높은 화학 물질을 함유한 은백색의 가단성 금속 반동: 철은 고온이나 고습에 노출되면 빠르게 부식됩니다. 안에 순수한 산소철은 연소되고, 미세하게 분산된 상태에서는 공기 중에서 자연 발화합니다. 기호 Fe(라틴어 Ferrum)로 표시됩니다. 에서 가장 흔한 것 중 하나는 지각금속(다음으로 2위).

참조:

구조

철에 대해 여러 가지 다형성 변형이 확립되었으며, 그 중 고온 변형인 γ-Fe(906° 이상)는 Cu 유형(a 0 = 3.63)의 면심 입방체 격자를 형성하고 저온 변형은 수정 - α-Fe 유형의 중심 입방체의 α-Fe 격자 ( a 0 = 2.86).
가열 온도에 따라 철은 서로 다른 결정 격자 구조를 특징으로 하는 세 가지 변형으로 발견될 수 있습니다.

1. 최저 ~ 910°C의 온도 범위 - 중심 입방체 형태의 결정 격자 구조를 갖는 a-페라이트(알파 페라이트)
2. 910 ~ 1390°C의 온도 범위 - 결정 격자가 면심 입방체 구조를 갖는 오스테나이트;
3. 1390~1535°C(융점)의 온도 범위 - d-페라이트(델타 페라이트). d-ferrite의 결정격자는 a-ferrite의 결정격자와 동일하다. 그들 사이의 유일한 차이점은 원자 사이의 거리가 다르다(d-페라이트의 경우 더 큼).

액체 철이 냉각되면 냉각된 부피의 여러 지점에 1차 결정(결정 중심)이 동시에 나타납니다. 후속 냉각을 통해 액체 금속 공급이 모두 소진될 때까지 각 센터 주위에 새로운 결정 셀이 구축됩니다.
결과는 금속의 세분화된 구조입니다. 각 곡물에는 결정 격자축의 특정 방향으로.
이후 고체 철을 냉각시키면서 d-페라이트가 오스테나이트로, 오스테나이트가 a-페라이트로 전이되는 동안 새로운 결정화 중심이 나타날 수 있으며 이에 상응하는 결정립 크기의 변화가 나타날 수 있습니다.

속성

순수한 형태로 정상적인 조건그것은 고체입니다. 은회색을 띠고 금속성 광택이 뚜렷합니다. 기계적 성질철에는 모스 척도의 경도 수준이 포함됩니다. 4(평균)와 같습니다. 철은 전기 전도성과 열 전도성이 좋습니다. 마지막 특징은 차가운 방에서 철제 물체를 만지면 느낄 수 있습니다. 이 소재는 열을 빠르게 전도하기 때문에 짧은 시간 안에 피부에서 대부분의 열을 제거하므로 추위를 느끼게 됩니다.
예를 들어 나무를 만지면 열전도율이 훨씬 낮다는 것을 알 수 있습니다. 물리적 특성철 - 녹는점과 끓는점입니다. 첫 번째는 섭씨 1539도, 두 번째는 섭씨 2860도입니다. 다음과 같이 결론을 내릴 수 있습니다. 특징적인 성질철 - 좋은 연성과 가용성. 하지만 그게 전부는 아닙니다. 또한 철의 물리적 특성에는 강자성이 포함됩니다. 그것은 무엇입니까? 철, 자기적 성질우리가 매일 실제 사례에서 관찰할 수 있는 것은 이러한 독특한 특성을 지닌 유일한 금속입니다. 독특한 특징. 이는 이 물질이 자기장의 영향으로 자화될 수 있다는 사실로 설명됩니다. 그리고 후자의 작용이 끝난 후에도 자기 특성이 방금 형성된 철은 오랫동안 자석으로 남아 있습니다. 이 현상은 이 금속 구조에 이동할 수 있는 자유 전자가 많이 있다는 사실로 설명할 수 있습니다.

매장량과 생산

철분은 가장 흔한 원소 중 하나입니다. 태양계, 특히 지구 행성, 특히 지구에서. 지구형 행성에 있는 철의 상당 부분은 행성의 핵심에 위치하며, 그 함량은 약 90%로 추정됩니다. 지각의 철 함량은 5%이고 맨틀의 철 함량은 약 12%입니다.

철은 지각에 매우 널리 퍼져 있으며 지각 질량의 약 4.1%를 차지합니다(모든 원소 중 4위, 금속 중에서 2위). 맨틀과 지각에서 철은 주로 규산염에 집중되어 있으며, 그 함량은 염기성 및 초염기성 암석에 상당하며 산성 및 중간 암석에는 적습니다.
알려진 큰 수철을 함유한 광석과 광물. 가장 위대한 실질적인 의미적철광석(적철광, Fe2O3; 최대 70% Fe 함유), 자성 철광석(자철광, FeFeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; 72.4% Fe 함유), 갈철광 또는 갈철광(각각 침철석 및 하이드로게타이트) FeOOH 및 FeOOH nH 2 O). 침철석과 수첨석은 풍화 지각에서 가장 흔히 발견되며 두께가 수백 미터에 달하는 소위 "철 모자"를 형성합니다. 그들은 또한 퇴적물에서 떨어져 나올 수도 있습니다. 콜로이드 용액호수나 바다의 해안 지역에서. 이 경우 난석 또는 콩과 식물, 철광석이 형성됩니다. Vivianite Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O는 종종 발견되어 검은 색의 길쭉한 결정과 방사상 집합체를 형성합니다.
바닷물의 철분 함량은 1·10−5 -1·10−8%입니다.
산업계에서 철은 철광석, 주로 적철광(Fe 2 O 3)과 자철광(FeO Fe 2 O 3)에서 얻습니다.
있다 다양한 방법광석에서 철을 추출합니다. 가장 일반적인 것은 도메인 프로세스입니다.
생산의 첫 번째 단계는 2000°C 온도의 용광로에서 탄소로 철을 환원시키는 것입니다. 용광로에서는 코크스 형태의 탄소, 응집체 또는 펠릿 형태의 철광석, 플럭스(석회석 등)가 위에서 공급되고 아래에서 강제로 발생하는 뜨거운 공기 흐름과 만나게 됩니다.
도메인 프로세스 외에 일반적인 프로세스는 다음과 같습니다. 직접 수령선. 이 경우 미리 분쇄된 광석을 특수 점토와 혼합하여 펠렛을 형성합니다. 펠릿은 수소를 함유한 뜨거운 메탄 변환 생성물과 함께 용광로에서 소성되고 처리됩니다. 수소는 석탄에 흔히 존재하는 불순물인 황, 인 등의 불순물로 철을 오염시키지 않고 철을 쉽게 환원시킵니다. 철분은 다음에서 얻습니다. 고체 형태, 이후 전기로에서 녹습니다. 화학적으로 순수한 철은 염 용액을 전기분해하여 얻습니다.

기원

원산지 텔루르(지상) 철은 현무암 용암(독일 카셀 근처 그린란드 서부 해안의 디스코 섬 위팩)에서는 거의 발견되지 않습니다. 두 지점 모두에서 황철석(Fe 1-x S)과 코헨나이트(Fe 3 C)가 연관되어 있으며, 이는 탄소에 의한 환원(모암 포함)과 Fe( CO) 엔. 미세한 입자에서는 변형된(구불구불한) 초염기 암석에서 한 번 이상 확립되었으며, 황철광, 때로는 자철석과 함께 초염기암에서도 발생합니다. 회복 반응. 산화 구역에서는 매우 드뭅니다. 광석 매장지, 늪 광석이 형성되는 동안. 수소와 탄화수소를 이용한 철 화합물의 환원과 관련된 퇴적암에서 발견이 기록되었습니다.
거의 순수한 철이 달 토양에서 발견되었는데, 이는 운석 낙하 및 마그마 과정과 관련이 있습니다. 마지막으로 두 종류의 운석(석철과 철)은 암석을 형성하는 성분으로 천연 철 합금을 함유하고 있습니다.

애플리케이션

철은 가장 많이 사용되는 금속 중 하나로 전 세계 야금 생산량의 최대 95%를 차지합니다.
철은 가장 중요한 구조재료인 강철과 주철의 주성분입니다.
철은 니켈과 같은 다른 금속을 기반으로 한 합금의 일부일 수 있습니다.
자성 산화철(자석)은 하드 드라이브, 플로피 디스크 등 장기 컴퓨터 메모리 장치 생산에 중요한 재료입니다.
초미세 자철석 분말은 토너로 폴리머 과립과 혼합되어 많은 흑백 레이저 프린터에 사용됩니다. 이는 자철석의 검은색 색상과 자화된 전사 롤러에 접착하는 능력을 모두 사용합니다.
다양한 철 기반 합금의 고유한 강자성 특성으로 인해 전기 공학에서 변압기 및 전기 모터의 자기 코어에 대한 광범위한 사용이 가능해졌습니다.
염화철(III)(염화제이철)은 아마추어 무선 실습에서 인쇄 회로 기판을 에칭하는 데 사용됩니다.
황산구리와 혼합된 황산제1철(황산제1철)은 원예 및 건축에서 유해한 곰팡이를 퇴치하는 데 사용됩니다.
철은 철-니켈 배터리와 철-공기 배터리의 양극으로 사용됩니다.
제1철 및 염화 제2철 및 황산염의 수용액은 천연 및 수질 정화 과정에서 응고제로 사용됩니다. 폐수산업 기업의 수처리 분야.

철 - Fe

분류

안녕하세요 CIM Ref1.57

수업 목표:

• 학생들에게 사이드 그룹 요소를 소개합니다. 주기율표– 철, 그 구조, 특성.
• 자연에서 철의 위치, 철을 얻는 방법, 적용, 물리적 특성을 알아보세요.
• 철을 2차 하위 그룹의 요소로 특성화할 수 있습니다.
• 철과 그 화합물의 화학적 성질을 증명할 수 있고, 분자, 이온, 산화환원 형태로 반응식을 쓸 수 있습니다.
• 철과 관련된 반응 방정식을 작성하는 학생들의 기술을 개발하고 철 이온에 대한 질적 반응에 대한 학생들의 지식을 형성합니다.
• 주제에 대한 관심을 키우십시오.

장비:철(분말, 핀, 접시), 황, 산소플라스크, 염산, 황산철(II), 염화철(III), 수산화나트륨, 빨간색과 노란색의 혈액염.

수업 진행 상황

I. 조직적 순간

II. 숙제 확인

III. 새로운 자료를 학습

1. 선생님 소개.

– 삶에서 철의 중요성, 문명사에서 철의 역할. 지각에서 가장 흔한 금속 중 하나는 철입니다. 철광석과 금속의 유사성이 낮기 때문에 다른 금속 (구리, 금, 아연, 납, 주석)보다 훨씬 늦게 사용되기 시작했습니다. 원시인들에게다양한 물체의 제조에 성공적으로 사용될 수 있는 금속을 광석에서 얻을 수 있다고 추측하는 것은 매우 어려웠습니다. 이러한 공정을 구성하는 데 필요한 도구와 장치가 부족했기 때문입니다. 인간이 광석에서 철을 추출하고 그것으로부터 강철과 주철을 만드는 법을 배우기까지는 꽤 오랜 시간이 걸렸습니다. 장기.
현재 철광석은 철 야금의 필수 원료이며, 선진국 어느 곳에서도 철광석 없이는 생산할 수 없는 광물입니다. 철광석의 연간 세계 생산량은 약 3억 5천만 톤입니다. 철(탄소 함량 0.2~0.4%), 주철(탄소 2.5~4%), 강철(탄소 2.5~1.5%)을 제련하는 데 사용됩니다. 철강은 철과 주철보다 산업에서 가장 널리 사용됩니다. 왜 제련에 대한 수요가 더 큰가?
철광석에서 주철을 제련하려면 석탄이나 코크스를 사용하는 용광로를 사용하고, 반사 노상 노, 베세머 변환기 또는 토마스 방법을 통해 강철과 철을 주철에서 녹입니다.
철금속과 그 합금은 인간 사회의 삶과 발전에 매우 중요합니다. 모든 종류의 가정용품과 소비재는 철로 만들어집니다. 선박, 항공기, 철도, 자동차, 교량 건설에 사용됩니다. 철도, 다양한 건물, 장비 및 기타 물건, 수억 톤의 강철과 주철이 사용됩니다. 그런 산업이 없어요 농업철과 철의 다양한 합금이 사용되지 않는 산업.
철을 함유한 자연에서 흔히 발견되는 몇 가지 미네랄은 철광석입니다. 이러한 광물에는 갈철광석, 적철광, 자철광 및 기타 형성되는 광물이 포함됩니다. 대규모 예금그리고 거대한 지역을 차지합니다.
흑철색을 띠고 자성을 띠는 독특한 특성을 갖는 자철석 또는 자성 철광석의 화학적 관계는 산화철과 산화철로 구성된 화합물입니다. 자연 환경에서는 과립 또는 고체 덩어리 형태와 잘 형성된 결정 형태로 발견될 수 있습니다. 철광석은 자철석의 금속 철 함량이 가장 풍부합니다(최대 72%).
우리나라에서 가장 큰 자철석 광석 매장지는 우랄, Vysokaya, Blagodat, Magnitnaya 산, 시베리아 일부 지역-콜라 반도 영토의 Angara 강 유역, Shoria 산에 있습니다.

2. 학급과 함께 작업하십시오. 화학 원소로서 철의 특성

a) 주기율표에서의 위치:

작업 1.주기율표에서 철의 위치를 ​​결정합니까?

답변:철은 4대주기, 짝수행, 8족, 단군에 위치합니다.

b) 원자의 구조:

작업 2.철 원자의 조성과 구조를 그리고, 전자식그리고 세포.

답변: Fe +3 2) 8) 14) 2)금속

p = 26
전자 = 26
n = (56 – 26) = 30

1초 2 2초 2 2p 6 3초 2 3p 6 3d 6 4초 2

질문.원자가 전자는 철의 어느 층에 위치합니까? 왜?

답변.원자가 전자는 2차 하위 그룹의 요소이기 때문에 마지막 및 두 번째 층에 위치합니다.

철은 d-원소로 분류됩니다. 이는 금속(Fe-Co-Ni)의 3원소의 일부입니다.

c) 철의 산화환원 특성:

질문.철이란 무엇입니까 - 산화제 또는 환원제? 어떤 산화 상태와 원자가를 나타냅니까?

답변:

Fe 0 – 2e = Fe +3) 환원제
철 0 – 3e = 철 +3
so.o.+ 2,+ 3; 원자가 = II 및 III, 원자가 7 – 표시되지 않음;

d) 철 화합물:

FeO – 염기성 산화물
Fe(OH) 2 - 불용성 염기
Fe 2 O 3 – 양쪽성 징후가 있는 산화물
Fe(OH) 3 – 양쪽성 징후가 있는 염기
휘발성 물질 수소 화합물- 아니요.

d) 자연 속에 존재하는 것.

철은 자연에서 두 번째로 풍부한 금속입니다(알루미늄 다음으로). 자유 상태에서 철은 가장 중요한 천연 화합물에서만 발견됩니다.

FeO*3H2O – 갈색 철광석,
FeO – 적색 철광석,
FeO(FeO*FeO) – 자성 철광석,
FeS – 황철석(황철석)

철 화합물은 살아있는 유기체에서 발견됩니다.

3. 특징 단체선

a) 분자 구조, 결합 유형, 결정 격자 유형(독립)

b) 철의 물리적 성질

철은 연성, 연성 및 강한 자기 특성을 지닌 은회색 금속입니다. 철의 밀도는 7.87g/cm 3, 녹는점은 1539toC입니다.

c) 철의 화학적 성질:

철 원자는 반응에서 전자를 기증하고 +2, +3, 때로는 +6의 산화 상태를 나타냅니다.
반응에서 철은 환원제입니다. 그러나 상온에서는 가장 활성이 높은 산화제(할로겐, 산소, 황)와도 상호 작용하지 않지만 가열하면 활성화되어 반응합니다.

2Fe +3Cl 2 = 2FeCl 3 염화철(III)
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) 산화철(III)
Fe +S = FeS 철(II) 황화물

매우 고온철은 탄소, 규소 및 인과 반응합니다.

3Fe + C = Fe 3 C 탄화철(시멘타이트)
3Fe + Si = Fe 3 Si 규화철
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 인화철

철은 복잡한 물질과 반응합니다.
습한 공기에서 철은 빠르게 산성화(부식)됩니다.

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
녹

철은 금속의 전기화학적 전압 계열의 중간에 있으므로 금속입니다. 평균 활동.철의 환원 능력은 알칼리, 알칼리 토금속 및 알루미늄보다 낮습니다. 고온에서만 뜨거운 철이 물과 반응합니다.

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2

철은 묽은 황산 및 염산과 반응하여 수소를 대체합니다.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0

상온에서 철은 진한 황산에 의해 부동태화되기 때문에 진한 황산과 상호작용하지 않습니다. 가열되면 진한 황산은 철을 황산철(III)로 산화시킵니다.

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

희석됨 질산철을 질산철(III)로 산화시킵니다.

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

농축된 질산은 철을 부동태화합니다.

염 용액에서 철은 전기화학적 전압 시리즈에서 철의 오른쪽에 있는 금속을 대체합니다.

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu,

d) 철분 사용 (스스로)

e) 받기 (학생들과 함께)

산업계에서는 용광로에서 탄소(코크스)와 일산화탄소(II)를 사용하여 철광석에서 철을 환원하여 철을 얻습니다.
용광로 공정의 화학은 다음과 같습니다.

C + O = CO
CO + C = 2CO
3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO 2

4. 철 화합물

화학적 성질연결 데이터.

덧셈.철(II) 화합물은 불안정하여 산화되어 철(III) 화합물로 변할 수 있습니다.

Fe +2 Cl 2 + Cl 2 = Fe +3 Cl 3 산화환원 하우스 구성
Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 = Fe +3 (OH) 3 방식, 균등화.

이 화합물의 화학적 성질

또한 Fe +2에 대한 정성적 반응은 철(II) 염과 적혈구 염 K3이라는 물질의 반응입니다. 이는 복합 화합물입니다.

3FeCl + 2K 3 = Fe 3)