Gryna geležis yra kalusis pilkas metalas, kurį galima lengvai apdoroti. Ir vis dėlto žmogui Fe elementas yra praktiškesnis kartu su anglimi ir kitomis priemaišomis, leidžiančiomis formuotis metalų lydiniams – plienui ir ketui. 95% – būtent tiek visų planetoje gaminamų metalo gaminių sudėtyje yra geležies kaip pagrindinio elemento.
Geležis: istorija
Pirmieji žmogaus pagaminti geležies gaminiai mokslininkų datuojami IV tūkstantmečiu prieš Kristų. e., o tyrimai parodė, kad jų gamybai buvo naudojama meteorinė geležis, kuriai būdingas 5-30 procentų nikelio. Įdomu, bet kol žmonija neįvaldė Fe išgavimo jį lydant, geležis buvo vertinama labiau nei auksas. Tai buvo paaiškinta tuo, kad tvirtesnis ir patikimesnis plienas buvo daug tinkamesnis įrankių ir ginklų gamybai nei varis ir bronza.
Senovės romėnai išmoko gaminti pirmąjį ketaus: jų krosnys galėjo pakelti rūdos temperatūrą iki 1400 o C, o ketaus pakako 1100-1200 o C. Vėliau jie gavo ir gryną plieną, kurio lydymosi temperatūra kuri, kaip žinoma, yra 1535 laipsniai Celsijaus.
Cheminės Fe savybės
Su kuo sąveikauja geležis? Geležis sąveikauja su deguonimi, kurią lydi oksidų susidarymas; su vandeniu, esant deguoniui; su sieros ir druskos rūgštimis:
- 3Fe+2O2 = Fe3O4
- 4Fe+3O2 +6H2O = 4Fe(OH) 3
- Fe+H2SO4 = FeSO4+H2
- Fe+2HCl = FeCl2 +H2
Be to, geležis reaguoja į šarmus tik tada, kai jie yra stiprių oksidatorių lydalai. Geležis nereaguoja su oksiduojančiomis medžiagomis esant normaliai temperatūrai, bet visada pradeda reaguoti, kai jos padaugėja.
Geležies naudojimas statybose
Geležies panaudojimo statybų pramonėje šiandien negalima pervertinti, nes metalinės konstrukcijos yra absoliučiai bet kurio modernaus pastato pagrindas. Šioje srityje Fe naudojamas įprastam plienui, ketui ir kaltiniam ketui. Šis elementas yra visur, nuo svarbių konstrukcijų iki inkaro varžtų ir vinių. 
Statybinių konstrukcijų iš plieno statyba yra daug pigesnė, taip pat galime kalbėti apie didesnius statybos įkainius. Tai žymiai padidina geležies naudojimą statybose, o pati pramonė pradeda naudoti naujus, efektyvesnius ir patikimesnius lydinius Fe pagrindu.
Geležies naudojimas pramonėje
Geležies ir jos lydinių – ketaus ir plieno – naudojimas yra šiuolaikinių staklių, orlaivių, instrumentų gamybos ir kitos įrangos gamybos pagrindas. Dėka Fe cianidų ir oksidų, dažų ir lakų pramonėje naudojami geležies sulfatai. Sunkioji pramonė yra visiškai neįsivaizduojama be Fe+C lydinių naudojimo. Žodžiu, geležis yra nepakeičiamas, bet tuo pačiu prieinamas ir palyginti nebrangus metalas, kuris, kaip jo lydinių dalis, turi beveik neribotą taikymo sritį. 
Geležies naudojimas medicinoje
Yra žinoma, kad kiekvienas suaugęs žmogus turi iki 4 gramų geležies. Šis elementas yra nepaprastai svarbus kūno funkcionavimui, ypač sveikatai. kraujotakos sistema(hemoglobino kiekis raudonuosiuose kraujo kūneliuose). Yra daug geležies turinčių vaistų, kurie gali padidinti Fe kiekį, kad būtų išvengta geležies stokos anemijos išsivystymo.
Ar žinote, kad geležis apsaugo planetą nuo „kosminių atakų“? Dėl didžiulių šio elemento sankaupų susidaro Žemės magnetinis laukas. Kaip ekranas, laukas saugo jį nuo asteroidų...
Geležis vaidina vaidmenį ne tik tokiuose globaliuose dalykuose, bet ir mūsų kasdienybė: plienas ir dauguma lydinių yra sukurti būtent šio elemento pagrindu. Taigi viskas nuo stalo įrankių iki automobilių iki mikroelektronikos negalėtų veikti be techninės įrangos.
Galiausiai, be jo mūsų gyvenimas būtų neįmanomas, nes šis mineralas yra hemoglobino dalis – raudonųjų kraujo kūnelių turinys, kurio dėka audiniai gali panaudoti deguonį. Šis nuostabus elementas slepia daug daugiau naudingų savybių. Daugiau apie geležies funkcijas mūsų sveikatai skaitykite šiame straipsnyje.
Geležies kiekis produktuose (100 g):
Kepenys 10-20 mg
Mielės 18 mg
Jūros kopūstai 16 mg
Lęšiai 12 mg
Grikiai 8,2 mg
trynys 7,2 mg
Triušis 4,4 mg
Juodieji ikrai 2,5 mg
Kas yra geležis?
Tai metalas. Organuose ir audiniuose geležies yra maždaug 3–5 gramai. Tai nėra daug, tačiau tokios mažos dozės pakanka, kad organizmas sėkmingai tęstų savo egzistavimą. Keturi penktadaliai visos geležies yra hemoglobine, likusi dalis yra išsibarsčiusi po visą kūną ir pasiskirsto kepenyse, raumenyse, kauluose ir kt. Dalis vidinės geležies yra įtraukta į fermentus.
Laikui bėgant atsiranda natūralus mineralo netekimas, todėl žmogui reikia nuolat tiekti tam tikras geležies dozes. Moterims jo netenkama su šlapimu ir prakaitu, geležies suvartojimas taip pat yra susijęs su mėnesinių praradimu menstruacijų metu.
Maistas, kuriame gausu geležies
Elementas yra taip plačiai paplitęs gamtoje, kad geležies yra daugumoje maisto produktų. Geriausi šaltiniai yra gyvūnai – mėsa ir kepenys. Juose geležis yra labiausiai virškinama forma. Paprastai augaliniame maiste jo yra mažiau nei gyvuliniame maiste, tačiau tai taip pat svarbus mineralo šaltinis. Jo yra citrusiniuose vaisiuose, granatuose, burokėliuose, grikiuose, ankštiniuose augaluose, riešutuose, moliūguose, obuoliuose, jūros dumbliuose ir persimonuose.
Kasdienis geležies poreikis
Paprastai vyrams vitaminų ir mineralų poreikis yra didesnis nei moterims, tačiau šiuo atveju taip nėra: moterims reikia didesnių geležies dozių. Joms reikia 18 mg mineralo, o vyrams – apie 10 mg. Vaikams norma pagal įvairius šaltinius nėra tiksliai nustatyta, ji gali svyruoti nuo 4 iki 15 mg;
Padidėjęs geležies poreikis
Padidėjęs geležies poreikis būdingas šioms žmonių grupėms:
Moterys laikotarpiu po menstruacijų. Kraujo netekimas, net jei mažas, reikalauja kompensuoti hemoglobino kiekį kraujyje.
. Nėščioms ir žindančioms. Nėštumo metu daug geležies suvartojama vaisiaus kūnui formuoti, o maitinančios motinos geležį išleidžia kūdikiui maitinti (ji patenka į motinos pieną). Žodžiu, kas antrai nėščiai moteriai būdingi geležies trūkumo požymiai, o tai rodo, kad šio elemento poreikis besilaukiančiai motinai labai padidėja.
. Po traumų, kraujo netekimo, rimtų chirurginių operacijų.
Geležis yra labai vertingas elementas. Šiuo atžvilgiu kūnas išmoko jį pakartotinai panaudoti. Natūraliai naikinant senus raudonuosius kraujo kūnelius, specialūs nešikliai sugauna išsilaisvinusią geležį ir perneša ją į kraujodaros organus, kur vėl panaudojama.
Tačiau mineralo nuostoliai vis dar yra gana dideli, todėl daugeliui žmonių kasdieniame gyvenime reikia papildomo geležies papildų. Jeigu Jums padidėjęs šio elemento poreikis, reikėtų pradėti vartoti šio elemento turinčius maisto papildus.
Geležies pasisavinimas iš maisto
Net ir idealiomis sąlygomis su maistu pasisavinama ne daugiau kaip 10 % suvartotos geležies. Yra keletas veiksnių, kurie dar labiau sumažina šį skaičių. Tuo pačiu metu yra tam tikrų veiksnių, kurie padidina mineralo įsisavinimą. Kas lemia geležies pasisavinimo laipsnį?
1. Šaltinis. Gyvūninės kilmės produktuose yra lengvai pasisavinamos dvivalentės geležies. Augaluose jis yra trivalentis. Kad jį pasisavintų ir panaudotų, organizmas turi eikvoti energiją, kad mineralas atkurtų dvivalenčią formą. Štai kodėl didžioji dalis geležies, tiekiamos su grikių ar granatų sultimis, organizmui neduoda naudos.
2. Virškinimo sveikata. Sumažėjus skrandžio sulčių rūgštingumui, gastritui ir enteritui, geležies pasisavinimas žymiai sumažėja. Jis yra optimalus sveikam virškinamajam traktui.
3. Maisto sudėtis.
4. Geležis geriau pasisavinama esant vitaminui C, daržovių ir vaisių organinėms rūgštims, aminorūgštims lizinui ir histidinui, taip pat kai kuriems angliavandeniams, tokiems kaip fruktozė ir sorbitolis. Taigi mėsą ir kepenėles visada reikėtų derinti su šviežių daržovių salotomis.
5. Geležis prasčiau pasisavinama esant taninams, maistinėms skaiduloms (jos „surenka“ geležies molekules ir pašalina jas iš organizmo), fitinu, oksalo rūgštimi. Tai reiškia, kad jei norite gauti daugiau geležies, rekomenduojama per dažnai nevalgyti tokio maisto kaip ankštiniai augalai, rūgštynės, špinatai ir sėlenos. Kalcis yra gana stiprus geležies turinčių produktų (daugiausia pieno produktų) antagonistas, stabdo jos pasisavinimą.
Biologinis geležies vaidmuo
Geležies funkcijos yra šios:
Tai yra nepakeičiamas kraujodaros elementas, žaliava kvėpavimo pigmento hemoglobino susidarymui ir raudonųjų kraujo kūnelių susidarymui.
. Svarbus skydliaukės hormonų sintezei
. Stiprina imuninę sistemą, padeda didinti organizmo apsaugą
. Pagerina tam tikrų vitaminų, tokių kaip vitaminas B6, B12, B9, funkcionavimą
. Pagerina daugelio mikroelementų, tokių kaip kobaltas, manganas, varis, poveikį
. Dalis fermentų, užtikrinančių kenksmingų medžiagų neutralizavimą organizme
. Suteikia audiniams galimybę kvėpuoti, o tai suteikia ne tik gydomąjį, bet ir kosmetinį efektą. Įprastai patekus į organizmą geležies, žmogaus oda, plaukai ir nagai išlieka geros būklės.
. Apsaugo nuo pervargimo ir lėtinio nuovargio
. Turi puiki vertė veikiant nervų sistemai.
Geležies trūkumo požymiai
Mineralų trūkumas ir būtinybė reguliariai vartoti geležies papildų yra labai dažnas reiškinys. Pats pirmasis ir pagrindinis elementų trūkumo organizme požymis yra anemija.
Raudonųjų kraujo kūnelių skaičiaus ir hemoglobino kiekio kraujyje sumažėjimas sukelia šiuos simptomus: silpnumą, greitą nuovargį, fizinio aktyvumo nestabilumą, vidurių užkietėjimą arba viduriavimą, apetito ir skonio sutrikimus, tirpimą ir šaltkrėtį. galūnės, blyški ir sausa oda, nagų būklės pablogėjimas, plaukų slinkimas, susilpnėjusi imuninė sistema ir kt. Dažnai būtent šie požymiai leidžia spėti apie geležies trūkumą organizme. Žmogus kreipiasi į gydytoją, yra apžiūrimas ir nustatoma mažakraujystė.
Geležies pertekliaus požymiai
Net valgant maistą, kuriame yra didelė geležies koncentracija, geležies pertekliaus neatsiranda. Taip yra dėl to, kad organizmas savarankiškai „filtruoja“ mineralinių junginių perteklių ir paima lygiai tiek geležies, kiek jai reikia.
Jam daug sunkiau atsispirti itin didelėms geležies dozėms, tiekiamoms kartu su vaistais. Per intensyviai vartojant geležies turinčius produktus ir maisto papildus, galima apsinuodyti. Tai pasireiškia vėmimu, galvos skausmu, išmatų sutrikimais ir kitais simptomais.
Geležies perteklius taip pat pastebimas esant retai būklei, vadinamai hemochromatoze. Sergant šia liga, organizme vyksta patologinis geležies kaupimasis, pasireiškiantis rimtais kepenų ir kitų organų veiklos sutrikimais.
Geležies kiekiui maisto produktuose įtakojantys veiksniai
Jeigu ilgą laiką Vykdydami kulinarinį produktų apdorojimą, juose mažėja virškinamos geležies kiekis, nes ji virsta tokia forma, kuri nepasisavinama. Todėl jei perkate mėsą ar kepenėles, rinkitės produktus aukščiausios kokybės, kuris nebus per kietas ir kurio nereikės per ilgai virti ar kepti.
Geležis yra cheminis elementas
1. Geležies padėtis periodinėje lentelėje cheminiai elementai ir jo atomo sandara
Geležis yra d elementas VIII grupė; eilės numeris – 26; atominė masė Ar (Fe ) = 56; atominė sudėtis: 26 protonai; 30 – neutronai; 26 – elektronai.
Atominės struktūros diagrama:
Elektroninė formulė: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2
Metalas vidutinis aktyvumas, reduktorius:
Fe 0 -2 e - → Fe +2 , reduktorius oksiduojamas
Fe 0 -3 e - → Fe +3 , reduktorius oksiduojamas
Pagrindinės oksidacijos būsenos: +2, +3
2. Geležies paplitimas
Geležis yra vienas iš labiausiai paplitusių gamtos elementų . IN žemės pluta jo masės dalis yra 5,1%, pagal šį rodiklį tai antra po deguonies, silicio ir aliuminio. Daug geležies randama ir dangaus kūnuose, kaip nustatyta spektrine analize. Luna automatinės stoties pristatytuose mėnulio dirvožemio mėginiuose rasta neoksiduotos geležies.
Geležies rūdos yra gana plačiai paplitusios Žemėje. Kalnų pavadinimai Urale kalba patys už save: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Agrochemikai dirvožemyje randa geležies junginių.
Geležis yra daugumos uolienų sudedamoji dalis. Norint gauti geležį, naudojamos geležies rūdos, kuriose geležies kiekis yra 30–70% ar daugiau.
Pagrindinės geležies rūdos yra :
magnetitas(magnetinė geležies rūda) – Fe3O4 yra 72% geležies, randama nuosėdų Pietų Uralas, Kursko magnetinė anomalija:
|
|
|
hematitas(geležies blizgesys, kraujo akmuo) – Fe2O3 yra iki 65% geležies, tokių telkinių yra Krivoy Rog regione:
|
|
|
limonitas(rudoji geležies rūda) – Fe 2 O 3* nH 2 O yra iki 60% geležies, Kryme randama nuosėdų:
piritas(sieros piritas, geležies piritas, kačių auksas) FeS 2 yra apie 47% geležies, nuosėdų randama Urale.
3. Geležies vaidmuo žmonių ir augalų gyvenime
Biochemikai atrado svarbų geležies vaidmenį augalų, gyvūnų ir žmonių gyvenime. Būti itin sudėtingos konstrukcijos dalimi organinis junginys, vadinamas hemoglobinu, geležis lemia raudoną šios medžiagos spalvą, o tai savo ruožtu lemia žmogaus ir gyvūnų kraujo spalvą. Suaugusio žmogaus organizme yra 3 g grynos geležies, iš kurios 75 % yra hemoglobino dalis. Pagrindinis hemoglobino vaidmuo yra pernešti deguonį iš plaučių į audinius, o priešinga kryptimi – CO 2.
Augalams taip pat reikia geležies. Tai yra citoplazmos dalis ir dalyvauja fotosintezės procese. Ant substrato, kuriame nėra geležies, auginami augalai turi baltus lapus. Nedidelis geležies priedas prie pagrindo ir jie tampa žali. Negana to, verta baltą lapą ištepti druskos, turinčiu geležies, tirpalu ir netrukus ištepta vieta pažaliuoja.
Taigi dėl tos pačios priežasties - geležies buvimo sultyse ir audiniuose - augalų lapai tampa linksmai žali, o žmogaus skruostai ryškiai parausta.
4. Geležies fizinės savybės.
Geležis – sidabriškai baltas metalas, kurio lydymosi temperatūra 1539 o C. Ji labai plastiška, todėl lengvai apdirbama, kaldoma, valcuojama, štampuojama. Geležis turi savybę įmagnetinti ir išmagnetinti, todėl ji naudojama kaip elektromagnetų šerdys įvairiose elektros mašinose ir įrenginiuose. Jam galima suteikti didesnį stiprumą ir kietumą terminiais ir mechaniniais metodais, pavyzdžiui, grūdinant ir valcuojant.
Yra chemiškai grynos ir komerciškai grynos geležies. Techniškai gryna geležis iš esmės yra mažai anglies turintis plienas, kuriame yra 0,02–0,04 % anglies ir dar mažiau deguonies, sieros, azoto ir fosforo. Chemiškai grynoje geležyje yra mažiau nei 0,01% priemaišų. Chemiškai gryna geležis - sidabriškai pilka, blizganti, išvaizda metalas, labai panašus į platiną. Chemiškai gryna geležis yra atspari korozijai ir turi gerą atsparumą rūgštims. Tačiau nežymūs priemaišų kiekiai atima šias brangias savybes.
5. Geležies gavimas
Redukcija iš oksidų anglies arba anglies monoksidu (II), taip pat vandeniliu:
FeO + C = Fe + CO
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
Eksperimentas „Geležies gamyba aliuminiotermijos būdu“
6. Cheminės savybės liauka
Kaip antrinis pogrupio elementas, geležis gali turėti keletą oksidacijos būsenų. Mes apsvarstysime tik tuos junginius, kuriuose geležies oksidacijos laipsniai yra +2 ir +3. Taigi galime teigti, kad geležis turi dvi junginių serijas, kuriose ji yra dvivalečių ir trivalenčių.
1) Ore geležis lengvai oksiduojasi esant drėgmei (rūdija):
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH) 3
2) Karšta geležinė viela dega deguonyje, sudarydama apnašas - geležies oksidą (II, III) - juodą medžiagą:
3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4
Cdrėgname ore susidaro deguonis Fe 2 O 3 * nH 2 O
Eksperimentas "geležies sąveika su deguonimi"
3) Aukštoje temperatūroje (700–900°C) geležis reaguoja su vandens garais:
3Fe + 4H 2 O t˚C → Fe 3 O 4 + 4H 2
4) Kaitinama geležis reaguoja su nemetalais:
Fe + S t˚C → FeS
5) Geležis normaliomis sąlygomis lengvai ištirpsta druskos rūgštyje ir praskiestoje sieros rūgštyje:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 (dil.) = FeSO 4 + H 2
6) Geležis ištirpsta koncentruotose oksiduojančiose rūgštyse tik kaitinama
2Fe + 6H2SO4 (konc. .) t˚C → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (konc. .) t˚C → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 OGeležis (III)
7. Geležies naudojimas.
Didžioji pasaulyje pagamintos geležies dalis naudojama ketaus ir plieno – geležies lydiniams su anglimi ir kitais metalais – gamybai. Ketaus sudėtyje yra apie 4% anglies. Pliene yra mažiau nei 1,4% anglies.
Ketaus reikia gaminant įvairius liejinius – sunkiųjų mašinų rėmus ir kt.
Ketaus gaminiai
Iš plieno gaminamos mašinos, įvairios statybinės medžiagos, sijos, lakštai, valcavimo gaminiai, bėgiai, įrankiai ir daugelis kitų gaminių. Įvairių rūšių plienui gaminti naudojami vadinamieji legiravimo priedai, kurie yra įvairūs metalai: M.
Simuliatorius Nr. 2 – genetinė serija Fe 3+
Simuliatorius Nr. 3 – Geležies reakcijų su paprastomis ir sudėtingomis medžiagomis lygtys
Užduotys konsolidavimui
Nr. 1. Užrašykite geležies gamybos iš jos oksidų Fe 2 O 3 ir Fe 3 O 4 reakcijų lygtis, naudojant kaip reduktorius:
a) vandenilis;
b) aliuminio;
c) anglies monoksidas (II).
Kiekvienai reakcijai sukurkite elektroninį balansą.
Nr. 2. Atlikite transformacijas pagal schemą:
Fe 2 O 3 -> Fe - +H2O, t -> X - +CO, t -> Y - +HCl ->Z
Pavadinkite produktus X, Y, Z?
Šiame straipsnyje bus kalbama apie geležį, jos chemines ir fizines savybes. Jie turi didelę reikšmę nustatant geležies transportavimo būdą, jos laikymo, gamybos, lydymo sąlygas ir kt.
Geležis yra vienas populiariausių metalų. Tačiau tai dažnai vadinama lydiniu su kažkokiu priedu, pavyzdžiui, anglimi. Tai padeda išlaikyti paties metalo lankstumą ir minkštumą. Tokios sudėties rodiklis bus gryno metalo, anglies ir priemaišų kiekis.
Plieno lydymui naudojamas metalizacijos metodas, kuris padeda gaminiui tapti atsparesniu išoriniam poveikiui, pavyzdžiui, erozijai, korozijai ir dilimui. Tokiu atveju papildomų priemaišų kiekis gali skirtis.
Anglies
Anglies kiekis lydinyje gali svyruoti nuo 0,2% iki 10%. Tai priklauso nuo geležies atgavimo būdo. Be to, metalizacijos kiekis ir laipsnis gali labai skirtis. Dujinės redukcijos procesuose siūlinė anglis nusėda iš dujų fazės ant geležies paviršiaus. Tačiau reakcija nėra visiškai baigta, o metalizuoto produkto paviršiuje ir porose iš anglies susidarė suodžiai.
Fosforas
Tiesioginio geležies redukavimo procese fosforo kiekis nemažėja, o jo kiekio procentas metalizacijos metu yra lygus jo kiekiui žaliavoje. Tai gali būti sumažinta visiškai pagerinant redukcijos procesui naudojamą rūdą. Be to, fosforo ir geležies santykis priklauso nuo geležies procento padidėjimo, dėl kurio sumažėja fosforo procentas. Daugumoje formų jis yra 0,010-0,020%, retai 0,030%.
Siera
Žaliava tiesioginiam geležies redukavimui dažnai yra granulės, kurios nebuvo lydomos, nes didžioji dalis sieros buvo pašalinta oksidacinio skrudinimo būdu, todėl pagrindinis sieros šaltinis yra reduktorius.
Naudojant pradinį kietą reduktorių, sieros kiekis metalizuotoje medžiagoje gali būti didelis. Tada jo sumažinimas gali būti pasiektas pridedant kalkakmenio ir dolomito.
Dujinio reduktoriaus atveju gaunamas produktas, turintis mažą sieros procentą, iki 0,003.
Azotas ir vandenilis
Rūdoje azoto yra nedideliais kiekiais, o tai lemia nedidelį jo procentą metalizuotose medžiagose, iki 0,003%. Vandenilio kiekis siekia 150 kubinių metrų. cm 100 gramų, o pliene jo procentas yra toks pat, kaip ir lydant laužą.
Spalvotieji metalai
Spalvotųjų metalų, ty nikelio, chromo, švino, vario, sudėtis yra tiesiogiai redukuota geležis, o dėl žaliavų grynumo jis dažnai yra mažas. Šį kempinės geležies rodiklį galima palyginti su ketaus. Vienintelis skirtumas bus tas, kad ketaus sudėtyje yra sumažinto chromo.
Titanas, chromas, vanadis randami metalizuotose granulėse kaip oksidų dalis. Lydymo proceso metu gana paprasta organizuoti galimybę neleisti jiems išgauti iš šlako. Tai leidžia gauti metalą, kuriame yra mažas procentas titano, chromo ir, galbūt, mangano.
Geležis, kurios sudėtyje yra alavo, švino, cinko ir kitų spalvotųjų metalų, o mažas ir stabilus procentas, susidaro, kai oksidacinis procesas granulių skrudinimas, tiesioginis geležies redukavimas ir lydymas. Visa tai lemia nedidelis šių metalų priemaišų kiekis rūdoje, taip pat jų dalinis pašalinimas.
Nustatyta, kad cinko pašalinimas galimas metalizacijos ir lydymo metu. Švinas išgaruoja degimo ir redukavimo metu, bet nedideliu mastu, o pagrindinis dalykas yra lydymosi procesas. Alavas, kaip ir stibis, dėl mažo jo kiekio sunkiai pasišalina iš kompozicijos arba net virsta metalu. Laboratoriniai tyrimai parodė, kad tai, iš ko pagaminta geležis, lemia spalvotųjų metalų, kaip priemaišų, kiekis. Jų procentinė dalis svyruoja nuo mažiau nei 0,01 pliene, kuriame yra nikelio, chromo ir vario, iki mažiau nei 0,001 kompozicijose su alavu, švinu, arsenu, stibiu ir cinku.
Geležis yra ketvirtojo laikotarpio aštuntos grupės antrinio pogrupio elementas periodinė lentelė D.I. Mendelejevo cheminiai elementai, kurių atominis skaičius 26. Nurodomas simboliu Fe (lot. Ferrum). Vienas iš labiausiai paplitusių metalų žemės plutoje (antra vieta po aliuminio). Vidutinio aktyvumo metalas, reduktorius.
Pagrindinės oksidacijos būsenos - +2, +3
Paprasta medžiaga geležis yra kalusis sidabro baltumo metalas, pasižymintis dideliu cheminiu reaktyvumu: geležis greitai korozuoja aukšta temperatūra ah arba esant didelei oro drėgmei. IN grynas deguonis geležis dega, o smulkiai išsklaidyta savaime užsiliepsnoja ore.
Paprastos medžiagos – geležies – cheminės savybės:
Rūdija ir dega deguonyje
1) Ore geležis lengvai oksiduojasi esant drėgmei (rūdija):
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH) 3
Karšta geležinė viela dega deguonyje, susidaro apnašos - geležies oksidas (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe+2O2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)
2) Aukštoje temperatūroje (700–900°C) geležis reaguoja su vandens garais:
3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Kaitinama geležis reaguoja su nemetalais:
2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)
4) Įtampos eilėje jis yra į kairę nuo vandenilio, reaguoja su praskiestomis rūgštimis HCl ir H 2 SO 4, susidaro geležies (II) druskos ir išsiskiria vandenilis:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reakcijos vyksta be oro prieigos, kitaip Fe +2 deguonis palaipsniui paverčiamas Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (praskiestas) → FeSO 4 + H 2
Koncentruotose oksiduojančiose rūgštyse geležis ištirpsta tik kaitinama, ji iškart virsta Fe 3+ katijonu:
2Fe + 6H 2 SO 4 (konc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (konc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(šaltame, koncentruotame azote ir sieros rūgštis pasyvus
Geležinė vinis, panardinta į melsvą vario sulfato tirpalą, palaipsniui pasidengia raudono metalinio vario danga.
5) Geležis išstumia metalus, esančius dešinėje nuo jos druskų tirpalų.
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
Amfoterinės geležies savybės pasireiškia tik koncentruotuose šarmuose verdant:
Fe + 2NaOH (50 %) + 2H 2 O= Na 2 ↓+ H 2
ir susidaro natrio tetrahidroksoferato(II) nuosėdos.
Techninė įranga- geležies ir anglies lydiniai: ketaus yra 2,06–6,67 % C, plieno 0,02-2,06% C, dažnai yra kitų natūralių priemaišų (S, P, Si) ir dirbtinai įterptų specialių priedų (Mn, Ni, Cr), kurie suteikia geležies lydiniams techniškai naudingų savybių - kietumą, atsparumą terminei ir korozijai, lankstumą ir kt. . .
Aukštakrosnių geležies gamybos procesas
Aukštakrosnės ketaus gamybos procesas susideda iš šių etapų:
a) sulfidinių ir karbonatinių rūdų paruošimas (skrudinimas) – pavertimas oksidine rūda:
FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2 800 °C, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2 500–600 °C, -CO 2)
b) kokso deginimas karšto srove:
C (koksas) + O 2 (oras) → CO 2 (600–700 ° C) CO 2 + C (koksas) ⇌ 2 CO (700–1000 ° C)
c) oksido rūdos redukcija anglies monoksidu CO nuosekliai:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
d) geležies karbiuracija (iki 6,67 % C) ir ketaus lydymas:
Fe (t ) →(C(koksas)900-1200°C) Fe (skystas) (ketaus, lydymosi temperatūra 1145 °C)
Ketaus visada yra cementito Fe 2 C ir grafito grūdelių pavidalu.
Plieno gamyba
Ketaus pavertimas plienu atliekamas specialiose krosnyse (konverteris, atvira krosnis, elektrinė), kurios skiriasi šildymo būdu; proceso temperatūra 1700-2000 °C. Pučiant orą, praturtintą deguonimi, iš ketaus išdeginamas anglies perteklius, taip pat siera, fosforas ir silicis oksidų pavidalu. Šiuo atveju oksidai arba sulaikomi išmetamųjų dujų (CO 2, SO 2) pavidalu, arba sujungiami į lengvai atskirtą šlaką – Ca 3 (PO 4) 2 ir CaSiO 3 mišinį. Norint gaminti specialų plieną, į krosnį įvedami kitų metalų legiravimo priedai.
Kvitas gryna geležis pramonėje - geležies druskų tirpalo elektrolizė, pavyzdžiui:
FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°С) (elektrolizė)
(yra ir kitų specialius metodus, įskaitant geležies oksidų redukciją vandeniliu).
Gryna geležis naudojama specialių lydinių gamyboje, elektromagnetų ir transformatorių šerdžių gamyboje, ketaus - liejinių ir plieno gamyboje, plienas - kaip konstrukcinės ir įrankių medžiagos, įskaitant atsparias dilimui, karščiui ir korozijai. vienus.
Geležies (II) oksidas F EO . Amfoterinis oksidas, turintis daug pagrindinių savybių. Juoda, turi joninę struktūrą Fe 2+ O 2- . Kaitinamas jis iš pradžių suyra, o paskui vėl susidaro. Jis nesusidaro, kai geležis dega ore. Nereaguoja su vandeniu. Suyra su rūgštimis, susilieja su šarmais. Lėtai oksiduojasi drėgname ore. Redukuota vandeniliu ir koksu. Dalyvauja geležies lydymo aukštakrosnių procese. Jis naudojamas kaip keramikos ir mineralinių dažų komponentas. Svarbiausių reakcijų lygtys:
4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560–700 °C, 900–1000 °C)
FeO + 2HC1 (praskiestas) = FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (konc.) = Fe(NO 3) 3 +NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Na 4FeO3 (raudona.) trioksoferatas (II)(400–500 °C)
FeO + H 2 = H 2 O + Fe (ypač grynas) (350 °C)
FeO + C (koksas) = Fe + CO (virš 1000 °C)
FeO + CO = Fe + CO 2 (900 °C)
4FeO + 2H 2O (drėgmė) + O 2 (oras) → 4FeO(OH) (t)
6FeO + O 2 = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300–500 °C)
Kvitas V laboratorijos: terminis geležies (II) junginių skilimas be oro prieigos:
Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150–200 °C)
FeCO3 = FeO + CO 2 (490–550 °C)
geležies(III) oksidas – geležis( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Dvigubas oksidas. Juoda, turi joninę struktūrą Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termiškai stabilus iki aukštų temperatūrų. Nereaguoja su vandeniu. Suyra su rūgštimis. Sumažintas vandeniliu ir karšta geležimi. Dalyvauja ketaus gamybos aukštakrosnių procese. Naudojamas kaip mineralinių dažų komponentas ( geležinis švinas), keramika, spalvotas cementas. Specialios plieno gaminių paviršiaus oksidacijos produktas ( pajuodavimas, mėlynavimas). Sudėtis atitinka rudas rūdis ir tamsias geležies apnašas. Nerekomenduojama naudoti bendrosios formulės Fe 3 O 4. Svarbiausių reakcijų lygtys:
2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (virš 1538 °C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (dil.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (konc.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (oras) = 6 Fe 2 O 3 (450–600 °C)
(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (ypač grynas, 1000 °C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500–800 °C)
(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900–1000 °C, 560–700 °C)
Kvitas: geležies degimas (žr.) ore.
magnetitas.
Geležies (III) oksidas F e 2 O 3 . Amfoterinis oksidas, kuriame vyrauja pagrindinės savybės. Raudonai ruda, turi joninę struktūrą (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termiškai stabilus iki aukštų temperatūrų. Jis nesusidaro, kai geležis dega ore. Nereaguoja su vandeniu, iš tirpalo nusėda rudas amorfinis hidratas Fe 2 O 3 nH 2 O Lėtai reaguoja su rūgštimis ir šarmais. Sumažintas anglies monoksidu, išlydyta geležimi. Susilieja su kitų metalų oksidais ir sudaro dvigubus oksidus - špineliai(techniniai gaminiai vadinami feritais). Jis naudojamas kaip žaliava lydant ketaus aukštakrosnės procese, katalizatorius gaminant amoniaką, keramikos komponentą, spalvotus cementus ir mineralinius dažus, termitiniam plieno konstrukcijų suvirinimui, kaip garso nešiklis. ir vaizdas ant magnetinių juostų, kaip plieno ir stiklo poliravimo priemonė.
Svarbiausių reakcijų lygtys:
6Fe 2 O 3 = 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200–1300 °C)
Fe 2 O 3 + 6HC1 (dil.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 °C, r)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (konc.) →H 2 O+ 2 NAFeO 2 (raudona)dioksoferatas (III)
Fe 2 O 3 + MO = (M II Fe 2 II I) O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (ypač grynas, 1050–1100 °C)
Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)
3Fe 2 O 3 + CO = 2 (Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400–600 °C)
Kvitas laboratorijoje - terminis geležies (III) druskų skilimas ore:
Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500–700 °C)
4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600–700 °C)
Gamtoje – geležies oksido rūdos hematitas Fe 2 O 3 ir limonitas Fe 2 O 3 nH 2 O
Geležies (II) hidroksidas F e(OH)2. Amfoterinis hidroksidas su pagrindinių savybių vyravimu. Baltos (kartais su žalsvu atspalviu) Fe-OH jungtys vyrauja kovalentinės. Termiškai nestabilus. Lengvai oksiduojasi ore, ypač drėgna (tamsėja). Netirpi vandenyje. Reaguoja su praskiestomis rūgštimis ir koncentruotais šarmais. Tipiškas reduktorius. Tarpinis geležies rūdijimo produktas. Jis naudojamas geležies-nikelio akumuliatorių aktyviosios masės gamybai.
Svarbiausių reakcijų lygtys:
Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150–200 °C, atm.N 2)
Fe(OH) 2 + 2HC1 (dil.) = FeC1 2 + 2H 2 O
Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (mėlynai žalia) (verda)
4Fe(OH)2 (suspensija) + O 2 (oras) →4FeO(OH)↓ + 2H 2O (t)
2Fe(OH) 2 (suspensija) +H 2 O 2 (praskiestas) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O
Fe(OH) 2 + KNO 3 (konc.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)
Kvitas: nusodinimas iš tirpalo su šarmais arba amoniako hidratu inertinėje atmosferoje:
Fe 2+ + 2OH (dil.) = Fe(OH) 2 ↓
Fe 2+ + 2(NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4
Geležies metahidroksidas F eO(OH). Amfoterinis hidroksidas, kuriame vyrauja pagrindinės savybės. Šviesiai rudos, Fe – O ir Fe – OH jungtys dažniausiai yra kovalentinės. Kaitinamas, suyra netirpdamas. Netirpi vandenyje. Iš tirpalo nusėda rudo amorfinio polihidrato Fe 2 O 3 nH 2 O pavidalo nuosėdos, kurios, laikant praskiestos šarminis tirpalas arba džiovinant virsta FeO(OH). Reaguoja su rūgštimis ir kietais šarmais. Silpnas oksidatorius ir reduktorius. Sukepintas Fe (OH) 2. Tarpinis geležies rūdijimo produktas. Jis naudojamas kaip geltonų mineralinių dažų ir emalių pagrindas, išmetamųjų dujų absorberis ir organinės sintezės katalizatorius.
Fe(OH)3 sudėties junginys nežinomas (negautas).
Svarbiausių reakcijų lygtys:
Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200–250 °C, —H 2 O) FeO(OH)→( 560–700°C ore, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO(OH) + ZNS1 (dil.) = FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-koloidinis(NaOH (konc.))
FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH)6]baltas, Na5 ir K4 atitinkamai; abiem atvejais iškrenta tos pačios sudėties ir struktūros mėlynas produktas KFe III. Laboratorijoje šios nuosėdos vadinamos Prūsijos mėlyna, arba mėlyna spalva:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Pradinių reagentų ir reakcijos produktų cheminiai pavadinimai:
K 3 Fe III – kalio heksacianoferatas (III)
K 4 Fe III – kalio heksacianoferatas (II)
КFe III – geležies (III) kalio heksacianoferatas (II)
Be to, geras Fe 3+ jonų reagentas yra tiocianato jonas NСS -, su juo susijungia geležis (III) ir atsiranda ryškiai raudona („kruvina“) spalva:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Šis reagentas (pavyzdžiui, KNCS druskos pavidalu) netgi gali aptikti geležies (III) pėdsakus vandentiekio vandenyje, jei jis praeina per geležinius vamzdžius, padengtus rūdimis iš vidaus.
