Sidabriškai baltos spalvos kalusis metalas su daug cheminių medžiagų reaktyvumas: Geležis greitai korozuoja esant aukštai temperatūrai arba didelei drėgmei. IN grynas deguonis geležis dega, o smulkiai išsklaidyta savaime užsiliepsnoja ore. Žymima simboliu Fe (lot. Ferrum). Vienas iš labiausiai paplitusių žemės pluta metalai (antra vieta po ).

Taip pat žiūrėkite:

STRUKTŪRA

Buvo nustatytos kelios geležies polimorfinės modifikacijos, iš kurių aukštos temperatūros modifikacija - γ-Fe (virš 906°) sudaro Cu tipo kubo, kurio veidas yra centre, gardelę (a 0 = 3,63), o žemos temperatūros modifikacija. modifikacija – α-Fe tipo centruoto kubo α-Fe gardelė ( a 0 = 2,86).
Priklausomai nuo kaitinimo temperatūros, geležis gali būti trijų modifikacijų, kurioms būdingos skirtingos kristalinės gardelės struktūros:

1. Temperatūros diapazone nuo žemiausios iki 910°C – a-feritas (alfa feritas), turintis kristalinės gardelės struktūrą centruoto kubo pavidalu;
2. Temperatūros diapazone nuo 910 iki 1390°C - austenitas, kurio kristalinė gardelė turi į veidą orientuoto kubo struktūrą;
3. Temperatūros diapazone nuo 1390 iki 1535°C (lydymosi temperatūra) - d-feritas (delta feritas). D-ferito kristalinė gardelė yra tokia pati kaip a-ferito. Vienintelis skirtumas tarp jų yra skirtingi (d-ferito atveju didesni) atstumai tarp atomų.

Kai skysta geležis atšaldoma, pirminiai kristalai (kristalizacijos centrai) vienu metu atsiranda daugelyje aušinto tūrio taškų. Vėliau aušinant, aplink kiekvieną centrą statomi nauji kristaliniai elementai, kol baigsis visas skysto metalo atsargos.
Rezultatas yra granuliuota metalo struktūra. Kiekvienas grūdas turi kristalinė gardelė su tam tikra jo ašių kryptimi.
Vėliau aušinant kietą geležį, d-feritui pereinant į austenitą ir austenitui į a-feritą, gali atsirasti naujų kristalizacijos centrų, atitinkamai pasikeitus grūdelių dydžiui.

SAVYBĖS

Gryna forma normaliomis sąlygomis tai kieta. Jis turi sidabriškai pilką spalvą ir ryškų metalinį blizgesį. Mechaninės savybės geležis apima kietumo lygį pagal Moso skalę. Jis lygus keturiems (vidurkis). Geležis turi gerą elektros ir šilumos laidumą. Paskutinį požymį galima pajusti palietus geležinį daiktą šaltoje patalpoje. Kadangi ši medžiaga greitai praleidžia šilumą, ji per trumpą laiką pašalina didžiąją jos dalį nuo jūsų odos, todėl jaučiate šaltį.
Jei paliesite, pavyzdžiui, medieną, pastebėsite, kad jos šilumos laidumas yra daug mažesnis. Fizinės savybės geležis – tai jos lydymosi ir virimo taškai. Pirmasis yra 1539 laipsnių Celsijaus, antrasis yra 2860 laipsnių Celsijaus. Galima daryti išvadą, kad būdingos savybės geležis – geras plastiškumas ir lydumas. Bet tai dar ne viskas. Be to, fizinės geležies savybės apima jos feromagnetizmą. kas tai? geležies, magnetines savybes kurį kasdien galime stebėti praktiškuose pavyzdžiuose, yra vienintelis metalas, turintis tokį unikalų išskirtinis bruožas. Tai paaiškinama tuo, kad ši medžiaga gali įmagnetinti veikiant magnetiniam laukui. O pasibaigus pastarųjų veikimui, geležis, kurios magnetinės savybės ką tik susiformavo, ilgai išlieka magnetu. Šį reiškinį galima paaiškinti tuo, kad šio metalo struktūroje yra daug laisvųjų elektronų, kurie gali judėti.

REZERVAI IR GAMYBA

Geležis yra vienas iš labiausiai paplitusių elementų saulės sistema, ypač antžeminėse planetose, ypač Žemėje. Nemaža dalis antžeminių planetų geležies yra planetų šerdyje, kur jos kiekis yra apie 90%. Geležies kiekis žemės plutoje yra 5%, o mantijoje apie 12%.

Geležis yra gana plačiai paplitusi žemės plutoje – ji sudaro apie 4,1% žemės plutos masės (4 vieta tarp visų elementų, 2 vieta tarp metalų). Mantijoje ir plutoje geležis koncentruojasi daugiausia silikatuose, o bazinėse ir ultrabazinėse uolienose jos yra daug, o rūgštinėse ir tarpinėse uolienose – mažai.
Žinomas didelis skaičius rūdos ir mineralai, kurių sudėtyje yra geležies. Didžiausias praktinę reikšmę turi raudonąją geležies rūdą (hematitas, Fe2O3; turi iki 70% Fe), magnetinės geležies rūdos (magnetitas, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; yra 72,4% Fe), rudosios geležies rūdos arba limonito (atitinkamai goetitas ir hidrogoetitas FeOOH ir FeOOH nH 2 O). Goetitas ir hidrogoetitas dažniausiai aptinkami atmosferos plutose, sudarančiose vadinamąsias „geležines kepures“, kurių storis siekia kelis šimtus metrų. Jie taip pat gali būti nuosėdinės kilmės, iškritę iš koloidiniai tirpalai ežeruose ar jūrų pakrančių zonose. Tokiu atveju susidaro oolitinės, arba ankštinės, geležies rūdos. Juose dažnai randamas vivianitas Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, sudarydamas juodus pailgus kristalus ir radialius agregatus.
Geležies kiekis jūros vandenyje yra 1,10-5 -1,10-8%.
Pramonėje geležis gaunama iš geležies rūdos, daugiausia iš hematito (Fe 2 O 3) ir magnetito (FeO Fe 2 O 3).
Yra įvairių būdų geležies gavyba iš rūdų. Labiausiai paplitęs yra domeno procesas.
Pirmasis gamybos etapas – geležies redukavimas anglimi aukštakrosnėje 2000 °C temperatūroje. Aukštakrosnėje anglis kokso pavidalu, geležies rūda aglomerato arba granulių pavidalu ir srautas (pavyzdžiui, kalkakmenis) tiekiamas iš viršaus, o iš apačios juos pasitinka priverstinio karšto oro srautas.
Be domeno proceso, įprastas procesas yra tiesioginis gavimas liauka. Šiuo atveju iš anksto susmulkinta rūda sumaišoma su specialiu moliu, formuojant granules. Granulės kūrenamos ir apdorojamos šachtinėje krosnyje karštais metano konversijos produktais, kuriuose yra vandenilio. Vandenilis lengvai redukuoja geležį, neužteršdamas geležies priemaišomis, tokiomis kaip siera ir fosforas, kurios yra įprastos anglies priemaišos. Geležis gaunama kieta forma, o vėliau išlydoma elektrinėse krosnyse. Chemiškai gryna geležis gaunama elektrolizės būdu iš jos druskų tirpalų.

KILMĖ

Kilmės telūrinė (sausumos) geležis retai randama bazalto lavose (Uifak, Disko sala, vakarinėje Grenlandijos pakrantėje, netoli Kaselio, Vokietija). Abiejuose taškuose su juo yra susijęs pirotitas (Fe 1-x S) ir kohenitas (Fe 3 C), o tai paaiškinama tiek redukcija anglimi (įskaitant iš pagrindinių uolienų), tiek karbonilo kompleksų, tokių kaip Fe CO) n. Mikroskopiniuose grūduose jis ne kartą buvo nustatytas pakitusiose (serpentinizuotose) ultrabazinėse uolienose, taip pat paragenezėje su pirotitu, kartais su magnetitu, dėl ko atsiranda atsigavimo reakcijos. Labai retas oksidacijos zonoje rūdos telkiniai, formuojantis pelkių rūdoms. Nuosėdinėse uolienose buvo užfiksuoti radiniai, susiję su geležies junginių redukcija vandeniliu ir angliavandeniliais.
Mėnulio dirvožemyje buvo rasta beveik grynos geležies, kuri yra susijusi ir su meteoritų kritimu, ir su magminiais procesais. Galiausiai dviejose meteoritų klasėse – akmeninių geležies ir geležies – yra natūralūs geležies lydiniai kaip uolieną formuojantis komponentas.

TAIKYMAS

Geležis yra vienas iš dažniausiai naudojamų metalų, sudarantis iki 95% pasaulinės metalurgijos produkcijos.
Geležis yra pagrindinė plieno ir ketaus sudedamoji dalis – svarbiausios konstrukcinės medžiagos.
Geležis gali būti lydinių, pagamintų iš kitų metalų, pavyzdžiui, nikelio, dalis.
Magnetinis geležies oksidas (magnetitas) yra svarbi medžiaga gaminant ilgalaikės kompiuterių atminties įrenginius: kietuosius diskus, diskelius ir kt.
Itin smulkūs magnetito milteliai naudojami daugelyje nespalvotų lazerinių spausdintuvų, maišytų su polimero granulėmis kaip dažiklis. Tam naudojama juoda magnetito spalva ir jo gebėjimas prilipti prie įmagnetinto perdavimo volelio.
Unikalios daugelio geležies lydinių feromagnetinės savybės prisideda prie plataus jų naudojimo elektrotechnikoje transformatorių ir elektros variklių magnetinėms šerdims.
Geležies (III) chloridas (geležies chloridas) naudojamas radijo mėgėjų praktikoje spausdintinėms plokštėms ėsdinti.
Geležies sulfato heptatas (geležies sulfatas), sumaišytas su vario sulfatu, naudojamas kovojant su žalingais grybais sodininkystėje ir statybose.
Geležis naudojama kaip anodas geležies-nikelio ir geležies-oro baterijose.
Vandeniniai geležies ir geležies chloridų tirpalai, taip pat jo sulfatai naudojami kaip koaguliantai gryninimo procesuose natūralių ir. nuotekų pramonės įmonių vandens valyme.

Geležis – Fe

KLASIFIKACIJA

Sveiki, CIM nuoroda 1.57

Pamokos tikslai:

• Supažindinkite mokinius su šoninės grupės elementu Periodinė lentelė– geležis, jos sandara, savybės.
• Žinoti geležies vietą gamtoje, jos gavimo būdus, pritaikymą, fizikines savybes.
• Gebėti apibūdinti geležį kaip antrinio pogrupio elementą.
• Gebėti įrodyti geležies ir jos junginių chemines savybes, rašyti reakcijų lygtis molekuline, jonine, redokso forma.
• Ugdyti mokinių gebėjimus sudaryti reakcijų, kuriose dalyvauja geležis, lygtis, formuoti mokinių žinias apie kokybines reakcijas į geležies jonus.
• Ugdykite susidomėjimą šia tema.

Įranga: geležis (milteliai, smeigtukas, plokštelė), siera, deguonies kolba, druskos rūgštis, geležies (II) sulfatas, geležies (III) chloridas, natrio hidroksidas, raudonosios ir geltonosios kraujo druskos.

PAMOKOS EIGA

I. Organizacinis momentas

II. Namų darbų tikrinimas

III. Naujos medžiagos mokymasis

1. Mokytojo prisistatymas.

– Geležies svarba gyvenime, vaidmuo civilizacijos istorijoje. Vienas iš labiausiai paplitusių metalų žemės plutoje yra geležis. Jis pradėtas naudoti daug vėliau nei kiti metalai (varis, auksas, cinkas, švinas, alavas), o tai greičiausiai dėl mažo geležies rūdos panašumo su metalu. Primityviems žmonėms Buvo labai sunku atspėti, kad iš rūdos galima gauti metalą, kurį būtų galima sėkmingai panaudoti gaminant įvairius daiktus, tam įtakos turėjo įrankių ir reikalingų prietaisų trūkumas tokiam procesui organizuoti. Praėjo gana daug laiko, kol žmogus išmoko iš rūdos išgauti geležį ir iš jos gaminti plieną bei ketų. ilgą laiką.
Šiuo metu geležies rūda yra būtina juodosios metalurgijos žaliava, tų mineralų, be kurių neapsieina nė viena išsivysčiusi pramonės šalis. Pasaulyje per metus pagaminama apie 350 000 000 tonų geležies rūdos. Jie naudojami geležies (anglies kiekis 0,2-0,4%), ketaus (2,5-4% anglies), plieno (2,5-1,5% anglies) lydymui. Plienas yra plačiausiai naudojamas pramonėje nei geležis ir ketus kodėl yra didesnė jo lydymo paklausa.
Ketaus lydymui iš geležies rūdos naudojamos aukštakrosnės, veikiančios anglimi arba koksu, o geležis lydoma iš ketaus reverberacinėse židinio krosnyse, Bessemer konverteriuose arba Thomas metodu.
Juodieji metalai ir jų lydiniai turi didelę reikšmę žmonių visuomenės gyvenime ir raidoje. Iš geležies gaminami visų rūšių buities ir vartojimo reikmenys. Laivų, lėktuvų, geležinkelių, automobilių, tiltų statybai, geležinkeliai, įvairūs pastatai, įranga ir kiti daiktai, naudojama šimtai milijonų tonų plieno ir ketaus. Tokios pramonės nėra žemės ūkis ir pramonė, kurioje geležis ir įvairūs jos lydiniai nebūtų naudojami.
Keletas gamtoje randamų mineralų, kuriuose yra geležies, yra geležies rūda. Tokie mineralai yra: rudoji geležies rūda, hematitas, magnetitas ir kiti susidarantys dideli indėliai ir užimantys didžiulius plotus.
Magnetito arba magnetinės geležies rūdos, turinčios geležies juodą spalvą ir unikalią savybę - magnetizmą, cheminis ryšys yra junginys, susidedantis iš geležies oksido ir geležies oksido. Natūralioje aplinkoje jis gali būti aptinkamas tiek granuliuotų ar kietų masių pavidalu, tiek gerai susiformavusių kristalų pavidalu. Geležies rūda yra turtingiausia metalinio geležies magnetito kiekiu (iki 72%).
Didžiausi magnetito rūdų telkiniai mūsų šalyje yra Urale, Vysokaya, Blagodat, Magnitnaya kalnuose, kai kuriose Sibiro vietose - Angaros upės baseine, Šorijos kalne, Kolos pusiasalio teritorijoje.

2. Darbas su klase. Geležies, kaip cheminio elemento, savybės

a) Padėtis periodinėje lentelėje:

1 užduotis. Nustatyti geležies vietą periodinėje lentelėje?

Atsakymas: Geležis yra 4 didžiajame periode, lygioje eilėje, 8 grupėje, mažojoje grupėje.

b) atomo struktūra:

2 užduotis. Nubraižykite geležies atomo sudėtį ir struktūrą, elektroninė formulė ir ląstelės.

Atsakymas: Fe +3 2) 8) 14) 2) metalas

p = 26
e = 26
n = (56–26) = 30

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

Klausimas. Kuriuose geležies sluoksniuose yra valentiniai elektronai? Kodėl?

Atsakymas. Valentiniai elektronai yra paskutiniame ir priešpaskutiniame sluoksniuose, nes tai yra antrinio pogrupio elementas.

Geležis priskiriama prie d elementų – metalų (Fe-Co-Ni) triados;

c) geležies redoksinės savybės:

Klausimas. Kas yra geležis – oksidatorius ar reduktorius? Kokios jo oksidacijos būsenos ir valentingumas?

Atsakymas:

Fe 0 – 2e = Fe +3) reduktorius
Fe 0 – 3e = Fe +3
s.o.+ 2,+ 3; valentingumas = II ir III, valentingumas 7 – nerodo;

d) geležies junginiai:

FeO – bazinis oksidas
Fe(OH)2 – netirpi bazė
Fe 2 O 3 – oksidas su amfoteriškumo požymiais
Fe(OH) 3 – bazė su amfoteriškumo požymiais
Nepastovus vandenilio junginiai– Ne.

d) buvimas gamtoje.

Geležis yra antras labiausiai paplitęs metalas gamtoje (po aliuminio) Geležis randama tik meteorituose.

FeO*3HO – rudoji geležies rūda,
FeO – raudonoji geležies rūda,
FeO (FeO*FeO) – magnetinė geležies rūda,
FeS – geležies piritas (piritas)

Geležies junginių randama gyvuose organizmuose.

3. Charakteristikos paprasta medžiaga liauka

a) molekulinė struktūra, jungties tipas, kristalinės gardelės tipas (nepriklausomas);

b) fizinės geležies savybės

Geležis yra sidabriškai pilkas metalas, pasižymintis dideliu plastiškumu, lankstumu ir stipriomis magnetinėmis savybėmis. Geležies tankis 7,87 g/cm 3, lydymosi temperatūra 1539 t o C.

c) cheminės geležies savybės:

Reakcijų metu geležies atomai atiduoda elektronus ir jų oksidacijos būsenos yra + 2, + 3 ir kartais + 6.
Reakcijų metu geležis yra reduktorius. Tačiau esant įprastoms temperatūroms jis nesąveikauja net su aktyviausiais oksidatoriais (halogenais, deguonimi, siera), tačiau kaitinant suaktyvėja ir su jais reaguoja:

2Fe +3Cl 2 = 2FeCl 3 Geležies(III) chloridas
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) Geležies (III) oksidas
Fe +S = FeS Geležies(II) sulfidas

Labai aukšta temperatūra geležis reaguoja su anglimi, siliciu ir fosforu.

3Fe + C = Fe 3 C Geležies karbidas (cementitas)
3Fe + Si = Fe 3 Si Geležies silicidas
3Fe + 2P = Fe 3P 2 Geležies fosfidas

Geležis reaguoja su sudėtingomis medžiagomis.
Drėgname ore geležis greitai rūgštėja (rūdija):

4Fe + 3O 2 + 6H2O = 4Fe(OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
Rūdys

Geležis yra metalų elektrocheminės įtampos serijos viduryje, todėl ji yra metalas vidutinis aktyvumas. Geležies redukcinis gebėjimas yra mažesnis nei šarminių, šarminių žemių metalų ir aliuminio. Tik esant aukštai temperatūrai karšta geležis reaguoja su vandeniu:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

Geležis reaguoja su praskiestomis sieros ir druskos rūgštimis, išstumdama iš jų vandenilį:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0

Esant įprastoms temperatūroms, geležis nesąveikauja su koncentruota sieros rūgštimi, nes koncentruota sieros rūgštis kaitinama oksiduoja geležį į geležies (III) sulfatą:

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

Praskiestas azoto rūgštis oksiduoja geležį į geležies (III) nitratą:

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

Koncentruota azoto rūgštis pasyvina geležį.

Iš druskos tirpalų geležis išstumia metalus, esančius dešinėje nuo jos elektrocheminės įtampos serijoje:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,

d) geležies naudojimas (savarankiškai)

e) gauti (kartu su studentais)

Pramonėje geležis gaunama redukuojant ją iš geležies rūdos anglimi (koksu) ir anglies monoksidu (II) aukštakrosnėse.
Aukštakrosnės proceso chemija yra tokia:

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

4. Geležies junginiai

Cheminės savybės ryšio duomenis.

Papildymas. Geležies(II) junginiai yra nestabilūs, gali oksiduotis ir virsti geležies(III) junginiais

Fe +2 Cl 2 + Cl 2 = Fe +3 Cl 3 sudaro redokso namą
Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 = Fe +3 (OH) 3 schemos, išlyginkite.

Šių junginių cheminės savybės

Taip pat kokybinė reakcija į Fe +2 yra geležies (II) druskų reakcija su medžiaga, vadinama raudonąja kraujo druska K3 - tai sudėtingas junginys.

3FeCl + 2K 3 = Fe 3)