Železo je jedným z najbežnejších chemických prvkov na Zemi. Od staroveku sa ľudia naučili používať ho na uľahčenie práce. S rozvojom techniky sa jej rozsah výrazne rozšíril. Ak sa pred niekoľkými tisíckami rokov železo používalo iba na výrobu jednoduchých nástrojov používaných na obrábanie pôdy, dnes sa tento chemický prvok používa takmer vo všetkých oblastiach high-tech priemyslu.

Ako napísal Plínius starší. „Baníci poskytujú človeku ten najlepší a najškodlivejší nástroj. Lebo týmto nástrojom prerezávame zem, pestujeme úrodné záhrady a strihaním divých viniča hroznom ich nútime každoročne podľahnúť. S týmto nástrojom staviame domy, lámeme kamene a používame železo pre všetky takéto potreby. Ale s rovnakým železom vedieme bitky, bitky a lúpeže a používame ho nielen blízko, ale nosíme okrídlené ďaleko buď zo striel, alebo z mocných rúk, alebo vo forme pernatých šípov. Najkrutejší je podľa mňa trik ľudskej mysle. Lebo aby smrť postihla človeka skôr, urobili ho okrídleným a dali železné perá. Z tohto dôvodu nech sa vina pripisuje človeku, a nie prírode. Veľmi často sa používa na výrobu rôznych zliatin, ktorých zloženie zahŕňa železo v rôznych pomeroch. Najznámejšie z týchto zliatin sú oceľ a liatina.

Elektrina roztaví železo

Vlastnosti ocelí sú rôzne. Existujú ocele určené na dlhodobý pobyt v morskej vode, ocele, ktoré odolávajú vysokým teplotám a agresívnemu pôsobeniu horúcich plynov, ocele, z ktorých sa vyrábajú mäkké viazacie drôty, a ocele na výrobu pružných a tvrdých pružín ...

Takáto rozmanitosť vlastností vyplýva z rozmanitosti zloženia ocele. Takže z ocele obsahujúcej 1% uhlíka a 1,5% chrómu sú vyrobené guľkové ložiská s vysokou pevnosťou; oceľ s obsahom 18 % chrómu a 89 % niklu, dobre známa „nehrdzavejúca oceľ“ a oceľ s obsahom 18 % volfrámu, 4 % chrómu a 1 % vanádu vyrábajú sústružnícke nástroje.

Vďaka tejto rozmanitosti zloženia ocele je veľmi ťažké taviť. V peci s otvorenou nístejou a v konvertore totiž atmosféra oxiduje a prvky ako chróm ľahko oxidujú a menia sa na trosku, t.j. strácajú sa. To znamená, že na získanie ocele s obsahom chrómu 18% sa musí do pece dodať oveľa viac chrómu ako 180 kg na tonu ocele. Chróm je drahý kov. Ako nájsť východisko z tejto situácie?

Východisko sa našlo na začiatku 20. storočia. Na tavenie kovov bolo navrhnuté použiť teplo elektrického oblúka. Kovový šrot sa naložil do kruhovej pece, naliala sa liatina a spustili uhlíkové alebo grafitové elektródy. Medzi nimi a kovom v peci ("kúpeľ") elektrický oblúk s teplotou asi 4000°C. Kov sa ľahko a rýchlo roztavil. A v takejto uzavretej elektrickej peci môžete vytvoriť akúkoľvek atmosféru - oxidačnú, redukčnú alebo úplne neutrálnu. Inými slovami, cenné predmety možno predísť vyhoreniu. Tak vznikla metalurgia vysokokvalitných ocelí.

Neskôr bol navrhnutý ďalší spôsob elektrického tavenia – indukcia. Z fyziky je známe, že ak je kovový vodič umiestnený v cievke, ktorou prechádza vysokofrekvenčný prúd, tak sa v nej indukuje prúd a vodič sa zahrieva. Toto teplo stačí na roztavenie kovu za určitý čas. Indukčná pec pozostáva z téglika so špirálou zapustenou do obloženia. Cez špirálu prechádza vysokofrekvenčný prúd a kov v tégliku sa roztaví. V takejto peci môžete tiež vytvoriť akúkoľvek atmosféru.

V elektrických oblúkových peciach proces tavenia zvyčajne prebieha v niekoľkých fázach. Najprv sa z kovu vypália zbytočné nečistoty, ktoré ich oxidujú (oxidačná perióda). Potom sa z pece odstráni (stiahne) troska obsahujúca oxidy týchto prvkov a naložia sa forrozliatiny - zliatiny železa s prvkami, ktoré je potrebné zaviesť do kovu. Pec sa uzavrie a tavenie pokračuje bez prístupu vzduchu (obdobie regenerácie). Výsledkom je, že oceľ je nasýtená požadovanými prvkami v danom množstve. Hotový kov sa pustí do naberačky a naleje.

Ocele, najmä tie kvalitné, sa ukázali ako veľmi citlivé na obsah nečistôt. Aj malé množstvá kyslíka, dusíka, vodíka, síry, fosforu veľmi zhoršujú ich vlastnosti – pevnosť, húževnatosť, odolnosť proti korózii. Tieto nečistoty tvoria so železom a ďalšími prvkami obsiahnutými v oceli nekovové zlúčeniny, ktoré sa vklinia medzi zrná kovu, zhoršujú jeho rovnomernosť a znižujú kvalitu. Takže so zvýšeným obsahom kyslíka a dusíka v oceliach sa ich pevnosť znižuje, vodík spôsobuje výskyt vločiek - mikrotrhlín v kove, ktoré vedú k neočakávanému zničeniu oceľových častí pri zaťažení, fosfor zvyšuje krehkosť ocele za studena, síra spôsobuje červenú krehkosť - deštrukciu ocele pri zaťažení pri vysokých teplotách.

Hutníci už dlho hľadajú spôsoby, ako tieto nečistoty odstrániť. Po tavení v otvorených peciach, konvertoroch a elektrických peciach sa kov dezoxiduje – pridáva sa doň hliník, ferosilícium (zliatina železa s kremíkom) alebo feromangán. Tieto prvky sa aktívne spájajú s kyslíkom, plávajú do trosky a znižujú obsah kyslíka v oceli. Kyslík však stále zostáva v oceli a pre vysokokvalitné ocele je jeho zostávajúce množstvo príliš veľké. Bolo potrebné nájsť iné, efektívnejšie spôsoby.

V 50. rokoch 20. storočia začali metalurgovia evakuovať oceľ v priemyselnom meradle. Naberačka s tekutým kovom je umiestnená v komore, z ktorej sa odčerpáva vzduch. Kov začne prudko vrieť a uvoľňujú sa z neho plyny. Predstavte si však naberačku s 300 tonami ocele a odhadnite, ako dlho bude trvať, kým sa úplne uvarí, a ako veľmi sa kov počas tejto doby ochladí.

Hneď vám bude jasné, že tento spôsob je vhodný len pre malé množstvá ocele. Preto boli vyvinuté iné, rýchlejšie a efektívnejšie metódy vysávania. Teraz sa používajú vo všetkých rozvinutých krajinách, čo zlepšilo kvalitu ocele. Ale požiadavky na to všetko rástli a rástli.

Začiatkom 60. rokov v Kyjeve v All-Union Institute of Electric Welding. E. O. Patona bola vyvinutá metóda elektrotroskového pretavovania ocele, ktorá sa veľmi skoro začala používať v mnohých krajinách. Táto metóda je veľmi jednoduchá. Do vodou chladenej kovovej nádoby - formy - je umiestnený kovový ingot, ktorý musí byť vyčistený a pokrytý troskou špeciálneho zloženia. Potom sa ingot pripojí k zdroju prúdu. Na konci ingotu vznikne elektrický oblúk a kov sa začne taviť. Tekutá oceľ reaguje s troskou a čistí sa nielen od oxidov, ale aj od nitridov, fosfidov a sulfidov. Vo forme stuhne nový ingot očistený od škodlivých nečistôt. V roku 1963 bola za vývoj a implementáciu metódy elektrotroskového pretavovania ocenená Leninovou cenou skupina pracovníkov All-Union Institute of Electric Welding na čele s B. I. Medovarom a Yu.V. Latašom.

Trochu inou cestou sa vydali hutníci z Ústredného výskumného ústavu hutníctva železa. I. P. Bardina. V spolupráci s hutníckymi robotníkmi vyvinuli ešte jednoduchší spôsob. Trosky špeciálneho zloženia na čistenie kovu sa roztavia a nalejú do panvy a potom sa do tejto tekutej trosky uvoľní kov z pece. Troska sa zmieša s kovom a absorbuje nečistoty. Táto metóda je rýchla, efektívna a nevyžaduje veľké množstvo elektriny. Jej autori S. G. Voinov, A. I. Osipov, A. G. Shalimov a ďalší boli v roku 1966 ocenení aj Leninovou cenou.

Čitateľ však už pravdepodobne má otázku: prečo všetky tieto ťažkosti? Koniec koncov, už sme povedali, že v bežnej elektrickej rúre môžete vytvoriť akúkoľvek atmosféru. To znamená, že môžete jednoducho odčerpať vzduch z pece a roztaviť vo vákuu. Ale neponáhľajte sa na patentový úrad! Táto metóda sa už dlho používa v malých indukčných peciach a koncom 60. a začiatkom 70. rokov sa začala používať v dosť veľkých elektrických oblúkových a indukčných peciach. Teraz sa metódy vákuového oblúka a vákuového indukčného pretavovania v priemyselných krajinách značne rozšírili.

Tu sme opísali iba hlavné metódy čistenia ocele od škodlivých nečistôt. Existujú desiatky ich odrôd. Pomáhajú hutníkom odstrániť povestnú muchu v masti zo suda medu a získať kvalitný kov.

Ako získať železo bez vysokých pecí

Už vyššie bolo povedané, že hutníctvo železa z pohľadu chemika je mierne povedané nelogické zamestnanie. Po prvé, železo je nasýtené uhlíkom a inými prvkami a potom sa vynakladá veľa práce a energie na spálenie týchto prvkov. Nie je jednoduchšie okamžite získať železo z rudy? Koniec koncov, presne to robili starí hutníci, ktorí dostávali zmäkčené horúce hubovité železo v surových vyhniach. Tento uhol pohľadu sa v posledných rokoch už posunul mimo štádium rétorických otázok a je založený na úplne reálnych a dokonca realizovaných projektoch. V minulom storočí sa zaoberalo získavaním železa priamo z rudy, obchádzaním vysokopecného procesu. Potom sa tento proces nazýval priama redukcia. Až donedávna však nenašiel širokú distribúciu. Po prvé, všetky navrhované spôsoby priamej redukcie boli neefektívne a po druhé, výsledný produkt – železná huba – bol nekvalitný a znečistený nečistotami. A predsa nadšenci pokračovali v práci týmto smerom.

Od rozšíreného využívania zemného plynu v priemysle sa situácia radikálne zmenila. Ukázalo sa, že je ideálnym prostriedkom na zhodnocovanie železnej rudy. Hlavná zložka zemného plynu - metán CH 4 - sa rozkladá oxidáciou v prítomnosti katalyzátora v špeciálnych aparatúrach - reformátoroch podľa reakcie 2CH 4 + O 2 → 2CO + 2H 2.

Ukazuje sa, že zmes redukčných plynov - oxidu uhoľnatého a vodíka. Táto zmes vstupuje do reaktora, ktorý je napájaný železnou rudou. Okamžite urobme rezerváciu - formy a konštrukcie reaktorov sú veľmi rozmanité. Niekedy je reaktorom rotačná rúrová cementová pec, niekedy šachtová pec, niekedy uzavretá retorta. To vysvetľuje rôznorodosť názvov metód priamej redukcie: Midrex, Purofer, Ohalata-i-Lamina, SL-RN atď. Počet metód už presiahol dve desiatky. Ale ich podstata je zvyčajne rovnaká. Bohatá železná ruda sa redukuje zmesou oxidu uhoľnatého a vodíka.

Čo však robiť s prijatými produktmi? Zo železnej huby nielen dobrá sekera - dobrý klinec sa nedá ukuť. Bez ohľadu na to, aká bohatá je pôvodná ruda, čisté železo z nej stále nevyjde. Podľa zákonov chemickej termodynamiky ani nebude možné obnoviť všetko železo obsiahnuté v rude; časť z neho zostane v produkte vo forme oxidov. A tu prichádza na pomoc osvedčený priateľ - elektrická pec. Hubovité železo sa ukazuje ako takmer ideálna surovina pre elektrometalurgiu. Obsahuje málo škodlivých nečistôt a dobre sa topí.

Takže opäť proces v dvoch krokoch! Ale toto je iný spôsob. Výhodou schémy priameho znižovania - elektrickej pece je jej nízka cena. Zariadenia na priamu redukciu sú oveľa lacnejšie a spotrebujú menej energie ako vysoké pece. Takáto technológia výroby ocele vo vysokej peci bola zahrnutá do projektu Elektrometalurgického závodu Oskol.

U nás pri Starom Oskole sa stavia veľký hutnícky závod, ktorý bude fungovať presne podľa tejto schémy. Jeho prvá fáza už bola spustená do prevádzky. Všimnite si, že priame pretavenie nie je jediný spôsob použitia železnej huby v metalurgii železa. Môže sa použiť aj ako náhrada kovového šrotu v otvorených nístejových peciach, konvertoroch a elektrických oblúkových peciach.

Spôsob pretavovania železnej huby v elektrických peciach sa rýchlo rozširuje aj v zahraničí, najmä v krajinách s veľkými zásobami ropy a zemného plynu, teda v Latinskej Amerike a na Blízkom východe. Už na základe týchto úvah (dostupnosť zemného plynu) však stále nie je dôvod domnievať sa, že nová metóda niekedy úplne nahradí tradičnú dvojstupňovú metódu - vysokú pec - oceliarsku jednotku.

Budúcnosť železa

Doba železná pokračuje. Približne 90 % všetkých kovov a zliatin používaných ľudstvom sú zliatiny na báze železa. Železa sa vo svete taví asi 50-krát viac ako hliníka, o iných kovoch ani nehovoriac. Plasty? V súčasnosti však najčastejšie hrajú samostatnú úlohu v rôznych dizajnoch a ak sa ich v súlade s tradíciou snažia zaradiť medzi „nenahraditeľné náhrady“, potom častejšie nahrádzajú farebné kovy, nie železné. Len niekoľko percent plastov, ktoré spotrebujeme, nahrádza oceľ.

Zliatiny na báze železa sú univerzálne, technologicky vyspelé, dostupné a lacné vo veľkom. Surovinová základňa tohto kovu tiež nespôsobuje obavy: už preskúmané zásoby železnej rudy by stačili na minimálne dve storočia dopredu. Železo je už dlho základom civilizácie.

Železo je prvkom sekundárnej podskupiny ôsmej skupiny štvrtej periódy periodickej sústavy chemických prvkov D. I. Mendelejeva s atómovým číslom 26. Označuje sa symbolom Fe (lat. Ferrum). Jeden z najbežnejších kovov v zemskej kôre (druhé miesto po hliníku). Stredne aktívny kov, redukčné činidlo.

Hlavné oxidačné stavy - +2, +3

Jednoduchá látka železo je kujný strieborno-biely kov s vysokou chemickou reaktivitou: železo rýchlo koroduje pri vysokých teplotách alebo vysokej vlhkosti vzduchu. V čistom kyslíku železo horí a v jemne rozptýlenom stave sa na vzduchu samovoľne vznieti.

Chemické vlastnosti jednoduchej látky - železa:

Hrdzavie a horí v kyslíku

1) Na vzduchu sa železo v prítomnosti vlhkosti ľahko oxiduje (hrdzavie):

4Fe + 302 + 6H20 -> 4Fe(OH) 3

Zahriaty železný drôt horí v kyslíku a vytvára vodný kameň - oxid železitý (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

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

2) Pri vysokých teplotách (700–900 °C) železo reaguje s vodnou parou:

3Fe + 4H20 - t ° → Fe304 + 4H2

3) Železo pri zahrievaní reaguje s nekovmi:

2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) V sérii napätí je naľavo od vodíka, reaguje so zriedenými kyselinami Hcl a H 2 SO 4, pričom vznikajú soli železa (II) a uvoľňuje sa vodík:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reakcie prebiehajú bez prístupu vzduchu, inak sa Fe +2 postupne premieňa kyslíkom na Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (rozdiel) → FeSO 4 + H 2

V koncentrovaných oxidačných kyselinách sa železo rozpúšťa len zahriatím, okamžite prechádza na katión Fe 3+:

2Fe + 6H2S04 (konc.) – t° → Fe2 (SO4)3 + 3SO2 + 6H20

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

(v chlade koncentrovaná kyselina dusičná a sírová pasivovať

Železný klinec ponorený do modrastého roztoku síranu meďnatého je postupne pokrytý povlakom červenej kovovej medi.

5) Železo vytláča kovy napravo od neho v roztokoch ich solí.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Amfoterita železa sa prejavuje iba v koncentrovaných zásadách počas varu:

Fe + 2NaOH (50 %) + 2H20 \u003d Na2↓ + H2

a vytvorí sa zrazenina tetrahydroxoferátu sodného (II).

Technické železo- zliatiny železa s uhlíkom: liatina obsahuje 2,06-6,67% C, oceľ 0,02-2,06% C, často sú prítomné ďalšie prírodné nečistoty (S, P, Si) a umelo zavádzané špeciálne prísady (Mn, Ni, Cr), ktoré zliatinám železa dodávajú technicky využiteľné vlastnosti - tvrdosť, tepelnú a koróznu odolnosť, kujnosť atď. . .

Proces výroby vysokopecného železa

Vysokopecný proces výroby železa pozostáva z nasledujúcich etáp:

a) príprava (praženie) sulfidových a uhličitanových rúd - konverzia na oxidovú rudu:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (0 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (0 2, 500-600 ° С, -CO 2)

b) spaľovanie koksu horúcim vzduchom:

C (koks) + O 2 (vzduch) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700-1000 °C)

c) redukcia oxidovej rudy oxidom uhoľnatým CO za sebou:

Fe203 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) nauhličovanie železa (do 6,67 % C) a tavenie liatiny:

Fe (t ) →(C(koks)900-1200 °С) Fe (g) (liatina, t pl 1145 °C)

V liatine je cementit Fe 2 C a grafit vždy prítomný vo forme zŕn.

Výroba ocele

Redistribúcia liatiny na oceľ sa uskutočňuje v špeciálnych peciach (konvertorové, otvorené ohnisko, elektrické), ktoré sa líšia spôsobom ohrevu; procesná teplota 1700-2000 °C. Fúkaním kyslíkom obohateného vzduchu sa spaľuje prebytočný uhlík z liatiny, ako aj síra, fosfor a kremík vo forme oxidov. V tomto prípade sú oxidy buď zachytávané vo forme výfukových plynov (CO 2, SO 2), alebo sú viazané do ľahko separovateľnej trosky - zmesi Ca 3 (PO 4) 2 a CaSiO 3. Na získanie špeciálnych ocelí sa do pece zavádzajú legujúce prísady iných kovov.

Potvrdeniečisté železo v priemysle - elektrolýza roztoku solí železa, napr.

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

(existujú aj iné špeciálne metódy vrátane redukcie oxidov železa vodíkom).

Čisté železo sa používa pri výrobe špeciálnych zliatin, pri výrobe jadier elektromagnetov a transformátorov, liatina sa používa pri výrobe odliatkov a ocele, oceľ sa používa ako konštrukčné a nástrojové materiály vrátane opotrebovania, tepla a korózie - odolné materiály.

Oxid železitý F EO . Amfotérny oxid s veľkou prevahou základných vlastností. Čierna, má iónovú štruktúru Fe 2+ O 2-. Pri zahrievaní sa najskôr rozkladá, potom sa znovu formuje. Nevzniká pri spaľovaní železa na vzduchu. Nereaguje s vodou. Rozkladá sa kyselinami, spája sa s alkáliami. Na vlhkom vzduchu pomaly oxiduje. Regenerované vodíkom, koks. Podieľa sa na vysokopecnom procese tavenia železa. Používa sa ako zložka keramiky a minerálnych farieb. Rovnice najdôležitejších reakcií:

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

FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC12 + H20

FeO + 4HN03 (konc.) \u003d Fe (N03)3 + N02 + 2H20

FeO + 4NaOH \u003d 2H20 + Na 4FeO3 (červená.) trioxoferát (II)(400-500 °С)

FeO + H2 \u003d H20 + Fe (vysoká čistota) (350 ° C)

FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (nad 1 000 ° C)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H20 (vlhkosť) + O2 (vzduch) → 4FeO (OH) (t)

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

Potvrdenie v laboratóriách: tepelný rozklad zlúčenín železa (II) bez prístupu vzduchu:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H20 (150-200 °C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)

Oxid železitý (III) - železo ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Dvojitý oxid. Čierna, má iónovú štruktúru Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Tepelne stabilný až do vysokých teplôt. Nereaguje s vodou. Rozkladá sa kyselinami. Redukuje sa vodíkom, rozžeraveným železom. Podieľa sa na vysokopecnom procese výroby železa. Používa sa ako zložka minerálnych farieb ( minimálne železo), keramika, farebný cement. Produkt špeciálnej oxidácie povrchu oceľových výrobkov ( černanie, modranie). Zloženie zodpovedá hnedej hrdzi a tmavým šupinám na železe. Použitie vzorca Fe 3 O 4 sa neodporúča. Rovnice najdôležitejších reakcií:

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

(Fe II Fe 2 III) O4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeCl2 + 2FeCl3 + 4H20

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HN03 (konc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + N02 + 5H20

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

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (vysoká čistota, 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)

Potvrdenie: spaľovanie železa (pozri) vo vzduchu.

magnetit.

Oxid železitý F e203 . Amfotérny oxid s prevahou základných vlastností. Červenohnedý, má iónovú štruktúru (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Tepelne stabilný do vysokých teplôt. Nevzniká pri spaľovaní železa na vzduchu. S vodou nereaguje, z roztoku sa vyzráža hnedý amorfný hydrát Fe 2 O 3 nH 2 O. Pomaly reaguje s kyselinami a zásadami. Redukuje sa oxidom uhoľnatým, roztaveným železom. Zliatiny s oxidmi iných kovov a tvoria dvojité oxidy - spinely(technické výrobky sa nazývajú ferity). Používa sa ako surovina pri tavení železa vo vysokopecnom procese, ako katalyzátor pri výrobe čpavku, ako zložka keramiky, farebných cementov a minerálnych farieb, pri termitovom zváraní oceľových konštrukcií, ako nosič zvuku a obrazu na magnetických páskach, ako leštiaci prostriedok na oceľ a sklo.

Rovnice najdôležitejších reakcií:

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

Fe203 + 6HC1 (razb.) → 2FeC13 + ZH20 (t) (600 °C, p)

Fe203 + 2NaOH (konc.) -> H20+ 2 NaFeO 2 (červená)dioxoferát (III)

Fe203 + MO \u003d (M II Fe2 II I) O4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2 Fe (vysoko čistý, 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)

Potvrdenie v laboratóriu - tepelný rozklad železitých solí na vzduchu:

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 + 36H20 (600-700 ° С)

V prírode - rudy oxidu železa hematit Fe203 a limonit Fe203 nH20

Hydroxid železitý F e(OH)2. Amfotérny hydroxid s prevahou zásaditých vlastností. Biele (niekedy so zelenkastým nádychom), väzby Fe-OH sú prevažne kovalentné. Tepelne nestabilné. Ľahko oxiduje na vzduchu, najmä ak je vlhký (stmavne). Nerozpustný vo vode. Reaguje so zriedenými kyselinami, koncentrovanými zásadami. Typický reštaurátor. Medziprodukt pri hrdzavení železa. Používa sa pri výrobe aktívnej hmoty železo-niklových batérií.

Rovnice najdôležitejších reakcií:

Fe(OH)2 \u003d FeO + H20 (150-200 °C, v atm.N2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeCl2 + 2H20

Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50 %) \u003d Na 2 ↓ (modro-zelený) (vriaci)

4Fe(OH)2 (suspenzia) + O2 (vzduch) → 4FeO(OH)↓ + 2H20 (t)

2Fe (OH) 2 (suspenzia) + H202 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H20

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

Potvrdenie: vyzrážanie z roztoku s alkáliami alebo hydrátom amoniaku v inertnej atmosfére:

Fe2+ ​​+ 2OH (razb.) = Fe(OH)2↓

Fe2+ ​​+ 2 (NH3H20) = Fe(OH)2↓+ 2NH4

Metahydroxid železa F eO(OH). Amfotérny hydroxid s prevahou zásaditých vlastností. Svetlohnedé, Fe-O a Fe-OH väzby sú prevažne kovalentné. Pri zahrievaní sa rozkladá bez topenia. Nerozpustný vo vode. Z roztoku sa vyzráža vo forme hnedého amorfného polyhydrátu Fe 2 O 3 nH 2 O, ktorý sa udržiavaním v zriedenom alkalickom roztoku alebo sušením mení na FeO (OH). Reaguje s kyselinami, pevnými zásadami. Slabé oxidačné a redukčné činidlo. Spekané s Fe(OH)2. Medziprodukt pri hrdzavení železa. Používa sa ako základ pre žlté minerálne farby a emaily, ako absorbér výfukových plynov, ako katalyzátor v organickej syntéze.

Zloženie spoja Fe(OH) 3 nie je známe (nezískané).

Rovnice najdôležitejších reakcií:

Fe203. nH20→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700 °C na vzduchu, -H2O)→Fe203

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC13 + 2H20

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O- koloidný(NaOH (konc.))

FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH)6]biely Na5 a K4, v tomto poradí; v oboch prípadoch sa vyzráža modrý produkt rovnakého zloženia a štruktúry, KFe III. V laboratóriu sa táto zrazenina nazýva Pruská modrá, alebo turnbull modrý:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Chemické názvy počiatočných činidiel a reakčného produktu:

K 3 Fe III - hexakyanoželezitan draselný (III)

K 4 Fe III - hexakyanoželezitan draselný (II)

KFe III - hexakyanoželezitan (II) železo (III) draslík

Okrem toho je tiokyanátový ión NCS dobrým činidlom pre ióny Fe 3+, spája sa s ním železo (III) a objavuje sa jasne červená („krvavá“) farba:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Pomocou tohto činidla (napríklad vo forme soli KNCS) možno vo vode z vodovodu zistiť dokonca aj stopy železa (III), ak prejde železnými rúrami pokrytými zvnútra hrdzou.

Príbeh

Železo ako nástrojový materiál je známe už od staroveku. Najstaršie železné výrobky nájdené pri archeologických vykopávkach pochádzajú zo 4. tisícročia pred Kristom. e. a patria k starovekým sumerským a staroegyptským civilizáciám. Sú vyrobené z meteoritového železa, teda zliatiny železa a niklu (obsah niklu sa pohybuje od 5 do 30 %), šperkov z egyptských hrobiek (asi 3800 pred Kristom) a dýky zo sumerského mesta Ur (asi 3100 pred Kristom) e.). Jeden z názvov železa v gréčtine a latinčine zrejme pochádza z nebeského pôvodu meteorického železa: „sider“ (čo znamená „hviezdne“).

Výrobky zo železa získaného tavením sú známe už z čias osídlenia árijských kmeňov z Európy do Ázie, na ostrovy Stredozemného mora a ďalej (koniec 4. a 3. tisícročia pred Kristom). Najstaršie známe železné nástroje sú oceľové čepele nájdené v murive Cheopsovej pyramídy v Egypte (postavenej okolo roku 2530 pred Kristom). Ako ukázali vykopávky v Núbijskej púšti, už v tých časoch sa Egypťania snažili oddeliť vyťažené zlato od ťažkého magnetitového piesku, pálenej rudy s otrubami a podobných látok obsahujúcich uhlík. V dôsledku toho na povrchu taveniny zlata plávala vrstva cestovitého železa, ktorá sa spracovávala oddelene. Z tohto železa boli kované nástroje, vrátane tých, ktoré sa našli v Cheopsovej pyramíde. Po vnukovi Cheopsa Menkaura (2471 – 2465 pred n. l.) však nastal v Egypte zmätok: šľachta na čele s kňazmi boha Ra zvrhla vládnucu dynastiu a začalo sa preskakovanie uzurpátorov, ktoré sa skončilo nástupom n. faraón ďalšej dynastie Userkar, ktorého kňazi vyhlásili za syna a stelesnenie samotného boha Ra (odvtedy sa to stalo oficiálnym štatútom faraónov). Počas tohto nepokoja kultúrne a technické znalosti Egypťanov upadli a rovnako ako umenie stavať pyramídy degradovalo, technológia výroby železa sa stratila do tej miery, že neskôr ovládnutie Sinajského polostrova pri hľadaní medi rudy, Egypťania tamojším ložiskám železnej rudy nevenovali žiadnu pozornosť, ale železo dostávali od susedných Chetitov a Mitanňanov.

Prvý ovládol výrobu železa Hatt, naznačuje to najstaršia (2. tisícročie pred Kristom) zmienka o železe v textoch Chetitov, ktorí založili svoju ríšu na území Hatt (dnešná Anatólia v Turecku). Takže v texte chetitského kráľa Anitta (asi 1800 pred Kristom) sa píše:

Keď som išiel na ťaženie do mesta Puruskhanda, prišiel sa mi pokloniť muž z mesta Puruskhanda (...?) a na znak pokory mi daroval 1 železný trón a 1 železné žezlo (?). (?)...

(zdroj: Giorgadze G.G.// Bulletin starovekej histórie. 1965. č. 4.)

V dávnych dobách boli chalibovia považovaní za majstrov železných výrobkov. Legenda o Argonautoch (ich ťaženie do Kolchidy sa odohralo asi 50 rokov pred trójskou vojnou) hovorí, že kolchidský kráľ Eet dal Jasonovi železný pluh, aby oral pole Ares, a jeho poddaní, haliberovia, sú popísané :

Neorú zem, nesadia ovocné stromy, nepasú stáda na bohatých lúkach; ťažia rudu a železo z neobrobenej pôdy a vymieňajú za nich potraviny. Deň sa pre nich nezačína bez tvrdej práce, trávia v tme noci a hustom dyme, pracujú celý deň ...

Aristoteles opísal svoj spôsob získavania ocele: „Chálibovia niekoľkokrát premyli riečny piesok svojej krajiny – čím oddelili čierny koncentrát (ťažká frakcia pozostávajúca najmä z magnetitu a hematitu) a roztavili ho v peciach; takto získaný kov mal striebornú farbu a bol nehrdzavejúci.“

Magnetitové piesky, ktoré sa často nachádzajú pozdĺž celého pobrežia Čierneho mora, sa používali ako suroviny na tavenie ocele: tieto magnetitové piesky pozostávajú zo zmesi jemných zŕn magnetitu, titán-magnetitu alebo ilmenitu a úlomkov iných hornín, takže oceľ tavená Khalibmi bola legovaná a mala vynikajúce vlastnosti. Takýto zvláštny spôsob získavania železa nasvedčuje tomu, že Khalibovia šírili železo len ako technologický materiál, no ich metóda nemohla byť metódou pre rozšírenú priemyselnú výrobu železných výrobkov. Ich výroba však slúžila ako impulz pre ďalší rozvoj hutníctva železa.

V najhlbšom staroveku sa železo cenilo viac ako zlato a podľa opisu Strabóna dávali africké kmene za 1 libru železa 10 libier zlata a podľa štúdií historika G. Areshyana cena medi, striebro, zlato a železo u starých Chetitov bolo v pomere 1 : 160 : 1 280 : 6 400. V tých časoch sa železo používalo ako šperkový kov, vyrábali sa z neho tróny a iné klenoty kráľovskej moci: napr. biblická kniha Deuteronómium 3.11 je opísaná „železná posteľ“ refajského kráľa Oga.

V hrobke Tutanchamona (okolo roku 1350 pred Kristom) sa našla železná dýka v zlatom ráme - možno dar od Chetitov na diplomatické účely. Chetiti sa však nesnažili o rozsiahle rozšírenie železa a jeho technológií, čo je zrejmé aj z korešpondencie egyptského faraóna Tutanchamona a jeho svokra Hattusila, kráľa Chetitov, ktorá sa k nám dostala. Faraón žiada poslať viac železa a kráľ Chetitov vyhýbavo odpovedá, že zásoby železa sa minuli a kováči sú zaneprázdnení poľnohospodárskymi prácami, takže nemôže splniť požiadavku kráľovského zaťa a posiela iba jedna dýka z „dobrého železa“ (t. j. ocele). Ako vidíte, Chetiti sa snažili využiť svoje znalosti na dosiahnutie vojenských výhod a nedávali ostatným príležitosť, aby ich dobehli. Zrejme sa preto železné výrobky rozšírili až po trójskej vojne a páde Chetitov, keď sa vďaka obchodnej aktivite Grékov dostala do povedomia mnohých železiarska technika, objavili sa nové ložiská železa a bane. Dobu bronzovú teda vystriedala doba železná.

Podľa Homérových opisov, hoci počas trójskej vojny (približne 1250 pred Kr.) boli zbrane väčšinou vyrobené z medi a bronzu, železo už bolo dobre známe a veľmi žiadané, aj keď skôr ako drahý kov. Napríklad v 23. piesni Iliady Homér hovorí, že Achilles ocenil víťaza súťaže v hode diskom železným plačom. Achájci ťažili toto železo od Trójanov a susedných národov (Ilias 7.473), vrátane Chalibov, ktorí bojovali na strane Trójanov:

„Iní muži z Achájcov kúpili so mnou víno,
Tie na zvonenie medi, za sivú liatinu sa zmenili,
Tie pre volské kože alebo vysokorohé voly,
Tí pre svojich zajatcov. A je pripravená veselá hostina ... “

Železo bolo možno jedným z dôvodov, ktorý podnietil Achájskych Grékov presťahovať sa do Malej Ázie, kde spoznali tajomstvá jeho výroby. A vykopávky v Aténach ukázali, že už okolo roku 1100 pred Kr. e. a neskôr už boli rozšírené železné meče, kopije, sekery a dokonca aj železné klince. Biblická kniha Jozue 17:16 (porov. Sudcovia 14:4) opisuje, že Filištínci (biblickí „PILISTIM“, a to boli pragrécke kmene príbuzné neskorším Helénom, hlavne Pelasgovia) mali veľa železných vozov, tj. , v tomto železo sa už stalo široko používaným vo veľkých množstvách.

Homér v Iliade a Odysei nazýva železo „tvrdým kovom“ a opisuje kalenie nástrojov:

„Rýchly falšovateľ, ktorý vyrobil sekeru alebo sekeru,
Kov do vody, zahriatie tak, aby sa zdvojnásobilo
Mal pevnosť, ponorí ... “

Homer nazýva železo ťažkým, pretože v dávnych dobách bol hlavným spôsobom jeho získavania proces fúkania surového dreva: striedavé vrstvy železnej rudy a dreveného uhlia sa kalcinovali v špeciálnych peciach (kovárne - zo starovekého „Rohu“ - roh, fajka, pôvodne to bola len rúra vykopaná v zemi, zvyčajne vodorovne vo svahu rokliny). V ohnisku sa oxidy železa redukujú na kov pomocou žeravého uhlia, ktoré odoberá kyslík, oxiduje na oxid uhoľnatý a v dôsledku takéhoto kalcinovania rudy uhlím sa získava cestovité výkvetové (hubovité) železo. Kritsu bol očistený od trosky kovaním, vytláčaním nečistôt silnými údermi kladiva. Prvé ohniská mali pomerne nízku teplotu – citeľne nižšiu ako bod tavenia liatiny, takže železo sa ukázalo byť relatívne nízkouhlíkové. Na získanie pevnej ocele bolo potrebné železnú tyč mnohokrát kalcinovať a kovať uhlím, pričom povrchová vrstva kovu bola dodatočne nasýtená uhlíkom a kalená. Takto sa získavalo „dobré železo“ – a hoci si to vyžadovalo veľa práce, takto získané výrobky boli podstatne pevnejšie a tvrdšie ako bronzové.

V budúcnosti sa naučili vyrábať efektívnejšie pece (po rusky - vysoká pec, domnitsa) na výrobu ocele a používali kožušiny na prívod vzduchu do pece. Už Rimania dokázali priviesť teplotu v peci na tavenie ocele (asi 1400 stupňov a čisté železo sa topí pri 1535 stupňoch). V tomto prípade je liatina tvarovaná s teplotou topenia 1100-1200 stupňov, ktorá je v pevnom stave veľmi krehká (nie je vhodná ani na kovanie) a nemá elasticitu ocele. Pôvodne bol považovaný za škodlivý vedľajší produkt. surové železo, v ruštine surové železo, ingoty, odkiaľ v skutočnosti pochádza slovo liatina), ale potom sa ukázalo, že pri pretavení v peci so zvýšeným prúdením vzduchu cez ňu sa liatina zmení na kvalitnú oceľ, uhlík vyhorí. Ukázalo sa, že takýto dvojstupňový proces výroby ocele z liatiny je jednoduchší a výnosnejší ako kvitnutie a tento princíp sa používa bez veľkých zmien po mnoho storočí a dodnes zostáva hlavnou metódou výroby železa. materiálov.

Bibliografia: Karl Bucks. Bohatstvo vnútra zeme. M .: Progress, 1986, s. 244, kapitola "Železo"

pôvod mena

Existuje niekoľko verzií pôvodu slovanského slova „železo“ (bieloruský zhalez, ukrajinský zalizo, starý Slovan. železo, vydutie. železo, Serbohorv. zhezo, poľština. Zelazo, česky železo, slovinský zelezo).

Jedna z etymológií spája Praslav. *ZelEzo s gréckym slovom χαλκός , čo podľa inej verzie znamenalo železo a meď *ZelEzo podobný slovám *zely„korytnačka“ a *oko„rock“, so všeobecným názvom „kameň“. Tretia verzia naznačuje starodávnu výpožičku z neznámeho jazyka.

Germánske jazyky si požičali názov železo (gotika. eisarn, Angličtina železo, nemčina Eisen, netherl. ijzer, dat. jern, švédsky jarn) z keltského.

Pra-keltské slovo *isarno-(> OE iarn, OE Bret hoiarn), pravdepodobne sa vracia k Proto-IE. *h 1 esh 2 r-no- „krvavý“ so sémantickým vývinom „krvavý“ > „červený“ > „železný“. Podľa inej hypotézy sa toto slovo vracia k pra-t.j. *(H)ish 2ro- „silný, svätý, disponujúci nadprirodzenou silou“.

starogrécke slovo σίδηρος , mohli byť prevzaté z rovnakého zdroja ako slovanské, germánske a baltské slová pre striebro.

Názov prírodného uhličitanu železa (sideritu) pochádza z lat. sidereus- hviezdny; skutočne prvé železo, ktoré sa dostalo do rúk ľudí, bolo meteorického pôvodu. Možno táto náhoda nie je náhodná. Najmä starogrécke slovo sideros (σίδηρος) pre železo a latinčinu sidus, čo znamená "hviezda", majú pravdepodobne spoločný pôvod.

izotopy

Prírodné železo pozostáva zo štyroch stabilných izotopov: 54 Fe (početnosť izotopov 5,845 %), 56 Fe (91,754 %), 57 Fe (2,119 %) a 58 Fe (0,282 %). Známych je aj viac ako 20 nestabilných izotopov železa s hmotnostnými číslami od 45 do 72, z ktorých najstabilnejšie sú 60 Fe (polčas rozpadu podľa údajov aktualizovaných v roku 2009 je 2,6 milióna rokov), 55 Fe (2,737 rokov), 59 Fe (44,495 dní) a 52 Fe (8,275 hodín); zostávajúce izotopy majú polčas rozpadu kratší ako 10 minút.

Izotop železa 56Fe patrí medzi najstabilnejšie jadrá: všetky nasledujúce prvky môžu znížiť väzbovú energiu na nukleón rozpadom a všetky predchádzajúce prvky by v princípe mohli znížiť väzbovú energiu na nukleón v dôsledku fúzie. Predpokladá sa, že séria syntéz prvkov v jadrách normálnych hviezd končí železom (pozri Železná hviezda) a všetky nasledujúce prvky môžu vzniknúť iba v dôsledku výbuchov supernov.

Geochémia železa

Hydrotermálny zdroj so železitou vodou. Oxidy železa sfarbujú vodu do hneda

Železo je jedným z najbežnejších prvkov v slnečnej sústave, najmä na terestrických planétach, najmä na Zemi. Významná časť železa terestrických planét sa nachádza v jadrách planét, kde sa jeho obsah odhaduje na približne 90 %. Obsah železa v zemskej kôre je 5% a v plášti asi 12%. Z kovov je železo na druhom mieste za hliníkom, pokiaľ ide o zastúpenie v kôre. Zároveň je asi 86 % všetkého železa v jadre a 14 % v plášti. Obsah železa výrazne stúpa vo vyvrelých horninách základného zloženia, kde je viazaný na pyroxén, amfibol, olivín a biotit. V priemyselných koncentráciách sa železo akumuluje počas takmer všetkých exogénnych a endogénnych procesov prebiehajúcich v zemskej kôre. V morskej vode je železo obsiahnuté vo veľmi malých množstvách 0,002-0,02 mg/l. V riečnej vode je o niečo vyššia - 2 mg / l.

Geochemické vlastnosti železa

Najdôležitejšou geochemickou vlastnosťou železa je prítomnosť niekoľkých oxidačných stavov. Železo v neutrálnej forme - kovové - tvorí jadro zeme, možno sa nachádza v plášti a veľmi zriedkavo sa nachádza v zemskej kôre. Železné železo FeO je hlavnou formou železa v plášti a zemskej kôre. Oxidové železo Fe 2 O 3 je charakteristické pre najvyššie, najviac oxidované časti zemskej kôry, najmä sedimentárne horniny.

Z hľadiska kryštalochemických vlastností je ión Fe 2+ blízky iónom Mg 2+ a Ca 2+, ďalším hlavným prvkom, ktoré tvoria významnú časť všetkých suchozemských hornín. Pre ich kryštalochemickú podobnosť železo v mnohých kremičitanoch nahrádza horčík a čiastočne aj vápnik. Obsah železa v mineráloch rôzneho zloženia zvyčajne stúpa s klesajúcou teplotou.

minerály železa

Je známe veľké množstvo rúd a minerálov obsahujúcich železo. Najväčší praktický význam majú červená železná ruda (hematit, Fe 2 O 3; obsahuje do 70 % Fe), magnetická železná ruda (magnetit, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; obsahuje 72,4 % Fe), hnedá železná ruda alebo limonit (goethit a hydrogoethit, FeOOH a FeOOH nH20, v tomto poradí). Goethit a hydrogoethit sa najčastejšie nachádzajú v zvetraných kôrach, tvoriacich takzvané „železné klobúky“, ktorých hrúbka dosahuje niekoľko stoviek metrov. Môžu byť aj sedimentárneho pôvodu, vypadávajú z koloidných roztokov v jazerách alebo pobrežných oblastiach morí. V tomto prípade vznikajú oolitické, čiže strukoviny, železné rudy. Často sa v nich nachádza vivianit Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O tvoriaci čierne pretiahnuté kryštály a radiálne žiarivé agregáty.

V prírode sú rozšírené aj sulfidy železa - pyrit FeS 2 (síra alebo pyrit železitý) a pyrhotit. Nejde o železnú rudu – pyrit sa používa na výrobu kyseliny sírovej a pyrhotit často obsahuje nikel a kobalt.

Pokiaľ ide o zásoby železnej rudy, Rusko je na prvom mieste na svete. Obsah železa v morskej vode je 1·10 −5 -1·10 −8 %.

Ďalšie bežné minerály železa sú:

• Siderit - FeCO 3 - obsahuje približne 35 % železa. Má žltkastobielu (so sivým alebo hnedým odtieňom v prípade kontaminácie) farbu. Hustota je 3 g / cm³ a ​​tvrdosť je 3,5-4,5 na Mohsovej stupnici.
• Markazit - FeS 2 - obsahuje 46,6% železa. Vyskytuje sa vo forme žltých, ako je mosadz, bipyramídových kosoštvorcových kryštálov s hustotou 4,6-4,9 g / cm³ a ​​tvrdosťou 5-6 na Mohsovej stupnici.
• Lollingit – FeAs 2 – obsahuje 27,2 % železa a vyskytuje sa vo forme strieborno-bielych bipyramídových kosoštvorcových kryštálov. Hustota je 7-7,4 g / cm³, tvrdosť je 5-5,5 na Mohsovej stupnici.
• Mispikel – FeAsS – obsahuje 34,3 % železa. Vyskytuje sa vo forme bielych jednoklonných hranolov s hustotou 5,6-6,2 g / cm³ a ​​tvrdosťou 5,5-6 na Mohsovej stupnici.
• Melanterit - FeSO 4 7H 2 O - je v prírode menej bežný a ide o zelené (alebo sivé v dôsledku nečistôt) jednoklonné kryštály so sklovitým leskom, krehké. Hustota je 1,8-1,9 g / cm³.
• Vivianit - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - sa vyskytuje vo forme modrosivých alebo zelenošedých jednoklonných kryštálov s hustotou 2,95 g / cm³ a ​​tvrdosťou 1,5-2 na Mohsovej stupnici.

Okrem vyššie uvedených minerálov železa existujú napr.

Hlavné vklady

Podľa US Geological Survey (odhad z roku 2011) sú overené svetové zásoby železnej rudy asi 178 miliárd ton. Hlavné ložiská železa sú v Brazílii (1. miesto), Austrálii, USA, Kanade, Švédsku, Venezuele, Libérii, Ukrajine, Francúzsku, Indii. V Rusku sa železo ťaží v Kurskej magnetickej anomálii (KMA), na polostrove Kola, v Karélii a na Sibíri. V poslednom čase nadobúdajú významnú úlohu spodné oceánske ložiská, v ktorých sa železo spolu s mangánom a ďalšími cennými kovmi nachádza v uzlinách.

Potvrdenie

V priemysle sa železo získava zo železnej rudy, najmä z hematitu (Fe 2 O 3) a magnetitu (FeO Fe 2 O 3).

Existujú rôzne spôsoby získavania železa z rúd. Najbežnejší je doménový proces.

Prvým stupňom výroby je redukcia železa uhlíkom vo vysokej peci pri teplote 2000°C. Do vysokej pece sa uhlík vo forme koksu, železná ruda vo forme aglomerátu alebo peliet a tavivo (ako je vápenec) privádza zhora a dostávajú sa do kontaktu s prúdom vstrekovaného horúceho vzduchu zospodu.

V peci sa uhlík vo forme koksu oxiduje na oxid uhoľnatý. Tento oxid vzniká pri spaľovaní pri nedostatku kyslíka:

Oxid uhoľnatý zase získava železo z rudy. Aby táto reakcia prebehla rýchlejšie, zahriaty oxid uhoľnatý prechádza cez oxid železitý:

Oxid vápenatý sa spája s oxidom kremičitým a vytvára trosku - metakremičitan vápenatý:

Troska sa na rozdiel od oxidu kremičitého taví v peci. Troska ľahšia ako železo pláva na povrchu - táto vlastnosť umožňuje oddeliť trosku od kovu. Troska sa potom môže použiť v stavebníctve a poľnohospodárstve. Tavenina železa získaná vo vysokej peci obsahuje pomerne veľa uhlíka (liatina). Okrem takýchto prípadov, keď sa liatina používa priamo, vyžaduje ďalšie spracovanie.

Prebytočný uhlík a iné nečistoty (síra, fosfor) sa z liatiny odstraňujú oxidáciou v otvorených peciach alebo v konvertoroch. Elektrické pece sa používajú aj na tavenie legovaných ocelí.

Okrem vysokopecného procesu je bežný proces priamej výroby železa. V tomto prípade sa vopred rozdrvená ruda zmieša so špeciálnou hlinkou za vzniku peliet. Pelety sa pražia a spracovávajú v šachtovej peci horúcimi produktmi konverzie metánu, ktoré obsahujú vodík. Vodík ľahko redukuje železo:

,

pričom nedochádza ku kontaminácii železa nečistotami ako je síra a fosfor, ktoré sú bežnými nečistotami v uhlí. Železo sa získava v pevnej forme a potom sa taví v elektrických peciach.

Chemicky čisté železo sa získava elektrolýzou roztokov jeho solí.

Fyzikálne vlastnosti

Fenomén polymorfizmu je pre metalurgiu ocele mimoriadne dôležitý. Práve vďaka α-γ prechodom kryštálovej mriežky dochádza k tepelnému spracovaniu ocele. Bez tohto javu by železo ako základ ocele nebolo tak rozšírené.

Železo je stredne žiaruvzdorný kov. V sérii štandardných elektródových potenciálov stojí železo pred vodíkom a ľahko reaguje so zriedenými kyselinami. Železo teda patrí medzi kovy strednej aktivity.

Teplota topenia železa je 1539 °C, teplota varu je 2862 °C.

Chemické vlastnosti

Charakteristické oxidačné stavy

• Kyselina neexistuje vo voľnej forme – získali sa iba jej soli.

Pre železo sú oxidačné stavy železa charakteristické - +2 a +3.

Oxidačný stav +2 zodpovedá čiernemu oxidu FeO a zelenému hydroxidu Fe(OH)2. Sú základné. V soliach je Fe(+2) prítomný ako katión. Fe(+2) je slabé redukčné činidlo.

Oxidačné stavy +3 zodpovedajú červenohnedému oxidu Fe 2 O 3 a hnedému hydroxidu Fe(OH) 3. Majú amfotérny charakter, hoci ich kyslé a zásadité vlastnosti sú slabo vyjadrené. Ióny Fe 3+ sú teda úplne hydrolyzované aj v kyslom prostredí. Fe (OH) 3 sa rozpúšťa (a aj to nie úplne), iba v koncentrovaných alkáliách. Fe 2 O 3 reaguje s alkáliami iba pri tavení, pričom vznikajú ferity (formálne soli kyseliny, ktorá neexistuje vo voľnej forme kyseliny HFeO 2):

Železo (+3) má najčastejšie slabé oxidačné vlastnosti.

Oxidačné stavy +2 a +3 medzi sebou ľahko prechádzajú pri zmene redoxných podmienok.

Okrem toho je tu oxid Fe 3 O 4, formálny oxidačný stav železa v ktorom je +8/3. Tento oxid však možno považovať aj za železitý (II) ferit Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .

Existuje tiež oxidačný stav +6. Zodpovedajúci oxid a hydroxid neexistujú vo voľnej forme, ale získali sa soli - železitany (napríklad K2FeO4). Železo (+6) je v nich vo forme aniónu. Ferráty sú silné oxidačné činidlá.

Vlastnosti jednoduchej látky

Pri skladovaní na vzduchu pri teplotách do 200 °C sa železo postupne pokrýva hustým filmom oxidu, ktorý zabraňuje ďalšej oxidácii kovu. Vo vlhkom vzduchu je železo pokryté voľnou vrstvou hrdze, ktorá nebráni prístupu kyslíka a vlhkosti ku kovu a jeho zničeniu. Hrdza nemá konštantné chemické zloženie, približne jej chemický vzorec možno zapísať ako Fe 2 O 3 xH 2 O.

Zlúčeniny železa (II).

Oxid železitý (II) FeO má zásadité vlastnosti, zodpovedá zásade Fe (OH) 2. Soli železa (II) majú svetlozelenú farbu. Skladovaním, najmä na vlhkom vzduchu, vplyvom oxidácie na železo (III) hnednú. Rovnaký proces sa vyskytuje počas skladovania vodných roztokov solí železa (II):

Zo železnatých solí vo vodných roztokoch je stabilná Mohrova soľ - podvojný síran amónny a železnatý (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

Hexakyanoželezitan draselný (III) K 3 (červená krvná soľ) môže slúžiť ako činidlo pre ióny Fe 2+ v roztoku. Pri interakcii iónov Fe 2+ a 3- sa zráža turnbull blue:

Na kvantitatívne stanovenie železa (II) v roztoku sa používa fenantrolín Phen, ktorý tvorí červený komplex FePhen 3 so železom (II) (maximálna absorpcia svetla - 520 nm) v širokom rozsahu pH (4-9).

Zlúčeniny železa (III).

Zlúčeniny železa (III) v roztokoch sú redukované kovovým železom:

Železo (III) je schopné vytvárať podvojné sírany s jednotlivo nabitými katiónmi kamencového typu, napríklad KFe (SO 4) 2 - draselno-železitý kamenec, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - železo-amónny kamenec atď.

Na kvalitatívnu detekciu zlúčenín trojmocného železa v roztoku sa využíva kvalitatívna reakcia iónov Fe 3+ s tiokyanátovými iónmi SCN −. Pri interakcii iónov Fe 3+ s aniónmi SCN − vzniká zmes jasne červených komplexov tiokyanátu železa 2+ , + , Fe(SCN) 3, -. Zloženie zmesi (a tým aj intenzita jej farby) závisí od rôznych faktorov, preto táto metóda nie je použiteľná na presné kvalitatívne stanovenie železa.

Ďalším vysoko kvalitným činidlom pre Fe 3+ ióny je hexakyanoželezitan draselný (II) K 4 (žltá krvná soľ). Pri interakcii iónov Fe 3+ a 4- sa vyzráža svetlomodrá zrazenina pruskej modrej:

Zlúčeniny železa (VI).

Oxidačné vlastnosti ferratov sa využívajú na dezinfekciu vody.

Zlúčeniny železa VII a VIII

Existujú správy o elektrochemickej príprave zlúčenín železa (VIII). , , , však neexistujú žiadne nezávislé práce potvrdzujúce tieto výsledky.

Aplikácia

Železná ruda

Železo je jedným z najpoužívanejších kovov, tvorí až 95 % svetovej hutníckej produkcie.

• Železo je hlavnou zložkou ocelí a liatiny – najdôležitejších konštrukčných materiálov.
• Železo môže byť súčasťou zliatin na báze iných kovov – napríklad niklu.
• Magnetický oxid železa (magnetit) je dôležitým materiálom pri výrobe zariadení s dlhou pamäťou počítača: pevných diskov, diskiet atď.
• Ultrajemný magnetitový prášok sa používa v mnohých čiernobielych laserových tlačiarňach zmiešaný s polymérnymi granulami ako toner. Využíva čiernu farbu magnetitu a jeho schopnosť priľnúť k zmagnetizovanému prenosovému valcu.
• Jedinečné feromagnetické vlastnosti množstva zliatin na báze železa prispievajú k ich širokému použitiu v elektrotechnike pre magnetické obvody transformátorov a elektromotorov.
• Chlorid železitý (chlorid železitý) sa používa v rádioamatérskej praxi na leptanie dosiek plošných spojov.
• Síran železnatý (síran železa) zmiešaný so síranom meďnatým sa používa na kontrolu škodlivých húb v záhradníctve a stavebníctve.
• Železo sa používa ako anóda v železo-niklových batériách, železo-vzduchových batériách.
• Vodné roztoky chloridov dvojmocného a železitého železa, ako aj jeho sírany sa používajú ako koagulanty pri čistení prírodných a odpadových vôd pri úprave vôd v priemyselných podnikoch.

Biologický význam železa

V živých organizmoch je železo dôležitým stopovým prvkom, ktorý katalyzuje procesy výmeny kyslíka (dýchanie). Telo dospelého človeka obsahuje asi 3,5 gramu železa (asi 0,02%), z toho 78% je hlavnou aktívnou zložkou krvného hemoglobínu, zvyšok je súčasťou enzýmov iných buniek, ktoré katalyzujú procesy dýchania v bunkách. Nedostatok železa sa prejavuje ako ochorenie organizmu (chloróza u rastlín a anémia u zvierat).

Normálne železo vstupuje do enzýmov ako komplex nazývaný hem. Tento komplex je prítomný najmä v hemoglobíne, najdôležitejšom proteíne, ktorý zabezpečuje transport kyslíka krvou do všetkých orgánov ľudí a zvierat. A práve on farbí krv v charakteristickej červenej farbe.

Iné komplexy železa ako hem sa nachádzajú napríklad v enzýme metánmonooxygenáza, ktorá oxiduje metán na metanol, v dôležitom enzýme ribonukleotidreduktáze, ktorý sa podieľa na syntéze DNA.

Anorganické zlúčeniny železa sa nachádzajú v niektorých baktériách a niekedy ich používajú na viazanie atmosférického dusíka.

Železo sa do tela zvierat a ľudí dostáva s potravou (najbohatšie sú naň pečeň, mäso, vajcia, strukoviny, chlieb, obilniny, cvikla). Je zaujímavé, že raz bol do tohto zoznamu chybne zaradený špenát (kvôli preklepu vo výsledkoch analýzy - „navyše“ nula za desatinnou čiarkou sa stratila).

Nadmerná dávka železa (200 mg alebo viac) môže byť toxická. Predávkovanie železom utlmuje antioxidačný systém organizmu, preto sa u zdravých ľudí neodporúča užívať prípravky železa.

Poznámky

1. Chemická encyklopédia: v 5 zväzkoch / Ed.: Knunyants I. L. (hlavný redaktor). - M .: Sovietska encyklopédia, 1990. - T. 2. - S. 140. - 671 s. - 100 000 kópií.
2. Karapetyants M. Kh., Drakin S. I. Všeobecná a anorganická chémia: Učebnica pre vysoké školy. - 4. vyd., vymazané. - M.: Chémia, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, s. 529
3. M. Vasmer. Etymologický slovník ruského jazyka. - Pokrok. - 1986. - T. 2. - S. 42-43.
4. Trubačov O.N. Slovanské etymológie. // Otázky slovanskej jazykovedy, č.2,1957.
5. Borys W. Slownik etymologiczny języka polskiego. - Krakov: Wydawnictwo Literackie. - 2005. - S. 753-754.
6. Walde A. Lateinisches etymologisches Wörterbuch. - Universitätsbuchhandlung Carla Wintera. - 1906. - S. 285.
7. Meye A. Hlavné znaky germánskej skupiny jazykov. - URSS. - 2010. - S. 141.
8. Matasovič R. Etymologický slovník protokeltského jazyka. - Brill. - 2009. - S. 172.
9. Mallory, J. P., Adams, D. Q. Encyklopédia indoeurópskej kultúry. - Fitzroy-Dearborn. - 1997. - S. 314.
10. "Nové meranie polčasu rozpadu 60 Fe". Fyzické kontrolné listy 103 : 72502. DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.072502.
11. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot a A. H. Wapstra (2003). "Hodnotenie NUBASE vlastností jadra a rozpadu". Jadrová fyzika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
12. Yu. M. Shirokov, N. P. Yudin. Jadrová fyzika. Moskva: Nauka, 1972. Kapitola Fyzika jadrového priestoru.
13. R. Ripan, I. Chetyanu. Anorganická chémia // Chémia nekovov = Chimia metalelor. - Moskva: Mir, 1972. - T. 2. - S. 482-483. - 871 s.
14. Zlato a drahé kovy
15. Náuka o kovoch a tepelné spracovanie ocele. Ref. vyd. V 3 zväzkoch / Ed. M. L. Bershtein, A. G. Rakhshtadt. - 4. vydanie, prepracované. a dodatočné T. 2. Základy tepelného spracovania. V 2 knihách. Kniha. 1. M.: Metallurgiya, 1995. 336 s.
16. T. Takahashi & W.A. Bassett, "Vysokotlakový polymorf železa," Veda, zv. 145 #3631, 31. júl 1964, str. 483-486.
17. Schilt A. Analytická aplikácia 1,10-fenantrolínu a príbuzných zlúčenín. Oxford, Pergamon Press, 1969.
18. Lurie Yu. Yu. Príručka analytickej chémie. M., Chemistry, 1989. S. 297.
19. Lurie Yu. Yu. Príručka analytickej chémie. M., Chemistry, 1989, S. 315.
20. Brower G. (ed.) Sprievodca anorganickou syntézou. v. 5. M., Mir, 1985. S. 1757-1757.
21. Remy G. Kurz anorganickej chémie. zväzok 2. M., Mir, 1966. S. 309.
22. Kiselev Yu. M., Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Oktálové železo // Dokl. Akadémie vied ZSSR. 1987. T.292. str.628-631
23. Perfil'ev Yu.D., Kopelev N.S., Kiselev Yu. Akadémie vied ZSSR. 1987. T.296. C.1406-1409
24. Kopelev N.S., Kiselev Yu.M., Perfiliev Yu.D. Mossbauerova spektroskopia oxokomplexov železa vo vyšších oxidačných stavoch // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1992. V.157. R.401-411.
25. "Normy fyziologických potrieb energie a živín pre rôzne skupiny obyvateľstva Ruskej federácie" MR 2.3.1.2432-08

Zdroje (do sekcie História)

• G. G. Giorgadze.„Text Anitta“ a niektoré otázky ranej histórie Chetitov
• R. M. Abramishvili. K problematike vývoja železa na území východnej Gruzínska, VGMG, XXII-B, 1961.
• Khakhutayshvili D.A. K histórii starovekej kolchskej metalurgie železa. Otázky starovekej histórie (zborník Kaukazsko-Blízkový východ, číslo 4). Tbilisi, 1973.
• Herodotos."História", 1:28.
• Homer. Ilias, Odysea.
• Virgil."Aeneid", 3:105.
• Aristoteles."O neuveriteľných povestiach", II, 48. VDI, 1947, č. 2, s. 327.
• Lomonosov M.V. Prvé základy hutníctva.

pozri tiež

• Kategória: Zlúčeniny železa

Odkazy

• Choroby spôsobené nedostatkom a nadbytkom železa v ľudskom tele

Periodický systém chemických prvkov D. I. Mendelejeva
																						Fe

Železo vo svojej čistej forme je šedý ťažný kov, ktorý sa ľahko opracúva. A predsa je pre človeka prvok Fe praktickejší v kombinácii s uhlíkom a inými nečistotami, ktoré umožňujú tvorbu kovových zliatin – ocelí a liatiny. 95% - toľko všetkých kovových výrobkov vyrobených na planéte obsahuje železo ako hlavný prvok.

Železo: história

Prvé železné výrobky vyrobené človekom datujú vedci do 4. tisícročia pred Kristom. e., a štúdie ukázali, že na ich výrobu bolo použité meteorické železo, ktoré sa vyznačuje obsahom niklu 5-30%. Je zaujímavé, že kým ľudstvo nezvládlo ťažbu Fe jeho tavením, železo bolo cenené viac ako zlato. Vysvetľovalo to skutočnosť, že pevnejšia a spoľahlivejšia oceľ bola oveľa vhodnejšia na výrobu nástrojov a zbraní ako meď a bronz.

Už starí Rimania sa naučili vyrábať prvú liatinu: ich pece dokázali zvýšiť teplotu rudy na 1400 ° C, pričom na liatinu stačilo 1100-1200 ° C. Následne dostali aj čistú oceľ, bod tavenia čo, ako viete, je 1535 stupňov Celzia.

Chemické vlastnosti Fe

S čím interaguje železo? Železo interaguje s kyslíkom, čo je sprevádzané tvorbou oxidov; s vodou v prítomnosti kyslíka; s kyselinami sírovou a chlorovodíkovou:

• 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4
• 4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3
• Fe + H2S04 \u003d FeSO4 + H2
• Fe + 2HCl \u003d FeCl2 + H2

Tiež železo reaguje na alkálie iba vtedy, ak sú to taveniny silných oxidačných činidiel. Železo pri bežnej teplote nereaguje s oxidačnými činidlami, ale vždy začne reagovať, keď sa zvýši.

Použitie železa v stavebníctve

Využitie železa v stavebníctve dnes nemožno preceňovať, pretože kovové konštrukcie sú základom absolútne každej modernej konštrukcie. V tejto oblasti sa Fe používa v zložení konvenčných ocelí, liatiny a kujného železa. Tento prvok je všade, od kritických štruktúr až po kotviace skrutky a klince.

Výstavba stavebných konštrukcií z ocele je oveľa lacnejšia, navyše tu môžeme hovoriť o vyšších sadzbách výstavby. To výrazne zvyšuje využitie železa v stavebníctve, pričom samotný priemysel ovláda používanie nových, efektívnejších a spoľahlivejších zliatin na báze Fe.

Použitie železa v priemysle

Použitie železa a jeho zliatin - liatiny a ocele - je základom moderných strojov, obrábacích strojov, lietadiel, nástrojov a výroby iných zariadení. Vďaka kyanidom a oxidom Fe funguje priemysel farieb a lakov, sírany železa sa používajú pri úprave vody. Ťažký priemysel je úplne nemysliteľný bez použitia zliatin na báze Fe + C. Jedným slovom, železo je nenahraditeľný, ale zároveň prístupný a relatívne lacný kov, ktorý má v zložení zliatin takmer neobmedzený rozsah.

Použitie železa v medicíne

Je známe, že každý dospelý človek obsahuje až 4 gramy železa. Tento prvok je mimoriadne dôležitý pre fungovanie tela, najmä pre zdravie obehového systému (hemoglobín v červených krvinkách). Existuje veľa liekov na báze železa, ktoré vám umožňujú zvýšiť obsah Fe, aby ste sa vyhli rozvoju anémie z nedostatku železa.

železo- kov, ktorého využitie v priemysle a každodennom živote nemá prakticky žiadne hranice. Podiel železa na svetovej produkcii kovov je asi 95 %. Jeho použitie, ako každého iného materiálu, je spôsobené určitými vlastnosťami.

Železo zohralo obrovskú úlohu vo vývoji ľudskej civilizácie. Primitívny človek začal používať železné nástroje niekoľko tisícročí pred naším letopočtom. Potom boli jediným zdrojom tohto kovu meteority, ktoré dopadli na Zem a obsahovali pomerne čisté železo. To vyvolalo medzi mnohými národmi legendy o nebeskom pôvode železa.

V polovici II tisícročia pred naším letopočtom. V Egypte bola zvládnutá ťažba železa zo železných rúd. Predpokladá sa, že to znamenalo začiatok doby železnej v dejinách ľudstva, ktorá nahradila dobu kamennú a bronzovú. Avšak už pred 3-4 000 rokmi obyvatelia severnej oblasti Čierneho mora - Cimmerians - tavil železo z bažinovej rudy.

Železo dodnes nestratilo svoj význam. Je to najdôležitejší kov modernej techniky. Pre svoju nízku pevnosť sa železo prakticky nepoužíva v čistej forme. V každodennom živote sa však výrobky z ocele alebo liatiny často nazývajú "železo". Veď dôležité konštrukčné materiály – ocele a liatiny – sú zliatiny železa s uhlíkom. Vyrábajú širokú škálu predmetov.

Osemhranný podstavec pamätníka kniežaťa Vladimíra je postavený z tehly a obložený liatinou.

Prototypom gigantickej stavby Atómia v Bruseli bol model kryštálovej mriežky železa. Po rekonštrukcii je Atómium opäť prístupné verejnosti. Pôvodný kryt každej gule s plochou 240 m 2 bol vyrobený zo 720 trojuholníkových hliníkových platní. Teraz ich nahradilo 48 platní z nehrdzavejúcej ocele.

Okrem toho môže byť železo súčasťou zliatin na báze iných kovov, napríklad niklu. Magnetické zliatiny tiež obsahujú železo.

Vznikajú materiály na báze železa, ktoré znesú vysoké a nízke teploty, vákuum a vysoký tlak. Úspešne odolávajú agresívnemu prostrediu, striedavému napätiu, rádioaktívnemu žiareniu atď.

Výroba železa a jeho zliatin neustále rastie. Tieto materiály sú univerzálne, technologicky vyspelé, dostupné a vo veľkom – lacné. Surovinová základňa železa je pomerne veľká. Už preskúmané zásoby železnej rudy vydržia minimálne dve storočia. Preto železo zostane dlho „základom“ civilizácie.

Železo sa už dlho používa ako umelecký materiál v Egypte, Mezopotámii a Indii. Od stredoveku sa zachovali početné vysoko umelecké predmety zo zliatin železa. Moderní umelci tiež široko používajú zliatiny železa. materiál zo stránky

Medzi množstvom umeleckých produktov nemožno vynechať z dohľadu „Mertsalovovu palmu“ – umelecké dielo ukrajinských majstrov. Ukoval ho Aleksey Mertsalov v Yuzovskom metalurgickom závode v roku 1886. Bola uznaná ako hodná Grand Prix celoruskej priemyselnej a umeleckej výstavy v Nižnom Novgorode. V roku 1900 získala Mertsalovova palma ako súčasť expozície Juzovského závodu najvyššie ocenenie na svetovej výstave v Paríži.

A v XXI storočí. je ťažké nájsť priemysel, kde sa nepoužíva železo. Jeho význam sa nezmenšil prechodom mnohých funkcií kovov na syntetické materiály vytvorené chemickým priemyslom.

Ciele lekcie:

• vytvoriť si predstavu o fyzikálnych a chemických vlastnostiach železa v závislosti od stupňa oxidácie, ktorú vykazuje, a od povahy oxidačného činidla;
• rozvíjať teoretické myslenie žiakov a ich schopnosť predpovedať vlastnosti hmoty na základe poznania jej štruktúry;
• rozvíjať koncepčné myslenie takých operácií, ako je analýza, porovnávanie, zovšeobecňovanie, systematizácia;
• rozvíjať také vlastnosti myslenia, ako je objektivita, stručnosť a jasnosť, sebakontrola a aktivita.

Ciele lekcie:

• aktualizovať vedomosti študentov na tému: "Štruktúra atómu";
• organizovať kolektívnu prácu žiakov od stanovenia učebnej úlohy až po konečný výsledok (vypracovať referenčný diagram hodiny);
• zhrnúť materiál na tému: „Kovy“ a zvážiť vlastnosti železa a jeho použitie;
• organizovať nezávislé výskumné práce vo dvojiciach na štúdium chemických vlastností železa;
• organizovať vzájomnú kontrolu žiakov v triede.

Typ lekcie: učenie sa nového materiálu.

Činidlá a vybavenie:

• žehlička (prášok, tanier, spinka),
• síra,
• kyselina chlorovodíková,
• síran meďnatý,
• železná kryštálová mriežka,
• herné plagáty,
• magnet,
• výber ilustrácií na danú tému,
• skúmavky,
• duchovná lampa,
• zápasy,
• lyžica na spaľovanie horľavých látok,
• geografické mapy.

Štruktúra lekcie

1. Úvodná časť.
2. Učenie sa nového materiálu.
3. Správa o domácej úlohe.
4. Konsolidácia študovaného materiálu.

Počas vyučovania

1. Úvod

Organizácia času.

Kontrola študentov.

Téma lekcie. Napíšte tému na tabuľu a do žiackych zošitov.

2. Učenie sa nového materiálu

Čo si myslíte, čo bude témou našej dnešnej hodiny?

1. Vzhľad železa v ľudskej civilizácii znamenal začiatok doby železnej.

Kde brali starovekí ľudia železo v čase, keď ho ešte nevedeli extrahovať z rudy? Železo, preložené zo sumerského jazyka, je kov „spadnutý z neba, nebeský“. Prvé železo, s ktorým sa ľudstvo stretlo, bolo železo z meteoritov. Prvýkrát dokázal, že „železné kamene padajú z neba“, v roku 1775 ruský vedec P.S. Palác, ktorý priviezol do Petrohradu blok natívneho železného meteoritu s hmotnosťou 600 kg. Najväčší železný meteorit je meteorit „Goba“, ktorý sa našiel v juhozápadnej Afrike v roku 1920 a váži asi 60 ton.Pripomeňme si hrobku Tutanchamona: zlato, zlato. Veľkolepá práca poteší, lesk zaslepuje oči. Ale tu je to, čo K. Kerram píše v knihe „Bohovia, hrobky, učenci“ o malom železnom amulete Tutanchamona: najväčšia hodnota z hľadiska histórie kultúry“. V hrobke faraóna sa našlo len niekoľko železných predmetov, medzi nimi železný amulet boha Hora, malá dýka so železnou čepeľou a zlatou rukoväťou, malá železná lavica „Urs“.

Vedci naznačujú, že to boli krajiny Malej Ázie, kde žili kmene Chetitov, ktoré boli miestom, kde sa objavila železná metalurgia. Železo sa do Európy dostalo z Malej Ázie už v 1. tisícročí pred Kristom; Tak sa v Európe začala doba železná.

Slávna damašková oceľ (alebo damašková oceľ) bola vyrobená na východe už v časoch Aristotela (4. storočie pred Kristom). Ale technológia jeho výroby bola po mnoho storočí utajená.

Sníval som o inom smútku
O sivej damaškovej oceli.
Videl som tú oceľ
Ako jeden z mladých otrokov
Vybral, nakŕmil ho,
Tak sa naverbovalo mäso jeho sily.
Čaká sa na dátum splatnosti
A potom horúca čepeľ
Ponorený do svalnatého mäsa
Vytiahli hotovú čepeľ.
Silnejší ako oceľ, nevidel som východ,
Silnejší ako oceľ a trpkejší ako smútok.

Keďže damašková oceľ je oceľ s veľmi vysokou tvrdosťou a elasticitou, výrobky z nej majú schopnosť neotupovať sa pri ostrom ostrení. Tajomstvo damaškovej ocele odhalil ruský metalurg P.P. Anosov. Horúcu oceľ veľmi pomaly ochladzoval v špeciálnom roztoku technického oleja zahriateho na určitú teplotu; počas procesu chladenia bola oceľ kovaná.

(Ukážka výkresov.)

Železo - strieborno šedý kov	Železo - strieborno šedý kov
Tieto nechty sú vyrobené zo železa	Oceľ sa používa v automobilovom priemysle
Oceľ sa používa na výrobu lekárskych nástrojov	Oceľ sa používa na výrobu lokomotív
	Všetky kovy sú náchylné na koróziu
Všetky kovy sú náchylné na koróziu

2. Postavenie železa v PSCHEM.

Zisťujeme polohu železa v PSCM, náboj jadra a rozloženie elektrónov v atóme.

3. Fyzikálne vlastnosti železa.

Aké fyzikálne vlastnosti železa poznáte?

Železo je striebristo-biely kov s teplotou topenia 1539 o C. Je veľmi ťažné, preto sa ľahko spracováva, kuje, valcuje, razí. Železo má schopnosť magnetizovať a demagnetizovať, preto sa používa ako jadrá elektromagnetov v rôznych elektrických strojoch a prístrojoch. Väčšiu pevnosť a tvrdosť mu možno dodať metódami tepelného a mechanického pôsobenia, napríklad kalením a valcovaním.

Existuje chemicky čisté a technicky čisté železo. Technicky čisté železo je v skutočnosti nízkouhlíková oceľ, obsahuje 0,02 - 0,04 % uhlíka a ešte menej kyslíka, síry, dusíka a fosforu. Chemicky čisté železo obsahuje menej ako 0,01 % nečistôt. chemicky čisté železo striebristo sivý, lesklý, vzhľadom veľmi podobný platinovému kovu. Chemicky čisté železo je odolné voči korózii (pamätáte, čo je korózia? Ukážka korozívneho klinca) a dobre odoláva kyselinám. O tieto vzácne vlastnosti ho však zbavujú nepatrné frakcie nečistôt.

4. Chemické vlastnosti železa.

Na základe poznatkov o chemických vlastnostiach kovov, aké budú podľa vás chemické vlastnosti železa?

Ukážka skúseností.

• Interakcia železa so sírou.

Praktická práca.

• Interakcia železa s kyselinou chlorovodíkovou.
• Interakcia železa so síranom meďnatým.

5. Použitie železa.

Konverzácia na:

- Ako myslíš, aké je rozloženie železa v prírode?

Železo je jedným z najbežnejších prvkov v prírode. V zemskej kôre je jeho hmotnostný zlomok 5,1%, podľa tohto ukazovateľa je na druhom mieste za kyslíkom, kremíkom a hliníkom. Veľa železa sa nachádza aj v nebeských telesách, čo vyplýva z údajov spektrálnej analýzy. Vo vzorkách lunárnej pôdy, ktoré dodala automatická stanica „Luna“, sa železo našlo v nezoxidovanom stave.

Železné rudy sú na Zemi pomerne rozšírené. Názvy pohorí na Urale hovoria samé za seba: Vysoké, Magnetické, Železné. Poľnohospodárski chemici nachádzajú zlúčeniny železa v pôde.

V akej forme sa železo vyskytuje v prírode?

Železo sa nachádza vo väčšine hornín. Na získanie železa sa používajú železné rudy s obsahom železa 30-70% alebo viac. Hlavné železné rudy sú: magnetit - Fe 3 O 4 obsahuje 72 % železa, ložiská sa nachádzajú na južnom Urale, kurská magnetická anomália; hematit - Fe 2 O 3 obsahuje až 65% železa, takéto ložiská sa nachádzajú v oblasti Krivoj Rog; limonit - Fe 2 O 3 * nH 2 O obsahuje až 60 % železa, ložiská sa nachádzajú na Kryme; pyrit - FeS 2 obsahuje približne 47% železa, ložiská sa nachádzajú na Urale. (Práca s vrstevnicovými mapami).

Aká je úloha železa v živote človeka a rastlín?

Biochemici objavili dôležitú úlohu železa v živote rastlín, zvierat a ľudí. Železo je súčasťou mimoriadne komplexnej organickej zlúčeniny nazývanej hemoglobín a určuje červenú farbu tejto látky, ktorá zase určuje farbu krvi ľudí a zvierat. Telo dospelého človeka obsahuje 3 g čistého železa, z toho 75% je súčasťou hemoglobínu. Hlavnou úlohou hemoglobínu je prenos kyslíka z pľúc do tkanív a v opačnom smere - CO2.

Rastliny tiež potrebujú železo. Je súčasťou cytoplazmy, podieľa sa na procese fotosyntézy. Rastliny pestované na substráte bez obsahu železa majú biele listy. Malý prídavok železa do substrátu - a zozelenajú. Okrem toho sa oplatí natrieť biely list roztokom soli s obsahom železa a rozmazané miesto sa čoskoro zmení na zelené.

Takže z rovnakého dôvodu - prítomnosť železa v šťavách a tkanivách - sa listy rastlín veselo zelenajú a líca človeka sa jasne začervenajú.

Približne 90 % kovov používaných ľudstvom sú zliatiny na báze železa. Vo svete sa taví veľa železa, asi 50-krát viac ako hliníka, nehovoriac o iných kovoch. Zliatiny na báze železa sú univerzálne, technologicky vyspelé, cenovo dostupné a lacné. Železo je už dlho základom civilizácie.

3. Poste domáce veci

14, napr. č. 6, 8, 9 (podľa pracovného zošita k učebnici O.S Gabrielyana „Chémia 9“, 2003).

4. Konsolidácia študovaného materiálu

1. Pomocou referenčného diagramu napísaného na tabuli vyvodte záver: čo je železo a aké sú jeho vlastnosti?
2. Grafický diktát (vopred si pripravte letáky s nakreslenou rovnou čiarou, rozdelené na 8 segmentov a očíslované podľa otázok v diktáte. Označte na segmente znakom „^“ číslo pozície, ktorá sa považuje za správnu).

Možnosť 1.

1. Železo je aktívny alkalický kov.
2. Železo sa ľahko kuje.
3. Železo je súčasťou zliatiny bronzu.
4. Vonkajšia energetická hladina atómu železa má 2 elektróny.
5. Železo interaguje so zriedenými kyselinami.
6. S halogénmi tvorí halogenidy s oxidačným stavom +2.
7. Železo neinteraguje s kyslíkom.
8. Železo možno získať elektrolýzou taveniny jeho soli.

1	2	3	4	5	6	7	8

Možnosť 2.

1. Železo je strieborno-biely kov.
2. Železo nemá schopnosť magnetizovať.
3. Atómy železa majú oxidačné vlastnosti.
4. Vonkajšia energetická hladina atómu železa má 1 elektrón.
5. Železo vytláča meď z roztokov jeho solí.
6. S halogénmi tvorí zlúčeniny s oxidačným stavom +3.
7. S roztokom kyseliny sírovej tvorí síran železitý (III).
8. Železo nekoroduje.

1	2	3	4	5	6	7	8

Po dokončení zadania žiaci svoju prácu zmenia a skontrolujú (odpovede na prácu sú vyvesené na tabuli, alebo premietané cez projektor).

Označiť kritériá:

• "5" - 0 chýb,
• "4" - 1-2 chyby,
• "3" - 3-4 chyby,
• "2" - 5 alebo viac chýb.

Použité knihy

1. Gabrielyan O.S. ročník z chémie 9. – M.: Drop, 2001.
2. Gabrielyan O.S. Kniha pre učiteľa. – M.: Drop, 2002.
3. Gabrielyan O.S. ročník z chémie 9. Pracovný zošit. – M.: Drop, 2003.
4. Vzdelávací priemysel. Zhrnutie článkov. Číslo 3. - M .: MGIU, 2002.
5. Malyshkina V. Zábavná chémia. - Petrohrad, "Trigon", 2001.
6. Programovo-metodické materiály. Chémia 8-11 ročníkov. – M.: Drop, 2001.
7. Stepin B.D., Alikberová L.Yu. Kniha o chémii na domáce čítanie. – M.: Chémia, 1995.
8. Idem na hodinu chémie. Kniha pre učiteľa. – M.: „Prvý september“, 2000.

Aplikácie

Vieš to?

železo je jedným z najdôležitejších prvkov života. Krv obsahuje železo a práve železo určuje farbu krvi, ako aj jej hlavnú vlastnosť – schopnosť viazať a uvoľňovať kyslík. Túto schopnosť má komplexná zlúčenina - hem - neoddeliteľná súčasť molekuly hemoglobínu. Okrem hemoglobínu je železo v našom tele aj v myoglobíne, bielkovine, ktorá uchováva kyslík vo svaloch. Existujú aj enzýmy obsahujúce železo.

Neďaleko mesta Dillí v Indii stojí železný stĺp bez najmenšej škvrnky hrdze, hoci jeho vek je takmer 2800 rokov. Ide o známy Kutubov stĺp, vysoký asi sedem metrov a vážiaci 6,5 tony. Nápis na stĺpe hovorí, že bol postavený v 9. storočí. pred Kr e. Hrdzanie železa - tvorba metahydroxidu železa - je spojená s jeho interakciou s vlhkosťou a vzdušným kyslíkom.

Táto reakcia však v neprítomnosti rôznych nečistôt v železe a predovšetkým uhlíka, kremíka a síry neprebieha. Stĺpec bol vyrobený z veľmi čistého kovu: železo v stĺpci bolo 99,72 %. To vysvetľuje jeho trvanlivosť a odolnosť proti korózii.

V roku 1934 sa v časopise „Banícky časopis“ objavil článok „Zlepšenie železa a ocele... hrdzavením v zemi“. Metóda premeny železa na oceľ hrdzavením v zemi je ľuďom známa už od staroveku. Napríklad Čerkesi na Kaukaze zakopali pásové železo do zeme a po jeho vykopaní po 10-15 rokoch z neho vykovali svoje šable, ktoré dokázali prerezať aj hlaveň, štít a kosti nepriateľa.

Hematit

Hematit, čiže červená železná ruda - hlavná ruda hlavného kovu našej doby - železa. Obsah železa v ňom dosahuje 70%. Hematit je známy už dlho. V Babylone a starovekom Egypte sa používal v šperkoch, na výrobu pečatí, spolu s chalcedónom slúžil ako obľúbený materiál ako vyrezávaný kameň. Alexander Veľký mal prsteň vykladaný hematitom, o ktorom veril, že ho robí nezraniteľným v boji. V staroveku a stredoveku bol hematit známy ako liek na zastavenie krvi. Prášok z tohto minerálu sa používa na zlaté a strieborné výrobky už od staroveku.

Názov minerálu pochádza z gréčtiny deta- krv, ktorá je spojená s čerešňovo alebo voskovočervenou farbou prášku tohto minerálu.

Dôležitou vlastnosťou minerálu je schopnosť zachovať farbu a preniesť ju na iné minerály, do ktorých sa dostane aj malá prímes hematitu. Ružová farba žulových stĺpov Dómu svätého Izáka je farbou živcov, ktoré sú zasa maľované jemne práškovým hematitom. Malebné vzory jaspisu používané pri výzdobe staníc metra hlavného mesta, oranžové a ružové kornely na Kryme, koralovo-červené medzivrstvy sylvínu a karnalitu v soľných vrstvách - za svoju farbu vďačia hematitu.

Červená farba sa dlho vyrábala z hematitu. Všetky slávne fresky vyrobené pred 15-20 tisíc rokmi - nádherné bizóny z jaskyne Altamira a mamuty zo slávnej jaskyne Cape - sú vyrobené z hnedých oxidov a hydroxidov železa.

Magnetit

Magnetit alebo magnetická železná ruda - minerál obsahujúci 72% železa. Je to najbohatšia železná ruda. Pozoruhodnou vecou tohto minerálu je jeho prirodzený magnetizmus - vlastnosť, vďaka ktorej bol objavený.

Podľa rímskeho vedca Plínia je magnetit pomenovaný po gréckom pastierovi Magnesovi. Magnes pásol stádo neďaleko kopca nad riekou. Hindu v Tesálii. Zrazu palicu so železnou špičkou a sandálmi lemovanými klincami k sebe prilákala hora zložená z pevného sivého kameňa. Minerál magnetit dal zas meno magnetu, magnetickému poľu a celému záhadnému fenoménu magnetizmu, ktorý je od čias Aristotela až dodnes podrobne skúmaný.

Magnetické vlastnosti tohto minerálu sa využívajú dodnes, predovšetkým na vyhľadávanie ložísk. Takto boli objavené unikátne ložiská železa v oblasti Kurskej magnetickej anomálie (KMA). Minerál je ťažký: vzorka magnetitu vo veľkosti jablka váži 1,5 kg.

V dávnych dobách bol magnetit obdarený najrôznejšími liečivými vlastnosťami a schopnosťou robiť zázraky. Používal sa na extrakciu kovu z rán a Ivan Hrozný medzi svojimi pokladmi spolu s ďalšími kameňmi uchovával svoje pozoruhodné kryštály.

Pyrit je minerál podobný ohňu.

Pyrit - jeden z tých minerálov, pri pohľade ktorých chcete zvolať: "Je to naozaj tak?" Je ťažké uveriť, že najvyššia trieda rezania a leštenia, ktorá nás napadá v umelých produktoch, v pyritových kryštáloch, je veľkorysým darom prírody.

Pyrit dostal svoje meno z gréckeho slova "pyros" - oheň, ktorý sa spája s jeho vlastnosťou iskriť pri zasiahnutí oceľovými predmetmi. Tento krásny minerál pôsobí zlatou farbou a jasným leskom na takmer vždy čistých okrajoch. Vďaka svojim vlastnostiam je pyrit známy už od staroveku a počas epidémií zlatej horúčky pyrit trblieta v kremennej žile nejednu horúcu hlavu. Aj teraz si začínajúci milovníci kameňov často mýlia pyrit so zlatom.

Pyrit je všadeprítomný minerál: vzniká z magmy, z pár a roztokov a dokonca aj zo sedimentov, zakaždým v špecifických formách a kombináciách. Je známy prípad, keď sa telo baníka, ktorý spadol do bane, počas niekoľkých desaťročí zmenilo na pyrit. V pyrite je veľa železa - 46,5%, ale extrahovať ho je drahé a nerentabilné.