เหล็กสีอะไร. สาม

ผลิตภัณฑ์แรกที่ทำจากเหล็กและโลหะผสมถูกค้นพบระหว่างการขุดค้นและมีอายุย้อนไปถึงประมาณ 4 สหัสวรรษก่อนคริสต์ศักราช นั่นคือแม้แต่ชาวอียิปต์โบราณและชาวสุเมเรียนก็ใช้อุกกาบาตสะสมของสารนี้เพื่อทำเครื่องประดับและของใช้ในครัวเรือนรวมถึงอาวุธ

ทุกวันนี้ สารประกอบเหล็กชนิดต่าง ๆ เช่นเดียวกับโลหะบริสุทธิ์ เป็นสารที่ใช้บ่อยที่สุด ไม่น่าแปลกใจที่ศตวรรษที่ 20 ถือเป็นเหล็ก ท้ายที่สุด ก่อนการถือกำเนิดและการใช้พลาสติกและวัสดุที่เกี่ยวข้องอย่างแพร่หลาย สารประกอบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อมนุษย์ องค์ประกอบนี้คืออะไรและเป็นสารอะไรเราจะพิจารณาในบทความนี้

ธาตุเหล็ก

หากเราพิจารณาโครงสร้างของอะตอม อันดับแรก เราควรระบุตำแหน่งของมันในระบบธาตุ

1. หมายเลขลำดับ - 26.
2. ช่วงเวลานี้เป็นช่วงใหญ่ที่สี่
3. กลุ่มที่แปด กลุ่มย่อยรอง
4. น้ำหนักอะตอมเท่ากับ 55.847
5. โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกแสดงโดยสูตร 3d 6 4s 2 .
6. - เฟ
7. ชื่อเหล็ก อ่านในสูตรคือ "เฟอร์รัม"
8. ในธรรมชาติมีไอโซโทปเสถียรสี่ไอโซโทปของธาตุที่เป็นปัญหาด้วยเลขมวล 54, 56, 57, 58

ธาตุเหล็กยังมีไอโซโทปที่แตกต่างกันประมาณ 20 ชนิดที่ไม่เสถียร สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ที่อะตอมที่กำหนดสามารถแสดงได้คือ:

ไม่เพียงแต่องค์ประกอบเท่านั้นที่มีความสำคัญ แต่ยังรวมถึงสารประกอบและโลหะผสมต่างๆ ด้วย

คุณสมบัติทางกายภาพ

ในฐานะที่เป็นสารธรรมดา เหล็กมีความเป็นโลหะเด่นชัด นั่นคือมันเป็นโลหะสีขาวเงินที่มีโทนสีเทาซึ่งมีความเหนียวและความเหนียวในระดับสูงและมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง หากเราพิจารณาคุณสมบัติโดยละเอียดแล้ว:

• จุดหลอมเหลว - 1539 0 С;
• เดือด - 2862 0 C;
• กิจกรรม - เฉลี่ย;
• การหักเหของแสง - สูง
• แสดงคุณสมบัติแม่เหล็กที่เด่นชัด

ขึ้นอยู่กับสภาวะและอุณหภูมิที่แตกต่างกัน มีการดัดแปลงหลายอย่างที่เป็นเหล็ก คุณสมบัติทางกายภาพของพวกเขาแตกต่างจากข้อเท็จจริงที่ว่าโครงผลึกแตกต่างกัน

การปรับเปลี่ยนทั้งหมดมีโครงสร้างแบบคริสตัลแลตทิคส์ที่แตกต่างกันและมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กต่างกัน

คุณสมบัติทางเคมี

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ธาตุเหล็กอย่างง่ายแสดงกิจกรรมทางเคมีปานกลาง อย่างไรก็ตาม ในสภาพที่กระจัดกระจายอย่างประณีต มันสามารถจุดไฟได้เองในอากาศ และตัวโลหะเองก็เผาไหม้ออกด้วยออกซิเจนบริสุทธิ์

ความสามารถในการกัดกร่อนสูง ดังนั้นโลหะผสมของสารนี้จึงเคลือบด้วยสารประกอบอัลลอยด์ เหล็กสามารถโต้ตอบกับ:

• กรด;
• ออกซิเจน (รวมถึงอากาศ);
• สีเทา;
• ฮาโลเจน;
• เมื่อถูกความร้อน - ด้วยไนโตรเจนฟอสฟอรัสคาร์บอนและซิลิกอน
• ด้วยเกลือของโลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าลดให้เป็นสารธรรมดา
• ด้วยไอน้ำที่คมชัด
• ด้วยเกลือของเหล็กในสถานะออกซิเดชัน +3

เห็นได้ชัดว่า เมื่อแสดงกิจกรรมดังกล่าว โลหะสามารถสร้างสารประกอบต่างๆ ได้หลากหลายและมีขั้วในคุณสมบัติ และมันก็เกิดขึ้น เหล็กและสารประกอบของเหล็กมีความหลากหลายอย่างมาก และมีการใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และกิจกรรมของมนุษย์ในอุตสาหกรรมต่างๆ

การแพร่กระจายในธรรมชาติ

สารประกอบเหล็กตามธรรมชาตินั้นพบได้ทั่วไป เนื่องจากเป็นองค์ประกอบที่พบมากเป็นอันดับสองของโลกรองจากอะลูมิเนียม ในเวลาเดียวกัน ในรูปแบบบริสุทธิ์ โลหะหายากมาก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอุกกาบาต ซึ่งบ่งชี้การสะสมขนาดใหญ่ในอวกาศ มวลหลักอยู่ในองค์ประกอบของแร่หินและแร่ธาตุ

หากเราพูดถึงเปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบที่เป็นปัญหาในธรรมชาติก็สามารถให้ตัวเลขต่อไปนี้

1. แกนของดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน - 90%
2. ในเปลือกโลก - 5%
3. ในเสื้อคลุมของโลก - 12%
4. ในแกนโลก - 86%
5. ในน้ำในแม่น้ำ - 2 mg/l.
6. ในทะเลและมหาสมุทร - 0.02 mg / l

สารประกอบเหล็กที่พบบ่อยที่สุดมีแร่ธาตุดังต่อไปนี้:

• แมกนีไทต์;
• แร่ลิโมไนต์หรือแร่เหล็กสีน้ำตาล
• วิเวียนไนท์;
• ไพโรไทต์;
• หนาแน่น;
• ไซด์ไรต์;
• มาร์คาไซต์;
• เลลลิงไจต์;
• มิสพิเกล;
• milanterite และอื่นๆ

นี่ยังคงเป็นรายการยาวเพราะมีพวกเขามากมายจริงๆ นอกจากนี้โลหะผสมต่าง ๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นแพร่หลายเช่นกัน เหล่านี้เป็นสารประกอบเหล็กเช่นกันโดยที่เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตสมัยใหม่ของผู้คน ซึ่งรวมถึงสองประเภทหลัก:

• เหล็กหล่อ;
• กลายเป็น.

เหล็กยังเป็นส่วนผสมที่มีค่าสำหรับโลหะผสมนิกเกิลหลายชนิด

สารประกอบเหล็ก (II)

ซึ่งรวมถึงสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบการขึ้นรูปเป็น +2 มีจำนวนค่อนข้างมากเพราะรวมถึง:

• ออกไซด์;
• ไฮดรอกไซด์;
• สารประกอบไบนารี
• เกลือที่ซับซ้อน
• สารประกอบที่ซับซ้อน

สูตรของสารประกอบเคมีที่ธาตุเหล็กแสดงระดับการเกิดออกซิเดชันที่ระบุเป็นสูตรเฉพาะสำหรับแต่ละชั้น พิจารณาสิ่งที่สำคัญที่สุดและเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด

1. เหล็ก (II) ออกไซด์ผงสีดำไม่ละลายในน้ำ ลักษณะของการเชื่อมต่อเป็นพื้นฐาน มันสามารถออกซิไดซ์ได้อย่างรวดเร็ว แต่ก็สามารถลดลงเป็นสารธรรมดาได้อย่างง่ายดาย มันละลายในกรดเพื่อสร้างเกลือที่สอดคล้องกัน สูตร - FeO
2. เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์เป็นตะกอนอสัณฐานสีขาว เกิดจากปฏิกิริยาของเกลือกับเบส (ด่าง) มันแสดงคุณสมบัติพื้นฐานที่อ่อนแอสามารถออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศเป็นสารประกอบเหล็ก +3 สูตร - Fe (OH) 2
3. เกลือของธาตุในสถานะออกซิเดชันที่ระบุตามกฎแล้วพวกเขามีสีเขียวซีดของสารละลายออกซิไดซ์ได้ดีแม้ในอากาศรับและเปลี่ยนเป็นเกลือเหล็ก 3 พวกมันละลายในน้ำ ตัวอย่างของสารประกอบ: FeCL 2 , FeSO 4 , Fe(NO 3) 2 .

   

   สารประกอบหลายชนิดมีความสำคัญในทางปฏิบัติในบรรดาสารที่กำหนด ประการแรก (II) นี่คือซัพพลายเออร์หลักของไอออนในร่างกายมนุษย์ที่เป็นโรคโลหิตจาง เมื่อผู้ป่วยได้รับการวินิจฉัยว่าป่วย เขาจะได้รับการเตรียมการที่ซับซ้อนซึ่งขึ้นอยู่กับสารประกอบที่เป็นปัญหา นี่คือการเติมเต็มของการขาดธาตุเหล็กในร่างกาย

   ประการที่สองนั่นคือเหล็ก (II) ซัลเฟตร่วมกับทองแดงใช้เพื่อทำลายศัตรูพืชทางการเกษตรในพืชผล วิธีการนี้ได้รับการพิสูจน์ประสิทธิภาพมานานกว่าสิบปี ดังนั้นจึงเป็นที่ชื่นชมของชาวสวนและชาวสวนเป็นอย่างมาก

   เกลือโมรา

   นี่คือสารประกอบที่เป็นผลึกไฮเดรตของเหล็กและแอมโมเนียมซัลเฟต สูตรนี้เขียนเป็น FeSO 4 * (NH 4) 2 SO 4 * 6H 2 O หนึ่งในสารประกอบเหล็ก (II) ซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติ พื้นที่หลักของการใช้งานของมนุษย์มีดังนี้

   1. เภสัชกรรม.
   2. การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการวิเคราะห์ไททริเมทริกในห้องปฏิบัติการ (เพื่อกำหนดเนื้อหาของโครเมียม โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต วานาเดียม)
   3. ยา - เป็นสารเติมแต่งให้กับอาหารที่ขาดธาตุเหล็กในร่างกายของผู้ป่วย
   4. สำหรับการชุบผลิตภัณฑ์ไม้เนื่องจากเกลือโมราป้องกันกระบวนการผุกร่อน

   มีพื้นที่อื่น ๆ ที่สารนี้พบว่ามีการใช้งาน มันได้รับชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่นักเคมีชาวเยอรมันผู้ค้นพบคุณสมบัติที่ปรากฏเป็นครั้งแรก

   สารที่มีสถานะออกซิเดชันของเหล็ก (III)

   คุณสมบัติของสารประกอบเหล็กซึ่งแสดงสถานะออกซิเดชันที่ +3 ค่อนข้างแตกต่างไปจากที่กล่าวไว้ข้างต้น ดังนั้นธรรมชาติของออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่สอดคล้องกันจึงไม่ใช่พื้นฐานอีกต่อไป แต่เป็นแอมโฟเทอริกที่เด่นชัด เราให้คำอธิบายของสารหลัก

   
   

   ในบรรดาตัวอย่างที่ให้ไว้ จากมุมมองเชิงปฏิบัติ ผลึกไฮเดรตเช่น FeCL 3 * 6H 2 O หรือเหล็ก (III) คลอไรด์เฮกซาไฮเดรตเป็นสิ่งสำคัญ ใช้ในยาเพื่อหยุดเลือดไหลและเติมธาตุเหล็กในร่างกายด้วยโรคโลหิตจาง

   Iron(III) sulfate pentahydrate ใช้ในการทำให้น้ำดื่มบริสุทธิ์ เนื่องจากมีลักษณะเป็นสารตกตะกอน

   สารประกอบเหล็ก (VI)

   สูตรของสารประกอบทางเคมีของเหล็กซึ่งมีสถานะออกซิเดชันพิเศษเท่ากับ +6 สามารถเขียนได้ดังนี้

   • K 2 FeO 4 ;
   • นา 2 FeO 4 ;
   • MgFeO4 และอื่นๆ

   ทั้งหมดมีชื่อสามัญ - เฟอร์เรต - และมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน (ตัวรีดิวซ์ที่แรง) พวกเขายังสามารถฆ่าเชื้อและมีผลฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ซึ่งช่วยให้สามารถใช้บำบัดน้ำดื่มในระดับอุตสาหกรรมได้

   สารประกอบเชิงซ้อน

   สารพิเศษมีความสำคัญมากในเคมีวิเคราะห์และไม่เพียงเท่านั้น ที่เกิดขึ้นในสารละลายของเกลือ เหล่านี้เป็นสารประกอบที่ซับซ้อนของเหล็ก ที่นิยมมากที่สุดและได้รับการศึกษาเป็นอย่างดีมีดังนี้

   1. โพแทสเซียม hexacyanoferrate (II) K 4 .อีกชื่อหนึ่งของสารประกอบคือเกลือเลือดเหลือง ใช้สำหรับการกำหนดคุณภาพของไอออนเหล็ก Fe 3+ ในสารละลาย เป็นผลมาจากการเปิดรับแสง สารละลายจะได้สีฟ้าสดใสที่สวยงาม เนื่องจากมีการสร้างคอมเพล็กซ์อื่นขึ้นมา - Prussian blue KFe 3+ ตั้งแต่สมัยโบราณมันถูกใช้เป็น
   2. โพแทสเซียม hexacyanoferrate (III) K 3 .อีกชื่อหนึ่งคือเกลือเลือดแดง มันถูกใช้เป็นรีเอเจนต์เชิงคุณภาพสำหรับการกำหนดไอออนของเหล็ก Fe 2+ เป็นผลให้เกิดตะกอนสีน้ำเงินซึ่งเรียกว่าเทิร์นบูลล์สีน้ำเงิน ยังใช้เป็นสีย้อมผ้า

   

   ธาตุเหล็กในอินทรียวัตถุ

   เหล็กและสารประกอบ ดังที่เราได้เห็นแล้ว มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมากในชีวิตทางเศรษฐกิจของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม นอกจากนี้ บทบาททางชีววิทยาในร่างกายของมันก็ยังดีไม่น้อย

   มีโปรตีนที่สำคัญอย่างหนึ่งซึ่งรวมถึงองค์ประกอบนี้ด้วย นี่คือเฮโมโกลบิน ต้องขอบคุณเขาที่ขนส่งออกซิเจนและการแลกเปลี่ยนก๊าซที่สม่ำเสมอและทันเวลา ดังนั้นบทบาทของธาตุเหล็กในกระบวนการสำคัญ - การหายใจ - นั้นยิ่งใหญ่มาก

   

   โดยรวมแล้วร่างกายมนุษย์มีธาตุเหล็กประมาณ 4 กรัม ซึ่งจะต้องได้รับการเติมเต็มอย่างต่อเนื่องผ่านอาหารที่บริโภคเข้าไป

เหล็ก(ละติน ferrum), fe, องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม viii ของระบบธาตุ Mendeleev; เลขอะตอม 26 มวลอะตอม 55.847; โลหะสีขาวสีเงินมันวาว องค์ประกอบในธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปเสถียรสี่ไอโซโทป: 54 fe (5.84%), 56 fe (91.68%), 57 fe (2.17%) และ 58 fe (0.31%)

ประวัติอ้างอิง เหล็กเป็นที่รู้จักในสมัยก่อนประวัติศาสตร์ แต่พบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในภายหลัง เนื่องจากพบได้ยากมากในธรรมชาติในรัฐอิสระ และการผลิตแร่จากแร่ก็เป็นไปได้เฉพาะที่การพัฒนาเทคโนโลยีระดับหนึ่งเท่านั้น อาจเป็นครั้งแรกที่คนคุ้นเคยกับอุกกาบาตเหล็กตามหลักฐานจากชื่อในภาษาของชนชาติโบราณ: "beni-pet" ของอียิปต์โบราณหมายถึง "เหล็กสวรรค์"; sideros กรีกโบราณมีความเกี่ยวข้องกับภาษาละติน sidus (สัมพันธการก sideris) - ดาวซึ่งเป็นเทห์ฟากฟ้า ในตำราฮิตไทต์ของศตวรรษที่ 14 BC อี Zh. ถูกกล่าวถึงว่าเป็นโลหะที่ตกลงมาจากฟากฟ้า ในภาษาโรมานซ์ รากของชื่อที่กำหนดโดยชาวโรมันได้รับการเก็บรักษาไว้ (เช่น เฟอร์ฝรั่งเศส เฟอร์โรอิตาลี)

วิธีการรับธาตุเหล็กจากแร่ถูกประดิษฐ์ขึ้นในส่วนตะวันตกของเอเชียในสหัสวรรษที่ 2 ก่อนคริสต์ศักราช อี.; หลังจากนั้น การใช้ Zh. ก็แพร่หลายในบาบิโลน อียิปต์ และกรีซ สำหรับการเปลี่ยนแปลง ยุคสำริดมา ยุคเหล็ก.โฮเมอร์ (ในบทที่ 23 ของ Iliad) เล่าว่า Achilles ได้มอบรางวัลให้ผู้ชนะในการแข่งขันขว้างจักรด้วยจานเหล็กร้องไห้ ในยุโรปและมาตุภูมิโบราณมาหลายศตวรรษ Zh ได้รับ กระบวนการชีสแร่เหล็กถูกลดทอนด้วยถ่านในเตาหลอมที่สร้างขึ้นในหลุม อากาศถูกสูบเข้าไปในเตาเผาด้วยเครื่องสูบลม ผลิตภัณฑ์ลดขนาด - kritsu ถูกแยกออกจากตะกรันโดยการทุบด้วยค้อนและหลอมผลิตภัณฑ์ต่างๆ เมื่อวิธีการเป่าได้รับการปรับปรุงและความสูงของเตาเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของกระบวนการก็เพิ่มขึ้นและส่วนหนึ่งของเหล็กกลายเป็นคาร์บูไรซ์ กล่าวคือ มันกลับกลายเป็นว่า เหล็กหล่อ; ผลิตภัณฑ์ที่เปราะบางนี้ถือเป็นของเสีย ดังนั้นชื่อเหล็กหมู เหล็กหมู - เหล็กหมูอังกฤษ ต่อมาพบว่าเมื่อไม่ใช่แร่เหล็ก แต่เหล็กหล่อถูกบรรจุเข้าไปในเตาไฟ เหล็กคาร์บอนต่ำก็ได้รับเช่นกัน และกระบวนการสองขั้นตอนดังกล่าวกลับกลายเป็นว่าทำกำไรได้มากกว่ากระบวนการหลอมดิบ ในศตวรรษที่ 12-13 วิธีการกรีดร้องนั้นแพร่หลายไปแล้ว ในศตวรรษที่ 14 เหล็กหล่อเริ่มหลอมไม่เพียงแต่เป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปสำหรับการแปรรูปต่อไป แต่ยังเป็นวัสดุสำหรับการหล่อผลิตภัณฑ์ต่างๆ การสร้างเตาไฟขึ้นใหม่ในเตาหลอมแบบมีก้าน ("domnitsa") จากนั้นจึงกลายเป็นเตาหลอมเหล็กหลอมเหลว ย้อนกลับไปในช่วงเวลาเดียวกัน กลางศตวรรษที่ 18 ในยุโรป กระบวนการเบ้าหลอมเพื่อการได้มา กลายเป็นซึ่งเป็นที่รู้จักในอาณาเขตของซีเรียในสมัยต้นของยุคกลาง แต่ภายหลังกลับกลายเป็นว่าถูกลืมเลือนไป ด้วยวิธีนี้ เหล็กได้มาจากการหลอมโลหะผสมในภาชนะขนาดเล็ก (ถ้วยใส่ตัวอย่าง) จากมวลที่ทนไฟสูง ในช่วงไตรมาสสุดท้ายของศตวรรษที่ 18 กระบวนการหลอมกระจายของเหล็กหล่อเป็นเหล็กเริ่มก่อตัวขึ้นบนเตาหลอมของเตาหลอมที่ลุกเป็นไฟ การปฏิวัติอุตสาหกรรมในศตวรรษที่ 18 และต้นศตวรรษที่ 19 การประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำ และการก่อสร้างทางรถไฟ สะพานขนาดใหญ่ และกองเรือไอน้ำทำให้เกิดความต้องการเหล็กและโลหะผสมอย่างมหาศาล อย่างไรก็ตาม วิธีการผลิตเหล็กที่มีอยู่ทั้งหมดไม่สามารถตอบสนองความต้องการของตลาดได้ การผลิตเหล็กจำนวนมากเริ่มต้นขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เท่านั้นเมื่อมีการพัฒนากระบวนการเบสเซเมอร์ โธมัส และเตาเผาแบบเปิด ในศตวรรษที่ 20 กระบวนการผลิตเหล็กด้วยไฟฟ้าเกิดขึ้นและแพร่หลาย ทำให้ได้เหล็กคุณภาพสูง

การกระจายในธรรมชาติ ในแง่ของเนื้อหาในเปลือกโลก (4.65% โดยน้ำหนัก) อลูมิเนียมอยู่ในอันดับที่สองในบรรดาโลหะ (อลูมิเนียมอยู่ในอันดับแรก) มันอพยพอย่างแรงในเปลือกโลก ก่อตัวเป็นแร่ธาตุประมาณ 300 ชนิด (ออกไซด์ ซัลไฟด์ ซิลิเกต คาร์บอเนต ไททาเนต ฟอสเฟต ฯลฯ) Zh. มีส่วนร่วมในกระบวนการ magmatic, hydrothermal และ supergene ซึ่งเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของตะกอนประเภทต่างๆ Zh. - โลหะของความลึกของโลกมันสะสมในระยะแรกของการตกผลึกของแมกมาในหิน ultrabasic (9.85%) และพื้นฐาน (8.56%) (ในหินแกรนิตมีเพียง 2.7%) ในชีวมณฑล ธาตุเหล็กสะสมอยู่ในตะกอนในทะเลและในทวีปต่างๆ ก่อตัวเป็นแร่ตะกอน

ปฏิกิริยารีดอกซ์มีบทบาทสำคัญในธรณีเคมีของเหล็ก นั่นคือการเปลี่ยนธาตุเหล็ก 2 วาเลนต์เป็นธาตุเหล็กไตรวาเลนต์ และในทางกลับกัน ในชีวมณฑลเมื่อมีสารอินทรีย์ fe 3+ จะลดลงเป็น fe 2+ และโยกย้ายได้ง่าย และเมื่อพบออกซิเจนในบรรยากาศ fe 2+ จะถูกออกซิไดซ์ ทำให้เกิดไฮดรอกไซด์ของธาตุเหล็ก 3-valent สะสม สารประกอบที่แพร่หลายของ 3-valent iron มีสีแดง สีเหลือง สีน้ำตาล สิ่งนี้กำหนดสีของหินตะกอนจำนวนมากและชื่อของมัน - "การก่อตัวของสีแดง" (ดินร่วนและดินเหนียวสีแดงและสีน้ำตาล ทรายสีเหลือง ฯลฯ )

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี. คุณค่าของ Zh. ในเทคโนโลยีสมัยใหม่นั้นไม่ได้ถูกกำหนดโดยการกระจายในธรรมชาติอย่างกว้าง ๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติที่มีค่ามากด้วย เป็นพลาสติก หลอมได้ง่ายทั้งในสภาวะเย็นและร้อน สามารถรีด ประทับตรา และดึงได้ ความสามารถในการละลายคาร์บอนและองค์ประกอบอื่น ๆ ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการได้รับโลหะผสมเหล็กต่างๆ

Zh สามารถอยู่ในรูปของผลึกขัดแตะสองอัน: a - และ g - ลูกบาศก์ศูนย์กลางของร่างกาย (bcc) และลูกบาศก์ที่เน้นใบหน้า (fcc) ต่ำกว่า 910 °C a - fe มีความคงตัวด้วยตาข่าย bcc (a = 2.86645 å ที่ 20 °C) ระหว่าง 90°C ถึง 1400 °C การปรับเปลี่ยน g ด้วยตาข่าย fcc จะคงที่ (a = 3.64 å) ที่สูงกว่า 1400 °C ตาข่าย bcc d-fe (a = 2.94 å) จะก่อตัวขึ้นอีกครั้ง ซึ่งมีความเสถียรจนถึงจุดหลอมเหลว (1539°C) a - fe เฟอร์โรแมกเนติกสูงถึง 769°C (จุดคิวรี) การดัดแปลง g -fe และ d -fe เป็นพาราแมกเนติก

การเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบของเหล็กและเหล็กกล้าในระหว่างการให้ความร้อนและความเย็นถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2411 โดย D.K. เชอร์นอฟ. รูปแบบคาร์บอนด้วย J. โซลูชั่นที่เป็นของแข็งโฆษณาคั่นระหว่างหน้าซึ่งอะตอม C ที่มีรัศมีอะตอมขนาดเล็ก (0.77 å) อยู่ในช่องว่างของโครงผลึกโลหะซึ่งประกอบด้วยอะตอมขนาดใหญ่ (รัศมีอะตอม fe 1.26 å) สารละลายที่เป็นของแข็งของคาร์บอนใน g -fe เรียกว่า ออสเทนไนต์และใน (a -fe- เฟอร์ไรต์. สารละลายของแข็งอิ่มตัวของคาร์บอนใน g - fe ประกอบด้วย 2.0% C โดยมวลที่ 1130 ° C; a-fe ละลายเพียง 0.02-0.04% C ที่ 723°C และน้อยกว่า 0.01% ที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้น เมื่อ ชุบแข็งออสเทนไนต์ก่อตัวขึ้น มาร์เทนไซต์ -สารละลายคาร์บอนอิ่มตัวยิ่งยวดใน a - fe แข็งมากและเปราะ การผสมผสานของการชุบแข็งด้วย วันหยุด(โดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำเพื่อลดความเค้นภายใน) ทำให้คุณสามารถผสมความแข็งและความเหนียวได้ตามต้องการ

คุณสมบัติทางกายภาพของสังกะสีขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ ตามกฎแล้ว วัสดุเหล็กที่ใช้ในอุตสาหกรรมจะมาพร้อมกับคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ไฮโดรเจน กำมะถัน และฟอสฟอรัส แม้ที่ความเข้มข้นต่ำมาก สิ่งเจือปนเหล่านี้จะเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะได้อย่างมาก ดังนั้นกำมะถันทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า ความเปราะบางสีแดง, ฟอสฟอรัส (แม้ 10 -20% P) - ความเปราะบางเย็น; ลดคาร์บอนและไนโตรเจน พลาสติกและไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น ความเปราะบาง Zh. (เรียกว่าความเปราะของไฮโดรเจน) ลดปริมาณสิ่งสกปรกเหลือ 10 -7 - 10 -9% นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในคุณสมบัติของโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพิ่มความเหนียว

ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติทางกายภาพของสังกะสี ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับโลหะที่มีปริมาณสิ่งเจือปนทั้งหมดน้อยกว่า 0.01% โดยน้ำหนัก:

รัศมีอะตอม 1.26 å

รัศมีไอออน fe 2+ o.80 å, fe 3+ o.67 å

ความหนาแน่น (20 องศาเซลเซียส) 7.874 กรัม/ซม. 3

t pl 1539°C

t kipประมาณ 3200 o C

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น (20 องศาเซลเซียส) 11.7 10 -6

การนำความร้อน (25°C) 74.04 อ./(ม)

ความจุความร้อนของของเหลวขึ้นอยู่กับโครงสร้างและแปรผันตามอุณหภูมิในลักษณะที่ซับซ้อน ความจุความร้อนจำเพาะเฉลี่ย (0-1000 oc) 640.57 เจ/(กิโลกรัม·ถึง) .

ความต้านทานไฟฟ้า (20 องศาเซลเซียส)

9.7 10 -8 โอห์ม ม

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานไฟฟ้า

(0-100°C) 6.51 10 -3

โมดูลัสของยัง 190-210 10 3 Mn/m 2

(19-21 10 3 .) kgf/mm 2)

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของโมดูลัสยัง

โมดูลัสเฉือน 84.0 10 3 MN/m2

แรงดึงระยะสั้น

170-210 MN/m2

การยืดตัวสัมพัทธ์ 45-55%

ความแข็งบริเนล 350-450 MN/m2

ความแข็งแรงของผลผลิต100 MN/m2

แรงกระแทก 300 MN/m2

การกำหนดค่าของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอม fe 3 d 6 4s 2 . Zh. แสดงวาเลนซีแบบแปรผัน (สารประกอบที่เสถียรที่สุดคือ 2- และ 3-valent Zh.) ด้วยออกซิเจน เหล็กจะสร้าง feo ออกไซด์, fe 2 o 3 oxide และ fe 3 o 4 oxide (สารประกอบ feo ที่มี fe 2 o 3 , มีโครงสร้าง สปิเนล) . ในอากาศชื้นที่อุณหภูมิปกติ เหล็กจะเกิดสนิมหลวม (fe 2 o 3 นชั่วโมง2o). เนื่องจากมีความพรุน สนิมจึงไม่ป้องกันการเข้าถึงของออกซิเจนและความชื้นไปยังโลหะ ดังนั้นจึงไม่ป้องกันจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม เนื่องจากการผุกร่อนหลายประเภททำให้สูญเสียเหล็กหลายล้านตันทุกปี เมื่อเหล็กถูกทำให้ร้อนในอากาศแห้งที่สูงกว่า 200°C เหล็กจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์บาง ๆ ซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการกัดกร่อนที่อุณหภูมิปกติ นี่เป็นพื้นฐานของวิธีการทางเทคนิคในการปกป้องเจ - ฟ้าแลบเมื่อถูกความร้อนในไอน้ำ เหล็กจะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้าง fe 3 o 4 (ต่ำกว่า 570 องศาเซลเซียส) หรือ feo (สูงกว่า 570 องศาเซลเซียส) และปล่อยไฮโดรเจน

ไฮดรอกไซด์ fe (โอ้) 2 ก่อตัวเป็นตะกอนสีขาวโดยการกระทำของด่างกัดกร่อนหรือแอมโมเนียในสารละลายน้ำของเกลือ fe 2+ ในบรรยากาศของไฮโดรเจนหรือไนโตรเจน เมื่อสัมผัสกับอากาศ fe (oh) 2 จะเปลี่ยนเป็นสีเขียวก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นสีดำ และในที่สุดก็เปลี่ยนเป็นไฮดรอกไซด์สีน้ำตาลแดง fe (oh) 3 อย่างรวดเร็ว Feo ออกไซด์แสดงคุณสมบัติพื้นฐาน Oxide fe 2 o 3 amphoteric และมีหน้าที่เป็นกรดอ่อน ๆ ทำปฏิกิริยากับออกไซด์ที่เป็นเบสมากขึ้น (เช่น กับ mgo) จะเกิดเป็นเฟอร์ไรท์ - สารประกอบประเภท fe 2 o 3 น meo ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นเฟอร์โรแมกเนติกและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วิทยุ คุณสมบัติของกรดยังแสดงออกในเหล็ก 6 วาเลนต์ ซึ่งมีอยู่ในรูปของเฟอร์เรต เช่น k 2 feo 4 เกลือของกรดเหล็กที่ไม่ได้ถูกแยกออกในสถานะอิสระ

Zh ทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนและไฮโดรเจนเฮไลด์ได้ง่ายโดยให้เกลือเช่นคลอไรด์ fecl 2 และ fecl 3 เมื่อเหล็กถูกทำให้ร้อนด้วยกำมะถัน จะเกิดซัลไฟด์ fes และ fes 2 คาร์ไบด์ Zh. - fe 3 c ( ซีเมนต์) และ fe 2 c (e-carbide) - ตกตะกอนจากสารละลายของแข็งของคาร์บอนในของเหลวเมื่อเย็นลง fe 3 c ยังถูกปลดปล่อยจากสารละลายของคาร์บอนในเหล็กเหลวที่ความเข้มข้นสูงของคาร์บอน ไนโตรเจน เช่น คาร์บอน ให้สารละลายที่เป็นของแข็งกับเหล็กคั่นระหว่างหน้า ไนไตรด์ fe 4 n และ fe 2 n โดดเด่นกว่าพวกเขา สำหรับไฮโดรเจน ไฮโดรเจนจะให้เฉพาะไฮไดรด์ที่ไม่เสถียร ซึ่งองค์ประกอบดังกล่าวไม่ได้ถูกกำหนดอย่างแน่ชัด เมื่อถูกความร้อน เหล็กจะทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับซิลิกอนและฟอสฟอรัส ทำให้เกิดซิลิไซด์ (เช่น fe 3 si) และ phosphides (เช่น fe 3 p)

Zh. สารประกอบที่มีองค์ประกอบหลายอย่าง (O, s, ฯลฯ ) ซึ่งเป็นโครงสร้างผลึกมีองค์ประกอบที่แปรผันได้ (เช่น ปริมาณกำมะถันในโมโนซัลไฟด์สามารถอยู่ในช่วง 50 ถึง 53.3 at.%) นี่เป็นเพราะข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึก ตัวอย่างเช่น ในไอรอนออกไซด์ ไอออน fe 2+ บางตัวที่ไซต์ขัดแตะจะถูกแทนที่ด้วยไอออน fe 3+ เพื่อรักษาความเป็นกลางทางไฟฟ้า ไซต์ขัดแตะบางแห่งที่เป็นของไอออน fe 2+ ยังคงว่างเปล่าและเฟส (wustite) ภายใต้สภาวะปกติมีสูตร fe 0.947 o

โดยเฉพาะการโต้ตอบของ Zh. กับ กรดไนตริกเข้มข้น hno 3 (ความหนาแน่น 1.45 กรัม/ซม. 3) ทำให้เหล็กเป็นเหล็กเนื่องจากการปรากฏตัวของฟิล์มออกไซด์ป้องกันบนพื้นผิว เจือจางมากขึ้น hno 3 ละลายเหล็กด้วยการก่อตัวของไอออน fe 2+ หรือ fe 3+ กู้คืนเป็น mh 3 หรือ n 2 o และ n 2 .

สารละลายของเกลือของธาตุเหล็ก 2 วาเลนต์นั้นไม่เสถียรในอากาศ - fe 2+ จะค่อยๆ ออกซิไดซ์เป็น fe 3+ สารละลายเกลือ Zh เนื่องจาก ไฮโดรไลซิสมีปฏิกิริยากรด การเติมไทโอไซยาเนตไอออน scn - ลงในสารละลายของเกลือ fe 3+ จะให้สีแดงเลือดที่สดใสเนื่องจากลักษณะของ fe (scn) 3 ซึ่งทำให้สามารถเปิดเผยการมีอยู่ของ fe 3+ 1 ส่วนในประมาณ 10 6 ส่วน ของน้ำ. Zh. โดดเด่นด้วยการศึกษา สารประกอบที่ซับซ้อน

ใบเสร็จรับเงินและการสมัคร เหล็กบริสุทธิ์ได้ในปริมาณที่ค่อนข้างน้อยโดยอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำของเกลือหรือโดยการลดออกไซด์ของไฮโดรเจนด้วยไฮโดรเจน กำลังพัฒนาวิธีการสำหรับการผลิตเหล็กโดยตรงจากแร่โดยวิธีอิเล็กโทรไลซิสของหลอมเหลว การผลิตเหล็กบริสุทธิ์ที่เพียงพอจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นโดยการลดปริมาณแร่โดยตรงด้วยไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติ หรือถ่านหินที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ

Zh. - โลหะที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยีสมัยใหม่ แทบไม่เคยใช้เหล็กในรูปบริสุทธิ์เลย เพราะมีความแข็งแรงต่ำ แม้ว่าในชีวิตประจำวันเหล็กหรือผลิตภัณฑ์เหล็กหล่อมักถูกเรียกว่า "เหล็ก" เหล็กส่วนใหญ่ใช้ในรูปแบบของโลหะผสมที่มีองค์ประกอบและคุณสมบัติแตกต่างกันมาก โลหะผสมเหล็กมีสัดส่วนประมาณ 95% ของผลิตภัณฑ์โลหะทั้งหมด โลหะผสมที่อุดมด้วยคาร์บอน (มากกว่า 2% โดยน้ำหนัก) - เหล็กหล่อ หลอมในเตาหลอมเหลวจากแร่เหล็กเสริมสมรรถนะ เหล็กกล้าเกรดต่างๆ (ปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 2% โดยน้ำหนัก) หลอมจากเหล็กหล่อในเตาเผาแบบเปิดและเตาไฟฟ้าและเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าโดยการออกซิไดซ์ (การเผาไหม้) คาร์บอนส่วนเกิน ขจัดสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย (ส่วนใหญ่เป็น s, P, O) และเติม องค์ประกอบการผสม เหล็กกล้าผสมสูง (ที่มีนิกเกิล โครเมียม ทังสเตน และองค์ประกอบอื่นๆ ในปริมาณสูง) หลอมในอาร์คไฟฟ้าและเตาหลอมเหนี่ยวนำ กระบวนการใหม่ ๆ เช่น การหลอมใหม่แบบสุญญากาศ การรีเมลด้วยไฟฟ้า การหลอมด้วยพลาสมาและลำแสงอิเล็กตรอน เป็นต้น ถูกนำมาใช้ในการผลิตเหล็กกล้าและโลหะผสมของเหล็กที่มีความสำคัญเป็นพิเศษ ทั้งนี้ ได้มีการพัฒนาวิธีการสำหรับการหลอมเหล็กในหน่วยปฏิบัติงานอย่างต่อเนื่องเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของเหล็ก โลหะและกระบวนการอัตโนมัติ

บนพื้นฐานของเหล็ก วัสดุถูกสร้างขึ้นที่สามารถทนต่อผลกระทบของอุณหภูมิสูงและต่ำ สูญญากาศและความดันสูง สื่อก้าวร้าว แรงดันไฟฟ้าสลับสูง รังสีนิวเคลียร์ ฯลฯ การผลิตเหล็กและโลหะผสมมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง ในปี 1971 มีการถลุงแร่ 89.3 ล้านตันในสหภาพโซเวียต tหมูเหล็กและ 121 ล้าน. tกลายเป็น.

L.A. Shvartsman, L.V. Vanyukova.

เหล็กเป็นวัสดุทางศิลปะได้ถูกนำมาใช้ตั้งแต่สมัยโบราณในอียิปต์ ( headstand จากหลุมฝังศพของ Tutankhamen ใกล้ Thebes กลางศตวรรษที่ 14 ก่อนคริสต์ศักราช, พิพิธภัณฑ์ Ashmolean, Oxford), เมโสโปเตเมีย (กริชพบใกล้ Carchemish, 500 BC, British Museum, London) , อินเดีย (เสาเหล็กในเดลี, 415). ตั้งแต่ยุคกลาง สินค้าศิลปะชั้นสูงจำนวนมากที่ทำจาก Zh. ได้รับการเก็บรักษาไว้ในประเทศแถบยุโรป (อังกฤษ ฝรั่งเศส อิตาลี รัสเซีย ฯลฯ) - รั้วปลอม บานพับประตู ฉากยึดผนัง ใบพัดสภาพอากาศ อุปกรณ์หน้าอก และโคมไฟ . ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากกิ่งไม้และผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กแผ่นเจาะรู (มักมีเยื่อบุไมกา) มีความโดดเด่นด้วยรูปแบบระนาบ เงากราฟิกเชิงเส้นที่ชัดเจน และมองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพบนพื้นหลังที่มีแสงน้อย ในศตวรรษที่ 20 Zh. ใช้สำหรับการผลิตโครงระแนง รั้ว ฉากกั้นภายในฉลุ เชิงเทียน และอนุสาวรีย์

ที แอล

ธาตุเหล็กในร่างกาย Zh. มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตของสัตว์ทุกชนิดและในพืช (โดยเฉลี่ยประมาณ 0.02%); จำเป็นสำหรับการแลกเปลี่ยนออกซิเจนและกระบวนการออกซิเดชันเป็นหลัก มีสิ่งมีชีวิต (ที่เรียกว่า concentrators) ที่สามารถสะสมได้ในปริมาณมาก (เช่น แบคทีเรียเหล็ก -มากถึง 17-20% W.) ธาตุเหล็กเกือบทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตในสัตว์และพืชมีความเกี่ยวข้องกับโปรตีน ขาด Zh ทำให้เกิดการชะลอการเจริญเติบโตและปรากฏการณ์ คลอโรซิสของพืชที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาระดับล่าง คลอโรฟิลล์ธาตุเหล็กที่มากเกินไปก็ส่งผลเสียต่อการพัฒนาของพืช เช่น ภาวะหมันของดอกข้าวและคลอโรซิส ในดินที่เป็นด่างจะเกิดสารประกอบเหล็กที่ไม่สามารถเข้าถึงรากพืชได้และพืชไม่ได้รับในปริมาณที่เพียงพอ ในดินที่เป็นกรด เหล็กจะผ่านเข้าไปในสารประกอบที่ละลายน้ำได้ส่วนเกิน ด้วยการขาดหรือมากเกินไปของสารประกอบที่ดูดซึมได้ในดิน โรคพืชสามารถสังเกตได้ในพื้นที่ขนาดใหญ่

Zh. เข้าสู่ร่างกายของสัตว์และมนุษย์ด้วยอาหาร (ตับ, เนื้อสัตว์, ไข่, พืชตระกูลถั่ว, ขนมปัง, ซีเรียล, ผักโขมและหัวบีทเป็นอาหารที่ร่ำรวยที่สุด) โดยปกติคนจะได้รับอาหาร 60-110 มก. Zh. ซึ่งเกินความต้องการรายวันอย่างมาก การดูดซึมธาตุเหล็กกับอาหารจะเกิดขึ้นที่ส่วนบนของลำไส้เล็ก จากที่มันเข้าสู่กระแสเลือดในรูปแบบที่จับกับโปรตีนและนำเลือดไปยังอวัยวะและเนื้อเยื่อต่างๆ โดยจะสะสมเป็นธาตุเหล็ก - โปรตีนคอมเพล็กซ์ - เฟอร์ริติน คลังธาตุเหล็กหลักในร่างกายคือตับและม้าม เนื่องจาก G. ferritin การสังเคราะห์สารประกอบที่มีธาตุเหล็กทั้งหมดของร่างกายเกิดขึ้น: เม็ดสีระบบทางเดินหายใจถูกสังเคราะห์ในไขกระดูก เฮโมโกลบิน,ในกล้ามเนื้อ ไมโอโกลบิน,ในเนื้อเยื่อต่างๆ ไซโตโครมและเอ็นไซม์ที่มีธาตุเหล็กอื่นๆ Zh. ถูกขับออกจากร่างกายส่วนใหญ่ผ่านทางผนังลำไส้ใหญ่ (ในคนประมาณ 6-10 มก.ต่อวัน) และในระดับเล็กน้อยโดยไต ร่างกายต้องการไขมันเปลี่ยนแปลงตามอายุและสภาพร่างกาย สำหรับน้ำหนัก 1 กก. เด็กต้องการ - 0.6 ผู้ใหญ่ - 0.1 และสตรีมีครรภ์ - 0.3 มก.ฟ.ต่อวัน สำหรับสัตว์ ความต้องการไขมันจะอยู่ที่ประมาณ (ต่อ 1 กิโลกรัมเรื่องแห้งของการปันส่วน): สำหรับโคนม - อย่างน้อย 50 มก.สำหรับสัตว์เล็ก - 30-50 มก.สำหรับลูกสุกร - มากถึง 200 มก.สำหรับสุกรตั้งท้อง - 60 มก.

วี.วี.โควาลสกี้.

ในยา Zh. ยา (สร้างใหม่ Zh. แลคเตท Zh. glycerophosphate Zh. ซัลเฟตของ 2-valent Zh. เม็ด Blo สารละลายกรดมาลิก feramid hemostimulin ฯลฯ ) ใช้ในการรักษาโรคที่มาพร้อมกับ การขาด Zh ในร่างกาย (โรคโลหิตจางจากการขาดธาตุเหล็ก) เช่นเดียวกับยาชูกำลังทั่วไป (หลังโรคติดเชื้อ ฯลฯ ) Zh. ไอโซโทป (52 fe, 55 fe และ 59 fe) ถูกใช้เป็นตัวชี้วัดในการวิจัยทางชีวการแพทย์และในการวินิจฉัยโรคเลือด (โรคโลหิตจาง, มะเร็งเม็ดเลือดขาว, polycythemia เป็นต้น)

ย่อ:โลหะวิทยาทั่วไป, มอสโก, 2510; Nekrasov B.V. , Fundamentals of General Chemistry, vol. 3, M. , 1970; Remi G., หลักสูตรเคมีอนินทรีย์, ทรานส์. จากภาษาเยอรมัน vol. 2, M. , 1966; สารานุกรมเคมีโดยย่อ, v. 2, M., 1963; Levinson N. R. [ผลิตภัณฑ์จากโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและเหล็ก] ในหนังสือ: ศิลปะการตกแต่งของรัสเซีย vol. 1-3, M. , 1962-65; Vernadsky V.I. , บทความเกี่ยวกับชีวเคมี 2465-2475 ม. - ล. 2483; Granik S. , เมแทบอลิซึมของธาตุเหล็กในสัตว์และพืช, ในคอลเล็กชัน: ธาตุทรานส์, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ, M. , 1962; Dixon M. , Webb F. , เอนไซม์, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ, M. , 1966; neogi p. เหล็กในอินเดียโบราณ กัลกัตตา 2457; เพื่อนเจ น., เหล็กในสมัยโบราณ, ล., 2469; แฟรงค์ อี. ข. งานเหล็กฝรั่งเศสเก่า camb. (มวล.), 1950; lister r. งานเหล็กดัดตกแต่งในบริเตนใหญ่ l., 1960.

ดาวน์โหลดบทคัดย่อ

คำนิยาม

เหล็กเป็นองค์ประกอบที่ยี่สิบหกของตารางธาตุ การกำหนด - Fe จากภาษาละติน "ferrum" ตั้งอยู่ในสมัยที่ 4 กลุ่ม VIIIB หมายถึงโลหะ ประจุนิวเคลียร์คือ 26

เหล็กเป็นโลหะที่พบมากที่สุดในโลก รองจากอะลูมิเนียม โดยประกอบด้วย 4% (มวล) ของเปลือกโลก เหล็กเกิดขึ้นในรูปแบบของสารประกอบต่างๆ: ออกไซด์, ซัลไฟด์, ซิลิเกต ธาตุเหล็กพบได้ในสภาวะอิสระเฉพาะในอุกกาบาตเท่านั้น

แร่เหล็กที่สำคัญที่สุด ได้แก่ แร่เหล็กแม่เหล็ก Fe 3 O 4 แร่เหล็กสีแดง Fe 2 O 3 แร่เหล็กสีน้ำตาล 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O และแร่เหล็กเส้น FeCO 3

เหล็กเป็นโลหะเหนียวสีเงิน (รูปที่ 1) เหมาะสำหรับการตีขึ้นรูป การรีด และการตัดเฉือนประเภทอื่นๆ คุณสมบัติทางกลของเหล็กขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์อย่างมาก - ขึ้นอยู่กับเนื้อหาของธาตุอื่น ๆ ในปริมาณที่น้อยมาก

ข้าว. 1. เตารีด. รูปร่าง.

น้ำหนักอะตอมและโมเลกุลของเหล็ก

น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของสาร(M r) เป็นตัวเลขที่แสดงว่ามวลของโมเลกุลที่กำหนดนั้นมากกว่า 1/12 ของมวลอะตอมของคาร์บอนเป็นจำนวนเท่าใด และ มวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุ(A r) - มวลเฉลี่ยของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมากกว่า 1/12 ของมวลอะตอมของคาร์บอน

เนื่องจากในสถานะอิสระเหล็กมีอยู่ในรูปของโมเลกุล monatomic Fe ค่าของมวลอะตอมและโมเลกุลจึงเท่ากัน มีค่าเท่ากับ 55.847

Allotropy และการดัดแปลง allotropic ของธาตุเหล็ก

เหล็กก่อให้เกิดการดัดแปลงผลึกสองแบบ: เหล็ก α และ γ-เหล็ก อันแรกมีโครงระแนงตรงกลางลูกบาศก์ ส่วนอันที่สองมีลูกบาศก์อยู่ตรงกลางหน้า α-Iron มีความคงตัวทางเทอร์โมไดนามิกส์ในช่วงอุณหภูมิสองช่วง: ต่ำกว่า 912 o C และตั้งแต่ 1394 o C จนถึงจุดหลอมเหลว จุดหลอมเหลวของเหล็กคือ 1539 ± 5 o C ระหว่าง 912 o C ถึง 1394 o C เหล็ก γ มีความเสถียร

ช่วงอุณหภูมิของความเสถียรของเหล็ก α- และ γ นั้นเกิดจากธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์ของการดัดแปลงทั้งสองด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 912 o C และสูงกว่า 1394 o C พลังงานกิ๊บส์ของเหล็ก α จะน้อยกว่าพลังงานกิ๊บส์ของเหล็ก γ และในช่วง 912 - 1394 o C - มากกว่า

ไอโซโทปของเหล็ก

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าธาตุเหล็กสามารถเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติในรูปของไอโซโทปเสถียรสี่ชนิด 54Fe, 56Fe, 57Fe และ 57Fe จำนวนมวลคือ 54, 56, 57 และ 58 ตามลำดับ นิวเคลียสของอะตอมของไอโซโทปเหล็ก 54 Fe ประกอบด้วยโปรตอน 26 ตัวและนิวตรอน 28 ตัว และไอโซโทปที่เหลือแตกต่างจากจำนวนนิวตรอนเท่านั้น

มีไอโซโทปเหล็กเทียมที่มีเลขมวลตั้งแต่ 45 ถึง 72 รวมทั้งสถานะไอโซเมอร์ 6 สถานะของนิวเคลียส ไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวที่สุดคือ 60 Fe โดยมีครึ่งชีวิต 2.6 ล้านปี

ไอออนเหล็ก

สูตรอิเล็กทรอนิกส์แสดงการกระจายตัวของอิเล็กตรอนเหล็กเหนือวงโคจรดังนี้

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมี เหล็กจะปล่อยเวเลนซ์อิเล็กตรอนไป นั่นคือ เป็นผู้บริจาคและกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก:

เฟ 0 -2e → เฟ 2+;

เฟ 0 -3e → เฟ 3+.

โมเลกุลและอะตอมของเหล็ก

ในสถานะอิสระ ธาตุเหล็กมีอยู่ในรูปของโมเลกุลโมโนโมโน ต่อไปนี้คือคุณสมบัติบางอย่างที่กำหนดลักษณะของอะตอมและโมเลกุลของเหล็ก:

โลหะผสมเหล็ก

จนถึงศตวรรษที่ 19 โลหะผสมของเหล็กเป็นที่รู้จักกันเป็นหลักสำหรับโลหะผสมที่มีคาร์บอนซึ่งได้รับชื่อเหล็กและเหล็กหล่อ อย่างไรก็ตาม ในอนาคต โลหะผสมจากเหล็กใหม่ที่มีโครเมียม นิกเกิล และองค์ประกอบอื่นๆ ถูกสร้างขึ้น ในปัจจุบัน โลหะผสมเหล็ก แบ่งออกเป็น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กหล่อ เหล็กอัลลอยด์ และเหล็กที่มีคุณสมบัติพิเศษ

ในเทคโนโลยี โลหะผสมเหล็กมักจะเรียกว่าโลหะเหล็ก และการผลิตเรียกว่าโลหะผสมเหล็ก

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1

ออกกำลังกาย	องค์ประกอบของธาตุมีดังนี้: เศษส่วนมวลของธาตุเหล็กคือ 0.7241 (หรือ 72.41%) เศษส่วนมวลของออกซิเจนคือ 0.2759 (หรือ 27.59%) ได้สูตรเคมีมา
วิธีการแก้	เศษส่วนมวลขององค์ประกอบ X ในโมเลกุลขององค์ประกอบ HX คำนวณโดยสูตรต่อไปนี้: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% ให้เราระบุจำนวนอะตอมของเหล็กในโมเลกุลเป็น "x" จำนวนอะตอมออกซิเจนเป็น "y" ให้เราหามวลอะตอมสัมพัทธ์ที่สอดคล้องกันของธาตุเหล็กและออกซิเจน (ค่ามวลอะตอมสัมพัทธ์ที่นำมาจากตารางธาตุของ D.I. Mendeleev จะถูกปัดเศษเป็นจำนวนเต็ม) อาร์(เฟ) = 56; อา(O) = 16. เราหารเปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบด้วยมวลอะตอมสัมพัทธ์ที่สอดคล้องกัน ดังนั้น เราจะพบความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนอะตอมในโมเลกุลของสารประกอบ: x:y= ω(Fe)/Ar(Fe) : ω(O)/Ar(O); x:y = 72.41/56: 27.59/16; x:y = 1.29: 1.84 ลองหาจำนวนที่น้อยที่สุดเป็นหนึ่ง (เช่น หารตัวเลขทั้งหมดด้วยจำนวนที่น้อยที่สุด 1.29): 1,29/1,29: 1,84/1,29; ดังนั้นสูตรที่ง่ายที่สุดสำหรับการผสมธาตุเหล็กกับออกซิเจนคือ Fe 2 O 3
ตอบ	Fe2O3

คุณรู้หรือไม่ว่าเหล็กปกป้องโลกจาก "การโจมตีในอวกาศ"? เนื่องจากการสะสมจำนวนมากขององค์ประกอบนี้ สนามแม่เหล็กของโลกจึงเกิดขึ้น เหมือนโล่ สนามปกป้องเธอจากดาวเคราะห์น้อย...

เหล็กมีบทบาทไม่เพียงแต่ในสิ่งต่างๆ ทั่วโลก แต่ยังรวมถึงชีวิตประจำวันของเราด้วย: เหล็กและโลหะผสมส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานขององค์ประกอบนี้ ดังนั้นทุกอย่างตั้งแต่มีดไปจนถึงรถยนต์และไมโครอิเล็กทรอนิกส์จึงไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีเหล็ก

ในที่สุด ชีวิตของเราคงเป็นไปไม่ได้หากไม่มีแร่ธาตุนี้ เนื่องจากแร่ธาตุนี้เป็นส่วนหนึ่งของเฮโมโกลบิน ซึ่งเป็นเนื้อหาของเซลล์เม็ดเลือดแดง เนื่องจากเนื้อเยื่อต่างๆ สามารถใช้ออกซิเจนได้ ยังมีคุณสมบัติที่มีประโยชน์อีกมากมายที่ซ่อนอยู่ในองค์ประกอบที่ยอดเยี่ยมนี้ อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับหน้าที่ของธาตุเหล็กต่อสุขภาพของเราในบทความนี้

ปริมาณธาตุเหล็กในอาหาร (ต่อ 100 กรัม):

ตับ 10-20 มก.
ยีสต์ 18 มก.
สาหร่ายทะเล 16 มก.
ถั่วเลนทิล 12 มก.
บัควีท 8.2 มก.
ไข่แดง 7.2 มก.
กระต่าย 4.4 มก.
คาเวียร์ดำ 2.5 มก.

เหล็กคืออะไร?

นี่คือโลหะ ในองค์ประกอบของอวัยวะและเนื้อเยื่อ ธาตุเหล็กมีปริมาณประมาณ 3-5 กรัม นี้ไม่มาก แต่ขนาดเล็กดังกล่าวเพียงพอสำหรับร่างกายเพื่อที่จะดำรงอยู่ได้สำเร็จ สี่ในห้าของธาตุเหล็กทั้งหมดอยู่ในเฮโมโกลบิน ส่วนที่เหลือจะกระจายไปทั่วร่างกายและกระจายไปที่ตับ กล้ามเนื้อ กระดูก ฯลฯ ธาตุเหล็กภายในบางส่วนเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์

เมื่อเวลาผ่านไปจะมีการสูญเสียแร่ธาตุตามธรรมชาติ ดังนั้นบุคคลจึงต้องการธาตุเหล็กในปริมาณคงที่ มันหายไปในปัสสาวะและของเหลวเหงื่อและในผู้หญิงการบริโภคธาตุเหล็กก็เกี่ยวข้องกับการสูญเสียรายเดือนในช่วงมีประจำเดือน

อาหารที่อุดมด้วยธาตุเหล็ก

ธาตุนี้พบได้ทั่วไปในธรรมชาติซึ่งมีธาตุเหล็กอยู่ในอาหารส่วนใหญ่ แหล่งที่ดีที่สุดคือสัตว์ - เนื้อสัตว์และตับ ธาตุเหล็กอยู่ในรูปแบบที่ย่อยง่ายที่สุด มักพบในอาหารจากพืชน้อยกว่าอาหารจากสัตว์ แต่ก็เป็นแหล่งแร่ธาตุที่สำคัญเช่นกัน มันมีอยู่ในผลไม้เช่นมะนาว, ทับทิม, หัวบีท, บัควีท, พืชตระกูลถั่ว, ถั่ว, ฟักทอง, แอปเปิ้ล, คะน้าทะเล, ลูกพลับ

ความต้องการธาตุเหล็กรายวัน

ตามกฎแล้วผู้ชายต้องการวิตามินและแร่ธาตุมากกว่าผู้หญิง แต่ในกรณีนี้ ไม่ใช่กรณี: ผู้หญิงต้องการธาตุเหล็กในปริมาณที่สูงกว่า พวกเขาต้องการแร่ธาตุ 18 มก. ในขณะที่ผู้ชายต้องการประมาณ 10 มก. สำหรับเด็กนั้นไม่ได้กำหนดบรรทัดฐานอย่างแม่นยำตามแหล่งต่าง ๆ อาจเป็นได้ตั้งแต่ 4 ถึง 15 มก.

ความต้องการธาตุเหล็กเพิ่มขึ้น

ความต้องการธาตุเหล็กที่เพิ่มขึ้นมีอยู่ในกลุ่มคนต่อไปนี้:

ผู้หญิงในช่วงหลังมีประจำเดือน การสูญเสียเลือดแม้ว่าจะเพียงเล็กน้อย แต่ก็ต้องมีการชดเชยปริมาณฮีโมโกลบินในเลือด
. ตั้งครรภ์และให้นมบุตร. ในระหว่างตั้งครรภ์การบริโภคธาตุเหล็กจำนวนมากเพื่อสร้างร่างกายของทารกในครรภ์และมารดาที่ให้นมบุตรใช้ธาตุเหล็กในการเลี้ยงลูก (แทรกซึมเข้าไปในน้ำนมแม่) แท้จริงแล้วหญิงตั้งครรภ์ทุก ๆ วินาทีมีอาการขาดธาตุเหล็กซึ่งบ่งชี้ว่าความต้องการธาตุนี้เพิ่มขึ้นอย่างมากในสตรีมีครรภ์
. หลังได้รับบาดเจ็บ เสียเลือด ผ่าตัดใหญ่

เหล็กเป็นองค์ประกอบที่มีค่ามาก ในเรื่องนี้ร่างกายได้เรียนรู้การใช้ซ้ำๆ ด้วยการทำลายเซลล์เม็ดเลือดแดงเก่าตามธรรมชาติ โปรตีนพาหะพิเศษจะจับธาตุเหล็กที่ปล่อยออกมาและถ่ายโอนไปยังอวัยวะสร้างเม็ดเลือด ซึ่งจะถูกนำมาใช้อีกครั้ง

อย่างไรก็ตามการสูญเสียแร่ธาตุยังคงมีอยู่ค่อนข้างมาก ดังนั้นในชีวิตประจำวันหลายคนต้องการธาตุเหล็กเพิ่มเติม หากคุณมีความต้องการธาตุนี้เพิ่มขึ้น คุณควรเริ่มทานอาหารเสริมที่มีองค์ประกอบนี้

การดูดซึมธาตุเหล็กจากอาหาร

แม้ในสภาวะที่เหมาะสม ธาตุเหล็กที่เข้ามาจะถูกดูดซึมจากอาหารไม่เกิน 10% มีหลายปัจจัยที่ลดตัวเลขนี้ลงอีก ในขณะเดียวกันก็มีปัจจัยบางอย่างที่เพิ่มการดูดซึมแร่ธาตุ อะไรกำหนดระดับการดูดซึมธาตุเหล็ก?

1. ที่มา ในผลิตภัณฑ์จากสัตว์ พบธาตุเหล็กในรูปแบบไบวาเลนต์ที่ดูดซึมได้ง่าย ในพืชนั้นมีไตรกลีเซอไรด์ เพื่อดูดซึมและ "เคลื่อนไหว" ร่างกายจะต้องใช้พลังงานเพื่อฟื้นฟูแร่ธาตุให้อยู่ในรูปแบบสองส่วน นั่นคือเหตุผลที่ธาตุเหล็กส่วนใหญ่ที่มาพร้อมกับบัควีทหรือน้ำทับทิมไม่เป็นประโยชน์ต่อร่างกาย
2. สุขภาพทางเดินอาหาร ด้วยความเป็นกรดต่ำของน้ำย่อย โรคกระเพาะ และลำไส้อักเสบ การดูดซึมธาตุเหล็กจะลดลงอย่างมาก ด้วยระบบทางเดินอาหารที่ดีต่อสุขภาพจึงเหมาะสมที่สุด
3. องค์ประกอบของอาหาร

4. ธาตุเหล็กจะถูกดูดซึมได้ดีกว่าเมื่อมีวิตามินซี กรดอินทรีย์จากผักและผลไม้ กรดอะมิโนไลซีนและฮิสติดีน และคาร์โบไฮเดรตบางชนิด เช่น ฟรุกโตสและซอร์บิทอล ดังนั้นควรจับคู่เนื้อสัตว์และตับกับสลัดผักสดเสมอ

5. ธาตุเหล็กถูกดูดซึมได้แย่ลงเมื่อมีแทนนิน, ใยอาหาร (พวกมัน "รวบรวม" โมเลกุลของเหล็กในตัวเองและขับออกจากร่างกาย), ไฟติน, กรดออกซาลิก ซึ่งหมายความว่าหากคุณต้องการได้รับธาตุเหล็กมากขึ้น เป็นการดีที่จะหลีกเลี่ยงการกินอาหารเช่นพืชตระกูลถั่ว สีน้ำตาลเข้ม ผักโขม และรำข้าวบ่อยเกินไป แคลเซียมเป็นปฏิปักษ์ของธาตุเหล็กที่ค่อนข้างแรง ผลิตภัณฑ์ที่มีแคลเซียม (ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์จากนม) ยับยั้งการดูดซึม

บทบาททางชีวภาพของธาตุเหล็ก

หน้าที่ของเหล็กคือ:

เป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้สำหรับการสร้างเม็ดเลือด ซึ่งเป็นวัตถุดิบสำหรับการสร้างฮีโมโกลบินของเม็ดสีระบบทางเดินหายใจและการก่อตัวของเซลล์เม็ดเลือดแดง
. สำคัญต่อการสังเคราะห์ฮอร์โมนไทรอยด์
. เสริมสร้างภูมิคุ้มกัน เพิ่มการป้องกันของร่างกาย
. ปรับปรุงการทำงานของวิตามินบางชนิด เช่น วิตามิน B6, B12, B9
. ปรับปรุงผลกระทบของธาตุต่างๆ เช่น โคบอลต์ แมงกานีส ทองแดง
. เป็นส่วนหนึ่งของเอ็นไซม์ที่ช่วยวางตัวเป็นกลางของสารอันตรายในร่างกาย
. ให้ความเป็นไปได้ของการหายใจของเนื้อเยื่อ และสิ่งนี้ไม่เพียงแต่ทำให้สุขภาพดีขึ้นเท่านั้น แต่ยังส่งผลด้านความสวยงามอีกด้วย ด้วยการบริโภคธาตุเหล็กตามปกติในร่างกายมนุษย์ สภาพของผิวหนัง ผม เล็บยังคงดีอยู่
. ป้องกันการทำงานมากเกินไป ความเมื่อยล้าเรื้อรัง
. มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของระบบประสาท

สัญญาณของการขาดธาตุเหล็ก

การขาดแร่ธาตุและความจำเป็นในการใช้ธาตุเหล็กเป็นประจำเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบ่อยมาก สัญญาณแรกและหลักของการขาดธาตุในร่างกายคือโรคโลหิตจาง

การลดลงของจำนวนเม็ดเลือดแดงและฮีโมโกลบินในเลือดทำให้เกิดอาการดังกล่าว: อ่อนแอ, อ่อนเพลียอย่างรวดเร็ว, ความไม่มั่นคงในการออกแรงทางกายภาพ, ท้องผูกหรือท้องร่วง, ความอยากอาหารและรสชาติผิดปกติ, ชาและเย็นในแขนขา, สีซีดและแห้ง ผิวหนัง, การเสื่อมสภาพของเล็บ, ผมร่วง , ภูมิคุ้มกันอ่อนแอ, ฯลฯ. บ่อยครั้งเป็นสัญญาณเหล่านี้ที่ทำให้เราคาดเดาเกี่ยวกับการขาดธาตุเหล็กในร่างกาย คนไปพบแพทย์เขาตรวจและตรวจพบโรคโลหิตจาง

สัญญาณของธาตุเหล็กส่วนเกิน

แม้จะกินอาหารที่มีธาตุเหล็กเข้มข้นสูง แต่ก็ไม่มีธาตุเหล็กมากเกินไป นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าร่างกาย "กรอง" สารประกอบแร่ส่วนเกินอย่างอิสระและรับธาตุเหล็กมากเท่าที่ต้องการ

มันยากกว่ามากสำหรับเขาที่จะต่อต้านปริมาณธาตุเหล็กที่สูงเป็นพิเศษที่มาพร้อมกับยา หากคุณใช้ผลิตภัณฑ์ธาตุเหล็กและอาหารเสริมมากเกินไป อาจเกิดพิษได้ ทำให้ตัวเองรู้สึกอาเจียน ปวดศีรษะ อุจจาระผิดปกติ และอาการอื่นๆ

ธาตุเหล็กส่วนเกินยังพบได้ในสภาพที่หายากที่เรียกว่าฮีโมโครมาโตซิส ด้วยโรคนี้ร่างกายมีการสะสมของธาตุเหล็กทางพยาธิวิทยาซึ่งแสดงออกโดยความผิดปกติร้ายแรงของตับและอวัยวะอื่น ๆ

ปัจจัยที่มีผลต่อปริมาณธาตุเหล็กในอาหาร

หากอาหารปรุงสุกเป็นเวลานาน ปริมาณธาตุเหล็กที่ย่อยได้จะลดลงเมื่อผ่านเข้าสู่รูปแบบที่ดูดซึมไม่ได้ ดังนั้นหากคุณจะซื้อเนื้อสัตว์หรือตับ ให้เลือกผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงที่ไม่เหนียวเกินไปและไม่ต้มหรือทอดนานเกินไป

คำนิยาม

เหล็ก- องค์ประกอบของกลุ่มที่แปดของช่วงที่สี่ของระบบธาตุขององค์ประกอบทางเคมีของ D. I. Mendeleev

และเลขเฉื่อยคือ 26 สัญลักษณ์คือ Fe (lat. “ferrum”) หนึ่งในโลหะที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก (อันดับที่สองรองจากอลูมิเนียม)

คุณสมบัติทางกายภาพของธาตุเหล็ก

เหล็กเป็นโลหะสีเทา ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ มันค่อนข้างอ่อน อ่อนตัว และเหนียวเหนอะหนะ การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกคือ 3d 6 4s 2 . ในสารประกอบของมัน เหล็กแสดงสถานะออกซิเดชัน "+2" และ "+3" จุดหลอมเหลวของเหล็กคือ 1539C เหล็กทำให้เกิดการดัดแปลงผลึกสองแบบ: เหล็ก α- และ γ อันแรกมีโครงระแนงตรงกลางลูกบาศก์ อันที่สองมีลูกบาศก์อยู่ตรงกลางหน้า α-Iron มีความคงตัวทางเทอร์โมไดนามิกส์ในช่วงอุณหภูมิสองช่วง: ต่ำกว่า 912 และตั้งแต่ 1394C จนถึงจุดหลอมเหลว ระหว่าง 912 ถึง 1394C เหล็ก γ มีความเสถียร

คุณสมบัติทางกลของเหล็กขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ - เนื้อหาของธาตุอื่น ๆ ในนั้นแม้เพียงเล็กน้อย เหล็กแข็งมีความสามารถในการละลายธาตุต่างๆ ในตัวมันเอง

คุณสมบัติทางเคมีของเหล็ก

ในอากาศชื้น เตารีดจะเกิดสนิมอย่างรวดเร็ว กล่าวคือ เคลือบด้วยเหล็กออกไซด์ไฮเดรตสีน้ำตาลซึ่งเนื่องจากความเปราะบางไม่ได้ป้องกันเหล็กจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ในน้ำ เหล็กกัดกร่อนอย่างรุนแรง ด้วยการเข้าถึงออกซิเจนอย่างมากมายทำให้เกิดไอรอนออกไซด์ (III) ในรูปแบบไฮเดรท:

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O

เมื่อขาดออกซิเจนหรือเข้าถึงได้ยากจะเกิดออกไซด์ผสม (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

เหล็กละลายในกรดไฮโดรคลอริกทุกความเข้มข้น:

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2

ในทำนองเดียวกันการละลายเกิดขึ้นในกรดซัลฟิวริกเจือจาง:

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

ในสารละลายเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก เหล็กจะถูกออกซิไดซ์เป็นเหล็ก (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

อย่างไรก็ตาม ในกรดซัลฟิวริกซึ่งมีความเข้มข้นเกือบ 100% ธาตุเหล็กจะกลายเป็นแบบพาสซีฟและแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์ใดๆ ในสารละลายกรดไนตริกเจือจางและเข้มข้นปานกลาง ธาตุเหล็กจะละลาย:

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

ที่ความเข้มข้นสูงของกรดไนตริก การละลายจะช้าลงและธาตุเหล็กจะไม่เกิดปฏิกิริยา

เช่นเดียวกับโลหะอื่นๆ เหล็กทำปฏิกิริยากับสารธรรมดา ปฏิกิริยาของปฏิกิริยาระหว่างธาตุเหล็กกับฮาโลเจน (โดยไม่คำนึงถึงชนิดของฮาโลเจน) จะเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน ปฏิกิริยาของธาตุเหล็กกับโบรมีนเกิดขึ้นที่ความดันไอที่เพิ่มขึ้นของหลัง:

2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = เฟ 3 ฉัน 8

ปฏิกิริยาของเหล็กกับกำมะถัน (ผง) ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสก็เกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อนเช่นกัน:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = เฟ 2 P;

3Fe + P = เฟ 3 พี

เหล็กสามารถทำปฏิกิริยากับอโลหะเช่นคาร์บอนและซิลิกอน:

3Fe + C = เฟ 3 C;

ในบรรดาปฏิกิริยาของปฏิกิริยาของธาตุเหล็กกับสารที่ซับซ้อน ปฏิกิริยาต่อไปนี้มีบทบาทพิเศษ - เหล็กสามารถลดโลหะที่อยู่ในชุดกิจกรรมทางด้านขวาของมัน จากสารละลายเกลือ (1) เพื่อลดธาตุเหล็ก (III ) สารประกอบ (2):

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);

เฟ + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2)

เหล็กที่ความดันสูง ทำปฏิกิริยากับออกไซด์ที่ไม่ก่อให้เกิดเกลือ - CO เพื่อสร้างสารที่มีองค์ประกอบเชิงซ้อน - คาร์บอนิล - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 และ Fe 3 (CO) 12

เหล็กในกรณีที่ไม่มีสิ่งเจือปนจะคงตัวในน้ำและในสารละลายด่างเจือจาง

รับเหล็ก

วิธีหลักในการรับธาตุเหล็กมาจากแร่เหล็ก (เฮมาไทต์ แมกนีไทต์) หรืออิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือของมัน (ในกรณีนี้ จะได้รับธาตุเหล็กที่ "บริสุทธิ์" เช่น เหล็กที่ไม่มีสิ่งสกปรก)

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1

ออกกำลังกาย

ระดับเหล็ก Fe 3 O 4 ที่มีน้ำหนัก 10 กรัม ถูกบำบัดด้วยสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 150 มล. (ความหนาแน่น 1.1 ก./มล.) ในขั้นแรกด้วยสัดส่วนมวลของไฮโดรเจนคลอไรด์ 20% จากนั้นจึงเติมธาตุเหล็กส่วนเกินลงในสารละลายที่ได้ กำหนดองค์ประกอบของสารละลาย (เป็น% โดยน้ำหนัก)

วิธีการแก้

เราเขียนสมการปฏิกิริยาตามเงื่อนไขของปัญหา: 8HCl + Fe 3 O 4 \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2) เมื่อทราบความหนาแน่นและปริมาตรของสารละลายกรดไฮโดรคลอริก คุณจะพบมวลของมัน: m โซล (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) \u003d 150 × 1.1 \u003d 165 ก. คำนวณมวลของไฮโดรเจนคลอไรด์: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%; ม.(HCl) = 165 x 20%/100% = 33 กรัม มวลโมลาร์ (มวลหนึ่งโมล) ของกรดไฮโดรคลอริก คำนวณโดยใช้ตารางองค์ประกอบทางเคมีของ D.I. Mendeleev - 36.5 กรัม / โมล ค้นหาปริมาณของสารไฮโดรเจนคลอไรด์: v(HCl) = ม.(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36.5 \u003d 0.904 โมล มวลโมเลกุล (มวลหนึ่งโมล) ของมาตราส่วน คำนวณโดยใช้ตารางองค์ประกอบทางเคมีของ D.I. เมนเดเลเยฟ - 232 กรัม/โมล หาปริมาณของสเกลสสาร: โวลต์ (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0.043 โมล ตามสมการที่ 1 v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8 ดังนั้น v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0.344 โมล จากนั้นปริมาณของสารไฮโดรเจนคลอไรด์ที่คำนวณตามสมการ (0.344 โมล) จะน้อยกว่าที่ระบุในสภาวะของปัญหา (0.904 โมล) ดังนั้นกรดไฮโดรคลอริกจึงมีมากเกินไปและปฏิกิริยาอื่นจะดำเนินต่อไป: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3) ลองกำหนดปริมาณของสารเหล็กคลอไรด์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาแรก (ดัชนีแสดงถึงปฏิกิริยาเฉพาะ): v 1 (FeCl 2): ​​​​v (Fe 2 O 3) = 1:1 = 0.043 โมล; v 1 (FeCl 3): v (Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0.086 โมล ลองหาปริมาณของไฮโดรเจนคลอไรด์ที่ไม่ทำปฏิกิริยาในปฏิกิริยา 1 และปริมาณของธาตุเหล็ก (II) คลอไรด์ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา 3: v rem (HCl) \u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \u003d 0.904 - 0.344 \u003d 0.56 โมล; v 3 (FeCl 2): ​​​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0.28 โมล ลองหาปริมาณของสาร FeCl 2 ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา 2 ปริมาณทั้งหมดของสาร FeCl 2 และมวลของมัน: v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0.086 โมล; v 2 (FeCl 2): ​​​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0.129 โมล; v ผลรวม (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \u003d 0.043 + 0.129 + 0.28 \u003d 0.452 โมล; m (FeCl 2) \u003d v ผลรวม (FeCl 2) × M (FeCl 2) \u003d 0.452 × 127 \u003d 57.404 ก. ให้เรากำหนดปริมาณของสารและมวลของธาตุเหล็กที่ทำปฏิกิริยา 2 และ 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \u003d 0.043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0.28 โมล; v ผลรวม (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0.043 + 0.28 \u003d 0.323 mol; m(Fe) = v ผลรวม (Fe) ×M(Fe) = 0.323 ×56 = 18.088 ก. ให้เราคำนวณปริมาณของสารและมวลของไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยา 3: v (H 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0.28 โมล; ม. (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) \u003d 0.28 × 2 \u003d 0.56 ก. เรากำหนดมวลของสารละลายที่ได้ m ' sol และเศษส่วนของมวลของ FeCl 2 ในนั้น: m’ sol \u003d m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2);