Fierul este unul dintre cele mai comune elemente chimice de pe pământ. Din cele mai vechi timpuri, oamenii au învățat să-l folosească pentru a-și facilita munca. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, domeniul său de aplicare s-a extins semnificativ. Dacă în urmă cu câteva mii de ani fierul era folosit doar pentru fabricarea de instrumente simple folosite pentru cultivarea pământului, acum acest element chimic este folosit în aproape toate domeniile industriilor de înaltă tehnologie.

După cum a scris Pliniu cel Bătrân. „Minerii de fier oferă omului cel mai excelent și cel mai dăunător unealtă. Căci cu această unealtă tăiem pământul, cultivăm grădini fertile și, tăind viță de vie sălbatică cu struguri, îi forțăm să cedeze în fiecare an. Cu acest instrument construim case, spargem pietre și folosim fier pentru toate astfel de nevoi. Dar cu același fier ducem lupte, bătălii și jafuri, și îl folosim nu numai în apropiere, ci purtăm înaripați departe fie de lacune, fie de la mâini puternice, fie sub formă de săgeți cu pene. Cel mai vicios, după părerea mea, este un truc al minții umane. Căci pentru ca moartea să cadă mai devreme pe om, l-au făcut înaripat și au dat pene de fier. Din acest motiv, vinovăția să fie atribuită omului, și nu naturii. Foarte des este folosit pentru fabricarea diferitelor aliaje, a căror compoziție include fier în diferite proporții. Cele mai cunoscute dintre aceste aliaje sunt oțelul și fonta.

Electricitatea topește fierul

Proprietățile oțelurilor sunt variate. Există oțeluri concepute pentru o ședere îndelungată în apa mării, oțeluri care pot rezista la temperaturi ridicate și acțiunii agresive a gazelor fierbinți, oțeluri din care sunt realizate fire de legătură moi și oțeluri pentru realizarea de arcuri elastice și dure...

O astfel de varietate de proprietăți rezultă din varietatea compozițiilor de oțel. Deci, din oțel care conține 1% carbon și 1,5% crom, sunt fabricați rulmenți cu bile de înaltă rezistență; oțelul care conține 18% crom și 89% nichel este binecunoscutul „oțel inoxidabil”, iar sculele de strunjire sunt fabricate din oțel care conține 18% tungsten, 4% crom și 1% vanadiu.

Această varietate de compoziții de oțel le face foarte greu de topit. Într-adevăr, într-un cuptor cu focar deschis și într-un convertor, atmosfera se oxidează, iar elemente precum cromul sunt ușor oxidate și se transformă în zgură, adică se pierd. Aceasta înseamnă că, pentru a obține oțel cu un conținut de crom de 18%, trebuie introdus în cuptor mult mai mult crom decât 180 kg per tonă de oțel. Cromul este un metal scump. Cum să găsești o cale de ieșire din această situație?

O cale de ieșire a fost găsită la începutul secolului al XX-lea. Pentru topirea metalelor, s-a propus utilizarea căldurii unui arc electric. Fierul vechi a fost încărcat într-un cuptor circular, a fost turnată fontă și au fost coborâți electrozii de carbon sau grafit. Între ele și metalul din cuptor („baie”) un arc electric cu o temperatură de aproximativ 4000°C. Metalul s-a topit ușor și rapid. Și într-un astfel de cuptor electric închis, puteți crea orice atmosferă - oxidantă, reducătoare sau complet neutră. Cu alte cuvinte, obiectele valoroase pot fi prevenite să se epuizeze. Așa a fost creată metalurgia oțelurilor de înaltă calitate.

Ulterior, a fost propusă o altă metodă de topire electrică - inducția. Din fizică se știe că dacă un conductor metalic este plasat într-o bobină prin care trece un curent de înaltă frecvență, atunci este indus un curent în el și conductorul se încălzește. Această căldură este suficientă pentru a topi metalul într-un anumit timp. Cuptorul cu inducție este format dintr-un creuzet cu o spirală încorporată în căptușeală. Un curent de înaltă frecvență trece prin spirală, iar metalul din creuzet este topit. Într-un astfel de cuptor, puteți crea orice atmosferă.

În cuptoarele cu arc electric, procesul de topire are loc de obicei în mai multe etape. În primul rând, impuritățile inutile sunt arse din metal, oxidându-le (perioada de oxidare). Apoi, zgura care conține oxizi ai acestor elemente este îndepărtată (descărcată) din cuptor și sunt încărcate pentru aliaje - aliaje de fier cu elemente care trebuie introduse în metal. Cuptorul este închis și topirea se continuă fără acces la aer (perioada de recuperare). Ca rezultat, oțelul este saturat cu elementele necesare într-o cantitate dată. Metalul finit este eliberat într-un oală și turnat.

Oțelurile, în special cele de înaltă calitate, s-au dovedit a fi foarte sensibile la conținutul de impurități. Chiar și cantități mici de oxigen, azot, hidrogen, sulf, fosfor le afectează foarte mult proprietățile - rezistență, tenacitate, rezistență la coroziune. Aceste impurități formează compuși nemetalici cu fier și alte elemente conținute în oțel, care s-au blocat între granulele metalului, afectează uniformitatea acestuia și reduc calitatea. Deci, cu un conținut crescut de oxigen și azot în oțeluri, rezistența lor scade, hidrogenul provoacă apariția de fulgi - microfisuri în metal, care duc la distrugerea neașteptată a pieselor de oțel sub sarcină, fosforul crește fragilitatea oțelului la rece, sulful provoacă fragilitate roșie - distrugerea oțelului sub sarcină la temperaturi ridicate.

Metalurgiștii caută de mult timp modalități de a elimina aceste impurități. După topirea în cuptoare cu focar deschis, convertoare și cuptoare electrice, metalul este dezoxidat - i se adaugă aluminiu, ferosiliciu (un aliaj de fier cu siliciu) sau feromangan. Aceste elemente se combină activ cu oxigenul, plutesc în zgură și reduc conținutul de oxigen din oțel. Dar oxigenul rămâne încă în oțel, iar pentru oțelurile de înaltă calitate, cantitățile rămase sunt prea mari. Era necesar să se găsească alte căi mai eficiente.

În anii 1950, metalurgiștii au început să evacueze oțelul la scară industrială. O oală cu metal lichid este plasată într-o cameră din care este pompat aer. Metalul începe să fiarbă violent și din el se eliberează gaze. Totuși, imaginați-vă un cănal cu 300 de tone de oțel și estimați cât va dura până când va fierbe complet și cât de mult se va răci metalul în acest timp.

Vă va deveni imediat clar că această metodă este potrivită numai pentru cantități mici de oțel. Prin urmare, au fost dezvoltate alte metode de aspirare, mai rapide și mai eficiente. Acum sunt folosite în toate țările dezvoltate, iar acest lucru a îmbunătățit calitatea oțelului. Dar cerințele pentru toate au crescut și au crescut.

La începutul anilor ’60 la Kiev, la Institutul All-Union de Sudare Electrică. E. O. Paton, a fost dezvoltată o metodă de topire cu electrozgură a oțelului, care foarte curând a început să fie folosită în multe țări. Această metodă este foarte simplă. Într-un vas metalic răcit cu apă - o matriță - se pune un lingou de metal, care trebuie purificat și acoperit cu zgură dintr-o compoziție specială. Apoi lingoul este conectat la o sursă de curent. La capătul lingoului are loc un arc electric, iar metalul începe să se topească. Oțelul lichid reacționează cu zgura și este purificat nu numai de oxizi, ci și de nitruri, fosfuri și sulfuri. Un lingou nou, purificat de impuritățile dăunătoare, se solidifică în matriță. În 1963, pentru dezvoltarea și implementarea metodei de topire a zgurii electrice, un grup de lucrători ai Institutului de sudare electrică All-Union, condus de B. I. Medovar și Yu. V. Latash, a primit Premiul Lenin.

O cale puțin diferită a fost luată de oamenii de știință metalurgiști de la Institutul Central de Cercetare a Metalurgiei Feroase. I. P. Bardina. În colaborare cu muncitorii metalurgici, au dezvoltat o metodă și mai simplă. Zgura cu o compoziție specială pentru curățarea metalului este topită și turnată într-o oală, apoi metalul este eliberat din cuptor în această zgură lichidă. Zgura se amestecă cu metalul și absoarbe impuritățile. Această metodă este rapidă, eficientă și nu necesită cantități mari de energie electrică. Autorii săi S. G. Voinov, A. I. Osipov, A. G. Shalimov și alții au primit, de asemenea, Premiul Lenin în 1966.

Cu toate acestea, probabil că cititorul are deja o întrebare: de ce toate aceste dificultăți? La urma urmei, am spus deja că într-un cuptor electric convențional poți crea orice atmosferă. Aceasta înseamnă că puteți pur și simplu să pompați aer din cuptor și să vă topiți în vid. Dar nu te grăbi la oficiul de brevete! Această metodă a fost folosită de mult timp în cuptoarele cu inducție mici, iar la sfârșitul anilor 60 și începutul anilor 70 a început să fie folosită în cuptoarele cu arc electric și cu inducție destul de mari. Acum, metodele de topire cu arc de vid și prin inducție în vid au devenit destul de răspândite în țările industrializate.

Aici am descris doar principalele metode de curățare a oțelului de impuritățile dăunătoare. Există zeci de soiuri ale lor. Ei îi ajută pe metalurgiști să elimine musca notorie din unguent dintr-un butoi de miere și să obțină metal de înaltă calitate.

Cum să obțineți fier fără furnal

S-a spus deja mai sus că metalurgia feroasă din punctul de vedere al unui chimist este, ca să spunem ușor, o ocupație ilogică. În primul rând, fierul este saturat cu carbon și alte elemente, iar apoi se cheltuiește multă muncă și energie pentru a arde aceste elemente. Nu este mai ușor să recuperezi imediat fierul din minereu? La urma urmei, exact asta au făcut metalurgiștii antici, care au primit fier spongios fierbinte înmuiat în forje brute. În ultimii ani, acest punct de vedere a depășit deja stadiul întrebărilor retorice și se bazează pe proiecte complet reale și chiar implementate. Obținerea fierului direct din minereu, ocolind procesul de furnal, a fost angajată în secolul trecut. Atunci acest proces a fost numit reducere directă. Cu toate acestea, până de curând, nu a găsit o răspândire largă. În primul rând, toate metodele propuse de reducere directă au fost ineficiente, iar în al doilea rând, produsul rezultat - fierul burete - era de proastă calitate și contaminat cu impurități. Și totuși entuziaștii au continuat să lucreze în această direcție.

Situația s-a schimbat radical de la utilizarea pe scară largă a gazelor naturale în industrie. S-a dovedit a fi un mijloc ideal de recuperare a minereului de fier. Componenta principală a gazelor naturale - metanul CH 4 - se descompune prin oxidare în prezența unui catalizator în aparate speciale - reformatoare conform reacției 2CH 4 + O 2 → 2CO + 2H 2.

Se dovedește un amestec de gaze reducătoare - monoxid de carbon și hidrogen. Acest amestec intră în reactor, care este alimentat cu minereu de fier. Să facem imediat o rezervare - formele și modelele reactoarelor sunt foarte diverse. Uneori reactorul este un cuptor de ciment tubular rotativ, uneori un cuptor cu ax, alteori o retortă închisă. Așa se explică varietatea de denumiri pentru metodele de reducere directă: Midrex, Purofer, Ohalata-i-Lamina, SL-RN etc. Numărul de metode a depășit deja două duzini. Dar esența lor este de obicei aceeași. Minereu bogat de fier este redus printr-un amestec de monoxid de carbon și hidrogen.

Dar ce să faci cu produsele primite? Din fier de burete, nu numai un topor bun - un cui bun nu poate fi falsificat. Indiferent cât de bogat este minereul inițial, fierul pur tot nu va ieși din el. Conform legilor termodinamicii chimice, nici măcar nu se va putea reface tot fierul conținut în minereu; o parte din ea va rămâne în continuare în produs sub formă de oxizi. Și aici vine în ajutor un prieten încercat - un cuptor electric. Fierul burete se dovedește a fi o materie primă aproape ideală pentru electrometalurgie. Conține puține impurități nocive și se topește bine.

Deci, din nou, un proces în doi pași! Dar aceasta este o altă cale. Beneficiul schemei de reducere directă - cuptorul electric este costul său scăzut. Instalațiile de reducere directă sunt mult mai ieftine și folosesc mai puțină energie decât furnalele. O astfel de tehnologie de fabricare a oțelului în furnal a fost inclusă în proiectul Uzinei Electrometalurgice Oskol.

La noi, lângă Stary Oskol, se construiește o mare uzină metalurgică, care va funcționa exact după această schemă. Prima sa fază a fost deja pusă în funcțiune. Rețineți că topirea directă nu este singura modalitate de a folosi fierul burete în metalurgia feroasă. Poate fi folosit și ca înlocuitor pentru fier vechi în cuptoare cu vatră deschisă, convertoare și cuptoare cu arc electric.

Metoda de topire a fierului burete în cuptoarele electrice se răspândește rapid și în străinătate, în special în țările cu rezerve mari de petrol și gaze naturale, adică în America Latină și Orientul Mijlociu. Cu toate acestea, deja pe baza acestor considerente (disponibilitatea gazelor naturale), încă nu există niciun motiv să credem că noua metodă va înlocui vreodată complet metoda tradițională în două etape - un furnal - o unitate de fabricare a oțelului.

Viitorul fierului

Epoca fierului continuă. Aproximativ 90% din toate metalele și aliajele folosite de omenire sunt aliaje pe bază de fier. Fierul este topit în lume de aproximativ 50 de ori mai mult decât aluminiul, ca să nu mai vorbim de alte metale. Materiale plastice? Dar în timpul nostru, ei joacă cel mai adesea un rol independent în diferite modele și, dacă, în conformitate cu tradiția, încearcă să le introducă în rangul de „înlocuitori indispensabili”, atunci mai des înlocuiesc metalele neferoase, nu cele feroase. Doar câteva procente din materialele plastice pe care le consumăm înlocuiesc oțelul.

Aliajele pe bază de fier sunt universale, avansate din punct de vedere tehnologic, disponibile și ieftine în vrac. De asemenea, materia primă de bază a acestui metal nu provoacă îngrijorare: rezervele deja explorate de minereu de fier ar fi suficiente pentru cel puțin două secole viitoare. Fierul trebuie să fie de mult fundamentul civilizației.

Fierul este un element dintr-un subgrup lateral al celui de-al optulea grup al perioadei a patra a sistemului periodic de elemente chimice al lui D. I. Mendeleev cu număr atomic 26. Este desemnat prin simbolul Fe (lat. Ferrum). Unul dintre cele mai comune metale din scoarța terestră (locul al doilea după aluminiu). Metal cu activitate medie, agent reducător.

Principalele stări de oxidare - +2, +3

O substanță simplă fierul este un metal alb-argintiu maleabil, cu o reactivitate chimică ridicată: fierul se corodează rapid la temperaturi ridicate sau umiditate ridicată în aer. În oxigen pur, fierul arde și, în stare fin dispersată, se aprinde spontan în aer.

Proprietățile chimice ale unei substanțe simple - fier:

Rugină și arde în oxigen

1) În aer, fierul se oxidează ușor în prezența umezelii (rugină):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Un fir de fier încălzit arde în oxigen, formând sol - oxid de fier (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)

2) La temperaturi ridicate (700–900°C), fierul reacţionează cu vaporii de apă:

3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Fierul reacționează cu nemetale atunci când este încălzit:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °С)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) Într-o serie de tensiuni, se află în stânga hidrogenului, reacționează cu acizii diluați Hcl și H 2 SO 4, în timp ce se formează săruri de fier (II) și se eliberează hidrogen:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reacțiile se desfășoară fără acces la aer, altfel Fe +2 este transformat treptat de oxigen în Fe +3)

Fe + H2SO4 (dif.) → FeSO4 + H2

În acizii oxidanți concentrați, fierul se dizolvă numai atunci când este încălzit, trece imediat în cationul Fe 3+:

2Fe + 6H 2 SO 4 (conc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (conc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(la rece, acizii azotic și sulfuric concentrați pasiv

Un cui de fier scufundat într-o soluție albăstruie de sulfat de cupru este acoperit treptat cu un strat de cupru metalic roșu.

5) Fierul deplasează metalele în dreapta lui în soluții de săruri ale acestora.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Amfoteritatea fierului se manifestă numai în alcalii concentrate în timpul fierberii:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2

şi se formează un precipitat de tetrahidroxoferrat (II) de sodiu.

Fier de calcat tehnic- aliaje de fier cu carbon: fonta contine 2,06-6,67% C, oţel 0,02-2,06% C, alte impurități naturale (S, P, Si) și aditivi speciali introduși artificial (Mn, Ni, Cr) sunt adesea prezenți, ceea ce conferă aliajelor de fier proprietăți utile din punct de vedere tehnic - duritate, rezistență termică și la coroziune, maleabilitate etc. . .

Procesul de producție a fierului în furnal

Procesul de producere a fierului în furnal constă din următoarele etape:

a) prepararea (prăjirea) minereurilor sulfurate și carbonatice - transformarea în minereu oxidic:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)

b) arderea cocsului cu explozie fierbinte:

C (cocs) + O 2 (aer) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (cocs) ⇌ 2CO (700-1000 ° C)

c) reducerea minereului de oxid cu monoxid de carbon CO succesiv:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) carburarea fierului (până la 6,67% C) și topirea fontei:

Fe (t ) →(C(Coca-Cola)900-1200°С) Fe (g) (fontă, t pl 1145°C)

În fontă, cementitul Fe 2 C și grafitul sunt întotdeauna prezente sub formă de boabe.

Producția de oțel

Redistribuirea fontei în oțel se realizează în cuptoare speciale (convertor, cu vatră deschisă, electrice), care diferă prin metoda de încălzire; temperatura procesului 1700-2000 °C. Suflarea aerului îmbogățit cu oxigen arde excesul de carbon din fontă, precum și sulful, fosforul și siliciul sub formă de oxizi. În acest caz, oxizii fie sunt captați sub formă de gaze de eșapament (CO 2 , SO 2 ), fie sunt legați într-o zgură ușor de separat - un amestec de Ca 3 (PO 4) 2 și CaSiO 3. Pentru a obține oțeluri speciale, în cuptor se introduc aditivi de aliere ai altor metale.

Chitanță fier pur în industrie - electroliza unei soluții de săruri de fier, de exemplu:

FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (electroliza)

(există și alte metode speciale, inclusiv reducerea oxizilor de fier cu hidrogen).

Fierul pur este folosit la producerea de aliaje speciale, la fabricarea miezurilor de electromagneți și transformatoare, fonta este folosită la producția de piese turnate și oțel, oțelul este folosit ca materiale structurale și pentru scule, inclusiv uzură, căldură și coroziune. -materiale rezistente.

Oxid de fier (II). F EO . Oxid amfoter cu o mare predominanță a proprietăților de bază. Negru, are o structură ionică de Fe 2+ O 2-. Când este încălzit, mai întâi se descompune, apoi se reformează. Nu se formează în timpul arderii fierului în aer. Nu reacționează cu apa. Descompus de acizi, fuzionat cu alcalii. Se oxidează încet în aer umed. Recuperat de hidrogen, cocs. Participă la procesul de topire a fierului în furnal. Este folosit ca componentă a ceramicii și a vopselelor minerale. Ecuațiile celor mai importante reacții:

4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)

FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (conc.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Na 4FeO3 (rosu.) trioxoferat (II)(400-500 °С)

FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (puritate ridicată) (350 ° C)

FeO + C (cocs) \u003d Fe + CO (peste 1000 ° C)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H 2 O (umiditate) + O 2 (aer) → 4FeO (OH) (t)

6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)

Chitanțăîn laboratoare: descompunerea termică a compușilor de fier (II) fără acces la aer:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)

Oxid de difer (III) - fier ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Oxid dublu. Negru, are structura ionică a Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Stabil termic până la temperaturi ridicate. Nu reacționează cu apa. Descompus de acizi. Este redus de hidrogen, fier încins. Participă la procesul de producere a fierului în furnal. Este folosit ca component al vopselelor minerale ( fier de călcat mini), ceramică, ciment colorat. Produsul oxidării speciale a suprafeței produselor din oțel ( înnegrire, albăstrire). Compoziția corespunde ruginii maro și solzii întunecați pe fier. Utilizarea formulei Fe 3 O 4 nu este recomandată. Ecuațiile celor mai importante reacții:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (peste 1538 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (conc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (aer) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (puritate ridicată, 1000 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 ° С, 560-700 ° С)

Chitanță: arderea fierului (vezi) în aer.

magnetit.

Oxid de fier (III). F e 2 O 3 . Oxid amfoter cu predominanța proprietăților de bază. Roșu-brun, are o structură ionică (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Stabil termic până la temperaturi ridicate. Nu se formează în timpul arderii fierului în aer. Nu reacţionează cu apa, din soluţie precipită un hidrat amorf maro Fe 2 O 3 nH 2 O. Reacţionează lent cu acizi şi alcalii. Este redus de monoxid de carbon, fier topit. Aliaje cu oxizi ai altor metale și formează oxizi dubli - spinele(produsele tehnice se numesc ferite). Este folosit ca materie primă în topirea fierului în procesul furnalului, ca catalizator în producerea amoniacului, ca componentă a ceramicii, cimenturilor colorate și vopselelor minerale, în sudarea termică a structurilor din oțel, ca purtător de sunet și imagine. pe benzi magnetice, ca agent de lustruire pentru oțel și sticlă.

Ecuațiile celor mai importante reacții:

6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)

Fe2O3 + 2NaOH (conc.) → H2O+ 2 NAFeO 2 (roșu)dioxoferat (III)

Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (foarte pur, 1050-1100 ° С)

Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)

Chitanțăîn laborator - descompunerea termică a sărurilor de fier (III) în aer:

Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)

4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)

În natură - minereuri de oxid de fier hematită Fe 2 O 3 şi limonit Fe2O3nH2O

Hidroxid de fier (II). F e(OH)2. Hidroxid amfoter cu predominanța proprietăților bazice. Albe (uneori cu o nuanță verzuie), legăturile Fe-OH sunt predominant covalente. Instabil termic. Se oxidează cu ușurință în aer, mai ales când este umed (se întunecă). Insolubil în apă. Reacționează cu acizi diluați, alcalii concentrați. Restaurator tipic. Un produs intermediar în ruginirea fierului. Este utilizat la fabricarea masei active a bateriilor fier-nichel.

Ecuațiile celor mai importante reacții:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, în atm.N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (albastru-verde) (fierbe)

4Fe(OH) 2 (suspensie) + O 2 (aer) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe (OH) 2 (suspensie) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (conc.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)

Chitanță: precipitare din soluție cu alcalii sau hidrat de amoniac într-o atmosferă inertă:

Fe2+ ​​+ 2OH (razb.) = Fe(OH)2↓

Fe2+ ​​+ 2 (NH3H20) = Fe(OH)2↓+ 2NH4

Metahidroxid de fier F eO(OH). Hidroxid amfoter cu predominanța proprietăților bazice. Legăturile maro deschis, Fe-O și Fe-OH sunt predominant covalente. Când este încălzit, se descompune fără a se topi. Insolubil în apă. Precipită din soluție sub formă de polihidrat amorf brun Fe 2 O 3 nH 2 O, care, menținut sub o soluție alcalină diluată sau uscat, se transformă în FeO (OH). Reacționează cu acizi, alcaline solide. Agent oxidant și reducător slab. Sinterizat cu Fe(OH)2. Un produs intermediar în ruginirea fierului. Se foloseste ca baza pentru vopsele si emailuri minerale galbene, ca absorbant de gaze de esapament, ca catalizator in sinteza organica.

Compoziția conexiunii Fe(OH)3 nu este cunoscută (nu este obținută).

Ecuațiile celor mai importante reacții:

Fe2O3. nH2O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C în aer, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-coloid(NaOH (conc.))

FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH)6]alb, Na5 şi respectiv K4; în ambele cazuri, un produs albastru de aceeași compoziție și structură, KFe III, precipită. În laborator, acest precipitat se numește albastru de Prusia, sau turnbull albastru:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Denumirile chimice ale reactivilor inițiali și ale produsului de reacție:

K 3 Fe III - hexacianoferat de potasiu (III)

K 4 Fe III - hexacianoferat de potasiu (II)

KFe III - hexacianoferrat (II) fier (III) potasiu

În plus, ionul tiocianat NCS - este un reactiv bun pentru ionii Fe 3+, fierul (III) se combină cu acesta și apare o culoare roșie aprinsă („sângeroasă”):

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Cu acest reactiv (de exemplu, sub formă de sare KNCS), chiar și urme de fier (III) pot fi detectate în apa de la robinet dacă trece prin țevi de fier acoperite cu rugină din interior.

Poveste

Fierul ca material instrumental este cunoscut din cele mai vechi timpuri. Cele mai vechi produse din fier găsite în timpul săpăturilor arheologice datează din mileniul IV î.Hr. e. și aparțin civilizațiilor antice sumeriene și egiptene antice. Acestea sunt realizate din fier meteoric, adică un aliaj de fier și nichel (conținutul acestuia din urmă variază de la 5 la 30%), bijuterii din mormintele egiptene (aproximativ 3800 î.Hr.) și un pumnal din orașul sumerian Ur (aproximativ 3100 î.Hr.). e.). Aparent, unul dintre denumirile de fier în greacă și latină provine de la originea cerească a fierului meteoric: „sider” (care înseamnă „înstelat”).

Produsele din fier obținute prin topire sunt cunoscute încă de pe vremea așezării triburilor ariene din Europa până în Asia, insulele Mării Mediterane și nu numai (sfârșitul mileniului IV și III î.Hr.). Cele mai vechi unelte de fier cunoscute sunt lamele de oțel găsite în zidăria piramidei lui Keops din Egipt (construită în jurul anului 2530 î.Hr.). După cum au arătat săpăturile din deșertul nubian, deja în acele vremuri egiptenii încercau să separe aurul extras de nisipul de magnetită greu, minereul calcinat cu tărâțe și substanțe similare care conțin carbon. Drept urmare, pe suprafața topiturii de aur a plutit un strat de fier aluat, care a fost prelucrat separat. Din acest fier au fost forjate unelte, inclusiv cele găsite în piramida lui Keops. Cu toate acestea, după nepotul lui Cheops Menkaur (2471-2465 î.Hr.), în Egipt s-au produs tulburări: nobilimea, condusă de preoții zeului Ra, a răsturnat dinastia domnitoare și a început un salt de uzurpatori, care s-a încheiat cu aderarea faraonul dinastiei următoare, Userkar, pe care preoții l-au declarat fiu și l-a întrupat pe însuși zeul Ra (de atunci acesta a devenit statutul oficial al faraonilor). În timpul acestei frământări, cunoștințele culturale și tehnice ale egiptenilor au căzut în decădere și, la fel cum arta de a construi piramidele s-a degradat, tehnologia de producție a fierului s-a pierdut, până în punctul în care mai târziu, în timp ce explora Peninsula Sinai în căutarea minereu de cupru, egiptenii nu au acordat nicio atenție zăcămintelor de minereu de fier de acolo, ci au primit fier de la hitiții și mitanienii vecini.

Primii au stăpânit producția de fier Hatt, acest lucru este indicat de cea mai veche mențiune (mileniul II î.Hr.) a fierului în textele hitiților, care și-au întemeiat imperiul pe teritoriul Hatt (Anatolia modernă din Turcia). Deci, în textul regelui hitit Anitta (aproximativ 1800 î.Hr.) se spune:

Când am plecat în campanie în orașul Puruskhanda, un bărbat din orașul Puruskhanda a venit să se închine în fața mea (...?) și mi-a oferit 1 tron ​​de fier și 1 sceptru de fier (?) în semn de umilință. (?)...

(sursă: Giorgadze G. G.// Buletin de istorie antică. 1965. Nr. 4.)

În cele mai vechi timpuri, khalibii erau reputați a fi maeștri ai produselor din fier. Legenda argonauților (campania lor către Colchis a avut loc cu aproximativ 50 de ani înainte de războiul troian) spune că regele din Colchis, Eet, i-a dat lui Iason un plug de fier pentru a ară ogorul Ares, iar supușii săi, haliberele, sunt descriși. :

Nu ară pământul, nu plantează pomi fructiferi, nu pasc turmele în pajiști bogate; extrag minereu și fier din pământul necultivat și schimbă hrana pentru ei. Ziua nu începe pentru ei fără muncă grea, ei petrec în întunericul nopții și fum gros, lucrând toată ziua...

Aristotel a descris metoda lor de obținere a oțelului: „khalibii au spălat de mai multe ori nisipul râului din țara lor - separând astfel concentratul negru (o fracțiune grea constând în principal din magnetit și hematit) și l-au topit în cuptoare; metalul astfel obţinut avea o culoare argintie şi era inoxidabil”.

Nisipurile de magnetit, care se găsesc adesea de-a lungul întregului litoral al Mării Negre, au fost folosite ca materii prime pentru topirea oțelului: aceste nisipuri de magnetit constau dintr-un amestec de granule fine de magnetit, titan-magnetit sau ilmenit și fragmente de alte roci, astfel încât oțelul topit de Khalibs era aliat și avea proprietăți excelente. Un astfel de mod deosebit de obținere a fierului sugerează că Khalibs răspândesc fierul doar ca material tehnologic, dar metoda lor nu ar putea fi o metodă pentru producția industrială pe scară largă a produselor din fier. Cu toate acestea, producția lor a servit ca un impuls pentru dezvoltarea ulterioară a metalurgiei fierului.

În cea mai profundă antichitate, fierul era prețuit mai mult decât aurul și, conform descrierii lui Strabon, triburile africane dădeau 10 lire de aur pentru 1 liră de fier, iar conform studiilor istoricului G. Areshyan, costul cuprului, argintul, aurul și fierul printre vechii hitiți erau în proporție de 1: 160: 1280: 6400. În acele zile, fierul era folosit ca metal de bijuterii, din el se făceau tronuri și alte regalii ale puterii regale: de exemplu, în cartea biblică Deuteronom 3.11, este descris un „pat de fier” al regelui Refaim Og.

În mormântul lui Tutankhamon (circa 1350 î.Hr.) a fost găsit un pumnal din fier într-un cadru de aur – posibil cadou de la hitiți în scopuri diplomatice. Dar hitiții nu s-au străduit pentru răspândirea pe scară largă a fierului și a tehnologiilor sale, ceea ce este evident și din corespondența faraonului egiptean Tutankhamon și a socrului său Hattusil, regele hitiților, care a ajuns până la noi. Faraonul cere să trimită mai mult fier, iar regele hitiților răspunde evaziv că rezervele de fier s-au epuizat, iar fierarii sunt ocupați cu munca agricolă, așa că nu poate îndeplini cererea ginerelui regal și trimite doar un pumnal din „fier bun” (adică oțel). După cum puteți vedea, hitiții au încercat să-și folosească cunoștințele pentru a obține avantaje militare și nu le-au dat altora ocazia să-i ajungă din urmă. Aparent, așadar, produsele din fier s-au răspândit abia după războiul troian și căderea hitiților, când, datorită activității comerciale a grecilor, tehnologia fierului a devenit cunoscută de mulți și au fost descoperite noi zăcăminte și mine de fier. Deci epoca bronzului a fost înlocuită cu epoca fierului.

Conform descrierilor lui Homer, deși în timpul Războiului Troian (circa 1250 î.Hr.) armele erau fabricate în mare parte din cupru și bronz, fierul era deja bine cunoscut și la mare căutare, deși mai mult ca metal prețios. De exemplu, în cel de-al 23-lea cântec al Iliadei, Homer spune că Ahile l-a premiat pe câștigătorul unui concurs de aruncare a discului cu un disc de strigăt de fier. Aheii au extras acest fier de la troieni și popoarele vecine (Iliada 7.473), inclusiv de la Khalibs, care au luptat de partea troienilor:

„Alți oameni din ahei au cumpărat vin de la mine,
S-au schimbat cele de cupră, de fier gri,
Cele pentru piei de bou sau boi cu coarne înalte,
Alea pentru captivii lor. Și se pregătește o sărbătoare veselă..."

Poate că fierul a fost unul dintre motivele care i-au determinat pe grecii ahei să se mute în Asia Mică, unde au aflat secretele producției sale. Și săpăturile din Atena au arătat că deja în jurul anului 1100 î.Hr. e. iar mai târziu săbiile de fier, sulițele, topoarele și chiar cuiele de fier erau deja răspândite. Cartea biblică Iosua 17:16 (cf. Judecătorii 14:4) descrie că filistenii („PILISTIM” biblic, iar acestea erau triburi proto-greci înrudite cu elenii de mai târziu, în principal pelasgii) aveau multe care de fier, adică în acest fier a devenit deja utilizat pe scară largă în cantități mari.

Homer în Iliada și Odiseea numește fierul „un metal dur” și descrie întărirea uneltelor:

„Un falsificator rapid, care a făcut un topor sau un topor,
Metal în apă, încălzind-o astfel încât să se dubleze
Avea o cetate, se scufundă...”

Homer numește fierul dificil, deoarece în antichitate principala metodă de obținere a acestuia era procesul de suflare brută: straturile alternante de minereu de fier și cărbune erau calcinate în cuptoare speciale (forje - din vechiul „Corn" - un corn, o țeavă, inițial era doar o conductă săpată în pământ, de obicei orizontal în panta unei râpe). În vatră, oxizii de fier sunt reduși la metal prin cărbunele fierbinte, care ia oxigenul, oxidându-se la monoxid de carbon și, ca urmare a unei astfel de calcinări a minereului cu cărbune, s-a obținut fier înflorit aluat (spongios). Kritsu a fost curățat de zgură prin forjare, storcând impuritățile cu lovituri puternice de ciocan. Primele focare aveau o temperatură relativ scăzută - considerabil mai mică decât punctul de topire al fontei, astfel încât fierul s-a dovedit a fi relativ scăzut de carbon. Pentru a obține oțel puternic, a fost necesar să calci și să forjați kritsa de fier cu cărbune de mai multe ori, în timp ce stratul de suprafață al metalului a fost suplimentar saturat cu carbon și întărit. Așa s-a obținut „fierul bun” - și deși a necesitat multă muncă, produsele obținute în acest fel au fost semnificativ mai puternice și mai dure decât cele din bronz.

În viitor, au învățat cum să facă cuptoare mai eficiente (în rusă - furnal, domnitsa) pentru producția de oțel și au folosit blănuri pentru a furniza aer cuptorului. Deja romanii au reușit să aducă temperatura din cuptor la topirea oțelului (aproximativ 1400 de grade, iar fierul pur se topește la 1535 de grade). În acest caz, fonta se formează cu un punct de topire de 1100-1200 de grade, care este foarte fragilă în stare solidă (nici măcar susceptibilă de forjare) și nu are elasticitatea oțelului. Inițial a fost considerat un produs secundar dăunător. fontă, în rusă, fontă, lingouri, de unde, de fapt, provine cuvântul fontă), dar apoi s-a dovedit că, atunci când este topit într-un cuptor cu aer sporit suflat prin el, fonta se transformă în oțel de bună calitate, ca exces. carbonul se arde. Un astfel de proces în două etape pentru producția de oțel din fontă s-a dovedit a fi mai simplu și mai profitabil decât înflorirea, iar acest principiu a fost folosit fără prea multe schimbări timp de multe secole, rămânând până astăzi principala metodă de producere a fierului. materiale.

Bibliografie: Karl Bucks. Bogăția interiorului pământului. M .: Progres, 1986, p. 244, capitolul „Fier”

originea numelui

Există mai multe versiuni ale originii cuvântului slav „fier” (zhalez belarus, zalizo ucrainean, slav vechi. fier, umflătură. fier, Serbohorv. zhezo, poloneză. Zelazo, Cehă železo, slovenă zelezo).

Una dintre etimologii leagă Praslav. *ZelEzo cu cuvântul grecesc χαλκός , care însemna fier și cupru, conform unei alte versiuni *ZelEzo asemănător cuvintelor *zely„țestoasa” și *ochi„stâncă”, cu seme general „piatră”. A treia versiune sugerează un împrumut străvechi dintr-o limbă necunoscută.

Limbile germanice au împrumutat numele de fier (gotic. eisarn, Engleză fier, Limba germana Eisen, Netherl. ijzer, dat. jern, suedez jarn) din celtic.

Cuvânt pra-celtic *isarno-(> OE iarn, OE Bret hoiarn), probabil se întoarce la Proto-IE. *h 1 esh 2 r-nu- „sângeros” cu dezvoltarea semantică „sângeros” > „roșu” > „fier”. Conform unei alte ipoteze, acest cuvânt se întoarce la pra-i.e. *(H)ish 2ro- „puternic, sfânt, cu putere supranaturală”.

cuvânt grecesc antic σίδηρος , poate fi împrumutat din aceeași sursă ca și cuvintele slave, germanice și baltice pentru argint.

Denumirea de carbonat natural de fier (siderit) provine de la lat. sidereus- stelar; într-adevăr, primul fier care a căzut în mâinile oamenilor a fost de origine meteorică. Poate că această coincidență nu este întâmplătoare. În special, cuvântul grecesc antic sideros (σίδηρος) pentru fier și latină sidus, adică „stea”, au probabil o origine comună.

izotopi

Fierul natural este format din patru izotopi stabili: 54 Fe (abundența izotopică 5,845%), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) și 58 Fe (0,282%). Sunt cunoscuți mai mult de 20 de izotopi de fier instabili cu numere de masă de la 45 la 72, dintre care cei mai stabili sunt 60 Fe (timp de înjumătățire conform datelor actualizate în 2009 este de 2,6 milioane de ani), 55 Fe (2,737 ani), 59 Fe (44,495 zile) și 52 Fe (8,275 ore); izotopii rămași au timpi de înjumătățire mai mic de 10 minute.

Izotopul de fier 56 Fe este printre cele mai stabile nuclee: toate elementele următoare pot reduce energia de legare per nucleon prin dezintegrare, iar toate elementele anterioare, în principiu, ar putea reduce energia de legare per nucleon datorită fuziunii. Se crede că o serie de sinteză a elementelor din nucleele stelelor normale se termină cu fier (vezi Steaua de fier), iar toate elementele ulterioare pot fi formate numai ca urmare a exploziilor supernovei.

Geochimia fierului

Sursa hidrotermala cu apa feruginoasa. Oxizii de fier devin maro apa

Fierul este unul dintre cele mai comune elemente din sistemul solar, în special pe planetele terestre, în special pe Pământ. O parte semnificativă din fierul planetelor terestre se află în nucleele planetelor, unde conținutul său este estimat la aproximativ 90%. Conținutul de fier din scoarța terestră este de 5%, iar în manta de aproximativ 12%. Dintre metale, fierul este al doilea după aluminiu în ceea ce privește abundența în crustă. În același timp, aproximativ 86% din tot fierul se află în miez și 14% în manta. Conținutul de fier crește semnificativ în rocile magmatice din compoziția de bază, unde este asociat cu piroxen, amfibol, olivină și biotit. În concentrații industriale, fierul se acumulează în timpul aproape tuturor proceselor exogene și endogene care au loc în scoarța terestră. În apa de mare, fierul este conținut în cantități foarte mici de 0,002-0,02 mg/l. În apa râului, este puțin mai mare - 2 mg / l.

Proprietățile geochimice ale fierului

Cea mai importantă caracteristică geochimică a fierului este prezența mai multor stări de oxidare. Fierul sub formă neutră - metalică - alcătuiește nucleul pământului, posibil prezent în manta și foarte rar întâlnit în scoarța terestră. Fierul feros FeO este principala formă de fier din mantaua și scoarța terestră. Oxidul de fier Fe 2 O 3 este caracteristic părților superioare, cele mai oxidate, ale scoarței terestre, în special roci sedimentare.

În ceea ce privește proprietățile chimice ale cristalului, ionul Fe 2+ este aproape de ionii de Mg 2+ și Ca 2+, alte elemente principale care alcătuiesc o parte semnificativă a tuturor rocilor terestre. Datorită asemănării lor chimice cristaline, fierul înlocuiește magneziul și, parțial, calciul în mulți silicați. Conținutul de fier în minerale cu compoziție variabilă crește de obicei odată cu scăderea temperaturii.

minerale de fier

Se cunosc un număr mare de minereuri și minerale care conțin fier. De cea mai mare importanță practică sunt minereul de fier roșu (hematit, Fe 2 O 3; conține până la 70% Fe), minereul de fier magnetic (magnetit, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; conține 72,4% Fe), minereul de fier brun sau limonit (goethit și hidrogoethit, FeOOH și respectiv FeOOH nH 2 O). Goethit și hidrogoethite se găsesc cel mai adesea în cruste de intemperii, formând așa-numitele „pălării de fier”, a căror grosime ajunge la câteva sute de metri. De asemenea, pot fi de origine sedimentară, căzând din soluțiile coloidale din lacuri sau zonele de coastă ale mărilor. În acest caz, se formează minereuri de fier oolitice sau leguminoase. Vivianita Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O se găsește adesea în ele, formând cristale negre alungite și agregate radial-radiante.

Sulfurile de fier sunt, de asemenea, răspândite în natură - pirita FeS 2 (sulf sau pirita de fier) ​​și pirotita. Nu sunt minereu de fier - pirita este folosită pentru a produce acid sulfuric, iar pirotita conține adesea nichel și cobalt.

În ceea ce privește rezervele de minereu de fier, Rusia se află pe primul loc în lume. Conținutul de fier din apa de mare este de 1·10 −5 -1.10 −8%.

Alte minerale comune de fier sunt:

• Siderita - FeCO 3 - contine aproximativ 35% fier. Are o culoare alb-gălbuie (cu o tentă gri sau maro în caz de contaminare). Densitatea este de 3 g/cm³, iar duritatea este de 3,5-4,5 pe scara Mohs.
• Marcazit - FeS 2 - contine 46,6% fier. Apare sub formă de cristale rombice bipiramidale, de culoare galbenă, ca alama, cu o densitate de 4,6-4,9 g/cm³ și o duritate de 5-6 pe scara Mohs.
• Lollingita - FeAs 2 - contine 27,2% fier si apare sub forma de cristale rombice bipiramidale alb-argintie. Densitatea este de 7-7,4 g/cm³, duritatea este de 5-5,5 pe scara Mohs.
• Mispikel - FeAsS - conține 34,3% fier. Apare sub formă de prisme monoclinice albe cu o densitate de 5,6-6,2 g/cm³ și o duritate de 5,5-6 pe scara Mohs.
• Melanteritul - FeSO 4 7H 2 O - este mai rar întâlnit în natură și este un cristal monoclinic de culoare verde (sau gri din cauza impurităților) cu un luciu vitros, fragil. Densitatea este de 1,8-1,9 g/cm³.
• Vivianita - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - se prezintă sub formă de cristale monoclinice albastru-gri sau verde-gri cu o densitate de 2,95 g/cm³ și o duritate de 1,5-2 pe scara Mohs.

Pe lângă mineralele de fier de mai sus, există, de exemplu:

Principalele depozite

Potrivit US Geological Survey (estimare din 2011), rezervele dovedite de minereu de fier ale lumii sunt de aproximativ 178 de miliarde de tone. Principalele zăcăminte de fier sunt în Brazilia (locul I), Australia, SUA, Canada, Suedia, Venezuela, Liberia, Ucraina, Franța, India. În Rusia, fierul este extras în Anomalia Magnetică Kursk (KMA), Peninsula Kola, Karelia și Siberia. Recent, zăcămintele oceanice de fund au căpătat un rol semnificativ, în care fierul, împreună cu manganul și alte metale valoroase, se găsește în noduli.

Chitanță

În industrie, fierul se obține din minereu de fier, în principal din hematită (Fe 2 O 3) și magnetită (FeO Fe 2 O 3).

Există diferite moduri de a extrage fierul din minereuri. Cel mai comun este procesul de domeniu.

Prima etapă de producție este reducerea fierului cu carbon într-un furnal la o temperatură de 2000 ° C. Într-un furnal, carbonul sub formă de cocs, minereul de fier sub formă de sinter sau peleți și fluxul (cum ar fi calcarul) sunt introduse de sus și sunt preluate de un curent de aer cald injectat de jos.

În cuptor, carbonul sub formă de cocs este oxidat la monoxid de carbon. Acest oxid se formează în timpul arderii în lipsă de oxigen:

La rândul său, monoxidul de carbon recuperează fierul din minereu. Pentru ca această reacție să meargă mai rapid, monoxidul de carbon încălzit este trecut prin oxid de fier (III):

Oxidul de calciu se combină cu dioxidul de siliciu, formând o zgură - metasilicat de calciu:

Zgura, spre deosebire de dioxidul de siliciu, este topită într-un cuptor. Mai ușoară decât fierul, zgura plutește la suprafață - această proprietate vă permite să separați zgura de metal. Zgura poate fi folosită apoi în construcții și agricultură. Topitura de fier obținută într-un furnal conține destul de mult carbon (fontă). Cu excepția unor astfel de cazuri, când fonta este utilizată direct, necesită o prelucrare ulterioară.

Excesul de carbon și alte impurități (sulf, fosfor) sunt îndepărtate din fontă prin oxidare în cuptoare cu focar deschis sau în convertoare. Cuptoarele electrice sunt folosite și pentru topirea oțelurilor aliate.

Pe lângă procesul de furnal, procesul de producție directă a fierului este comun. În acest caz, minereul pre-zdrobit este amestecat cu argilă specială pentru a forma peleți. Peleții sunt prăjiți și tratați într-un cuptor cu arbore cu produse fierbinți de conversie a metanului care conțin hidrogen. Hidrogenul reduce cu ușurință fierul:

,

în timp ce nu există nicio contaminare a fierului cu impurități precum sulful și fosforul, care sunt impurități comune în cărbune. Fierul este obținut sub formă solidă și apoi este topit în cuptoare electrice.

Fierul pur din punct de vedere chimic se obține prin electroliza soluțiilor sărurilor sale.

Proprietăți fizice

Fenomenul de polimorfism este extrem de important pentru metalurgia oțelului. Datorită tranzițiilor α-γ ale rețelei cristaline, are loc tratamentul termic al oțelului. Fără acest fenomen, fierul ca bază a oțelului nu ar fi primit o utilizare atât de răspândită.

Fierul este un metal moderat refractar. Într-o serie de potențiale standard de electrozi, fierul stă înaintea hidrogenului și reacționează ușor cu acizii diluați. Astfel, fierul aparține metalelor cu activitate medie.

Punctul de topire al fierului este de 1539 °C, punctul de fierbere este de 2862 °C.

Proprietăți chimice

Stari de oxidare caracteristice

• Acidul nu există în forma sa liberă - s-au obținut doar sărurile sale.

Pentru fier, stările de oxidare ale fierului sunt caracteristice - +2 și +3.

Starea de oxidare +2 corespunde oxidului negru FeO și hidroxidului verde Fe(OH)2. Sunt de bază. În săruri, Fe(+2) este prezent ca cation. Fe(+2) este un agent reducător slab.

+3 stări de oxidare corespund oxidului de Fe 2 O 3 roșu-brun și hidroxidului de Fe(OH) 3 maro. Sunt de natură amfoteră, deși proprietățile lor acide și bazice sunt slab exprimate. Astfel, ionii Fe 3+ sunt complet hidrolizați chiar și într-un mediu acid. Fe (OH) 3 se dizolvă (și chiar și atunci nu complet), doar în alcalii concentrate. Fe 2 O 3 reacționează cu alcalii numai atunci când este topit, dând ferite (săruri formale ale unui acid care nu există într-o formă liberă de acid HFeO 2):

Fierul (+3) prezintă cel mai adesea proprietăți oxidante slabe.

Stările de oxidare +2 și +3 trec ușor între ele atunci când condițiile redox se schimbă.

În plus, există oxid de Fe 3 O 4, starea formală de oxidare a fierului în care este +8/3. Totuși, acest oxid poate fi considerat și ca ferită de fier (II) Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .

Există, de asemenea, o stare de oxidare de +6. Oxidul și hidroxidul corespunzător nu există în formă liberă, dar s-au obținut săruri - ferați (de exemplu, K 2 FeO 4). Fierul (+6) este în ele sub formă de anion. Ferratele sunt agenți oxidanți puternici.

Proprietățile unei substanțe simple

Când este depozitat în aer la temperaturi de până la 200 ° C, fierul este acoperit treptat cu o peliculă densă de oxid, care previne oxidarea ulterioară a metalului. În aerul umed, fierul este acoperit cu un strat liber de rugină, care nu împiedică accesul oxigenului și umezelii la metal și distrugerea acestuia. Rugina nu are o compoziție chimică constantă; aproximativ formula sa chimică poate fi scrisă ca Fe 2 O 3 xH 2 O.

Compuși de fier (II).

Oxidul de fier (II) FeO are proprietăți de bază, corespunde bazei Fe (OH) 2. Sărurile de fier (II) au o culoare verde deschis. Când sunt depozitate, în special în aer umed, devin maronii din cauza oxidării la fier (III). Același proces are loc în timpul depozitării soluțiilor apoase de săruri de fier (II):

Dintre sărurile de fier (II) din soluții apoase, sarea Mohr este stabilă - dublu amoniu și sulfat de fier (II) (NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 6 H 2 O.

Hexacianoferratul de potasiu (III) K 3 (sare roșie din sânge) poate servi ca reactiv pentru ionii Fe 2+ în soluție. Când ionii Fe 2+ și 3− interacționează, turnbull blue precipită:

Pentru determinarea cantitativă a fierului (II) în soluție se folosește fenantrolina Phen, care formează un complex FePhen 3 roșu cu fierul (II) (absorbția luminii maximă - 520 nm) într-un interval larg de pH (4-9).

Compuși de fier (III).

Compușii de fier (III) în soluții sunt reduși de fier metalic:

Fierul (III) este capabil să formeze sulfați dubli cu cationi de tip alaun încărcați individual, de exemplu, KFe (SO 4) 2 - alaun de fier potasiu, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - alaun de fier amoniu etc.

Pentru detectarea calitativă a compușilor de fier(III) în soluție se utilizează reacția calitativă a ionilor de Fe 3+ cu ionii de tiocianat SCN −. Când ionii Fe 3+ interacționează cu anionii SCN −, se formează un amestec de complecși de tiocianat de fier roșu strălucitor 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Compoziția amestecului (și, prin urmare, intensitatea culorii acestuia) depinde de diverși factori, astfel încât această metodă nu este aplicabilă pentru determinarea calitativă precisă a fierului.

Un alt reactiv de înaltă calitate pentru ionii Fe 3+ este hexacianoferratul de potasiu (II) K 4 (sare galbenă de sânge). Când ionii Fe 3+ și 4− interacționează, un precipitat albastru strălucitor de albastru prusac precipită:

Compuși de fier (VI).

Proprietățile oxidante ale feratelor sunt folosite pentru dezinfectarea apei.

Compușii de fier VII și VIII

Există rapoarte despre prepararea electrochimică a compușilor de fier (VIII). , , , cu toate acestea, nu există lucrări independente care să confirme aceste rezultate.

Aplicație

Minereu de fier

Fierul este unul dintre cele mai utilizate metale, reprezentând până la 95% din producția metalurgică mondială.

• Fierul este componenta principală a oțelurilor și a fontelor - cele mai importante materiale structurale.
• Fierul poate face parte din aliaje pe bază de alte metale - de exemplu, nichel.
• Oxidul de fier magnetic (magnetitul) este un material important în fabricarea dispozitivelor de memorie pe termen lung pentru computer: hard disk-uri, dischete etc.
• Pulberea ultrafină de magnetită este utilizată în multe imprimante laser alb-negru amestecată cu granule polimerice ca toner. Folosește atât culoarea neagră a magnetitului, cât și capacitatea sa de a adera la o rolă de transfer magnetizată.
• Proprietățile feromagnetice unice ale unui număr de aliaje pe bază de fier contribuie la utilizarea lor pe scară largă în inginerie electrică pentru circuitele magnetice ale transformatoarelor și motoarelor electrice.
• Clorura de fier (III) (clorura ferică) este utilizată în practica radioamatorilor pentru gravarea plăcilor de circuite imprimate.
• Sulfatul feros (sulfatul de fier) ​​amestecat cu sulfatul de cupru este folosit pentru controlul ciupercilor dăunătoare în grădinărit și construcții.
• Fierul este folosit ca anod în bateriile fier-nichel, bateriile fier-aer.
• Soluțiile apoase de cloruri de fier divalent și feric, precum și sulfații acestuia, sunt utilizate ca coagulanți în purificarea apelor naturale și uzate în tratarea apei întreprinderilor industriale.

Semnificația biologică a fierului

În organismele vii, fierul este un oligoelement important care catalizează procesele de schimb de oxigen (respirație). Corpul unui adult conține aproximativ 3,5 grame de fier (aproximativ 0,02%), din care 78% sunt principalul element activ al hemoglobinei din sânge, restul face parte din enzimele altor celule, catalizând procesele de respirație în celule. Carenta de fier se manifesta ca o boala a organismului (cloroza la plante si anemie la animale).

În mod normal, fierul intră în enzime ca un complex numit hem. În special, acest complex este prezent în hemoglobină, cea mai importantă proteină care asigură transportul oxigenului cu sânge către toate organele oamenilor și animalelor. Și el este cel care pătează sângele într-o culoare roșie caracteristică.

Complecși de fier, alții decât hem, se găsesc, de exemplu, în enzima metan monooxigenază, care oxidează metanul în metanol, în importanta enzimă ribonucleotid reductază, care este implicată în sinteza ADN-ului.

Compușii anorganici de fier se găsesc în unele bacterii și sunt uneori folosiți de acestea pentru a lega azotul atmosferic.

Fierul pătrunde în organismul animalelor și al omului cu alimente (ficatul, carnea, ouăle, leguminoasele, pâinea, cerealele, sfecla sunt cele mai bogate în el). Interesant, odată ce spanacul a fost inclus în mod eronat în această listă (din cauza unei greșeli de tipar în rezultatele analizei - zero „în plus” după zecimala a fost pierdută).

O doză în exces de fier (200 mg sau mai mult) poate fi toxică. O supradoză de fier deprimă sistemul antioxidant al organismului, de aceea nu este recomandată utilizarea preparatelor din fier pentru persoanele sănătoase.

Note

1. Enciclopedia chimică: în 5 volume / Ed.: Knunyants I. L. (editor șef). - M .: Enciclopedia Sovietică, 1990. - T. 2. - S. 140. - 671 p. - 100.000 de exemplare.
2. Karapetyants M. Kh., Drakin S. I. Chimie generală și anorganică: manual pentru universități. - Ed. a IV-a, șters. - M.: Chimie, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, p. 529
3. M. Vasmer. Dicționar etimologic al limbii ruse. - Progres. - 1986. - T. 2. - S. 42-43.
4. Trubaciov O.N. Etimologii slave. // Întrebări de lingvistică slavă, nr. 2, 1957.
5. Borys W. Slownik etimologiczny języka polskiego. - Cracovia: Wydawnictwo Literackie. - 2005. - S. 753-754.
6. Walde A. Lateinisches etimologisches Wörterbuch. - Carl Winter's Universitätsbuchhandlung. - 1906. - S. 285.
7. Meye A. Principalele caracteristici ale grupului germanic de limbi. - URSS. - 2010. - S. 141.
8. Matasovic R. Dicţionar etimologic de proto-celtic. - Brill. - 2009. - S. 172.
9. Mallory, J. P., Adams, D. Q. Enciclopedia culturii indo-europene. - Fitzroy-Dearborn. - 1997. - P. 314.
10. „Noua măsurare a timpului de înjumătățire de 60 Fe”. Scrisori de revizuire fizică 103 : 72502. DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.072502.
11. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot și A. H. Wapstra (2003). „Evaluarea NUBASE a proprietăților nucleare și de dezintegrare”. Fizica nucleară A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 .
12. Yu. M. Shirokov, N. P. Yudin. Fizica nucleara. Moscova: Nauka, 1972. Capitolul Fizica spatiului nuclear.
13. R. Ripan, I. Chetyanu. Chimie anorganică // Chimia nemetalelor = Chimia metalelor. - Moscova: Mir, 1972. - T. 2. - S. 482-483. - 871 p.
14. Aur și metale prețioase
15. Știința metalelor și tratamentul termic al oțelului. Ref. ed. În 3 volume / Ed. M. L. Bershtein, A. G. Rakhshtadt. - Ed. a IV-a, revizuită. si suplimentare T. 2. Fundamentele tratamentului termic. In 2 carti. Carte. 1. M.: Metallurgiya, 1995. 336 p.
16. T. Takahashi & W.A. Bassett, „Polimorful fierului de înaltă presiune”, Ştiinţă, Vol. 145 #3631, 31 iulie 1964, p. 483-486.
17. Schilt A. Aplicarea analitică a 1,10-fenantrolinei și a compușilor înrudiți. Oxford, Pergamon Press, 1969.
18. Lurie Yu. Yu. Manual de chimie analitică. M., Chimie, 1989. S. 297.
19. Lurie Yu. Yu. Manual de chimie analitică. M., Chimie, 1989, S. 315.
20. Brower G. (ed.) Ghid pentru sinteza anorganică. v. 5. M., Mir, 1985. S. 1757-1757.
21. Remy G. Curs de chimie anorganică. vol. 2. M., Mir, 1966. S. 309.
22. Kiselev Yu. M., Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Fier octal // Dokl. Academia de Științe a URSS. 1987. T.292. pp.628-631
23. Perfil'ev Yu. D., Kopelev N. S., Kiselev Yu. Academia de Științe a URSS. 1987. T.296. C.1406-1409
24. Kopelev N.S., Kiselev Yu.M., Perfiliev Yu.D. Spectroscopia Mossbauer a oxocomplexelor de fier în stări superioare de oxidare // J. Radioanal. Nucl. Chim. 1992. V.157. R.401-411.
25. „Norme ale nevoilor fiziologice de energie și nutrienți pentru diferite grupuri ale populației Federației Ruse” MR 2.3.1.2432-08

Surse (la secțiunea Istorie)

• G. G. Giorgadze.„Textul lui Anitta” și câteva întrebări din istoria timpurie a hitiților
• R. M. Abramishvili. Cu privire la problema dezvoltării fierului pe teritoriul Georgiei de Est, VGMG, XXII-B, 1961.
• Khakhutayshvili D. A. Despre istoria metalurgiei fierului colchian antic. Întrebări de istorie antică (colecția Caucazian-Orientul Mijlociu, numărul 4). Tbilisi, 1973.
• Herodot.„Istorie”, 1:28.
• Homer. Iliada, Odiseea.
• Virgil.„Eneida”, 3:105.
• Aristotel.„Despre zvonuri incredibile”, II, 48. VDI, 1947, nr. 2, p. 327.
• Lomonosov M.V. Primele baze ale metalurgiei.

Vezi si

• Categorie: Compuși de fier

Legături

• Boli cauzate de deficiența și excesul de fier în corpul uman

Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev
																						Fe

Fierul în forma sa pură este un metal ductil gri care este ușor de prelucrat. Și totuși, pentru oameni, elementul Fe este mai practic în combinație cu carbonul și alte impurități care permit formarea aliajelor metalice - oțeluri și fonte. 95% - este cât de mult din toate produsele metalice produse pe planetă conțin fier ca element principal.

Fier: istorie

Primele produse din fier făcute de om sunt datate de oamenii de știință în mileniul IV î.Hr. e., iar studiile au arătat că pentru producerea lor a fost folosit fier meteoric, care se caracterizează printr-un conținut de nichel de 5-30%. Interesant este că până când omenirea a stăpânit extragerea Fe prin topirea lui, fierul era prețuit mai mult decât aurul. Acest lucru s-a explicat prin faptul că oțelul mai puternic și mai fiabil era mult mai potrivit pentru fabricarea de unelte și arme decât cuprul și bronzul.

Vechii romani au învățat cum să facă prima fontă: cuptoarele lor puteau ridica temperatura minereului la 1400 ° C, în timp ce 1100-1200 ° C era suficientă pentru fontă. Ulterior, au primit și oțel pur, punctul de topire al care, după cum știți, este de 1535 de grade Celsius.

Proprietățile chimice ale Fe

Cu ce ​​interacționează fierul? Fierul interacționează cu oxigenul, care este însoțit de formarea de oxizi; cu apă în prezența oxigenului; cu acizi sulfuric și clorhidric:

• 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4
• 4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3
• Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2
• Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2

De asemenea, fierul reacționează la alcalii numai dacă sunt topituri de agenți oxidanți puternici. Fierul nu reacționează cu agenții oxidanți la temperatura obișnuită, dar începe întotdeauna să reacționeze atunci când este ridicat.

Utilizarea fierului în construcții

Utilizarea fierului de către industria construcțiilor de astăzi nu poate fi supraestimată, deoarece structurile metalice stau la baza absolut oricărei structuri moderne. În acest domeniu, Fe este utilizat în compoziția oțelurilor convenționale, a fontei și a fierului forjat. Acest element este peste tot, de la structuri critice la șuruburi de ancorare și cuie.

Construcția structurilor de construcții din oțel este mult mai ieftină, în plus, aici putem vorbi de rate mai mari de construcție. Acest lucru crește considerabil utilizarea fierului în construcții, în timp ce industria însăși stăpânește utilizarea unor aliaje noi, mai eficiente și mai fiabile pe bază de Fe.

Utilizarea fierului în industrie

Utilizarea fierului și a aliajelor sale - fontă și oțel - stă la baza mașinilor moderne, a mașinilor-unelte, a aeronavelor, a fabricării de instrumente și a fabricării altor echipamente. Datorită cianurilor și oxizilor de Fe, industria vopselelor și lacurilor funcționează, sulfații de fier sunt utilizați în tratarea apei. Industria grea este complet de neconceput fără utilizarea aliajelor pe bază de Fe + C. Într-un cuvânt, fierul este un metal de neînlocuit, dar în același timp accesibil și relativ ieftin, care în compoziția aliajelor are o sferă aproape nelimitată.

Utilizarea fierului în medicină

Se știe că fiecare adult conține până la 4 grame de fier. Acest element este extrem de important pentru funcționarea organismului, în special pentru sănătatea sistemului circulator (hemoglobina din globulele roșii). Există multe medicamente pe bază de fier care vă permit să creșteți conținutul de Fe pentru a evita dezvoltarea anemiei cu deficit de fier.

Fier- metal, a cărui utilizare în industrie și viața de zi cu zi nu are practic limite. Ponderea fierului în producția mondială de metale este de aproximativ 95%. Utilizarea lui, ca orice alt material, se datorează anumitor proprietăți.

Fierul a jucat un rol uriaș în dezvoltarea civilizației umane. Omul primitiv a început să folosească unelte de fier cu câteva milenii î.Hr. Apoi, singura sursă a acestui metal au fost meteoriții care au căzut pe Pământ, care conțineau fier destul de pur. Acest lucru a dat naștere unor legende în rândul multor popoare despre originea cerească a fierului.

La mijlocul mileniului II î.Hr. În Egipt, extragerea fierului din minereurile de fier era stăpânită. Se crede că aceasta a marcat începutul epocii fierului în istoria omenirii, care a înlocuit epoca de piatră și bronz. Cu toate acestea, deja cu 3-4 mii de ani în urmă, locuitorii regiunii nordice a Mării Negre - cimerienii - topeau fier din minereul de mlaștină.

Fierul nu și-a pierdut semnificația până astăzi. Este cel mai important metal al tehnologiei moderne. Datorită rezistenței sale scăzute, fierul practic nu este utilizat în forma sa pură. Cu toate acestea, în viața de zi cu zi, produsele din oțel sau fontă sunt adesea numite „fier”. La urma urmei, materialele structurale importante - oțelurile și fontele - sunt aliaje de fier cu carbon. Ei fac o mare varietate de articole.

Soclul octogonal al monumentului prințului Vladimir este construit din cărămidă și căptușit cu fontă.

Prototipul structurii gigantice a Atomiumului din Bruxelles a fost modelul rețelei cristaline de fier. După reconstrucție, Atomium este din nou deschis publicului. Capacul original al fiecărei mingi cu o suprafață de 240 m 2 a fost realizat din 720 de plăci triunghiulare de aluminiu. Acum au fost înlocuite cu 48 de plăci din oțel inoxidabil.

În plus, fierul poate fi o componentă a aliajelor pe bază de alte metale, cum ar fi nichelul. Aliajele magnetice conțin și fier.

Sunt create materiale pe bază de fier care pot rezista la temperaturi ridicate și scăzute, vid și presiuni mari. Ele rezistă cu succes la medii agresive, tensiune alternativă, radiații radioactive etc.

Producția de fier și aliajele sale este în continuă creștere. Aceste materiale sunt universale, avansate din punct de vedere tehnologic, disponibile și în vrac - ieftine. Baza de materie primă a fierului este destul de mare. Rezervele deja explorate de minereu de fier vor dura cel puțin două secole. Prin urmare, fierul va rămâne mult timp „fundamentul” civilizației.

Fierul a fost folosit mult timp ca material artistic în Egipt, Mesopotamia și India. Încă din Evul Mediu, s-au păstrat numeroase obiecte extrem de artistice din aliaje de fier. Artiștii moderni folosesc, de asemenea, pe scară largă aliajele de fier. material de pe site

Dintre numeroasele produse artistice, nu se poate lăsa din vedere „Palmul lui Mertsalov” - o operă de artă a maeștrilor ucraineni. A fost falsificat de Aleksey Mertsalov la Uzina metalurgică Yuzovsky în 1886. Ea a fost recunoscută ca fiind demnă de Marele Premiu al expoziției industriale și de artă din toată Rusia de la Nijni Novgorod. În 1900, Palmierul lui Mertsalov, ca parte a expoziției Uzinei Yuzovsky, a primit cel mai înalt premiu la Expoziția Mondială de la Paris.

Și în secolul XXI. este greu de găsit o industrie în care fierul să nu fie folosit. Importanța sa nu a scăzut odată cu trecerea multor funcții metalice la materiale sintetice create de industria chimică.

Obiectivele lecției:

• să-și facă o idee despre proprietățile fizice și chimice ale fierului, în funcție de gradul de oxidare pe care îl prezintă și de natura agentului de oxidare;
• dezvoltarea gândirii teoretice a elevilor și a capacității acestora de a prezice proprietățile materiei, pe baza cunoașterii structurii acesteia;
• să dezvolte gândirea conceptuală a unor operații precum analiza, comparația, generalizarea, sistematizarea;
• dezvolta astfel de calități ale gândirii precum obiectivitatea, concizia și claritatea, autocontrolul și activitatea.

Obiectivele lecției:

• actualizați cunoștințele elevilor pe tema: „Structura atomului”;
• organizarea muncii colective a elevilor de la stabilirea unei sarcini de învățare până la rezultatul final (întocmește o diagramă de referință pentru lecție);
• rezumați materialul pe tema: „Metale” și luați în considerare proprietățile fierului și aplicarea acestuia;
• organizează lucrări independente de cercetare în perechi pentru a studia proprietățile chimice ale fierului;
• să organizeze controlul reciproc al elevilor în clasă.

Tip de lecție:învăţarea de materiale noi.

Reactivi si echipamente:

• fier de călcat (praf, farfurie, agrafă),
• sulf,
• acid clorhidric,
• sulfat de cupru (II),
• rețea de cristal de fier,
• postere de joc,
• magnet,
• o selecție de ilustrații pe această temă,
• eprubete,
• lampă cu spirit,
• chibrituri,
• lingura pentru arderea substantelor combustibile,
• Hărți geografice.

Structura lecției

1. Parte introductivă.
2. Învățarea de materiale noi.
3. Mesajul temei pentru acasă.
4. Consolidarea materialului studiat.

În timpul orelor

1. Introducere

Organizarea timpului.

Verificarea studenților.

Tema lecției. Scrieți subiectul pe tablă și în caietele elevilor.

2. Învățarea de materiale noi

Care crezi că va fi subiectul lecției noastre de astăzi?

1. Aspectul fieruluiîn civilizaţia umană a marcat începutul epocii fierului.

De unde obțineau oamenii din vechime fier într-o perioadă în care încă nu știau cum să-l extragă din minereu? Fierul, tradus din limba sumeriană, este un metal „scăpat din cer, ceresc”. Primul fier pe care l-a întâlnit omenirea a fost fierul de la meteoriți. A dovedit pentru prima dată că „pietre de fier cad din cer”, în 1775 omul de știință rus P.S. Palace, care a adus la Sankt Petersburg un bloc de meteorit de fier nativ cu o greutate de 600 kg. Cel mai mare meteorit de fier este meteoritul „Goba”, găsit în 1920 în Africa de Sud-Vest, cântărind aproximativ 60 de tone.Reamintim mormântul lui Tutankhamon: aur, aur. Munca magnifică încântă, strălucirea orbește ochii. Dar iată ce scrie K. Kerram în cartea „Zei, morminte, cărturari” despre mica amuleta de fier a lui Tutankhamon: cea mai mare valoare din punctul de vedere al istoriei culturii”. Doar câteva obiecte de fier au fost găsite în mormântul faraonului, printre care o amuletă de fier a zeului Horus, un pumnal mic cu o lamă de fier și un mâner de aur, o băncuță mică de fier „Urs”.

Oamenii de știință sugerează că țările din Asia Mică, unde au trăit triburile hitite, au fost locul în care a apărut metalurgia feroasă. Fierul a venit în Europa din Asia Mică încă din mileniul I î.Hr.; Astfel a început epoca fierului în Europa.

Celebrul oțel de damasc (sau oțel de damasc) a fost fabricat în Orient pe vremea lui Aristotel (secolul al IV-lea î.Hr.). Dar tehnologia fabricării sale a fost ținută secretă timp de multe secole.

Am visat la o altă tristețe
Despre oțel gri Damasc.
Am văzut temperamentul de oțel
Ca unul dintre tinerii sclavi
A ales, l-a hrănit,
Astfel încât carnea puterii lui a fost recrutată.
Așteptând data scadentă
Și apoi o lamă fierbinte
Cufundat în carne musculară
Au scos lama terminată.
Mai puternic decât oțelul, n-a văzut Estul,
Mai puternic decât oțelul și mai amar decât tristețea.

Deoarece oțelul damasc este un oțel cu duritate și elasticitate foarte mare, produsele fabricate din acesta au capacitatea de a nu se toci atunci când sunt ascuțite. Metalurgistul rus P.P. a dezvăluit secretul oțelului damasc. Anosov. El a răcit foarte lent oțelul fierbinte într-o soluție specială de ulei tehnic încălzit la o anumită temperatură; în timpul procesului de răcire, oțelul a fost forjat.

(Demonstrație de desene.)

Fier - metal gri argintiu	Fier - metal gri argintiu
Aceste cuie sunt făcute din fier	Oțelul este folosit în industria auto
Oțelul este folosit pentru fabricarea instrumentelor medicale	Oțelul este folosit la fabricarea locomotivelor
	Toate metalele sunt susceptibile la coroziune
Toate metalele sunt susceptibile la coroziune

2. Poziția fierului în PSCHEM.

Aflăm poziția fierului în PSCM, sarcina nucleului și distribuția electronilor în atom.

3. Proprietățile fizice ale fierului.

Ce proprietăți fizice ale fierului cunoașteți?

Fierul este un metal alb-argintiu cu un punct de topire de 1539 o C. Este foarte ductil, prin urmare este ușor de prelucrat, forjat, laminat, ștanțat. Fierul are capacitatea de a fi magnetizat și demagnetizat, prin urmare este folosit ca miez de electromagneți în diferite mașini și aparate electrice. I se poate conferi o rezistență și o duritate mai mare prin metode de acțiune termică și mecanică, de exemplu, prin călire și laminare.

Există fier chimic pur și fier tehnic pur. Fierul pur din punct de vedere tehnic, de fapt, este un oțel cu conținut scăzut de carbon, conține 0,02 -0,04% carbon și chiar mai puțin oxigen, sulf, azot și fosfor. Fierul pur chimic conține mai puțin de 0,01% impurități. fier chimic pur gri-argintiu, strălucitor, la aspect foarte asemănător cu metalul platină. Fierul pur din punct de vedere chimic este rezistent la coroziune (amintiți-vă ce este coroziunea? Demonstrarea unui cui coroziv) și rezistă bine la acizi. Cu toate acestea, fracțiuni nesemnificative de impurități îl privează de aceste proprietăți prețioase.

4. Proprietățile chimice ale fierului.

Pe baza cunoștințelor despre proprietățile chimice ale metalelor, care credeți că vor fi proprietățile chimice ale fierului?

Demonstrarea experiențelor.

• Interacțiunea fierului cu sulful.

Munca practica.

• Interacțiunea fierului cu acidul clorhidric.
• Interacțiunea fierului cu sulfatul de cupru (II).

5. Utilizarea fierului.

Conversatie pe:

- Cum crezi, care este distribuția fierului în natură?

Fierul este unul dintre cele mai comune elemente din natură. În scoarța terestră, fracția sa de masă este de 5,1%, conform acestui indicator, este a doua după oxigen, siliciu și aluminiu. O mulțime de fier se găsește și în corpurile cerești, ceea ce se stabilește din datele analizei spectrale. În probele de sol lunar, care au fost livrate de stația automată „Luna”, fierul a fost găsit în stare neoxidată.

Minereurile de fier sunt destul de răspândite pe Pământ. Numele munților din Urali vorbesc de la sine: Înalt, Magnetic, Fier. Chimiștii agricoli găsesc compuși de fier în sol.

Sub ce formă apare fierul în natură?

Fierul se găsește în majoritatea rocilor. Pentru obținerea fierului se folosesc minereuri de fier cu un conținut de fier de 30-70% sau mai mult. Principalele minereuri de fier sunt: ​​magnetita - Fe 3 O 4 conţine 72% fier, depozitele se găsesc în Uralii de Sud, anomalia magnetică Kursk; hematit - Fe 2 O 3 conține până la 65% fier, astfel de depozite se găsesc în regiunea Krivoy Rog; limonitul - Fe 2 O 3 * nH 2 O conține până la 60% fier, depozitele se găsesc în Crimeea; pirită - FeS 2 conține aproximativ 47% fier, depozite se găsesc în Urali. (Lucrul cu hărți de contur).

Care este rolul fierului în viața umană și a plantelor?

Biochimiștii au descoperit rolul important al fierului în viața plantelor, animalelor și oamenilor. Făcând parte dintr-un compus organic extrem de complex numit hemoglobină, fierul determină culoarea roșie a acestei substanțe, care la rândul său determină culoarea sângelui oamenilor și animalelor. Corpul unui adult conține 3 g de fier pur, din care 75% face parte din hemoglobină. Rolul principal al hemoglobinei este transferul de oxigen de la plămâni la țesuturi, iar în direcția opusă - CO 2 .

Plantele au nevoie și de fier. Face parte din citoplasmă, participă la procesul de fotosinteză. Plantele crescute pe un substrat fără fier au frunzele albe. Un mic adaos de fier pe substrat - și devin verzi. Mai mult, merită să ungeți o foaie albă cu o soluție de sare care conține fier și, în curând, locul mânjit devine verde.

Deci, din același motiv - prezența fierului în sucuri și țesuturi - frunzele plantelor devin vesele verzi, iar obrajii unei persoane se înroșesc puternic.

Aproximativ 90% din metalele folosite de omenire sunt aliaje pe bază de fier. Există mult fier topit în lume, de aproximativ 50 de ori mai mult decât aluminiul, ca să nu mai vorbim de alte metale. Aliajele pe bază de fier sunt universale, avansate din punct de vedere tehnologic, accesibile și ieftine. Fierul trebuie să fie de mult fundamentul civilizației.

3. Postează lucruri acasă

14, ex. Nr. 6, 8, 9 (conform caietului de lucru pentru manualul de O.S Gabrielyan „Chimie 9”, 2003).

4. Consolidarea materialului studiat

1. Folosind diagrama de referință scrisă pe tablă, concluzionați: ce este fierul și care sunt proprietățile lui?
2. Dictarea grafică (pregătiți în prealabil pliante cu linie dreaptă trasată, împărțite în 8 segmente și numerotate în funcție de întrebările dictatului. Marcați cu o colibă ​​„^” pe segment numărul poziției care se consideră corectă).

Opțiunea 1.

1. Fierul este un metal alcalin activ.
2. Fierul este ușor de forjat.
3. Fierul face parte din aliajul de bronz.
4. Nivelul de energie exterior al unui atom de fier are 2 electroni.
5. Fierul interacționează cu acizii diluați.
6. Cu halogeni formează halogenuri cu o stare de oxidare de +2.
7. Fierul nu interacționează cu oxigenul.
8. Fierul poate fi obținut prin electroliza topiturii de sare.

1	2	3	4	5	6	7	8

Opțiunea 2.

1. Fierul este un metal alb-argintiu.
2. Fierul nu are capacitatea de a fi magnetizat.
3. Atomii de fier prezintă proprietăți oxidante.
4. Nivelul de energie exterior al unui atom de fier are 1 electron.
5. Fierul înlocuiește cuprul din soluțiile sărurilor sale.
6. Cu halogeni, formează compuși cu o stare de oxidare de +3.
7. Cu o soluție de acid sulfuric se formează sulfat de fier (III).
8. Fierul nu se corodează.

1	2	3	4	5	6	7	8

După finalizarea temei, elevii își schimbă lucrarea și o verifică (răspunsurile la lucrări sunt afișate pe tablă sau sunt afișate prin proiector).

Criterii de marcare:

• „5” - 0 erori,
• „4” - 1-2 erori,
• „3” - 3-4 erori,
• „2” - 5 sau mai multe erori.

Cărți uzate

1. Gabrielyan O.S. Chimie clasa a 9-a. – M.: Butarda, 2001.
2. Gabrielyan O.S. Cartea pentru profesor. – M.: Dropia, 2002.
3. Gabrielyan O.S. Chimie clasa a 9-a. Caiet de lucru. – M.: Butarda, 2003.
4. Industria educației. Rezumat de articole. Numărul 3. - M .: MGIU, 2002.
5. Malyshkina V. Chimie distractivă. - Sankt Petersburg, „Trigon”, 2001.
6. Program-materiale metodice. Chimie clasele 8-11. – M.: Butarda, 2001.
7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. Carte de chimie pentru citit acasă. – M.: Chimie, 1995.
8. Mă duc la cursul de chimie. Cartea pentru profesor. – M.: „Primul septembrie”, 2000.

Aplicații

Știi că?

Fier este unul dintre cele mai importante elemente ale vieții. Sângele conține fier și acesta este cel care determină culoarea sângelui, precum și principala sa proprietate - capacitatea de a lega și elibera oxigenul. Această capacitate este deținută de un compus complex - hem - o parte integrantă a moleculei de hemoglobină. Pe lângă hemoglobină, fierul din corpul nostru se află și în mioglobină, o proteină care stochează oxigen în mușchi. Există și enzime care conțin fier.

În apropierea orașului Delhi din India, există o coloană de fier fără nici cea mai mică pată de rugină, deși vârsta ei este de aproape 2800 de ani. Este vorba de celebra coloană Kutub, înaltă de aproximativ șapte metri și cântărind 6,5 tone.Inscripția de pe coloană spune că a fost ridicată în secolul al IX-lea. î.Hr e. Ruginirea fierului - formarea metahidroxidului de fier - este asociată cu interacțiunea acestuia cu umiditatea și oxigenul atmosferic.

Cu toate acestea, această reacție, în absența diferitelor impurități din fier, și în primul rând carbon, siliciu și sulf, nu are loc. Coloana a fost realizată din metal foarte pur: fierul din coloană s-a dovedit a fi 99,72%. Acest lucru explică durabilitatea și rezistența la coroziune.

În 1934, în „Jurnalul minier” a apărut un articol „Îmbunătățirea fierului și oțelului prin... ruginirea în pământ”. Metoda de transformare a fierului în oțel prin rugină în pământ este cunoscută oamenilor din cele mai vechi timpuri. De exemplu, circasienii din Caucaz au îngropat fâșii de fier în pământ și, după ce l-au săpat după 10-15 ani, și-au forjat săbiile din el, care puteau chiar să taie țeava puștii, scutul și oasele inamicului.

Hematit

Hematit sau minereu de fier roșu - principalul minereu al principalului metal al timpului nostru - fierul. Conținutul de fier în acesta ajunge la 70%. Hematitul este cunoscut de mult timp. În Babilon și Egiptul Antic, a fost folosit în bijuterii, pentru fabricarea peceților, împreună cu calcedoniul a servit ca material preferat ca piatră sculptată. Alexandru cel Mare avea un inel încrustat cu hematit, despre care credea că îl făcea invulnerabil în luptă. În antichitate și în Evul Mediu, hematitul era cunoscut ca un medicament care oprește sângele. Pulberea din acest mineral a fost folosită pentru produsele din aur și argint încă din cele mai vechi timpuri.

Numele mineralului provine din limba greacă deta- sânge, care este asociat cu culoarea cireș sau roșu-ceară a pulberii acestui mineral.

O caracteristică importantă a mineralului este capacitatea de a păstra culoarea și de a o transfera altor minerale, în care intră cel puțin un mic amestec de hematit. Culoarea roz a coloanelor de granit ale Catedralei Sf. Isaac este culoarea feldspaților, care la rândul lor sunt vopsiți cu hematit pudrat fin. Modelele pitorești de jasp utilizate în decorarea stațiilor de metrou ale capitalei, cornelienii portocalii și roz din Crimeea, straturile intermediare de sylvin și carnalit roșu-coral din straturile de sare - toate își datorează culoarea hematitei.

Vopseaua roșie a fost făcută de mult timp din hematit. Toate frescele celebre realizate în urmă cu 15-20 de mii de ani - minunatii zimbri din peștera Altamira și mamuții din celebra peșteră Cape - sunt realizate atât cu oxizi bruni, cât și cu hidroxizi de fier.

Magnetit

Magnetită sau minereu de fier magnetic - un mineral care contine 72% fier. Este cel mai bogat minereu de fier. Lucrul remarcabil la acest mineral este magnetismul său natural - proprietatea datorită căreia a fost descoperit.

Potrivit savantului roman Pliniu, magnetita poartă numele ciobanului grec Magnes. Magnes păștea turma lângă dealul de deasupra râului. Hindu în Tesalia. Deodată, un toiag cu vârf de fier și sandale căptușite cu cuie a fost atras de un munte compus din piatră solidă cenușie. Mineralul magnetit, la rândul său, a dat numele magnetului, câmpului magnetic și întregului fenomen misterios al magnetismului, care a fost studiat îndeaproape de pe vremea lui Aristotel până în zilele noastre.

Proprietățile magnetice ale acestui mineral sunt folosite și astăzi, în primul rând pentru căutarea zăcămintelor. Așa s-au descoperit zăcăminte unice de fier în zona Anomaliei Magnetice Kursk (KMA). Mineralul este greu: o mostră de magnetit de mărimea unui măr cântărește 1,5 kg.

În antichitate, magnetitul era înzestrat cu tot felul de proprietăți vindecătoare și capacitatea de a face minuni. A fost folosit pentru a extrage metal din răni, iar Ivan cel Groaznic printre comorile sale, împreună cu alte pietre, și-a păstrat cristalele neremarcabile.

Pirita este un mineral asemănător cu focul.

Pirita - unul dintre acele minerale, văzând pe care vrei să exclami: "Este chiar așa?" Este greu de crezut că cea mai înaltă clasă de tăiere și lustruire care ne lovește în produsele artificiale, în cristale de pirit, este un dar generos al naturii.

Pirita și-a primit numele de la cuvântul grecesc „pyros” - foc, care este asociat cu proprietatea sa de a aprinde scântei atunci când este lovit de obiecte de oțel. Acest mineral frumos lovește cu o culoare aurie, o strălucire strălucitoare pe marginile aproape întotdeauna clare. Datorită proprietăților sale, pirita este cunoscută din cele mai vechi timpuri, iar în timpul epidemilor de goana aurului, pirita scânteie într-o venă de cuarț a transformat mai mult de un cap fierbinte. Chiar și acum, iubitorii de piatră începători confundă adesea pirita cu aur.

Pirita este un mineral omniprezent: se formează din magmă, din vapori și soluții, și chiar din sedimente, de fiecare dată în forme și combinații specifice. Se cunoaște un caz când, de-a lungul mai multor decenii, cadavrul unui miner căzut într-o mină s-a transformat în pirit. Există mult fier în pirit - 46,5%, dar este scump și neprofitabil să îl extragi.