คุณสมบัติทางเคมีของสารประกอบเหล็ก 2 และ 3 III

เหล็กบริสุทธิ์ได้มาจากวิธีการต่างๆ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือวิธีการสลายตัวทางความร้อนของเหล็ก pentacarbonyl (ดู§ 193) และอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำของเกลือ

ในอากาศชื้น เหล็กจะเกิดสนิมอย่างรวดเร็ว กล่าวคือ มันถูกเคลือบด้วยเหล็กออกไซด์ไฮเดรทสีน้ำตาล ซึ่งเนื่องจากความเปราะบาง ไม่ได้ป้องกันเหล็กจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ในน้ำ เหล็กกัดกร่อนอย่างรุนแรง ด้วยการเข้าถึงออกซิเจนอย่างมากมาย เหล็กออกไซด์ (III) ในรูปแบบไฮเดรตจะเกิดขึ้น:

เมื่อขาดออกซิเจนหรือเข้าถึงได้ยากจึงเกิดออกไซด์ผสม Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3):

เหล็กละลายในกรดไฮโดรคลอริกทุกความเข้มข้น:

ในทำนองเดียวกันการละลายเกิดขึ้นในกรดซัลฟิวริกเจือจาง:

ในสารละลายเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก เหล็กจะถูกออกซิไดซ์เป็นเหล็ก (III):

อย่างไรก็ตาม ในกรดซัลฟิวริกซึ่งมีความเข้มข้นใกล้ถึง 100% ธาตุเหล็กจะกลายเป็นแบบพาสซีฟและแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นเลย

ในสารละลายกรดไนตริกเจือจางและเข้มข้นปานกลาง ธาตุเหล็กจะละลาย:

ที่ความเข้มข้นสูงของ HNO 3 การละลายจะช้าลงและธาตุเหล็กจะกลายเป็นแบบพาสซีฟ

ธาตุเหล็กมีลักษณะเป็นสารประกอบสองชุด: สารประกอบเหล็ก (II) และสารประกอบเหล็ก (III) อดีตสอดคล้องกับเหล็กออกไซด์ (II) หรือเหล็กออกไซด์, FeO, หลังกับเหล็กออกไซด์ (III) หรือเหล็กออกไซด์, Fe 2 O 3

นอกจากนี้ยังทราบเกลือของกรดเหล็ก H 2 FeO 4 ซึ่งระดับของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กคือ +6

สารประกอบเหล็ก (II)

เกลือของเหล็ก (II) เกิดจากการละลายธาตุเหล็กในกรดเจือจาง ยกเว้นกรดไนตริก ที่สำคัญที่สุดคือเหล็ก (II) ซัลเฟตหรือเฟอร์รัสซัลเฟต FeSO 4 7H 2 O ซึ่งเป็นผลึกสีเขียวอ่อนที่ละลายได้สูงในน้ำ ในอากาศ ซัลเฟตเหล็กจะค่อยๆ ผุกร่อนและออกซิไดซ์จากพื้นผิวไปพร้อม ๆ กัน กลายเป็นเกลือของธาตุเหล็ก (III) สีน้ำตาลเหลือง

ซัลเฟตเหล็ก (II) ได้มาจากการละลายเศษเหล็กในกรดซัลฟิวริก 20-30%:

ซัลเฟตเหล็ก (II) ใช้เพื่อควบคุมศัตรูพืช ในการผลิตหมึกและสีแร่ และในผ้าย้อมสี

เมื่อเหล็กซัลเฟตถูกทำให้ร้อน น้ำจะถูกปล่อยออกมาและได้รับมวลสีขาวของเกลือปราศจากน้ำ FeSO 4 ที่อุณหภูมิสูงกว่า 480 องศาเซลเซียส เกลือปราศจากน้ำจะสลายตัวด้วยการปล่อยซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไตรออกไซด์ หลังในอากาศชื้นทำให้เกิดไอระเหยสีขาวของกรดซัลฟิวริก:

เมื่อสารละลายเกลือของเหล็ก (II) ทำปฏิกิริยากับด่าง ตะกอนสีขาวของเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์เฟ (OH) 2 จะตกตะกอน ซึ่งในอากาศอันเนื่องมาจากการเกิดออกซิเดชัน จะกลายเป็นสีเขียวและสีน้ำตาลอย่างรวดเร็ว กลายเป็นเหล็ก ( III) ไฮดรอกไซด์

เหล็กออกไซด์ (II) ออกไซด์ FeO สามารถได้รับเป็นผงสีดำออกซิไดซ์ได้ง่ายโดยการลดของเหล็ก (III) ออกไซด์ด้วยคาร์บอน (II) ออกไซด์ที่ 500 ° C:

คาร์บอเนตของโลหะอัลคาไลตกตะกอนจากสารละลายของเกลือของเหล็ก (II) เกลือ เหล็กขาว (II) คาร์บอเนต FeCO 3 ภายใต้การกระทำของน้ำที่มี CO 2 เหล็กคาร์บอเนตเช่นแคลเซียมคาร์บอเนตบางส่วนผ่านเข้าไปในเกลือกรดที่ละลายน้ำได้มากกว่า Fe(HCO 3) 2 ในรูปของเกลือนี้ ธาตุเหล็กจะพบได้ในแหล่งน้ำที่มีธาตุเหล็กตามธรรมชาติ

เกลือของเหล็ก (II) สามารถเปลี่ยนเป็นเกลือของเหล็ก (III) ได้อย่างง่ายดายโดยการกระทำของสารออกซิไดซ์ต่างๆ - กรดไนตริก โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต คลอรีน ตัวอย่างเช่น

เนื่องจากความสามารถในการออกซิไดซ์ได้ง่าย เกลือของเหล็ก (II) มักถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์

สารประกอบเหล็ก (III)

เหล็ก (III) คลอไรด์ FeCl 3 เป็นผลึกสีน้ำตาลเข้มที่มีโทนสีเขียว สารนี้ดูดความชื้นสูง ดูดซับความชื้นจากอากาศกลายเป็นผลึกไฮเดรตที่มีปริมาณน้ำแตกต่างกันและกระจายไปในอากาศ ในสถานะนี้ เหล็ก (III) คลอไรด์มีสีน้ำตาลส้ม ในสารละลายเจือจาง FeCl 3 จะไฮโดรไลซ์เป็นเกลือพื้นฐาน ในไอระเหย เหล็ก (III) คลอไรด์มีโครงสร้างคล้ายกับอะลูมิเนียมคลอไรด์ (หน้า 615) และสอดคล้องกับสูตร Fe 2 Cl 6 ; การแยกตัวที่เห็นได้ชัดเจนของ Fe 2 Cl 6 เป็นโมเลกุล FeCl 3 เริ่มต้นที่อุณหภูมิประมาณ 500 ° C

เหล็ก (III) คลอไรด์ถูกใช้เป็นสารตกตะกอนในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ

ซัลเฟตเหล็ก (III) Fe 2 (SO 4) 3 - ผลึกสีขาวดูดความชื้นมากกระจายในอากาศ แบบฟอร์ม Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O ผลึกไฮเดรต (ผลึกสีเหลือง) ในสารละลายที่เป็นน้ำ ธาตุเหล็ก (III) ซัลเฟตจะถูกไฮโดรไลซ์สูง ด้วยซัลเฟตของโลหะอัลคาไลและแอมโมเนียม ทำให้เกิดเกลือคู่ - สารส้ม เช่น สารส้มเหล็ก (NH 4) Fe (SO 4) 2 12H 2 O - ผลึกสีม่วงอ่อนที่ละลายได้สูงในน้ำ เมื่อเผาที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 องศาเซลเซียส เหล็ก (III) ซัลเฟตจะสลายตัวตามสมการ:

ใช้เหล็กซัลเฟต (III) เช่น FeCl 3 เป็นสารตกตะกอนในการทำน้ำให้บริสุทธิ์เช่นเดียวกับการแกะสลักโลหะ สารละลายของ Fe 2 (SO 4) 3 สามารถละลาย Cu 2 S และ CuS ด้วยการก่อตัวของคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต ซึ่งใช้ในการผลิตทองแดงด้วยไฮโดรโลหะ

ภายใต้การกระทำของด่างในสารละลายของเกลือของเหล็ก (III) เหล็กไฮดรอกไซด์สีน้ำตาลแดง (III) Fe (OH) 3 ตกตะกอนซึ่งไม่ละลายในด่างมากเกินไป

ไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (III) เป็นเบสที่อ่อนแอกว่าไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (II) ซึ่งแสดงโดยข้อเท็จจริงที่ว่าเกลือของเหล็ก (III) ถูกไฮโดรไลซ์อย่างรุนแรงและมีกรดอ่อน (เช่นคาร์บอนิก, ไฮโดรเจนซัลไฟด์) Fe (OH) 3 ไม่ก่อตัวเป็นเกลือ สีของสารละลายของเกลือเหล็ก (III) ยังอธิบายได้ด้วยการไฮโดรไลซิส: แม้ว่า Fe 3+ นั้นเกือบจะไม่มีสี แต่สารละลายที่บรรจุอยู่จะมีสีเหลืองน้ำตาลซึ่งอธิบายได้จากการปรากฏตัวของไอออนไฮดรอกโซหรือ Fe (OH) ) 3 โมเลกุลซึ่งเกิดขึ้นจากการไฮโดรไลซิส:

เมื่อถูกความร้อน สีจะเข้มขึ้น และเมื่อเติมกรด สีจะจางลงเนื่องจากการยับยั้งไฮโดรไลซิส

เมื่อเผา, เหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์, สูญเสียน้ำ, ผ่านเข้าไปในเหล็กออกไซด์ (III) หรือเหล็กออกไซด์, Fe 2 O 3 ออกไซด์ของเหล็ก (III) เกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบของแร่เหล็กสีแดงและใช้เป็นสีน้ำตาล - เหล็ก minium หรือมัมมี่

ปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะที่ทำให้เกลือของธาตุเหล็ก (III) แตกต่างจากเกลือของธาตุเหล็ก (II) คือการกระทำของโพแทสเซียมไธโอไซยาเนต KSCN หรือแอมโมเนียมไธโอไซยาเนต NH 4 SCN บนเกลือของธาตุเหล็ก สารละลายโพแทสเซียมไธโอไซยาเนตประกอบด้วยไอออน SCN ที่ไม่มีสี ซึ่งรวมกับไอออนของ Fe(III) เพื่อสร้างธาตุเหล็กที่มีสีแดงเลือด (III) ไทโอไซยาเนต Fe(SCN) 3 เมื่อไอออนของเหล็ก (II) ทำปฏิกิริยากับไทโอไซยาเนต สารละลายจะยังคงไม่มีสี

สารประกอบไซยานิกของเหล็ก เมื่อไซยาไนด์ที่ละลายน้ำได้ เช่น โพแทสเซียมไซยาไนด์ สัมผัสกับสารละลายของเกลือเหล็ก (II) จะได้ตะกอนเหล็ก (II) ไซยาไนด์สีขาว:

โพแทสเซียมไซยาไนด์ส่วนเกินจะตกตะกอนเนื่องจากการก่อตัวของเกลือที่ซับซ้อน K 4 ของโพแทสเซียมเฮกซาไซยาโนเฟอร์เรต (II)

Potassium hexacyanoferrate(II) K 4 ·3H 2 O ตกผลึกเป็นปริซึมสีเหลืองอ่อนขนาดใหญ่ เกลือนี้เรียกอีกอย่างว่าเกลือเลือดเหลือง เมื่อละลายในน้ำ เกลือจะแยกตัวออกเป็นโพแทสเซียมไอออนและไอออนเชิงซ้อน 4 ตัวที่เสถียรมาก ในทางปฏิบัติ สารละลายดังกล่าวไม่มีไอออน Fe 2+ เลย และไม่ให้ลักษณะปฏิกิริยาของธาตุเหล็ก (II)

โพแทสเซียม hexacyanoferrate (II) ทำหน้าที่เป็นรีเอเจนต์ที่มีความละเอียดอ่อนสำหรับไอออนของเหล็ก (III) เนื่องจาก 4- ไอออนทำปฏิกิริยากับไอออน Fe 3+ สร้างเกลือที่ไม่ละลายน้ำของเหล็ก (III) hexacyanoferrate (II) Fe 4 3 ของลักษณะเฉพาะ สีฟ้า; เกลือนี้เรียกว่าปรัสเซียนบลู:

ปรัสเซียนสีน้ำเงินใช้เป็นสี

ภายใต้การกระทำของคลอรีนหรือโบรมีนในสารละลายของเกลือในเลือดสีเหลือง ประจุลบของมันถูกออกซิไดซ์ กลายเป็น 3-

เกลือ K 3 ที่สอดคล้องกับประจุลบนี้เรียกว่าโพแทสเซียม hexacyanoferrate (III) หรือเกลือเลือดแดง เกิดเป็นผลึกปราศจากน้ำสีแดง

หากคุณทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียม hexacyanoferrate (III) ในสารละลายของเกลือเหล็ก (II) คุณจะได้รับการตกตะกอนของ hexacyanoferrate (III), เหล็ก (II) (turnbull blue) ภายนอกคล้ายกับปรัสเซียนบลู แต่มีความแตกต่างกัน องค์ประกอบ:

ด้วยเกลือของเหล็ก (III) K 3 ทำให้เกิดสารละลายสีน้ำตาลแกมเขียว

ในสารประกอบเชิงซ้อนอื่นๆ ส่วนใหญ่ เช่นเดียวกับในไซยาโนเฟอร์เรตที่พิจารณา จำนวนประสานงานของธาตุเหล็ก(II) และธาตุเหล็ก(III) คือหก

เฟอร์ไรต์ เมื่อเหล็ก (III) ออกไซด์ถูกหลอมรวมกับโซเดียมหรือโพแทสเซียมคาร์บอเนต เฟอร์ไรท์จะเกิดขึ้น - เกลือของกรดเฟอร์รัส HFeO 2 ไม่ได้รับในสภาวะอิสระ ตัวอย่างเช่น โซเดียมเฟอร์ไรท์ NaFeO 2:

เมื่อโลหะผสมละลายในน้ำ จะได้สารละลายสีม่วงแดง ซึ่งแบเรียมเฟอร์เรต BaFeO 4 ที่ไม่ละลายน้ำสามารถตกตะกอนได้ด้วยการกระทำของแบเรียมคลอไรด์

เฟอร์เรตทั้งหมดเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงมาก (แรงกว่าเปอร์แมงกาเนต) กรดเฟอร์ริก H 2 FeO 4 ที่สอดคล้องกับเฟอร์เรตและแอนไฮไดรด์ FeO 3 ยังไม่ได้รับในสถานะอิสระ

เหล็กคาร์บอนิล เหล็กสร้างสารประกอบระเหยง่ายด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เรียกว่าเหล็กคาร์บอนิล เหล็ก pentacarbonyl Fe(CO) 5 เป็นของเหลวสีเหลืองซีด เดือดที่อุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียส ไม่ละลายในน้ำ แต่ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์หลายชนิด Fe(CO) 5 ได้มาจากการส่งผ่าน CO เหนือผงเหล็กที่อุณหภูมิ 150-200 องศาเซลเซียส และความดัน 10 MPa สิ่งเจือปนในเหล็กไม่ทำปฏิกิริยากับ CO ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์มาก เมื่อถูกความร้อนในสุญญากาศ เหล็กเพนทาคาร์บอนิลจะสลายตัวเป็นเหล็กและคาร์บอนไดออกไซด์ ใช้ในการผลิตผงเหล็กที่มีความบริสุทธิ์สูง เหล็กคาร์บอนิล (ดู§ 193)

ลักษณะของพันธะเคมีในโมเลกุล Fe(CO) 5 ได้อธิบายไว้ในหน้า 430

<<< Назад

ส่งต่อ >>>

เหล็กเป็นธาตุที่แปดของคาบที่สี่ในตารางธาตุ ตัวเลขในตาราง (เรียกอีกอย่างว่าอะตอม) คือ 26 ซึ่งสอดคล้องกับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสและอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอน ถูกกำหนดโดยตัวอักษรสองตัวแรกของภาษาละตินที่เทียบเท่า - Fe (lat. Ferrum - อ่านว่า "ferrum") เหล็กเป็นธาตุที่พบมากที่สุดเป็นอันดับสองในเปลือกโลก โดยมีเปอร์เซ็นต์อยู่ที่ 4.65% (อะลูมิเนียมที่พบมากที่สุดคืออัล) ในรูปแบบดั้งเดิมโลหะนี้ค่อนข้างหายากและมักจะขุดจากแร่ผสมกับนิกเกิล

ติดต่อกับ

ลักษณะของสารประกอบนี้คืออะไร? เหล็กในฐานะอะตอมประกอบด้วยโครงผลึกโลหะ ซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงความแข็งของสารประกอบที่มีองค์ประกอบนี้และความเสถียรของโมเลกุล เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้ว่าโลหะนี้เป็นตัวของแข็งทั่วไปซึ่งแตกต่างจากปรอท

ธาตุเหล็กเป็นสารธรรมดา- โลหะสีเงินที่มีคุณสมบัติตามแบบฉบับขององค์ประกอบกลุ่มนี้: ความอ่อนตัว ความมันวาวของโลหะ และความเหนียว นอกจากนี้ เหล็กยังมีปฏิกิริยาสูง คุณสมบัติหลังนี้พิสูจน์ได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเหล็กสึกกร่อนอย่างรวดเร็วในที่ที่มีอุณหภูมิสูงและความชื้นที่เหมาะสม ในออกซิเจนบริสุทธิ์ โลหะนี้จะเผาไหม้ได้ดี และหากถูกบดขยี้เป็นอนุภาคขนาดเล็กมาก พวกมันจะไม่เพียงเผาไหม้แต่จะติดไฟได้เองตามธรรมชาติ

บ่อยครั้งที่เราเรียกเหล็กไม่ใช่โลหะบริสุทธิ์ แต่เป็นโลหะผสมที่มีคาร์บอน © เช่น เหล็กกล้า (<2,14% C) и чугун (>2.14% ค). อุตสาหกรรมที่มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกัน ได้แก่ โลหะผสม ซึ่งจะมีการเติมโลหะเจือ (นิกเกิล แมงกานีส โครเมียม และอื่นๆ) เนื่องจากเหล็กจะกลายเป็นสเตนเลส กล่าวคือ เป็นโลหะผสม จากสิ่งนี้ จึงเป็นที่ชัดเจนว่าโลหะชนิดนี้มีการใช้งานในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวางเพียงใด

ลักษณะ Fe

คุณสมบัติทางเคมีของเหล็ก

มาดูคุณสมบัติขององค์ประกอบนี้กันดีกว่า

คุณสมบัติของสารอย่างง่าย

• การเกิดออกซิเดชันในอากาศที่ความชื้นสูง (กระบวนการกัดกร่อน):

4Fe + 3O2 + 6H2O \u003d 4Fe (OH) 3 - เหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ (ไฮดรอกไซด์)

• การเผาไหม้ของลวดเหล็กในออกซิเจนด้วยการก่อตัวของออกไซด์ผสม (ประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีทั้งสถานะออกซิเดชัน +2 และสถานะออกซิเดชัน +3):

3Fe+2O2 = Fe3O4 (มาตราส่วนเหล็ก) ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นได้เมื่อถูกความร้อนถึง 160 ⁰C

• ปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิสูง (600−700 ⁰C):

3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2

• ปฏิกิริยากับอโลหะ:

ก) ปฏิกิริยากับฮาโลเจน (สำคัญ! ด้วยปฏิสัมพันธ์นี้ จะได้รับสถานะออกซิเดชันของธาตุ +3)

2Fe + 3Cl2 \u003d 2FeCl3 - เฟอริกคลอไรด์

ข) ปฏิกิริยากับกำมะถัน (สำคัญ! ในปฏิกิริยานี้ ธาตุมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +2)

เหล็ก (III) ซัลไฟด์ - Fe2S3 สามารถรับได้ระหว่างปฏิกิริยาอื่น:

Fe2O3+ 3H2S=Fe2S3+3H2O

ค) การก่อตัวของไพไรต์

Fe + 2S \u003d FeS2 - หนาแน่น ให้ความสนใจกับระดับของการเกิดออกซิเดชันของธาตุที่ประกอบเป็นสารประกอบนี้: Fe (+2), S (-1)

• ปฏิกิริยากับเกลือของโลหะในชุดเคมีไฟฟ้าของกิจกรรมโลหะทางด้านขวาของ Fe:

Fe + CuCl2 \u003d FeCl2 + Cu - เหล็ก (II) คลอไรด์

• ปฏิกิริยากับกรดเจือจาง (เช่น ไฮโดรคลอริกและซัลฟิวริก):

Fe+HBr = FeBr2+H2

Fe+HCl = FeCl2+ H2

โปรดทราบว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ผลิตเหล็กที่มีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +2

• ในกรดที่ไม่เจือปน ซึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อถูกความร้อนเท่านั้น ในกรดเย็น โลหะจะถูกทำให้ไม่เกิดปฏิกิริยา:

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

เฟ+6HNO3 = เฟ(NO3)3+3NO2+3H2O

• คุณสมบัติ amphoteric ของเหล็กจะปรากฏเฉพาะเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับด่างเข้มข้น:

Fe + 2KOH + 2H2O \u003d K2 + H2 - โพแทสเซียม tetrahydroxyferrate (II) ตกตะกอน

กระบวนการทำเหล็กในเตาหลอมเหล็ก

• การคั่วและการสลายตัวของแร่ซัลไฟด์และคาร์บอเนตในภายหลัง (การแยกตัวของโลหะออกไซด์):

FeS2 -> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2) ปฏิกิริยานี้เป็นขั้นตอนแรกในการสังเคราะห์กรดซัลฟิวริกทางอุตสาหกรรม

FeCO3 -> Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2)

• โค้กที่เผาไหม้ (เกิน):

С (โค้ก) + O2 (อากาศ) —> CO2 (600−700 ⁰C)

CO2+С (โค้ก) —> 2CO (750−1000 ⁰C)

• การกู้คืนแร่ที่มีออกไซด์ด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์:

Fe2O3 —> Fe3O4 (CO, -CO2)

Fe3O4 —> FeO (CO, -CO2)

เฟO —> เฟ(CO, -CO2)

• คาร์บูไรเซชั่นของเหล็ก (สูงถึง 6.7%) และการหลอมของเหล็กหล่อ (t⁰melting - 1145 ⁰C)

Fe (ของแข็ง) + C (โค้ก) -> เหล็กหล่อ อุณหภูมิของปฏิกิริยาคือ 900−1200 ⁰C

ในเหล็กหล่อ ซีเมนต์ (Fe2C) และกราไฟต์มักมีอยู่ในรูปของเมล็ดพืช

การแสดงคุณลักษณะของสารประกอบที่มี Fe

เราจะศึกษาคุณสมบัติของการเชื่อมต่อแต่ละรายการแยกกัน

Fe3O4

เหล็กออกไซด์แบบผสมหรือแบบคู่ ที่มีธาตุที่มีสถานะออกซิเดชันเป็นทั้ง +2 และ +3 เรียกอีกอย่างว่า Fe3O4 เหล็กออกไซด์. สารประกอบนี้ทนต่ออุณหภูมิสูง ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำไอน้ำ สลายตัวด้วยกรดแร่ สามารถลดได้ด้วยไฮโดรเจนหรือเหล็กที่อุณหภูมิสูง ตามที่คุณเข้าใจจากข้อมูลข้างต้น มันเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในห่วงโซ่ปฏิกิริยาของการผลิตเหล็กทางอุตสาหกรรม

ใช้เหล็กออกไซด์โดยตรงในการผลิตสีที่มีแร่ธาตุ ซีเมนต์สี และผลิตภัณฑ์เซรามิก Fe3O4 คือสิ่งที่ได้มาจากเหล็กใส่ร้ายป้ายสีและสีน้ำเงิน ออกไซด์ผสมได้มาจากการเผาเหล็กในอากาศ แร่ที่มีออกไซด์เป็นแร่แมกนีไทต์

Fe2O3

เหล็ก(III) ออกไซด์ ชื่อเล็กน้อย - ออกไซด์, สารประกอบสีน้ำตาลแดง ทนต่ออุณหภูมิสูง ในรูปแบบบริสุทธิ์ จะไม่เกิดขึ้นระหว่างการเกิดออกซิเดชันของเหล็กกับออกซิเจนในบรรยากาศ ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ เกิดเป็นไฮเดรตที่ตกตะกอน ทำปฏิกิริยาได้ไม่ดีกับด่างและกรดเจือจาง มันสามารถผสมกับออกไซด์ของโลหะอื่น ๆ ก่อตัวเป็นนิล - ดับเบิ้ลออกไซด์

แร่เหล็กสีแดงใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กสุกรทางอุตสาหกรรมโดยวิธีเตาหลอม นอกจากนี้ยังเร่งปฏิกิริยา กล่าวคือ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมแอมโมเนีย ใช้ในบริเวณเดียวกับเหล็กออกไซด์ นอกจากนี้ยังใช้เป็นสื่อเสียงและภาพบนเทปแม่เหล็ก

FeOH2

เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีคุณสมบัติเป็นกรดและด่าง ซึ่งมีคุณสมบัติเหนือกว่า กล่าวคือ เป็นแอมโฟเทอริก สารสีขาวที่ออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศ "เปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล" เป็นไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (III) สลายตัวเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิ ทำปฏิกิริยากับทั้งสารละลายกรดและด่างอ่อนๆ เราจะไม่ละลายในน้ำ ในปฏิกิริยาจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในปฏิกิริยาการกัดกร่อน

การตรวจจับไอออน Fe2+ และ Fe3+ (ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพ)

การรับรู้ของไอออน Fe2+ และ Fe3+ ในสารละลายในน้ำนั้นดำเนินการโดยใช้สารประกอบเชิงซ้อนที่ซับซ้อน - K3, เกลือเลือดแดง และ K4, เกลือเลือดเหลือง ตามลำดับ ในปฏิกิริยาทั้งสองจะเกิดการตกตะกอนของสีน้ำเงินอิ่มตัวที่มีองค์ประกอบเชิงปริมาณเหมือนกัน แต่มีตำแหน่งเหล็กต่างกันที่มีความจุ +2 และ +3 ตะกอนนี้มักเรียกอีกอย่างว่าปรัสเซียนบลูหรือเทิร์นบูลล์บลู

ปฏิกิริยาเขียนในรูปไอออนิก

Fe2++K++3-  K+1Fe+2

Fe3++K++4-  K+1Fe+3

รีเอเจนต์ที่ดีสำหรับการตรวจจับ Fe3+ คือไทโอไซยาเนตไอออน (NCS-)

Fe3++ NCS-  3- - สารประกอบเหล่านี้มีสีแดงสด ("เลือด")

รีเอเจนต์นี้ เช่น โพแทสเซียม ไทโอไซยาเนต (สูตร - KNCS) ช่วยให้คุณกำหนดความเข้มข้นของธาตุเหล็กในสารละลายได้เล็กน้อย ดังนั้นเขาจึงสามารถระบุได้ว่าท่อมีสนิมหรือไม่เมื่อตรวจสอบน้ำประปา

หมวดหมู่รายละเอียด: เข้าชม: 9555

เหล็ก, Fe, องค์ประกอบทางเคมี, น้ำหนักอะตอม 55.84, หมายเลขซีเรียล 26; ตั้งอยู่ในกลุ่ม VIII ของระบบธาตุในแถวเดียวกันกับโคบอลต์และนิกเกิลจุดหลอมเหลว - 1529 ° C จุดเดือด - 2450 ° C; ในสถานะของแข็งมีสีน้ำเงินอมเงิน ในรูปแบบอิสระ เหล็กพบได้เฉพาะในอุกกาบาต ซึ่งมีส่วนผสมของ Ni, P, C และองค์ประกอบอื่นๆ โดยธรรมชาติแล้ว สารประกอบเหล็กมีการกระจายไปทั่ว (ดิน แร่ธาตุ เฮโมโกลบินจากสัตว์ คลอโรฟิลล์จากพืช) Ch. ร. ในรูปของออกไซด์ ไฮเดรตของออกไซด์และสารประกอบกำมะถัน เช่นเดียวกับเหล็กคาร์บอเนตซึ่งแร่เหล็กส่วนใหญ่ประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบ

เหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีได้มาจากการให้ความร้อนกับเหล็กออกซาลิกและในตอนแรกที่ 440 ° C จะได้ผงทึบแสงของเฟอร์รัสออกไซด์ซึ่งมีความสามารถในการจุดไฟในอากาศ (ที่เรียกว่าเหล็กไพโรฟอริก) เมื่อออกไซด์นี้ลดลงในเวลาต่อมา ผงที่ได้จะได้สีเทาและสูญเสียคุณสมบัติ pyrophoric ไปจนกลายเป็นเหล็กโลหะ ในระหว่างการลดลงของเฟอร์รัสออกไซด์ที่อุณหภูมิ 700 องศาเซลเซียส เหล็กจะตกตะกอนในรูปของผลึกขนาดเล็ก ซึ่งจะถูกหลอมรวมในสุญญากาศ อีกวิธีหนึ่งในการรับธาตุเหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีคืออิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของเกลือของเหล็ก เช่น FeSO 4 หรือ FeCl 3 ผสมกับ MgSO 4 , CaCl 2 หรือ NH 4 Cl (ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100°C) อย่างไรก็ตาม ในเวลาเดียวกัน เหล็กสกัดไฮโดรเจนอิเล็กโทรไลต์ในปริมาณมาก อันเป็นผลมาจากการที่เหล็กได้รับความแข็ง เมื่อเผาที่อุณหภูมิ 700 ° C ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาและเหล็กจะนิ่มและถูกตัดด้วยมีดเหมือนตะกั่ว (ความแข็งในระดับ Mohs คือ 4.5) เหล็กบริสุทธิ์มากสามารถหาได้จากความร้อนจากเหล็กออกไซด์บริสุทธิ์ (ดู Aluminothermy) ผลึกเหล็กที่ขึ้นรูปอย่างดีนั้นหายาก ผลึกแปดด้านบางครั้งก่อตัวในโพรงของเหล็กหล่อชิ้นใหญ่ คุณสมบัติเฉพาะของเหล็กคือการอ่อนตัว ความอ่อนตัว และความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวมาก เมื่อกรดไนตริกอย่างแรง (ไม่มีไนโตรเจนออกไซด์ที่ต่ำกว่า) ออกฤทธิ์กับเหล็ก เหล็กจะถูกเคลือบด้วยออกไซด์และไม่ละลายในกรดไนตริก

สารประกอบเหล็ก

เมื่อรวมกับออกซิเจน เหล็กจะเกิดออกไซด์หลายตัว: FeO - เฟอร์รัสออกไซด์, Fe 2 O 3 - เหล็กออกไซด์, FeO 3 - เฟอร์ริกแอนไฮไดรด์ และ FeO 4 - แอนไฮไดรด์ของกรดแดกดัน นอกจากนี้ เหล็กยังสร้างออกไซด์ของชนิดผสม Fe 3 O 4 - เหล็กออกไซด์ที่เรียกว่า มาตราส่วนเหล็ก อย่างไรก็ตาม ในอากาศแห้ง เหล็กจะไม่ออกซิไดซ์ สนิมเป็นเหล็กออกไซด์ที่เป็นน้ำซึ่งเกิดจากการมีส่วนร่วมของความชื้นในอากาศและ CO 2 . เฟอรัสออกไซด์ FeO สอดคล้องกับไฮเดรต Fe (OH) 2 และเกลือของธาตุเหล็กไดวาเลนต์จำนวนหนึ่งซึ่งสามารถออกซิไดซ์เป็นเกลือของเหล็กออกไซด์ Fe 2 O 3 ซึ่งเหล็กปรากฏเป็นองค์ประกอบไตรวาเลนต์ ในอากาศ ไอรอนออกไซด์ไฮเดรต ซึ่งมีคุณสมบัติรีดิวซ์อย่างแรง ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย กลายเป็นไอรอนออกไซด์ไฮเดรต เฟอร์รัสออกไซด์ไฮเดรตละลายได้เล็กน้อยในน้ำ และสารละลายนี้มีปฏิกิริยาเป็นด่างอย่างชัดเจน ซึ่งบ่งบอกถึงลักษณะพื้นฐานของเหล็กเฟอร์รัส เหล็กออกไซด์พบได้ในธรรมชาติ (ดู Iron minium) ในขณะที่เทียมม. ได้มาในรูปของผงสีแดงโดยการเผาผงเหล็กและโดยการเผาไพไรต์กำมะถันเพื่อให้ได้ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ แอนไฮดรัสไอรอนออกไซด์, Fe 2 O 3, m. ได้จากการดัดแปลงสองครั้งและการเปลี่ยนจากอันหนึ่งไปอีกอันหนึ่งเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อนและมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ (ความร้อนด้วยตนเอง) ด้วยการเผาที่รุนแรง Fe 2 O 3 จะปล่อยออกซิเจนและผ่านเข้าไปในออกไซด์ของแม่เหล็ก Fe 3 O 4 ภายใต้การกระทำของด่างในการแก้ปัญหาของเกลือเหล็กเฟอร์ริก ตกตะกอนของไฮเดรต Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 3H 2 O) ตกตะกอน; เมื่อต้มกับน้ำจะเกิด Fe 2 O 3 · H 2 O ไฮเดรต ซึ่งละลายในกรดได้ยาก เหล็กก่อให้เกิดสารประกอบที่มีโลหะลอยด์ต่างๆ: ด้วย C, P, S, กับเฮไลด์ เช่นเดียวกับโลหะ ตัวอย่างเช่น กับ Mn, Cr, W, Cu เป็นต้น

เกลือของเหล็กแบ่งออกเป็นเหล็ก - เหล็ก - เหล็ก (เกลือเฟอร์โร) และเหล็กออกไซด์ - เฟอริก (เกลือเฟอร์ริ)

เกลือแร่ . เฟอริกคลอไรด์, FeCl 2 ได้มาจากการกระทำของคลอรีนแห้งบนเหล็กในรูปของใบไม่มีสี เมื่อธาตุเหล็กละลายใน HCl จะได้รับเฟอริกคลอไรด์ในรูปของ FeCl 2 4H 2 O ไฮเดรตและใช้ในรูปแบบของสารละลายที่เป็นน้ำหรือแอลกอฮอล์ในยา ไอโอไดด์เหล็ก FeJ 2 ได้มาจากธาตุเหล็กและไอโอดีนใต้น้ำในรูปของใบสีเขียวและใช้ในยา (Sirupus ferri jodati); ด้วยการกระทำต่อไปของไอโอดีน FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati) จะเกิดขึ้น

เฟอรัสซัลเฟต, เฟอร์รัสซัลเฟต, FeSO 4 7H 2 O (ผลึกสีเขียว) เกิดขึ้นในธรรมชาติอันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันของไพไรต์และซัลเฟอร์ไพไรต์ เกลือนี้ยังเกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้ในการผลิตสารส้ม เมื่อผุกร่อนหรือเมื่อถูกความร้อนถึง 300 ° C มันจะกลายเป็นเกลือปราศจากน้ำสีขาว - FeSO 4; ยังสร้างไฮเดรตด้วยอนุภาคน้ำ 5, 4, 3, 2 และ 1; ละลายได้ง่ายในน้ำเย็น (ในน้ำร้อนมากถึง 300%) สารละลายมีสภาพเป็นกรดเนื่องจากการไฮโดรไลซิส ออกซิไดซ์ในอากาศโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีสารออกซิไดซ์อื่นเช่นเกลือของกรดออกซาลิกซึ่ง FeSO 4 เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชันคู่ทำให้เปลี่ยนสี KMnO 4; กระบวนการดำเนินการตามสมการต่อไปนี้:

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

เพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้เกลือคู่แบบถาวรของ Mohr (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O เพื่อจุดประสงค์นี้ - สีน้ำตาลของคอมเพล็กซ์ (FeNO) SO 4 เช่นเดียวกับสำหรับ การผลิตหมึก (ด้วยกรดแทนนิก) เป็นคราบสำหรับการย้อมสี สำหรับจับก๊าซที่เป็นอันตราย (H 2 S, NH 3) ในห้องน้ำ ฯลฯ

เกลือของเหล็กถูกนำมาใช้ในการถ่ายภาพเนื่องจากความสามารถในการลดสารประกอบเงินในภาพแฝงที่ประทับบนจานถ่ายภาพ

เหล็กคาร์บอเนต, FeCO 3 , เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็น siderite หรือ iron spar; ได้จากการตกตะกอนของสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือแร่เหล็กที่มีคาร์บอเนต เหล็กคาร์บอเนตจะสูญเสีย CO 2 ได้ง่ายและถูกออกซิไดซ์ในอากาศเป็น Fe 2 O 3

เหล็กไบคาร์บอเนต, H 2 Fe (CO 3) 2 ละลายได้ในน้ำและเกิดขึ้นตามธรรมชาติในแหล่งที่เป็นเหล็กซึ่งออกซิไดซ์แล้วจะถูกปล่อยออกมาบนพื้นผิวโลกในรูปของเหล็กออกไซด์ไฮเดรต Fe (OH) 3 กลายเป็น แร่เหล็กสีน้ำตาล

เหล็กฟอสเฟต, Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, ตกตะกอนสีขาว; เกิดขึ้นในธรรมชาติมีสีเล็กน้อยเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันของเหล็กในสีฟ้าในรูปของวิเวียนไนท์

เกลือเหล็กออกไซด์ . เฟอร์ริกคลอไรด์ FeCl 3 (Fe 2 Cl 6) ได้มาจากการกระทำของคลอรีนส่วนเกินบนเหล็กในรูปของแผ่นสีแดงหกเหลี่ยม เฟอริกคลอไรด์ละลายในอากาศ ตกผลึกจากน้ำในรูปของ FeCl 3 6H 2 O (ผลึกสีเหลือง); สารละลายมีสภาพเป็นกรด ในระหว่างการฟอกไต จะค่อยๆ ไฮโดรไลซ์จนเกือบถึงจุดสิ้นสุดด้วยการก่อตัวของสารละลายคอลลอยด์ของ Fe (OH) 3 ไฮเดรต FeCl 3 ละลายในแอลกอฮอล์และในส่วนผสมของแอลกอฮอล์และอีเธอร์เมื่อถูกความร้อน FeCl 3 6H 2 O จะสลายตัวเป็น HCl และ Fe 2 O 3; ใช้เป็นน้ำสลัดและเป็นยาห้ามเลือด (Liquor ferri sesquichlorati)

เหล็กซัลเฟตออกไซด์, Fe 2 (SO 4) 3 , สีเหลืองในสถานะปราศจากน้ำ, ถูกไฮโดรไลซ์สูงในสารละลาย; เมื่อสารละลายถูกทำให้ร้อน เกลือพื้นฐานจะตกตะกอน สารส้ม, MFe(SO 4) 2 12H 2 O, M - โลหะอัลคาไลโมโนวาเลนต์; สารส้มแอมโมเนียมตกผลึกได้ดีที่สุด NH 4 Fe (SO 4) 2 12H 2 O.

ออกไซด์ FeO 3 เป็นแอนไฮไดรด์ของกรดเหล็ก เช่นเดียวกับไฮเดรตของออกไซด์ H 2 FeO 4 - กรดเฟอริก- ในสถานะอิสระไม่ใช่ ม. ได้มาเนื่องจากความเปราะบางอย่างยิ่ง แต่ในสารละลายอัลคาไลน์อาจมีเกลือของกรดเหล็ก เฟอร์เรต (เช่น K 2 FeO 4) ซึ่งเกิดจากการให้ความร้อนผงเหล็กด้วยไนเตรตหรือ KClO 3 หรือที่เรียกว่าเกลือแบเรียมที่ละลายได้น้อยของกรดเหล็ก BaFeO 4 ; ดังนั้นกรดเฟอริกจึงคล้ายกับกรดซัลฟิวริกและกรดโครมิกในบางแง่มุม ในปี 1926 นักเคมีของ Kyiv Goralevich อธิบายสารประกอบของเหล็กออกไซด์ออกตาวาเลนต์ - แอนไฮไดรด์ที่เหนือกว่า FeO 4 ได้จากการหลอม Fe 2 O 3 กับดินประสิวหรือเกลือ Bertolet ในรูปของเกลือโพแทสเซียมของกรดแดกดัน K 2 FeO 5; FeO 4 เป็นสารก๊าซที่ไม่ก่อให้เกิดกรดแดกดัน H 2 FeO 5 กับน้ำ ซึ่งอย่างไรก็ตามสามารถ แยกได้ในสภาวะอิสระโดยการสลายตัวของเกลือ K 2 FeO 5 ด้วยกรด เกลือแบเรียม BaFeO 5 7H 2 O เช่นเดียวกับเกลือแคลเซียมและสตรอนเทียมได้มาจาก Goralevich ในรูปแบบของผลึกสีขาวที่ไม่สลายตัวซึ่งปล่อยน้ำเพียง 250-300 ° C และเปลี่ยนเป็นสีเขียวในเวลาเดียวกัน

เหล็กให้สารประกอบ: ด้วยไนโตรเจน - เหล็กไนตรัส(ไนไตรด์) Fe 2 N เมื่อผงเหล็กถูกทำให้ร้อนในเจ็ตของ NH 3 ด้วยคาร์บอน - คาร์ไบด์ Fe 3 C เมื่อเหล็กอิ่มตัวด้วยถ่านหินในเตาไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีการศึกษาสารประกอบของธาตุเหล็กที่มีคาร์บอนมอนอกไซด์จำนวนหนึ่ง - เหล็กคาร์บอนิลตัวอย่างเช่น pentacarbonyl Fe(CO) 5 - ของเหลวสีเล็กน้อยที่มีประมาณ 102.9 ° C (ที่ 749 มม. ความถ่วงจำเพาะ 1.4937) จากนั้นเป็นของแข็งสีส้ม Fe 2 (CO) 9 ซึ่งไม่ละลายในอีเธอร์และคลอโรฟอร์ม โดยมีความถ่วงจำเพาะ 2.085 .

ที่สำคัญคือ สารประกอบเหล็กไซยาไนด์. นอกจากไซยาไนด์อย่างง่าย Fe (CN) 2 และ Fe (CN) 3 แล้ว เหล็กยังก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนจำนวนหนึ่งด้วยเกลือไซยาไนด์ เช่น เกลือของกรดเฟอร์ริก H 4 Fe (CN) 6 และเกลือของกรดเฟอร์ริก H 3 Fe (CN) 6 ตัวอย่างเช่นเกลือเลือดแดงซึ่งในทางกลับกันจะเข้าสู่ปฏิกิริยาการสลายตัวของเมตาบอลิซึมด้วยเกลือของเหล็กและออกไซด์ของเหล็กออกไซด์ทำให้เกิดสารประกอบสีน้ำเงิน - ปรัสเซียนบลูและเทิร์นบูลบลู เมื่อแทนที่หมู่ CN หนึ่งหมู่ด้วยหมู่โมโนวาเลนต์ (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO) ในเกลือของกรดเฟอร์รูจินัส H 4 Fe (CN) 6 เกลือของ prusso จะเกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น โซเดียมไนโตรปรัสไซด์ (โซเดียมไนโตรเฟอร์รัสไซยาไนด์ ) Na 2 2H 2 O ได้จากการกระทำของควัน HNO 3 บน K 4 Fe (CN) 6 ตามด้วยการทำให้เป็นกลางด้วยโซดา ในรูปของผลึกทับทิม-แดง แยกจากการตกผลึกจากดินประสิวที่เกิดขึ้นพร้อมกัน กรดไนโตรเฟอริก-ไซยาโนติก H 2 ที่สอดคล้องกันจะตกผลึกเป็นผลึกสีแดงเข้ม โซเดียมไนโตรปรัสไซด์ถูกใช้เป็นรีเอเจนต์ที่มีความละเอียดอ่อนสำหรับไฮโดรเจนซัลไฟด์และเมทัลซัลไฟด์ ซึ่งจะให้สีแดงเลือดแล้วเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน ภายใต้การกระทำของคอปเปอร์ซัลเฟตบนโซเดียมไนโตรปรัสไซด์จะเกิดการตกตะกอนสีเขียวซีดซึ่งไม่ละลายในน้ำและแอลกอฮอล์ซึ่งใช้ในการทดสอบน้ำมันหอมระเหย

ในการวิเคราะห์ การกระทำที่ตรวจพบธาตุเหล็กในเกลือของมัน ในสารละลายอัลคาไลน์ ของเกลือเลือดสีเหลือง เกลือของเหล็กเฟอริกทำให้เกิดตะกอนสีน้ำเงินของปรัสเซียนบลู เกลือของเหล็กหล่อก่อให้เกิดตะกอนสีน้ำเงินของเทิร์นบูลสีน้ำเงินเมื่อสัมผัสกับเกลือในเลือดแดง ด้วยแอมโมเนียมไธโอไซยาเนต NH 4 CNS เกลือของเหล็กเฟอริกจะละลายในน้ำ โรแดนเหล็ก Fe(CNS) 3 ที่มีสีแดงเลือด ด้วยแทนนินเกลือของไอรอนออกไซด์จะสร้างหมึก เกลือทองแดงของกรดเฟอริก-ไซยาโนติกยังโดดเด่นด้วยการให้สีที่เข้มข้น ซึ่งใช้ (วิธียูวาโครม) ในการถ่ายภาพสี สารประกอบเหล็กที่ใช้ในการแพทย์ นอกจากธาตุเหล็กเฮไลด์ที่กล่าวถึง ธาตุเหล็ก (F. hydrogenio reductum), เหล็กซิเตรต (F. Citricum - 20% Fe), สารสกัดจากเหล็กมาลิก (Extractum ferri pomatum) , ธาตุเหล็กอัลบูมิเนต ( Liquor ferri albuminatum), เฟอร์ราตินเป็นสารประกอบโปรตีนที่มีธาตุเหล็ก 6%; เฟอร์ราโตส - สารละลายของเฟอร์ราติน, คาร์นิเฟอร์ริน - สารประกอบของเหล็กกับนิวเคลียส (30% Fe); เฟอร์ราโตเจนจากนิวเคลียสของยีสต์ (1% Fe), ฮีมาโตเจน - สารละลายเฮโมโกลบิน 70% ในกลีเซอรอล, เฮโมโกลบิน - ฮีโมโกลบินลดลงโดยฝุ่นสังกะสี

คุณสมบัติทางกายภาพของธาตุเหล็ก

ข้อมูลเชิงตัวเลขที่มีอยู่ในเอกสารแสดงลักษณะคุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ ของเหล็กมีความผันผวนเนื่องจากความยากลำบากในการได้รับธาตุเหล็กในสภาวะบริสุทธิ์ทางเคมี ดังนั้นข้อมูลที่น่าเชื่อถือที่สุดคือข้อมูลที่ได้จากเหล็กอิเล็กโทรไลต์ซึ่งเนื้อหารวมของสิ่งสกปรก (C, Si, Mn, S, P) ไม่เกิน 0.01-0.03% ข้อมูลด้านล่างโดยส่วนใหญ่อ้างอิงถึงฮาร์ดแวร์ดังกล่าว สำหรับจุดหลอมเหลวคือ 1528°C ± 3°C (Ruer and Klesper, 1914) และจุดเดือดคือ ≈ 2450°C ในสถานะของแข็ง เหล็กมีการปรับเปลี่ยนสี่แบบที่แตกต่างกัน - α, β, γ และ δ ซึ่งกำหนดขีดจำกัดอุณหภูมิต่อไปนี้ได้อย่างแม่นยำ:

ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของเหล็กจากการดัดแปลงแบบหนึ่งเป็นอีกแบบหนึ่งบนเส้นโค้งการทำความเย็นและการให้ความร้อนตามจุดวิกฤต ซึ่งยอมรับการกำหนดต่อไปนี้:

จุดวิกฤตเหล่านี้แสดงไว้ในรูปที่ 1 ที่มีแผนผังการทำความร้อนและความเย็น การมีอยู่ของการดัดแปลง δ-, γ- และ α-Fe นั้นถือว่าไม่สามารถโต้แย้งได้ในขณะนี้ ในขณะที่การดำรงอยู่อย่างอิสระของ β-Fe นั้นถูกโต้แย้งเนื่องจากความแตกต่างที่คมชัดไม่เพียงพอระหว่างคุณสมบัติของมันกับคุณสมบัติของ α-Fe การดัดแปลงทั้งหมดของเหล็กตกผลึกในรูปของลูกบาศก์ และ α, β และ δ มีโครงข่ายเชิงพื้นที่ของลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลาง และ γ-Fe - ลูกบาศก์ที่มีหน้าอยู่ตรงกลาง ลักษณะทางผลึกศาสตร์ที่ชัดเจนที่สุดของการดัดแปลงธาตุเหล็กได้มาจากสเปกตรัมเอ็กซ์เรย์ ดังแสดงในรูปที่ 2 (เวสต์กรีน, 1929). จากรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ที่นำเสนอซึ่งสำหรับ α-, β- และ δ-Fe เส้นของสเปกตรัมเอ็กซ์เรย์จะเหมือนกัน พวกมันสอดคล้องกับโครงตาข่ายของลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางด้วยพารามิเตอร์ 2.87, 2.90 และ 2.93 Ȧ และสำหรับ γ-Fe สเปกตรัมจะสอดคล้องกับตาข่ายของลูกบาศก์ที่มีใบหน้าตรงกลางและพารามิเตอร์ 3.63-3.68 A.

ความถ่วงจำเพาะของเหล็กอยู่ในช่วง 7.855 ถึง 7.864 (Cross and Gill, 1927) เมื่อถูกความร้อน ความถ่วงจำเพาะของเหล็กจะลดลงเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อน ซึ่งค่าสัมประสิทธิ์จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ดังแสดงในตาราง 1 (ดรีเซน, 2457).

การลดลงของสัมประสิทธิ์การขยายตัวในช่วง 20–800°C, 20–9000°C, 700–800°C และ 800–9000°C อธิบายได้จากความผิดปกติในการขยายตัวเมื่อผ่านจุดวิกฤต A C2 และ เอ ซี3. การเปลี่ยนแปลงนี้มาพร้อมกับการหดตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเด่นชัดที่จุด A C3 ตามที่แสดงโดยเส้นโค้งการหดตัวและการขยายตัวในรูปที่ 3. การหลอมเหล็กจะมาพร้อมกับการขยายตัว 4.4% (Gonda and Enda, 1926) ความจุความร้อนของเหล็กค่อนข้างสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะอื่นๆ และแสดงไว้สำหรับช่วงอุณหภูมิที่แตกต่างกันตั้งแต่ 0.11 ถึง 0.20 Cal ดังแสดงในตาราง 2 (Obergoffer and Grosse, 1927) และส่วนโค้งที่สร้างจากพวกมัน (รูปที่ 4)

จากข้อมูลที่ให้มา จะพบการเปลี่ยนแปลง A 2 , A 3 , A 4 และการหลอมของเหล็กได้อย่างชัดเจนจนสามารถคำนวณผลกระทบจากความร้อนได้อย่างง่ายดาย: A 3 ... + 6.765 Cal, A 4 ... + 2.531 Cal , เหล็กหลอมเหลว ... - 64.38 Cal (ตาม S. Umino, 1926, - 69.20 Cal).

เหล็กมีลักษณะการนำความร้อนต่ำกว่าเงินประมาณ 6-7 เท่า และต่ำกว่าอลูมิเนียม 2 เท่า กล่าวคือ ค่าการนำความร้อนของเหล็กอยู่ที่ 0°C - 0.2070 ที่ 100°C - 0.1567 ที่ 200°C - 0.1357 และที่ 275°C - 0.1120 Cal/cm·s·° C คุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะของเหล็กส่วนใหญ่เป็นแม่เหล็ก ซึ่งแสดงโดยค่าคงที่แม่เหล็กจำนวนหนึ่งที่ได้รับระหว่างวงจรการทำให้เป็นแม่เหล็กของเหล็กโดยสมบูรณ์ ค่าคงที่สำหรับเหล็กอิเล็กโทรไลต์เหล่านี้แสดงโดยค่าต่อไปนี้ในเกาส์ (Gumlich, 1909 และ 1918):

เมื่อผ่านจุด A c2 คุณสมบัติของเฟอร์โรแมกเนติกของเหล็กเกือบจะหายไปและสามารถเป็นได้ ตรวจพบด้วยการวัดสนามแม่เหล็กที่แม่นยำมากเท่านั้น ในทางปฏิบัติ การปรับเปลี่ยน β-, γ- และ δ ถือว่าไม่ใช่สนามแม่เหล็ก ค่าการนำไฟฟ้าสำหรับเหล็กที่ 20°C คือ R -1 mo m/mm 2 (โดยที่ R คือความต้านทานไฟฟ้าของเหล็ก เท่ากับ 0.099 Ω mm 2 /m) ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานไฟฟ้า a0-100 ° x10 5 ช่วงจาก 560 ถึง 660 โดยที่

การทำงานเย็น (การรีด การตีขึ้นรูป การเจาะ การปั๊ม) มีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก ดังนั้น % การเปลี่ยนแปลงในระหว่างการรีดเย็นจึงแสดงโดยตัวเลขต่อไปนี้ (Gerens, 1911): แรงดันบีบบังคับ + 323%, ฮิสเทรีซิสแม่เหล็ก + 222%, ความต้านทานไฟฟ้า + 2%, ความถ่วงจำเพาะ - 1%, การซึมผ่านของแม่เหล็ก - 65% สถานการณ์หลังนี้ทำให้เข้าใจถึงความผันผวนอย่างมีนัยสำคัญในคุณสมบัติทางกายภาพที่นักวิจัยหลายคนสังเกตเห็น: อิทธิพลของสิ่งสกปรกมักจะมาพร้อมกับอิทธิพลของการรักษาทางกลด้วยความเย็น

ไม่ค่อยมีใครรู้จักคุณสมบัติทางกลของเหล็กบริสุทธิ์ พบเหล็กอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว: ความต้านทานแรงดึง 25 กก. / มม. 2, การยืดตัว - 60%, การบีบอัดหน้าตัด - 85%, ความแข็ง Brinell - จาก 60 ถึง 70

โครงสร้างของเหล็กขึ้นอยู่กับเนื้อหาของสิ่งสกปรก (แม้ในปริมาณเล็กน้อย) และการเตรียมวัสดุล่วงหน้า โครงสร้างจุลภาคของเหล็ก เช่นเดียวกับโลหะบริสุทธิ์อื่นๆ ประกอบด้วยธัญพืชขนาดใหญ่ (คริสตัลไลต์) ซึ่งเรียกว่าเฟอร์ไรท์ไม่มากก็น้อย

ขนาดและความคมชัดของโครงร่างขึ้นอยู่กับช ร. อัตราการเย็นตัวของเหล็ก: ยิ่งหลังยิ่งต่ำ เกรนก็ยิ่งพัฒนาและรูปทรงคมขึ้น จากพื้นผิว เมล็ดธัญพืชมักจะมีสีไม่เท่ากันเนื่องจากการตกผลึกที่ไม่เท่ากัน การวางแนวของเมล็ดพืช และการกัดเซาะที่ไม่เท่ากันของรีเอเจนต์ในทิศทางต่างๆ ในคริสตัล ไม่ใช่เรื่องแปลกที่เมล็ดพืชจะยืดออกในทิศทางเดียวอันเป็นผลมาจากกระบวนการทางกล หากการแปรรูปเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ เส้นเฉือน (เส้นนอยมันน์) จะปรากฏขึ้นบนพื้นผิวของเมล็ดธัญพืชอันเป็นผลมาจากการเลื่อนของชิ้นส่วนผลึกแต่ละส่วนไปตามระนาบความแตกแยก เส้นเหล่านี้เป็นหนึ่งในสัญญาณของการชุบแข็งและการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่กล่าวไว้ข้างต้น

เหล็กในโลหวิทยา

คำว่า เหล็ก ในโลหะวิทยาสมัยใหม่ถูกกำหนดให้ใช้กับเหล็กดัดเท่านั้น กล่าวคือ ผลิตภัณฑ์คาร์บอนต่ำที่ได้รับในสถานะซีดขาวที่อุณหภูมิไม่เพียงพอที่จะหลอมเหล็ก แต่สูงจนอนุภาคแต่ละตัวเชื่อมติดกันอย่างดี หลอมผลิตภัณฑ์เนื้อนุ่มเป็นเนื้อเดียวกัน ไม่รับชุบแข็ง เหล็ก (ตามความหมายที่ระบุของคำ) ได้มา: 1) โดยตรงจากแร่ในสถานะเหมือนแป้งเปียกโดยกระบวนการเป่าชีส; 2) ในทำนองเดียวกัน แต่ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอนุภาคเหล็กเชื่อมไม่เพียงพอ 3) แจกจ่ายเหล็กหล่อโดยกระบวนการบาน; 4) แจกจ่ายเหล็กหล่อโดยแอ่งน้ำ

1) ขั้นตอนการเป่าชีสในปัจจุบัน เวลาถูกใช้โดยคนที่ไม่ได้รับการฝึกฝนเท่านั้นและในพื้นที่ดังกล่าวซึ่ง (เนื่องจากขาดวิธีการสื่อสารที่สะดวก) เหล็กของอเมริกาหรือยุโรปซึ่งได้รับโดยวิธีการที่ทันสมัยไม่สามารถเจาะเข้าไปได้ กระบวนการนี้ดำเนินการในเตาเผาดิบและเตาหลอมแบบเปิด วัตถุดิบสำหรับมันคือแร่เหล็ก (โดยปกติคือแร่เหล็กสีน้ำตาล) และถ่าน ถ่านหินถูกเทลงในเตาไฟในครึ่งหนึ่งของเตาที่มีการระเบิดในขณะที่แร่อยู่ในกองจากฝั่งตรงข้าม คาร์บอนมอนอกไซด์ที่เกิดขึ้นในชั้นถ่านหินที่เผาไหม้หนาจะไหลผ่านความหนาของแร่ทั้งหมดและมีอุณหภูมิสูงทำให้เหล็กลดลง การกู้คืนแร่จะดำเนินการทีละน้อย - จากพื้นผิวของแต่ละชิ้นไปจนถึงแกนกลาง เริ่มต้นที่ด้านบนของกองจะเร่งเมื่อแร่เคลื่อนเข้าสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น ในกรณีนี้ เหล็กออกไซด์จะผ่านเข้าไปในแม่เหล็กออกไซด์ก่อน จากนั้นจึงเข้าสู่ออกไซด์ และในที่สุด เหล็กโลหะก็ปรากฏขึ้นบนพื้นผิวของชิ้นแร่ ในเวลาเดียวกัน สิ่งเจือปนที่เป็นดินของแร่ (หินเสีย) จะถูกรวมเข้ากับเหล็กออกไซด์ที่ยังไม่ลดลงและเกิดเป็นตะกรันเหล็กที่หลอมละลายต่ำ ซึ่งละลายผ่านรอยแตกของเปลือกโลหะซึ่งก่อตัวขึ้นอย่างที่เป็น , เปลือกในแร่แต่ละชิ้น. เมื่อถูกความร้อนจนร้อนเป็นสีขาว เปลือกเหล่านี้เชื่อมติดกัน ก่อเป็นรูพรุนของเหล็กที่ด้านล่างของเตา - กฤตสึ ที่ถูกตะกรันทะลุทะลวง เพื่อแยกออกจากส่วนหลัง kritsa ที่นำออกจากเตาจะถูกตัดออกเป็นหลายส่วนซึ่งแต่ละส่วนถูกปลอมแปลงเชื่อมหลังจากระบายความร้อนในเตาเดียวกันเป็นแถบหรือลงในผลิตภัณฑ์โดยตรง (ของใช้ในครัวเรือนอาวุธ) ในอินเดีย กระบวนการทำชีสยังคงดำเนินการในเตาเผาชีส ซึ่งแตกต่างจากเตาเผาที่มีความสูงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น - ประมาณ 1.5 ม. ผนังของเตาเผาทำจากมวลดินเหนียว (ไม่ใช่อิฐ) และให้บริการเท่านั้น หนึ่งถลุง การระเบิดจะถูกป้อนเข้าไปในเตาหลอมโดยใช้เครื่องสูบลมโดยใช้เท้าหรือมือ ถ่านจำนวนหนึ่ง (“หัวว่าง”) ถูกบรรจุลงในเตาเผาเปล่า แล้วสลับกัน แร่และถ่านหินในชั้นที่แยกจากกัน โดยปริมาณของถ่านก้อนแรกจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจนกว่าจะมีความสัมพันธ์กับถ่านหิน น้ำหนักของแร่ที่เติมทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยน้ำหนักที่ต้องการของดอกซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเล็กน้อย กระบวนการกู้คืนจะเหมือนกับในโรงตีเหล็ก ธาตุเหล็กยังไม่ได้รับการฟื้นฟูอย่างสมบูรณ์และผลที่ได้ก็มีตะกรันที่เป็นเหล็กจำนวนมาก Kritsu สกัดโดยการทำลายเตาอบและหั่นเป็นชิ้น ๆ น้ำหนัก 2-3 กก. แต่ละคนถูกทำให้ร้อนในโรงตีเหล็กและแปรรูปด้วยค้อน ผลที่ได้คือเหล็กอ่อนที่ยอดเยี่ยมซึ่งเป็นวัสดุสำหรับการผลิตเหล็ก "woots" ของอินเดีย (เหล็กสีแดงเข้ม) องค์ประกอบของมันมีดังนี้ (เป็น%):

เนื้อหาเล็กน้อยขององค์ประกอบ - สิ่งเจือปนของเหล็ก - หรือการขาดหายไปโดยสมบูรณ์นั้นอธิบายโดยความบริสุทธิ์ของแร่ การลดลงของเหล็กที่ไม่สมบูรณ์ และอุณหภูมิต่ำในเตาหลอม การบริโภคถ่านกัมมันต์เนื่องจากเตาเผาและเตาเผาขนาดเล็กและความถี่ของการกระทำนั้นสูงมาก ในฟินแลนด์ สวีเดน และเทือกเขาอูราล เหล็กถูกหลอมในเตาหลอมชีส Husgavel ซึ่งสามารถควบคุมกระบวนการลดและความอิ่มตัวของเหล็กด้วยคาร์บอนได้ ปริมาณการใช้ถ่านหินในนั้น - มากถึง 1.1 ต่อหน่วยของเหล็กซึ่งมีการส่งออกถึง 90% ของเนื้อหาในแร่

2) ในอนาคตจำเป็นต้องคาดหวังการพัฒนาการผลิตเหล็กโดยตรงจากแร่ไม่ใช่โดยใช้กระบวนการระเบิดดิบ แต่โดยการลดธาตุเหล็กที่อุณหภูมิไม่เพียงพอสำหรับการก่อตัวของตะกรันและแม้กระทั่งการเผาแร่เหลือทิ้ง (1000 ° C) ข้อดีของกระบวนการดังกล่าวคือ ความเป็นไปได้ของการใช้เชื้อเพลิงคุณภาพต่ำ การกำจัดฟลักซ์ และการใช้ความร้อนสำหรับการหลอมของตะกรัน

3) การผลิตเหล็กดัดโดยการแจกจ่ายเหล็กหล่อโดยกระบวนการบานสะพรั่งจะดำเนินการในเตาเผาของ Ch. ร. ในสวีเดน (เรามี - ในเทือกเขาอูราล) สำหรับการแจกจ่ายซ้ำ เหล็กหล่อพิเศษจะถูกถลุง ที่เรียกว่า แลงคาเชียร์ให้ของเสียน้อยที่สุด ประกอบด้วย: 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.

กำลังดำเนินการตามกระบวนการ arr.: เตาที่เป็นอิสระจากเสียงร้อง แต่ด้วยตะกรันที่สุกงอมของกระบวนการที่เหลืออยู่บนกระดานด้านล่าง เต็มไปด้วยถ่านหิน ch. ร. ไม้สนซึ่งเหล็กหล่อถูกทำให้ร้อนด้วยผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ในปริมาณ 165-175 กก. (สำหรับ 3/8 m 2 ของหน้าตัดของเตามีกรงเหล็กหล่อ 100 กก.) โดยการหมุนวาล์วในท่ออากาศ แรงระเบิดจะถูกส่งผ่านท่อที่อยู่ในพื้นที่ใต้หลังคาของเตาไฟ และถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ 150-200 ° C จึงเร่งความเร็วขึ้น เหล็กหลอม เหล็กหล่อหลอมได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง (ด้วยชะแลง) บนถ่านหินที่อยู่เหนือทูเยเรส ในระหว่างการทำงานดังกล่าว มวลของเหล็กหล่อทั้งหมดอยู่ภายใต้ปฏิกิริยาออกซิเดชันของออกซิเจนในบรรยากาศและคาร์บอนไดออกไซด์ โดยผ่านเขตการเผาไหม้ในรูปของละออง พื้นผิวขนาดใหญ่ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของเหล็กและสิ่งเจือปนอย่างรวดเร็ว เช่น ซิลิกอน แมงกานีส และคาร์บอน ขึ้นอยู่กับเนื้อหาของสิ่งสกปรกเหล่านี้ เหล็กหล่อสูญเสียพวกเขาในระดับมากหรือน้อยก่อนที่จะรวบรวมที่ด้านล่างของเตา เนื่องจากเหล็กหล่อที่มีซิลิกอนต่ำและแมงกานีสต่ำถูกนำกลับมาทำใหม่ในโรงตีเหล็กของสวีเดน เมื่อผ่านขอบฟ้าทูเยเร่ มันจึงสูญเสีย Si และ Mn ไปทั้งหมด (ออกไซด์ที่ก่อตัวเป็นตะกรันหลักที่มีเฟอร์รัสออกไซด์) และส่วนสำคัญของ คาร์บอน. การหลอมเหล็กหล่อใช้เวลา 20-25 นาที เมื่อสิ้นสุดกระบวนการนี้ จะมีการเป่าด้วยความเย็นในเตาเผา โลหะที่ตกลงสู่ก้นเตาเริ่มทำปฏิกิริยากับตะกรันสุกที่อยู่ที่นั่นซึ่งมีเหล็กออกไซด์มากเกินไป (เมื่อเทียบกับปริมาณซิลิกา) - Fe 3 O 4 และ FeO ซึ่งออกซิไดซ์คาร์บอนด้วย การปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ซึ่งทำให้โลหะทั้งหมดเดือด เมื่อโลหะหนาขึ้น (จากการสูญเสียคาร์บอน) และ "นั่งลงเหมือนสินค้าโภคภัณฑ์" ส่วนหลังจะถูกยกขึ้นด้วยชะแลงเหนือทูเยเรส การระเบิดด้วยความร้อนก็เริ่มต้นขึ้นอีกครั้งและ "สินค้าโภคภัณฑ์" จะหลอมละลาย

ในระหว่างการหลอมทุติยภูมิ โลหะจะถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนของทั้งระเบิดและตะกรันที่หลอมละลายออกจากมัน ที่ด้านล่างของโรงตีเหล็ก หลังจากที่ขึ้นครั้งแรก โลหะตกลงมา อ่อนพอที่จะเก็บ kritsu จากบางส่วนของส่วนที่สุกที่สุดของมัน แต่ก่อนหน้านี้เมื่อใช้เหล็กหล่อเกรดซิลิกอนจำเป็นต้องหันไปใช้สินค้าที่เพิ่มขึ้นเป็นครั้งที่สองและสามซึ่งแน่นอนว่าลดการผลิตของเตาเผาเพิ่มการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและของเสียจากเหล็ก ผลงานได้รับอิทธิพลจากระยะห่างของทวนจากกระดานด้านล่าง (ความลึกของเตาไฟ) และความชันของทวน: ยิ่งชุดทูเยเรมีความชันขึ้นและความลึกของเตาไฟที่เล็กลง เอฟเฟกต์ก็จะยิ่งมากขึ้น ของบรรยากาศออกซิไดซ์บนโลหะ ความลาดเอียงที่นุ่มนวลกว่าของทวน เช่นเดียวกับความลึกของเตาไฟ ช่วยลดการกระทำโดยตรงของออกซิเจนระเบิด ดังนั้นจึงมีบทบาทมากขึ้นในการกระทำของตะกรันต่อสิ่งสกปรกที่เป็นเหล็ก ออกซิเดชันโดยพวกมันช้ากว่า แต่ไม่มีไอเหล็ก ภายใต้เงื่อนไขใด ๆ ตำแหน่งที่ได้เปรียบที่สุดของหอกเทียบกับกระดานด้านล่างจะถูกกำหนดโดยประสบการณ์ ในโรงตีเหล็กสวีเดนสมัยใหม่ ตาของหอกถูกตั้งไว้ที่ระยะห่าง 220 มม. จากกระดานด้านล่าง และความลาดเอียงของทูเยเรสจะแตกต่างกันไปภายในขอบเขตที่ใกล้เคียง - ตั้งแต่ 11 ถึง 12°

รอยร้าวที่ก้นเตามีเศษตะกรันที่กักไว้ทางกลไกน้อยมาก ตรงกันข้ามกับแรงระเบิด สำหรับสารเคมีเจือปนของเหล็กแล้ว Si, Mn และ C อาจเป็นได้ จะถูกลบออกอย่างสมบูรณ์ (เนื้อหาเล็กน้อยของ Si และ Mn ที่ระบุโดยการวิเคราะห์เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งเจือปนทางกล - ตะกรัน) และกำมะถันจะถูกออกซิไดซ์เพียงบางส่วนโดยการระเบิดในระหว่างการหลอม ในเวลาเดียวกัน ฟอสฟอรัสก็ถูกออกซิไดซ์เช่นกัน โดยทิ้งไว้ในตะกรันในรูปของเกลือเหล็กฟอสฟอรัส แต่หลังจากนั้นก็ลดคาร์บอนลง และโลหะสุดท้ายอาจมีฟอสฟอรัส (จากไอเหล็ก) ที่ค่อนข้างมากกว่าเดิม เหล็กหล่อ. นั่นคือเหตุผลที่เพื่อให้ได้โลหะชั้นหนึ่งเพื่อการส่งออกในสวีเดน เหล็กหมูบริสุทธิ์ที่สัมพันธ์กับ P เท่านั้นจึงถูกนำไปจำหน่ายซ้ำ กฤษณาที่เสร็จแล้วนำออกจากโรงตีเหล็กถูกตัดเป็นสามส่วน (แต่ละ 50-55 กก.) แล้วกดใต้ค้อนทำให้มีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมด้านขนาน

ระยะเวลาของกระบวนการแจกจ่ายซ้ำในบานสะพรั่งของสวีเดนคือ 65 ถึง 80 นาที ได้รับชิ้นส่วนบีบอัด 2.5 ถึง 3.5 ตัน "สำหรับไฟ" ต่อวันโดยใช้ถ่านเพียง 0.32-0.40 ต่อหน่วยของวัสดุสำเร็จรูปและผลผลิตจาก 89 ถึง 93.5% ของเหล็กหล่อที่ระบุในการแจกจ่ายซ้ำ ล่าสุด สวีเดนได้ทำการทดลองที่ประสบความสำเร็จในการแปลงเหล็กเหลวที่นำมาจากเตาหลอมเหลว และในการเร่งกระบวนการเดือดโดยการกวนโลหะด้วยคราดเชิงกล ในขณะที่ของเสียลดลงเหลือ 7% และการใช้ถ่านหิน - เป็น 0.25

ข้อมูลต่อไปนี้ (เป็น%) ให้แนวคิดเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของเหล็กภาษาสวีเดนและภาษาอูราลใต้:

เหล็กทุกชนิดที่ได้จากวิธีทางอุตสาหกรรมนั้น บลูมเมอรี่สวีเดนมีความบริสุทธิ์ทางเคมีใกล้เคียงที่สุด และใช้แทนธาตุเหล็กในห้องปฏิบัติการและงานวิจัย มันแตกต่างจากเหล็กดิบในความสม่ำเสมอและจากโลหะเปิดที่อ่อนนุ่มที่สุด (เหล็กหล่อ) ในกรณีที่ไม่มีแมงกานีส มีลักษณะเฉพาะด้วยความสามารถในการเชื่อม ความเหนียว และความอ่อนตัวในระดับสูงสุด เหล็กบานเกล็ดของสวีเดนมีความต้านทานแรงดึงเล็กน้อยเพียงประมาณ 30 กก./มม. 2 โดยมีการยืดตัว 40% และหน้าตัดลดลง 75% ปัจจุบัน การผลิตเหล็กบานสะพรั่งประจำปีในสวีเดนลดลงเหลือ 50,000 ตัน นับตั้งแต่หลังสงครามในปี 1914-18 ขอบเขตการใช้งานทางอุตสาหกรรมสำหรับเหล็กนี้ลดลงอย่างมาก ปริมาณที่ใหญ่ที่สุดใช้ในการผลิต (ในอังกฤษ arr. หลักและในเยอรมนี) ของเครื่องมือเกรดสูงสุดและเหล็กพิเศษ ในสวีเดนนั้นใช้ทำลวดพิเศษ ("ดอกไม้"), ตะปูเกือกม้า, ปลอมแปลงอย่างดีในสภาพเย็น, โซ่และช่องว่างแถบสำหรับท่อเชื่อม สำหรับวัตถุประสงค์สองประการสุดท้าย คุณสมบัติของเหล็กบานเกล็ดมีความสำคัญเป็นพิเศษ: ความสามารถในการเชื่อมที่เชื่อถือได้ และสำหรับท่อ ยิ่งไปกว่านั้น ความทนทานต่อการเกิดสนิมสูงสุด

4) การพัฒนาการผลิตเหล็กโดยกระบวนการบานสะพรั่งทำให้เกิดการทำลายป่าไม้ หลังจากที่หลังถูกควบคุมตัวภายใต้การคุ้มครองของกฎหมายในประเทศต่าง ๆ ซึ่งจำกัดการตัดโค่นของพวกเขาให้เพิ่มขึ้นทุกปี สวีเดน และรัสเซีย - ประเทศที่มีป่าอุดมสมบูรณ์ไปด้วยแร่คุณภาพสูง - กลายเป็นซัพพลายเออร์หลักของเหล็กในตลาดต่างประเทศตลอด ศตวรรษที่ 18. ในปี ค.ศ. 1784 ชาวอังกฤษ Cort ได้คิดค้นพุดดิ้งซึ่งเป็นกระบวนการแจกจ่ายเหล็กหล่อบนเตาไฟที่ลุกเป็นไฟในเตาเผาที่เผาถ่านหิน หลังจากการเสียชีวิตของ Cort Rogers และ Gall ได้นำเสนอการปรับปรุงที่สำคัญในการออกแบบเตาหลอมเหลว ซึ่งทำให้เกิดการแพร่ระบาดอย่างรวดเร็วของแอ่งน้ำในประเทศอุตสาหกรรมทั้งหมด และเปลี่ยนลักษณะและขอบเขตของการผลิตเหล็กโดยสิ้นเชิงในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 โดยกระบวนการนี้ พวกเขาได้มวลของโลหะที่จำเป็นสำหรับการก่อสร้างเรือเหล็ก ทางรถไฟ หัวรถจักร หม้อไอน้ำและรถยนต์

เชื้อเพลิงสำหรับทำแอ่งน้ำคือถ่านหินบิทูมินัสชนิดไฟยาว แต่ในกรณีที่ไม่มี เราต้องหันไปใช้ถ่านหินสีน้ำตาล และที่นี่ในเทือกเขาอูราล - เปลี่ยนเป็นฟืน ไม้สนให้เปลวไฟนานกว่าถ่านหินแข็ง ให้ความร้อนได้ดี แต่ความชื้นในเนื้อไม้ไม่ควรเกิน 12% ต่อจากนั้นเตาอบปฏิรูปของซีเมนส์ถูกใช้เพื่อเล่นน้ำในเทือกเขาอูราล ในที่สุดในสหรัฐอเมริกาและในประเทศของเรา (ในลุ่มน้ำโวลก้าและคามา) เตาหลอมที่ใช้น้ำมันฉีดพ่นโดยตรงไปยังพื้นที่ทำงานของเตาหลอม

สำหรับความเร็วของการกระจายและลดการใช้เชื้อเพลิง ควรใช้เหล็กหล่อพุดดิ้งเย็น เมื่อหลอมด้วยโค้กอย่างไรก็ตามจะได้รับกำมะถันจำนวนมากในผลิตภัณฑ์ (0.2 และ 0.3%) และมีฟอสฟอรัสในปริมาณสูงในแร่ฟอสฟอรัส สำหรับเหล็กเกรดเชิงพาณิชย์ทั่วไป เหล็กหมูดังกล่าวที่มีปริมาณซิลิกอนต่ำ (น้อยกว่า 1%) ที่เรียกว่า เหล็กหมู ก่อนหน้านี้ถูกถลุงในปริมาณมาก เหล็กหล่อถ่านซึ่งถูกนำกลับมาทำใหม่ในเทือกเขาอูราลและในรัสเซียตอนกลางไม่มีกำมะถันและให้ผลิตภัณฑ์ที่ใช้สำหรับการผลิตเหล็กมุงหลังคาด้วย ในปัจจุบัน พุดดิ้งใช้ในการผลิตโลหะคุณภาพสูงตามข้อกำหนดพิเศษ ดังนั้นจึงไม่ใช่เหล็กหมูธรรมดาที่จ่ายให้กับเตาหลอม แต่มีคุณภาพสูง เช่น แมงกานีสหรือเฮมาไทต์ (ฟอสฟอรัสต่ำ) หรือ ในทางกลับกัน ฟอสฟอรัสสูงสำหรับการผลิตเหล็กอ่อนนุช ด้านล่างนี้คือเนื้อหา (เป็น%) ขององค์ประกอบหลักในเหล็กหล่อบางเกรดที่ใช้สำหรับทำแอ่งน้ำ:

เตาหลอมเมื่อสิ้นสุดการทำงานครั้งก่อน มักจะมีปริมาณตะกรันอยู่ด้านล่างตามปกติเพื่อใช้งานในการชาร์จครั้งต่อไป เมื่อแปรรูปเหล็กหล่อซิลิกอนอย่างแรง ตะกรันจำนวนมากยังคงอยู่ในเตาหลอม และต้องลดระดับลง ในทางตรงกันข้าม เหล็กหล่อสีขาวถูกทิ้งไว้ "แห้ง" ใต้เตาเผา และต้องเริ่มงานโดยการทิ้งตะกรันในปริมาณที่ต้องการ ซึ่งนำมาจากใต้ค้อน ("สุก" ซึ่งอุดมด้วยออกไซด์ของแม่เหล็กมากที่สุด) . ประจุเหล็กถูกโยนลงบนตะกรันให้ความร้อนในเหล็กหล่อ (250-300 กก. ในเตาธรรมดาและ 500-600 กก. ในเตาเผาคู่) จากนั้นเชื้อเพลิงส่วนใหม่จะถูกโยนเข้าไปในเตาเผาทำความสะอาดตะแกรงและติดตั้งร่างเต็มในเตาเผา ภายใน 25-35 นาที เหล็กหล่อหลอม อยู่ระหว่างข. หรือ ม. การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบที่สำคัญ เหล็กหล่อแข็งถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนของเปลวไฟ และเหล็ก แมงกานีส และซิลิกอนจะให้ซิลิเกตสองชั้นที่ไหลลงมาบนเตา เหล็กหล่อที่หลอมละลายจะทำให้ชั้นของเหล็กหล่อแข็งขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งออกซิไดซ์และละลายด้วย เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการหลอมเหลว ชั้นของเหลวสองชั้นจะก่อตัวขึ้นบนเตา - เหล็กหล่อและตะกรัน บนพื้นผิวสัมผัสที่คาร์บอนถูกออกซิไดซ์ แม้ว่าจะอยู่ในระดับอ่อน โดยแม่เหล็กเหล็กออกไซด์ ดังที่เห็นได้จากฟองอากาศของคาร์บอนมอนอกไซด์ ออกจากห้องอาบน้ำ ขึ้นอยู่กับเนื้อหาของซิลิกอนและแมงกานีสในเหล็กหล่อ จำนวนที่ไม่เท่ากันยังคงอยู่ในโลหะหลอมเหลว: ในเหล็กหล่อถ่านซิลิกอนต่ำหรือเหล็กหล่อสีขาว - การหลอมโค้ก - ซิลิกอนในกรณีส่วนใหญ่จะเผาไหม้หมดระหว่างการหลอม บางครั้งก็ยังคงอยู่ในโลหะ (0.3-0.25%) เช่นเดียวกับแมงกานีส ฟอสฟอรัสยังถูกออกซิไดซ์ในเวลานี้ กลายเป็นเกลือเหล็กฟอสฟอริก จากการลดน้ำหนักของโลหะในระหว่างการเผาสิ่งเจือปนเหล่านี้ ปริมาณ % คาร์บอนอาจเพิ่มขึ้น แม้ว่าบางส่วนจะถูกเผาไหม้อย่างไม่ต้องสงสัยโดยออกซิเจนของเปลวไฟและตะกรันที่ปกคลุมส่วนแรกของโลหะหลอมเหลว

เพื่อเร่งความเหนื่อยหน่ายของปริมาณซิลิคอน แมงกานีส และคาร์บอนที่เหลืออยู่ การใช้แอ่งน้ำคือการผสมเหล็กหล่อกับตะกรันโดยใช้ไม้กอล์ฟที่มีปลายเป็นมุมฉาก หากโลหะเป็นของเหลว (เหล็กหล่อสีเทา คาร์บอนสูง) แสดงว่าการผสมไปไม่ถึงเป้าหมาย และอ่างน้ำจะถูกทำให้หนาขึ้นก่อนโดยการโยนตะกรันที่สุกแล้วเย็นลงในนั้น หรือโดยการลดแรงขับ การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์จะถูกตั้งค่าใน เตาเผาพร้อมกับเปลวไฟที่มีควันมาก (อิดโรย) หลังจากนั้นไม่กี่นาที ในระหว่างการกวนอย่างต่อเนื่อง ฟองอากาศจำนวนมากของคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เผาไหม้จะปรากฏขึ้นบนพื้นผิวของอ่าง ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการเกิดออกซิเดชันของคาร์บอนเหล็กหล่อโดยออกซิเจนของแม่เหล็กออกไซด์ที่ละลายในตะกรันเหล็กหลัก ในขณะที่กระบวนการดำเนินไป การเกิดออกซิเดชันของ C จะเพิ่มขึ้นและกลายเป็น "การเดือด" ที่รุนแรงของมวลทั้งหมดของโลหะ ซึ่งมาพร้อมกับการบวมและปริมาณที่เพิ่มขึ้นอย่างมากซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของตะกรันที่ไหลผ่านธรณีประตูของ หลุมทำงาน เมื่อ C เผาไหม้ออก จุดหลอมเหลวของโลหะจะเพิ่มขึ้น และเพื่อให้การเดือดดำเนินต่อไป อุณหภูมิในเตาเผาจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การต้มที่อุณหภูมิต่ำจะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นวัตถุดิบ เช่น เหล็กเป็นรูพรุนที่มีคาร์บอนสูง ไม่สามารถเชื่อมได้ สินค้าสุก "นั่งลง" ในเตาอบร้อน กระบวนการออกซิเดชั่นของเหล็กเจือปนในเตาหลอมเริ่มต้นด้วยออกซิเจนของตะกรัน ซึ่งเป็นโลหะผสมของเหล็กโมโนซิลิกา (Fe 2 SiO 4) ที่มีแม่เหล็กออกไซด์และเหล็กออกไซด์ที่มีองค์ประกอบแปรผัน ในเตาเผาอังกฤษองค์ประกอบของส่วนผสมของออกไซด์แสดงโดยสูตร 5Fe 3 O 4 5 FeO; ในตอนท้ายของการเดือดอัตราส่วนของออกไซด์ในตะกรันที่หมดแล้วจะแสดงโดยสูตร Fe 3 O 4 5FeO นั่นคือ 80% ของแม่เหล็กออกไซด์ทั้งหมดของตะกรันมีส่วนร่วมในกระบวนการออกซิเดชัน ปฏิกิริยาออกซิเดชัน ม. ข. แสดงโดยสมการทางความร้อนเคมีต่อไปนี้:

ดังจะเห็นได้จากสมการเหล่านี้ การเกิดออกซิเดชันของ Si, P และ Mn จะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนและทำให้อ่างร้อนขึ้น ในขณะที่การเกิดออกซิเดชันของ C ในระหว่างการลด Fe 3 O 4 เป็น FeO จะดูดซับความร้อน ดังนั้น ต้องใช้อุณหภูมิสูง สิ่งนี้อธิบายลำดับของการกำจัดสิ่งเจือปนของเหล็กและความจริงที่ว่าความเหนื่อยหน่ายของคาร์บอนจะสิ้นสุดลงเร็วกว่าในเตาเผาที่ร้อน Fe 3 O 4 ไม่ได้ลดลงเป็นโลหะเพราะต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่าที่ "เดือด" เกิดขึ้น

"สินค้า" ที่หดตัวเพื่อให้เป็นเหล็กที่เชื่อมได้ดียังคงต้องนึ่ง: สินค้าถูกทิ้งไว้ในเตาอบเป็นเวลาหลายนาทีและถูกพลิกคว่ำด้วยชะแลงเป็นครั้งคราวและวางส่วนล่างไว้ สูงสุด; ภายใต้การกระทำที่รวมกันของออกซิเจนของเปลวไฟและตะกรันทำให้มวลเหล็กทั้งหมดชุบคาร์บอนในเวลานี้ยังคงเผาไหม้ออก ทันทีที่ได้รับโลหะเชื่อมอย่างดีจำนวนหนึ่ง เสียงกรีดร้องเริ่มแผ่ออกมาเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันที่มากเกินไป โดยรวมแล้วจะมีการรีดตั้งแต่ 5 ถึง 10 kritz เมื่อสินค้าสุก (ไม่เกิน 50 กก. ต่ออัน) เครื่องกะเทาะจะถูกเก็บไว้ (นึ่ง) ที่ธรณีประตูในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูงสุดและป้อนภายใต้ค้อนสำหรับการบีบอัดซึ่งทำให้เกิดการแยกตะกรันและทำให้รูปร่างของชิ้นส่วน (ส่วนจาก 10x10 ถึง 15x15 ซม.) สะดวกในการม้วนเป็นม้วน ถึงที่ที่มีเสียงโห่ร้อง คนต่อไปนี้ก้าวไปข้างหน้าโดยก้าวไปข้างหน้าจนคนสุดท้าย ระยะเวลาของกระบวนการในการผลิตโลหะคุณภาพสูง (เหล็กเส้นใย) จากเหล็กหล่อถ่าน (คาร์บอนสูง) สุกในเทือกเขาอูราลมีดังนี้: 1) การปลูกเหล็กหล่อ - 5 นาที 2) การหลอม - 35 นาที 3) อิดโรย - 25 นาที 4) พุดดิ้ง (ผสม) - 20 นาที, 5) นึ่งสินค้า - 20 นาที, 6) ปั้นและนึ่งแครกเกอร์ - 40 นาที 7) ออกแครกเกอร์ (10-11 ชิ้น) - 20 นาที; รวม - 165 นาที เมื่อทำงานกับเหล็กหล่อสีขาว บนเหล็กเชิงพาณิชย์ทั่วไป ระยะเวลาของกระบวนการลดลง (ในยุโรปตะวันตก) เหลือ 100 และแม้แต่ 75 นาที

สำหรับผลงานนั้น ในพื้นที่โลหะวิทยาต่างๆ จะแตกต่างกันไปตามชนิดของเชื้อเพลิง คุณภาพของเหล็กหล่อ และเกรดของเหล็กที่ผลิต เตาอูราลซึ่งทำงานบนไม้ให้ผลผลิตเหล็กที่ใช้งานได้ต่อฟืน 1 ม. 3 จาก 0.25 เป็น 0.3 ตัน ปริมาณการใช้น้ำมันต่อหน่วยของเหล็กคือ 0.33 ถ่านหินในเตาเผายุโรปอยู่ระหว่าง 0.75 ถึง 1.1 ผลผลิตรายวันของเตาขนาดใหญ่ของเรา (เหล็กหล่อ 600 กก.) เมื่อทำงานกับฟืนแห้งคือ 4-5 ตัน ผลผลิตของวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการผลิตเหล็กมุงหลังคาคือ 95-93% ของปริมาณเหล็กหล่อที่จ่ายให้กับกระบวนการ ในยุโรปผลผลิตรายวันของเตาเผาธรรมดา (กรง 250-300 กก.) อยู่ที่ประมาณ 3.5 ตันโดยสูญเสีย 9% และสำหรับเหล็กคุณภาพสูง - 2.5 ตันโดยสูญเสีย 11%

ในแง่ขององค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพ เหล็กพุดดิ้งเป็นผลิตภัณฑ์ที่แย่กว่าเหล็กที่ออกดอกมาก ในแง่หนึ่งและเหล็กหล่อแบบเปิดในอีกด้านหนึ่ง เหล็กเกรดธรรมดาที่เคยผลิตในยุโรปตะวันตกมีกำมะถันและฟอสฟอรัสจำนวนมาก เนื่องจากผลิตจากเหล็กโค้กที่ไม่บริสุทธิ์ และสิ่งสกปรกที่เป็นอันตรายทั้งสองนี้เพียงบางส่วนผ่านเข้าสู่ตะกรัน ปริมาณตะกรันในเหล็กพุดดิ้งคือ 3-6% ในโลหะคุณภาพสูงไม่เกิน 2% การปรากฏตัวของตะกรันช่วยลดผลการทดสอบทางกลของเหล็กพุดดิ้งอย่างมาก ด้านล่างนี้เป็นข้อมูลบางส่วนใน% ที่แสดงลักษณะเฉพาะของพุดดิ้งเหล็ก - ยุโรปตะวันตกธรรมดาและอูราลที่ดี:

คุณสมบัติอันมีค่าสำหรับการผลิตเหล็กพุดดิ้งได้รับการสนับสนุนในขณะนี้ คือความสามารถในการเชื่อมที่ยอดเยี่ยม ซึ่งบางครั้งก็มีความสำคัญเป็นพิเศษในแง่ของความปลอดภัย ข้อกำหนดทางรถไฟ สังคมต้องการการผลิตอุปกรณ์เชื่อมต่อเหล็กพุดดิ้ง แท่งสำหรับสวิตช์ถ่ายโอนและสลักเกลียว เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำได้ดีกว่า จึงใช้เหล็กพุดดิ้งเพื่อผลิตท่อน้ำ นอกจากนี้ยังใช้ทำถั่ว (โลหะหยาบฟอสฟอรัส) และเหล็กเส้นคุณภาพสูงสำหรับหมุดย้ำและโซ่

โครงสร้างของเหล็กดัดที่ตรวจพบภายใต้กล้องจุลทรรศน์แม้กำลังขยายต่ำ มีลักษณะเด่นคือมีส่วนประกอบสีดำและแสงอยู่ในภาพที่ถ่าย อันแรกเป็นของตะกรัน และอันหลังเป็นเม็ดเหล็กหรือเส้นใยที่ได้จากการดึงโลหะ

ซื้อขายเหล็ก

โรงงานโลหะวิทยาผลิตเหล็กได้ 2 ประเภทหลักสำหรับความต้องการของอุตสาหกรรม: 1) แผ่นงานและ 2) คุณภาพสูง

ปัจจุบันเหล็กแผ่นรีดได้กว้างสูงสุด 3 ม. มีความหนา 1-3 มม. เราเรียกว่าแผ่นรีดละเอียด ตั้งแต่ 3 มม. ขึ้นไป (โดยปกติสูงถึง 40 มม.) - หม้อไอน้ำ แท็งก์ เรือ ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ซึ่งสอดคล้องกับองค์ประกอบและคุณสมบัติทางกลของวัสดุ ที่อ่อนที่สุดคือเตารีดไอน้ำ มันมักจะมี 0.10-0.12% C, 0.4-0.5% Mn, P และ S - แต่ละอันไม่เกิน 0.05%; ความต้านทานการแตกร้าวชั่วคราวไม่ใช่ข มากกว่า 41 กก. / มม. 2 (แต่ไม่น้อยกว่า 34 กก. / มม. 2) การยืดเมื่อขาด - ประมาณ 28% เหล็กอ่างเก็บน้ำทำขึ้นแข็งและทนทานมากขึ้น ประกอบด้วย 0.12-0.15% C; 0.5-0.7% Mn และไม่เกิน 0.06% ของทั้ง P และ S; ความต้านทานการฉีกขาด 41-49 กก./มม. 2 , การยืดตัว 25-28% ความยาวของแผ่นหม้อไอน้ำและเหล็กอ่างเก็บน้ำถูกกำหนดตามคำสั่งตามขนาดของผลิตภัณฑ์ที่ตรึงจากแผ่น (หลีกเลี่ยงตะเข็บและส่วนตกแต่งที่ไม่จำเป็น) แต่โดยปกติแล้วจะไม่เกิน 8 ม. เนื่องจากมีข้อ จำกัด สำหรับแผ่นบาง ๆ โดย ทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วในระหว่างกระบวนการรีด และสำหรับแผ่นหนา โดยน้ำหนักของแท่งโลหะ

เหล็กแผ่นหนาน้อยกว่า 1 มม. เรียกว่าเหล็กวิลาด ใช้สำหรับทำแผ่นเหล็กวิลาดและเป็นวัสดุมุงหลังคา เพื่อจุดประสงค์หลังในสหภาพโซเวียตแผ่นจะถูกรีดด้วยขนาด 1422x711 มม. น้ำหนัก 4-5 กก. มีความหนา 0.5-0.625 มม. เหล็กหลังคาผลิตโดยโรงงานในแพ็คน้ำหนัก 82 กก. ในต่างประเทศ กระป๋องสีดำจัดอยู่ในประเภทการค้าตามหมายเลขความสามารถพิเศษ - ตั้งแต่ 20 ถึง 30 (ความหนาปกติของกระป๋องเยอรมันคือ 0.875 ถึง 0.22 มม. และภาษาอังกฤษ - ตั้งแต่ 1.0 ถึง 0.31 มม.) ดีบุกทำจากเหล็กหล่อที่นิ่มที่สุด มี 0.08-0.10% C, 0.3-0.35% Mn ถ้าทำจากเหล็กหล่อถ่าน (เรามี) และ 0.4-0.5% Mn ถ้าวัสดุตั้งต้นเป็นหมูโค้ก เหล็ก; ความต้านทานการฉีกขาด - จาก 31 ถึง 34 กก. / มม. 2 การยืดตัว - 28-30% เหล็กแผ่นต่างๆ เป็นเหล็กลูกฟูก (ลูกฟูก) แบ่งตามลักษณะของคลื่นออกเป็นเหล็กคลื่นต่ำและสูง ในตอนแรกอัตราส่วนความกว้างของคลื่นต่อความลึกอยู่ในช่วง 3 ถึง 4 ในวินาที 1-2 เหล็กลูกฟูกทำด้วยความหนา 0.75-2.0 มม. และความกว้างแผ่น 0.72-0.81 ม. (มีคลื่นต่ำ) และ 0.4-0.6 ม. (มีคลื่นสูง) เหล็กลูกฟูกใช้สำหรับหลังคา ผนังของโครงสร้างเบา มู่ลี่ และคลื่นสูง นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการก่อสร้างเพดานแบบไม่มีจันทน์

เหล็กฉากแบ่งออกเป็นสองประเภทตามรูปร่างหน้าตัด: เหล็กหน้าตัดธรรมดาและรูปทรง

ชั้นหนึ่งประกอบด้วยเหล็กกลม (ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 10 มม. เรียกว่าลวด) สี่เหลี่ยมจัตุรัสแบนหรือแถบ ในทางกลับกันแบ่งออกเป็น: แถบ - จาก 10 ถึง 200 มม. และหนามากกว่า 5 มม. ห่วง - ความกว้างเท่ากัน แต่มีความหนา 5 ถึง 1 มม. ระบุด้วยหมายเลขลำกล้อง (จากภาษาเยอรมันปกติที่ 3 ถึง 19 และจากลำกล้องภาษาอังกฤษใหม่ที่ 6 ถึง 20) ยาง - กว้าง 38 ถึง 51 มม. และหนาสูงสุด 22 มม. สากล - กว้าง 200 ถึง 1,000 มม. และหนาอย่างน้อย 6 มม. (รีดในม้วนพิเศษ - สากล) ทั้งยางและห่วงเหล็กผลิตโดยโรงงานในพื้นที่ลาด, รีดลวด - เป็นม้วน; เกรดอื่น ๆ - ในรูปแบบของแถบตรง (ยืด) มักจะยาวไม่เกิน 8 ม. (ปกติ - จาก 4.5 ถึง 6 ม.) แต่โดยคำสั่งพิเศษสำหรับโครงสร้างคอนกรีตแถบจะถูกตัดยาวถึง 18 มม. และบางครั้งก็มากกว่า .

เหล็กรูปพรรณประเภทหลัก: เชิงมุม (ด้านเท่ากันหมดและไม่เท่ากัน), รูปทรงกล่อง (ช่อง), ทีออฟ, ไอบีม (บีม), เสา (สี่เหลี่ยม) และเหล็กเซท; นอกจากนี้ยังมีเหล็กรูปทรงอื่นๆ ที่พบได้น้อย ตามประเภทเมตริกปกติของเรา ขนาดของเหล็กที่มีรูปทรงจะถูกระบุโดยหมายเลขโปรไฟล์ (# - หมายเลข ดูความกว้างของชั้นวางหรือความสูงสูงสุดของโปรไฟล์) มุมไม่เท่ากันและเหล็กทีมีเลขคู่ ตัวอย่างเช่น หมายเลข 16/8 หมายถึง มุมที่มีชั้นวาง 16 และ 8 ซม. หรือแท่นทีที่มีชั้นวาง 16 ซม. และแท่นทีสูง 8 ซม. - แท่นคู่

องค์ประกอบของเหล็กหน้าตัดธรรมดาที่เชื่อมได้: 0.12% C, 0.4% Mn, น้อยกว่า 0.05% P และ S - แต่ละตัว; ความต้านทานการฉีกขาด 34-40 กก./มม. 2 ; แต่เหล็กกลมสำหรับหมุดย้ำทำจากวัสดุที่อ่อนนุ่มกว่า: น้อยกว่า 0.10% C, 0.25-0.35% Mn, ประมาณ 0.03% P และ S ความต้านแรงดึง 32-35 กก./มม.2 และการยืดตัว 28-32% รูปร่างไม่สามารถเชื่อมได้ แต่เหล็กยึด ("เหล็กสำหรับก่อสร้าง") ประกอบด้วย: 0.15 - 0.20% C, 0.5% Mn, มากถึง 0.06% P และ S - แต่ละตัว; ความต้านทานการฉีกขาดคือ 40-50 กก. / มม. 2 การยืดตัว 25-20% สำหรับการผลิตถั่วนั้นทำมาจากเหล็ก (Thomas) ซึ่งมีประมาณ 0.1% C แต่จาก 0.3 ถึง 0.5% P (ยิ่งถั่วยิ่งมี P มาก) ในต่างประเทศ เพื่อตอบสนองความต้องการของโรงรีดพิเศษ ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปจะถูกหมุนเวียนเพื่อการค้า - เหล็กแท่งทรงสี่เหลี่ยม ปกติแล้วจะมีขนาด 50 x 50 มม. ในส่วนตัดขวาง

เหล็กเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่รู้จักกันดี มันเป็นของโลหะที่มีปฏิกิริยาเฉลี่ย เราจะพิจารณาคุณสมบัติและการใช้ธาตุเหล็กในบทความนี้

ความชุกในธรรมชาติ

มีแร่ธาตุจำนวนมากพอสมควรซึ่งรวมถึงเฟอร์รัม ประการแรกมันเป็นแม่เหล็ก เป็นธาตุเหล็กเจ็ดสิบสองเปอร์เซ็นต์ สูตรทางเคมีของมันคือ Fe 3 O 4 แร่นี้เรียกอีกอย่างว่าแร่เหล็กแม่เหล็ก มีสีเทาอ่อน บางครั้งก็มีสีเทาเข้ม จนถึงสีดำ และมีเงาเมทัลลิก เงินฝากที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาประเทศ CIS ตั้งอยู่ในเทือกเขาอูราล

แร่ต่อไปที่มีปริมาณธาตุเหล็กสูงคือเฮมาไทต์ - ประกอบด้วยเจ็ดสิบเปอร์เซ็นต์ของธาตุนี้ สูตรทางเคมีของมันคือ Fe 2 O 3 เรียกอีกอย่างว่าแร่เหล็กสีแดง มีสีตั้งแต่น้ำตาลแดงถึงแดงเทา เงินฝากที่ใหญ่ที่สุดในอาณาเขตของประเทศ CIS ตั้งอยู่ใน Krivoy Rog

แร่ที่สามในแง่ของปริมาณเฟอร์รัมคือลิโมไนต์ ในที่นี้ ธาตุเหล็กคิดเป็นร้อยละหกสิบของมวลรวม เป็นผลึกไฮเดรต นั่นคือ โมเลกุลของน้ำถูกถักทอเป็นโครงผลึก มีสูตรทางเคมีคือ Fe 2 O 3 .H 2 O ตามชื่อของมัน แร่นี้มีสีเหลืองน้ำตาล บางครั้งเป็นสีน้ำตาล เป็นส่วนประกอบหลักของสีเหลืองธรรมชาติและใช้เป็นเม็ดสี เรียกอีกอย่างว่าไอรอนสโตนสีน้ำตาล เหตุการณ์ที่ใหญ่ที่สุดคือแหลมไครเมีย, เทือกเขาอูราล

ในไซด์ไรต์ แร่เหล็กที่เรียกว่า spar iron ore ร้อยละสี่สิบแปดของเฟอร์รัม สูตรทางเคมีของมันคือ FeCO 3 โครงสร้างมีลักษณะต่างกันและประกอบด้วยคริสตัลที่มีสีต่างกันเชื่อมต่อกัน ได้แก่ สีเทา สีเขียวซีด สีเทาเหลือง สีน้ำตาลเหลือง เป็นต้น

แร่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติอย่างสุดท้ายที่มีปริมาณเฟอร์รัมสูงคือไพไรต์ มีสูตรทางเคมี FeS 2 ดังต่อไปนี้ ธาตุเหล็กในนั้นคิดเป็นสี่สิบหกเปอร์เซ็นต์ของมวลรวม เนื่องจากอะตอมของกำมะถัน แร่นี้มีสีเหลืองทอง

แร่ธาตุหลายชนิดที่พิจารณาใช้เพื่อให้ได้ธาตุเหล็กบริสุทธิ์ นอกจากนี้ออกไซด์ยังใช้ในการผลิตเครื่องประดับจากหินธรรมชาติ การรวมตัวของ Pyrite สามารถพบได้ในเครื่องประดับ lapis lazuli นอกจากนี้ ธาตุเหล็กยังพบได้ในธรรมชาติในองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของเซลล์ ธาตุนี้ต้องถูกส่งไปยังร่างกายมนุษย์ในปริมาณที่เพียงพอ คุณสมบัติการรักษาของธาตุเหล็กส่วนใหญ่มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าองค์ประกอบทางเคมีนี้เป็นพื้นฐานของเฮโมโกลบิน ดังนั้นการใช้เฟอร์รัมจึงมีผลดีต่อสภาวะของเลือดและต่อร่างกายโดยรวม

เหล็ก: คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี

ลองดูที่ส่วนหลักสองส่วนนี้ตามลำดับ เหล็กคือลักษณะที่ปรากฏ ความหนาแน่น จุดหลอมเหลว ฯลฯ นั่นคือลักษณะเด่นทั้งหมดของสารที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ คุณสมบัติทางเคมีของเหล็กคือความสามารถในการทำปฏิกิริยากับสารประกอบอื่นๆ มาเริ่มกันที่อย่างแรก

คุณสมบัติทางกายภาพของธาตุเหล็ก

ในรูปบริสุทธิ์ภายใต้สภาวะปกติ เป็นของแข็ง มีสีเทาเงินและเงาโลหะที่เด่นชัด คุณสมบัติทางกลของเหล็ก ได้แก่ ระดับความแข็ง She เท่ากับสี่ (ปานกลาง) เหล็กมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี คุณลักษณะสุดท้ายสามารถสัมผัสได้โดยการสัมผัสวัตถุเหล็กในห้องเย็น เนื่องจากวัสดุนี้นำความร้อนได้รวดเร็ว จึงใช้ความร้อนออกจากผิวได้มากในระยะเวลาอันสั้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้คุณรู้สึกหนาว

ตัวอย่างเช่น เมื่อสัมผัสต้นไม้ จะสังเกตได้ว่าค่าการนำความร้อนต่ำกว่ามาก คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กคือจุดหลอมเหลวและจุดเดือด อันแรกคือ 1539 องศาเซลเซียส ที่สองคือ 2860 องศาเซลเซียส สรุปได้ว่าคุณสมบัติเฉพาะของเหล็กมีความเหนียวและหลอมละลายได้ดี แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด

คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กยังรวมถึงเฟอร์โรแมกเนติกด้วย มันคืออะไร? เหล็ก ซึ่งเราสามารถสังเกตคุณสมบัติทางแม่เหล็กในตัวอย่างที่ใช้งานได้จริงทุกวัน เป็นโลหะชนิดเดียวที่มีคุณสมบัติโดดเด่นเฉพาะตัวเช่นนี้ เนื่องจากวัสดุนี้สามารถถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก และหลังจากการสิ้นสุดของการกระทำของหลัง เหล็ก ซึ่งเป็นคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่เพิ่งก่อตัวขึ้น ยังคงเป็นแม่เหล็กเป็นเวลานาน ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าในโครงสร้างของโลหะนี้มีอิเล็กตรอนอิสระจำนวนมากที่สามารถเคลื่อนที่ได้

ในแง่ของเคมี

องค์ประกอบนี้เป็นของโลหะที่มีกิจกรรมปานกลาง แต่คุณสมบัติทางเคมีของเหล็กนั้นเป็นเรื่องปกติสำหรับโลหะอื่นๆ ทั้งหมด (ยกเว้นคุณสมบัติทางขวาของไฮโดรเจนในซีรีย์ไฟฟ้าเคมี) สามารถทำปฏิกิริยากับสารได้หลายชนิด

มาเริ่มกันง่ายๆ

Ferrum ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ไนโตรเจน ฮาโลเจน (ไอโอดีน โบรมีน คลอรีน ฟลูออรีน) ฟอสฟอรัส คาร์บอน สิ่งแรกที่ต้องพิจารณาคือปฏิกิริยากับออกซิเจน เมื่อเฟอร์รัมถูกเผา จะเกิดออกไซด์ของเฟอร์รัม ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของปฏิกิริยาและสัดส่วนระหว่างผู้เข้าร่วมสองคน พวกเขาสามารถเปลี่ยนแปลงได้ จากตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าว สามารถให้สมการปฏิกิริยาต่อไปนี้: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 \u003d เฟ 3 O 4 และคุณสมบัติของเหล็กออกไซด์ (ทั้งทางกายภาพและทางเคมี) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับความหลากหลาย ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง

ถัดไปคือปฏิกิริยากับไนโตรเจน นอกจากนี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะความร้อนเท่านั้น ถ้าเราเอาธาตุเหล็กหกโมลและไนโตรเจนหนึ่งโมล เราจะได้เหล็กไนไตรด์สองโมล สมการปฏิกิริยาจะมีลักษณะดังนี้: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N

เมื่อทำปฏิกิริยากับฟอสฟอรัสจะเกิดฟอสไฟด์ ในการทำปฏิกิริยาจำเป็นต้องมีส่วนประกอบต่อไปนี้: สำหรับเฟอร์รัมสามโมล - ฟอสฟอรัสหนึ่งโมลเป็นผลให้เกิดฟอสไฟด์หนึ่งโมล สมการสามารถเขียนได้ดังนี้: 3Fe + P = Fe 3 P

นอกจากนี้ ปฏิกิริยากับกำมะถันยังสามารถแยกแยะระหว่างปฏิกิริยากับสารธรรมดาได้ ในกรณีนี้สามารถหาซัลไฟด์ได้ หลักการที่กระบวนการของการก่อตัวของสารนี้เกิดขึ้นคล้ายกับที่อธิบายไว้ข้างต้น กล่าวคือเกิดปฏิกิริยาการเติม ปฏิกิริยาทางเคมีทั้งหมดในลักษณะนี้จำเป็นต้องมีสภาวะพิเศษ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอุณหภูมิสูง และมักใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาน้อยกว่า

ปฏิกิริยาระหว่างธาตุเหล็กกับฮาโลเจนที่พบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมเคมี เหล่านี้คือคลอรีน, โบรมีน, ไอโอดีน, ฟลูออรีน ดังที่เห็นได้ชัดเจนจากชื่อของปฏิกิริยาเอง นี่คือกระบวนการของการเพิ่มอะตอมของคลอรีน / โบรมีน / ไอโอดีน / ฟลูออรีน ลงในอะตอมของเฟอร์รัมเพื่อสร้างคลอไรด์ / โบรไมด์ / ไอโอไดด์ / ฟลูออไรด์ ตามลำดับ สารเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ นอกจากนี้ เฟอร์รัมยังสามารถรวมตัวกับซิลิกอนที่อุณหภูมิสูงได้ เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของเหล็กมีความหลากหลายจึงมักใช้ในอุตสาหกรรมเคมี

เฟอร์รัมและสารเชิงซ้อน

จากสารง่าย ๆ เรามาพูดถึงสารที่โมเลกุลประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันตั้งแต่สององค์ประกอบขึ้นไป สิ่งแรกที่ต้องพูดถึงคือปฏิกิริยาของเฟอร์รัมกับน้ำ นี่คือคุณสมบัติหลักของเหล็ก เมื่อน้ำอุ่นจะเกิดร่วมกับธาตุเหล็ก (เรียกว่าเพราะเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำเดียวกันจะเกิดไฮดรอกไซด์หรืออีกนัยหนึ่งคือฐาน) ดังนั้น หากคุณใช้ส่วนประกอบทั้งสองโมลหนึ่งโมล สารเช่น เฟอร์รัมไดออกไซด์และไฮโดรเจนจะก่อตัวเป็นก๊าซที่มีกลิ่นฉุน - ในสัดส่วนโมลาร์จากหนึ่งต่อหนึ่งด้วย สมการของปฏิกิริยาประเภทนี้สามารถเขียนได้ดังนี้: Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2 ขึ้นอยู่กับสัดส่วนที่ส่วนประกอบทั้งสองนี้ผสมกัน สามารถรับเหล็กได- หรือไตรออกไซด์ได้ สารทั้งสองนี้พบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมเคมี และยังใช้ในอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกด้วย

ด้วยกรดและเกลือ

เนื่องจากเฟอร์รัมตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนในชุดเคมีไฟฟ้าของกิจกรรมโลหะ จึงสามารถแทนที่องค์ประกอบนี้จากสารประกอบได้ ตัวอย่างนี้คือปฏิกิริยาการแทนที่ที่สามารถสังเกตได้เมื่อเติมธาตุเหล็กลงในกรด ตัวอย่างเช่น หากคุณผสมธาตุเหล็กและกรดซัลเฟต (หรือที่เรียกว่ากรดซัลฟิวริก) ที่มีความเข้มข้นปานกลางในสัดส่วนโมลาร์เดียวกัน ผลลัพธ์จะเป็นเหล็กซัลเฟต (II) และไฮโดรเจนในสัดส่วนโมลาร์เท่ากัน สมการของปฏิกิริยาดังกล่าวจะมีลักษณะดังนี้: Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2

เมื่อทำปฏิกิริยากับเกลือจะมีคุณสมบัติในการลดธาตุเหล็ก นั่นคือด้วยความช่วยเหลือของโลหะที่สามารถแยกได้จากเกลือ ตัวอย่างเช่น หากคุณใช้โมลหนึ่งโมลและเฟอร์รัมในปริมาณเท่ากัน คุณจะได้ไอรอนซัลเฟต (II) และทองแดงบริสุทธิ์ในสัดส่วนโมลาร์เท่ากัน

สำคัญต่อร่างกาย

องค์ประกอบทางเคมีที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่งในเปลือกโลกคือเหล็ก เราได้พิจารณาแล้ว ตอนนี้เราจะเข้าใกล้มันจากมุมมองทางชีววิทยา Ferrum ทำหน้าที่สำคัญมากทั้งในระดับเซลล์และในระดับของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ประการแรกธาตุเหล็กเป็นพื้นฐานของโปรตีนเช่นเฮโมโกลบิน มันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งออกซิเจนผ่านทางเลือดจากปอดไปยังเนื้อเยื่อ อวัยวะทั้งหมด ไปยังทุกเซลล์ของร่างกาย โดยเฉพาะไปยังเซลล์ประสาทของสมอง ดังนั้นคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของธาตุเหล็กจึงไม่สามารถประเมินค่าสูงไปได้

นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันส่งผลต่อการสร้างเลือดแล้ว เฟอร์รัมยังมีความสำคัญต่อการทำงานของต่อมไทรอยด์อย่างเต็มรูปแบบ (ซึ่งไม่เพียงต้องการไอโอดีนเท่านั้นตามที่บางคนเชื่อ) ธาตุเหล็กยังมีส่วนร่วมในการเผาผลาญภายในเซลล์ควบคุมภูมิคุ้มกัน Ferrum ยังพบได้ในปริมาณมากโดยเฉพาะในเซลล์ตับ เนื่องจากช่วยต่อต้านสารที่เป็นอันตราย นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของเอนไซม์หลายชนิดในร่างกายของเรา อาหารประจำวันของบุคคลควรมีองค์ประกอบการติดตามนี้ตั้งแต่สิบถึงยี่สิบมิลลิกรัม

อาหารที่อุดมด้วยธาตุเหล็ก

มีมากมาย. มาจากพืชและสัตว์ อย่างแรกคือซีเรียล, พืชตระกูลถั่ว, ซีเรียล (โดยเฉพาะบัควีท), แอปเปิ้ล, เห็ด (สีขาว), ผลไม้แห้ง, สะโพกกุหลาบ, ลูกแพร์, ลูกพีช, อะโวคาโด, ฟักทอง, อัลมอนด์, วันที่, มะเขือเทศ, บร็อคโคลี่, กะหล่ำปลี, บลูเบอร์รี่, แบล็กเบอร์รี่, ขึ้นฉ่าย, ฯลฯ ประการที่สอง - ตับ, เนื้อสัตว์ การใช้อาหารที่มีธาตุเหล็กสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งในระหว่างตั้งครรภ์ เนื่องจากร่างกายของทารกในครรภ์ที่กำลังพัฒนาต้องการธาตุเหล็กจำนวนมากเพื่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการที่เหมาะสม

สัญญาณของการขาดธาตุเหล็กในร่างกาย

อาการของเฟอร์รัมเข้าสู่ร่างกายน้อยเกินไป ได้แก่ ความเหนื่อยล้า มือและเท้าแข็งตลอดเวลา อาการซึมเศร้า ผมและเล็บเปราะบาง กิจกรรมทางปัญญาลดลง ความผิดปกติของระบบย่อยอาหาร ประสิทธิภาพต่ำ และความผิดปกติของต่อมไทรอยด์ หากคุณสังเกตเห็นอาการเหล่านี้มากกว่าหนึ่งอย่าง คุณอาจต้องการเพิ่มปริมาณของอาหารที่อุดมด้วยธาตุเหล็กในอาหารของคุณ หรือซื้อวิตามินหรืออาหารเสริมที่มีธาตุเหล็ก นอกจากนี้ โปรดปรึกษาแพทย์หากมีอาการเหล่านี้รุนแรงเกินไป

การใช้เฟอร์รัมในอุตสาหกรรม

การใช้และคุณสมบัติของเหล็กมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด เนื่องจากแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก จึงใช้ทำแม่เหล็ก - ทั้งแบบอ่อนสำหรับใช้ในบ้าน (แม่เหล็กติดตู้เย็นที่เป็นของที่ระลึก ฯลฯ) และแข็งแรงกว่า - สำหรับวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม เนื่องจากโลหะดังกล่าวมีความแข็งแรงและความแข็งสูง จึงถูกนำมาใช้ในการผลิตอาวุธ ชุดเกราะ และเครื่องมือทางการทหารและของใช้ในครัวเรือนมาตั้งแต่สมัยโบราณ ยังไงก็ตามแม้กระทั่งในอียิปต์โบราณเหล็กอุกกาบาตก็เป็นที่รู้จักซึ่งมีคุณสมบัติเหนือกว่าโลหะธรรมดา นอกจากนี้ยังมีการใช้เหล็กพิเศษในกรุงโรมโบราณอีกด้วย พวกเขาสร้างอาวุธชั้นยอดจากมัน เฉพาะคนที่ร่ำรวยและมีเกียรติเท่านั้นที่สามารถมีโล่หรือดาบที่ทำจากโลหะอุกกาบาต

โดยทั่วไป โลหะที่เรากำลังพิจารณาในบทความนี้มีความหลากหลายมากที่สุดในบรรดาสารในกลุ่มนี้ ประการแรก เหล็กและเหล็กหล่อทำมาจากมัน ซึ่งใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ทุกชนิดที่จำเป็นทั้งในอุตสาหกรรมและในชีวิตประจำวัน

เหล็กหล่อเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน โดยที่สองมีอยู่ที่ 1.7 ถึง 4.5% ถ้าที่สองน้อยกว่า 1.7 เปอร์เซ็นต์ โลหะผสมชนิดนี้จะเรียกว่าเหล็ก หากมีคาร์บอนประมาณ 0.02 เปอร์เซ็นต์ในองค์ประกอบ แสดงว่านี่เป็นธาตุเหล็กธรรมดาอยู่แล้ว การมีอยู่ของคาร์บอนในโลหะผสมนั้นจำเป็นต่อการเพิ่มความแข็งแรง เสถียรภาพทางความร้อน และความต้านทานการเกิดสนิม

นอกจากนี้ เหล็กสามารถมีองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ มากมายเช่นสิ่งเจือปน นี่คือแมงกานีส ฟอสฟอรัส และซิลิกอน นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มโครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม ทังสเตน และองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ ลงในโลหะผสมชนิดนี้เพื่อให้มีคุณสมบัติบางอย่าง ประเภทของเหล็กที่มีซิลิกอนจำนวนมาก (ประมาณสี่เปอร์เซ็นต์) ถูกใช้เป็นเหล็กหม้อแปลง สารที่มีแมงกานีสจำนวนมาก (มากถึงสิบสองถึงสิบสี่เปอร์เซ็นต์) พบว่าใช้ในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับรางรถไฟ โรงสี เครื่องบด และเครื่องมืออื่นๆ ซึ่งชิ้นส่วนดังกล่าวอาจมีการเสียดสีอย่างรวดเร็ว

โมลิบดีนัมถูกนำมาใช้ในองค์ประกอบของโลหะผสมเพื่อให้มีความเสถียรทางความร้อนมากขึ้น - เหล็กดังกล่าวถูกใช้เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือ นอกจากนี้ เพื่อให้ได้เหล็กกล้าไร้สนิมที่รู้จักกันดีและมักใช้ในชีวิตประจำวันในรูปแบบของมีดและเครื่องมือในครัวเรือนอื่นๆ จำเป็นต้องเพิ่มโครเมียม นิกเกิล และไททาเนียมลงในโลหะผสม และเพื่อให้ได้เหล็กที่ทนทานต่อแรงกระแทกและมีความแข็งแรงสูง การเพิ่มวานาเดียมก็เพียงพอแล้ว เมื่อนำไนโอเบียมเข้าสู่องค์ประกอบของไนโอเบียมแล้ว มีความเป็นไปได้ที่จะมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและผลกระทบของสารที่มีฤทธิ์รุนแรงทางเคมี

แร่แมกนีไทต์ที่กล่าวถึงในตอนต้นของบทความเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตฮาร์ดไดรฟ์ การ์ดหน่วยความจำ และอุปกรณ์อื่นๆ ประเภทนี้ เนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็ก เหล็กจึงสามารถพบได้ในการก่อสร้างหม้อแปลง มอเตอร์ ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ นอกจากนี้ เฟอร์รัมยังสามารถเติมลงในโลหะผสมอื่นๆ เพื่อให้มีความแข็งแรงและเสถียรภาพทางกลมากขึ้น ซัลเฟตของธาตุนี้ใช้ในพืชสวนเพื่อควบคุมศัตรูพืช (ร่วมกับคอปเปอร์ซัลเฟต)

พวกเขาขาดไม่ได้ในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ นอกจากนี้ ผงแมกนีไทต์ยังใช้ในเครื่องพิมพ์ขาวดำอีกด้วย การใช้งานหลักของไพไรต์คือการได้รับกรดซัลฟิวริกจากมัน กระบวนการนี้เกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการในสามขั้นตอน ในระยะแรกเฟอร์รัมไพไรต์จะถูกเผาเพื่อผลิตเหล็กออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ในขั้นตอนที่สองการเปลี่ยนซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นไตรออกไซด์จะเกิดขึ้นโดยมีส่วนร่วมของออกซิเจน และในขั้นตอนสุดท้าย สารที่ได้จะถูกส่งผ่านต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะทำให้ได้กรดซัลฟิวริก

รับเหล็ก

โลหะนี้ส่วนใหญ่ขุดจากแร่ธาตุหลักสองชนิด: แมกนีไทต์และเฮมาไทต์ ทำได้โดยการลดธาตุเหล็กจากสารประกอบที่มีคาร์บอนในรูปของโค้ก ทำได้ในเตาหลอมระเบิดซึ่งมีอุณหภูมิถึงสองพันองศาเซลเซียส นอกจากนี้ยังมีวิธีลดเฟอร์รัมด้วยไฮโดรเจน นี้ไม่ต้องใช้เตาหลอม ในการใช้วิธีนี้ จะนำดินเหนียวพิเศษมาผสมกับแร่ที่บดแล้วและบำบัดด้วยไฮโดรเจนในเตาหลอมแบบเพลา

บทสรุป

คุณสมบัติและการใช้เหล็กมีหลากหลาย นี่อาจเป็นโลหะที่สำคัญที่สุดในชีวิตของเรา เมื่อกลายเป็นที่รู้จักของมนุษยชาติแล้วเขาก็เข้ามาแทนที่ทองสัมฤทธิ์ซึ่งในเวลานั้นเป็นวัสดุหลักสำหรับการผลิตเครื่องมือทั้งหมดรวมถึงอาวุธ เหล็กและเหล็กหล่อมีคุณสมบัติเหนือกว่าโลหะผสมของทองแดงและดีบุกในหลาย ๆ ด้านในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ ความต้านทานต่อความเครียดทางกล

นอกจากนี้ ธาตุเหล็กยังพบได้ทั่วไปบนโลกของเรามากกว่าโลหะอื่นๆ มันอยู่ในเปลือกโลกเกือบห้าเปอร์เซ็นต์ เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีมากเป็นอันดับสี่ในธรรมชาติ นอกจากนี้ องค์ประกอบทางเคมีนี้มีความสำคัญมากสำหรับการทำงานปกติของสิ่งมีชีวิตของสัตว์และพืช เนื่องจากฮีโมโกลบินถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน ธาตุเหล็กเป็นธาตุที่จำเป็นซึ่งใช้ในการรักษาสุขภาพและการทำงานปกติของอวัยวะ นอกจากที่กล่าวมาแล้ว ยังเป็นโลหะชนิดเดียวที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กอันเป็นเอกลักษณ์อีกด้วย หากไม่มีเฟอร์รัมก็เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงชีวิตของเรา

เหล็ก(lat. Ferrum), Fe ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม VIII ของระบบธาตุ, เลขอะตอม 26, มวลอะตอม 55.847 ที่มาของชื่อองค์ประกอบทั้งละตินและรัสเซียยังไม่ได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างชัดเจน ธาตุเหล็กธรรมชาติเป็นส่วนผสมของนิวไคลด์สี่ตัวที่มีเลขมวล 54 (เนื้อหาในส่วนผสมตามธรรมชาติคือ 5.82% โดยมวล), 56 (91.66%), 57 (2.19%) และ 58 (0.33%) การกำหนดค่าของชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกสองชั้นคือ 3s 2 p 6 d 6 4s 2 . มักจะสร้างสารประกอบในสถานะออกซิเดชัน +3 (วาเลนซี III) และ +2 (วาเลนซ์ II) นอกจากนี้ยังมีสารประกอบที่รู้จักกับอะตอมของเหล็กในสถานะออกซิเดชัน +4, +6 และอื่น ๆ

ในระบบธาตุของ Mendeleev ธาตุเหล็กจะรวมอยู่ในกลุ่ม VIIIB ในช่วงที่สี่ซึ่งเป็นธาตุเหล็กกลุ่มนี้รวมถึงเหล็กโคบอลต์ (Co) และนิกเกิล (Ni) นอกเหนือจากธาตุเหล็กแล้ว องค์ประกอบทั้งสามนี้ประกอบเป็นสามกลุ่มและมีคุณสมบัติคล้ายกัน

รัศมีของอะตอมของเหล็กที่เป็นกลางคือ 0.126 นาโนเมตร รัศมีของไอออน Fe 2+ คือ 0.080 นาโนเมตร และรัศมีของไอออน Fe 3+ คือ 0.067 นาโนเมตร พลังงานของการแตกตัวเป็นไอออนต่อเนื่องของอะตอมเหล็กคือ 7.893, 16.18, 30.65, 57, 79 eV ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน 0.58 eV ในระดับ Pauling อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของเหล็กอยู่ที่ประมาณ 1.8

เหล็กที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นโลหะที่มีความมันเงา สีเทาเงิน และเหนียว ซึ่งเข้ากันได้ดีกับวิธีการตัดเฉือนแบบต่างๆ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี:ที่อุณหภูมิตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 917°C เช่นเดียวกับในช่วงอุณหภูมิ 1394-1535°C จะมีค่า -Fe ที่มีโครงตาข่ายกึ่งกลางตัวลูกบาศก์ ที่อุณหภูมิห้อง พารามิเตอร์ตาข่าย เอ= 0.286645 นาโนเมตร ที่อุณหภูมิ 917-1394°C เสถียร -Fe กับตะแกรงหน้าลูกบาศก์ T ( เอ= 0.36468 นาโนเมตร) ที่อุณหภูมิตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 769°C (จุดที่เรียกว่า Curie point) เหล็กจะมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่แรง (กล่าวกันว่าเป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก) ที่อุณหภูมิสูงขึ้น เหล็กจะมีพฤติกรรมเหมือนพาราแมกเนติก บางครั้งพาราแมกเนติก -Fe ที่มีโครงตาข่ายที่มีตัวเป็นศูนย์กลางซึ่งมีความเสถียรที่อุณหภูมิ 769 ถึง 917 ° C ถือเป็นการดัดแปลงของเหล็กและ -Fe ซึ่งเสถียรที่อุณหภูมิสูง (1394-1535 ° C) เรียกว่า - Fe (แนวคิดเกี่ยวกับการมีอยู่ของการดัดแปลงธาตุเหล็กสี่ครั้งเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ยังไม่มีการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ และไม่มีข้อมูลที่เป็นรูปธรรมเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของเหล็ก) จุดหลอมเหลว 1535°C จุดเดือด 2750°C ความหนาแน่น 7.87 g/cm 3 ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของคู่ Fe 2+ /Fe 0 0.447V คู่ Fe 3+ /Fe 2+ + 0.771V

เมื่อเก็บไว้ในอากาศที่อุณหภูมิสูงถึง 200°C เหล็กจะค่อยๆ ปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งจะช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะต่อไป ในอากาศชื้น เหล็กถูกปกคลุมด้วยชั้นสนิมที่หลวม ซึ่งไม่ได้ป้องกันการเข้าถึงของออกซิเจนและความชื้นไปยังโลหะและการทำลายของโลหะ สนิมไม่มีองค์ประกอบทางเคมีคงที่ สูตรเคมีโดยประมาณสามารถเขียนได้เป็น Fe 2 O 3 xH 2 O

เหล็กทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (O) เมื่อถูกความร้อน เมื่อเหล็กถูกเผาในอากาศจะเกิด Fe 2 O 3 ออกไซด์ เมื่อเผาไหม้ในออกซิเจนบริสุทธิ์จะเกิด Fe 3 O 4 ออกไซด์ เมื่อออกซิเจนหรืออากาศถูกส่งผ่านเหล็กหลอมเหลว จะเกิด FeO ออกไซด์ขึ้น เมื่อผงกำมะถัน (S) และเหล็กถูกทำให้ร้อน จะเกิดซัลไฟด์ขึ้น สูตรโดยประมาณสามารถเขียนเป็น FeS ได้

เหล็กทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนเมื่อถูกความร้อน เนื่องจาก FeF 3 ไม่ระเหย เหล็กจึงสามารถทนต่อฟลูออรีน (F) ได้ถึงอุณหภูมิ 200-300 องศาเซลเซียส เมื่อเหล็กถูกคลอรีน (ที่อุณหภูมิประมาณ 200°C) จะเกิด FeCl 3 ที่ระเหยได้ หากปฏิกิริยาของธาตุเหล็กและโบรมีน (Br) เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องหรือด้วยความร้อนและความดันไอโบรมีนที่สูงขึ้น ก็จะเกิด FeBr 3 เมื่อถูกความร้อน FeCl 3 และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง FeBr 3 จะแยกฮาโลเจนออกและเปลี่ยนเป็นเหล็ก (II) เฮไลด์ เมื่อเหล็กและไอโอดีน (I) โต้ตอบกัน Fe 3 I 8 ไอโอไดด์จะเกิดขึ้น

เมื่อถูกความร้อน เหล็กทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน (N) เกิดเป็นเหล็กไนไตรด์ Fe 3 N โดยมีฟอสฟอรัส (P) เกิดเป็นฟอสไฟด์ FeP, Fe 2 P และ Fe 3 P โดยมีคาร์บอน (C) เกิดเป็นคาร์ไบด์ Fe 3 C พร้อมซิลิกอน ( Si) ก่อตัวเป็นซิลิไซด์หลายชนิด เช่น FeSi

ที่ความดันสูง เหล็กโลหะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนมอนอกไซด์ CO และของเหลวภายใต้สภาวะปกติจะเกิดเหล็ก pentacarbonyl Fe (CO) 5 ที่ระเหยง่ายได้ ธาตุเหล็กคาร์บอนิลขององค์ประกอบ Fe 2 (CO) 9 และ Fe 3 (CO) 12 เป็นที่รู้จักกัน ธาตุเหล็กคาร์บอนิลทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารประกอบออร์กาโน-เหล็ก รวมทั้งองค์ประกอบเฟอร์โรซีน

เหล็กโลหะบริสุทธิ์มีความคงตัวในน้ำและในสารละลายด่างเจือจาง ในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นและกรดไนตริก เหล็กจะไม่ละลาย เนื่องจากฟิล์มออกไซด์ที่แรงจะทะลุผ่านพื้นผิวของมัน

ด้วยกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจาง (ประมาณ 20%) เหล็กทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างเกลือของธาตุเหล็ก (II):

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2

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

เมื่อเหล็กทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกประมาณ 70% ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นกับการก่อตัวของเหล็ก (III) ซัลเฟต:

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

เหล็กออกไซด์ (II) FeO มีคุณสมบัติพื้นฐานซึ่งสอดคล้องกับฐาน Fe (OH) 2 เหล็กออกไซด์ (III) Fe 2 O 3 เป็นแอมโฟเทอริกอ่อน ๆ มันสอดคล้องกับเบสที่อ่อนแอกว่า Fe (OH) 2 Fe (OH) 3 ซึ่งทำปฏิกิริยากับกรด:

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

ไอรอนไฮดรอกไซด์ (III) Fe(OH) 3 แสดงคุณสมบัติแอมโฟเทอริกเล็กน้อย สามารถทำปฏิกิริยากับสารละลายด่างเข้มข้นเท่านั้น:

เฟ (OH) 3 + KOH \u003d K

ไฮดรอกโซคอมเพล็กซ์ของเหล็ก (III) ที่ได้จะคงตัวในสารละลายที่มีความเป็นด่างสูง เมื่อสารละลายถูกเจือจางด้วยน้ำ จะถูกทำลาย และไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (III) Fe(OH) 3 จะตกตะกอน

สารประกอบเหล็ก (III) ในสารละลายจะลดลงโดยเหล็กที่เป็นโลหะ:

เฟ + 2FeCl 3 \u003d 3FeCl 2

เมื่อเก็บสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือของเหล็ก (II) จะสังเกตเห็นการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก (II) กับเหล็ก (III):

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

เกลือของเหล็ก (II) ในสารละลายในน้ำ เกลือของ Mohr มีความคงตัว - แอมโมเนียมซัลเฟตและธาตุเหล็ก (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O

เหล็ก (III) สามารถสร้างซัลเฟตสองเท่าด้วยไอออนบวกของสารส้มที่มีประจุเพียงตัวเดียว ตัวอย่างเช่น KFe (SO 4) 2 สารส้มเหล็กโพแทสเซียม (NH 4) Fe (SO 4) 2 สารส้มเหล็ก-แอมโมเนียม เป็นต้น

ภายใต้การกระทำของคลอรีนก๊าซ (Cl) หรือโอโซนในสารละลายอัลคาไลน์ของสารประกอบเหล็ก (III) เฟอร์เรตเหล็ก (VI) จะเกิดขึ้นเช่นโพแทสเซียมเฟอร์เรต (VI) (K): K 2 FeO 4 มีรายงานการผลิตสารประกอบเหล็ก (VIII) ภายใต้การกระทำของตัวออกซิไดซ์ที่แรง

ในการตรวจจับสารประกอบเหล็ก (III) ในสารละลาย จะใช้ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพของไอออน Fe 3+ กับ CNS ไทโอไซยาเนตไอออน เมื่อไอออน Fe 3+ ทำปฏิกิริยากับแอนไอออนของระบบประสาทส่วนกลาง ธาตุเหล็กไทโอไซยาเนต Fe(CNS) 3 สีแดงสดจะก่อตัวขึ้น รีเอเจนต์อื่นสำหรับไอออน Fe 3+ คือโพแทสเซียม hexacyanoferrate (II) (K): K 4 (ก่อนหน้านี้สารนี้เรียกว่าเกลือเลือดเหลือง) เมื่อไอออน Fe 3+ และ 4 โต้ตอบ ตะกอนสีฟ้าสดใสจะตกตะกอน

สารละลายโพแทสเซียมเฮกซาไซยาโนเฟอเรต (III) (K) K 3 ซึ่งก่อนหน้านี้เรียกว่าเกลือเลือดแดง สามารถทำหน้าที่เป็นตัวทำปฏิกิริยาสำหรับไอออน Fe 2+ ในสารละลาย ระหว่างการทำงานร่วมกันของไอออน Fe 3+ และ 3 การตกตะกอนสีฟ้าสดใสขององค์ประกอบเดียวกันจะตกตะกอนเช่นเดียวกับในกรณีของปฏิกิริยาของไอออน Fe 3+ และ 4

โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน:เหล็กใช้เป็นหลักในโลหะผสม ส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมที่มีคาร์บอน (C) เหล็กหล่อและเหล็กกล้าต่างๆ ในเหล็กหล่อ ปริมาณคาร์บอนจะสูงกว่า 2.14% โดยมวล (โดยปกติอยู่ที่ระดับ 3.5-4%) ในเหล็กจะมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า (โดยปกติอยู่ที่ระดับ 0.8-1%)

เหล็กหล่อได้มาจากเตาหลอม เตาหลอมเป็นรูปทรงกรวยขนาดยักษ์ (สูงถึง 30-40 ม.) ที่ถูกตัดทอน ด้านในเป็นโพรง ผนังของเตาหลอมถลุงนั้นปูด้วยอิฐทนไฟจากด้านในความหนาของอิฐหลายเมตร จากเบื้องบน แร่เหล็กที่เสริมสมรรถนะ (ปราศจากเศษหิน) สารรีดิวซ์โค้ก (ถ่านหินแข็งเกรดพิเศษที่ผ่านการโค้กให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 ° C โดยไม่มีอากาศ) รวมถึงวัสดุหลอม (หินปูนและอื่น ๆ ) ที่มีส่วนช่วย ไปจนถึงการแยกเศษโลหะเจือปนจากตะกรัน จากด้านล่าง ระเบิดจะถูกป้อนเข้าไปในเตาหลอม (ออกซิเจนบริสุทธิ์ (O) หรืออากาศที่อุดมด้วยออกซิเจน (O)) เมื่อวัสดุที่บรรจุลงในเตาหลอมถลุงระเบิด อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 1200-1300 องศาเซลเซียส อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการลดลงที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่โดยมีส่วนร่วมของโค้ก C และ CO:

เฟ 2 O 3 + 3C \u003d 2Fe + 3CO;

เฟ 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

เหล็กโลหะถูกสร้างขึ้นซึ่งอิ่มตัวด้วยคาร์บอน (C) และไหลลงมา

ของเหลวที่หลอมเหลวนี้จะถูกปล่อยออกมาเป็นระยะๆ จากเตาหลอม บลาสต์ผ่านกรงรูพิเศษ และอนุญาตให้หลอมละลายในรูปแบบพิเศษ เหล็กหล่อเป็นสีขาวที่เรียกว่าเหล็กหมู (ใช้ในการผลิตเหล็ก) และสีเทาหรือเหล็กหล่อ เหล็กหล่อสีขาวเป็นสารละลายของแข็งของคาร์บอน (C) ในเหล็ก microcrystals กราไฟท์สามารถแยกแยะได้ในโครงสร้างจุลภาคของเหล็กหล่อสีเทา เนื่องจากมีกราไฟต์อยู่ เหล็กหล่อสีเทาจึงทิ้งรอยไว้บนกระดาษสีขาว

เหล็กหล่อนั้นเปราะ มันแทงเมื่อกระแทก ดังนั้นสปริง สปริง และผลิตภัณฑ์ใดๆ ที่ต้องใช้ในการดัดจะไม่สามารถทำจากเหล็กหล่อได้

เหล็กหล่อแข็งจะเบากว่าเหล็กหล่อหลอมเหลว ดังนั้นเมื่อแข็งตัวแล้ว จะไม่หดตัว (ตามปกติกับการแข็งตัวของโลหะและโลหะผสม) แต่จะขยายตัว คุณสมบัตินี้ช่วยให้คุณทำการหล่อแบบต่างๆ จากเหล็กหล่อ รวมถึงใช้เป็นวัสดุสำหรับการหล่อแบบมีศิลปะ

หากปริมาณคาร์บอน (C) ในเหล็กหล่อลดลงเหลือ 1.0-1.5% ก็จะเกิดเหล็กขึ้น เหล็กเป็นคาร์บอน (ไม่มีส่วนประกอบอื่นในเหล็กดังกล่าวยกเว้น Fe และ C) และโลหะผสม (เหล็กดังกล่าวมีสารเติมแต่งของโครเมียม (Cr), นิกเกิล (Ni), โมลิบดีนัม (Mo), โคบอลต์ (Co) และโลหะอื่น ๆ ที่ปรับปรุงกลไก และคุณสมบัติของเหล็กอื่นๆ)

เหล็กได้มาจากการแปรรูปเหล็กหมูและเศษโลหะในตัวแปลงออกซิเจน ในอาร์คไฟฟ้าหรือเตาเผาแบบเปิด ด้วยการประมวลผลดังกล่าว ปริมาณคาร์บอน (C) ในโลหะผสมจะลดลงถึงระดับที่ต้องการ ดังที่กล่าวกันว่าคาร์บอนส่วนเกิน (C) จะเผาไหม้ออก

คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กแตกต่างอย่างมากจากคุณสมบัติของเหล็กหล่อ: เหล็กมีความยืดหยุ่น สามารถหลอม รีดได้ เนื่องจากเหล็ก ซึ่งแตกต่างจากเหล็กหล่อ หดตัวระหว่างการแข็งตัว การหล่อเหล็กที่ได้จึงถูกบีบอัดในโรงรีด หลังจากกลิ้งแล้ว ช่องว่างและเปลือกจะหายไปในปริมาตรของโลหะ ซึ่งปรากฏขึ้นระหว่างการแข็งตัวของโลหะหลอมเหลว

การผลิตเหล็กในรัสเซียมีขนบธรรมเนียมที่สืบทอดมายาวนาน และเหล็กที่นักโลหะวิทยาของเราได้รับนั้นมีคุณภาพสูง

ประวัติการได้รับธาตุเหล็ก:เหล็กได้เล่นและมีบทบาทสำคัญในประวัติศาสตร์วัตถุของมนุษยชาติ เหล็กโลหะชนิดแรกที่ตกลงไปอยู่ในมือของมนุษย์น่าจะเป็นแหล่งกำเนิดของอุกกาบาต แร่เหล็กมีอยู่ทั่วไปและมักพบได้แม้บนพื้นผิวโลก แต่ธาตุเหล็กที่มีอยู่บนพื้นผิวนั้นหายากมาก น่าจะเป็นเมื่อสองสามพันปีที่แล้ว มีคนสังเกตว่าหลังจากจุดไฟแล้ว ในบางกรณี การก่อตัวของเหล็กนั้นสังเกตได้จากเศษแร่ที่บังเอิญไปจบลงด้วยไฟ เมื่อเผาไฟ การลดลงของธาตุเหล็กจากแร่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของแร่ทั้งโดยตรงกับถ่านหินและคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) CO ที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ ความเป็นไปได้ในการได้รับธาตุเหล็กจากแร่ช่วยอำนวยความสะดวกอย่างมากในการค้นพบข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อแร่ถูกทำให้ร้อนด้วยถ่านหิน โลหะจะก่อตัวขึ้น ซึ่งสามารถนำไปกลั่นเพิ่มเติมได้ในระหว่างการตีขึ้นรูป การสกัดเหล็กจากแร่โดยใช้กระบวนการผลิตชีสถูกคิดค้นขึ้นในเอเชียตะวันตกในสหัสวรรษที่ 2 ก่อนคริสต์ศักราช ช่วงเวลาตั้งแต่ 9 ศตวรรษที่ 7 ก่อนคริสตกาล เมื่อหลายเผ่าในยุโรปและเอเชียพัฒนาโลหะวิทยาเหล็ก เรียกว่ายุคเหล็กซึ่งเข้ามาแทนที่ยุคสำริด การปรับปรุงวิธีการเป่า (ขนธรรมชาติถูกแทนที่ด้วยขน) และการเพิ่มความสูงของเตา (เตาหลอมเพลาต่ำปรากฏขึ้น) นำไปสู่การผลิตเหล็กหมูซึ่งเริ่มถลุงกันอย่างแพร่หลายในยุโรปตะวันตกตั้งแต่วันที่ 14 ศตวรรษ. เหล็กหล่อที่ได้จะถูกแปลงเป็นเหล็ก ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 18 ถ่านโค้กเริ่มถูกนำมาใช้แทนถ่านในกระบวนการผลิตเตาหลอม ต่อจากนั้นวิธีการรับเหล็กจากแร่ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญและในปัจจุบันมีการใช้อุปกรณ์พิเศษสำหรับสิ่งนี้ - เตาหลอมเหลว, เครื่องแปลงออกซิเจนและเตาอาร์คไฟฟ้า

ค้นหาในธรรมชาติ:เหล็กมีการกระจายอย่างกว้างขวางในเปลือกโลก - คิดเป็นประมาณ 4.1% ของมวลของเปลือกโลก (อันดับที่ 4 จากองค์ประกอบทั้งหมด 2 ในกลุ่มโลหะ) แร่และแร่ธาตุจำนวนมากที่มีธาตุเหล็กเป็นที่รู้จักกันดี แร่เหล็กที่มีความสำคัญทางปฏิบัติมากที่สุดคือแร่เหล็กสีแดง (แร่เฮมาไทต์, Fe 2 O 3; ประกอบด้วย Fe มากถึง 70%), แร่เหล็กแม่เหล็ก (แร่แม่เหล็ก, Fe 3 O 4; ประกอบด้วย 72.4% Fe), แร่เหล็กสีน้ำตาล (แร่ไฮโดรเจไทต์ HFeO2 น H 2 O) รวมทั้งแร่เหล็กแหลม (แร่ไซด์ไรต์, เหล็กคาร์บอเนต, FeCO 3; ประกอบด้วย Fe ประมาณ 48%) แร่ไพไรต์ FeS 2 จำนวนมากยังพบได้ในธรรมชาติ (ชื่ออื่นๆ ได้แก่ ซัลเฟอร์ไพไรต์ เหล็กไพไรต์ เหล็กไดซัลไฟด์ และอื่นๆ) แต่แร่ที่มีปริมาณกำมะถันสูงยังไม่มีความสำคัญในทางปฏิบัติ ในแง่ของแร่เหล็กสำรอง รัสเซียเป็นอันดับแรกในโลก ในน้ำทะเล 1 10 5 1 10 8% ธาตุเหล็ก

การใช้เหล็ก โลหะผสม และสารประกอบ:เหล็กบริสุทธิ์มีการใช้งานค่อนข้างจำกัด ใช้ในการผลิตแกนแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการทางเคมี และเพื่อวัตถุประสงค์อื่น แต่โลหะผสมของเหล็กหล่อและเหล็กกล้าเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีสมัยใหม่ สารประกอบเหล็กหลายชนิดยังใช้กันอย่างแพร่หลาย ดังนั้นเหล็ก (III) ซัลเฟตจึงถูกใช้ในการบำบัดน้ำ เหล็กออกไซด์และไซยาไนด์ทำหน้าที่เป็นเม็ดสีในการผลิตสีย้อมและอื่น ๆ

บทบาททางชีวภาพ:ธาตุเหล็กมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตของพืชและสัตว์ทั้งหมดเป็นธาตุ นั่นคือ ในปริมาณที่น้อยมาก (ประมาณ 0.02% โดยเฉลี่ย) อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียธาตุเหล็กที่ใช้พลังงานของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก (II) กับธาตุเหล็ก (III) สำหรับการสังเคราะห์ทางเคมีสามารถสะสมธาตุเหล็กได้มากถึง 17-20% ในเซลล์ของพวกมัน หน้าที่ทางชีววิทยาหลักของธาตุเหล็กคือการมีส่วนร่วมในการขนส่งออกซิเจน (O) และกระบวนการออกซิเดชัน หน้าที่ของธาตุเหล็กนี้ทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนที่ซับซ้อน - hemoproteins ซึ่งเป็นกลุ่มเทียมที่มีธาตุเหล็ก porphyrin complex - heme ในบรรดาเฮโมโปรตีนที่สำคัญที่สุด ได้แก่ ฮีโมโกลบินและไมโอโกลบินจากเม็ดสีระบบทางเดินหายใจ ตัวพาอิเล็กตรอนสากลในปฏิกิริยาการหายใจของเซลล์ การเกิดออกซิเดชันและการสังเคราะห์ด้วยแสง ไซโตโครม เอนไซม์คาตาโลสและเปอร์ออกไซด์ และอื่นๆ ในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด heloerythrin และ chlorocruorin เม็ดสีระบบทางเดินหายใจที่มีธาตุเหล็กมีโครงสร้างที่แตกต่างจากเฮโมโกลบิน ในระหว่างการสังเคราะห์ทางชีวเคมีของเฮโมโปรตีน ธาตุเหล็กจะส่งผ่านไปยังโปรตีนเฟอร์ริติน ซึ่งเก็บและขนส่งธาตุเหล็ก โปรตีนนี้ หนึ่งโมเลกุลซึ่งมีธาตุเหล็กประมาณ 4,500 อะตอม กระจุกตัวอยู่ในตับ ม้าม ไขกระดูก และเยื่อบุลำไส้ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและมนุษย์ ความต้องการธาตุเหล็กในแต่ละวันของมนุษย์ (6-20 มก.) ครอบคลุมไปด้วยอาหาร (เนื้อสัตว์ ตับ ไข่ ขนมปัง ผักโขม หัวบีต และอื่นๆ ที่อุดมไปด้วยธาตุเหล็ก) ร่างกายของคนทั่วไป (น้ำหนักตัว 70 กก.) มีธาตุเหล็ก 4.2 กรัม เลือด 1 ลิตรมีประมาณ 450 มก. เมื่อร่างกายขาดธาตุเหล็ก โรคโลหิตจางจากต่อมจะพัฒนา ซึ่งรักษาด้วยยาที่มีธาตุเหล็ก การเตรียมธาตุเหล็กยังใช้เป็นยาชูกำลังทั่วไป ปริมาณธาตุเหล็กที่มากเกินไป (200 มก. หรือมากกว่า) อาจเป็นพิษได้ ธาตุเหล็กยังจำเป็นสำหรับการพัฒนาตามปกติของพืช ดังนั้นจึงมีปุ๋ยไมโครตามการเตรียมธาตุเหล็ก