ke bilangan bulat). Ar(Fe) = 56; Ar(O) = 16. Kami membagi persentase kandungan unsur menjadi massa atom relatif yang sesuai. Dengan demikian kita akan mencari hubungan antara jumlah atom dalam molekul senyawa: x:y= ω(Fe)/Ar(Fe) : ω(O)/Ar(O); x:y = 72,41/56: 27,59/16; x:y = 1,29: 1,84. Mari kita ambil bilangan terkecil menjadi satu (yaitu membagi semua bilangan dengan bilangan terkecil 1,29): 1,29/1,29: 1,84/1,29; Oleh karena itu, rumus paling sederhana untuk kombinasi besi dan oksigen adalah Fe 2 O 3.
Menjawab	Fe2O3

Kategori Detail: Dilihat: 9555

BESI, Fe, unsur kimia, berat atom 55,84, nomor atom 26; terletak di kelompok VIII sistem periodik pada tingkat yang sama dengan kobalt dan nikel, titik leleh - 1529°C, titik didih - 2450°C; dalam keadaan padat memiliki warna perak kebiruan. Dalam bentuk bebasnya, besi hanya ditemukan di meteorit, namun mengandung pengotor Ni, P, C dan unsur lainnya. Di alam, senyawa besi tersebar luas dimana-mana (tanah, mineral, hemoglobin hewan, klorofil tumbuhan), ch. arr. dalam bentuk oksida, hidrat oksida dan senyawa belerang, serta besi karbonat, yang sebagian besar terdiri dari bijih besi.

Besi murni secara kimia diperoleh dengan memanaskan besi oksalat, yang pada suhu 440°C pertama-tama menghasilkan bubuk oksida besi matte, yang memiliki kemampuan untuk menyala di udara (yang disebut besi piroforik); dengan reduksi oksida ini selanjutnya, bubuk yang dihasilkan menjadi berwarna abu-abu dan kehilangan sifat piroforiknya, berubah menjadi besi metalik. Ketika oksida besi direduksi pada suhu 700°C, besi dilepaskan dalam bentuk kristal kecil, yang kemudian menyatu dalam ruang hampa. Cara lain untuk memperoleh besi murni secara kimia adalah dengan elektrolisis larutan garam besi, misalnya FeSO 4 atau FeCl 3 dalam campuran dengan MgSO 4, CaCl 2 atau NH 4 Cl (pada suhu di atas 100°C). Namun, dalam kasus ini, besi menyumbat sejumlah besar hidrogen elektrolitik, sehingga menjadi keras. Ketika dipanaskan hingga 700°C, hidrogen dilepaskan, dan besi menjadi lunak dan dapat dipotong dengan pisau, seperti timah (kekerasan pada skala Mohs adalah 4,5). Besi yang sangat murni dapat diperoleh secara aluminotermik dari besi oksida murni. (lihat Aluminotermi). Kristal besi yang terbentuk dengan baik jarang terjadi. Kristal berbentuk oktahedral terkadang terbentuk di rongga potongan besi cor yang besar. Sifat khas besi adalah kelembutan, keuletan, dan kelenturannya pada suhu yang jauh lebih rendah daripada titik lelehnya. Bila terkena zat besi yang kuat asam nitrat(tidak mengandung oksida nitrogen rendah), besi menjadi tertutup lapisan oksida dan menjadi tidak larut dalam asam nitrat.

Senyawa besi

Mudah bergabung dengan oksigen, besi membentuk beberapa oksida: FeO - oksida besi, Fe 2 O 3 - oksida besi, FeO 3 - anhidrida asam besi dan FeO 4 - anhidrida asam superglandular. Selain itu, besi juga membentuk oksida campuran Fe 3 O 4 - oksida besi, yang disebut. oksida besi. Namun di udara kering, besi tidak teroksidasi; Karat adalah oksida besi berair yang terbentuk dengan partisipasi kelembaban udara dan CO 2 . Besi oksida FeO berhubungan dengan hidrat Fe(OH) 2 dan sejumlah garam besi divalen yang, setelah oksidasi, dapat berubah menjadi garam oksida besi, Fe 2 O 3, di mana besi memanifestasikan dirinya sebagai unsur trivalen; Di udara, besi oksida hidrat, yang memiliki sifat pereduksi kuat, mudah teroksidasi, berubah menjadi besi oksida hidrat. Besi hidroksida sedikit larut dalam air, dan larutan ini mempunyai reaksi basa yang jelas, menunjukkan sifat dasar besi divalen. Oksida besi ditemukan di alam (lihat Timbal merah), tetapi dapat ditemukan secara artifisial. diperoleh dalam bentuk bubuk merah dengan cara mengkalsinasi serbuk besi dan membakar sulfur pirit hingga diperoleh belerang dioksida. Oksida besi anhidrat, Fe 2 O 3, m.b. diperoleh dalam dua modifikasi, dan transisi dari salah satunya ke yang lain terjadi ketika dipanaskan dan disertai dengan pelepasan panas yang signifikan (pemanasan sendiri). Ketika dikalsinasi kuat, Fe 2 O 3 melepaskan oksigen dan berubah menjadi oksida-oksida magnetik, Fe 3 O 4. Ketika basa bekerja pada larutan garam besi besi, endapan Fe 4 O 9 H 6 hidrat (2Fe 2 O 3 3H 2 O) mengendap; jika direbus dengan air akan terbentuk hidrat Fe 2 O 3 ·H 2 O yang sulit larut dalam asam. Besi membentuk senyawa dengan berbagai metaloid: dengan C, P, S, dengan halogen, serta dengan logam, misalnya dengan Mn, Cr, W, Cu, dll.

Garam besi dibagi menjadi garam besi - besi divalen (garam besi) dan oksida - besi besi (garam besi).

garam besi . besi klorida, FeCl 2, diperoleh melalui aksi klorin kering pada besi, dalam bentuk daun tidak berwarna; Ketika besi dilarutkan dalam HCl, besi klorida diperoleh dalam bentuk FeCl 2 ·4H 2 O hidrat dan digunakan dalam bentuk larutan berair atau alkohol dalam pengobatan. Ferrous iodide, FeJ 2, diperoleh dari besi dan yodium di bawah air dalam bentuk daun hijau dan digunakan dalam pengobatan (Sirupus ferri jodati); dengan aksi yodium lebih lanjut, FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati) terbentuk.

Besi sulfat, besi sulfat, FeSO 4 ·7H 2 O (kristal hijau) terbentuk di alam sebagai hasil oksidasi pirit dan pirit belerang; garam ini juga terbentuk sebagai produk sampingan selama produksi tawas; ketika dilapuk atau dipanaskan hingga 300°C, ia berubah menjadi garam putih anhidrat - FeSO 4; juga membentuk hidrat dengan 5, 4, 3, 2 dan 1 partikel air; mudah larut dalam air dingin (dalam air panas hingga 300%); larutan bersifat asam karena hidrolisis; teroksidasi di udara, terutama dengan mudah dengan adanya zat pengoksidasi lain, misalnya garam oksalat, yang melibatkan FeSO 4 dalam reaksi oksidasi konjugasi, mengubah warna KMnO 4; dalam hal ini, proses berlangsung menurut persamaan berikut:

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 2 + 8H 2 O.

Namun untuk tujuan ini, garam ganda Mohr (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O, yang lebih konstan di udara, digunakan dalam analisis gas untuk menentukan nitrogen oksida yang diserap oleh larutan FeSO 4 dengan pembentukan warna coklat tua dari kompleks (FeNO)SO 4, dan juga untuk menghasilkan tinta (dengan asam tanat), sebagai mordan untuk pewarnaan, untuk mengikat gas-gas busuk (H 2 S, NH 3) di jamban, dll.

Garam besi digunakan dalam fotografi karena kemampuannya mereduksi senyawa perak dalam gambar laten yang diambil pada pelat fotografi.

Besi karbonat, FeCO 3 , muncul secara alami sebagai siderit atau besi; Besi karbonat, diperoleh dengan pengendapan larutan garam besi besi dengan karbonat, dengan mudah kehilangan CO 2 dan teroksidasi di udara menjadi Fe 2 O 3.

besi bikarbonat, H 2 Fe(CO 3) 2, larut dalam air dan terdapat secara alami dalam sumber besi, yang jika dioksidasi, dilepaskan ke permukaan bumi dalam bentuk besi oksida hidrat, Fe(OH) 3, yang berubah menjadi bijih besi coklat.

Besi fosfat, Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, endapan putih; terdapat di alam berwarna agak kecoklatan, akibat oksidasi besi, berwarna biru, dalam bentuk vivianit.

Garam besi oksida . Ferri klorida, FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), diperoleh dengan aksi kelebihan klorin pada besi dalam bentuk tablet merah heksagonal; besi klorida larut di udara; mengkristal dari air dalam bentuk FeCl 3 6H 2 O (kristal kuning); larutan bersifat asam; selama dialisis secara bertahap terhidrolisis hampir sampai akhir dengan pembentukan larutan koloid Fe(OH)3 hidrat. FeCl 3 larut dalam alkohol dan dalam campuran alkohol dan eter; bila dipanaskan, FeCl 3 ·6H 2 O terurai menjadi HCl dan Fe 2 O 3; digunakan sebagai mordan dan sebagai agen hemostatik (Liquor ferri sesquichlorati).

Besi oksida sulfat, Fe 2 (SO 4) 3, dalam keadaan anhidrat berwarna kekuningan, terhidrolisis kuat dalam larutan; ketika larutan dipanaskan, garam basa mengendap; tawas besi, MFe(SO 4) 2 ·12H 2 O, M - logam alkali monovalen; Amonium tawas, NH 4 Fe(SO 4) 2 12H 2 O, mengkristal paling baik.

Oksida FeO 3 adalah asam besi anhidrida, serta hidrat dari oksida ini H 2 FeO 4 - asam besi- dalam keadaan bebas, tidak memungkinkan. diperoleh karena kerapuhannya yang ekstrim; tetapi dalam larutan basa mungkin terdapat garam asam besi, ferrat (misalnya, K 2 FeO 4), yang terbentuk ketika serbuk besi dipanaskan dengan nitrat atau KClO 3. Garam barium yang sukar larut dari asam besi BaFeO 4 juga diketahui; Jadi, asam besi dalam beberapa hal sangat mirip dengan asam sulfat dan kromat. Pada tahun 1926, ahli kimia Kyiv Goralevich mendeskripsikan senyawa oksida besi oktavalen - anhidrida supferik FeO 4, diperoleh dengan melebur Fe 2 O 3 dengan garam nitrat atau berthollet berupa garam kalium dari asam superglandular K 2 FeO 5; FeО 4 - zat gas, yang tidak membentuk asam superglandular H 2 FeO 5 dengan air, namun mungkin saja. diisolasi dalam keadaan bebas dengan penguraian garam K 2 FeO 5 dengan asam. Garam barium BaFeO 5 ·7H 2 O, serta garam kalsium dan strontium, diperoleh Goralevich dalam bentuk kristal putih yang tidak terurai yang melepaskan air hanya pada suhu 250-300°C dan sekaligus berubah menjadi hijau.

Besi menghasilkan senyawa: dengan nitrogen - besi nitrat(nitrida) Fe 2 N ketika serbuk besi dipanaskan dalam aliran NH 3, dengan karbon - Fe 3 C karbida ketika besi dijenuhkan dengan batubara dalam tungku listrik. Selain itu, sejumlah senyawa besi dengan karbon monoksida telah dipelajari - karbonil besi, misalnya, pentakarbonil Fe(CO) 5 adalah cairan agak berwarna dengan suhu sekitar 102,9 ° C (pada 749 mm, berat jenis 1.4937), lalu oranye padat Fe 2 (CO) 9, tidak larut dalam eter dan kloroform, dengan berat jenis 2,085.

Sangat penting senyawa besi sianida. Selain sianida sederhana Fe(CN) 2 dan Fe(CN) 3, besi membentuk satu rangkaian utuh senyawa kompleks dengan garam sianida, seperti garam asam sulfat besi H 4 Fe(CN) 6 , dan garam asam sulfat besi H 3 Fe(CN) 6 , misalnya garam darah merah, yang selanjutnya masuk ke dalam reaksi dekomposisi pertukaran dengan besi garam asam dan besi oksida, membentuk senyawa berwarna biru - biru Prusia dan biru Turnbull. Ketika satu gugus CN diganti dalam garam asam sulfat besi H 4 Fe(CN) 6 dengan gugus monovalen (NO, NO 2 , NH 3 , SO 3 , CO), akan terbentuk garam Prusso, misalnya natrium nitroprusida (natrium nitro besi asam sulfat) Na 2 2H 2 O, diperoleh dengan pengasapan HNO 3 pada K 4 Fe(CN) 6, dilanjutkan dengan netralisasi dengan soda, dalam bentuk kristal merah delima, dipisahkan dengan kristalisasi dari nitrat yang terbentuk secara bersamaan; asam nitroferrat H2 yang sesuai juga mengkristal dalam bentuk kristal merah tua. Natrium nitroprusida digunakan sebagai reagen sensitif untuk hidrogen sulfida dan logam belerang, yang menghasilkan warna merah darah yang kemudian berubah menjadi biru. Ketika tembaga sulfat bereaksi dengan natrium nitroprusida, terbentuk endapan hijau pucat, tidak larut dalam air dan alkohol, yang digunakan untuk menguji minyak atsiri.

Secara analitis, besi dideteksi melalui aksi garamnya, dalam larutan basa, garam darah kuning. Garam besi membentuk endapan biru biru Prusia. Garam besi membentuk endapan biru biru Turnbull ketika terkena garam darah merah. Dengan amonium tiosianat NH 4 CNS, garam besi besi membentuk besi rhodanic Fe(CNS) 3, larut dalam air dengan warna merah darah; Dengan tanin, garam oksida besi membentuk tinta. Garam tembaga dari asam besi sulfida, yang dapat diterapkan (metode Uvachrome) dalam fotografi warna, juga dibedakan berdasarkan warnanya yang intens. Dari senyawa besi yang digunakan dalam pengobatan, selain senyawa besi halida tersebut, yang penting adalah: besi metalik (F. hydrogenio reduktum), besi sitrat (F. Citricum - 20% Fe), ekstrak besi malat (Extractum ferri pomatum ), besi albuminat ( Liquor ferri albuminatum), ferratin - senyawa protein dengan 6% zat besi; ferratose - larutan ferratin, carniferrin - senyawa besi dengan nuklein (30% Fe); ferratogen dari nuklein ragi (1% Fe), hematogen - 70% larutan hemoglobin dalam gliserol, hemol - hemoglobin direduksi dengan debu seng.

Sifat fisik besi

Data numerik yang tersedia dalam literatur yang mengkarakterisasi berbagai sifat fisik besi berfluktuasi karena sulitnya memperoleh besi dalam keadaan murni secara kimia. Oleh karena itu, data yang paling dapat diandalkan adalah data yang diperoleh untuk besi elektrolitik, yang kandungan total pengotornya (C, Si, Mn, S, P) tidak melebihi 0,01-0,03%. Data di bawah ini dalam banyak kasus mengacu pada perangkat keras tersebut. Untuk itu, titik lelehnya adalah 1528°C ± 3°C (Ruer dan Klesper, 1914), dan titik didihnya adalah ≈ 2450°C. Dalam keadaan padat, besi ada dalam empat modifikasi berbeda - α, β, γ dan δ, yang batas suhu berikut ditetapkan dengan cukup akurat:

Transisi besi dari satu modifikasi ke modifikasi lainnya terdeteksi pada kurva pendinginan dan pemanasan pada titik-titik kritis, yang mana sebutan berikut diadopsi:

Titik-titik kritis ini ditunjukkan pada Gambar. 1 skema kurva pemanasan dan pendinginan. Keberadaan modifikasi δ-, γ- dan α-Fe saat ini dianggap tidak terbantahkan, namun keberadaan independen β-Fe masih diperdebatkan karena perbedaan yang kurang tajam antara sifat-sifatnya dan sifat-sifat α-Fe. Semua modifikasi besi mengkristal dalam bentuk kubus, dengan α, β dan δ memiliki kisi spasial kubus berpusat, dan γ-Fe memiliki kubus dengan permukaan berpusat. Karakteristik kristalografi yang paling berbeda dari modifikasi besi diperoleh dalam spektrum sinar-X, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2 (Westgreen, 1929). Dari pola sinar-X yang diberikan dapat disimpulkan bahwa untuk α-, β- dan δ-Fe garis-garis spektrum sinar-X adalah sama; mereka sesuai dengan kisi kubus berpusat dengan parameter 2,87, 2,90 dan 2,93 A, dan untuk -Fe spektrumnya sesuai dengan kisi kubus dengan permukaan terpusat dan parameter 3,63-3,68 A.

Berat jenis besi berkisar antara 7,855 hingga 7,864 (Cross dan Gill, 1927). Ketika dipanaskan, berat jenis besi turun karena ekspansi termal, yang koefisiennya meningkat seiring suhu, seperti yang ditunjukkan data pada Tabel 1. 1 (Driesen, 1914).

Penurunan koefisien muai pada rentang 20-800°C, 20-900°C, 700-800°C dan 800-900°C dijelaskan oleh anomali pemuaian ketika melewati titik kritis A C2 dan A C3. Transisi ini disertai dengan kompresi, terutama terlihat pada titik A C3, seperti yang ditunjukkan oleh kurva kompresi dan ekspansi pada Gambar. 3. Melelehnya besi disertai pemuaian sebesar 4,4% (Gonda dan Enda, 1926). Kapasitas panas besi cukup signifikan dibandingkan logam lain dan dinyatakan untuk rentang suhu yang berbeda dengan nilai 0,11 hingga 0,20 Kal, seperti ditunjukkan pada Tabel. 2 (Obergoffer dan Grosse, 1927) dan kurva yang dibangun berdasarkan mereka (Gbr. 4).

Dalam data yang diberikan, transformasi A 2 , A 3 , A 4 dan peleburan besi terdeteksi dengan sangat jelas sehingga efek termal mudah dihitung: A 3 ... + 6.765 Cal, A 4 ... + 2.531 Cal , peleburan besi... - 64,38 Kal (menurut S. Umino, 1926, - 69,20 Kal).

Besi mempunyai konduktivitas termal sekitar 6-7 kali lebih kecil dibandingkan perak, dan 2 kali lebih kecil dari aluminium; yaitu, konduktivitas termal besi sama pada 0°C - 0,2070, pada 100°C - 0,1567, pada 200°C - 0,1357 dan pada 275°C - 0,1120 Kal/cm·detik·°C. Paling sifat karakteristik besi bersifat magnetis, dinyatakan dengan sejumlah konstanta magnet yang diperoleh selama siklus penuh magnetisasi besi. Konstanta besi elektrolitik ini dinyatakan dengan nilai berikut dalam Gauss (Humlich, 1909 dan 1918):

Ketika melewati titik A c2, sifat feromagnetik besi hampir hilang dan mungkin hilang. ditemukan hanya dengan pengukuran magnetik yang sangat tepat. Dalam praktiknya, modifikasi β-, γ- dan δ dianggap non-magnetik. Konduktivitas listrik untuk besi pada 20°C sama dengan R -1 mo m/mm 2 (di mana R - hambatan listrik besi sama dengan 0,099 Ω mm 2 /m). Koefisien suhu hambatan listrik a0-100° x10 5 berkisar antara 560 hingga 660, dimana

Pemrosesan dingin (rolling, forging, broaching, stamping) memiliki pengaruh yang sangat nyata sifat fisik ah besi. Jadi, % perubahannya selama pengerolan dingin dinyatakan dengan angka berikut (Gerens, 1911): tegangan koersif +323%, histeresis magnetik +222%, hambatan listrik + 2%, berat jenis - 1%, permeabilitas magnetik - 65%. Keadaan terakhir memperjelas fluktuasi signifikan dalam sifat fisik yang diamati di antara berbagai peneliti: pengaruh pengotor sering kali disertai dengan pengaruh pemrosesan mekanis dingin.

TENTANG sifat mekanik Sangat sedikit besi murni yang diketahui. Paduan besi elektrolitik dalam rongga terungkap: kekuatan tarik 25 kg/mm ​​​​2, perpanjangan - 60%, kompresi penampang- 85%, kekerasan Brinell - dari 60 hingga 70.

Struktur besi tergantung pada kandungan pengotor di dalamnya (bahkan dalam jumlah kecil) dan perlakuan awal bahan tersebut. Struktur mikro besi, seperti logam murni lainnya, terdiri dari butiran yang kurang lebih besar (kristalit), yang di sini disebut ferit.

Ukuran dan ketajaman garisnya bergantung pada bab. arr. pada laju pendinginan besi: semakin rendah laju pendinginannya, semakin berkembang butirannya dan semakin tajam konturnya. Di permukaan, butiran paling sering memiliki warna berbeda karena perbedaan kristalografi, orientasinya, dan efek etsa reagen yang berbeda dalam arah berbeda dalam kristal. Seringkali butiran memanjang ke satu arah sebagai akibat dari pemrosesan mekanis. Jika pemrosesan dilakukan pada suhu rendah, maka garis geser (garis Neumann) muncul pada permukaan butiran, sebagai akibat dari gesernya masing-masing bagian kristalit di sepanjang bidang pembelahannya. Garis-garis ini adalah salah satu tanda pengerasan dan perubahan sifat yang telah disebutkan di atas.

Besi dalam metalurgi

Istilah besi dalam metalurgi modern hanya digunakan untuk besi tempa, yaitu produk rendah karbon yang diperoleh dalam keadaan seperti adonan pada suhu yang tidak cukup untuk melelehkan besi, tetapi sangat tinggi sehingga masing-masing partikelnya dapat dilas dengan baik satu sama lain. , memberikan produk lunak yang homogen setelah ditempa , tidak menerima pengerasan. Besi (dalam arti kata tersebut) diperoleh: 1) langsung dari bijih dalam keadaan seperti adonan melalui proses peniupan keju; 2) dengan cara yang sama, tetapi pada suhu yang lebih rendah, tidak cukup untuk mengelas partikel besi; 3) redistribusi besi cor melalui proses kritis; 4) redistribusi besi cor melalui genangan air.

1) Proses produksi keju saat ini. waktu hanya digunakan oleh masyarakat yang tidak berbudaya dan di daerah di mana besi Amerika atau Eropa diproduksi dengan cara-cara modern. Prosesnya dilakukan di tungku dan oven keju terbuka. Bahan bakunya adalah bijih besi(biasanya bijih besi coklat) dan arang. Batubara dituangkan ke dalam bengkel di separuh tempat ledakan disuplai, sementara bijih dituangkan ke dalam tumpukan, dengan sisi yang berlawanan. Karbon monoksida yang terbentuk dalam lapisan tebal batubara yang terbakar melewati seluruh ketebalan bijih dan, pada suhu tinggi, mereduksi besi. Pengurangan bijih terjadi secara bertahap - dari permukaan masing-masing bagian hingga inti. Dimulai dari bagian atas tumpukan, percepatannya seiring dengan pergerakan bijih ke area yang lebih luas suhu tinggi; Dalam hal ini, oksida besi mula-mula berubah menjadi oksida magnetik, kemudian menjadi oksida, dan terakhir, besi metalik muncul di permukaan potongan bijih. Pada saat yang sama, pengotor bijih (batuan sisa) bergabung dengan oksida besi yang belum tereduksi dan membentuk terak besi yang dapat melebur, yang meleleh melalui celah-celah cangkang logam, yang membentuk semacam cangkang di setiap bagiannya. bijih. Dipanaskan hingga panas membara, cangkang ini menyatu, membentuk massa besi seperti spons di bagian bawah tungku - kritsa, diresapi dengan terak. Untuk memisahkan dari yang terakhir, kritsa yang diambil dari bengkel dipotong menjadi beberapa bagian, yang masing-masing ditempa, direbus, setelah didinginkan di bengkel yang sama menjadi potongan-potongan atau langsung menjadi produk (barang-barang rumah tangga, senjata). Di India, proses peniupan keju masih dilakukan di tungku peniup keju, yang berbeda dari bengkel hanya pada ketinggiannya yang sedikit lebih tinggi - sekitar 1,5 m. Dinding tungku terbuat dari tanah liat (bukan batu bata) dan hanya berfungsi satu meleleh. Ledakan tersebut dimasukkan ke dalam tungku melalui satu tuyere dengan hembusan yang digerakkan oleh kaki atau tangan. Sejumlah arang (“cangkang menganggur”) dimasukkan ke dalam tungku kosong, dan kemudian secara bergantian, dalam lapisan terpisah, bijih dan batu bara, dengan jumlah yang pertama meningkat secara bertahap hingga mencapai rasio terhadap batu bara yang ditentukan oleh pengalaman; berat seluruh bijih yang diisi ditentukan oleh berat kritsa yang diinginkan, yang secara umum tidak signifikan. Proses restorasi sama seperti di bengkel; besi juga belum tereduksi seluruhnya, dan kritsa yang dihasilkan pada bagian sayapnya banyak mengandung terak besi. Kritsa dikeluarkan dengan cara memecahkan kompor dan dipotong-potong seberat 2-3 kg. Masing-masing dipanaskan di bengkel dan diproses di bawah palu; hasilnya adalah besi lunak yang sangat baik, yang antara lain berfungsi sebagai bahan pembuatan “woot” baja India (baja damask). Komposisinya adalah sebagai berikut (dalam%):

Kandungan unsur-unsur yang tidak signifikan - pengotor besi - atau ketidakhadirannya sama sekali dijelaskan oleh kemurnian bijih, reduksi besi yang tidak sempurna dan suhu rendah di dalam tungku. Karena ukuran bengkel dan tungku yang kecil serta frekuensi pengoperasiannya, konsumsi arang sangat tinggi. Di Finlandia, Swedia dan Ural, besi dilebur dalam tungku keju Husgavel, yang memungkinkan untuk mengatur proses reduksi dan saturasi besi dengan karbon; konsumsi batubara di dalamnya mencapai 1,1 per unit besi, yang rendemennya mencapai 90% dari kandungan bijihnya.

2) Di masa depan, kita mengharapkan pengembangan produksi besi langsung dari bijih, bukan dengan menggunakan proses peniupan keju, tetapi dengan mereduksi besi pada suhu yang tidak mencukupi untuk pembentukan terak dan bahkan untuk sintering limbah bijih (1000 °C). Keuntungan dari proses ini adalah kemungkinan penggunaan bahan bakar bermutu rendah, menghilangkan fluks dan konsumsi panas untuk peleburan terak.

3) Produksi besi tempa dengan redistribusi besi tuang melalui proses tungku dilakukan di tungku Ch. arr. di Swedia (di negara kita - di Ural). Untuk pemrosesan, besi cor khusus dilebur, yang disebut. Lancashire, memberikan limbah paling sedikit. Mengandung: 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.

Prosesnya sedang berlangsung. arr.: bengkel, terbebas dari klinker, tetapi dengan terak matang dari akhir proses yang tersisa di papan bawah, diisi dengan batu bara, ch. arr. pinus, di mana besi cor yang dipanaskan oleh produk pembakaran ditempatkan dalam jumlah 165-175 kg (untuk 3/8 m 2 penampang perapian terdapat 100 kg besi cor). Dengan memutar katup di saluran udara, ledakan diarahkan melalui pipa-pipa yang terletak di ruang bawah lengkungan tungku, dan dipanaskan di sini hingga suhu 150-200 ° C, sehingga mengalami percepatan. besi cor yang meleleh. Besi kasar yang melebur terus-menerus ditopang (dengan bantuan linggis) pada batu bara di atas tuyere. Selama pekerjaan tersebut, seluruh massa besi cor terkena aksi oksidatif oksigen udara dan karbon dioksida, melewati zona pembakaran dalam bentuk tetesan. Permukaannya yang besar berkontribusi terhadap oksidasi cepat besi dan pengotornya - silikon, mangan, dan karbon. Tergantung pada kandungan pengotor ini, besi tuang kehilangannya sedikit banyak sebelum terkumpul di dasar perapian. Karena besi cor dengan kandungan silikon rendah dan mangan rendah diproses di bengkel Swedia, ketika melewati cakrawala tuyere, ia kehilangan semua Si dan Mnnya (oksida yang membentuk terak utama dengan oksida besi) dan sebagian besar dari besi cor tersebut. karbon. Peleburan besi cor berlangsung 20-25 menit. Pada akhir proses ini, ledakan dingin dilepaskan ke dalam bengkel. Logam yang mengendap di dasar perapian mulai bereaksi dengan terak matang yang terletak di sana, yang mengandung oksida besi dalam jumlah besar (dibandingkan dengan jumlah silika) - Fe 3 O 4 dan FeO, yang mengoksidasi karbon dengan pelepasan karbon monoksida, yang menyebabkan seluruh logam mendidih. Ketika logam mengental (akibat hilangnya karbon) dan “duduk seperti komoditas”, logam tersebut diangkat dengan linggis di atas tuyere, semburan panas dilepaskan lagi dan “komoditas” tersebut dicairkan.

Selama peleburan sekunder, logam dioksidasi oleh oksigen baik dari ledakan maupun terak yang dicairkan darinya. Setelah kenaikan pertama, logam jatuh ke dasar bengkel, cukup lunak untuk mengumpulkan kritsa dari beberapa bagiannya yang paling matang. Namun sebelumnya, ketika menggunakan besi cor tingkat silikon, perlu dilakukan pengangkatan barang yang kedua dan bahkan ketiga, yang, tentu saja, mengurangi produktivitas bengkel, meningkatkan konsumsi bahan bakar, dan limbah besi. Hasil pekerjaan dipengaruhi oleh jarak tuyere dari papan bawah (kedalaman perapian) dan kemiringan tuyere: semakin curam tuyere dan semakin dangkal kedalaman perapian, semakin besar pengaruhnya. atmosfer pengoksidasi pada logam. Kemiringan tuyere yang lebih landai, serta kedalaman perapian yang lebih dalam, mengurangi efek langsung oksigen dalam ledakan, sehingga memberikan peran yang lebih besar terhadap aksi terak pada pengotor besi; oksidasinya lebih lambat, tetapi tanpa limbah besi. Dalam kondisi tertentu, posisi tuyere yang paling menguntungkan dibandingkan dengan papan bawah ditentukan oleh pengalaman; di bengkel Swedia modern, mata tuyere dipasang pada jarak 220 mm dari papan bawah, dan kemiringan tuyere bervariasi dalam batas dekat - dari 11 hingga 12°.

Kritsa yang dihasilkan di bagian bawah tungku, tidak seperti tungku peniup keju, mengandung sangat sedikit terak yang tertahan secara mekanis; Adapun pengotor kimia besi, mungkin ada Si, Mn dan C. dihilangkan seluruhnya (kandungan Si dan Mn yang dapat diabaikan, ditunjukkan oleh analisis, adalah bagian dari pengotor mekanis - terak), dan belerang hanya dihilangkan sebagian, dioksidasi oleh ledakan selama peleburan. Pada saat yang sama, fosfor juga dioksidasi, berubah menjadi terak dalam bentuk garam besi fosfor, tetapi garam besi fosfor tersebut kemudian direduksi oleh karbon, dan logam akhir dapat mengandung lebih banyak fosfor (dari limbah besi) daripada aslinya. besi cor. Oleh karena itu, untuk mendapatkan logam kelas satu untuk ekspor, Swedia hanya menggunakan besi cor yang murni P. Kritsa yang sudah jadi, dikeluarkan dari bengkel, dipotong menjadi tiga bagian (masing-masing 50-55 kg) dan dikompres di bawah palu, sehingga tampak seperti paralelepiped.

Durasi proses redistribusi di bengkel Swedia adalah 65 hingga 80 menit; per hari diperoleh 2,5 hingga 3,5 ton potongan terkompresi “untuk api”, dengan konsumsi arang hanya 0,32-0,40 per unit bahan jadi dan rendemennya 89 hingga 93,5% dari besi tuang yang ditentukan untuk diproses. Baru-baru ini, di Swedia, eksperimen yang berhasil dilakukan dalam redistribusi pig iron cair yang diambil dari tanur tinggi, dan dalam mempercepat proses perebusan dengan mengaduk logam menggunakan penggaruk mekanis; pada saat yang sama, kehilangan limbah menurun menjadi 7%, dan konsumsi batubara - menjadi 0,25.

Data berikut (dalam%) memberikan gambaran tentang komposisi kimia besi Swedia dan Ural Selatan:

Dari semua jenis besi yang diproduksi secara industri, besi Swedia paling mendekati murni secara kimia dan, dibandingkan yang terakhir, digunakan dalam praktik laboratorium dan pekerjaan penelitian. Ini berbeda dari besi mentah dalam keseragamannya, dan dari logam perapian terbuka yang paling lembut (besi tuang) karena tidak adanya mangan; hal ini ditandai dengan tingkat kemampuan las, keuletan, dan kelenturan tertinggi. Besi cor Swedia menunjukkan kekuatan tarik yang rendah - hanya sekitar 30 kg/mm ​​​​2, dengan perpanjangan 40% dan pengurangan penampang sebesar 75%. Saat ini, produksi tahunan besi kriogenik di Swedia telah turun menjadi 50.000 ton, sejak perang tahun 1914-18. Cakupan aplikasi industri untuk besi ini sangat berkurang. Jumlah terbesarnya digunakan untuk produksi (di Inggris dan Jerman) perkakas dan baja khusus dengan kualitas terbaik; di Swedia sendiri digunakan untuk membuat kawat khusus (“kawat bunga”), paku tapal kuda, yang mudah ditempa dalam keadaan dingin, rantai dan strip blank untuk pipa yang dilas. Untuk dua tujuan terakhir, sifat-sifat besi cor sangat penting: kemampuan las yang andal, dan untuk pipa, selain itu, ketahanan tertinggi terhadap karat.

4) Perkembangan produksi besi sebagai proses kritis mengakibatkan rusaknya hutan; setelah yang terakhir di berbagai negara dilindungi undang-undang yang membatasi penebangan mereka pada pertumbuhan tahunan, Swedia dan kemudian Rusia - negara-negara berhutan yang kaya akan bijih berkualitas tinggi - menjadi pemasok utama besi di pasar internasional sepanjang abad ke-18. . Pada tahun 1784, orang Inggris Cort menemukan genangan air - proses membagi kembali besi tuang di perapian tungku api, di dalam kotak api tempat batu bara dibakar. Setelah kematian Cort, Rogers dan Gall memperkenalkan perbaikan signifikan dalam desain tungku genangan air, yang berkontribusi terhadap penyebaran cepat genangan air ke seluruh negara industri dan sepenuhnya mengubah sifat dan tingkat produksi besi mereka selama paruh pertama abad ke-19. Proses ini menghasilkan sejumlah besar logam yang dibutuhkan untuk pembangunan kapal besi, kereta api, lokomotif, ketel uap, dan mobil.

Bahan bakar untuk membuat genangan air adalah batu bara api panjang, tetapi jika tidak tersedia, kami harus menggunakan batu bara coklat, dan di sini di Ural - menggunakan kayu bakar. Kayu bakar pinus menghasilkan nyala api yang lebih panjang dibandingkan batu bara; itu memanas dengan baik, tetapi kadar air di dalam kayu tidak boleh melebihi 12%. Selanjutnya, tungku regeneratif Siemens digunakan untuk genangan air di Ural. Terakhir, di AS dan di sini (di cekungan Volga dan Kama), tungku genangan air dioperasikan dengan minyak yang disemprotkan langsung ke ruang kerja tungku.

Untuk mempercepat pemrosesan dan mengurangi konsumsi bahan bakar, disarankan untuk memiliki besi cor genangan dingin; namun ketika dilebur dengan kokas, produk tersebut menghasilkan banyak belerang (0,2 bahkan 0,3%), dan dengan kandungan fosfor yang tinggi dalam bijih, fosfor juga. Untuk besi kelas komersial biasa, besi tuang dengan kandungan silikon rendah (kurang dari 1%), yang disebut pig iron, sebelumnya telah dilebur dalam jumlah besar. Besi cor arang, yang diproses di Ural dan Rusia tengah, tidak mengandung belerang dan menghasilkan produk yang juga digunakan untuk pembuatan besi atap. Saat ini, puddling berfungsi untuk menghasilkan logam berkualitas tinggi sesuai spesifikasi khusus, oleh karena itu bukan pig iron biasa yang disuplai ke tungku puddling, melainkan pig iron berkualitas tinggi, misalnya mangan atau “hematit” (rendah fosfor), atau sebaliknya. , fosfor tinggi untuk produksi besi kacang. Di bawah ini kandungan (dalam %) unsur utama pada beberapa jenis besi tuang yang digunakan untuk genangan:

Tungku genangan air, pada akhir operasi sebelumnya, biasanya memiliki jumlah terak yang normal di tungku untuk digunakan pada muatan berikutnya. Saat memproses besi cor yang sangat mengandung silika, banyak terak yang tersisa di tungku, dan harus dikeringkan; sebaliknya, besi cor putih meninggalkan "kering" di bawah tungku, dan pekerjaan harus dimulai dengan membuang jumlah terak yang diperlukan ke bawah, yang diambil dari bawah palu ("matang", oksida magnetik terkaya). Muatan besi tuang, dipanaskan dalam panci besi tuang, dilemparkan ke terak (250-300 kg dalam tungku biasa dan 500-600 kg dalam tungku ganda); kemudian sebagian bahan bakar baru dibuang ke dalam kotak api, jeruji dibersihkan, dan aliran udara penuh dibuat di dalam tungku. Dalam waktu 25-35 menit. besi tuang meleleh, mengalami b. atau m. perubahan signifikan pada komposisinya. Besi cor padat dioksidasi oleh oksigen nyala api, dan besi, mangan, dan silikon menghasilkan silikat ganda, yang mengalir ke dalam tungku; besi cor yang meleleh memperlihatkan semakin banyak lapisan besi cor padat, yang juga teroksidasi dan meleleh. Pada akhir periode peleburan, dua lapisan cair diperoleh di perapian - besi tuang dan terak, pada permukaan kontak di mana proses oksidasi karbon oleh oksida besi magnetik terjadi, meskipun pada tingkat yang lemah, sebagaimana dibuktikan dengan gelembung-gelembung. karbon monoksida dilepaskan dari bak mandi. Tergantung pada kandungan silikon dan mangan dalam besi tuang, jumlah yang tidak sama tetap berada dalam logam cair: dalam besi cor arang silikon rendah atau besi cor putih - peleburan kokas - silikon dalam banyak kasus terbakar habis selama peleburan; terkadang sejumlah tertentu tetap berada di dalam logam (0,3-0,25%), serta mangan. Fosfor juga teroksidasi saat ini, berubah menjadi garam besi fosfor. Dari penurunan berat logam ketika pengotor yang disebutkan di atas terbakar, persentase kandungan karbon bahkan dapat meningkat, meskipun sebagian darinya pasti dibakar oleh oksigen dari nyala api dan terak yang menutupi bagian pertama dari logam cair. .

Untuk mempercepat pembakaran sisa silikon, mangan, dan karbon, mereka melakukan genangan air, yaitu mencampurkan besi tuang dengan terak menggunakan tongkat yang ujungnya ditekuk tegak lurus. Jika logamnya cair (besi tuang abu-abu, sangat karbon), maka pengadukan tidak mencapai tujuan, dan rendaman terlebih dahulu dibuat kental dengan membuang terak matang dingin ke dalamnya, atau dengan mengurangi aliran udara, pembakaran tidak sempurna terjadi di dalam tungku. , disertai nyala api yang sangat berasap (mendidih). Setelah beberapa menit, selama pengadukan terus menerus dilakukan, banyak gelembung karbon monoksida yang terbakar muncul di permukaan bak mandi - produk oksidasi karbon besi cor oleh oksigen oksida magnetik yang dilarutkan dalam terak besi utama. Seiring berjalannya proses, oksidasi C meningkat dan berubah menjadi “mendidih” seluruh massa logam dengan hebat, yang disertai dengan pembengkakan dan peningkatan volume yang signifikan sehingga sebagian terak melebihi ambang batas lubang kerja. Ketika C terbakar, titik leleh logam meningkat, dan agar pendidihan terus berlanjut, suhu dalam tungku terus ditingkatkan. Pendidihan yang dilakukan pada suhu rendah menghasilkan produk mentah, yaitu massa besi berkarbon tinggi dan kenyal yang tidak dapat dilas; barang matang “duduk” di oven panas. Proses oksidasi pengotor besi dalam tungku puddling dimulai karena adanya oksigen dari terak, yaitu paduan silika besi (Fe 2 SiO 4) dengan oksida magnetik dan oksida besi dengan komposisi bervariasi. Dalam tungku Inggris, komposisi campuran oksida dinyatakan dengan rumus 5Fe 3 O 4 5 FeO; pada akhir perebusan, perbandingan oksida dalam terak yang habis dinyatakan dengan rumus Fe 3 O 4 5FeO, yaitu 80% dari total oksida magnetik terak ikut serta dalam proses oksidasi. Reaksi oksidasi mungkin terjadi. diwakili oleh persamaan termokimia berikut:

Terlihat dari persamaan tersebut, oksidasi Si, P dan Mn disertai dengan pelepasan panas sehingga memanaskan wadah, sedangkan oksidasi C selama reduksi Fe 3 O 4 menjadi FeO menyerap panas sehingga memerlukan suhu tinggi. Hal ini menjelaskan prosedur untuk menghilangkan kotoran besi dan fakta bahwa pembakaran karbon berakhir lebih cepat di tungku panas. Reduksi Fe 3 O 4 menjadi logam tidak terjadi, karena hal ini memerlukan suhu yang lebih tinggi daripada suhu saat terjadinya “mendidih”.

“Produk” yang telah mengkerut, agar dapat dilas dengan baik, masih perlu dikukus: produk dibiarkan selama beberapa menit di dalam oven dan sesekali dibalik dengan linggis, dan bagian bawahnya diletakkan di atas; Di bawah aksi gabungan oksigen api dan terak yang merembes ke seluruh massa besi, karbon terus terbakar saat ini. Segera setelah sejumlah logam yang dilas dengan baik diperoleh, kritik mulai dikeluarkan darinya, menghindari oksidasi yang tidak perlu. Secara total, saat barang matang, mereka menghasilkan 5 hingga 10 krit (masing-masing tidak lebih dari 50 kg); Crit disimpan (dikukus) pada ambang batas di wilayah suhu tertinggi dan dimasukkan di bawah palu untuk kompresi, yang menghasilkan pelepasan terak dan memberinya bentuk potongan (bagian dari 10x10 hingga 15x15 cm), nyaman untuk digulung dalam gulungan. Mereka yang mengikuti mereka maju ke tempat dikeluarkannya kritikan, hingga yang terakhir. Durasi proses produksi logam (besi serat) berkualitas tinggi dari besi cor arang matang (karbon tinggi) di Ural adalah sebagai berikut: 1) penanaman besi cor - 5 menit, 2) peleburan - 35 menit, 3) merebus - 25 menit, 4) menuang (mencampur) - 20 menit, 5) mengukus barang - 20 menit, 6) menggulung dan mengukus crit - 40 menit, 7) mengeluarkan crit (10-11 pcs.) - 20 menit; total - 165 menit. Saat mengerjakan besi cor putih, menggunakan besi komersial biasa, durasi proses dikurangi (di Eropa Barat) menjadi 100 bahkan 75 menit.

Adapun hasil pekerjaannya bervariasi di berbagai daerah metalurgi tergantung pada jenis bahan bakar, kualitas besi tuang dan jenis besi yang dihasilkan. Tungku Ural yang menggunakan kayu memberikan hasil besi yang dapat digunakan per 1 m 3 kayu dari 0,25 hingga 0,3 ton; Konsumsi minyak kita per unit besi adalah 0,33, batubara di tungku Eropa dari 0,75 hingga 1,1. Produktivitas harian tungku besar kami (600 kg besi cor) saat mengerjakan kayu bakar kering adalah 4-5 ton; rendemen bahan yang cocok untuk produksi besi atap adalah 95-93% dari jumlah besi cor yang diterima untuk diproses. Di Eropa, produktivitas harian tungku biasa (muatan 250-300 kg) adalah sekitar 3,5 ton dengan limbah 9%, dan untuk besi berkualitas tinggi - 2,5 ton dengan limbah 11%.

Dalam hal komposisi kimia dan sifat fisik, besi genangan adalah produk yang jauh lebih buruk daripada besi tuang, di satu sisi, dan besi cor perapian terbuka, di sisi lain. Jenis besi biasa yang sebelumnya diproduksi di Eropa Barat mengandung banyak belerang dan fosfor, karena dihasilkan dari besi cor kokas yang tidak murni, dan kedua pengotor berbahaya ini hanya sebagian berubah menjadi terak; jumlah terak pada besi yang tergenang adalah 3-6%; pada logam berkualitas tinggi tidak melebihi 2%. Kehadiran terak sangat mengurangi hasil pengujian mekanis terhadap besi yang tergenang. Di bawah ini adalah beberapa data dalam % yang mengkarakterisasi genangan besi - Eropa Barat biasa dan Ural yang bagus:

Properti berharga yang mendukung produksi besi genangan adalah kemampuan lasnya yang sangat baik, yang terkadang sangat penting dari sudut pandang keselamatan. Spesifikasi kereta api Masyarakat memerlukan pembuatan alat kopling, batang saklar dan baut dari besi genangan. Karena ketahanannya yang lebih baik terhadap aksi korosif air, besi genangan juga digunakan untuk produksi pipa air. Ia juga digunakan untuk membuat mur (logam fosfor berbutir kasar) dan besi berserat berkualitas tinggi untuk paku keling dan rantai.

Struktur besi tempa, yang dapat dideteksi di bawah mikroskop bahkan pada perbesaran rendah, ditandai dengan adanya komponen hitam dan terang pada gambar fotografi; yang pertama termasuk terak, dan yang terakhir milik butiran atau serat besi yang diperoleh dengan menggambar logam.

Perdagangan besi

Pabrik metalurgi memproduksi dua jenis besi utama untuk kebutuhan industri: 1) besi lembaran dan 2) besi penampang.

Besi lembaran saat ini digulung hingga lebar 3 m; dengan ketebalan 1-3 mm kami menyebutnya canai tipis; dari 3 mm ke atas (biasanya hingga 40 mm) - ketel, tangki, kapal, tergantung pada tujuan yang sesuai dengan komposisi dan sifat mekanik material. Besi ketel adalah yang paling lembut; biasanya mengandung 0,10-0,12% C, 0,4-0,5% Mn, P dan S - masing-masing tidak lebih dari 0,05%; kekuatan tarik sementaranya tidak sah. lebih dari 41 kg/mm ​​​​2 (tetapi tidak kurang dari 34 kg/mm ​​​​2), perpanjangan putus - sekitar 28%. Besi reservoir dibuat lebih keras dan tahan lama; mengandung 0,12-0,15% C; 0,5-0,7% Mn dan tidak lebih dari 0,06% P dan S; kuat tarik 41-49 kg/mm2, mulur 25-28%. Panjang lembaran besi boiler dan reservoir diatur berdasarkan pesanan sesuai dengan dimensi produk yang dipaku dari lembaran (menghindari jahitan dan hiasan yang tidak perlu), tetapi biasanya tidak melebihi 8 m, karena untuk lembaran tipis terbatas. dengan pendinginannya yang cepat selama proses penggulungan, dan untuk lembaran tebal - berdasarkan berat ingot .

Besi lembaran yang tebalnya kurang dari 1 mm disebut timah hitam; digunakan untuk pembuatan pelat timah dan sebagai bahan atap. Untuk tujuan terakhir, di Uni Soviet mereka menggulung lembaran berukuran 1422x711 mm, berat 4-5 kg, dan tebal 0,5-0,625 mm. Besi atap diproduksi pabrik dalam kemasan dengan berat 82 kg. Di luar negeri, timah hitam diklasifikasikan dalam perdagangan menurut nomor kaliber khusus - dari 20 hingga 30 (ketebalan normal timah Jerman adalah 0,875 hingga 0,22 mm, dan ketebalan timah Inggris adalah 1,0 hingga 0,31 mm). Timah dibuat dari besi tuang paling lunak yang mengandung 0,08-0,10% C, 0,3-0,35% Mn jika terbuat dari besi tuang arang (milik kami), dan 0,4-0,5% Mn jika bahan awalnya adalah besi kokas; kekuatan tarik - dari 31 hingga 34 kg/mm ​​​​2, perpanjangan - 28-30%. Salah satu jenis besi lembaran adalah besi bergelombang. Dibagi menurut sifat gelombangnya menjadi besi dengan gelombang rendah dan tinggi; yang pertama, rasio lebar gelombang terhadap kedalaman berkisar antara 3 hingga 4, yang kedua, 1-2. Besi bergelombang dibuat dengan ketebalan 0,75-2,0 mm dan lebar lembaran 0,72-0,81 m (dengan gelombang rendah) dan 0,4-0,6 m (dengan gelombang tinggi). Besi bergelombang digunakan untuk atap, dinding struktur ringan, tirai, dan gelombang tinggi, selain itu juga digunakan untuk konstruksi lantai tanpa kasau.

Besi bergradasi dibagi menjadi dua kelas menurut bentuk penampangnya: besi bergradasi biasa dan besi berbentuk.

Golongan pertama meliputi besi bulat (diameter kurang dari 10 mm disebut kawat), persegi, pipih atau strip. Yang terakhir, pada gilirannya, dibagi menjadi: strip strip itu sendiri - lebar 10 hingga 200 mm dan tebal lebih dari 5 mm; lingkaran - lebar yang sama, tetapi ketebalan dari 5 hingga 1 mm, ditunjukkan dengan nomor kaliber (dari 3 hingga 19 kaliber Jerman normal dan dari 6 hingga 20 kaliber Inggris baru); ban - lebar 38 hingga 51 mm dan tebal hingga 22 mm; universal - lebar 200 hingga 1000 mm dan tebal setidaknya 6 mm (digulung dalam gulungan khusus - universal). Baik ban maupun besi simpai diproduksi oleh pabrik dalam bentuk gulungan, kawat canai - dalam bentuk gulungan; varietas lainnya berbentuk strip lurus (lurus), biasanya panjangnya tidak lebih dari 8 m (biasanya - dari 4,5 hingga 6 m), tetapi dengan pesanan khusus untuk struktur beton, strip dipotong hingga panjang 18 mm, dan terkadang lebih. .

Jenis utama besi berbentuk: besi sudut (sama rata dan tidak sama), kotak (saluran), berbentuk T, balok I (balok), kolom (persegi) dan besi zeta; Ada juga beberapa jenis besi berbentuk lainnya yang kurang umum. Menurut variasi metrik normal kami, dimensi besi berbentuk ditunjukkan dengan nomor profil (No. adalah nomor, lihat lebar rak atau tinggi tertinggi profil). Sudut tidak sama dan besi-T memiliki nomor ganda; misalnya No 16/8 berarti sudut dengan rak 16 dan 8 cm atau tee dengan rak 16 cm dan tinggi tee 8 cm. Profil terberat dari besi berbentuk canai yang kami buat: No. 15 - sudut, No 30 - palung, No. 40 - balok-I.

Komposisi besi kelas biasa yang dapat dilas: masing-masing 0,12% C, 0,4% Mn, kurang dari 0,05% P dan S; kekuatan tariknya 34-40 kg/mm2; tetapi besi bulat untuk paku keling terbuat dari bahan yang lebih lembut dengan komposisi: kurang dari 0,10% C, 0,25-0,35% Mn, masing-masing sekitar 0,03% P dan S. Kuat tarik 32-35 kg/mm2 dan perpanjangan 28-32%. Besi berbentuk, tidak dilas, tetapi dipaku ("baja konstruksi") mengandung: masing-masing 0,15 - 0,20% C, 0,5% Mn, hingga 0,06% P dan S; kuat tariknya 40-50 kg/mm2, mulur 25-20%. Untuk menghasilkan kacang-kacangan, dibuatlah besi (besi Thomas), yang mengandung sekitar 0,1% C, tetapi 0,3 hingga 0,5% P (semakin besar kacangnya, semakin banyak P). Di luar negeri, untuk memenuhi kebutuhan rolling mill khusus, produk setengah jadi digunakan dalam perdagangan - billet persegi, biasanya dengan penampang 50 x 50 mm.