Kemijska svojstva spojeva željeza 2 i 3. III

Čisto željezo dobiva se raznim metodama. Od najveće važnosti su metoda toplinske razgradnje željeznog pentakarbonila (vidi § 193) i elektroliza vodenih otopina njegovih soli.

Na vlažnom zraku željezo brzo hrđa, odnosno prekriva se smeđim slojem hidratiziranog željeznog oksida koji zbog svoje trošnosti ne štiti željezo od daljnje oksidacije. U vodi željezo intenzivno korodira; s obilnim pristupom kisika nastaju hidratizirani oblici željezovog (III) oksida:

S nedostatkom kisika ili s njegovim teškim pristupom nastaje mješoviti oksid Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3):

Željezo se otapa u klorovodičnoj 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 praktički nema interakcije.

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

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

Željezo karakteriziraju dva niza spojeva: spojevi željeza(II) i spojevi željeza(III). Prvi odgovaraju željeznom oksidu (II) ili željeznom oksidu, FeO, drugi željeznom oksidu (III) ili željeznom oksidu, Fe 2 O 3.

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

Spojevi željeza(II).

Soli željeza(II) nastaju otapanjem željeza u razrijeđenim kiselinama, osim dušične kiseline. Najvažniji od njih je željezov (II) sulfat ili željezni sulfat, FeSO 4 7H 2 O, koji stvara svijetlozelene kristale koji su vrlo topljivi u vodi. Na zraku, željezni sulfat postupno trosi i istodobno oksidira s površine, pretvarajući se u žuto-smeđu baznu željeznu (III) sol.

Željezo(II) sulfat se dobiva otapanjem čeličnog otpada u 20-30% sumpornoj kiselini:

Željezo(II) sulfat koristi se za suzbijanje biljnih štetočina, u proizvodnji tinte i mineralnih boja te u bojanju tkanina.

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

Kada otopina soli željeza (II) reagira s lužinom, taloži se bijeli talog željezovog (II) hidroksida Fe (OH) 2, koji na zraku, zbog oksidacije, brzo poprima zelenkastu, a zatim smeđu boju, pretvarajući se u željezo ( III) hidroksid

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

Karbonati alkalijskih metala talože se iz otopina soli željeza(II) bijelog željezovog(II) karbonata FeCO 3 . Pod djelovanjem vode koja sadrži CO 2 , željezni karbonat, kao i kalcijev karbonat, djelomično prelazi u topljiviju kiselu sol Fe(HCO 3) 2 . U obliku ove soli željezo se nalazi u prirodnim željeznim vodama.

Soli željeza (II) mogu se lako pretvoriti u soli željeza (III) djelovanjem različitih oksidacijskih sredstava - dušične kiseline, kalijevog permanganata, klora, na primjer:

Zbog sposobnosti lake oksidacije soli željeza(II) često se koriste kao redukcijska sredstva.

Spojevi željeza(III).

Željezov (III) klorid FeCl3 je tamnosmeđi kristal zelenkaste nijanse. Ova tvar je vrlo higroskopna; upijajući vlagu iz zraka, pretvara se u kristalne hidrate koji sadrže različite količine vode i šire se u zraku. U tom stanju željezov (III) klorid ima smeđe-narančastu boju. U razrijeđenoj otopini FeCl3 hidrolizira u bazične soli. U parama željezov (III) klorid ima strukturu sličnu onoj aluminijevog klorida (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.

Željezov (III) klorid koristi se kao koagulans u pročišćavanju vode, kao katalizator u sintezi organskih tvari, u tekstilnoj industriji.

Željezni sulfat (III) Fe 2 (SO 4) 3 - vrlo higroskopni, bijeli kristali koji se šire u zraku. Tvori kristalni hidrat Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O (žuti kristali). U vodenim otopinama željezo (III) sulfat je visoko hidroliziran. Sa sulfatima alkalijskih metala i amonijem stvara dvostruke soli - stipsu, npr. željezo amonijevu stipsu (NH 4) Fe (SO 4) 2 12H 2 O - svijetloljubičaste kristale koji su vrlo topljivi u vodi. Kada se kalcinira iznad 500°C, željezo (III) sulfat se razgrađuje u skladu s jednadžbom:

Željezni sulfat (III) koristi se, poput FeCl3, kao koagulans u pročišćavanju vode, kao i za jetkanje metala. Otopina Fe 2 (SO 4) 3 može otopiti Cu 2 S i CuS uz stvaranje bakrovog (II) sulfata; to se koristi u hidrometalurškoj proizvodnji bakra.

Pod djelovanjem lužina na otopine soli željeza (III) taloži se crveno-smeđi željezov hidroksid (III) Fe (OH) 3, koji je netopljiv u suvišku lužine.

Željezo (III) hidroksid je slabija baza od željeza (II) hidroksida, što se izražava u činjenici da su željezo (III) soli snažno hidrolizirane, a sa slabim kiselinama (na primjer, ugljična, sumporovodik) Fe (OH) 3 ne stvara soli. Boja otopina soli željeza (III) također se objašnjava hidrolizom: unatoč činjenici da je Fe 3+ gotovo bezbojan, otopine koje ga sadrže obojene su žuto-smeđe, što se objašnjava prisutnošću hidrokso iona željeza ili Fe (OH ) 3 molekule koje nastaju hidrolizom:

Zagrijavanjem boja potamni, a dodatkom kiselina posvjetljuje zbog potiskivanja hidrolize.

Kada se kalcinira, željezov (III) hidroksid, gubeći vodu, prelazi u željezni oksid (III), odnosno željezni oksid, Fe 2 O 3. Željezni oksid (III) u prirodi se javlja u obliku crvene željezne rude i koristi se kao smeđa boja – željezni minij, ili mumija.

Karakteristična reakcija koja razlikuje soli željeza (III) od soli željeza (II) je djelovanje kalijevog tiocijanata KSCN ili amonijevog tiocijanata NH 4 SCN na soli željeza. Otopina kalijevog tiocijanata sadrži bezbojne SCN - ione, koji se spajaju s Fe(III) ionima i tvore krvavocrveni, slabo disocirani željezo(III) tiocijanat Fe(SCN) 3 . Kada ioni željeza (II) stupaju u interakciju s tiocijanatima, otopina ostaje bezbojna.

Cijanični spojevi željeza. Kada se topljivi cijanidi, kao što je kalijev cijanid, izlože otopinama željeznih (II) soli, dobiva se bijeli talog željezovog (II) cijanida:

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

Kalijev heksacijanoferat(II) K 4 ·3H 2 O kristalizira kao velike svijetložute prizme. Ova sol se još naziva i žuta krvna sol. Kada se otopi u vodi, sol disocira na ione kalija i izuzetno stabilne ione 4-kompleksa. U praksi takva otopina uopće ne sadrži ione Fe 2+ i ne daje reakcije karakteristične za željezo(II).

Kalijev heksacijanoferat (II) služi kao osjetljivi reagens za ione željeza (III), jer 4- ioni, u interakciji s ionima Fe 3+, tvore u vodi netopljivu sol željezovog (III) heksacijanoferata (II) Fe 4 3 karakterističnog plava boja; Ova sol se zove pruska plava:

Kao boja koristi se prusko plavo.

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

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

Ako s kalijevim heksacijanoferatom (III) djelujete na otopinu soli željeza (II), dobit ćete talog heksacijanoferata (III), željeza (II) (turnbull blue), izvana vrlo sličan pruskom plavom, ali ima drugačiji sastav:

Sa solima željeza (III) K 3 stvara zelenkastosmeđu otopinu.

U većini drugih kompleksnih spojeva, kao i u razmatranim cijanoferatima, koordinacijski broj željeza(II) i željeza(III) je šest.

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

Kada se slitina otopi u vodi, dobije se crveno-ljubičasta otopina iz koje se djelovanjem barijevog klorida može istaložiti u vodi netopljivi barijev ferat BaFeO 4 .

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

karbonili željeza. Željezo tvori hlapljive spojeve s ugljikovim monoksidom koji se nazivaju željezni karbonili. Željezni pentakarbonil Fe(CO) 5 je blijedožuta tekućina, vrelište na 105°C, netopljivo u vodi, ali topivo u mnogim organskim otapalima. Fe(CO) 5 se dobiva propuštanjem CO preko željeznog praha pri 150-200°C i tlaku od 10 MPa. Nečistoće sadržane u željezu ne reagiraju s CO, što rezultira vrlo čistim proizvodom. Kada se zagrijava u vakuumu, željezni pentakarbonil se raspada na željezo i CO; ovo se koristi za proizvodnju željeznog praha visoke čistoće, karbonilnog željeza (vidi § 193).

O prirodi kemijskih veza u molekuli Fe(CO) 5 govori se na stranici 430.

<<< Назад

Naprijed >>>

Željezo je osmi element četvrte periode u periodnom sustavu. Njegov broj u tablici (koji se naziva i atomski) je 26, što odgovara broju protona u jezgri i elektrona u elektronskoj ljusci. Označavaju ga prva dva slova njegovog latinskog ekvivalenta - Fe (lat. Ferrum - čita se kao "ferrum"). Željezo je drugi najčešći element u zemljinoj kori, postotak je 4,65% (najzastupljeniji je aluminij, Al). U svom izvornom obliku, ovaj metal je prilično rijedak, češće se vadi iz miješane rude s niklom.

U kontaktu s

Koja je priroda ovog spoja? Željezo se kao atom sastoji od metalne kristalne rešetke, što osigurava tvrdoću spojeva koji sadrže ovaj element i molekularnu stabilnost. S tim u vezi ovaj je metal tipično čvrsto tijelo, za razliku od, primjerice, žive.

Željezo kao jednostavna tvar- metal srebrne boje sa svojstvima tipičnim za ovu skupinu elemenata: kovkost, metalni sjaj i duktilnost. Osim toga, željezo ima visoku reaktivnost. Potonje svojstvo dokazuje činjenica da željezo vrlo brzo korodira pri visokoj temperaturi i odgovarajućoj vlažnosti. U čistom kisiku ovaj metal dobro gori, a ako se zdrobi u vrlo male čestice, one ne samo da će gorjeti, već će se i spontano zapaliti.

Željezo često nazivamo ne čistim metalom, već njegovim slitinama koje sadrže ugljik ©, na primjer, čelik (<2,14% C) и чугун (>2,14% C). Veliku industrijsku važnost imaju i legure, kojima se dodaju legirni metali (nikal, mangan, krom i drugi), čime čelik postaje nehrđajući, tj. legiran. Dakle, na temelju toga postaje jasno kakvu široku industrijsku primjenu ima ovaj metal.

Karakteristični Fe

Kemijska svojstva željeza

Pogledajmo pobliže značajke ovog elementa.

Svojstva jednostavne tvari

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

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

• Izgaranje željezne žice u kisiku uz stvaranje miješanog oksida (sadrži element s oksidacijskim stanjem +2 i oksidacijskim stanjem +3):

3Fe+2O2 = Fe3O4 (željezni kamenac). Reakcija je moguća pri zagrijavanju na 160 ⁰C.

• Interakcija s vodom na visokoj temperaturi (600−700 ⁰C):

3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2

• Reakcije s nemetalima:

a) Reakcija s halogenima (Važno! Tom interakcijom poprima oksidacijsko stanje elementa +3)

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

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

Željezo (III) sulfid - Fe2S3 može se dobiti tijekom druge reakcije:

Fe2O3+ 3H2S=Fe2S3+3H2O

c) Stvaranje pirita

Fe + 2S \u003d FeS2 - pirit. Obratite pozornost na stupanj oksidacije elemenata koji čine ovaj spoj: Fe (+2), S (-1).

• Interakcija s metalnim solima u elektrokemijskom nizu aktivnosti metala desno od Fe:

Fe + CuCl2 \u003d FeCl2 + Cu - željezov (II) klorid

• Interakcija s razrijeđenim kiselinama (na primjer, klorovodična i sumporna):

Fe+HBr = FeBr2+H2

Fe+HCl = FeCl2+ H2

Imajte na umu da ove reakcije proizvode željezo sa stupnjem oksidacije +2.

• U nerazrijeđenim kiselinama, koje su najjači oksidansi, reakcija je moguća samo pri zagrijavanju; u hladnim kiselinama metal se pasivizira:

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:

Taloži se Fe + 2KOH + 2H2O \u003d K2 + H2 - kalijev tetrahidroksiferat (II).

Proces proizvodnje željeza u visokoj peći

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

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

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

• Izgaranje koksa (u suvišku):

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

CO2+S (koks) —> 2CO (750−1000 ⁰C)

• Oporaba rude koja sadrži oksid ugljikovim monoksidom:

Fe2O3 —> Fe3O4 (CO, -CO2)

Fe3O4 —> FeO (CO, -CO2)

FeO —> Fe(CO, -CO2)

• Karburizacija željeza (do 6,7%) i taljenje lijevanog željeza (t⁰taljenja - 1145 ⁰C)

Fe (kruto) + C (koks) -> lijevano željezo. Temperatura reakcije je 900−1200 ⁰C.

U lijevanom željezu cementit (Fe2C) i grafit uvijek su prisutni u obliku zrnaca.

Karakterizacija spojeva koji sadrže Fe

Zasebno ćemo proučiti značajke svake veze.

Fe3O4

Mješoviti ili dvostruki željezov oksid, koji sadrži element s oksidacijskim stupnjem +2 i +3. Također se zove Fe3O4 željezni oksid. Ovaj spoj je otporan na visoke temperature. Ne reagira s vodom, vodenom parom. Razgrađuju se mineralnim kiselinama. Može se reducirati vodikom ili željezom na visokoj temperaturi. Kao što možete razumjeti iz gornjih informacija, to je međuprodukt u reakcijskom lancu industrijske proizvodnje željeza.

Izravno se željezov oksid koristi u proizvodnji boja na bazi minerala, obojenog cementa i keramičkih proizvoda. Fe3O4 je ono što se dobiva crnjenjem i plavljenjem čelika. Mješoviti oksid dobiva se spaljivanjem željeza na zraku (reakcija je navedena gore). Ruda koja sadrži okside je magnetit.

Fe2O3

Željezov (III) oksid, trivijalni naziv - hematit, crveno-smeđi spoj. Otporan na visoke temperature. U svom čistom obliku ne nastaje tijekom oksidacije željeza s atmosferskim kisikom. Ne reagira s vodom, stvara hidrate koji se talože. Loše reagira s razrijeđenim alkalijama i kiselinama. Može se legirati s oksidima drugih metala, tvoreći spinele - dvostruke okside.

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

FeOH2

Željezov(II) hidroksid, spoj koji ima i kisela i bazična svojstva, prevladavaju potonja, odnosno amfoterna je. Bijela tvar koja na zraku brzo oksidira, "smeđi" u željezov (III) hidroksid. Raspada se pri izlaganju temperaturi. Reagira i sa slabim otopinama kiselina i s lužinama. Nećemo se otapati u vodi. U reakciji djeluje kao redukcijsko sredstvo. To je međuproizvod u reakciji korozije.

Detekcija iona Fe2+ i Fe3+ ("kvalitativne" reakcije)

Prepoznavanje Fe2+ i Fe3+ iona u vodenim otopinama provodi se pomoću složenih kompleksnih spojeva - K3, crvena krvna sol, odnosno K4, žuta krvna sol. U obje reakcije nastaje talog zasićene plave boje istog kvantitativnog sastava, ali različitog položaja željeza s valencijom +2 i +3. Taj se talog često naziva i prusko plavo ili Turnbullovo plavo.

Reakcija zapisana u ionskom obliku

Fe2++K++3-  K+1Fe+2

Fe3++K++4-  K+1Fe+3

Dobar reagens za detekciju Fe3+ je tiocijanatni ion (NCS-)

Fe3++ NCS-  3- - ovi spojevi imaju žarkocrvenu („krvavu“) boju.

Ovaj reagens, na primjer, kalijev tiocijanat (formula - KNCS), omogućuje određivanje čak i zanemarive koncentracije željeza u otopinama. Dakle, on može utvrditi jesu li cijevi zahrđale kada ispituje vodu iz slavine.

Detalji Kategorija: Pregleda: 9555

ŽELJEZO, Fe, kemijski element, atomska težina 55,84, redni broj 26; nalazi se u VIII skupini periodnog sustava u istom redu s kobaltom i niklom, talište - 1529 ° C, vrelište - 2450 ° C; u čvrstom stanju ima plavkasto-srebrnu boju. U slobodnom obliku željezo se nalazi samo u meteoritima, koji, međutim, sadrže primjese Ni, P, C i drugih elemenata. U prirodi su spojevi željeza široko rasprostranjeni (tlo, minerali, životinjski hemoglobin, biljni klorofil), Ch. arr. u obliku oksida, hidrata oksida i sumpornih spojeva, kao i željeznog karbonata, od kojih se većina željeznih ruda sastoji.

Kemijski čisto željezo dobiva se zagrijavanjem oksalnog željeza, a na 440 °C isprva se dobiva neproziran prah željeznog oksida koji ima sposobnost paljenja na zraku (tzv. piroforno željezo); nakon naknadne redukcije ovog oksida, dobiveni prah dobiva sivu boju i gubi svoja piroforna svojstva, pretvarajući se u metalno željezo. Tijekom redukcije željeznog oksida na 700° C, željezo se taloži u obliku malih kristala, koji se zatim tale u vakuumu. Drugi način dobivanja kemijski čistog željeza je elektroliza otopine soli željeza, kao što su FeSO 4 ili FeCl 3 pomiješane s MgSO 4 , CaCl 2 ili NH 4 Cl (na temperaturama iznad 100°C). Međutim, željezo u isto vrijeme zatvara značajnu količinu elektrolitskog vodika, zbog čega dobiva tvrdoću. Kada se kalcinira na 700 ° C, oslobađa se vodik, a željezo postaje mekano i reže se nožem, poput olova (tvrdoća na Mohsovoj ljestvici je 4,5). Vrlo čisto željezo može se dobiti aluminotermalno iz čistog željeznog oksida. (vidi Aluminotermija). Rijetki su dobro oblikovani kristali željeza. Oktaedarski kristali ponekad se stvaraju u šupljinama velikih komada lijevanog željeza. Karakteristično svojstvo željeza je njegovo omekšavanje, savitljivost i duktilnost na temperaturi mnogo nižoj od tališta. Kada jaka dušična kiselina (koja ne sadrži niže dušikove okside) djeluje na željezo, željezo se prekriva slojem oksida i postaje netopljivo u dušičnoj kiselini.

Spojevi željeza

Lako se spajajući s kisikom, željezo tvori nekoliko oksida: FeO - željezni oksid, Fe 2 O 3 - željezni oksid, FeO 3 - željezni anhidrid i FeO 4 - anhidrid željezne kiseline. Osim toga, željezo stvara i oksid miješanog tipa Fe 3 O 4 - željezni oksid, tzv. željezni kamenac. Na suhom zraku pak željezo ne oksidira; hrđa je vodeni željezov oksid koji nastaje uz sudjelovanje zračne vlage i CO 2 . Željezni oksid FeO odgovara hidratu Fe (OH) 2 i nizu soli dvovalentnog željeza, koje se mogu oksidirati u soli željeznog oksida, Fe 2 O 3, u kojima se željezo manifestira kao trovalentni element; u zraku, hidrat željeznog oksida, koji ima snažna redukcijska svojstva, lako se oksidira, pretvarajući se u hidrat željeznog oksida. Hidrat željeznog (III) oksida slabo je topiv u vodi, a ova otopina ima jasno alkalnu reakciju, što ukazuje na osnovni karakter dvovalentnog željeza. Željezni oksid se nalazi u prirodi (vidi. Željezni minij), dok umjetno m. dobiva se u obliku crvenog praha kalciniranjem željeznog praha i spaljivanjem sumpornih pirita da bi se dobio sumporov dioksid. Bezvodni željezov oksid, Fe 2 O 3, m. dobiven u dvije modifikacije, a prijelaz iz jedne od njih u drugu događa se pri zagrijavanju i praćen je značajnim oslobađanjem topline (samozagrijavanje). S jakim kalciniranjem Fe 2 O 3 oslobađa kisik i prelazi u magnetski oksid Fe 3 O 4. Pod djelovanjem lužina na otopine soli feri-željeza, taloži se talog hidrata Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 3H 2 O); kuhanjem s vodom nastaje hidrat Fe 2 O 3 ·H 2 O koji se teško otapa u kiselinama. Željezo tvori spojeve s raznim metaloidima: s C, P, S, s halogenidima, kao i s metalima, na primjer s Mn, Cr, W, Cu itd.

Soli željeza dijelimo na fero - feri željezo (fero-sol) i okside - fero željezo (feri-sol).

željezne soli . željezov klorid, FeCl 2 , dobiven djelovanjem suhog klora na željezo, u obliku bezbojnih listića; otapanjem željeza u HCl dobiva se željezo (III) klorid u obliku FeCl 2 4H 2 O hidrata i koristi se u obliku vodenih ili alkoholnih otopina u medicini. Željezni jodid, FeJ 2 , dobiva se iz željeza i joda pod vodom u obliku zelenih listova i koristi se u medicini (Sirupus ferri jodati); daljnjim djelovanjem joda nastaje FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati).

fero sulfat, željezni sulfat, FeSO 4 7H 2 O (zeleni kristali) nastaje u prirodi kao rezultat oksidacije pirita i sumpornih pirita; ova sol također nastaje kao nusproizvod u proizvodnji stipse; kada se izloži vremenskim prilikama ili kada se zagrije na 300 ° C, pretvara se u bijelu bezvodnu sol - FeSO 4; također stvara hidrate s 5, 4, 3, 2 i 1 česticom vode; lako topljiv u hladnoj vodi (u vrućoj vodi do 300%); otopina je kisela zbog hidrolize; oksidira na zraku, osobito lako u prisutnosti druge oksidirajuće tvari, na primjer, soli oksalne kiseline, koje FeSO 4 uključuje u spregnutu oksidacijsku reakciju, obezboji 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, međutim, koristi se trajnija dvostruka sol Mohr (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O. -smeđa boja kompleksa (FeNO) SO 4, kao i za proizvodnja tinte (s taninskim kiselinama), kao boja za bojenje, za vezivanje plinova neugodnog mirisa (H 2 S, NH 3) u zahodima itd.

Željezo i željezne soli koriste se u fotografiji zbog svoje sposobnosti redukcije spojeva srebra u latentnoj slici utisnutoj na fotografskoj ploči.

željezni karbonat, FeCO 3 , javlja se prirodno kao siderit ili željezni špat; dobiven taloženjem vodenih otopina željeznih (III) soli s karbonatima, željezni karbonat lako gubi CO 2 i oksidira se na zraku u Fe 2 O 3.

Željezo bikarbonat, H 2 Fe (CO 3) 2, topiv u vodi i prirodno se javlja u željeznim izvorima, iz kojih se, oksidirajući, oslobađa na površinu zemlje u obliku hidrata željeznog oksida, Fe (OH) 3, pretvarajući se u smeđa željezna rudača.

Fosfatno željezo, Fe3(PO4)28H20, bijeli talog; U prirodi se javlja blago obojen, zbog oksidacije željeza, u plavoj boji, u obliku vivijanita.

Soli željeznog oksida . Željezov klorid, FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), dobiva se djelovanjem suviška klora na željezo u obliku heksagonalnih crvenih ploča; željezni klorid se otapa u zraku; kristalizira iz vode u obliku FeCl 3 6H 2 O (žuti kristali); otopine su kisele; tijekom dijalize se postupno hidrolizira gotovo do kraja uz stvaranje koloidne otopine Fe (OH) 3 hidrata. FeCl 3 se otapa u alkoholu i u smjesi alkohola i etera, zagrijavanjem se FeCl 3 6H 2 O raspada na HCl i Fe 2 O 3; upotrebljava se kao oblog i kao hemostatik (Liquor ferri sesquichlorati).

Sulfatni oksid željeza, Fe 2 (SO 4) 3 , žućkast u bezvodnom stanju, jako hidroliziran u otopini; pri zagrijavanju otopine talože se bazične soli; željezna stipsa, MFe(SO 4) 2 12H 2 O, M - jednovalentni alkalijski metal; najbolje kristaliziraju amonijeve stipse, NH 4 Fe (SO 4) 2 12H 2 O.

Oksid FeO 3 je anhidrid željezne kiseline, kao i hidrat ovog oksida H 2 FeO 4 - željezna kiselina- u slobodnom stanju ne m. dobiveni s obzirom na njihovu izuzetnu 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. Također poznata teško topljiva barijeva sol željezne kiseline BaFeO 4 ; stoga je željezna kiselina u nekim aspektima vrlo slična sumpornoj i kromnoj kiselini. Godine 1926. kijevski kemičar Goralevich opisao je spojeve osmovalentnog željeznog oksida - suprafero anhidrid FeO 4 dobiven taljenjem Fe 2 O 3 sa salitrom ili Bertoletovom soli u obliku kalijeve soli željezne kiseline K 2 FeO 5; FeO 4 je plinovita tvar koja ne stvara željeznu kiselinu H 2 FeO 5 s vodom, koja, međutim, može. izoliran u slobodnom stanju razgradnjom soli K 2 FeO 5 s kiselinama. Barijevu sol BaFeO 5 7H 2 O, kao i kalcijeve i stroncijeve soli, Goralevich je dobio u obliku neraspadajućih bijelih kristala koji otpuštaju vodu tek na 250-300 ° C i istovremeno postaju zeleni.

Željezo daje spojeve: s dušikom - nitrozno željezo(nitrid) Fe 2 N kada se željezni prah zagrijava u mlazu NH 3, s ugljikom - Fe 3 C karbid kada se željezo zasiti ugljenom u električnoj peći. Osim toga, proučavan je niz spojeva željeza s ugljikovim monoksidom - karbonili željeza, na primjer, pentakarbonil Fe(CO) 5 - blago obojena tekućina s oko 102,9 ° C (na 749 mm, specifična težina 1,4937), zatim narančasta krutina Fe 2 (CO) 9, netopljiva u eteru i kloroformu, sa specifičnom težinom 2,085 .

Od velikog značaja su spojevi željeznog cijanida. Osim jednostavnih cijanida Fe (CN) 2 i Fe (CN) 3, željezo tvori niz kompleksnih spojeva sa solima cijanida, kao što su soli željezne kiseline H 4 Fe (CN) 6 i soli željezne kiseline H 3 Fe (CN) 6, na primjer, crvena krvna sol, koja zauzvrat ulazi u metaboličke reakcije razgradnje sa solima željeza i oksida željeza, tvoreći spojeve plave boje - prusko plavo i turnbull plavo. Zamjenom jedne CN skupine s monovalentnim skupinama (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO) u solima željezne kiseline H 4 Fe (CN) 6 nastaju pruso soli, na primjer, natrijev nitroprusid (nitrofero cijanid natrij ) Na 2 2H 2 O, dobiven djelovanjem dimljenja HNO 3 na K 4 Fe (CN) 6, nakon čega slijedi neutralizacija sa sodom, u obliku rubin-crvenih kristala, odvojenih kristalizacijom iz istovremeno nastale salitre; odgovarajuća nitrofericijanotična kiselina H 2 također kristalizira kao tamnocrveni kristali. Natrijev nitroprusid se koristi kao osjetljivi reagens za vodikov sulfid i metalne sulfide, s kojima daje krvavo crvenu, a zatim prelazi u plavu boju. Pod djelovanjem bakrenog sulfata na natrijev nitroprusid nastaje blijedozeleni talog, netopljiv u vodi i alkoholu, koji služi za ispitivanje eteričnih ulja.

Analitički, željezo se dokazuje djelovanjem žute krvne soli na njegove soli u alkalnoj otopini. Soli feri željeza tvore plavi talog pruskog plavetnila. Soli dvostrukog željeza stvaraju plavi talog turnbull plave boje kada su izložene crvenoj krvnoj soli. S amonijevim tiocijanatom NH 4 CNS, feri željezo soli tvore u vodi topljivo, krvavo crveno obojeno rodan željezo Fe(CNS) 3; s taninom, soli željeznog oksida stvaraju tintu. Bakrene soli željezno-cijanotne kiseline također se odlikuju intenzivnim obojenjem, koje se koriste (metoda uvakroma) u fotografiji u boji. Od spojeva željeza koji se koriste u medicini, osim spomenutih željeznih halogenida, važni su: metalno željezo (F. hydrogenio reductum), željezo citrat (F. Citricum - 20% Fe), ekstrakt jabučnog željeza (Extractum ferri pomatum) , željezni albuminat ( Liquor ferri albuminatum), feratin je proteinski spoj sa 6% željeza; feratoza - otopina feratina, karniferin - spoj željeza s nukleinom (30% Fe); feratogen iz nukleina kvasca (1% Fe), hematogen - 70% otopina hemoglobina u glicerolu, hemol - hemoglobin reduciran cinkovom prašinom.

Fizikalna svojstva željeza

Numerički podaci dostupni u literaturi koji karakteriziraju različita fizikalna svojstva željeza fluktuiraju zbog poteškoća u dobivanju željeza u kemijski čistom stanju. Stoga su najpouzdaniji podaci dobiveni za elektrolitičko željezo, 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 talište 1528°C ± 3°C (Ruer i Klesper, 1914.), a vrelište ≈ 2450°C. U čvrstom stanju željezo postoji u četiri različite modifikacije - α, β, γ i δ, za koje su prilično točno utvrđene sljedeće temperaturne granice:

Prijelaz željeza iz jedne modifikacije u drugu otkriva se na krivuljama hlađenja i zagrijavanja kritičnim točkama, za koje su prihvaćene sljedeće oznake:

Ove kritične točke prikazane su na sl. 1 sa shematskim krivuljama grijanja i hlađenja. Postojanje modifikacija δ-, γ- i α-Fe trenutno se smatra neospornim, dok je neovisno postojanje β-Fe osporeno zbog nedovoljno oštre razlike između njegovih svojstava i svojstava α-Fe. Sve modifikacije željeza kristaliziraju u obliku kocke, a α, β i δ imaju prostornu rešetku centrirane kocke, a γ-Fe - kocku s centriranim stranama. Najjasnije kristalografske karakteristike modifikacija željeza dobivene su iz spektra X-zraka, kao što je prikazano na Sl. 2 (Westgreen, 1929). Iz prikazanih difraktograma X-zraka proizlazi da su za α-, β- i δ-Fe linije spektra X-zraka iste; oni odgovaraju rešetki centrirane kocke s parametrima 2,87, 2,90 i 2,93 Ȧ, a za γ-Fe spektar odgovara rešetki kocke s centriranim plohama i parametrima 3,63-3,68 A.

Specifična težina željeza kreće se od 7,855 do 7,864 (Cross i Gill, 1927). Kada se zagrijava, specifična težina željeza se smanjuje zbog toplinskog širenja, za koji koeficijenti rastu s temperaturom, kao što je prikazano u tablici. 1 (Driesen, 1914).

Smanjenje koeficijenata ekspanzije u rasponima 20–800°C, 20–900°C, 700–800°C i 800–900°C objašnjava se anomalijama u ekspanziji pri prolasku kroz kritične točke A C2 i A C3 . Ovaj prijelaz je popraćen kontrakcijom, posebno izraženom u točki A C3 kao što pokazuju krivulje kontrakcije i ekspanzije na Sl. 3. Taljenje željeza prati njegovo širenje za 4,4% (Gonda i Enda, 1926.). Toplinski kapacitet željeza je prilično značajan u usporedbi s drugim metalima i izražen je za različite temperaturne raspone od 0,11 do 0,20 Cal, kao što je prikazano u tablici. 2 (Obergoffer i Grosse, 1927.) i iz njih konstruirane krivulje (sl. 4).

U danim podacima transformacije A 2 , A 3 , A 4 i taljenje željeza nalaze se tako jasno da se za njih lako izračunavaju toplinski učinci: A 3 ... + 6,765 Cal, A 4 ... + 2,531 Cal , taljenje željeza ... - 64,38 Cal (prema S. Umino, 1926., - 69,20 Cal).

Željezo karakterizira približno 6-7 puta manja toplinska vodljivost od srebra, a 2 puta niža od aluminija; naime, toplinska vodljivost željeza 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 željeza su magnetska, izražena nizom magnetskih konstanti dobivenih tijekom cijelog ciklusa magnetiziranja željeza. Ove konstante za elektrolitsko željezo izražene su sljedećim vrijednostima u gaussu (Gumlich, 1909. i 1918.):

Prolaskom kroz točku A c2 feromagnetska svojstva željeza gotovo nestaju i mogu se. otkriti samo vrlo preciznim magnetskim mjerenjima. U praksi se β-, γ- i δ-modifikacije smatraju nemagnetskim. Električna vodljivost za željezo na 20°C je R -1 mo m/mm 2 (gdje je R električni otpor željeza, jednak 0,099 Ω mm 2 /m). Temperaturni koeficijent električnog otpora a0-100 ° x10 5 kreće se od 560 do 660, gdje

Hladna obrada (valjanje, kovanje, provlačenje, štancanje) ima vrlo zamjetan učinak na fizikalna svojstva željeza. Dakle, njihova % promjena tijekom hladnog valjanja izražena je sljedećim brojkama (Gerens, 1911.): koercitivni napon + 323%, magnetska histereza + 222%, električni otpor + 2%, specifična težina - 1%, magnetska permeabilnost - 65%. Potonja okolnost čini razumljivim one značajne fluktuacije u fizikalnim svojstvima koje promatraju različiti istraživači: utjecaj nečistoća često je popraćen utjecajem hladnog mehaničkog tretmana.

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

Struktura željeza ovisi o sadržaju nečistoća u njemu (čak iu malim količinama) i prethodnoj obradi materijala. Mikrostruktura željeza, kao i drugih čistih metala, sastoji se od više ili manje velikih zrna (kristalita), koja se ovdje nazivaju ferit.

Veličine i oštrina njihovih obrisa ovise o ch. arr. na brzinu hlađenja željeza: što je potonja manja, to su zrna razvijenija i njihove konture oštrije. S površine zrna su najčešće nejednako obojena zbog nejednake kristalografije, njihove orijentacije i nejednakog djelovanja reagensa u različitim smjerovima nagrizanja u kristalu. Nije rijetkost da su zrna izdužena u jednom smjeru kao posljedica mehaničke obrade. Ako se obrada odvijala na niskim temperaturama, tada se na površini zrna pojavljuju smične linije (Neumannove linije) kao posljedica klizanja pojedinih dijelova kristalita po njihovim plohama cijepanja. Ove linije su jedan od znakova otvrdnuća i onih promjena svojstava koje smo gore spomenuli.

Željezo u metalurgiji

Pojam željezo u suvremenoj metalurgiji pripisuje se samo kovanom željezu, tj. proizvodu s niskim udjelom ugljika dobivenom u pastoznom stanju na temperaturi koja nije dostatna za taljenje željeza, ali je toliko visoka da su njegove pojedinačne čestice međusobno dobro zavarene, dajući nakon toga kovanje homogenog mekog proizvoda , ne prihvaćajući otvrdnjavanje. Željezo (u naznačenom smislu riječi) dobiva se: 1) izravno iz rude u pastastom stanju postupkom puhanja sira; 2) na isti način, ali na nižoj temperaturi, nedovoljnoj za zavarivanje čestica željeza; 3) preraspodjela lijevanog željeza procesom bloominga; 4) preraspodjela lijevanog željeza pudlanjem.

1) Proces puhanja sira je prisutan. vrijeme koriste samo nekulturni narodi i to u takvim krajevima, kamo (zbog nedostatka zgodnih komunikacijskih sredstava) ne može prodrijeti američko ili europsko željezo, dobiveno modernim metodama. Proces se provodi u otvorenim sirovim pećima i pećima. Sirovine za njega su željezna ruda (obično smeđa željezna ruda) i drveni ugljen. Ugalj se nasipa u ložište u onu njegovu polovicu gdje se dovodi udar, dok je ruda u hrpi, sa suprotne strane. Ugljični monoksid nastao u debelom sloju gorućeg ugljena prolazi kroz cijelu debljinu rude i, imajući visoku temperaturu, reducira željezo. Eksploatacija rude se odvija postupno - od površine pojedinih komada do jezgre. Počevši od vrha hrpe, ubrzava se kako se ruda kreće u područje više temperature; u tom slučaju prelazi željezni oksid najprije u magnetski oksid, zatim u oksid, i, konačno, metalno željezo pojavljuje se na površini komada rude. Istodobno, zemljane nečistoće rude (otpadne stijene) spajaju se sa željeznim oksidom koji još nije reduciran i tvore željeznu trosku s niskim talištem, koja se topi kroz pukotine metalne ljuske, koja nastaje, kao , školjka u svakom komadu rude. Zagrijane do užarene vrućine, te su ljuske zavarene jedna za drugu, tvoreći spužvastu masu željeza na dnu ložišta - kritsu, prožet troskom. Za odvajanje od potonjeg, kritsa izvađena iz ognjišta reže se na nekoliko dijelova, od kojih se svaki kuje, zavaruje, nakon hlađenja u istom ognjištu u trake ili izravno u proizvode (kućanski predmeti, oružje). U Indiji se još uvijek proces proizvodnje sira 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 od opeke) i služe samo jedno taljenje. Puhanje se dovodi u peć kroz jednu tuyeru pomoću mijeha koji se pokreće nogama ili rukama. U prazno ložište ubacuje se određena količina drvenog ugljena (“prazna glava”), a zatim naizmjenično, u odvojenim slojevima, ruda i ugljen, s tim da se količina prvog postupno povećava dok ne postigne određeni odnos prema ugljenu; težina cijele napunjene rude određena je željenom težinom blooma, koja je, općenito govoreći, zanemariva. Proces oporavka je isti kao u kovačnici; željezo također nije potpuno obnovljeno, a rezultirajući cvat sadrži mnogo željezne troske. Kritsu se vadi razbijanjem peći i reže na komade, težine 2-3 kg. Svaki od njih se zagrijava u kovačnici i obrađuje pod čekićem; rezultat je izvrsno meko željezo, koje je, između ostalog, materijal za izradu indijskog čelika "woots" (damast steel). Njegov sastav je sljedeći (u%):

Neznatan sadržaj elemenata - primjesa željeza - ili njihov potpuni izostanak objašnjava se čistoćom rude, nepotpunom redukcijom željeza i niskom temperaturom u ložištu. Potrošnja drvenog ugljena zbog male veličine peći i ložišta te učestalosti njihovog djelovanja vrlo je velika. U Finskoj, Švedskoj i na Uralu željezo se talilo u visokoj peći Husgavel, u kojoj je bilo moguće kontrolirati proces redukcije i zasićenja željeza ugljikom; potrošnja ugljena u njemu - do 1,1 po jedinici željeza, čija je proizvodnja dosegla 90% sadržaja u rudi.

2) U budućnosti je potrebno očekivati ​​razvoj proizvodnje željeza izravno iz rude, ne postupkom sirovog pjeskarenja, već redukcijom željeza na temperaturi nedovoljnoj za stvaranje troske, pa čak i za sinterovanje otpadne rude (1000 °C). Prednosti takvog procesa su mogućnost korištenja niskokvalitetnih goriva, eliminacija fluksa i utrošak topline za taljenje troske.

3) Proizvodnja kovanog željeza preraspodjelom lijevanog željeza postupkom bloominga odvija se u pećima za blooming Ch. arr. u Švedskoj (imamo - na Uralu). Za preraspodjelu se tali poseban lijev, tzv. Lancashire, dajući 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. arr.: ognjište, oslobođeno od krika, ali sa zrelom troskom s kraja procesa koja je ostala na donjoj dasci, ispunjeno je ugljenom, gl. arr. bor, na koji se postavlja lijevano željezo zagrijano produktima izgaranja u količini od 165-175 kg (za 3/8 m 2 presjeka ložišta nalazi se 100 kg kaveza od lijevanog željeza). Okretanjem ventila u zračnom kanalu mlaz se usmjerava kroz cijevi koje se nalaze u potkrovnom prostoru ložišta i ovdje se zagrijava na temperaturu od 150-200 °C, čime se ubrzava. taljenje željeza. Sirovo željezo koje se otapa stalno se (pomoću pajsera) drži na ugljenu iznad tuyera. Tijekom takvog rada, cjelokupna masa lijevanog željeza podvrgnuta je 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. Ovisno o sadržaju ovih nečistoća, lijevano željezo ih u većoj ili manjoj mjeri gubi prije nego što se skupi na dnu ložišta. Budući da se lijevano željezo s niskim sadržajem silicija i mangana prerađuje u švedskoj kovačnici, tada, prolazeći kroz horizont tuyere, gubi sav svoj Si i Mn (čiji oksidi čine glavnu trosku sa željeznim oksidom) i značajan dio ugljik. Taljenje lijevanog željeza traje 20-25 minuta. Na kraju ovog procesa u peć se stavlja hladno strujanje. Metal koji se nataložio na dnu ložišta počinje reagirati s tamo smještenom zrelom troskom, koja sadrži veliki višak (u usporedbi s količinom silicija) željeznih oksida - Fe 3 O 4 i FeO, koji oksidiraju ugljik s oslobađanje ugljičnog monoksida, koji prokuha cijeli metal. Kada se metal zgusne (od gubitka ugljika) i "sjedne kao roba", potonja se podigne pajserima iznad tuyera, ponovno se pokrene vruće puhanje i "roba" se topi.

Tijekom sekundarnog taljenja, metal se oksidira kisikom iz mlaznice i troske koja se iz njega rastali. Na dno kovačnice, nakon prvog uspona, pada metal, dovoljno mekan da skupi kritsu iz nekih od njegovih najzrelijih dijelova. 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 utjecala je udaljenost koplja od donje daske (dubina ložišta) i nagib koplja: što je koplje strmije postavljeno i što je dubina ložišta manja, učinak je veći. oksidirajuće atmosfere na metalu. Blagi nagib koplja, kao i veća dubina ložišta, smanjuje izravno djelovanje kisika mlaznice, čime daje veću ulogu djelovanju troske na nečistoće željeza; oksidacija kod njih je sporija, ali bez isparavanja željeza. Pod bilo kojim danim uvjetima, najpovoljniji položaj koplja u odnosu na donju dasku određuje se iskustvom; u modernoj švedskoj kovačnici, oko koplja postavljeno je na udaljenosti od 220 mm od donje ploče, a nagib tuyeres varira unutar bliskih granica - od 11 do 12 °.

Pukotina dobivena na dnu ložišta sadrži, za razliku od sirovog udarca, vrlo malo mehanički unesene troske; što se tiče kemijskih nečistoća željeza, tada mogu biti Si, Mn i C. potpuno se uklanjaju (neznatan sadržaj Si i Mn na koji su ukazale analize dio je mehaničke nečistoće - troske), a sumpor se samo djelomično oksidira mjehanjem tijekom taljenja. U isto vrijeme, fosfor se također oksidira, ostavljajući trosku u obliku soli fosfora i željeza, ali se potonja zatim reducira ugljikom, a konačni metal može sadržavati čak i relativno više fosfora (iz isparavanja željeza) nego izvorni lijevano željezo. Zato se za dobivanje prvoklasnog metala za izvoz u Švedskoj u preraspodjelu uzima isključivo čisto sirovo željezo u odnosu na P. Gotova kritsa izvađena iz kovačnice reže se na tri dijela (svaki 50-55 kg) i preša pod čekićem, dajući izgled paralelopipeda.

Trajanje procesa redistribucije u švedskoj cvjetnici je od 65 do 80 minuta; dnevno se dobiva od 2,5 do 3,5 tona komprimiranih komada "za vatru", uz potrošnju drvenog ugljena od samo 0,32-0,40 po jedinici gotovog materijala i njegovu proizvodnju od 89 do 93,5% lijevanog željeza navedenog u preraspodjeli. Nedavno su u Švedskoj napravljeni uspješni eksperimenti u pretvorbi tekućeg željeza uzetog iz visokih peći iu ubrzavanju procesa vrenja miješanjem metala mehaničkim grabljama; dok je otpad smanjen na 7%, a potrošnja ugljena - na 0,25.

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

Od svih vrsta željeza dobivenih industrijskim metodama, švedski bloomery je najbliži kemijski čistom i koristi se umjesto potonjeg u laboratorijskoj praksi i istraživačkom radu. Od sirovog željeza razlikuje se svojom ujednačenošću, a od najmekšeg metala za otvoreno ložište (lijevano željezo) po odsutnosti mangana; odlikuje se najvišim stupnjem zavarljivosti, duktilnosti i kovkosti. Švedsko željezo pokazuje zanemarivu vlačnu čvrstoću od samo oko 30 kg/mm2, s istezanjem od 40% i smanjenjem presjeka od 75%. Trenutačno je godišnja proizvodnja željeza u Švedskoj pala na 50 000 tona, nakon rata 1914.-18. opseg industrijske primjene ovog željeza je znatno smanjen. Najveća količina se koristi u proizvodnji (u Engleskoj, glavnom području iu Njemačkoj) najviših kvaliteta alatnih i specijalnih čelika; u samoj Švedskoj se koristi za izradu posebne žice ("cvijet"), potkovastih čavala, dobro kovanih u hladnom stanju, lanaca i traka za zavarene cijevi. Za posljednje dvije svrhe posebno su važna svojstva mješovitog željeza: pouzdana zavarljivost, a za cijevi, štoviše, najveća otpornost na hrđanje.

4) Razvoj proizvodnje željeza procesom cvjetanja povlačio je za sobom uništavanje šuma; nakon što su potonje 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 diljem cijele Europe. 18. stoljeće. Godine 1784. Englez Cort izumio je pudling - proces preraspodjele lijevanog željeza na ložištu užarene peći, u čijem je ložištu izgarao ugljen. Nakon Cortove smrti, Rogers i Gall uveli su značajna poboljšanja u konstrukciju pudling peći, što je pridonijelo brzom širenju pudlinga u svim industrijskim zemljama i potpuno promijenilo prirodu i opseg njihove proizvodnje željeza tijekom prve polovice 19. stoljeća. Tim su postupkom dobivali masu metala potrebnu za gradnju željeznih brodova, željeznica, lokomotiva, parnih kotlova i automobila.

Gorivo za pudling je dugoplameni bitumenski ugljen, ali tamo gdje ga nema, morali smo pribjeći mrkom ugljenu, a ovdje na Uralu - drvu za ogrjev. Borovo drvo daje duži plamen od kamenog ugljena; dobro zagrijava, ali sadržaj vlage u drvu ne smije biti veći od 12%. Kasnije je Siemensova regenerativna pećnica korištena za pudling na Uralu. Konačno, u SAD-u iu našoj zemlji (u bazenima Volge i Kame) pudling peći radile su na ulje raspršeno izravno u radni prostor peći.

Za brzinu preraspodjele i smanjenje potrošnje goriva, poželjno je imati hladno lijevano željezo; pri njegovom taljenju na koksu, međutim, u proizvodu se dobiva mnogo sumpora (0,2 pa čak i 0,3%), a uz visok sadržaj fosfora u rudi fosfor. Za obične komercijalne vrste željeza, takvo sirovo željezo s niskim sadržajem silicija (manje od 1%), koje se naziva sirovo željezo, prethodno se talilo u velikim količinama. Lijevano željezo na drveni ugljen, koje je prerađeno na Uralu i u središnjoj Rusiji, nije sadržavalo sumpor i dalo je proizvod koji se također koristio za proizvodnju krovnog željeza. Trenutno se pudling koristi za proizvodnju visokokvalitetnog metala prema posebnim specifikacijama, pa se u peći za pudling ne stavlja obično sirovo željezo, već visokokvalitetno, na primjer, mangan ili "hematit" (niskofosforni), ili, obrnuto, s visokim sadržajem fosfora za proizvodnju željeza iz oraha. Ispod je sadržaj (u%) glavnih elemenata u nekim vrstama lijevanog željeza koje se koristi za puding:

Pudling peć, na kraju prethodne operacije, obično ima normalnu količinu troske na dnu za rad sa sljedećim punjenjem. Kod obrade jako silikonskog lijeva ostaje u peći mnogo troske, pa se mora spustiti; naprotiv, bijeli lijev se ispod peći ostavlja “na suhom”, a rad se mora započeti ubacivanjem potrebne količine troske koja se uzima ispod čekića (“zrela”, najbogatija magnetskim oksidom) . Na trosku se baca željezna šarža, koja se zagrijava u ljevanici (250-300 kg u običnoj i 500-600 kg u duploj peći); tada se u peć ubacuje svježi dio goriva, čisti se rešetka i u peć se postavlja puni propuh. Unutar 25-35 min. lijevano željezo se topi, prolazeći b. ili m. značajna promjena u njegovom sastavu. Tvrdo lijevano željezo oksidira se kisikom plamena, a željezo, mangan i silicij daju dvostruki silikat koji teče dolje na ložište peći; topljenje lijevanog željeza izlaže sve više i više slojeva čvrstog lijevanog željeza, koje također oksidira i topi se. Na kraju perioda taljenja na ložištu se formiraju dva tekuća sloja - lijevano željezo i troska, na čijoj se kontaktnoj površini ugljik oksidira, iako u slabom stupnju, magnetskim željeznim oksidom, o čemu svjedoče mjehurići ugljičnog monoksida pušten iz kupke. Ovisno o sadržaju silicija i mangana u lijevanom željezu, nejednaka ih količina ostaje u rastaljenoj kovini: u ljevanom željezu s niskim sadržajem silicija na ugljen ili bijelom ljevu - taljenje koksa - silicij u većini slučajeva potpuno izgori tijekom taljenja; ponekad ga određena količina ostaje u metalu (0,3-0,25%), kao i mangan. Fosfor se također oksidira u to vrijeme, pretvarajući se u fosfornu željeznu sol. Zbog smanjenja težine metala tijekom izgaranja ovih nečistoća, postotak ugljika može se čak povećati, iako je dio nedvojbeno spaljen kisikom plamena i troske koja pokriva prve dijelove rastaljenog metala.

Da bi se ubrzalo sagorijevanje preostalih količina silicija, mangana i ugljika, pribjegava se pudlingu, tj. miješanju lijevanog željeza s troskom pomoću batine s pravokutnim krajem. Ako je metal tekući (sivi lijev, visoko ugljični), tada se miješanjem ne postiže cilj, a kupka se najprije zgušnjava ubacivanjem hladne zrele troske ili smanjenjem potiska postavlja se nepotpuno izgaranje u peći, popraćena jako zadimljenim plamenom (kolebanjem). Nakon nekoliko minuta, tijekom kojih se provodi kontinuirano miješanje, na površini kupke pojavljuju se obilni mjehurići gorućeg ugljičnog monoksida - produkta oksidacije ugljika od lijevanog željeza kisikom magnetskog oksida otopljenog u glavnoj željeznoj troski. Kako proces napreduje, oksidacija C se pojačava i prelazi u burno "kuhanje" cjelokupne mase metala, što je popraćeno njegovim bubrenjem i toliko značajnim povećanjem volumena da se dio troske prelijeva preko praga metala. radne rupe. Kako C izgara, talište metala raste, a da bi se vrenje nastavilo, temperatura u ložištu se stalno povećava. Kuhanje završeno na niskoj temperaturi daje sirovi proizvod, tj. spužvastu masu željeza s visokim udjelom ugljika, nesposobnu za zavarivanje; zrela roba “sjedi” u vrućoj pećnici. Proces oksidacije nečistoća željeza u pudling peći započinje kisikom troske, koja je legura željeznog monosilika (Fe 2 SiO 4) s magnetskim oksidom i željeznim oksidom promjenjivog sastava. U engleskim pećima sastav smjese oksida izražava se formulom 5Fe 3 O 4 5 FeO; na kraju vrenja omjer oksida u osiromašenoj troski izražava se formulom Fe 3 O 4 5FeO, tj. 80% cjelokupnog magnetskog oksida troske sudjeluje u procesu oksidacije. Reakcije oksidacije m. b. predstavljeni su sljedećim termokemijskim jednadžbama:

Kao što se može vidjeti iz ovih jednadžbi, oksidacija Si, P i Mn je popraćena oslobađanjem topline i stoga zagrijava kupku, dok oksidacija C tijekom redukcije Fe 3 O 4 u FeO apsorbira toplinu i stoga zahtijeva visoku temperaturu. To objašnjava redoslijed uklanjanja nečistoća željeza i činjenicu da sagorijevanje ugljika prije prestaje u vrućoj peći. Fe 3 O 4 se ne reducira u metal, jer je za to potrebna viša temperatura od one na kojoj se događa "vrenje".

Zgrčenu "robu", da bi postala dobro zavareno željezo, treba još popariti: roba se ostavi nekoliko minuta u pećnici i s vremena na vrijeme prevrne pajserima, a donji dijelovi se stavljaju na vrh; pod kombiniranim djelovanjem kisika plamena i troske, impregnirajući cijelu masu željeza, ugljik u ovom trenutku nastavlja izgarati. Čim se dobije određena količina dobro zavarenog metala, iz njega se počinju kotrljati krikovi, izbjegavajući prekomjernu oksidaciju. Ukupno se kotrlja od 5 do 10 krtica kako roba sazrijeva (ne više od 50 kg svaki); Krekeri se drže (pare) na pragu u području najviše temperature i stavljaju pod čekić za kompresiju, čime se postiže odvajanje troske, te im se daje oblik komada (presjek od 10x10 do 15x15 cm), pogodan za motanje u rolne. Do mjesta izdanih povika slijedeći se pomiču naprijed, sve do posljednjeg. Trajanje procesa u proizvodnji najkvalitetnijeg metala (vlaknastog željeza) iz zrelog (visoko ugljičnog) lijevanog željeza na drvenom ugljenu na Uralu bilo je sljedeće: 1) sadnja lijevanog željeza - 5 minuta, 2) taljenje - 35 minuta, 3) gašenje - 25 minuta, 4) mućenje (miješanje) - 20 minuta, 5) kuhanje robe na pari - 20 minuta, 6) muljanje i kuhanje krekera na pari - 40 minuta, 7) izdavanje krekera (10-11 komada) - 20 minuta; ukupno - 165 min. Kod rada na bijelom livu, na običnom komercijalnom željezu, trajanje procesa je smanjeno (u zapadnoj Europi) na 100 pa čak i 75 minuta.

Što se tiče rezultata rada, u različitim metalurškim regijama oni su varirali ovisno o vrsti goriva, kvaliteti lijevanog željeza i kvaliteti proizvedenog željeza. Uralske peći, koje su radile na drvu, davale su prinos upotrebljivog željeza po 1 m 3 drva za ogrjev od 0,25 do 0,3 tone; potrošnja ulja po jedinici željeza je 0,33, ugljena u europskim pećima je od 0,75 do 1,1. Dnevni učinak naših velikih peći (600 kg lijevanog željeza) pri radu na suhom ogrjevnom drvu bio je 4-5 tona; izlaz materijala prikladnog za proizvodnju krovnog željeza iznosio je 95-93% količine lijevanog željeza isporučenog u proces. U Europi je dnevna produktivnost običnih peći (kavez 250-300 kg) oko 3,5 tona s gubitkom od 9%, a za visokokvalitetno željezo - 2,5 tona s gubitkom od 11%.

Po kemijskom sastavu i fizikalnim svojstvima pudlasto željezo je mnogo lošiji proizvod od cijevnog željeza, s jedne strane, i lijevanog željeza, s druge strane. Obične vrste željeza, koje su se prije proizvodile u zapadnoj Europi, sadržavale su mnogo sumpora i fosfora, jer su se proizvodile iz nečistog koksnog željeza, a obje ove štetne nečistoće samo djelomično prelaze u trosku; količina troske u puding željezu je 3-6%, u visokokvalitetnom metalu ne prelazi 2%. Prisutnost troske uvelike smanjuje rezultate mehaničkih ispitivanja pudlanog željeza. Ispod su neki podaci u % koji karakteriziraju pudlasto željezo - obično zapadnoeuropsko i dobro uralsko:

Vrijedno svojstvo, zbog kojeg se sada podupire proizvodnja pudlanog željeza, je njegova izvrsna zavarljivost, koja je ponekad od posebne važnosti sa stajališta sigurnosti. Željezničke specifikacije Društva zahtijevaju proizvodnju spojnih naprava od željeza, šipki za prijenosne sklopke i vijaka. Zbog bolje otpornosti na korozivno djelovanje vode puding se koristi i za izradu vodovodnih cijevi. Također se koristi za izradu matica (fosforni grubi metal) i visokokvalitetnog vlaknastog željeza za zakovice i lance.

Struktura kovanog željeza, otkrivena pod mikroskopom čak i pri malom povećanju, karakterizirana je prisutnošću crne i svijetle komponente u fotografskoj slici; prvi pripadaju troski, a drugi željeznim zrncima ili vlaknima dobivenim izvlačenjem metala.

Trgovina željezom

Metalurški pogoni proizvode dvije glavne vrste željeza za potrebe industrije: 1) lim i 2) visokokvalitetno.

Željezni lim se trenutno mota do 3 m širine; debljine 1-3 mm nazivamo fino valjani; od 3 mm i više (obično do 40 mm) - kotao, spremnik, brod, ovisno o namjeni, što odgovara sastavu i mehaničkim svojstvima materijala. Najmekše je kotlovsko željezo; 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 pucanje nije b. više od 41 kg / mm 2 (ali ne manje od 34 kg / mm 2), istezanje pri prekidu - oko 28%. Spremnik željeza je čvršći i izdržljiviji; sadrži 0,12-0,15% C; 0,5-0,7% Mn i ne više od 0,06% P i S; otpornost na trganje 41-49 kg/mm2, istezanje 25-28%. Duljina limova kotlovskog i rezervoarskog željeza određuje se prema narudžbi prema dimenzijama proizvoda zakovanog od limova (izbjegavajući nepotrebne šavove i ukrase), ali obično ne prelazi 8 m, jer je za tanke limove ograničena na njihovo brzo hlađenje tijekom procesa valjanja, a za debele listove - težinom ingota .

Željezni lim debljine manje od 1 mm zove se bijeli lim; koristi se za izradu bijelog lima i kao krovni materijal. Za potonju svrhu, u SSSR-u, limovi se valjaju dimenzija 1422x711 mm, težine 4-5 kg, debljine 0,5-0,625 mm. Krovno željezo proizvode tvornice u pakiranjima težine 82 kg. U inozemstvu se crni kositar u trgovini razvrstava prema posebnim brojevima kalibra - od 20 do 30 (normalna debljina njemačkog kositra je od 0,875 do 0,22 mm, a engleskog - od 1,0 do 0,31 mm). Kositar se proizvodi od najmekšeg lijevanog željeza, koji sadrži 0,08-0,10% C, 0,3-0,35% Mn, ako je izrađen od lijevanog željeza na drveni ugljen (mi ga imamo), i 0,4-0,5% Mn, ako je polazni materijal koksna svinja. željezo; otpornost na trganje - od 31 do 34 kg / mm 2, istezanje - 28-30%. Raznolikost željeznog lima je valovito (valovito) željezo. Dijeli se prema naravi valova na željezo s niskim i visokim valovima; u prvom se omjer širine vala prema dubini kreće od 3 do 4, u drugom 1-2. Valoviti lim izrađuje se debljine 0,75-2,0 mm i širine lima od 0,72-0,81 m (s niskim valovima) i 0,4-0,6 m (s visokim valovima). Valoviti lim se koristi za krovove, zidove lakih konstrukcija, sjenila, a kod visokih valova, osim toga, koristi se za izradu stropova bez rogova.

Profilno željezo se prema obliku poprečnog presjeka dijeli u dvije klase: obično profilirano željezo i profilirano željezo.

Prva klasa uključuje okruglo željezo (s promjerom manjim od 10 mm koje se naziva žica), četvrtasto, ravno ili trakasto. Potonji je, pak, podijeljen na: samu traku - od 10 do 200 mm širine i više od 5 mm debljine; obruč - iste širine, ali debljine od 5 do 1 mm, označen brojem kalibra (od 3. do 19. normalnog njemačkog i od 6. do 20. novog engleskog kalibra); guma - od 38 do 51 mm širine i do 22 mm debljine; univerzalne - od 200 do 1000 mm širine i minimalno 6 mm debljine (umotane u posebne role - univerzalne). I gume i obruč željeza proizvode tvornice u padinama, valjane žice - u kolutima; ostali razredi - u obliku ravnih (ispravljenih) traka, obično ne duljih od 8 m (normalno - od 4,5 do 6 m), ali po posebnom nalogu za betonske konstrukcije trake se režu do 18 mm, a ponekad i više .

Glavne vrste oblikovanog željeza: kutno (jednakostranično i nejednako), kutijasto (kanalo), T-zraka, I-greda (greda), stup (kvadrat) i zet željezo; postoje i neke druge manje uobičajene vrste oblikovanog željeza. Prema našem normalnom metričkom asortimanu, dimenzije profiliranog željeza označene su brojem profila (# - broj, vidi širinu police ili maksimalnu visinu profila). Kutno nejednako i tee željezo imaju dvostruki broj; na primjer, broj 16/8 znači kut s policama od 16 i 8 cm ili t s policom od 16 cm i visinom t od 8 cm - dvostruka t.

Sastav običnog zavarivog profilnog željeza: 0,12% C, 0,4% Mn, manje od 0,05% P i S - svaki; njegova otpornost na trganje je 34-40 kg/mm2; ali okruglo željezo za zakovice izrađeno je od mekšeg materijala sastava: manje od 0,10% C, 0,25-0,35% Mn, oko 0,03% P i S svaki. Vlačna čvrstoća 32-35 kg/mm ​​​​2 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; njegova otpornost na trganje je 40-50 kg/mm2, istezanje je 25-20%. Za proizvodnju oraha proizvodi se željezo (Thomas) koje sadrži oko 0,1% C, ali od 0,3 do 0,5% P (što su orasi veći, to više P). U inozemstvu, za potrebe posebnih valjaonica, u prometu je poluproizvod - kvadratna gredica, obično 50 x 50 mm u presjeku.

Željezo je dobro poznati kemijski element. Spada u metale srednje reaktivnosti. U ovom ćemo članku razmotriti svojstva i upotrebu željeza.

Rasprostranjenost u prirodi

Postoji prilično velik broj minerala koji uključuju željezo. Prije svega, to je magnetit. Sastoji se od sedamdeset dva posto željeza. Njegova kemijska formula je Fe 3 O 4 . Ovaj mineral se također naziva magnetska željezna ruda. Ima svijetlo sivu boju, ponekad s tamno sivom, do crne, s metalnim sjajem. Njegovo najveće nalazište među zemljama ZND-a nalazi se na Uralu.

Sljedeći mineral s visokim udjelom željeza je hematit - sastoji se od sedamdeset posto ovog elementa. Njegova kemijska formula je Fe 2 O 3 . Također se naziva crvena željezna ruda. Ima boju od crveno-smeđe do crveno-sive. Najveće nalazište na području zemalja ZND-a nalazi se u Krivoj Rog.

Treći mineral po sadržaju željeza je limonit. Ovdje je željezo šezdeset posto ukupne mase. To je kristalni hidrat, odnosno u njegovu kristalnu rešetku utkane su molekule vode, kemijska formula mu je Fe 2 O 3 .H 2 O. Kao što mu i samo ime govori, ovaj mineral ima žuto-smeđu boju, povremeno smeđu. Jedna je od glavnih komponenti prirodnog okera i koristi se kao pigment. Također se naziva smeđi željezni kamen. Najveća pojava su Krim, Ural.

U sideritu, takozvanoj sparnoj željeznoj rudi, četrdeset osam posto željeza. Njegova kemijska formula je FeCO 3 . Struktura mu je heterogena i sastoji se od međusobno povezanih kristala različitih boja: sivi, blijedozeleni, sivo-žuti, smeđe-žuti itd.

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

Mnogi od razmatranih minerala koriste se za dobivanje čistog željeza. Osim toga, hematit se koristi u proizvodnji nakita od prirodnog kamenja. Uključci pirita mogu se pronaći u nakitu od lapis lazulija. Osim toga, željezo se u prirodi nalazi u sastavu živih organizama – jedno je od najvažnijih sastavnih dijelova stanice. Ovaj element u tragovima mora biti isporučen ljudskom tijelu u dovoljnim količinama. Ljekovita svojstva željeza uvelike su posljedica činjenice da je ovaj kemijski element osnova hemoglobina. Stoga uporaba željeza ima dobar učinak na stanje krvi, a time i cijelog organizma u cjelini.

Željezo: fizikalna i kemijska svojstva

Pogledajmo redom ova dva glavna odjeljka. željezo je njegov izgled, gustoća, talište, itd. To jest, sve karakteristične značajke tvari koje su povezane s fizikom. Kemijska svojstva željeza su njegova sposobnost da reagira s drugim spojevima. Počnimo s prvim.

Fizikalna svojstva željeza

U svom čistom obliku pod normalnim uvjetima, to je krutina. Ima srebrnasto-sivu boju i izražen metalni sjaj. Mehanička svojstva željeza uključuju razinu tvrdoće She jednaka četiri (srednja). Željezo ima dobru električnu i toplinsku vodljivost. Posljednje se svojstvo može osjetiti dodirivanjem željeznog predmeta u hladnoj prostoriji. Budući da ovaj materijal brzo provodi toplinu, u kratkom vremenu oduzima je puno iz vaše kože, zbog čega vam je hladno.

Dodirujući, na primjer, stablo, može se primijetiti da je njegova toplinska vodljivost mnogo niža. Fizička svojstva željeza su talište i vrelište. Prva ima 1539 stupnjeva Celzijusa, a druga 2860 stupnjeva Celzijusa. Može se zaključiti da su karakteristična svojstva željeza dobra duktilnost i topljivost. Ali to nije sve.

Fizikalna svojstva željeza također uključuju njegov feromagnetizam. Što je? Željezo, čija magnetska svojstva svakodnevno možemo promatrati u praktičnim primjerima, jedini je metal koji ima tako jedinstveno obilježje. To je zbog činjenice da se ovaj materijal može magnetizirati pod utjecajem magnetskog polja. A 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 kemije

Ovaj element pripada metalima srednje aktivnosti. Ali kemijska svojstva željeza su tipična za sve ostale metale (osim onih koji su desno od vodika u elektrokemijskom nizu). Sposoban je reagirati s mnogim klasama tvari.

Počnimo jednostavno

Ferrum stupa u interakciju s kisikom, dušikom, halogenima (jod, brom, klor, fluor), fosforom, ugljikom. Prvo što treba uzeti u obzir su reakcije s kisikom. Kada se željezo spali, nastaju njegovi oksidi. Ovisno o uvjetima reakcije i omjerima između dva sudionika, oni mogu varirati. Kao primjer takvih interakcija mogu se dati sljedeće jednadžbe 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 fizikalna i kemijska) mogu biti različita, ovisno o njegovoj vrsti. Te se reakcije odvijaju na visokim temperaturama.

Sljedeća je interakcija s dušikom. Također se može dogoditi samo pod uvjetom zagrijavanja. Ako uzmemo šest mola željeza i jedan mol dušika, dobit ćemo dva mola željeznog nitrida. Reakcijska jednadžba 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 željeza - jedan mol fosfora, kao rezultat nastaje jedan mol fosfida. Jednadžba 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 može se dobiti sulfid. Načelo po kojem se odvija proces stvaranja ove tvari sličan je gore opisanom. Naime, dolazi do reakcije adicije. Sve kemijske interakcije ove vrste zahtijevaju posebne uvjete, uglavnom visoke temperature, rjeđe katalizatore.

U kemijskoj industriji također su česte reakcije između željeza i halogena. To su kloriranje, 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 klorid / bromid / jodid / fluorid. Ove tvari imaju široku primjenu u raznim industrijama. Osim toga, željezo se može spojiti sa silicijem na visokim temperaturama. S obzirom na to da su kemijska svojstva željeza raznolika, često se koristi u kemijskoj industriji.

Željezo i složene tvari

Od jednostavnih tvari, prijeđimo na one čije se molekule sastoje od dva ili više različitih kemijskih elemenata. Prvo što treba spomenuti je reakcija željeza s vodom. Ovdje su glavna svojstva željeza. Kada se voda zagrijava, 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. Ovisno o omjeru u kojem se te dvije komponente miješaju, može se dobiti željezov di- ili trioksid. Obje su ove tvari vrlo česte u kemijskoj industriji, a koriste se iu mnogim drugim industrijama.

S kiselinama i solima

Budući da se željezo nalazi lijevo od vodika u elektrokemijskom nizu aktivnosti metala, on može istisnuti ovaj element iz spojeva. Primjer toga je reakcija supstitucije koja se može uočiti kada se željezo doda kiselini. Na primjer, ako pomiješate željezo i sulfatnu kiselinu (poznatu kao sumporna kiselina) srednje koncentracije u istim molarnim omjerima, rezultat će biti željezov sulfat (II) i vodik u istim molarnim omjerima. Jednadžba za takvu reakciju izgledat će ovako: Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.

U interakciji sa solima očituju se redukcijska svojstva željeza. Odnosno, pomoću njega se iz soli može izolirati manje aktivan metal. Na primjer, ako uzmete jedan mol i istu količinu željeza, tada možete dobiti željezni sulfat (II) i čisti bakar u istim molarnim omjerima.

Značaj za tijelo

Jedan od najčešćih kemijskih elemenata u zemljinoj kori je željezo. već smo razmotrili, sada ćemo pristupiti s biološkog gledišta. Ferum obavlja vrlo važne funkcije kako na staničnoj razini tako i na razini cijelog organizma. Prije svega, željezo je osnova takvog proteina kao što je hemoglobin. Neophodan je za prijenos kisika krvlju iz pluća do svih tkiva, organa, do svake stanice tijela, prvenstveno do neurona mozga. Stoga se korisna svojstva željeza ne mogu precijeniti.

Osim što utječe na stvaranje krvi, željezo je važno i za potpuno funkcioniranje štitnjače (za to nije potreban samo jod, kako neki vjeruju). Željezo također sudjeluje u unutarstaničnom metabolizmu, regulira imunitet. Željezo se također nalazi u posebno velikim količinama u stanicama jetre jer pomaže neutralizirati štetne tvari. Također 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.

Namirnice bogate željezom

Ima ih mnogo. Oni su i biljnog i životinjskog porijekla. Prvi su žitarice, mahunarke, žitarice (osobito heljda), jabuke, gljive (bijele), sušeno voće, šipurak, kruške, breskve, avokado, bundeva, bademi, datulje, rajčice, brokula, kupus, borovnice, kupine, celer, itd. Drugi - jetra, meso. Upotreba hrane s visokim udjelom željeza posebno je važna tijekom trudnoće, jer tijelo fetusa u razvoju zahtijeva veliku količinu ovog elementa u tragovima za pravilan rast i razvoj.

Znakovi nedostatka željeza u tijelu

Simptomi premalog unosa željeza u organizam su umor, stalno smrzavanje ruku i nogu, depresija, lomljiva kosa i nokti, smanjena intelektualna aktivnost, probavni poremećaji, slaba radna sposobnost i poremećaji rada štitnjače. Ako primijetite više od jednog od ovih simptoma, možda biste trebali povećati količinu hrane bogate željezom u svojoj prehrani ili kupiti vitamine ili dodatke prehrani koji sadrže željezo. Također, svakako se posavjetujte s liječnikom ako bilo koji od ovih simptoma osjećate preakutno.

Primjena željeza u industriji

Upotreba i svojstva željeza usko su povezani. Zbog svog feromagnetizma koristi se za izradu magneta - kako slabijih za kućne potrebe (suvenirski magneti za hladnjake i sl.), tako i jačih - za industrijske potrebe. Zbog činjenice da predmetni metal ima visoku čvrstoću i tvrdoću, od davnina se koristio za izradu oružja, oklopa i drugih vojnih i kućanskih alata. Usput, još u starom Egiptu bilo je poznato meteoritsko željezo, čija su svojstva superiornija od običnog metala. Također, takvo posebno željezo koristilo se u starom Rimu. Od njega su napravili elitno oružje. Samo je vrlo bogata i plemenita osoba mogla imati štit ili mač od metala meteorita.

Općenito, metal koji razmatramo u ovom članku je najsvestraniji među svim tvarima u ovoj skupini. 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.

Lijevano željezo je legura željeza i ugljika, u kojoj je drugi prisutan od 1,7 do 4,5 posto. Ako je drugi manji od 1,7 posto, tada se ova vrsta legure naziva čelik. Ako je u sastavu prisutno oko 0,02 posto ugljika, onda je to već obično tehničko željezo. Prisutnost ugljika u leguri nužna je za veću čvrstoću, toplinsku stabilnost i otpornost na hrđu.

Osim toga, čelik može sadržavati mnoge druge kemijske elemente kao nečistoće. Ovo je mangan, fosfor i silicij. Također, ovoj vrsti legure mogu se dodati krom, nikal, molibden, volfram i mnogi drugi kemijski 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 željeznica, mlinova, drobilica i drugih alata, čiji su dijelovi podložni brzoj abraziji.

Molibden se uvodi u sastav legure kako bi bila toplinski stabilnija - takvi se čelici koriste kao alatni čelici. Osim toga, za dobivanje dobro poznatih i često korištenih nehrđajućih čelika u svakodnevnom životu u obliku noževa i drugih kućanskih alata potrebno je leguri dodati krom, nikal i titan. A da biste dobili otporan na udarce, visoke čvrstoće, duktilni čelik, dovoljno mu je dodati vanadij. Kada se uvede u sastav niobija, moguće je postići visoku otpornost na koroziju i učinke 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 magnetskih svojstava, željezo se može naći u izradi transformatora, motora, elektroničkih proizvoda itd. Osim toga, željezo se može dodati drugim metalnim legurama kako bi im se dala veća čvrstoća i mehanička stabilnost. Sulfat ovog elementa koristi se u hortikulturi za suzbijanje štetočina (zajedno s bakrenim sulfatom).

Nezamjenjivi su u pročišćavanju vode. Osim toga, prah magnetita koristi se u crno-bijelim pisačima. Glavna upotreba pirita je dobivanje sumporne kiseline iz njega. Ovaj se proces odvija u laboratoriju u tri faze. U prvoj fazi, željezni pirit se spaljuje kako bi se proizveli željezni oksid i sumporni dioksid. U drugoj fazi dolazi do pretvorbe sumporovog dioksida u njegov trioksid uz sudjelovanje kisika. I u završnoj fazi, dobivena tvar se propušta u prisutnosti katalizatora, čime se dobiva sumporna kiselina.

Dobivanje željeza

Ovaj se metal uglavnom vadi iz svoja dva glavna minerala: magnetita i hematita. To se postiže redukcijom željeza iz njegovih spojeva s ugljikom u obliku koksa. To se radi u visokim pećima, čija temperatura doseže dvije tisuće stupnjeva Celzijusa. Osim toga, postoji način redukcije željeza vodikom. Za to nije potrebna visoka peć. Za provedbu ove metode uzima se posebna glina, pomiješana s drobljenom rudom i obrađena vodikom u osovinskoj peći.

Zaključak

Svojstva i upotreba željeza su raznoliki. Ovo je možda najvažniji metal u našem životu. Postavši poznat čovječanstvu, zauzeo je mjesto bronce, koja je u to vrijeme bila glavni materijal za izradu svih alata, kao i oružja. Čelik i lijevano željezo u mnogočemu su bolji od legure bakra i kositra u pogledu svojih fizičkih svojstava, otpornosti na mehanička naprezanja.

Osim toga, željezo je na našem planetu češće nego mnogi drugi metali. njega u zemljinoj kori ima gotovo pet posto. Četvrti je najzastupljeniji kemijski element u prirodi. Također, ovaj kemijski element vrlo je važan za normalno funkcioniranje organizma životinja i biljaka, prvenstveno jer je na njegovoj osnovi izgrađen hemoglobin. Željezo je esencijalni element u tragovima čija je uporaba važna za očuvanje zdravlja i normalan rad organa. Uz navedeno, to je jedini metal koji ima jedinstvena magnetska svojstva. Bez željeza nemoguće je zamisliti naš život.

ŽELJEZO(lat. Ferrum), Fe, kemijski element VIII skupine periodnog sustava, atomski broj 26, atomska masa 55.847. Podrijetlo latinskog i ruskog naziva elementa nije nedvosmisleno utvrđeno. Prirodno željezo je smjesa četiriju nuklida masenih brojeva 54 (udio u prirodnoj smjesi je 5,82% masenih), 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 tvori spojeve u oksidacijskim stanjima +3 (valencija III) i +2 (valencija II). Poznati su i spojevi s atomima željeza u oksidacijskim stupnjevima +4, +6 i nekim drugim.

U periodnom sustavu Mendeljejeva željezo je uključeno u grupu VIIIB. U četvrtoj periodi, kojoj pripada i željezo, u ovu skupinu osim željeza spadaju i kobalt (Co) i nikal (Ni). Ova tri elementa čine trijadu i imaju slična svojstva.

Polumjer neutralnog atoma željeza je 0,126 nm, polumjer iona Fe 2+ je 0,080 nm, a radijus iona Fe 3+ je 0,067 nm. Energije uzastopne ionizacije atoma željeza su 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Elektronski afinitet 0,58 eV. Na Paulingovoj ljestvici elektronegativnost željeza je oko 1,8.

Željezo visoke čistoće je sjajni, srebrnastosivi, duktilni metal koji se dobro podnosi različitim metodama strojne obrade.

Fizička i kemijska svojstva: na temperaturama od sobne temperature do 917°C, kao iu temperaturnom rasponu 1394-1535°C, postoji -Fe s kubičnom tijelocentriranom rešetkom, na sobnoj temperaturi parametar rešetke a= 0,286645 nm. Na temperaturama od 917-1394°C, stabilan -Fe s kubičnom plošno centriranom rešetkom T ( a= 0,36468 nm). Na temperaturama od sobne do 769°C (tzv. Curiejeva točka) željezo ima snažna magnetska svojstva (kaže se da je feromagnetno), na višim temperaturama željezo se ponaša kao paramagnet. Ponekad se paramagnetski -Fe s kubičnom rešetkom u središtu tijela, 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 željeza pojavile su se u vrijeme kada još nije postojala rendgenska difrakcijska analiza i nije bilo objektivnih podataka o unutarnjoj strukturi željeza). Talište 1535°C, vrelište 2750°C, gustoća 7,87 g/cm 3 . Standardni potencijal para Fe 2+ /Fe 0 0,447V, para Fe 3+ /Fe 2+ + 0,771V.

Kada se skladišti na zraku na temperaturama do 200°C, željezo se postupno prekriva gustim filmom oksida koji sprječava daljnju oksidaciju metala. U vlažnom zraku željezo je prekriveno labavim slojem hrđe, koji ne sprječava pristup kisika i vlage metalu i njegovo uništenje. Hrđa nema stalan kemijski sastav, približno se njezina kemijska formula može napisati kao Fe 2 O 3 x H 2 O.

Željezo pri zagrijavanju reagira s kisikom (O). Sagorijevanjem željeza na zraku nastaje Fe 2 O 3 oksid, a sagorijevanjem u čistom kisiku nastaje Fe 3 O 4 oksid. Kada kisik ili zrak prolaze kroz rastaljeno željezo, nastaje FeO oksid. Zagrijavanjem praha sumpora (S) i željeza nastaje sulfid čija se približna formula može napisati kao FeS.

Željezo reagira s halogenima kada se zagrijava. Budući da je FeF 3 nehlapljiv, željezo je otporno na fluor (F) do temperature od 200-300°C. Kada se željezo klorira (pri temperaturi od oko 200°C), nastaje hlapljivi FeCl3. Ako se međudjelovanje željeza i broma (Br) odvija na sobnoj temperaturi ili uz zagrijavanje i povišeni tlak bromovih para, tada nastaje FeBr 3 . Zagrijavanjem FeCl 3 i posebno FeBr 3 odvajaju halogen i prelaze u željezo (II) halogenide. Međusobnim djelovanjem željeza i joda (I) nastaje Fe 3 I 8 jodid.

Zagrijavanjem željezo reagira s dušikom (N), stvarajući željezni nitrid Fe 3 N, s fosforom (P), stvarajući fosfide FeP, Fe 2 P i Fe 3 P, s ugljikom (C), stvarajući Fe 3 C karbid, sa silicijem ( Si), tvoreći nekoliko silicida, na primjer, FeSi.

Pri povišenom tlaku metalno željezo reagira s ugljikovim monoksidom CO i nastaje tekući, pod normalnim uvjetima, lako hlapljivi željezni pentakarbonil Fe (CO) 5 . Poznati su i karbonili željeza sastava Fe 2 (CO) 9 i Fe 3 (CO) 12 . Željezni karbonili služe kao početni materijali u sintezi organo-željeznih spojeva, uključujući sastav ferocena.

Čisto metalno željezo stabilno je u vodi i u razrijeđenim otopinama lužina. U koncentriranoj sumpornoj i dušičnoj kiselini željezo se ne otapa, jer jaki oksidni film pasivizira njegovu površinu.

S klorovodičnom i razrijeđenom (oko 20%) sumpornom kiselinom, željezo reagira u obliku soli željeza (II):

Fe + 2HCl \u003d FeCl2 + H2

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

Kada željezo stupa u interakciju s približno 70% sumpornom kiselinom, reakcija se odvija stvaranjem željezovog (III) sulfata:

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

Željezni oksid (II) FeO ima bazična svojstva, odgovara bazi Fe (OH) 2. Željezni oksid (III) Fe 2 O 3 je slabo amfoteran, odgovara čak i slabijoj od Fe (OH) 2 baze Fe (OH) 3, koja reagira s kiselinama:

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

Željezni hidroksid (III) Fe(OH) 3 pokazuje slabo amfoterna svojstva; može reagirati samo s koncentriranim otopinama lužina:

Fe (OH) 3 + KOH \u003d K

Nastali hidroksokompleksi željeza(III) stabilni su u jako alkalnim otopinama. Kada se otopine razrijede vodom, one se uništavaju, a željezo (III) Fe(OH) 3 hidroksid se taloži.

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

Fe + 2FeCl 3 \u003d 3FeCl 2

Pri skladištenju vodenih otopina soli željeza (II) opaža se oksidacija željeza (II) u željezo (III):

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

Od soli željeza (II) u vodenim otopinama stabilna je Mohrova sol - dvostruki amonijev sulfat i željezo (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

Željezo (III) može formirati dvostruke sulfate s jednostruko nabijenim kationima tipa stipse, na primjer, KFe (SO 4) 2 željezo-kalijeva stipsa, (NH 4) Fe (SO 4) 2 željezo-amonijeva stipsa, itd.

Pod djelovanjem plinovitog klora (Cl) ili ozona na alkalne otopine spojeva željeza (III) nastaju željezni (VI) ferati, na primjer, kalijev ferat (VI) (K): K 2 FeO 4. Postoje izvještaji o proizvodnji spojeva željeza (VIII) pod djelovanjem jakih oksidacijskih sredstava.

Za detekciju spojeva željeza (III) u otopini koristi se kvalitativna reakcija Fe 3+ iona s tiocijanatnim ionima CNS. Kada ioni Fe 3+ međudjeluju s anionima CNS-a, nastaje svijetlocrveni željezov tiocijanat Fe(CNS) 3. Drugi reagens za Fe 3+ ione je kalijev heksacijanoferat (II) (K): K 4 (ranije se ova tvar nazivala žuta krvna sol). Kada ioni Fe 3+ i 4 međudjeluju, taloži se svijetlo plavi talog.

Kao reagens za Fe 2+ ione u otopini može poslužiti otopina kalijevog heksacijanoferata (III) (K) K 3, prethodno nazivanog crvena krvna sol. Tijekom međudjelovanja iona Fe 3+ i 3 taloži se svijetloplavi talog istog sastava kao i kod međudjelovanja iona Fe 3+ i 4.

Legure željeza s ugljikom:željezo se koristi uglavnom u legurama, prvenstveno u legurama s ugljikom (C) raznim ljevovima i čelicima. U lijevanom željezu sadržaj ugljika je veći od 2,14% po masi (obično na razini od 3,5-4%), u čelicima sadržaj ugljika je niži (obično na razini od 0,8-1%).

Lijevano željezo dobiva se u visokim pećima. Visoka peć je divovski (do 30-40 m visok) krnji stožac, šupalj iznutra. Zidovi visoke peći iznutra su obloženi vatrostalnom opekom, debljina zida je nekoliko metara. Odozgo, obogaćena (oslobođena otpadnih stijena) željezna ruda, agens za redukciju koksa (posebne vrste kamenog ugljena podvrgnute koksiranju zagrijavanom na temperaturi od oko 1000 ° C bez zraka), kao i materijali za taljenje (vapnenac i drugi) koji doprinose do odvajanja troske od taljenih metalnih nečistoća. Odozdo se u visoku peć dovodi vjetar (čisti kisik (O) ili zrak obogaćen kisikom (O)). Kako se materijali utovareni u visoku peć spuštaju, njihova temperatura raste na 1200-1300°C. Kao rezultat redukcijskih reakcija koje se odvijaju uglavnom uz sudjelovanje koksa C i CO:

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

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

nastaje metalno željezo koje je zasićeno ugljikom (C) i teče prema dolje.

Ta se talina povremeno ispušta iz visoke peći kroz poseban kavez s rupama i ostavlja se da se talina skrutne u posebnim oblicima. Lijevano željezo je bijelo, tzv. sirovo željezo (od njega se proizvodi čelik) i sivo, odnosno lijev. Bijeli lijev je čvrsta otopina ugljika (C) u željezu. U mikrostrukturi sivog lijeva mogu se razlikovati mikrokristali grafita. Zbog prisutnosti grafita, sivi lijev ostavlja trag na bijelom papiru.

Lijevano željezo je krto, bocka se pri udaru pa se od njega ne mogu raditi opruge, opruge i bilo kakvi proizvodi koji moraju raditi na savijanje.

Čvrsto lijevano željezo je lakše od rastaljenog lijevanog željeza, tako da se pri skrućivanju ne steže (kao što je uobičajeno kod skrućivanja metala i legura), već se širi. Ova značajka omogućuje vam izradu raznih odljevaka od lijevanog željeza, uključujući i 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 kroma (Cr), nikla (Ni), molibdena (Mo), kobalta (Co) i drugih metala koji poboljšavaju mehaničku i druga svojstva čelika).

Čelik se dobiva preradom sirovog željeza i metalnog otpada u kisikovom konverteru, u elektrolučnoj ili otvorenoj peći. Takvom obradom sadržaj ugljika (C) u leguri se smanjuje na potrebnu razinu, kako kažu, višak ugljika (C) izgara.

Fizička svojstva čelika bitno se razlikuju od svojstava lijevanog željeza: čelik je elastičan, može se kovati, valjati. Budući da se čelik, za razliku od lijevanog željeza, skuplja tijekom skrućivanja, dobiveni čelični odljevci podvrgavaju se kompresiji u valjaonicama. Nakon valjanja u volumenu metala nestaju praznine i ljuske koje su se pojavile tijekom skrućivanja talina.

Proizvodnja čelika u Rusiji ima dugu duboku tradiciju, a čelici koje dobivaju naši metalurzi su visoke kvalitete.

Povijest dobivanja željeza:željezo je imalo i igra iznimnu ulogu u materijalnoj povijesti čovječanstva. Prvo metalno željezo koje je palo u ruke čovjeka vjerojatno je bilo meteorskog porijekla. Željezne rude su široko rasprostranjene i često se nalaze čak i na površini Zemlje, ali je samorodno željezo na površini izuzetno rijetko. Vjerojatno je prije nekoliko tisuća godina netko primijetio da se nakon spaljivanja vatre u nekim slučajevima uočava stvaranje željeza iz onih komada rude koji su slučajno završili u vatri. Prilikom spaljivanja vatre dolazi do redukcije željeza iz rude zbog reakcije rude kako izravno s ugljenom, tako i s ugljikovim monoksidom (II) CO koji nastaje tijekom izgaranja. Mogućnost dobivanja željeza iz ruda uvelike je olakšala otkriće činjenice da zagrijavanjem rude s ugljenom nastaje metal koji se zatim može dodatno pročišćavati tijekom kovanja. Ekstrakcija željeza iz rude pomoću procesa proizvodnje sira izumljena je u zapadnoj Aziji u 2. tisućljeću pr. Razdoblje od 9. 7. stoljeća prije Krista, kada su mnoga plemena Europe i Azije razvila metalurgiju željeza, nazvano je željeznim dobom, koje je zamijenilo brončano doba. Poboljšanje metoda puhanja (prirodni propuh zamijenjen je krznom) i povećanje visine ložišta (pojavile su se peći s niskim vratilom) doveli su do proizvodnje sirovog željeza, koje se u zapadnoj Europi počelo masovno taliti od 14. stoljeća. Dobiveno lijevano željezo pretvoreno je u čelik. Od sredine 18. stoljeća u procesu visoke peći umjesto drvenog ugljena počeo se koristiti ugljen-koks. Kasnije su metode dobivanja željeza iz ruda značajno poboljšane, a trenutno se za to koriste posebni uređaji - visoke peći, pretvarači kisika i elektrolučne peći.

Nalaz u prirodi:željezo je široko rasprostranjeno u zemljinoj kori - čini oko 4,1% mase zemljine kore (4. mjesto među svim elementima, 2. među metalima). Poznat je velik broj ruda i minerala koji sadrže željezo. Najveće praktično značenje imaju crvena željezna ruda (ruda hematit, Fe 2 O 3; sadrži do 70% Fe), magnetna ruda željeza (ruda magnetit, Fe 3 O 4; sadrži 72,4% Fe), smeđa ruda željeza (ruda hidrogetit). HFeO 2 n H 2 O), kao i željezna ruda (sideritna ruda, željezni karbonat, FeCO 3; sadrži oko 48% Fe). U prirodi se nalaze i velike naslage 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 jezgri elektromagneta, kao katalizator za kemijske procese i za neke druge svrhe. Ali legure željeznog lijevanog željeza i čelika čine osnovu moderne tehnologije. Mnogi spojevi željeza također se široko koriste. Dakle, željezo (III) sulfat se koristi u obradi vode, željezni oksidi i cijanid služe kao pigmenti u proizvodnji boja, i tako dalje.

Biološka uloga:željezo je prisutno u organizmima svih biljaka i životinja kao element u tragovima, odnosno u vrlo malim količinama (prosječno oko 0,02%). Međutim, bakterije željeza koje za kemosintezu koriste energiju oksidacije željeza (II) u željezo (III) mogu akumulirati do 17-20% željeza u svojim stanicama. Glavna biološka funkcija željeza je sudjelovanje u prijenosu kisika (O) i oksidativnim procesima. Ovu funkciju željezo obavlja u sastavu složenih proteina - hemoproteina, čija je prostetička skupina željezoporfirinski kompleks - hem. Među najvažnijim hemoproteinima su respiratorni pigmenti hemoglobin i mioglobin, univerzalni prijenosnici elektrona u reakcijama staničnog disanja, oksidacije i fotosinteze, citokromi, enzimi kataloza i peroksid i drugi. Kod nekih beskralješnjaka respiratorni pigmenti heloeritrin i klorokruorin koji sadrže željezo imaju drugačiju strukturu od hemoglobina. Tijekom biosinteze hemoproteina, željezo prelazi na njih iz proteina feritina, koji pohranjuje i prenosi željezo. Ovaj protein, čija jedna molekula uključuje oko 4500 atoma željeza, koncentriran je u jetri, slezeni, koštanoj srži i crijevnoj sluznici sisavaca i ljudi. Dnevne ljudske potrebe za željezom (6-20 mg) prekomjerno se pokrivaju hranom (željezom su bogati meso, jetra, jaja, kruh, špinat, cikla i dr.). Tijelo prosječne osobe (tjelesne težine 70 kg) sadrži 4,2 g željeza, 1 litra krvi sadrži oko 450 mg. S nedostatkom željeza u tijelu razvija se žlijezdana anemija koja se liječi lijekovima koji sadrže željezo. Pripravci željeza koriste se i kao opći tonici. Prekomjerna doza željeza (200 mg ili više) može biti toksična. Za normalan razvoj biljaka potrebno je i željezo pa postoje mikrognojiva na bazi pripravaka željeza.