Hemijska svojstva jedinjenja željeza 2 i 3. III

Čisto gvožđe se dobija raznim metodama. Od najveće važnosti su metoda termičke razgradnje pentakarbonila gvožđa (videti § 193) i elektroliza vodenih rastvora njegovih soli.

U vlažnom zraku željezo brzo rđa, odnosno prekriva se smeđim premazom od hidratiziranog željeznog oksida, koji zbog svoje lomljivosti ne štiti željezo od daljnje oksidacije. U vodi, željezo intenzivno korodira; uz obilan pristup kiseonika, nastaju hidratisani oblici gvožđe(III) oksida:

S nedostatkom kisika ili njegovim otežanim pristupom nastaje miješani oksid Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3):

Gvožđe se otapa u hlorovodoničnoj kiselini bilo koje koncentracije:

Slično, otapanje se događa u razrijeđenoj sumpornoj kiselini:

U koncentriranim otopinama sumporne kiseline, željezo se oksidira u željezo(III):

Međutim, u sumpornoj kiselini, čija je koncentracija blizu 100%, željezo postaje pasivno i praktično ne dolazi do interakcije.

U razrijeđenim i umjereno koncentriranim otopinama dušične kiseline, željezo se otapa:

Pri visokim koncentracijama HNO 3 otapanje se usporava i željezo postaje pasivno.

Gvožđe karakterišu dva niza jedinjenja: jedinjenja gvožđa(II) i jedinjenja gvožđa(III). Prvi odgovaraju željeznom oksidu (II), ili željeznom oksidu, FeO, drugi oksidu željeza (III) ili željeznom oksidu, Fe 2 O 3.

Osim toga, poznate su soli željezne kiseline H 2 FeO 4 u kojima je stepen oksidacije gvožđa +6.

Jedinjenja gvožđa(II).

Soli željeza(II) nastaju otapanjem željeza u razrijeđenim kiselinama, osim dušične kiseline. Najvažniji od njih je željezo (II) sulfat, odnosno željezni sulfat, FeSO 4 7H 2 O, koji formira svijetlozelene kristale koji su vrlo topljivi u vodi. Na zraku, željezni sulfat postepeno izgara i istovremeno oksidira s površine, pretvarajući se u žuto-smeđu bazičnu željeznu (III) sol.

Gvožđe(II) sulfat se dobija otapanjem čeličnih ostataka u 20-30% sumporne kiseline:

Gvožđe(II) sulfat se koristi za suzbijanje biljnih štetočina, u proizvodnji mastila i mineralnih boja i u bojanju tkanina.

Kada se gvožđe sulfat zagreje, oslobađa se voda i dobija se bijela masa bezvodne soli FeSO 4. Na temperaturama iznad 480°C, bezvodna sol se raspada uz oslobađanje sumpor-dioksida i trioksida; potonji u vlažnom zraku stvara teške bijele pare sumporne kiseline:

Kada rastvor soli gvožđa (II) reaguje sa alkalijom, taloži se beli talog gvožđe (II) hidroksida Fe (OH) 2, koji na vazduhu usled oksidacije brzo poprima zelenkastu, a zatim smeđu boju, pretvarajući se u gvožđe ( III) hidroksid

Bezvodni željezov(II) oksid FeO može se dobiti kao crni lako oksidirani prah redukcijom željezovog(III) oksida ugljičnim(II) oksidom na 500°C:

Karbonati alkalnih metala se talože iz rastvora soli gvožđa(II) belog gvožđa(II) karbonata FeCO 3 . Pod dejstvom vode koja sadrži CO 2, gvožđe karbonat, kao i kalcijum karbonat, delimično prelazi u rastvorljiviju kiselu so Fe(HCO 3) 2 . U obliku ove soli, željezo se nalazi u prirodnim željeznim vodama.

Soli gvožđa (II) se lako mogu pretvoriti u soli gvožđa (III) delovanjem različitih oksidacionih sredstava - azotne kiseline, kalijum permanganata, hlora, na primer:

Zbog sposobnosti lake oksidacije, soli gvožđa(II) se često koriste kao redukcioni agensi.

Jedinjenja gvožđa(III).

Gvožđe (III) hlorid FeCl 3 je tamno smeđi kristal zelenkaste nijanse. Ova tvar je vrlo higroskopna; apsorbirajući vlagu iz zraka, pretvara se u kristalne hidrate koji sadrže različite količine vode i šire se u zraku. U ovom stanju, željezo (III) hlorid ima smeđe-narandžastu boju. U razrijeđenoj otopini, FeCl 3 hidrolizira u bazične soli. U parama, gvožđe (III) hlorid ima strukturu sličnu strukturi aluminijum hlorida (str. 615) i odgovara formuli Fe 2 Cl 6 ; primjetna disocijacija Fe 2 Cl 6 u molekule FeCl 3 počinje na temperaturama oko 500°C.

Gvožđe (III) hlorid se koristi kao koagulant u prečišćavanju vode, kao katalizator u sintezi organskih materija, u tekstilnoj industriji.

Gvozdeni sulfat (III) Fe 2 (SO 4) 3 - veoma higroskopni, beli kristali koji se šire u vazduhu. Formira Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O kristalni hidrat (žuti kristali). U vodenim rastvorima, gvožđe (III) sulfat je visoko hidrolizovan. Sa sulfatima alkalnih metala i amonijuma formira dvostruke soli - stipsu, na primer gvožđe amonijum alum (NH 4) Fe (SO 4) 2 12H 2 O - svetloljubičaste kristale koji su dobro rastvorljivi u vodi. Kada se kalcinira iznad 500°C, željezo (III) sulfat se razlaže u skladu s jednačinom:

Gvozdeni sulfat (III) se koristi, kao i FeCl 3 , kao koagulant u prečišćavanju vode, kao i za jetkanje metala. Rastvor Fe 2 (SO 4) 3 je u stanju da otapa Cu 2 S i CuS sa stvaranjem bakar (II) sulfata, koji se koristi u hidrometalurškoj proizvodnji bakra.

Pod dejstvom alkalija na rastvore soli gvožđa (III) taloži se crveno-smeđi hidroksid gvožđa (III) Fe (OH) 3, koji je nerastvorljiv u višku alkalija.

Gvožđe (III) hidroksid je slabija baza od gvožđe (II) hidroksida, to se izražava u tome što su soli gvožđa (III) snažno hidrolizovane, a sa slabim kiselinama (npr. ugljena, sumporovodikova) Fe (OH) 3 ne stvara soli. Boja rastvora soli gvožđa (III) takođe se objašnjava hidrolizom: uprkos činjenici da je Fe 3+ gotovo bezbojan, rastvori koji ga sadrže su obojeni žuto-smeđom bojom, što se objašnjava prisustvom hidrokso jona gvožđa ili Fe (OH). ) 3 molekule, koje nastaju hidrolizom:

Kada se zagrije, boja potamni, a kada se dodaju kiseline, postaje svjetlija zbog supresije hidrolize.

Kada se kalcinira, željezo (III) hidroksid, gubeći vodu, prelazi u željezni oksid (III) ili željezni oksid, Fe 2 O 3. Oksid željeza (III) se u prirodi javlja u obliku crvene željezne rude i koristi se kao smeđa boja - željezni minijum, ili mumija.

Karakteristična reakcija koja razlikuje soli željeza (III) od soli željeza (II) je djelovanje kalijevog tiocijanata KSCN ili amonijum tiocijanata NH 4 SCN na soli željeza. Rastvor kalijum tiocijanata sadrži bezbojne SCN - jone, koji se kombinuju sa Fe(III) jonima dajući krvavo crveni, slabo disociran gvožđe(III) tiocijanat Fe(SCN) 3 . Kada ioni željeza (II) stupe u interakciju sa tiocijanatima, otopina ostaje bezbojna.

Cijanska jedinjenja gvožđa. Kada se rastvorljivi cijanidi, kao što je kalijum cijanid, izlože rastvorima soli gvožđa (II), dobija se beli talog gvožđe (II) cijanida:

U višku kalijevog cijanida, talog se otapa zbog stvaranja kompleksne soli K 4 kalijevog heksacijanoferata (II)

Kalijum heksacijanoferat(II) K 4 ·3H 2 O kristališe kao velike svetložute prizme. Ova so se takođe naziva žuta krvna so. Kada se otopi u vodi, sol se disocira na kalijeve ione i izuzetno stabilne 4-kompleksne jone. U praksi, takva otopina uopće ne sadrži ione Fe 2+ i ne daje reakcije karakteristične za željezo(II).

Kalijum heksacijanoferat (II) služi kao osetljivi reagens za jone gvožđa (III), jer 4- joni, u interakciji sa Fe 3+ jonima, formiraju u vodi nerastvorljivu so gvožđa (III) heksacijanoferata (II) Fe 4 3 karakteristike plava boja; Ova so se naziva pruska plava:

Pruska plava se koristi kao boja.

Pod djelovanjem klora ili broma na otopinu žute krvne soli, njen anion se oksidira, pretvarajući se u 3-

K 3 so koja odgovara ovom anionu naziva se kalijum heksacijanoferat(III), ili crvena krvna so. Formira crvene bezvodne kristale.

Ako delujete sa kalijum heksacijanoferatom (III) na rastvor soli gvožđa (II), dobijate talog heksacijanoferata (III), gvožđa (II) (turnbull blue), spolja vrlo sličan pruskom plavom, ali ima drugačiji sastav:

Sa solima gvožđa (III) K 3 formira zelenkasto-braon rastvor.

U većini drugih kompleksnih jedinjenja, kao u razmatranim cijanoferatima, koordinacioni broj gvožđa(II) i gvožđa(III) je šest.

Feriti. Kada se oksid željeza (III) spoji s natrijevim ili kalijevim karbonatima, nastaju feriti - soli željezne kiseline HFeO 2 koje se ne dobijaju u slobodnom stanju, na primjer, natrijev ferit NaFeO 2:

Kada se legura otopi u vodi, dobiva se crveno-ljubičasta otopina iz koje se djelovanjem barij hlorida može istaložiti u vodi nerastvorljivi barij-ferat BaFeO 4.

Svi ferati su vrlo jaki oksidanti (jači od permanganata). Željezna kiselina H 2 FeO 4 koja odgovara feratima i njen anhidrid FeO 3 nisu dobijeni u slobodnom stanju.

karbonili gvožđa. Gvožđe sa ugljičnim monoksidom stvara isparljiva jedinjenja koja se nazivaju karbonili željeza. Gvožđe pentakarbonil Fe(CO) 5 je blijedožuta tečnost, ključa na 105°C, nerastvorljiva u vodi, ali rastvorljiva u mnogim organskim rastvaračima. Fe(CO) 5 se dobija propuštanjem CO preko željeznog praha na 150-200°C i pritisku od 10 MPa. Nečistoće sadržane u željezu ne reagiraju s CO, što rezultira vrlo čistim proizvodom. Kada se zagrije u vakuumu, željezni pentakarbonil se razlaže na željezo i CO; ovo se koristi za proizvodnju željeznog praha visoke čistoće, karbonilnog gvožđa (vidi § 193).

Priroda hemijskih veza u molekulu Fe(CO) 5 razmatra se na strani 430.

<<< Назад

Naprijed >>>

Gvožđe je osmi element četvrtog perioda u periodnom sistemu. Njegov broj u tabeli (koji se naziva i atomski) je 26, što odgovara broju protona u jezgru i elektrona u elektronskoj ljusci. Označen je sa prva dva slova njegovog latinskog ekvivalenta - Fe (lat. Ferrum - čita se kao "ferrum"). Gvožđe je drugi najčešći element u zemljinoj kori, procenat je 4,65% (najzastupljeniji je aluminijum, Al). U svom izvornom obliku, ovaj metal je prilično rijedak, češće se vadi iz miješane rude s niklom.

U kontaktu sa

Kakva je priroda ovog spoja? Gvožđe kao atom sastoji se od metalne kristalne rešetke, koja osigurava tvrdoću spojeva koji sadrže ovaj element i molekularnu stabilnost. U vezi s tim je ovaj metal tipično čvrsto tijelo, za razliku od, na primjer, žive.

Gvožđe kao jednostavna supstanca- metal srebrne boje sa svojstvima tipičnim za ovu grupu elemenata: savitljivost, metalni sjaj i duktilnost. Osim toga, željezo ima visoku reaktivnost. O ovom posljednjem svojstvu svjedoči činjenica da željezo vrlo brzo korodira u prisustvu visoke temperature i odgovarajuće vlage. U čistom kiseoniku, ovaj metal dobro gori, a ako se zgnječi u vrlo male čestice, one ne samo da će izgorjeti, već će se i spontano zapaliti.

Često željezo nazivamo ne čistim metalom, već njegovim legurama koje sadrže ugljik ©, na primjer, čelik (<2,14% C) и чугун (>2,14% C). Od velikog industrijskog značaja su i legure kojima se dodaju legirajući metali (nikl, mangan, hrom i drugi), zbog čega čelik postaje nerđajući, odnosno legiran. Dakle, na osnovu ovoga postaje jasno kakvu široku industrijsku primjenu ovaj metal ima.

Karakteristika Fe

Hemijska svojstva gvožđa

Pogledajmo bliže karakteristike ovog elementa.

Svojstva jednostavne supstance

• Oksidacija u zraku pri visokoj vlažnosti (korozivni proces):

4Fe + 3O2 + 6H2O \u003d 4Fe (OH) 3 - željezo (III) hidroksid (hidroksid)

• Sagorijevanje željezne žice u kisiku s stvaranjem miješanog oksida (sadrži element s oksidacijskim stanjem +2 i oksidacijskim stanjem +3):

3Fe+2O2 = Fe3O4 (gvozdeni kamenac). Reakcija je moguća kada se zagrije na 160 ⁰C.

• Interakcija sa vodom na visokoj temperaturi (600-700 ⁰C):

3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2

• Reakcije sa nemetalima:

a) Reakcija sa halogenima (Važno! Ovom interakcijom poprima oksidaciono stanje elementa +3)

2Fe + 3Cl2 \u003d 2FeCl3 - željezni klorid

b) Reakcija sa sumporom (Važno! U ovoj interakciji element ima oksidaciono stanje +2)

Gvožđe (III) sulfid - Fe2S3 može se dobiti tokom druge reakcije:

Fe2O3+ 3H2S=Fe2S3+3H2O

c) Formiranje pirita

Fe + 2S \u003d FeS2 - pirit. Obratite pažnju na stepen oksidacije elemenata koji čine ovo jedinjenje: Fe (+2), S (-1).

• Interakcija sa metalnim solima u elektrohemijskom nizu aktivnosti metala desno od Fe:

Fe + CuCl2 \u003d FeCl2 + Cu - željezo (II) hlorid

• Interakcija s razrijeđenim kiselinama (na primjer, klorovodičnom i sumpornom):

Fe+HBr = FeBr2+H2

Fe+HCl = FeCl2+ H2

Imajte na umu da ove reakcije proizvode željezo s oksidacijskim stanjem od +2.

• U nerazrijeđenim kiselinama, koje su najjači oksidanti, reakcija je moguća samo kada se zagrije; u hladnim kiselinama metal se pasivira:

Fe + H2SO4 (koncentrirano) = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O

Fe+6HNO3 = Fe(NO3)3+3NO2+3H2O

• Amfoterna svojstva željeza očituju se samo u interakciji s koncentriranim alkalijama:

Fe + 2KOH + 2H2O \u003d K2 + H2 - taloženje kalijum tetrahidroksiferata (II).

Proces proizvodnje gvožđa u visokoj peći

• Pečenje i naknadna razgradnja sulfidnih i karbonatnih ruda (izolacija metalnih oksida):

FeS2 -> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2). Ova reakcija je ujedno i prvi korak u industrijskoj sintezi sumporne kiseline.

FeCO3 -> Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2).

• Spaljivanje koksa (u višku):

S (koks) + O2 (vazduh) —> CO2 (600−700 ⁰C)

CO2+S (koks) —> 2CO (750−1000 ⁰C)

• Obnova rude koja sadrži oksid ugljičnim monoksidom:

Fe2O3 —> Fe3O4 (CO, -CO2)

Fe3O4 —> FeO (CO, -CO2)

FeO —> Fe(CO, -CO2)

• Karburizacija gvožđa (do 6,7%) i topljenje livenog gvožđa (t⁰topljenje - 1145 ⁰C)

Fe (čvrsto) + C (koks) -> liveno gvožđe. Temperatura reakcije je 900-1200 ⁰C.

U livenom gvožđu, cementit (Fe2C) i grafit su uvek prisutni u obliku zrna.

Karakterizacija spojeva koji sadrže Fe

Proučit ćemo karakteristike svake veze posebno.

Fe3O4

Mješoviti ili dvostruki željezni oksid, koji sadrži element s oksidacijskim stanjem i +2 i +3. Takođe se naziva Fe3O4 gvožđe oksid. Ovaj spoj je otporan na visoke temperature. Ne reaguje sa vodom, vodenom parom. Razloženo mineralnim kiselinama. Može se reducirati vodonikom ili željezom na visokoj temperaturi. Kao što možete razumjeti iz gornjih informacija, to je međuproizvod u reakcijskom lancu industrijske proizvodnje željeza.

Direktno željezni oksid se koristi u proizvodnji boja na mineralnoj bazi, obojenog cementa i keramičkih proizvoda. Fe3O4 je ono što se dobija crnjenjem i plavljenjem čelika. Mešani oksid se dobija sagorevanjem gvožđa na vazduhu (reakcija je data gore). Ruda koja sadrži okside je magnetit.

Fe2O3

Gvožđe(III) oksid, trivijalno ime - hematit, crveno-braon jedinjenje. Otporan na visoke temperature. U svom čistom obliku ne nastaje tokom oksidacije gvožđa atmosferskim kiseonikom. Ne reaguje sa vodom, stvara hidrate koji talože. Slabo reaguje sa razrijeđenim alkalijama i kiselinama. Može se legirati sa oksidima drugih metala, formirajući spinele - dvostruke okside.

Crvena željezna ruda se koristi kao sirovina u industrijskoj proizvodnji sirovog željeza metodom visoke peći. Također ubrzava reakciju, odnosno katalizator je u industriji amonijaka. Koristi se u istim područjima kao i željezni oksid. Osim toga, korišten je kao nosač zvuka i slike na magnetnim trakama.

FeOH2

Gvožđe(II) hidroksid, jedinjenje koje ima i kisela i bazna svojstva, ova potonja preovlađuju, odnosno amfoterna je. Bijela tvar koja brzo oksidira na zraku, "posmeđe" u željezo (III) hidroksid. Razlaže se kada je izložen temperaturi. Reaguje i sa slabim rastvorima kiselina i alkalija. Nećemo rastvoriti u vodi. U reakciji djeluje kao redukcijski agens. To je međuproizvod u reakciji korozije.

Detekcija Fe2+ i Fe3+ jona („kvalitativne“ reakcije)

Prepoznavanje Fe2+ i Fe3+ jona u vodenim rastvorima vrši se pomoću kompleksnih kompleksnih jedinjenja - K3, crvena krvna so, i K4, žuta krvna so, respektivno. U obje reakcije nastaje precipitat zasićene plave boje istog kvantitativnog sastava, ali različitog položaja željeza s valentnošću +2 i +3. Ovaj talog se često naziva i prusko plavo ili Turnbull plavo.

Reakcija napisana u jonskom obliku

Fe2++K++3-  K+1Fe+2

Fe3++K++4-  K+1Fe+3

Dobar reagens za detekciju Fe3+ je tiocijanat jon (NCS-)

Fe3++ NCS-  3- - ova jedinjenja imaju jarko crvenu ("krvavu") boju.

Ovaj reagens, na primjer, kalijev tiocijanat (formula - KNCS), omogućava vam da odredite čak i zanemarljivu koncentraciju željeza u otopinama. Dakle, on može utvrditi jesu li cijevi zarđale prilikom ispitivanja vode iz slavine.

Detalji Kategorija: Pregledi: 9555

IRON, Fe, hemijski element, atomska težina 55,84, serijski broj 26; nalazi se u VIII grupi periodnog sistema u istom redu sa kobaltom i niklom, tačka topljenja - 1529 ° C, tačka ključanja - 2450 ° C; u čvrstom stanju ima plavičasto-srebrnu boju. U slobodnom obliku, željezo se nalazi samo u meteoritima, koji, međutim, sadrže primjese Ni, P, C i drugih elemenata. U prirodi su jedinjenja gvožđa široko rasprostranjena (zemljište, minerali, životinjski hemoglobin, biljni hlorofil), Ch. arr. u obliku oksida, hidrata oksida i jedinjenja sumpora, kao i željeznog karbonata, od kojih se sastoji većina željeznih ruda.

Hemijski čisto gvožđe se dobija zagrevanjem oksalnog gvožđa, a na 440°C u početku se dobija neprozirni prah željeznog oksida koji ima sposobnost da se zapali na vazduhu (tzv. piroforno gvožđe); nakon naknadne redukcije ovog oksida, nastali prah poprima sivu boju i gubi piroforna svojstva, pretvarajući se u metalno željezo. Prilikom redukcije željeznog oksida na 700°C, željezo se taloži u obliku malih kristala, koji se zatim spajaju u vakuumu. Drugi način da se dobije hemijski čisto gvožđe je elektroliza rastvora soli gvožđa, kao što su FeSO 4 ili FeCl 3 pomešane sa MgSO 4 , CaCl 2 ili NH 4 Cl (na temperaturama iznad 100°C). Međutim, u isto vrijeme, željezo začepljuje značajnu količinu elektrolitičkog vodika, zbog čega dobiva tvrdoću. Kada se kalcinira na 700°C, oslobađa se vodonik, a željezo postaje mekano i seče se nožem, poput olova (tvrdoća po Mohsovoj skali je 4,5). Vrlo čisto željezo može se dobiti aluminotermički iz čistog željeznog oksida. (vidi Aluminotermiju). Dobro oblikovani kristali željeza su rijetki. Oktaedarski kristali se ponekad formiraju u šupljinama velikih komada livenog gvožđa. Karakteristično svojstvo gvožđa je njegovo omekšavanje, savitljivost i duktilnost na temperaturi mnogo nižoj od tačke topljenja. Kada jaka dušična kiselina (koja ne sadrži niže dušične okside) djeluje na željezo, željezo postaje prekriveno omotačem oksida i postaje nerastvorljivo u dušičnoj kiselini.

Jedinjenja gvožđa

Lako se kombinujući sa kiseonikom, gvožđe formira nekoliko oksida: FeO – ferooksid, Fe 2 O 3 – oksid gvožđa, FeO 3 – feri anhidrid i FeO 4 – anhidrid ironične kiseline. Osim toga, željezo formira i oksid mješovitog tipa Fe 3 O 4 - željezni oksid, tzv. gvozdena vaga. Na suhom zraku, međutim, željezo ne oksidira; rđa je vodeni oksid željeza koji nastaje uz učešće vlage iz zraka i CO 2 . Željezni oksid FeO odgovara hidratu Fe (OH) 2 i nizu soli dvovalentnog željeza, sposobnih da se oksidiraju u soli željeznog oksida, Fe 2 O 3, u kojima se željezo manifestira kao trovalentni element; u zraku se hidrat željeznog oksida, koji ima jaka redukcijska svojstva, lako oksidira, pretvarajući se u hidrat željeznog oksida. Gvozdeni oksid hidrat je slabo rastvorljiv u vodi, a ovaj rastvor ima jasno alkalnu reakciju, što ukazuje na osnovni karakter gvožđa. Gvožđe oksid se nalazi u prirodi (vidi gvožđe minijum), dok se veštački m. dobijen u obliku crvenog praha kalcinacijom željeznog praha i spaljivanjem sumpornog pirita da bi se dobio sumpor-dioksid. Bezvodni oksid željeza, Fe 2 O 3, m. dobijene u dvije modifikacije, a prijelaz iz jedne od njih u drugu nastaje pri zagrijavanju i praćen je značajnim oslobađanjem topline (samozagrijavanjem). Uz jaku kalcinaciju, Fe 2 O 3 oslobađa kisik i prelazi u magnetni oksid, Fe 3 O 4. Pod dejstvom alkalija na rastvore soli feri gvožđa, taloži se precipitat hidrata Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 3H 2 O); kada se prokuva sa vodom nastaje Fe 2 O 3 ·H 2 O hidrat koji se teško rastvara u kiselinama. Gvožđe formira spojeve sa raznim metaloidima: sa C, P, S, sa halogenidima, kao i sa metalima, na primer, sa Mn, Cr, W, Cu itd.

Soli gvožđa dijele se na fero-fero željezo (fero-sol) i oksidno-feri željezo (feri-salt).

soli željeza . gvožđe hlorid, FeCl 2 , dobijen djelovanjem suhog hlora na željezo, u obliku bezbojnih listova; kada se gvožđe rastvori u HCl, dobija se željezni hlorid u obliku FeCl 2 4H 2 O hidrata i koristi se u obliku vodenih ili alkoholnih rastvora u medicini. Gvožđe jodid, FeJ 2 , dobija se iz gvožđa i joda pod vodom u obliku zelenih listova i koristi se u medicini (Sirupus ferri jodati); daljim djelovanjem joda nastaje FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati).

željezni sulfat, željezni sulfat, FeSO 4 7H 2 O (zeleni kristali) nastaje u prirodi kao rezultat oksidacije pirita i sumpornih pirita; ova so se takođe formira kao nusproizvod u proizvodnji stipse; kada se istroši ili kada se zagrije na 300 ° C, pretvara se u bijelu bezvodnu sol - FeSO 4; takođe formira hidrate sa 5, 4, 3, 2 i 1 česticama vode; lako rastvorljiv u hladnoj vodi (u vrućoj vodi do 300%); otopina je kisela zbog hidrolize; oksidira na zraku, posebno lako u prisustvu druge oksidirajuće tvari, na primjer soli oksalne kiseline, koje FeSO 4 uključuje u spregnutu reakciju oksidacije, obezbojava KMnO 4; proces se odvija prema sljedećoj jednadžbi:

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 \u003d 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 2 + 8H 2 O.

U tu svrhu se, međutim, koristi trajnija dvostruka so Mohr (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O. -smeđa boja kompleksa (FeNO) SO 4, kao i za proizvodnja mastila (sa taninskim kiselinama), kao mrlje za bojenje, za vezivanje smrdljivih gasova (H 2 S, NH 3) u toaletima itd.

Željezne soli željeza koriste se u fotografiji zbog njihove sposobnosti da redukuju spojeve srebra u latentnoj slici utisnute na fotografskoj ploči.

gvožđe karbonat, FeCO 3 , prirodno se javlja kao siderit ili gvozdeni špart; dobiven taloženjem vodenih otopina željeznih soli željeza karbonatima, željezni karbonat lako gubi CO 2 i oksidira se na zraku u Fe 2 O 3.

Gvožđe bikarbonat, H 2 Fe (CO 3) 2, rastvorljiv u vodi i prirodno se javlja u ferruginskim izvorima, iz kojih se, oksidirajući, oslobađa na površini zemlje u obliku hidrata željeznog oksida, Fe (OH) 3, pretvarajući se u smeđe željezne rude.

Fosfatno gvožđe, Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, bijeli talog; javlja se u prirodi blago obojen, usled oksidacije gvožđa, u plavoj boji, u obliku vivijanita.

Soli željeznog oksida . Gvožđe hlorid, FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), dobija se delovanjem viška hlora na gvožđe u obliku heksagonalnih crvenih ploča; željezni hlorid se otapa u vazduhu; kristalizira iz vode u obliku FeCl 3 6H 2 O (žuti kristali); rastvori su kiseli; tokom dijalize postepeno se hidrolizira gotovo do kraja sa stvaranjem koloidne otopine Fe (OH) 3 hidrata. FeCl 3 se rastvara u alkoholu iu mešavini alkohola i etra, kada se zagreva, FeCl 3 6H 2 O se raspada na Hcl i Fe 2 O 3; koristi se kao zavoj i kao hemostatsko sredstvo (Liquor ferri sesquichlorati).

Sulfat oksid željeza, Fe 2 (SO 4) 3 , žućkast u bezvodnom stanju, visoko hidrolizovan u rastvoru; kada se otopina zagrije, bazne soli se talože; gvozdena stipsa, MFe(SO 4) 2 12H 2 O, M - monovalentni alkalni metal; najbolje od svega kristalizira amonijum alum, NH 4 Fe (SO 4) 2 12H 2 O.

Oksid FeO 3 je anhidrid gvozdene kiseline, kao i hidrat ovog oksida H 2 FeO 4 - gvozdena kiselina- u slobodnom stanju nije m. dobijene s obzirom na njihovu ekstremnu krhkost; ali u alkalnim otopinama mogu postojati soli željezne kiseline, ferati (na primjer, K 2 FeO 4), koji nastaju zagrijavanjem željeznog praha s nitratom ili KClO 3. Takođe poznata slabo rastvorljiva barijumova so gvozdene kiseline BaFeO 4 ; stoga je željezna kiselina u nekim aspektima vrlo slična sumpornoj i hromnoj kiselini. Godine 1926, kijevski hemičar Goralevič opisao je jedinjenja osmovalentnog željeznog oksida - suprafero anhidrid FeO 4 dobijen fuzijom Fe 2 O 3 sa šalitrom ili Bertoletovom solju u obliku kalijeve soli ironične kiseline K 2 FeO 5; FeO 4 je gasovita tvar koja ne stvara ironsku kiselinu H 2 FeO 5 s vodom, što, međutim, može. izolovan u slobodnom stanju razgradnjom soli K 2 FeO 5 sa kiselinama. Barijumsku so BaFeO 5 7H 2 O, kao i soli kalcijuma i stroncijuma, dobio je Goralevič u obliku neraspadajućih belih kristala koji ispuštaju vodu tek na 250-300°C i istovremeno postaju zeleni.

Gvožđe daje jedinjenja: sa azotom - azotnog gvožđa(nitrid) Fe 2 N kada se gvožđe u prahu zagreva u mlazu NH 3 , sa ugljenikom - Fe 3 C karbidom kada je gvožđe zasićeno ugljem u električnoj peći. Osim toga, proučavana su brojna jedinjenja željeza sa ugljičnim monoksidom - karbonili gvožđa, na primjer, pentakarbonil Fe(CO) 5 - blago obojena tečnost sa oko 102,9 °C (na 749 mm, specifična težina 1,4937), zatim narandžasta čvrsta supstanca Fe 2 (CO) 9, nerastvorljiva u eteru i hloroformu, specifične težine 2,085 .

Od velike važnosti su jedinjenja željeznog cijanida. Pored jednostavnih cijanida Fe (CN) 2 i Fe (CN) 3, gvožđe formira niz složenih jedinjenja sa cijanidnim solima, kao što su soli feri kiseline H 4 Fe (CN) 6 i soli gvožđe kiseline H 3 Fe (CN) 6, na primjer, crvena krvna sol, koja zauzvrat ulazi u metaboličke reakcije razgradnje sa solima željeznog i oksidnog željeza, formirajući spojeve plave boje - prusko plavo i turbulno plavo. Prilikom zamjene jedne CN grupe monovalentnim grupama (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO) u solima ferruginske kiseline H 4 Fe (CN) 6 , nastaju prusso soli, na primjer, natrijum nitroprusid (natrijum nitroferocijanid ) Na 2 2H 2 O, dobijen djelovanjem dimljenja HNO 3 na K 4 Fe (CN) 6, nakon čega slijedi neutralizacija sodom, u obliku rubin-crvenih kristala, odvojenih kristalizacijom od istovremeno nastale šalitre; odgovarajuća nitroferi-cijanotna kiselina H 2 također kristalizira kao tamnocrveni kristali. Natrijum nitroprusid se koristi kao osjetljivi reagens za sumporovodik i metalne sulfide, s kojima daje krvavocrvenu, a zatim plavu boju. Pod djelovanjem bakar-sulfata na natrijum nitroprusid nastaje blijedozeleni talog, nerastvorljiv u vodi i alkoholu, koji se koristi za ispitivanje eteričnih ulja.

Analitički, željezo se otkriva djelovanjem žute krvne soli na njegove soli, u alkalnoj otopini. Soli feri željeza formiraju plavi talog pruske plave boje. Soli obojenog željeza formiraju plavi talog turbul plave boje kada su izložene crvenoj krvnoj soli. Sa amonijum tiocijanatom NH 4 CNS, soli feri gvožđa formiraju u vodi rastvorljivo, krvnocrveno rodan gvožđe Fe(CNS) 3 ; sa taninom, soli željeznog oksida formiraju mastilo. Intenzivnom obojenošću odlikuju se i bakrene soli feri-cijanotske kiseline koje se koriste (uvahrom metoda) u fotografiji u boji. Od jedinjenja gvožđa koji se koriste u medicini, pored pomenutih halogenida gvožđa, značajni su: metalno gvožđe (F. hydrogenio reductum), gvožđe citrat (F. Citricum - 20% Fe), ekstrakt jabučnog gvožđa (Extractum ferri pomatum) , gvožđe albuminat (Liquor ferri albuminatum), feratin je proteinsko jedinjenje sa 6% gvožđa; feratoza - rastvor feratina, karniferin - jedinjenje gvožđa sa nukleinom (30% Fe); feratogen iz nukleina kvasca (1% Fe), hematogen - 70% rastvor hemoglobina u glicerolu, hemol - hemoglobin redukovan cinkovom prašinom.

Fizička svojstva gvožđa

Numerički podaci dostupni u literaturi koji karakterišu različita fizička svojstva gvožđa fluktuiraju zbog teškoća dobijanja gvožđa u hemijski čistom stanju. Stoga su najpouzdaniji podaci dobijeni za elektrolitičko gvožđe, u kojem ukupni sadržaj nečistoća (C, Si, Mn, S, P) ne prelazi 0,01-0,03%. Podaci u nastavku se u većini slučajeva odnose na takav hardver. Za njega je tačka topljenja 1528°C ± 3°C (Ruer i Klesper, 1914), a tačka ključanja je ≈ 2450°C. U čvrstom stanju, gvožđe postoji u četiri različite modifikacije - α, β, γ i δ, za koje su sledeće temperaturne granice prilično precizno utvrđene:

Prijelaz željeza iz jedne modifikacije u drugu detektuje se na krivuljama hlađenja i grijanja kritičnim tačkama, za koje su prihvaćene sljedeće oznake:

Ove kritične tačke su prikazane na sl. 1 sa šematskim krivuljama grijanja i hlađenja. Postojanje δ-, γ- i α-Fe modifikacija trenutno se smatra neospornim, dok je nezavisno postojanje β-Fe sporno zbog nedovoljno oštre razlike između njegovih svojstava i α-Fe. Sve modifikacije željeza kristaliziraju se u obliku kocke, a α, β i δ imaju prostornu rešetku centrirane kocke, a γ-Fe - kocke sa centriranim plohama. Najizrazitije kristalografske karakteristike modifikacija gvožđa dobijaju se iz rendgenskih spektra, kao što je prikazano na Sl. 2 (Westgreen, 1929). Iz prikazanih uzoraka difrakcije rendgenskih zraka slijedi da su za α-, β- i δ-Fe linije rendgenskog spektra iste; odgovaraju rešetki centrirane kocke sa parametrima 2.87, 2.90 i 2.93 Ȧ, a za γ-Fe spektar odgovara rešetki kocke sa centriranim površinama i parametrima 3.63-3.68 A.

Specifična težina gvožđa kreće se od 7,855 do 7,864 (Cross and Gill, 1927). Prilikom zagrijavanja, specifična težina željeza opada zbog toplinskog širenja, za koje se koeficijenti povećavaju s temperaturom, kao što je prikazano u tabeli. 1 (Driesen, 1914).

Smanjenje koeficijenata ekspanzije u rasponima od 20–800°C, 20–900°C, 700–800°C i 800–900°C objašnjava se anomalijama u širenju pri prolasku kroz kritične tačke A C2 i A C3 . Ovaj prijelaz je praćen kontrakcijom, posebno izraženom u tački A C3, što je prikazano krivuljama kontrakcije i širenja na Sl. 3. Topljenje gvožđa je praćeno njegovim širenjem za 4,4% (Gonda i Enda, 1926). Toplotni kapacitet gvožđa je prilično značajan u poređenju sa drugim metalima i izražen je za različite temperaturne opsege od 0,11 do 0,20 Cal, kao što je prikazano u tabeli. 2 (Obergoffer i Grosse, 1927) i krivulja konstruirana iz njih (slika 4).

U datim podacima transformacije A 2 , A 3 , A 4 i taljenje gvožđa nalaze se tako jasno da se za njih lako izračunavaju toplotni efekti: A 3 ... + 6,765 Cal, A 4 ... + 2,531 Cal , topljenje gvožđa ... - 64,38 Cal (prema S. Uminu, 1926, - 69,20 Cal).

Gvožđe se odlikuje približno 6-7 puta nižom toplotnom provodljivošću od srebra i 2 puta nižom od aluminijuma; naime, toplotna provodljivost gvožđa je na 0°C - 0,2070, na 100°C - 0,1567, na 200°C - 0,1357 i na 275°C - 0,1120 Cal/cm·s·°S. Najkarakterističnija svojstva gvožđa su magnetna, izražena nizom magnetnih konstanti dobijenih tokom kompletnog ciklusa magnetizacije gvožđa. Ove konstante za elektrolitsko željezo izražene su sljedećim vrijednostima u gausima (Gumlich, 1909. i 1918.):

Prilikom prolaska kroz tačku A c2, feromagnetna svojstva željeza gotovo nestaju i mogu biti. detektovan samo sa vrlo preciznim magnetnim merenjima. U praksi se β-, γ- i δ-modifikacije smatraju nemagnetnim. Električna provodljivost gvožđa na 20°C je R -1 mo m/mm 2 (gde je R električni otpor gvožđa, jednak 0,099 Ω mm 2 /m). Temperaturni koeficijent električnog otpora a0-100°x105 kreće se od 560 do 660, pri čemu je

Hladna obrada (valjanje, kovanje, provlačenje, štancanje) ima veoma primetan uticaj na fizička svojstva gvožđa. Dakle, njihova % promjena tokom hladnog valjanja izražena je sljedećim brojkama (Gerens, 1911): koercitivni napon + 323%, magnetna histereza + 222%, električni otpor + 2%, specifična težina - 1%, magnetna permeabilnost - 65%. Ova posljednja okolnost čini razumljivim one značajne fluktuacije fizičkih svojstava koje primjećuju različiti istraživači: utjecaj nečistoća često je praćen utjecajem hladnog mehaničkog tretmana.

Vrlo malo se zna o mehaničkim svojstvima čistog željeza. Pronađeno elektrolitičko željezo stopljeno u šupljini: vlačna čvrstoća 25 kg / mm 2, izduženje - 60%, kompresija poprečnog presjeka - 85%, tvrdoća po Brinellu - od 60 do 70.

Struktura gvožđa zavisi od sadržaja nečistoća u njemu (čak i u malim količinama) i prethodnog tretmana materijala. Mikrostruktura gvožđa, kao i drugih čistih metala, sastoji se od manje ili više krupnih zrna (kristalita), koji se ovde nazivaju ferit.

Veličine i oštrina njihovih obrisa zavise od gl. arr. na brzinu hlađenja gvožđa: što je potonje niže, to su zrna razvijenija i njihove konture su oštrije. Sa površine, zrna su najčešće nejednako obojena zbog nejednake kristalografije, njihove orijentacije i nejednakog djelovanja reagensa u različitim smjerovima u kristalu. Nije neuobičajeno da se zrna izduže u jednom smjeru kao rezultat mehaničke obrade. Ako se obrada odvijala na niskim temperaturama, tada se na površini zrna pojavljuju posmične linije (Neumann linije) kao rezultat klizanja pojedinih dijelova kristalita duž njihovih ravnina cijepanja. Ove linije su jedan od znakova stvrdnjavanja i onih promjena svojstava koje su gore navedene.

Gvožđe u metalurgiji

Termin gvožđe u savremenoj metalurgiji pripisuje se samo kovanom gvožđu, odnosno proizvodu sa niskim sadržajem ugljenika dobijenom u pastoznom stanju na temperaturi koja nije dovoljna da se topi gvožđe, ali je toliko visoka da su njegove pojedinačne čestice dobro zavarene jedna za drugu, dajući posle kovanje homogenog mekog proizvoda, koji ne prihvata stvrdnjavanje. Gvožđe (u navedenom smislu reči) dobija se: 1) direktno iz rude u pastozno stanju postupkom duvanja sira; 2) na isti način, ali na nižoj temperaturi, nedovoljno za zavarivanje čestica gvožđa; 3) preraspodela livenog gvožđa procesom bloominga; 4) preraspodela livenog gvožđa luženjem.

1) Sadašnji proces puhanja sira. vrijeme koriste samo nekulturni narodi i to u ona područja u koja (zbog nedostatka zgodnih sredstava komunikacije) ne može prodrijeti američko ili evropsko željezo, dobiveno modernim metodama. Proces se izvodi u otvorenim sirovim pećima i pećima. Sirovine za to su željezna ruda (obično smeđa željezna ruda) i drveni ugljen. Ugalj se sipa u ognjište u onu njegovu polovinu u koju se dovodi eksplozija, dok je ruda na gomili, sa suprotne strane. Ugljični monoksid formiran u debelom sloju zapaljenog uglja prolazi kroz cijelu debljinu rude i, imajući visoku temperaturu, reducira željezo. Oporavak rude se odvija postepeno - od površine pojedinačnih komada do jezgre. Počevši od vrha gomile, ubrzava se kako se ruda kreće u područje s višom temperaturom; u tom slučaju željezni oksid prvo prelazi u magnetni oksid, zatim u oksid, i na kraju se na površini komada rude pojavljuje metalno željezo. Istovremeno, zemljane nečistoće rude (otpadne stijene) spajaju se s još nereduciranim željeznim oksidom i formiraju nisko topljivu željeznu trosku, koja se topi kroz pukotine metalne ljuske, koja nastaje kao da , školjka u svakom komadu rude. Zagrijane do bijele vrućine, ove školjke su zavarene jedna za drugu, formirajući spužvastu masu željeza na dnu ognjišta - kritsu, probijenu šljakom. Da bi se odvojila od potonjeg, krica izvađena iz ognjišta se reže na nekoliko delova, od kojih se svaki kuje, zavari, nakon hlađenja na istom ognjištu u trake ili direktno u proizvode (predmeti za domaćinstvo, oružje). U Indiji se proces proizvodnje sira još uvijek odvija u pećima za proizvodnju sira, koje se od peći razlikuju samo po nešto većoj visini - oko 1,5 m. Zidovi peći su od glinene mase (ne cigle) i služe samo jedno topljenje. Puhanje se dovodi u peć kroz jednu tujeru pomoću mehova koji se pokreću nogama ili rukama. Određena količina drvenog uglja („prazna glava“) ubacuje se u praznu peć, a zatim naizmjenično, u odvojenim slojevima, ruda i ugalj, s tim da se količina prvog postepeno povećava dok ne dostigne određeni odnos prema uglju; težina cijele napunjene rude određena je željenom težinom bluma, koja je, općenito govoreći, zanemarljiva. Proces oporavka je isti kao u kovačnici; željezo također nije potpuno obnovljeno, a rezultirajući cvat sadrži mnogo željezne troske. Kricu se ekstrahuje razbijanjem rerne i rezanjem na komade, težine 2-3 kg. Svaki od njih se zagrijava u kovačnici i obrađuje čekićem; rezultat je izvrsno meko željezo, koje je, između ostalog, materijal za izradu indijskih čeličnih "woots" (damast čelik). Njegov sastav je sljedeći (u %):

Zanemarljiv sadržaj elemenata – nečistoća gvožđa – ili njihovo potpuno odsustvo objašnjava se čistoćom rude, nepotpunom redukcijom gvožđa i niskom temperaturom u peći. Potrošnja drvenog uglja zbog male veličine peći i peći i učestalosti njihovog djelovanja je vrlo velika. U Finskoj, Švedskoj i na Uralu, željezo se topilo u visokoj peći za sir Husgavel, u kojoj je bilo moguće kontrolirati proces redukcije i zasićenja željeza ugljikom; potrošnja uglja u njemu - do 1,1 po jedinici željeza, čija je proizvodnja dostigla 90% njegovog sadržaja u rudi.

2) U budućnosti je potrebno očekivati ​​razvoj proizvodnje željeza direktno iz rude, ne primjenom sirovog procesa, već redukcijom željeza na temperaturi nedovoljnoj za nastanak šljake, pa čak i za sinterovanje otpadne rude (1000 °C). Prednosti ovakvog procesa su mogućnost korištenja goriva niske kvalitete, eliminacija fluksa i utrošak topline za topljenje šljake.

3) Proizvodnja kovanog gvožđa preraspodelom livenog gvožđa postupkom bloominga vrši se u bluming pećima Ch. arr. u Švedskoj (imamo - na Uralu). Za preraspodjelu se topi specijalno liveno gvožđe, tzv. Lancashire, daje najmanje otpada. Sadrži: 0,3-0,45% Si, 0,5-0,6% Mn, 0,02 P,<0,01% S. Такой чугун в изломе кажется белым или половинчатым. Горючим в кричных горнах может служить только древесный уголь.

Proces se prati. pril.: ognjište, oslobođeno vapaja, ali sa zrelom šljakom kraja procesa koja je ostala na donjoj dasci, ispunjeno je ugljem, gl. arr. bor, na koji se polaže lijevano željezo zagrijano produktima sagorijevanja u količini od 165-175 kg (za 3/8 m 2 poprečnog presjeka ognjišta ima 100 kg kaveza od lijevanog željeza). Okretanjem ventila u zračnom kanalu, puhanje se usmjerava kroz cijevi koje se nalaze u podkrovnom prostoru ognjišta i ovdje se zagrijava na temperaturu od 150-200°C, čime se ubrzava. topljenje gvožđa. Otopljeno sirovo gvožđe se stalno (uz pomoć pajsera) oslanja na ugalj iznad tujera. Tijekom takvog rada, cjelokupna masa lijevanog željeza je podvrgnuta oksidativnom djelovanju atmosferskog kisika i ugljičnog dioksida, prolazeći kroz zonu izgaranja u obliku kapljica. Njihova velika površina doprinosi brzoj oksidaciji željeza i njegovih nečistoća - silicija, mangana i ugljika. U zavisnosti od sadržaja ovih nečistoća, liveno gvožđe ih gubi u većoj ili manjoj meri pre nego što se skupi na dnu ložišta. Pošto se liveno gvožđe sa niskim sadržajem silicija i mangana prerađuje u švedskoj kovačnici, tada, prolazeći kroz horizont tujere, gubi sav svoj Si i Mn (čiji oksidi čine glavnu trosku sa oksidom gvožđa) i značajan deo ugljenik. Topljenje livenog gvožđa traje 20-25 minuta. Na kraju ovog procesa, hladno mlaz se stavlja u peć. Metal koji se taložio na dno ložišta počinje da reaguje sa zrelim šljakama koje se tamo nalaze, a koje sadrže veliki višak (u poređenju sa količinom silicijum dioksida) oksida gvožđa - Fe 3 O 4 i FeO, koji oksidiraju ugljenik sa oslobađanje ugljičnog monoksida, koji ključa cijeli metal. Kada se metal zgusne (od gubitka ugljika) i "sjedne kao roba", ovaj se potonji podiže pajserima iznad tujera, ponovo se pokreće vruća eksplozija i "roba" se topi.

Tokom sekundarnog topljenja, metal se oksidira kisikom iz eksplozije i šljake koje se iz njega rastapaju. Na dnu kovačnice, nakon prvog uspona, pada metal, dovoljno mekan da sakupi kricu sa nekih od njegovih najzrelijih delova. Ali prije, pri korištenju silikonskih razreda lijevanog željeza, bilo je potrebno pribjeći drugom, pa čak i trećem porastu robe, što je, naravno, smanjilo produktivnost peći, povećalo potrošnju goriva i otpad od željeza. Na rezultate rada uticali su rastojanje koplja od donje daske (dubina ložišta) i nagib koplja: što je koplja strmija postavljena i što je dubina ložišta manja, to je efekat veći. oksidirajuće atmosfere na metalu. Blaži nagib koplja, kao i veća dubina ložišta, smanjuje direktno djelovanje mlaznog kisika, dajući tako veću ulogu djelovanju šljake na nečistoće željeza; oksidacija kod njih je sporija, ali bez isparenja željeza. Pod bilo kojim datim uslovima, najpovoljniji položaj koplja u odnosu na donju dasku određuje se iskustvom; u modernoj švedskoj kovačnici, oko koplja je postavljeno na udaljenosti od 220 mm od donje ploče, a nagib tujera varira u bliskim granicama - od 11 do 12°.

Pukotina dobijena na dnu ložišta sadrži, za razliku od sirovog udarca, vrlo malo mehanički unesene šljake; što se tiče hemijskih nečistoća gvožđa, onda mogu biti Si, Mn i C. potpuno se uklanjaju (zanemarljiv sadržaj Si i Mn na koji su ukazale analize je dio mehaničke nečistoće - šljake), a sumpor se samo djelimično oksidira mlazom tokom topljenja. Istovremeno, fosfor se također oksidira, ostavljajući u šljaci u obliku fosforno-željezne soli, ali se potonja zatim reducira ugljikom, a konačni metal može sadržavati čak i relativno više fosfora (iz isparenja željeza) od originalnog. liveno gvožde. Zato se za dobijanje prvoklasnog metala za izvoz u Švedskoj u preraspodelu uzima isključivo čisto sirovo gvožđe u odnosu na P. Gotova krica izvađena iz kovačnice seče se na tri dela (svaki po 50-55 kg) i pritiska čekićem, dajući izgled paralelepipeda.

Trajanje procesa preraspodjele u švedskom bloomeryju je od 65 do 80 minuta; Dnevno se dobije od 2,5 do 3,5 tona komprimovanih komada „za vatru“, uz potrošnju drvenog uglja od samo 0,32-0,40 po jedinici gotovog materijala i njegovu proizvodnju od 89 do 93,5% livenog gvožđa navedenog u preraspodeli. Nedavno su u Švedskoj napravljeni uspješni eksperimenti u pretvaranju tekućeg željeza uzetog iz visokih peći i u ubrzavanju procesa ključanja miješanjem metala mehaničkim grabljama; dok je otpad smanjen na 7%, a potrošnja uglja - na 0,25.

Sljedeći podaci (u%) daju koncept hemijskog sastava švedskog i južnouralskog željeza:

Od svih vrsta gvožđa dobijenih industrijskim metodama, švedski bloomery je najbliži hemijski čistom i koristi se umesto potonjeg u laboratorijskoj praksi i istraživačkom radu. Razlikuje se od sirovog gvožđa po svojoj uniformnosti, a od najmekšeg otvorenog metala (livenog gvožđa) po odsustvu mangana; karakteriše ga najviši stepen zavarljivosti, duktilnosti i savitljivosti. Švedsko cvjetasto željezo pokazuje zanemarljivu vlačnu čvrstoću od samo oko 30 kg/mm2, uz istezanje od 40% i smanjenje poprečnog presjeka od 75%. Trenutno je godišnja proizvodnja rascvjetanog željeza u Švedskoj pala na 50.000 tona, nakon rata 1914-18. opseg industrijske primjene ovog gvožđa je znatno smanjen. Najveća količina koristi se u proizvodnji (u Engleskoj, glavni arr. i u Njemačkoj) najviših vrsta alatnih i specijalnih čelika; u samoj Švedskoj, koristi se za izradu posebne žice („cvijet“), eksera za potkovice, dobro iskovanih u hladnom stanju, lanaca i trakastih zaliha za zavarene cijevi. Za posljednje dvije namjene posebno su važne osobine blumernog željeza: pouzdana zavarljivost, a za cijevi, osim toga, najveća otpornost na hrđu.

4) Razvoj proizvodnje gvožđa procesom cvetanja je podrazumevao uništavanje šuma; nakon što su ove posljednje uzete pod zaštitu zakona u raznim zemljama, koji je njihovu sječu ograničio na godišnji porast, Švedska, a potom i Rusija - šumovite zemlje koje obiluju visokokvalitetnim rudama - postale su glavni dobavljači željeza na međunarodnom tržištu širom svijeta. 18. vijek. Godine 1784. Englez Cort izumio je pudling - proces preraspodjele lijevanog željeza na ognjištu užarene peći, u čijoj se peći spaljivao ugalj. Nakon Cortove smrti, Rogers i Gall su uveli značajna poboljšanja u dizajn peći za pudling, što je doprinijelo brzom širenju pudlinga u svim industrijskim zemljama i potpuno promijenilo prirodu i obim njihove proizvodnje željeza tokom prve polovine 19. stoljeća. Ovim postupkom dobili su masu metala koja je bila potrebna za izgradnju željeznih brodova, željeznica, lokomotiva, parnih kotlova i automobila.

Gorivo za puding je dugovameni bitumenski ugalj, ali tamo gdje ga nema, morali smo pribjeći mrkom uglju, a ovdje na Uralu - drvima za ogrjev. Borovo drvo daje duži plamen od kamenog uglja; dobro grije, ali sadržaj vlage u drvetu ne bi trebao biti veći od 12%. Nakon toga, Siemens regenerativna peć je korištena za pudling na Uralu. Konačno, u SAD i kod nas (u basenima Volge i Kame) pudling peći su radile na naftu raspršenu direktno u radni prostor peći.

Za brzinu preraspodjele i smanjenje potrošnje goriva poželjno je imati lijevano željezo s hladnom pudlažom; pri topljenju na koks, međutim, u proizvodu se dobija dosta sumpora (0,2 pa čak i 0,3%), a sa visokim sadržajem fosfora u rudi, fosfora. Za obične komercijalne vrste gvožđa, takvo sirovo gvožđe sa niskim sadržajem silicijuma (manje od 1%), nazvano sirovo gvožđe, prethodno je topljeno u velikim količinama. Lijevano željezo od drvenog uglja, koje je prerađivano na Uralu iu centralnoj Rusiji, nije sadržavalo sumpor i dalo je proizvod koji se koristio i za proizvodnju krovnog željeza. Pudling se trenutno koristi za proizvodnju visokokvalitetnog metala prema posebnim specifikacijama, pa se stoga u pudling peći ne isporučuje obično sirovo željezo, već visokokvalitetno, na primjer, mangan ili "hematit" (nisko fosfor), ili, obrnuto, bogat fosforom za proizvodnju gvožđa od orašastih plodova. Ispod je sadržaj (u%) glavnih elemenata u nekim vrstama livenog gvožđa koji se koriste za pudling:

Peć za pudling, na kraju prethodne operacije, obično ima normalnu količinu šljake na dnu za rad sa sljedećim opterećenjem. Prilikom prerade snažnog silicijumskog livenog gvožđa, u peći ostaje mnogo šljake i ona se mora spustiti; naprotiv, bijeli liveni gvožđe se ostavlja „suhim“ ispod peći, a rad se započinje ubacivanjem potrebne količine šljake koja se uzima ispod čekića („zrela“, najbogatija magnetnim oksidom) . Na šljaku, zagrijanu u livenom gvožđu (250-300 kg u običnim i 500-600 kg u duplim pećima), baca se gvožđe punjenje; zatim se u peć ubacuje svježi dio goriva, čisti se rešetka i u peć se ugrađuje pun propuh. U roku od 25-35 min. liveno gvožđe se topi, podvrgavajući b. ili m. značajna promjena u njegovom sastavu. Tvrdo liveno gvožđe oksidira se kiseonikom plamena, a gvožđe, mangan i silicijum daju dvostruki silikat koji teče na ognjište peći; topljenjem livenog gvožđa izlaže se sve više slojeva čvrstog livenog gvožđa, koji se takođe oksidira i topi. Na kraju perioda topljenja na ložištu se formiraju dva tečna sloja - liveno gvožđe i šljaka, na čijoj kontaktnoj površini se ugljenik oksidira, iako u slabom stepenu, magnetnim oksidom gvožđa, o čemu svjedoče mjehurići ugljičnog monoksida. pušten iz kupatila. Ovisno o sadržaju silicijuma i mangana u livenom gvožđu, nejednaka količina ih ostaje u rastopljenom metalu: u niskosilicijumskom drvenom uglju liveno gvožđe ili belo liveno gvožđe - topljenje koksa - silicijum u većini slučajeva potpuno izgara tokom topljenja; ponekad određena količina ostaje u metalu (0,3-0,25%), kao i mangan. Fosfor se također oksidira u ovom trenutku, pretvarajući se u fosfornu sol željeza. Smanjenjem težine metala za vrijeme sagorijevanja ovih nečistoća, postotak ugljika može se čak povećati, iako se dio nesumnjivo sagorijeva kisikom plamena i šljake koja pokriva prve dijelove rastaljenog metala.

Da bi se ubrzalo sagorijevanje preostalih količina silicija, mangana i ugljika, pribjegava se pudlingu, odnosno miješanju lijevanog željeza sa šljakom pomoću batine sa pravokutnim krajem. Ako je metal tečan (sivi liv, visoko ugljičan), tada se mešanjem ne postiže cilj, a kupka se prvo zgušnjava ubacivanjem hladno zrele šljake u nju, ili smanjenjem potiska postavlja se nepotpuno sagorevanje u peć, praćen veoma zadimljenim plamenom (ugašenim). Nakon nekoliko minuta, tokom kojih se vrši kontinuirano miješanje, na površini kupke pojavljuju se obilni mjehurići zapaljenog ugljičnog monoksida - produkta oksidacije ugljika od lijevanog željeza kisikom magnetnog oksida otopljenog u glavnoj željeznoj šljaci. Kako proces napreduje, oksidacija C se intenzivira i pretvara u nasilno „ključanje“ cjelokupne mase metala, što je praćeno njegovim bubrenjem i tako značajnim povećanjem volumena da dio šljake prelije kroz prag šljake. radne rupe. Kako C izgara, temperatura topljenja metala raste, a kako bi se ključanje nastavilo, temperatura u peći se stalno povećava. Kuvanje završeno na niskoj temperaturi daje sirovi proizvod, tj. spužvastu masu željeza s visokim sadržajem ugljika, koja nije u stanju zavariti; zrela roba „sjedne“ u vruću pećnicu. Proces oksidacije željeznih nečistoća u pudling peći počinje kisikom šljake, koja je legura željeznog monosilika (Fe 2 SiO 4) sa magnetnim oksidom i željeznim oksidom promjenjivog sastava. U engleskim pećima, sastav mješavine oksida izražava se formulom 5Fe 3 O 4 5 FeO; na kraju ključanja odnos oksida u osiromašenoj zguri izražava se formulom Fe 3 O 4 5FeO, odnosno 80% ukupnog magnetnog oksida šljake učestvuje u procesu oksidacije. Reakcije oksidacije m. b. predstavljeni su sljedećim termohemijskim jednačinama:

Kao što se vidi iz ovih jednačina, oksidacija Si, P i Mn je praćena oslobađanjem toplote i samim tim zagreva kupku, dok oksidacija C tokom redukcije Fe 3 O 4 u FeO apsorbuje toplotu i stoga zahtijeva visoku temperaturu. Ovo objašnjava redoslijed uklanjanja nečistoća željeza i činjenicu da se izgaranje ugljika prije završava u vrućoj peći. Fe 3 O 4 se ne redukuje u metal, jer je za to potrebna viša temperatura od one na kojoj dolazi do „ključanja“.

Zgužvanu "robu", da bi postala dobro zavareno gvožđe, treba još pariti: roba se ostavi nekoliko minuta u rerni i povremeno se okreće pajserima, a njeni donji delovi se stavljaju na top; pod kombiniranim djelovanjem kisika plamena i šljake, impregnirajući cijelu masu željeza, ugljik u ovom trenutku nastavlja sagorijevati. Čim se dobije određena količina dobro zavarenog metala, krikovi počinju da se kotrljaju iz njega, izbjegavajući prekomjernu oksidaciju. Ukupno se mota od 5 do 10 kritza dok roba sazrije (ne više od 50 kg svaki); Krekeri se drže (pare) na pragu u području najveće temperature i stavljaju ispod čekića na kompresiju, čime se postiže odvajanje šljake i daje im oblik komada (presjek od 10x10 do 15x15 cm), pogodan za umotavanje u rolne. Do mjesta izdatih povika idu naprijed idući naprijed, do posljednjeg. Trajanje procesa u proizvodnji najkvalitetnijeg metala (vlaknastog gvožđa) od zrelog (visokougljičnog) livenog gvožđa na Uralu bilo je sledeće: 1) sadnja livenog gvožđa - 5 minuta, 2) topljenje - 35 minuta, 3) odležavanje - 25 min., 4) pudlanje (miksanje) - 20 min., 5) kuhanje robe na pari - 20 min., 6) gnječenje i kuhanje krekera na pari - 40 minuta, 7) izdavanje krekera (10-11 komada) - 20 minuta; ukupno - 165 min. Prilikom rada na bijelom livenom gvožđu, na običnom komercijalnom gvožđu, trajanje procesa je smanjeno (u zapadnoj Evropi) na 100 pa čak i 75 minuta.

Što se tiče rezultata rada, u različitim metalurškim regijama oni su varirali u zavisnosti od vrste goriva, kvaliteta livenog gvožđa i kvaliteta proizvedenog gvožđa. Peći Ural, koje su radile na drva, davale su prinos upotrebljivog gvožđa po 1 m 3 ogrevnog drveta od 0,25 do 0,3 tone; potrošnja ulja po jedinici željeza je 0,33, uglja u evropskim pećima od 0,75 do 1,1. Dnevna proizvodnja naših velikih peći (600 kg livenog gvožđa) pri radu na sušenom ogrevnom drvu iznosila je 4-5 tona; proizvodnja materijala pogodnog za proizvodnju krovnog gvožđa bila je 95-93% količine livenog gvožđa isporučenog u proces. U Evropi, dnevna produktivnost običnih peći (kavez 250-300 kg) je oko 3,5 tona sa gubitkom od 9%, a za visokokvalitetno gvožđe - 2,5 tona sa gubitkom od 11%.

U smislu hemijskog sastava i fizičkih svojstava, gvožđe za lupanje je mnogo lošiji proizvod od gvožđa za lupanje, s jedne strane, i livenog otvorenog gvožđa, s druge strane. Obične vrste gvožđa koje su se ranije proizvodile u zapadnoj Evropi sadržavale su dosta sumpora i fosfora, jer su se proizvodile od nečistog koksnog gvožđa, a obe ove štetne nečistoće samo delimično prelaze u šljaku; količina šljake u gvožđu je 3-6%, u visokokvalitetnom metalu ne prelazi 2%. Prisustvo šljake uvelike umanjuje rezultate mehaničkih ispitivanja natopljenog gvožđa. Ispod su neki podaci u % koji karakteriziraju gvožđe u lužinama - obično zapadnoevropsko i dobro uralsko:

Vrijedno svojstvo, zbog kojeg se sada podržava proizvodnja gvožđa, je odlična zavarljivost, što je ponekad od posebnog značaja sa stanovišta sigurnosti. Željezničke specifikacije Društvima je potrebna proizvodnja spojnica, šipki za prekidače i vijaka. Zbog svoje bolje otpornosti na korozivno djelovanje vode, gvožđe se koristi i za proizvodnju vodovodnih cijevi. Također se koristi za izradu oraha (fosforni grubi metal) i visokokvalitetnog vlaknastog željeza za zakovice i lance.

Struktura kovanog gvožđa, otkrivena pod mikroskopom čak i pri malom uvećanju, karakteriše prisustvo crnih i svetlih komponenti na fotografskoj slici; prvi spadaju u zguru, a drugi u zrna gvožđa ili vlakna dobijena izvlačenjem metala.

Trgovina gvožđem

Metalurške fabrike proizvode gvožđe dve glavne vrste za potrebe industrije: 1) lim i 2) visokokvalitetno.

Lim se trenutno valja do 3 m širine; debljine 1-3 mm nazivamo fino valjanim; od 3 mm i više (obično do 40 mm) - kotao, rezervoar, brod, ovisno o namjeni, koja odgovara sastavu i mehaničkim svojstvima materijala. Najmekše je kotlovsko gvožđe; obično sadrži 0,10-0,12% C, 0,4-0,5% Mn, P i S - svaki ne više od 0,05%; njegova privremena otpornost na lomljenje nije b. više od 41 kg / mm 2 (ali ne manje od 34 kg / mm 2), izduženje pri prekidu - oko 28%. Gvožđe iz rezervoara je napravljeno čvršćim i izdržljivijim; sadrži 0,12-0,15% C; 0,5-0,7% Mn i ne više od 0,06% i P i S; Otpornost na kidanje 41-49 kg/mm2, izduženje 25-28%. Dužina limova kotlovskog i rezervoarskog gvožđa se određuje po narudžbini prema dimenzijama proizvoda zakivanog od limova (izbegavajući nepotrebne šavove i obrezivanje), ali obično ne prelazi 8 m, jer je za tanke limove ograničena njihovo brzo hlađenje tokom procesa valjanja, a za debele limove - po težini ingota.

Željezni lim debljine manje od 1 mm naziva se kalaj; koristi se za izradu belog lima i kao krovni materijal. Za posljednju svrhu, u SSSR-u, listovi se valjaju dimenzija 1422x711 mm, težine 4-5 kg, debljine 0,5-0,625 mm. Krovno gvožđe se proizvodi u fabrikama u pakovanjima od 82 kg. U inostranstvu se crni lim u trgovini klasifikuje prema posebnim brojevima kalibra - od 20 do 30 (normalna debljina nemačkog lima je od 0,875 do 0,22 mm, a engleskog - od 1,0 do 0,31 mm). Kalaj se pravi od najmekšeg livenog gvožđa, koji sadrži 0,08-0,10% C, 0,3-0,35% Mn, ako je napravljen od livenog gvožđa na ćumur (ima ga), i 0,4-0,5% Mn, ako je polazni materijal koksa svinja željezo; otpornost na kidanje - od 31 do 34 kg / mm 2, izduženje - 28-30%. Raznolikost limova je valovito (rebrasto) željezo. Prema prirodi valova dijeli se na željezo sa niskim i visokim valovima; u prvom se omjer širine talasa i dubine kreće od 3 do 4, u drugom 1-2. Valovito gvožđe se proizvodi debljine 0,75-2,0 mm i širine lima od 0,72-0,81 m (sa niskim talasima) i 0,4-0,6 m (sa visokim talasima). Valovito željezo se koristi za krovove, zidove lakih konstrukcija, rolete, a kod visokih valova, osim toga, koristi se za izradu stropova bez rogova.

Gvožđe u presjeku se prema obliku poprečnog presjeka dijeli u dvije klase: obično i profilirano.

Prva klasa uključuje okruglo gvožđe (prečnika manjeg od 10 mm koje se naziva žica), kvadratno, ravno ili trakasto. Potonji se, pak, dijeli na: samu traku - širine od 10 do 200 mm i debljine više od 5 mm; obruč - iste širine, ali debljine od 5 do 1 mm, označenog brojem kalibra (od 3. do 19. normalnog njemačkog i od 6. do 20. novog engleskog kalibra); guma - širine od 38 do 51 mm i debljine do 22 mm; univerzalna - širine od 200 do 1000 mm i debljine najmanje 6 mm (motane u posebne rolne - univerzalne). I gumeno i obručasto gvožđe proizvode fabrike u kosinama, valjanu žicu - u koturovima; ostali razredi - u obliku ravnih (ispravljenih) traka, obično ne dužih od 8 m (normalno - od 4,5 do 6 m), ali po posebnoj narudžbi za betonske konstrukcije, trake se režu do 18 mm, a ponekad i više .

Glavne vrste oblikovanog gvožđa: ugaone (jednakostrane i nejednake), kutijaste (kanale), trojnice, I-grede (greda), stubne (kvadratne) i zet gvožđe; postoje i neke druge manje uobičajene vrste oblikovanog gvožđa. Prema našem uobičajenom metričkom asortimanu, dimenzije profiliranog željeza su označene brojem profila (# - broj, vidi širinu police ili maksimalnu visinu profila). Ugaoni nejednak i trojnjak imaju dvostruki broj; na primjer, broj 16/8 označava ugao sa policama od 16 i 8 cm ili T-Te sa policom od 16 cm i visinom T-a 8 cm.

Sastav običnog zavarljivog profilnog gvožđa: 0,12% C, 0,4% Mn, manje od 0,05% P i S - svaki; otpornost na kidanje je 34-40 kg/mm2; ali okruglo gvožđe za zakovice je napravljeno od mekšeg materijala sastava: manje od 0,10% C, 0,25-0,35% Mn, oko 0,03% P i S svaki. Zatezna čvrstoća 32-35 kg/mm2 i istezanje 28-32%. Oblikovano nezavarivo, ali zakovano željezo („građevinski čelik“) sadrži: 0,15 - 0,20% C, 0,5% Mn, do 0,06% P i S - svaki; otpornost na kidanje je 40-50 kg/mm2, izduženje je 25-20%. Za proizvodnju orašastih plodova proizvodi se gvožđe (Thomas) koje sadrži oko 0,1% C, ali od 0,3 do 0,5% P (što su orasi veći, to je više P). U inostranstvu, za potrebe specijalnih valjaonica, u prometu se prometuje poluproizvod - kvadratna gredica, najčešće 50 x 50 mm u poprečnom preseku.

Gvožđe je dobro poznati hemijski element. Spada u metale sa prosečnom reaktivnošću. U ovom članku ćemo razmotriti svojstva i upotrebu željeza.

Prevalencija u prirodi

Postoji prilično veliki broj minerala koji uključuju željezo. Prije svega, to je magnetit. To je sedamdeset dva posto gvožđa. Njegova hemijska formula je Fe 3 O 4 . Ovaj mineral se još naziva i magnetna željezna ruda. Svetlosive je boje, ponekad sa tamno sivom, do crne, sa metalnim sjajem. Njegovo najveće nalazište među zemljama ZND nalazi se na Uralu.

Sljedeći mineral s visokim sadržajem željeza je hematit - sastoji se od sedamdeset posto ovog elementa. Njegova hemijska formula je Fe 2 O 3 . Naziva se i crvena željezna ruda. Ima boju od crveno-braon do crveno-sive. Najveće nalazište na teritoriji zemalja ZND nalazi se u Krivoj Rogu.

Treći mineral po sadržaju željeza je limonit. Ovdje je željezo šezdeset posto ukupne mase. To je kristalni hidrat, odnosno molekuli vode su utkani u njegovu kristalnu rešetku, hemijska formula mu je Fe 2 O 3 .H 2 O. Kao što naziv govori, ovaj mineral ima žuto-smeđu boju, povremeno smeđu. Jedan je od glavnih sastojaka prirodnog okera i koristi se kao pigment. Naziva se i smeđi željezni kamen. Najveće pojave su Krim, Ural.

U sideritu, takozvanoj šparovoj rudi željeza, četrdeset osam posto željeza. Njegova hemijska formula je FeCO 3 . Njegova struktura je heterogena i sastoji se od kristala različitih boja povezanih zajedno: sive, blijedozelene, sivo-žute, smeđe-žute itd.

Posljednji prirodni mineral s visokim sadržajem željeza je pirit. Ima sledeću hemijsku formulu FeS 2 . Gvožđe u njemu čini četrdeset šest posto ukupne mase. Zbog atoma sumpora, ovaj mineral ima zlatnožutu boju.

Mnogi od minerala koji se razmatraju koriste se za dobijanje čistog gvožđa. Osim toga, hematit se koristi u proizvodnji nakita od prirodnog kamenja. Inkluzije pirita mogu se naći u nakitu od lapis lazulija. Osim toga, željezo se u prirodi nalazi u sastavu živih organizama – ono je jedna od najvažnijih komponenti ćelije. Ovaj element u tragovima mora biti dostavljen ljudskom tijelu u dovoljnim količinama. Ljekovita svojstva gvožđa u velikoj mjeri su posljedica činjenice da je ovaj hemijski element osnova hemoglobina. Stoga upotreba feruma dobro utiče na stanje krvi, a samim tim i na cijeli organizam u cjelini.

Gvožđe: fizička i hemijska svojstva

Pogledajmo redom ova dva glavna odjeljka. gvožđe je njegov izgled, gustina, tačka topljenja, itd. Odnosno, sve karakteristične osobine supstance koje su povezane sa fizikom. Hemijska svojstva gvožđa su njegova sposobnost da reaguje sa drugim jedinjenjima. Počnimo s prvim.

Fizička svojstva gvožđa

U svom čistom obliku u normalnim uslovima, to je čvrsta materija. Srebrno-sive je boje i izraženog metalnog sjaja. Mehanička svojstva gvožđa uključuju nivo tvrdoće She jednak četiri (srednja). Gvožđe ima dobru električnu i toplotnu provodljivost. Posljednju osobinu možete osjetiti dodirivanjem željeznog predmeta u hladnoj prostoriji. Budući da ovaj materijal brzo provodi toplinu, za kratko vrijeme izvlači mnogo toga iz vaše kože, zbog čega vam je hladno.

Dodirujući, na primjer, drvo, može se primijetiti da je njegova toplinska provodljivost mnogo niža. Fizička svojstva gvožđa su njegove tačke topljenja i ključanja. Prva je 1539 stepeni Celzijusa, druga 2860 stepeni Celzijusa. Može se zaključiti da su karakteristična svojstva željeza dobra duktilnost i taljivost. Ali to nije sve.

Fizička svojstva željeza također uključuju njegov feromagnetizam. Šta je to? Gvožđe, čija magnetna svojstva svakodnevno možemo posmatrati na praktičnim primerima, jedini je metal koji ima tako jedinstvenu karakteristiku. To je zbog činjenice da se ovaj materijal može magnetizirati pod utjecajem magnetskog polja. I nakon prestanka djelovanja potonjeg, željezo, čija su magnetska svojstva upravo formirana, ostaje magnet dugo vremena. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da u strukturi ovog metala postoji mnogo slobodnih elektrona koji se mogu kretati.

U smislu hemije

Ovaj element spada u metale srednje aktivnosti. Ali hemijska svojstva gvožđa su tipična za sve druge metale (osim onih koji su desno od vodonika u elektrohemijskom nizu). Sposoban je da reaguje sa mnogim klasama supstanci.

Počnimo jednostavno

Ferum stupa u interakciju sa kiseonikom, azotom, halogenima (jod, brom, hlor, fluor), fosforom, ugljenikom. Prva stvar koju treba uzeti u obzir su reakcije s kisikom. Kada se željezo sagorijeva, nastaju njegovi oksidi. U zavisnosti od uslova reakcije i proporcija između dva učesnika, one se mogu menjati. Kao primjer takvih interakcija mogu se dati sljedeće jednačine reakcije: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4. I svojstva željeznog oksida (i fizička i kemijska) mogu varirati, ovisno o njegovoj raznolikosti. Ove reakcije se odvijaju na visokim temperaturama.

Sljedeća je interakcija sa dušikom. Takođe se može javiti samo pod uslovima grejanja. Ako uzmemo šest molova željeza i jedan mol dušika, dobićemo dva mola željeznog nitrida. Jednačina reakcije će izgledati ovako: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

U interakciji s fosforom nastaje fosfid. Za izvođenje reakcije potrebne su sljedeće komponente: za tri mola feruma - jedan mol fosfora, kao rezultat toga, formira se jedan mol fosfida. Jednačina se može napisati na sljedeći način: 3Fe + P = Fe 3 P.

Osim toga, među reakcijama s jednostavnim tvarima može se razlikovati i interakcija sa sumporom. U ovom slučaju se može dobiti sulfid. Princip po kojem se odvija proces formiranja ove tvari sličan je gore opisanim. Naime, dolazi do reakcije adicije. Sve hemijske interakcije ove vrste zahtevaju posebne uslove, uglavnom visoke temperature, ređe katalizatore.

U hemijskoj industriji takođe su uobičajene reakcije između gvožđa i halogena. To su hloriranje, bromiranje, jodiranje, fluoriranje. Kao što je jasno iz naziva samih reakcija, ovo je proces dodavanja atoma klora / broma / joda / fluora atomima željeza kako bi se formirao hlorid / bromid / jodid / fluor. Ove supstance se široko koriste u raznim industrijama. Osim toga, ferum se može kombinirati sa silicijumom na visokim temperaturama. Zbog činjenice da su hemijska svojstva gvožđa raznolika, često se koristi u hemijskoj industriji.

Željez i složene supstance

Od jednostavnih supstanci, prijeđimo na one čije se molekule sastoje od dva ili više različitih kemijskih elemenata. Prva stvar koju treba spomenuti je reakcija feruma sa vodom. Evo glavnih svojstava gvožđa. Kada se voda zagrije, ona nastaje zajedno sa željezom (tako se zove jer u interakciji s istom vodom stvara hidroksid, drugim riječima, bazu). Dakle, ako uzmete jedan mol obje komponente, tvari kao što su željezov dioksid i vodik nastaju u obliku plina oštrog mirisa - također u molarnim omjerima jedan prema jedan. Jednadžba za ovu vrstu reakcije može se napisati na sljedeći način: Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2. U zavisnosti od omjera u kojima su ove dvije komponente pomiješane, može se dobiti željezni di- ili trioksid. Obje ove supstance su vrlo česte u hemijskoj industriji, a koriste se i u mnogim drugim industrijama.

Sa kiselinama i solima

Budući da se ferum nalazi lijevo od vodonika u elektrohemijskom nizu aktivnosti metala, on je u stanju da istisne ovaj element iz jedinjenja. Primjer za to je reakcija supstitucije koja se može uočiti kada se željezo doda kiselini. Na primjer, ako pomiješate željezo i sulfatnu kiselinu (aka sumporna kiselina) srednje koncentracije u istim molarnim omjerima, rezultat će biti željezni sulfat (II) i vodik u istim molarnim omjerima. Jednadžba za takvu reakciju će izgledati ovako: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

U interakciji sa solima očituju se redukcijske osobine željeza. Odnosno, uz pomoć nje, manje aktivni metal se može izolirati iz soli. Na primjer, ako uzmete jedan mol i istu količinu feruma, onda možete dobiti željezni sulfat (II) i čisti bakar u istim molarnim omjerima.

Značaj za organizam

Jedan od najčešćih hemijskih elemenata u zemljinoj kori je gvožđe. već smo razmotrili, sada ćemo tome pristupiti sa biološke tačke gledišta. Ferrum obavlja vrlo važne funkcije kako na ćelijskom nivou tako i na nivou cijelog organizma. Prije svega, željezo je osnova takvog proteina kao što je hemoglobin. Neophodan je za transport kiseonika kroz krv od pluća do svih tkiva, organa, do svake ćelije u telu, prvenstveno do neurona mozga. Stoga se korisna svojstva gvožđa ne mogu precijeniti.

Osim što utječe na stvaranje krvi, ferum je važan i za puno funkcioniranje štitne žlijezde (za to nije potreban samo jod, kako neki vjeruju). Gvožđe takođe učestvuje u unutarćelijskom metabolizmu, reguliše imunitet. Ferrum se također nalazi u posebno velikim količinama u stanicama jetre, jer pomaže u neutralizaciji štetnih tvari. Takođe je jedna od glavnih komponenti mnogih vrsta enzima u našem tijelu. Dnevna prehrana osobe trebala bi sadržavati od deset do dvadeset miligrama ovog elementa u tragovima.

Hrana bogata gvožđem

Ima ih mnogo. Oni su i biljnog i životinjskog porijekla. Prvi su žitarice, mahunarke, žitarice (posebno heljda), jabuke, pečurke (bele), sušeno voće, šipak, kruške, breskve, avokado, bundeva, bademi, urme, paradajz, brokoli, kupus, borovnice, kupine, celer, itd. Drugi - jetra, meso. Upotreba hrane bogate gvožđem posebno je važna tokom trudnoće, jer je organizmu fetusa u razvoju potrebna velika količina ovog elementa u tragovima za pravilan rast i razvoj.

Znakovi nedostatka gvožđa u organizmu

Simptomi premalo feruma ulaska u organizam su umor, stalno smrzavanje ruku i stopala, depresija, lomljiva kosa i nokti, smanjena intelektualna aktivnost, probavni poremećaji, slab rad i poremećaji štitne žlijezde. Ako primijetite više od jednog od ovih simptoma, možda biste željeli povećati količinu hrane bogate željezom u svojoj prehrani ili kupiti vitamine ili suplemente koji sadrže željezo. Također, obavezno se obratite ljekaru ako se neki od ovih simptoma osjećate previše akutnim.

Upotreba željeza u industriji

Upotreba i svojstva gvožđa su usko povezani. Zbog svog feromagnetizma koristi se za izradu magneta - kako slabih za kućne potrebe (magneti za suvenire, itd.), tako i jačih - za industrijske potrebe. Zbog činjenice da je dotični metal visoke čvrstoće i tvrdoće, od davnina se koristio za izradu oružja, oklopa i drugih vojnih i kućnih alata. Inače, još u starom Egiptu je bilo poznato meteoritno željezo, čija su svojstva superiornija od običnog metala. Također, takvo posebno željezo korišteno je u starom Rimu. Od njega su pravili elitno oružje. Samo vrlo bogata i plemenita osoba mogla je imati štit ili mač napravljen od metala meteorita.

Općenito, metal koji razmatramo u ovom članku je najsvestraniji među svim supstancama u ovoj grupi. Prije svega, od njega se izrađuju čelik i lijevano željezo koji se koriste za proizvodnju svih vrsta proizvoda potrebnih kako u industriji tako iu svakodnevnom životu.

Liveno gvožđe je legura gvožđa i ugljenika, u kojoj je drugi prisutan od 1,7 do 4,5 odsto. Ako je drugi manji od 1,7 posto, onda se ova vrsta legure naziva čelik. Ako je u sastavu prisutno oko 0,02 posto ugljika, onda je to već obično tehničko željezo. Prisustvo ugljika u leguri neophodno je da bi se dobila veća čvrstoća, termička stabilnost i otpornost na rđu.

Osim toga, čelik može sadržavati mnoge druge kemijske elemente kao nečistoće. Ovo je i mangan, i fosfor, i silicijum. Takođe, ovoj vrsti legure mogu se dodati hrom, nikl, molibden, volfram i mnogi drugi hemijski elementi koji joj daju određene kvalitete. Kao transformatorski čelici koriste se vrste čelika u kojima je prisutna velika količina silicija (oko četiri posto). Oni koji sadrže mnogo mangana (do dvanaest do četrnaest posto) nalaze svoju primjenu u proizvodnji dijelova za željeznice, mlinova, drobilica i drugih alata, čiji su dijelovi podložni brzom habanju.

Molibden se uvodi u sastav legure kako bi bio termički stabilniji - takvi se čelici koriste kao alatni čelici. Osim toga, za dobivanje poznatih i često korištenih nehrđajućih čelika u svakodnevnom životu u obliku noževa i drugih kućnih alata, potrebno je u leguru dodati krom, nikl i titan. A da bi se dobio otporan na udarce, visoke čvrstoće, duktilni čelik, dovoljno je dodati vanadij. Kada se unese u sastav niobija, moguće je postići visoku otpornost na koroziju i djelovanje kemijski agresivnih tvari.

Mineral magnetit, koji je spomenut na početku članka, potreban je za proizvodnju tvrdih diskova, memorijskih kartica i drugih uređaja ove vrste. Zbog svojih magnetnih svojstava, gvožđe se može naći u konstrukciji transformatora, motora, elektronskih proizvoda itd. Osim toga, ferum se može dodati drugim metalnim legurama da bi im dao veću čvrstoću i mehaničku stabilnost. Sulfat ovog elementa se koristi u hortikulturi za suzbijanje štetočina (zajedno sa bakrenim sulfatom).

Nezamjenjivi su u prečišćavanju vode. Osim toga, prah magnetita se koristi u crno-bijelim štampačima. Glavna upotreba pirita je dobivanje sumporne kiseline iz njega. Ovaj proces se odvija u laboratoriji u tri faze. U prvoj fazi, ferum pirit se spaljuje kako bi se dobio željezni oksid i sumpor dioksid. U drugoj fazi dolazi do pretvaranja sumpor-dioksida u njegov trioksid uz sudjelovanje kisika. I u završnoj fazi, rezultirajuća tvar se propušta u prisustvu katalizatora, čime se dobiva sumporna kiselina.

Dobivanje gvožđa

Ovaj metal se uglavnom dobija iz dva glavna minerala: magnetita i hematita. To se postiže redukcijom željeza iz njegovih spojeva ugljikom u obliku koksa. To se radi u visokim pećima, temperatura u kojima dostiže dvije hiljade stepeni Celzijusa. Osim toga, postoji način da se ferum reducira vodonikom. Za to nije potrebna visoka peć. Za implementaciju ove metode uzima se specijalna glina, pomiješana sa zdrobljenom rudom i tretirana vodikom u osovinskoj peći.

Zaključak

Svojstva i upotreba gvožđa su različiti. Ovo je možda najvažniji metal u našim životima. Pošto je postao poznat čovječanstvu, zauzeo je mjesto bronce, koja je u to vrijeme bila glavni materijal za izradu svih alata, kao i oružja. Čelik i liveno gvožđe su u mnogome superiorniji od legure bakra i kalaja po svojim fizičkim svojstvima, otpornosti na mehanička opterećenja.

Osim toga, željezo je češće na našoj planeti od mnogih drugih metala. u zemljinoj kori je skoro pet posto. To je četvrti najzastupljeniji hemijski element u prirodi. Takođe, ovaj hemijski element je veoma važan za normalno funkcionisanje organizma životinja i biljaka, pre svega zato što se na njegovoj osnovi gradi hemoglobin. Gvožđe je esencijalni element u tragovima, čija je upotreba važna za održavanje zdravlja i normalno funkcionisanje organa. Pored navedenog, to je jedini metal koji ima jedinstvena magnetna svojstva. Bez feruma je nemoguće zamisliti naš život.

IRON(lat. Ferrum), Fe, hemijski element VIII grupe periodnog sistema, atomski broj 26, atomska masa 55.847. Porijeklo latinskog i ruskog naziva elementa nije nedvosmisleno utvrđeno. Prirodno gvožđe je mešavina četiri nuklida masenih brojeva 54 (sadržaj u prirodnoj mešavini je 5,82% po masi), 56 (91,66%), 57 (2,19%) i 58 (0,33%). Konfiguracija dva vanjska elektronska sloja je 3s 2 p 6 d 6 4s 2 . Obično formira spojeve u oksidacijskim stanjima +3 (valencija III) i +2 (valentnost II). Poznata su i jedinjenja sa atomima gvožđa u oksidacionim stanjima +4, +6 i neka druga.

U periodičnom sistemu Mendeljejeva, gvožđe je uključeno u grupu VIIIB. U četvrtom periodu, kome pripada i gvožđe, u ovu grupu, pored gvožđa, spadaju i kobalt (Co) i nikl (Ni). Ova tri elementa čine trijadu i imaju slična svojstva.

Radijus neutralnog atoma gvožđa je 0,126 nm, poluprečnik jona Fe 2+ je 0,080 nm, a poluprečnik jona Fe 3+ je 0,067 nm. Energije uzastopne jonizacije atoma gvožđa su 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Elektronski afinitet 0,58 eV. Na Paulingovoj skali, elektronegativnost gvožđa je oko 1,8.

Gvožđe visoke čistoće je sjajan, srebrno siv, duktilni metal koji se dobro uklapa u različite metode obrade.

Fizička i hemijska svojstva: na temperaturama od sobne temperature do 917°C, kao iu temperaturnom opsegu 1394-1535°C, postoji -Fe sa kubičnom telo centriranom rešetkom, na sobnoj temperaturi parametar rešetke a= 0,286645 nm. Na temperaturama od 917-1394°C, stabilan -Fe sa kubičnom licem centriranom rešetkom T ( a= 0,36468 nm). Na temperaturama u rasponu od sobne temperature do 769°C (tzv. Curie tačka), željezo ima jaka magnetna svojstva (kaže se da je feromagnetno), na višim temperaturama željezo se ponaša kao paramagnet. Ponekad se paramagnetski -Fe sa kubičnom rešetkom usredsređenom na tijelo, stabilan na temperaturama od 769 do 917 °C, smatra modifikacijom željeza, a -Fe, stabilan na visokim temperaturama (1394-1535 °C), tradicionalno se naziva - Fe (ideje o postojanju četiri modifikacije gvožđa nastale su u vreme kada još nije postojala rendgenska difrakciona analiza i nije bilo objektivnih informacija o unutrašnjoj strukturi gvožđa). Tačka topljenja 1535°C, tačka ključanja 2750°C, gustina 7,87 g/cm 3 . Standardni potencijal para Fe 2+ /Fe 0 0,447V, para Fe 3+ /Fe 2+ + 0,771V.

Kada se čuva na vazduhu na temperaturama do 200°C, gvožđe se postepeno prekriva gustim filmom oksida, koji sprečava dalju oksidaciju metala. U vlažnom zraku, željezo je prekriveno labavim slojem rđe, koji ne sprječava pristup kisika i vlage metalu i njegovo uništavanje. Rđa nema stalan hemijski sastav; otprilike njena hemijska formula se može napisati kao Fe 2 O 3 xH 2 O.

Gvožđe reaguje sa kiseonikom (O) kada se zagreje. Kada se željezo sagorijeva na zraku, nastaje Fe 2 O 3 oksid; kada se sagorijeva u čistom kisiku, nastaje Fe 3 O 4 oksid. Kada kisik ili zrak prođu kroz rastopljeno željezo, nastaje FeO oksid. Kada se sumporni prah (S) i željezo zagriju, nastaje sulfid čija se približna formula može napisati kao FeS.

Gvožđe pri zagrevanju reaguje sa halogenima. Pošto je FeF 3 neisparljiv, gvožđe je otporno na fluor (F) do temperature od 200-300°C. Kada se gvožđe hloriše (na temperaturi od oko 200°C), nastaje isparljivi FeCl 3. Ako se interakcija željeza i broma (Br) odvija na sobnoj temperaturi ili uz zagrijavanje i povišen tlak pare broma, tada nastaje FeBr 3. Zagrevanjem, FeCl 3 i posebno FeBr 3 odvajaju halogen i pretvaraju se u gvožđe (II) halide. Kada gvožđe i jod (I) međusobno deluju, nastaje Fe 3 I 8 jodid.

Kada se zagreje, gvožđe reaguje sa azotom (N), formirajući gvožđe nitrid Fe 3 N, sa fosforom (P), formirajući fosfide FeP, Fe 2 P i Fe 3 P, sa ugljenikom (C), formirajući Fe 3 C karbid, sa silicijumom (Si), formirajući nekoliko silicida, na primjer, FeSi.

Pri povišenom pritisku metalno gvožđe reaguje sa ugljen monoksidom CO i tečnost, u normalnim uslovima, nastaje lako isparljivi gvožđe pentakarbonil Fe (CO) 5. Poznati su i karbonili gvožđa sastava Fe 2 (CO) 9 i Fe 3 (CO) 12. Karbonili željeza služe kao polazni materijali u sintezi organskih jedinjenja željeza, uključujući sastav ferocena.

Čisto metalno željezo je stabilno u vodi i u razrijeđenim alkalnim otopinama. U koncentriranim sumpornim i dušičnim kiselinama željezo se ne otapa, jer jak oksidni film pasivira njegovu površinu.

Sa hlorovodoničnom i razblaženom (približno 20%) sumpornom kiselinom, gvožđe reaguje da formira soli gvožđa (II):

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2

Kada željezo stupi u interakciju s približno 70% sumporne kiseline, reakcija se nastavlja formiranjem željeznog (III) sulfata:

2Fe + 4H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O

Oksid željeza (II) FeO ima osnovna svojstva, odgovara bazi Fe (OH) 2. Gvozdeni oksid (III) Fe 2 O 3 je slabo amfoteričan, odgovara još slabijoj od Fe (OH) 2 bazi Fe (OH) 3, koja reaguje sa kiselinama:

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

Gvožđe hidroksid (III) Fe(OH) 3 ispoljava slabo amfoterna svojstva; može da reaguje samo sa koncentrovanim rastvorima alkalija:

Fe (OH) 3 + KOH \u003d K

Nastali hidroksokopleksi gvožđa(III) su stabilni u jako alkalnim rastvorima. Kada se rastvori razblaže vodom, oni se uništavaju, a gvožđe (III) Fe(OH) 3 hidroksid precipitira.

Jedinjenja željeza (III) u otopinama reduciraju se metalnim željezom:

Fe + 2FeCl 3 \u003d 3FeCl 2

Pri skladištenju vodenih rastvora soli gvožđa (II) primećuje se oksidacija gvožđa (II) u gvožđe (III):

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4Fe (OH) Cl 2

Od soli gvožđa (II) u vodenim rastvorima stabilna je Mohrova so - dvostruki amonijum sulfat i gvožđe (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

Gvožđe (III) je u stanju da formira dvostruke sulfate sa jednonabijenim katjonima tipa stipse, na primer, KFe (SO 4) 2 gvožđe-kalijum alum, (NH 4) Fe (SO 4) 2 gvožđe-amonijum alum, itd.

Pod dejstvom gasovitog hlora (Cl) ili ozona na alkalne rastvore jedinjenja gvožđa (III) nastaju ferati gvožđa (VI), na primer kalijum ferat (VI) (K): K 2 FeO 4. Postoje izvještaji o stvaranju jedinjenja željeza (VIII) pod djelovanjem jakih oksidacijskih sredstava.

Za detekciju jedinjenja gvožđa (III) u rastvoru koristi se kvalitativna reakcija Fe 3+ jona sa tiocijanatnim jonima CNS. Kada ioni Fe 3+ stupaju u interakciju sa CNS anionima, nastaje svijetlocrveni željezni tiocijanat Fe(CNS) 3. Drugi reagens za Fe 3+ jone je kalijum heksacijanoferat (II) (K): K 4 (ranije se ova supstanca zvala žuta krvna so). Kada ioni Fe 3+ i 4 interaguju, taloži se svijetloplavi precipitat.

Kao reagens za Fe 2+ jone u rastvoru može poslužiti rastvor kalijum heksacijanoferata (III) (K) K 3, koji se ranije zvao crvena krvna so. Prilikom interakcije jona Fe 3+ i 3 taloži se svijetloplavi precipitat istog sastava kao u slučaju interakcije jona Fe 3+ i 4.

Legure gvožđa sa ugljenikom: gvožđe se koristi uglavnom u legurama, prvenstveno u legurama sa ugljenikom (C) raznim livenim gvožđem i čelikom. Kod livenog gvožđa sadržaj ugljenika je veći od 2,14% mase (obično na nivou od 3,5-4%), u čelicima je sadržaj ugljenika manji (obično na nivou od 0,8-1%).

Liveno gvožđe se dobija u visokim pećima. Visoka peć je džinovski (do 30-40 m visine) krnji konus, iznutra šuplji. Zidovi visoke peći su iznutra obloženi vatrostalnom opekom, debljina zida je nekoliko metara. Odozgo, obogaćena (oslobođena od otpadnih stijena) željezna ruda, sredstvo za redukciju koksa (specijalne vrste kamenog uglja podvrgnutog koksovanju zagrijanog na temperaturi od oko 1000°C bez zraka), kao i materijali za topljenje (krečnjak i drugi) koji doprinose do odvajanja šljake od nečistoća istopljenog metala. Odozdo, visoka peć se dovodi u visoku peć (čisti kiseonik (O) ili vazduh obogaćen kiseonikom (O)). Kako se materijali koji se stavljaju u visoku peć spuštaju, njihova temperatura raste na 1200-1300°C. Kao rezultat reakcija redukcije koje se odvijaju uglavnom uz učešće koksa C i CO:

Fe 2 O 3 + 3C \u003d 2Fe + 3CO;

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

formira se metalno gvožđe koje je zasićeno ugljenikom (C) i teče dole.

Ova talina se periodično ispušta iz visoke peći kroz poseban kavez za otvore i talina se ostavlja da se stvrdne u posebnim oblicima. Liveno gvožđe je belo, takozvano sirovo gvožđe (koristi se za proizvodnju čelika) i sivo, odnosno liveno gvožđe. Bijelo lijevano željezo je čvrsta otopina ugljika (C) u željezu. U mikrostrukturi sivog liva mogu se razlikovati mikrokristali grafita. Zbog prisustva grafita, sivi liveni gvožđe ostavlja trag na belom papiru.

Liveno gvožđe je krhko, bode se pri udaru, pa se od njega ne mogu praviti opruge, opruge i svi proizvodi koji moraju da rade na savijanje.

Čvrsto liveno gvožđe je lakše od rastopljenog liva, tako da kada se stvrdne ne skuplja (kao što je uobičajeno kod stvrdnjavanja metala i legura), već se širi. Ova funkcija vam omogućava da napravite različite odljevke od lijevanog željeza, uključujući korištenje kao materijala za umjetničko lijevanje.

Ako se sadržaj ugljika (C) u lijevanom željezu smanji na 1,0-1,5%, tada nastaje čelik. Čelici su ugljični (u takvim čelicima nema drugih komponenti osim Fe i C) i legirani (takvi čelici sadrže aditive hroma (Cr), nikla (Ni), molibdena (Mo), kobalta (Co) i drugih metala koji poboljšavaju mehaničku i druga svojstva čelika).

Čelik se dobija preradom sirovog gvožđa i otpadnog metala u pretvaraču kiseonika, u elektrolučnoj ili otvorenoj peći. Takvom obradom sadržaj ugljika (C) u leguri se smanjuje na potrebnu razinu, kako kažu, višak ugljika (C) sagorijeva.

Fizička svojstva čelika značajno se razlikuju od svojstava lijevanog željeza: čelik je elastičan, može se kovati, valjati. Pošto se čelik, za razliku od livenog gvožđa, skuplja tokom skrućivanja, dobijeni čelični odlivci se podvrgavaju kompresiji u valjaonicama. Nakon valjanja, šupljine i školjke nestaju u zapremini metala, koje su se pojavile tokom skrućivanja taline.

Proizvodnja čelika u Rusiji ima dugu duboku tradiciju, a čelici koje dobijaju naši metalurzi su visokog kvaliteta.

Istorija dobijanja gvožđa: gvožđe je igralo i igra izuzetnu ulogu u materijalnoj istoriji čovečanstva. Prvo metalno gvožđe koje je palo u ruke čoveka verovatno je bilo meteorskog porekla. Rude željeza su široko rasprostranjene i često se nalaze čak i na površini Zemlje, ali samorodno željezo na površini je izuzetno rijetko. Vjerovatno je prije nekoliko hiljada godina osoba primijetila da se nakon paljenja vatre u nekim slučajevima uočava stvaranje željeza iz onih komada rude koji su slučajno završili u požaru. Pri paljenju vatre dolazi do redukcije željeza iz rude zbog reakcije rude kako direktno s ugljem tako i sa ugljičnim monoksidom (II) CO koji nastaje prilikom sagorijevanja. Mogućnost dobijanja gvožđa iz ruda uvelike je olakšala otkrivanje činjenice da pri zagrevanju rude ugljem nastaje metal koji se potom može dalje rafinirati tokom kovanja. Ekstrakcija željeza iz rude postupkom proizvodnje sira izumljena je u zapadnoj Aziji u 2. milenijumu prije nove ere. Period od 9 7 veka pre nove ere, kada su mnoga plemena Evrope i Azije razvila metalurgiju gvožđa, nazvano je gvozdeno doba, koje je zamenilo bronzano doba. Poboljšanje metoda duvanja (prirodna promaja je zamijenjena krznom) i povećanje visine ložišta (pojavile su se peći s niskim vratilom) dovele su do proizvodnje sirovog željeza, koje se u zapadnoj Europi počelo masovno topiti od 14. veka. Nastalo liveno gvožđe je pretvoreno u čelik. Od sredine 18. vijeka u procesu visoke peći umjesto drvenog uglja počeo se koristiti ugljen-koks. Kasnije su metode za dobijanje željeza iz ruda značajno poboljšane, a trenutno se za to koriste posebni uređaji - visoke peći, pretvarači kisika i elektrolučne peći.

Pronalaženje u prirodi: gvožđe je široko rasprostranjeno u zemljinoj kori - čini oko 4,1% mase zemljine kore (4. mesto među svim elementima, 2. među metalima). Poznat je veliki broj ruda i minerala koji sadrže željezo. Od najvećeg praktičnog značaja su ruda crvenog željeza (hematit, Fe 2 O 3; sadrži do 70% Fe), magnetna željezna ruda (ruda magnetita, Fe 3 O 4; sadrži 72,4% Fe), ruda smeđeg željeza (ruda hidrogetita HFeO 2 n H 2 O), kao i šparta željezna ruda (sideritna ruda, željezni karbonat, FeCO 3; sadrži oko 48% Fe). U prirodi se nalaze i velika nalazišta pirita FeS 2 (drugi nazivi su sumporni pirit, željezni pirit, željezni disulfid i drugi), ali rude s visokim sadržajem sumpora još nisu od praktičnog značaja. Po rezervama željezne rude Rusija je na prvom mjestu u svijetu. U morskoj vodi 1 10 5 1 10 8% željeza.

Upotreba željeza, njegovih legura i spojeva:Čisto željezo ima prilično ograničenu upotrebu. Koristi se u proizvodnji elektromagnetnih jezgara, kao katalizator za hemijske procese i u neke druge svrhe. Ali legure lijevanog željeza i čelika čine osnovu moderne tehnologije. Mnoga jedinjenja gvožđa se takođe široko koriste. Dakle, željezo (III) sulfat se koristi u tretmanu vode, željezni oksidi i cijanid služe kao pigmenti u proizvodnji boja i tako dalje.

Biološka uloga: Gvožđe je prisutno u organizmima svih biljaka i životinja kao element u tragovima, odnosno u vrlo malim količinama (u proseku oko 0,02%). Međutim, željezne bakterije koje koriste energiju oksidacije željeza (II) u željezo (III) za kemosintezu mogu akumulirati do 17-20% željeza u svojim stanicama. Glavna biološka funkcija gvožđa je učešće u transportu kiseonika (O) i oksidativnim procesima. Ovu funkciju željezo obavlja kao dio kompleksnih proteina - hemoproteina, čija je protetička grupa željezoporfirinski kompleks - hem. Među najvažnijim hemoproteinima su respiratorni pigmenti hemoglobin i mioglobin, univerzalni nosači elektrona u reakcijama ćelijskog disanja, oksidacije i fotosinteze, citohromi, enzimi kataloze i peroksida i drugi. Kod nekih beskičmenjaka respiratorni pigmenti koji sadrže željezo heloeritrin i hlorokruorin imaju drugačiju strukturu od hemoglobina. Tokom biosinteze hemoproteina, gvožđe prelazi na njih iz proteina feritina, koji skladišti i transportuje gvožđe. Ovaj protein, čiji jedan molekul uključuje oko 4.500 atoma željeza, koncentrisan je u jetri, slezeni, koštanoj srži i crijevnoj sluznici sisara i ljudi. Dnevne ljudske potrebe za gvožđem (6-20 mg) suvišno su pokrivene hranom (gvožđem su bogati meso, jetra, jaja, hleb, spanać, cvekla i dr.). Tijelo prosječne osobe (tjelesne težine 70 kg) sadrži 4,2 g željeza, 1 litar krvi sadrži oko 450 mg. S nedostatkom željeza u tijelu razvija se žljezdana anemija, koja se liječi lijekovima koji sadrže željezo. Preparati gvožđa se koriste i kao opšti tonik. Prekomjerna doza željeza (200 mg ili više) može biti toksična. Gvožđe je neophodno i za normalan razvoj biljaka, pa postoje mikrođubriva na bazi preparata gvožđa.