Tính chất hóa học của hợp chất sắt 2 và 3. III

Sắt nguyên chất thu được bằng nhiều phương pháp khác nhau. Quan trọng nhất là phương pháp phân hủy nhiệt của sắt pentacacbonyl (xem § 193) và điện phân dung dịch nước của các muối của nó.

Trong không khí ẩm, sắt nhanh chóng bị gỉ, tức là nó bị bao phủ bởi một lớp oxit sắt ngậm nước màu nâu, do tính chất bở, không bảo vệ được sắt khỏi bị oxy hóa thêm. Trong nước, sắt ăn mòn mạnh; với sự tiếp cận dồi dào của oxy, các dạng sắt (III) oxit ngậm nước được hình thành:

Khi thiếu oxy hoặc khó tiếp cận, một oxit hỗn hợp Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3) được tạo thành:

Sắt hòa tan trong axit clohydric với bất kỳ nồng độ nào:

Tương tự, sự hòa tan xảy ra trong axit sunfuric loãng:

Trong dung dịch axit sunfuric đặc, sắt bị oxi hóa thành sắt (III):

Tuy nhiên, trong axit sunfuric, nồng độ gần 100%, sắt trở nên thụ động và thực tế không xảy ra tương tác.

Trong dung dịch axit nitric loãng và đậm đặc vừa phải, sắt hòa tan:

Ở nồng độ cao của HNO 3 sự hòa tan chậm lại và sắt trở nên thụ động.

Sắt được đặc trưng bởi hai dãy hợp chất: hợp chất sắt (II) và hợp chất sắt (III). Chất trước tương ứng với oxit sắt (II), hoặc oxit đen, FeO, chất sau tương ứng với oxit sắt (III), hoặc oxit sắt, Fe 2 O 3.

Ngoài ra, còn biết muối của axit sắt H 2 FeO 4, trong đó mức độ oxi hóa của sắt là +6.

Hợp chất sắt (II).

Muối sắt (II) được tạo thành bằng cách hòa tan sắt trong axit loãng, trừ axit nitric. Quan trọng nhất trong số đó là sắt (II) sunfat, hoặc sunfat sắt, FeSO 4 7H 2 O, tạo thành các tinh thể màu xanh lục nhạt hòa tan nhiều trong nước. Trong không khí, sắt sunfat hóa dần và đồng thời bị oxy hóa khỏi bề mặt, biến thành muối sắt (III) bazơ màu vàng nâu.

Sắt (II) sunfat thu được bằng cách hòa tan phế liệu thép trong axit sunfuric 20-30%:

Sắt (II) sulfat được sử dụng để kiểm soát dịch hại thực vật, trong sản xuất mực và sơn khoáng, và trong nhuộm vải.

Khi nung nóng sắt sunfat, có nước thoát ra và thu được khối lượng muối khan FeSO 4 màu trắng. Ở nhiệt độ trên 480 ° C, muối khan bị phân hủy với sự giải phóng lưu huỳnh đioxit và trioxit; sau đó trong không khí ẩm tạo thành hơi nặng màu trắng của axit sunfuric:

Khi cho dung dịch muối sắt (II) phản ứng với kiềm tạo ra kết tủa trắng của sắt (II) hiđroxit Fe (OH) 2, trong không khí do quá trình oxi hóa sẽ nhanh chóng chuyển sang màu xanh lục rồi chuyển sang màu nâu, chuyển thành sắt ( III) hiđroxit

Sắt (II) oxit FeO khan có thể thu được dưới dạng bột dễ oxi hóa màu đen bằng cách khử sắt (III) oxit bằng cacbon (II) oxit ở 500 ° C:

Các muối cacbonat của kim loại kiềm được kết tủa từ dung dịch của muối sắt (II) muối sắt (II) muối cacbonat FeCO 3 màu trắng. Dưới tác dụng của nước có chứa CO 2, sắt cacbonat, giống như canxi cacbonat, một phần chuyển thành muối axit dễ tan hơn là Fe (HCO 3) 2. Ở dạng muối này, sắt được tìm thấy trong nước có nhiều sắt tự nhiên.

Muối sắt (II) có thể dễ dàng chuyển hóa thành muối sắt (III) bằng tác dụng của các chất oxy hóa khác nhau - axit nitric, kali pemanganat, clo, ví dụ:

Do có khả năng dễ bị oxi hóa nên muối sắt (II) thường được dùng làm chất khử.

Hợp chất sắt (III).

Sắt (III) clorua FeCl 3 là tinh thể màu nâu sẫm pha chút xanh lục. Chất này có tính hút ẩm cao; hút ẩm từ không khí, nó biến thành các hyđrat tinh thể chứa nhiều lượng nước khác nhau và lan truyền trong không khí. Ở trạng thái này, sắt (III) clorua có màu nâu cam. Trong dung dịch loãng, FeCl 3 thủy phân thành muối bazơ. Ở thể hơi, sắt (III) clorua có cấu trúc tương tự như nhôm clorua (p. 615) và ứng với công thức Fe 2 Cl 6; Sự phân ly đáng chú ý của Fe 2 Cl 6 thành các phân tử FeCl 3 bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 500 ° C.

Sắt (III) clorua được sử dụng làm chất đông tụ trong lọc nước, làm chất xúc tác trong quá trình tổng hợp các chất hữu cơ, trong công nghiệp dệt may.

Sắt sunfat (III) Fe 2 (SO 4) 3 - tinh thể màu trắng rất hút ẩm, lan tỏa trong không khí. Tạo thành hiđrat kết tinh Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O (tinh thể màu vàng). Trong dung dịch nước, sắt (III) sunfat bị thủy phân rất mạnh. Với muối sunfat của kim loại kiềm và amoni tạo thành muối kép - phèn, ví dụ phèn sắt amoni (NH 4) Fe (SO 4) 2 12H 2 O - tinh thể màu tím nhạt, dễ tan trong nước. Khi nung trên 500 ° C, sắt (III) sunfat phân hủy theo phương trình:

Sắt sunfat (III) được sử dụng, như FeCl 3, làm chất đông tụ trong lọc nước, cũng như để ăn mòn kim loại. Dung dịch Fe 2 (SO 4) 3 có thể hòa tan Cu 2 S và CuS tạo thành đồng (II) sunfat; chất này được sử dụng trong sản xuất đồng luyện kim loại thủy lực.

Dưới tác dụng của kiềm với dung dịch muối sắt (III), tạo kết tủa sắt (III) Fe (OH) 3 màu nâu đỏ, không tan trong dung dịch kiềm dư.

Sắt (III) hiđroxit là một bazơ yếu hơn sắt (II) hiđroxit, điều này được thể hiện ở chỗ các muối sắt (III) bị thủy phân mạnh và với các axit yếu (ví dụ, cacbonic, hiđro sunfua) Fe (OH) 3 không tạo thành muối. Màu sắc của dung dịch muối sắt (III) cũng được giải thích bằng sự thủy phân: mặc dù Fe 3+ gần như không màu nhưng dung dịch chứa nó có màu vàng nâu, điều này được giải thích là do sự có mặt của ion sắt hydroxo hoặc Fe (OH) ) 3 phân tử, được tạo thành do sự thủy phân:

Khi đun nóng, màu sẫm lại, và khi thêm axit, nó trở nên nhạt hơn do quá trình thủy phân bị ngăn chặn.

Khi nung, sắt (III) hydroxit, mất nước, chuyển thành oxit sắt (III) hoặc oxit sắt, Fe 2 O 3. Ôxít sắt (III) xuất hiện trong tự nhiên ở dạng quặng sắt màu đỏ và được sử dụng làm sơn màu nâu - sắt minium, hoặc xác ướp.

Một phản ứng đặc trưng để phân biệt muối sắt (III) với muối sắt (II) là tác dụng của kali thiocyanat KSCN hoặc amoni thiocyanat NH 4 SCN với muối sắt. Dung dịch kali thiocyanat chứa các ion SCN - không màu, các ion này kết hợp với các ion Fe (III) tạo thành sắt (III) thiocyanat Fe (SCN) 3 có màu đỏ máu, phân ly yếu. Khi ion sắt (II) tương tác với thiocyanat, dung dịch vẫn không màu.

Hợp chất xyan của sắt. Khi cho xianua hòa tan như kali xianua tiếp xúc với dung dịch muối sắt (II) thì thu được kết tủa trắng của sắt (II) xianua:

Trong một lượng dư kali xianua, kết tủa tan ra do sự tạo thành muối phức K 4 của kali hexacyanoferrat (II)

Kali hexacyanoferrat (II) K 4 · 3H 2 O kết tinh dưới dạng lăng kính lớn màu vàng nhạt. Muối này còn được gọi là muối huyết vàng. Khi hòa tan trong nước, muối phân ly thành ion kali và ion phức 4 - cực kỳ bền. Trong thực tế, dung dịch như vậy hoàn toàn không chứa ion Fe 2+ và không cho phản ứng đặc trưng của sắt (II).

Kali hexacyanoferrat (II) đóng vai trò là thuốc thử nhạy cảm với các ion sắt (III), vì các ion 4, tương tác với các ion Fe 3+, tạo thành muối không tan trong nước của sắt (III) hexacyanoferrat (II) Fe 4 3 có đặc điểm màu xanh da trời; Muối này được gọi là Prussian blue:

Màu xanh Prussian được dùng làm sơn.

Dưới tác dụng của clo hoặc brom tạo dung dịch muối vàng, anion của nó bị oxi hóa, chuyển thành 3

Muối K 3 tương ứng với anion này được gọi là kali hexacyanoferrat (III), hay muối đỏ. Nó tạo thành các tinh thể khan màu đỏ.

Nếu bạn tác dụng với kali hexacyanoferrat (III) với dung dịch muối sắt (II), bạn sẽ nhận được kết tủa của hexacyanoferrat (III), sắt (II) (màu xanh lam), bề ngoài rất giống với màu xanh của Phổ, nhưng có một điểm khác thành phần:

Với muối của sắt (III) K 3 tạo thành dung dịch màu nâu lục.

Trong hầu hết các hợp chất phức tạp khác, như trong các sinh vật xyanofer được coi là, số phối trí của sắt (II) và sắt (III) là sáu.

Ferrit. Khi sắt (III) oxit được hợp nhất với natri hoặc kali cacbonat, sắt được tạo thành - muối của axit đen HFeO 2 không thu được ở trạng thái tự do, ví dụ, natri ferit NaFeO 2:

Khi hòa tan hợp kim vào nước, thu được dung dịch có màu tím đỏ, từ đó muối bari không tan trong nước có thể tạo kết tủa BaFeO 4 không tan trong nước do tác dụng của bari clorua.

Tất cả các chất lên men đều là chất oxi hóa rất mạnh (mạnh hơn chất tạo màu). Axit ferric H 2 FeO 4 tương ứng để lên men và anhiđrit FeO 3 của nó không thu được ở trạng thái tự do.

sắt cacbonyl. Sắt tạo thành các hợp chất dễ bay hơi với cacbon monoxit được gọi là sắt cacbonyl. Sắt pentacacbonyl Fe (CO) 5 là chất lỏng màu vàng nhạt, sôi ở 105oC, không tan trong nước nhưng tan trong nhiều dung môi hữu cơ. Fe (CO) 5 thu được bằng cách cho CO đi qua bột sắt ở 150-200 ° C và áp suất 10 MPa. Các tạp chất có trong sắt không phản ứng với CO, tạo ra sản phẩm rất tinh khiết. Khi nung nóng trong chân không, sắt pentacacbonyl bị phân hủy thành sắt và CO; chất này được sử dụng để sản xuất bột sắt có độ tinh khiết cao, sắt cacbonyl (xem § 193).

Bản chất của các liên kết hóa học trong phân tử Fe (CO) 5 được thảo luận ở trang 430.

<<< Назад

Chuyển tiếp >>>

Sắt là nguyên tố thứ tám của chu kỳ thứ tư trong bảng tuần hoàn. Số của nó trong bảng (còn gọi là nguyên tử) là 26, tương ứng với số proton trong hạt nhân và electron trong lớp vỏ electron. Nó được ký hiệu bằng hai chữ cái đầu tiên của tương đương trong tiếng Latinh - Fe (lat. Ferrum - đọc giống như "ferrum"). Sắt là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ trái đất, tỷ lệ phần trăm là 4,65% (phổ biến nhất là nhôm, Al). Ở dạng bản địa, kim loại này khá hiếm, thường được khai thác từ quặng hỗn hợp với niken.

Liên hệ với

Bản chất của hợp chất này là gì? Sắt là một nguyên tử bao gồm một mạng tinh thể kim loại, đảm bảo độ cứng của các hợp chất chứa nguyên tố này và sự ổn định phân tử. Có liên quan đến điều này là kim loại này là một thể rắn điển hình, không giống như thủy ngân, chẳng hạn.

Sắt như một chất đơn giản- kim loại màu bạc có các tính chất đặc trưng cho nhóm nguyên tố này: dễ uốn, ánh kim loại và tính dẻo. Ngoài ra, sắt có khả năng phản ứng cao. Tính chất thứ hai được chứng minh bằng thực tế là sắt bị ăn mòn rất nhanh trong điều kiện nhiệt độ cao và độ ẩm thích hợp. Trong oxy nguyên chất, kim loại này cháy tốt, và nếu nó bị nghiền thành các hạt rất nhỏ, chúng sẽ không chỉ cháy mà còn bốc cháy tự phát.

Thông thường, chúng ta gọi sắt không phải là một kim loại nguyên chất, mà là các hợp kim của nó có chứa cacbon, ví dụ, thép (<2,14% C) и чугун (>2,14% C). Cũng có tầm quan trọng trong công nghiệp là hợp kim, trong đó các kim loại hợp kim (niken, mangan, crom và những thứ khác) được thêm vào, do đó thép trở nên không gỉ, tức là hợp kim hóa. Do đó, dựa trên điều này, chúng ta sẽ thấy rõ kim loại này có ứng dụng công nghiệp rộng rãi nào.

Fe đặc trưng

Tính chất hóa học của sắt

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các tính năng của phần tử này.

Tính chất của một chất đơn giản

• Quá trình oxy hóa trong không khí ở độ ẩm cao (quá trình ăn mòn):

4Fe + 3O2 + 6H2O \ u003d 4Fe (OH) 3 - sắt (III) hydroxit (hydroxit)

• Đốt một dây sắt trong oxi tạo ra hỗn hợp oxit (nó chứa nguyên tố có cả trạng thái oxi hóa +2 và trạng thái oxi hóa +3):

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (cặn sắt). Phản ứng có thể xảy ra khi đun nóng đến 160 ⁰C.

• Tương tác với nước ở nhiệt độ cao (600−700 ⁰C):

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

• Phản ứng với phi kim loại:

a) Phản ứng với halogen (Quan trọng! Với tương tác này, nó có được trạng thái oxi hóa của nguyên tố +3)

2Fe + 3Cl2 \ u003d 2FeCl3 - clorua sắt

b) Phản ứng với lưu huỳnh (Quan trọng! Trong tương tác này, nguyên tố có trạng thái oxi hóa +2)

Sắt (III) sunfua - Fe2S3 có thể thu được trong một phản ứng khác:

Fe2O3 + 3H2S = Fe2S3 + 3H2O

c) Sự hình thành pyrit

Fe + 2S \ u003d FeS2 - pyrit. Chú ý đến mức độ oxi hóa của các nguyên tố tạo nên hợp chất này: Fe (+2), S (-1).

• Tương tác với các muối kim loại trong dãy điện hoá của kim loại hoạt động bên phải của Fe:

Fe + CuCl2 \ u003d FeCl2 + Cu - sắt (II) clorua

• Tương tác với axit loãng (ví dụ, hydrochloric và sulfuric):

Fe + HBr = FeBr2 + H2

Fe + HCl = FeCl2 + H2

Lưu ý rằng các phản ứng này tạo ra sắt có trạng thái oxi hóa +2.

• Trong axit không pha loãng, là chất oxi hóa mạnh nhất, phản ứng chỉ có thể xảy ra khi đun nóng; trong axit nguội, kim loại bị thụ động hóa:

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

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

• Tính chất lưỡng tính của sắt chỉ được biểu hiện khi tương tác với các chất kiềm đậm đặc:

Fe + 2KOH + 2H2O \ u003d K2 + H2 - kali tetrahydroxyferrat (II) kết tủa.

Quy trình luyện gang trong lò cao

• Rang và phân hủy sau đó quặng sunfua và cacbonat (cô lập các oxit kim loại):

FeS2 -> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2). Phản ứng này cũng là bước đầu tiên trong công nghiệp tổng hợp axit sunfuric.

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

• Đốt than cốc (dư):

С (than cốc) + O2 (không khí) -> CO2 (600−700 ⁰C)

CO2 + С (than cốc) -> 2CO (750−1000 ⁰C)

• Thu hồi quặng chứa oxit bằng cacbon monoxit:

Fe2O3 -> Fe3O4 (CO, -CO2)

Fe3O4 -> FeO (CO, -CO2)

FeO -> Fe (CO, -CO2)

• Quá trình cacbon hóa sắt (lên đến 6,7%) và nấu chảy gang (nung - 1145 ⁰C)

Fe (rắn) + C (than cốc) -> gang. Nhiệt độ của phản ứng là 900−1200 ⁰C.

Trong gang, xiđerit (Fe2C) và than chì luôn tồn tại ở dạng hạt.

Đặc điểm của các hợp chất chứa Fe

Chúng tôi sẽ nghiên cứu các tính năng của từng kết nối riêng biệt.

Fe3O4

Oxit sắt hỗn hợp hoặc kép, chứa một nguyên tố có trạng thái oxi hóa cả +2 và +3. Ngoài ra Fe3O4 còn được gọi là Sắt ô-xít. Hợp chất này chịu được nhiệt độ cao. Không phản ứng với nước, hơi nước. Bị phân hủy bởi các axit khoáng. Có thể khử bằng hydro hoặc sắt ở nhiệt độ cao. Như bạn có thể hiểu từ những thông tin trên, nó là một sản phẩm trung gian trong dây chuyền phản ứng của quá trình sản xuất sắt công nghiệp.

Trực tiếp oxit sắt được sử dụng trong sản xuất sơn gốc khoáng, xi măng màu và các sản phẩm gốm sứ. Fe3O4 là những gì thu được khi làm đen và nung thép. Người ta thu được hỗn hợp oxit bằng cách nung sắt trong không khí (phản ứng đã cho ở trên). Một loại quặng có chứa các oxit là magnetit.

Fe2O3

Sắt (III) oxit, tên thông thường - hematit, hợp chất màu nâu đỏ. Chịu được nhiệt độ cao. Ở dạng tinh khiết, nó không được hình thành trong quá trình oxy hóa sắt với oxy trong khí quyển. Không phản ứng với nước, tạo thành các hyđrat kết tủa. Phản ứng kém với kiềm và axit loãng. Nó có thể được tạo hợp kim với oxit của các kim loại khác, tạo thành các spinel - oxit kép.

Quặng sắt đỏ được dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất gang bằng phương pháp lò cao. Nó cũng làm tăng tốc độ phản ứng, tức là, nó là một chất xúc tác trong công nghiệp amoniac. Nó được sử dụng trong các lĩnh vực tương tự như oxit sắt. Thêm vào đó, nó được sử dụng như một vật mang âm thanh và hình ảnh trên băng từ.

FeOH2

Sắt (II) hydroxit, một hợp chất có cả tính axit và tính bazơ, tính chất sau chiếm ưu thế, tức là, nó có tính chất lưỡng tính. Một chất màu trắng bị oxi hóa nhanh trong không khí, "chuyển sang màu nâu" thành sắt (III) hiđroxit. Phân hủy khi tiếp xúc với nhiệt độ. Nó phản ứng với cả dung dịch axit và kiềm yếu. Chúng tôi sẽ không hòa tan trong nước. Trong phản ứng, nó đóng vai trò là chất khử. Nó là một sản phẩm trung gian trong phản ứng ăn mòn.

Phát hiện các ion Fe2 + và Fe3 + (phản ứng "định tính")

Nhận biết ion Fe2 + và Fe3 + trong dung dịch nước được thực hiện bằng cách sử dụng các hợp chất phức tạp - lần lượt là K3, muối đỏ và K4, muối vàng. Trong cả hai phản ứng đều tạo ra kết tủa có màu xanh lam bão hòa với cùng thành phần định lượng nhưng khác vị trí của sắt có hóa trị +2 và +3. Chất kết tủa này cũng thường được gọi là xanh Prussian hoặc xanh Turnbull.

Phản ứng được viết ở dạng ion

Fe2 ++ K ++ 3-  K + 1Fe + 2

Fe3 ++ K ++ 4-  K + 1Fe + 3

Thuốc thử tốt để phát hiện Fe3 + là ion thiocyanat (NCS-)

Fe3 ++ NCS-  3- - những hợp chất này có màu đỏ tươi ("máu").

Thuốc thử này, ví dụ, kali thiocyanat (công thức - KNCS), cho phép bạn xác định ngay cả một nồng độ không đáng kể của sắt trong dung dịch. Vì vậy, anh ta có thể xác định xem đường ống có bị gỉ hay không khi kiểm tra nước máy.

Chi tiết Chuyên mục: Lượt xem: 9555

SẮT, Fe, nguyên tố hóa học, khối lượng nguyên tử 55,84, số thứ tự 26; nằm trong nhóm VIII của hệ thống tuần hoàn cùng hàng với coban và niken, điểm nóng chảy - 1529 ° C, điểm sôi - 2450 ° C; ở trạng thái rắn có màu xanh bạc. Ở dạng tự do, sắt chỉ được tìm thấy trong các thiên thạch, tuy nhiên, chúng chứa hỗn hợp Ni, P, C và các nguyên tố khác. Trong tự nhiên, hợp chất sắt phân bố rộng khắp (đất, chất khoáng, huyết sắc tố động vật, diệp lục thực vật), Ch. arr. ở dạng oxit, hiđrat của oxit và hợp chất lưu huỳnh, cũng như sắt cacbonat, trong đó hầu hết là quặng sắt.

Sắt tinh khiết về mặt hóa học thu được bằng cách nung nóng sắt oxalic, và ở 440 ° C, lúc đầu thu được bột màu trắng đục của oxit sắt, có khả năng bốc cháy trong không khí (cái gọi là sắt nung nóng); sau khi khử oxit này sau đó, bột tạo thành có màu xám và mất đi tính nhiệt của nó, biến thành sắt kim loại. Trong quá trình khử oxit sắt ở 700 ° C., sắt kết tủa ở dạng tinh thể nhỏ, sau đó được nung chảy trong chân không. Một cách khác để thu được sắt tinh khiết về mặt hóa học là điện phân dung dịch muối sắt, chẳng hạn như FeSO 4 hoặc FeCl 3 trộn với MgSO 4, CaCl 2 hoặc NH 4 Cl (ở nhiệt độ trên 100 ° C). Tuy nhiên, đồng thời, sắt chứa một lượng hydro điện phân đáng kể, do đó nó có được độ cứng. Khi nung đến 700 ° C, hydro được giải phóng, và sắt trở nên mềm và được cắt bằng dao, giống như chì (độ cứng trên thang Mohs là 4,5). Sắt rất tinh khiết có thể thu được bằng phương pháp nhiệt từ oxit sắt nguyên chất. (xem Alumi anothermy). Các tinh thể sắt được hình thành tốt rất hiếm. Các tinh thể bát diện đôi khi hình thành trong các hốc của các mảnh gang lớn. Tính chất đặc trưng của sắt là mềm, dễ uốn và dẻo ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy. Khi axit nitric mạnh (không chứa oxit nitơ thấp hơn) tác dụng với sắt, sắt bị bao phủ bởi một lớp oxit và trở nên không tan trong axit nitric.

Hợp chất sắt

Dễ dàng kết hợp với oxi, sắt tạo thành một số oxit: FeO - oxit sắt, Fe 2 O 3 - oxit sắt, FeO 3 - anhydrit sắt và FeO 4 - anhydrit của axit iôxit. Ngoài ra, sắt cũng tạo thành một oxit của loại hỗn hợp Fe 3 O 4 - oxit đen, được gọi là. vảy sắt. Tuy nhiên, trong không khí khô, sắt không bị oxy hóa; gỉ sắt là một oxit sắt trong nước được hình thành với sự tham gia của hơi ẩm không khí và CO 2. Oxit sắt FeO tương ứng với hiđrat Fe (OH) 2 và một số muối của sắt hóa trị II, có khả năng bị oxi hóa thành muối của oxit sắt là Fe 2 O 3, trong đó sắt thể hiện là nguyên tố hóa trị ba; trong không khí, hiđrat oxit sắt, có tính khử mạnh nên dễ bị oxi hoá, chuyển thành hiđrat oxit sắt. Hiđrat oxit sắt ít tan trong nước và dung dịch này có phản ứng kiềm rõ ràng, cho thấy đặc tính cơ bản của sắt đen. Oxit sắt được tìm thấy trong tự nhiên (xem. Sắt nhỏ), trong khi nhân tạo là m. thu được ở dạng bột màu đỏ bằng cách nung bột sắt và bằng cách đốt cháy pyrit lưu huỳnh để thu được lưu huỳnh đioxit. Oxit sắt khan, Fe 2 O 3, m. thu được trong hai cách sửa đổi, và sự chuyển đổi từ một trong số chúng sang một trong số chúng xảy ra khi được đốt nóng và kèm theo một sự tỏa nhiệt đáng kể (tự đốt nóng). Khi nung mạnh, Fe 2 O 3 giải phóng oxi và chuyển thành oxit từ tính là Fe 3 O 4. Dưới tác dụng của kiềm với dung dịch muối sắt tạo kết tủa hiđrat Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 3H 2 O); Khi đun sôi với nước, Fe 2 O 3 · H 2 O hiđrat được tạo thành, khó tan trong axit. Sắt tạo hợp chất với các kim loại khác nhau: với C, P, S, với halogenua, cũng như với kim loại, ví dụ, với Mn, Cr, W, Cu, v.v.

Các muối sắt được chia thành sắt - sắt đen (muối sắt) và ôxít - sắt sắt (muối sắt).

muối đen . sắt clorua FeCl 2, thu được khi cho clo khô tác dụng với sắt, ở dạng lá không màu; Khi sắt được hòa tan trong HCl, clorua sắt thu được ở dạng hiđrat FeCl 2 4H 2 O và được sử dụng dưới dạng dung dịch nước hoặc rượu trong y học. Sắt iốt, FeJ 2, thu được từ sắt và iốt dưới nước ở dạng lá xanh và được dùng trong y học (Sirupus ferri jodati); với tác dụng thêm của iốt, FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati) được hình thành.

sunfat sắt, sunfat sắt, FeSO 4 7H 2 O (tinh thể màu xanh lục) được hình thành trong tự nhiên do quá trình oxy hóa pyrit và pyrit lưu huỳnh; muối này cũng được hình thành như một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất phèn chua; khi bị phong hóa hoặc khi đun nóng đến 300oC, nó chuyển thành muối khan màu trắng - FeSO 4; cũng tạo thành hydrat với các hạt nước 5, 4, 3, 2 và 1; dễ dàng hòa tan trong nước lạnh (trong nước nóng lên đến 300%); dung dịch có tính axit do thủy phân; oxy hóa trong không khí, đặc biệt dễ dàng khi có mặt của chất oxy hóa khác, ví dụ, muối của axit oxalic, mà FeSO 4 tham gia vào phản ứng oxy hóa kép, làm mất màu KMnO 4; quá trình tiến hành theo phương trình sau:

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

Tuy nhiên, vì mục đích này, muối kép vĩnh cửu của Mohr (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O được sử dụng cho mục đích này. - Màu nâu của phức (FeNO) SO 4, cũng như cho sản xuất mực (với axit tannic), làm chất nhuộm màu, để liên kết các khí độc hại (H 2 S, NH 3) trong nhà tiêu, v.v.

Muối sắt được sử dụng trong nhiếp ảnh do khả năng khử các hợp chất bạc trong một hình ảnh tiềm ẩn được in trên tấm chụp ảnh.

sắt cacbonat, FeCO 3, xuất hiện tự nhiên dưới dạng siderit hoặc spar sắt; thu được kết tủa của dung dịch nước của muối sắt với các muối cacbonat, sắt cacbonat dễ bị mất CO 2 và bị oxi hóa trong không khí thành Fe 2 O 3.

Sắt bicacbonat, H 2 Fe (CO 3) 2, hòa tan trong nước và xuất hiện tự nhiên trong các nguồn sắt, từ đó, bị oxy hóa, nó được giải phóng trên bề mặt trái đất dưới dạng hydrat oxit sắt, Fe (OH) 3, biến thành quặng sắt nâu.

Sắt phốt phát, Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, kết tủa trắng; xuất hiện trong tự nhiên có màu hơi do sắt bị oxi hóa, có màu xanh lam, ở dạng vivianite.

Muối oxit sắt . Clorua sắt, FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), thu được khi cho clo dư tác dụng với sắt ở dạng bản lục giác màu đỏ; clorua sắt tan trong không khí; kết tinh từ nước ở dạng FeCl 3 6H 2 O (tinh thể màu vàng); dung dịch có tính axit; Trong quá trình thẩm tách, nó dần dần bị thủy phân gần hết với sự tạo thành dung dịch keo Fe (OH) 3 hiđrat. FeCl 3 tan trong rượu và trong hỗn hợp rượu và ete, khi đun nóng FeCl 3 6H 2 O phân hủy thành HCl và Fe 2 O 3; được sử dụng như một loại băng và như một chất cầm máu (Liquor ferri sesquichlorati).

Sắt oxit sunfat Fe 2 (SO 4) 3, ở trạng thái khan có màu vàng nhạt, bị thủy phân nhiều trong dung dịch; khi đun nóng dung dịch, các muối bazơ kết tủa; phèn chua, MFe (SO 4) 2 12H 2 O, M - kim loại kiềm hóa trị II; phèn amoni kết tinh tốt nhất là NH 4 Fe (SO 4) 2 12H 2 O.

Oxit FeO 3 là anhiđrit của axit sắt, cũng như hiđrat của oxit này H 2 FeO 4 - axit ferric- ở trạng thái tự do không phải m. có được trong quan điểm của họ cực kỳ mong manh; nhưng trong dung dịch kiềm có thể có muối của axit sắt, các chất lên men (ví dụ, K 2 FeO 4), được tạo thành khi đun nóng bột sắt với nitrat hoặc KClO 3. Còn gọi là muối bari ít tan của axit sắt BaFeO 4; do đó, ở một số khía cạnh, axit ferric rất giống với axit sunfuric và axit cromic. Năm 1926, nhà hóa học người Kyiv, Goralevich, đã mô tả các hợp chất của oxit sắt bát phân - anhydrit siêu cao FeO 4 thu được bằng cách nung Fe 2 O 3 với muối của muối nung hoặc muối Bertolet dưới dạng muối kali của axit ironic K 2 FeO 5; FeO 4 là một chất ở thể khí, không tạo ra axit ironic H 2 FeO 5 với nước, tuy nhiên, có thể. cô lập ở trạng thái tự do bằng cách phân hủy muối K 2 FeO 5 với axit. Muối bari BaFeO 5 7H 2 O, cũng như các muối canxi và stronti, được Goralevich thu được ở dạng tinh thể màu trắng không phân hủy, chỉ giải phóng nước ở 250-300 ° C và đồng thời chuyển sang màu xanh lục.

Sắt tạo ra các hợp chất: với nitơ - sắt nitơ(nitrua) Fe 2 N khi nung bột sắt trong phản lực NH 3, với cacbon - Fe 3 C cacbua khi sắt bão hòa với than trong lò điện. Ngoài ra, một số hợp chất của sắt với cacbon monoxit đã được nghiên cứu - sắt cacbonyl, ví dụ, pentacacbonyl Fe (CO) 5 - chất lỏng hơi màu với khoảng 102,9 ° C (ở 749 mm, trọng lượng riêng 1,4937), sau đó là chất rắn màu cam Fe 2 (CO) 9, không hòa tan trong ete và cloroform, với trọng lượng riêng 2,085 .

Có tầm quan trọng lớn là hợp chất sắt xyanua. Ngoài xianua đơn giản Fe (CN) 2 và Fe (CN) 3, sắt tạo thành một số hợp chất phức tạp với muối xianua, chẳng hạn như muối của axit ferric H 4 Fe (CN) 6 và muối của axit ferric H 3 Fe (CN). Khi thay thế một nhóm CN bằng các nhóm hóa trị một (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO) trong muối của axit ferruginous H 4 Fe (CN) 6, muối prusso được hình thành, ví dụ, natri nitroprusside (natri xianua nitrofer ) Na 2 2H 2 O, thu được khi cho HNO 3 bốc khói với K 4 Fe (CN) 6, sau đó trung hòa với sôđa, ở dạng tinh thể màu đỏ ruby, được tách ra bằng cách kết tinh từ muối tạo thành đồng thời; axit nitroferric-xyanotic tương ứng H 2 cũng kết tinh dưới dạng tinh thể màu đỏ sẫm. Natri nitroprusside được sử dụng làm thuốc thử nhạy cảm với hydro sulfua và sulfua kim loại, với chất này tạo ra màu đỏ như máu, sau đó chuyển thành màu xanh lam. Dưới tác dụng của sunfat đồng với natri nitroprusside sẽ tạo thành kết tủa màu xanh lục nhạt, không tan trong nước và cồn, được dùng để thử tinh dầu.

Về mặt phân tích, sắt được phát hiện bằng cách tác dụng với muối của nó, trong dung dịch kiềm, của muối máu vàng. Muối của sắt tạo thành kết tủa màu xanh nước biển Phổ. Muối của sắt tạo thành kết tủa màu xanh lam chuyển sang màu xanh lam khi tiếp xúc với muối máu đỏ. Với amoni thiocyanat NH 4 CNS, muối sắt sắt tạo thành sắt rhodan sắt Fe (CNS) 3 tan trong nước, có màu đỏ máu; với tanin, muối oxit sắt tạo thành mực. Các muối đồng của axit ferric-xyanotic cũng được phân biệt bằng cách tạo màu mạnh, được sử dụng (phương pháp uvachrome) trong chụp ảnh màu. Trong số các hợp chất sắt được sử dụng trong y học, ngoài các halogenua sắt đã đề cập, các hợp chất sau đây rất quan trọng: sắt kim loại (F. hydrogenio reductum), xitrat sắt (F. Citricum - 20% Fe), chiết xuất sắt malic (Extractum ferri pomatum) , sắt albuminate (Liquor ferri albuminatum), ferratin là một hợp chất protein với 6% sắt; ferratose - một dung dịch của ferratin, carniferrin - một hợp chất của sắt với nuclein (30% Fe); ferratogen từ men nuclein (1% Fe), hematogen - dung dịch 70% hemoglobin trong glycerol, hemol - hemoglobin khử bởi bụi kẽm.

Tính chất vật lý của sắt

Dữ liệu số có sẵn trong tài liệu mô tả các tính chất vật lý khác nhau của sắt dao động do khó thu được sắt ở trạng thái tinh khiết về mặt hóa học. Vì vậy, đáng tin cậy nhất là số liệu thu được đối với sắt điện phân, trong đó tổng hàm lượng tạp chất (C, Si, Mn, S, P) không vượt quá 0,01-0,03%. Dữ liệu dưới đây trong hầu hết các trường hợp đề cập đến phần cứng như vậy. Đối với nó, điểm nóng chảy là 1528 ° C ± 3 ° C (Ruer và Klesper, 1914), và điểm sôi là ≈ 2450 ° C. Ở trạng thái rắn, sắt tồn tại ở bốn dạng biến đổi khác nhau - α, β, γ và δ, trong đó các giới hạn nhiệt độ sau đây được thiết lập khá chính xác:

Sự chuyển đổi của sắt từ biến đổi này sang biến đổi khác được phát hiện trên các đường cong làm lạnh và nung nóng bởi các điểm tới hạn, các ký hiệu sau được chấp nhận:

Những điểm quan trọng này được thể hiện trong Hình. 1 với các đường cong sưởi ấm và làm mát sơ đồ. Sự tồn tại của các biến đổi δ-, γ- và α-Fe hiện được coi là không thể chối cãi, trong khi sự tồn tại độc lập của β-Fe bị tranh chấp do sự khác biệt không đủ rõ ràng giữa các thuộc tính của nó và của α-Fe. Tất cả các biến đổi của sắt đều kết tinh ở dạng hình lập phương, và α, β và δ có mạng tinh thể không gian của hình lập phương có tâm, và γ-Fe - hình lập phương có các mặt ở tâm. Các đặc điểm tinh thể học khác biệt nhất của sự biến đổi sắt thu được từ quang phổ tia X, như thể hiện trong Hình. 2 (Westgreen, 1929). Từ các dạng nhiễu xạ tia X đã trình bày, đối với α-, β- và δ-Fe, các vạch của quang phổ tia X giống nhau; chúng tương ứng với mạng tinh thể của một hình lập phương có tâm với các thông số 2,87, 2,90 và 2,93 Ȧ, và đối với γ-Fe thì phổ tương ứng với mạng tinh thể của một hình lập phương có các mặt và thông số ở giữa là 3,63-3,68 A.

Trọng lượng riêng của sắt nằm trong khoảng từ 7,855 đến 7,864 (Cross and Gill, 1927). Khi bị nung nóng, trọng lượng riêng của sắt giảm do giãn nở vì nhiệt, hệ số này tăng theo nhiệt độ, như trong Bảng. 1 (Driesen, 1914).

Sự giảm hệ số giãn nở trong phạm vi 20–800 ° C, 20–900 ° C, 700–800 ° C và 800–900 ° C được giải thích bởi sự bất thường trong sự mở rộng khi đi qua các điểm tới hạn A C2 và A C3. Sự chuyển đổi này đi kèm với sự co lại, đặc biệt rõ rệt ở điểm A C3 như được thể hiện bởi các đường cong co và giãn trong Fig. 3. Sự nóng chảy của sắt đi kèm với sự nở ra của nó là 4,4% (Gonda và Enda, 1926). Nhiệt dung của sắt là khá đáng kể so với các kim loại khác và được biểu thị cho các phạm vi nhiệt độ khác nhau từ 0,11 đến 0,20 Cal, như thể hiện trong Bảng. 2 (Obergoffer và Grosse, 1927) và đường cong được xây dựng từ chúng (Hình 4).

Trong dữ liệu đã cho, các biến đổi A 2, A 3, A 4 và sự nóng chảy của sắt được tìm thấy rất rõ ràng nên dễ dàng tính được hiệu ứng nhiệt cho chúng: A 3 ... + 6.765 Cal, A 4 ... + 2.531 Cal , sắt nóng chảy ... - 64,38 Cal (theo S. Umino, 1926, - 69,20 Cal).

Sắt có đặc điểm là dẫn nhiệt thấp hơn bạc khoảng 6-7 lần, và thấp hơn nhôm 2 lần; cụ thể là độ dẫn nhiệt của sắt ở 0 ° C - 0,2070, ở 100 ° C - 0,1567, ở 200 ° C - 0,1357 và ở 275 ° C - 0,1120 Cal / cm · s · ° С. Tính chất đặc trưng nhất của sắt là có từ tính, được biểu thị bằng một số hằng số từ thu được trong một chu kỳ hoàn toàn của quá trình từ hóa sắt. Các hằng số này đối với sắt điện phân được biểu thị bằng các giá trị sau trong gauss (Gumlich, 1909 và 1918):

Khi đi qua điểm A c2, tính sắt từ của sắt hầu như biến mất và có thể. chỉ được phát hiện với các phép đo từ tính rất chính xác. Trong thực tế, các biến đổi β-, γ- và δ được coi là không có từ tính. Độ dẫn điện của sắt ở 20 ° C là R -1 mo m / mm 2 (trong đó R là điện trở của sắt, bằng 0,099 Ω mm 2 / m). Hệ số nhiệt độ của điện trở a0-100 ° x10 5 nằm trong khoảng từ 560 đến 660, trong đó

Gia công nguội (cán, rèn, chuốt, dập) có ảnh hưởng rất đáng chú ý đến các tính chất vật lý của sắt. Vì vậy,% thay đổi của chúng trong quá trình cán nguội được biểu thị bằng các số liệu sau (Gerens, 1911): điện áp cưỡng bức + 323%, từ trễ + 222%, điện trở + 2%, trọng lượng riêng - 1%, độ từ thẩm - 65%. Tình huống thứ hai có thể hiểu được những biến động đáng kể về tính chất vật lý mà các nhà nghiên cứu khác nhau quan sát được: ảnh hưởng của tạp chất thường đi kèm với ảnh hưởng của xử lý cơ học nguội.

Người ta biết rất ít về các tính chất cơ học của sắt nguyên chất. Sắt điện phân được nung chảy trong khoảng trống được tìm thấy: độ bền kéo 25 kg / mm 2, độ giãn dài - 60%, độ nén mặt cắt - 85%, độ cứng Brinell - từ 60 đến 70.

Cấu trúc của sắt phụ thuộc vào hàm lượng tạp chất trong đó (thậm chí với số lượng nhỏ) và quá trình xử lý trước nguyên liệu. Cấu trúc vi mô của sắt, giống như các kim loại nguyên chất khác, bao gồm nhiều hoặc ít các hạt lớn (tinh thể), ở đây được gọi là ferit.

Kích thước và độ sắc nét của các đường viền của chúng phụ thuộc vào ch. arr. về tốc độ làm nguội sắt: càng về sau càng thấp, hạt càng phát triển và đường viền của chúng càng sắc nét. Nhìn từ bề mặt, các hạt thường có màu không đều do tinh thể học không bằng nhau, định hướng của chúng và tác động ăn mòn không đều của thuốc thử theo các hướng khác nhau trong tinh thể. Không có gì lạ khi các hạt bị kéo dài theo một hướng do quá trình xử lý cơ học. Nếu quá trình xử lý diễn ra ở nhiệt độ thấp, thì các đường cắt (đường Neumann) xuất hiện trên bề mặt của hạt do sự trượt của các phần riêng lẻ của tinh thể dọc theo mặt phẳng phân cắt của chúng. Những đường này là một trong những dấu hiệu của sự cứng lại và những thay đổi về tính chất đã được đề cập ở trên.

Sắt trong luyện kim

Thuật ngữ sắt trong luyện kim hiện đại chỉ được gán cho sắt rèn, tức là, một sản phẩm cacbon thấp thu được ở trạng thái nhão ở nhiệt độ không đủ để nấu chảy sắt, nhưng cao đến mức các hạt riêng lẻ của nó được hàn tốt với nhau, tạo ra sau rèn sản phẩm mềm đồng nhất, không chấp nhận khô cứng. Sắt (theo nghĩa được chỉ rõ của từ này) thu được: 1) trực tiếp từ quặng ở trạng thái giống như bột nhão bằng quy trình thổi pho mát; 2) theo cách tương tự, nhưng ở nhiệt độ thấp hơn, không đủ để hàn các hạt sắt; 3) phân phối lại gang bằng quá trình nở; 4) phân phối lại gang bằng cách tạo vũng.

1) Quy trình thổi pho mát hiện nay. thời gian chỉ được sử dụng bởi các dân tộc vô văn hóa và ở những khu vực mà (do thiếu phương tiện liên lạc thuận tiện) sắt của Mỹ hoặc châu Âu, thu được bằng các phương pháp hiện đại, không thể xâm nhập. Quá trình được thực hiện trong các lò nung thô và lò nung mở. Nguyên liệu cho nó là quặng sắt (thường là quặng sắt nâu) và than củi. Than được đổ vào lò sưởi trong một nửa phần đó nơi cung cấp cho vụ nổ, trong khi quặng được chất thành đống, từ phía đối diện. Carbon monoxide hình thành trong một lớp than cháy dày đi qua toàn bộ chiều dày của quặng và khi gặp nhiệt độ cao sẽ khử sắt. Quá trình thu hồi quặng được thực hiện dần dần - từ bề mặt của các mảnh riêng lẻ đến lõi. Bắt đầu từ đỉnh của đống, nó tăng tốc khi quặng di chuyển vào khu vực có nhiệt độ cao hơn; trong trường hợp này, oxit sắt đầu tiên chuyển thành oxit từ, sau đó thành oxit, và cuối cùng, sắt kim loại xuất hiện trên bề mặt của các mẩu quặng. Đồng thời, các tạp chất đất của quặng (đá thải) kết hợp với ôxít sắt chưa được khử và tạo thành xỉ sắt có độ nóng chảy thấp, chúng tan chảy qua các vết nứt của vỏ kim loại, hình thành như cũ. , một vỏ trong mỗi mảnh quặng. Được nung nóng đến nhiệt độ nóng trắng, những lớp vỏ này được hàn với nhau, tạo thành một khối sắt xốp ở đáy lò sưởi - một kritsu, bị xỉ xuyên qua. Để tách biệt với phần sau, kritsa lấy ra khỏi lò sưởi được cắt thành nhiều phần, mỗi phần được rèn, hàn, sau khi làm nguội trong cùng một lò thành các dải hoặc trực tiếp thành các sản phẩm (đồ gia dụng, vũ khí). Ở Ấn Độ, quá trình sản xuất pho mát vẫn được thực hiện trong các lò sản xuất pho mát, chỉ khác với các lò nung ở chiều cao nhỉnh hơn một chút - khoảng 1,5 m. Các bức tường của lò được làm bằng khối đất sét (không phải gạch) và chỉ phục vụ một lần nấu chảy. Vụ nổ được đưa vào lò thông qua một ống dẫn bằng ống thổi bằng chân hoặc tay. Một lượng than nhất định (“đầu không tải”) được nạp vào lò rỗng, sau đó lần lượt xếp thành từng lớp riêng biệt, quặng và than, với lượng than đầu tiên tăng dần cho đến khi đạt đến mối quan hệ nhất định với than; Trọng lượng của toàn bộ quặng được lấp đầy được xác định bởi trọng lượng mong muốn của chất nở, mà nói chung, là không đáng kể. Quá trình phục hồi giống như trong lò rèn; sắt cũng không được phục hồi hoàn toàn, và kết quả nở ra chứa nhiều xỉ sắt. Kritsu được chiết xuất bằng cách phá vỡ lò và cắt thành từng miếng, trọng lượng 2-3 kg. Mỗi người trong số họ được nung nóng trong lò rèn và xử lý dưới búa; kết quả là tạo ra một loại sắt mềm tuyệt vời, trong số những thứ khác, là vật liệu để sản xuất thép "gấm" (thép gấm hoa) của Ấn Độ. Thành phần của nó như sau (tính bằng%):

Hàm lượng không đáng kể của các nguyên tố - tạp chất sắt - hoặc sự vắng mặt hoàn toàn của chúng được giải thích là do độ tinh khiết của quặng, sự khử không hoàn toàn của sắt và nhiệt độ thấp trong lò. Việc tiêu thụ than củi do quy mô nhỏ của các lò nung và lò nung và tần suất hoạt động của chúng rất cao. Ở Phần Lan, Thụy Điển và Urals, sắt được nấu chảy trong lò cao phô mai Husgavel, trong đó có thể kiểm soát quá trình khử và bão hòa sắt với cacbon; tiêu thụ than trong đó - lên đến 1,1 trên một đơn vị sắt, sản lượng đạt 90% hàm lượng của nó trong quặng.

2) Trong tương lai, cần kỳ vọng vào sự phát triển của sản xuất sắt trực tiếp từ quặng, không phải bằng cách sử dụng quá trình thổi thô, mà bằng cách khử sắt ở nhiệt độ không đủ để tạo xỉ và thậm chí để thiêu kết quặng thải (1000 ° C). Ưu điểm của quá trình này là khả năng sử dụng nhiên liệu cấp thấp, loại bỏ thông lượng và tiêu thụ nhiệt để nấu chảy xỉ.

3) Việc sản xuất gang rèn bằng cách phân phối lại gang bằng quá trình nở được thực hiện trong các lò nung của Ch. arr. ở Thụy Điển (chúng tôi có - ở Urals). Để phân phối lại, gang đặc biệt được nấu chảy, cái gọi là. Lancashire, ít lãng phí nhất. Nó chứa: 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.

Quá trình này đang được tuân theo. arr: lò sưởi, thoát khỏi tiếng kêu, nhưng với xỉ chín của quá trình kết thúc còn lại trên bảng dưới cùng, được lấp đầy bởi than, ch. arr. gỗ thông, trên đó có khối lượng gang nung nóng bởi các sản phẩm cháy là 165-175 kg (đối với 3/8 m 2 tiết diện của lò sưởi có 100 kg lồng gang). Bằng cách xoay van trong ống dẫn khí, vụ nổ được dẫn qua các đường ống nằm trong không gian dưới mái của lò sưởi, và được làm nóng ở đây đến nhiệt độ 150-200 ° C, do đó tăng tốc. sắt nóng chảy. Gang nóng chảy được hỗ trợ liên tục (với sự trợ giúp của xà beng) trên than phía trên các ống tuye. Trong quá trình làm việc như vậy, toàn bộ khối lượng gang chịu tác dụng oxy hóa của oxy trong khí quyển và carbon dioxide, đi qua vùng cháy dưới dạng các giọt nhỏ. Bề mặt lớn của chúng góp phần vào quá trình oxy hóa nhanh chóng của sắt và các tạp chất của nó - silic, mangan và cacbon. Tùy thuộc vào hàm lượng của các tạp chất này, gang mất chúng ở mức độ lớn hơn hoặc ít hơn trước khi nó đọng lại ở đáy lò sưởi. Vì gang có hàm lượng silic thấp và mangan thấp được luyện lại trong lò rèn Thụy Điển, do đó, khi vượt qua chân trời tuyere, nó sẽ mất tất cả Si và Mn (các oxit của nó tạo thành xỉ chính với oxit đen) và một phần đáng kể của carbon. Quá trình nấu chảy gang kéo dài 20-25 phút. Vào cuối quá trình này, thổi nguội được đưa vào lò. Kim loại lắng xuống đáy lò bắt đầu phản ứng với xỉ chín nằm ở đó, chứa một lượng dư lớn (so với lượng silica) của các oxit sắt - Fe 3 O 4 và FeO, những chất này oxi hóa cacbon bằng giải phóng carbon monoxide, làm sôi toàn bộ kim loại. Khi kim loại dày lên (do mất carbon) và "ngồi xuống như một món hàng", cái sau được nâng lên bằng xà beng phía trên ống tuye, vụ nổ nóng lại được bắt đầu và "hàng hóa" bị nấu chảy.

Trong quá trình nung chảy thứ cấp, kim loại bị oxy hóa bởi oxy của cả quá trình nổ và xỉ bị nóng chảy ra khỏi nó. Ở dưới cùng của lò rèn, sau lần nâng đầu tiên, kim loại rơi xuống, đủ mềm để thu thập kritsu từ một số phần chín nhất của nó. Nhưng trước đây, khi sử dụng gang loại silic, người ta phải dùng đến hàng hóa tăng thứ hai, thậm chí thứ ba, điều này tất nhiên làm giảm năng suất của lò, tăng tiêu thụ nhiên liệu và chất thải sắt. Kết quả của công việc bị ảnh hưởng bởi khoảng cách của các ống từ bảng dưới cùng (độ sâu của lò sưởi) và độ dốc của các ống: đặt ống tuye càng dốc và độ sâu của lò sưởi càng nhỏ, hiệu ứng càng lớn. của không khí oxi hóa kim loại. Độ dốc nhẹ hơn của lưỡi dao, cũng như độ sâu của lò sưởi lớn hơn, làm giảm tác động trực tiếp của oxy nổ, do đó có vai trò lớn hơn đối với tác dụng của xỉ đối với các tạp chất sắt; quá trình oxy hóa bởi chúng chậm hơn, nhưng không có khói sắt. Trong bất kỳ điều kiện nhất định nào, vị trí thuận lợi nhất của cây thương so với bảng dưới cùng được xác định theo kinh nghiệm; trong một lò rèn Thụy Điển hiện đại, mắt của cây thương được đặt ở khoảng cách 220 mm từ bảng dưới cùng và độ nghiêng của ống tuye thay đổi trong giới hạn gần - từ 11 đến 12 °.

Vết nứt thu được ở đáy lò sưởi, trái ngược với vết nứt thô, rất ít xỉ bị cuốn vào cơ học; đối với các tạp chất hóa học của sắt, thì Si, Mn và C có thể được. được loại bỏ hoàn toàn (hàm lượng không đáng kể của Si và Mn được chỉ ra bởi các phép phân tích là một phần của tạp chất cơ học - xỉ), và lưu huỳnh chỉ bị oxy hóa một phần bằng phương pháp nổ trong quá trình nấu chảy. Đồng thời, phốt pho cũng bị oxy hóa, để lại trong xỉ ở dạng muối phốt pho-sắt, nhưng sau đó bị khử bởi cacbon, và kim loại cuối cùng có thể chứa lượng phốt pho (từ khói sắt) thậm chí tương đối nhiều hơn so với ban đầu. gang thép. Đó là lý do tại sao, để có được kim loại hạng nhất xuất khẩu ở Thụy Điển, gang nguyên chất độc quyền liên quan đến P được đưa vào phân phối lại. Kritsa đã hoàn thành được đưa ra khỏi lò rèn được cắt thành ba phần (mỗi phần 50-55 kg) và được ép dưới một chiếc búa, tạo ra hình dạng của một cái ống song song.

Thời gian của quá trình phân phối lại ở vườn hoa Thụy Điển là từ 65 đến 80 phút; Mỗi ngày thu được từ 2,5 đến 3,5 tấn mảnh nén “dùng để đốt lửa”, với mức tiêu thụ than củi chỉ 0,32-0,40 trên một đơn vị nguyên liệu thành phẩm và sản lượng của nó từ 89 đến 93,5% lượng gang quy định trong phân phối lại. Gần đây nhất, các thí nghiệm thành công đã được thực hiện ở Thụy Điển trong việc chuyển hóa sắt lỏng lấy từ lò cao, và đẩy nhanh quá trình sôi bằng cách khuấy kim loại bằng cào cơ học; trong khi chất thải giảm xuống 7%, và tiêu thụ than - còn 0,25.

Dữ liệu sau (tính theo%) đưa ra khái niệm về thành phần hóa học của sắt Thụy Điển và Nam Ural:

Trong số tất cả các loại sắt thu được bằng các phương pháp công nghiệp, loại sắt ở Thụy Điển là loại gần nhất với loại tinh khiết về mặt hóa học và được sử dụng thay vì loại sau này trong thực hành phòng thí nghiệm và công việc nghiên cứu. Nó khác với sắt thô ở tính đồng nhất của nó, và so với kim loại có lỗ hở mềm nhất (gang) khi không có mangan; nó được đặc trưng bởi mức độ cao nhất của khả năng hàn, độ dẻo và tính dễ uốn. Gang dẻo Thụy Điển thể hiện độ bền kéo không đáng kể, chỉ khoảng 30 kg / mm 2, với độ giãn dài là 40% và giảm tiết diện ngang là 75%. Hiện tại, sản lượng luyện gang hàng năm ở Thụy Điển đã giảm xuống còn 50.000 tấn, kể từ sau chiến tranh 1914-18. phạm vi ứng dụng công nghiệp của loại sắt này đã bị giảm đi đáng kể. Số lượng lớn nhất của nó được sử dụng trong sản xuất (ở Anh, thị trường chính và ở Đức) các loại thép công cụ và thép đặc biệt cao cấp nhất; ở Thụy Điển, nó được sử dụng để làm dây đặc biệt ("hoa"), móng ngựa, được rèn tốt ở trạng thái lạnh, dây chuyền và dải trống cho các đường ống hàn. Đối với hai mục đích cuối cùng, các đặc tính của sắt nung đặc biệt quan trọng: khả năng hàn đáng tin cậy và đối với đường ống, hơn nữa, khả năng chống gỉ cao nhất.

4) Sự phát triển của sản xuất sắt do quá trình nở hoa kéo theo sự tàn phá rừng; sau khi được thực hiện dưới sự bảo vệ của luật pháp ở các quốc gia khác nhau, điều này đã hạn chế việc chặt phá của họ ở mức tăng hàng năm, Thụy Điển, và sau đó là Nga - những nước có nhiều quặng chất lượng cao - đã trở thành những nhà cung cấp sắt chính trên thị trường quốc tế trong suốt Thế kỷ 18. Năm 1784, người Anh Cort đã phát minh ra vũng - quá trình phân phối lại gang trên lò nung lửa, trong đó than được đốt cháy. Sau cái chết của Cort, Rogers và Gall đã giới thiệu những cải tiến đáng kể trong thiết kế của lò tạo vũng, góp phần vào sự lan truyền nhanh chóng của lò tạo vũng ở tất cả các nước công nghiệp và thay đổi hoàn toàn bản chất và quy mô sản xuất sắt của họ trong nửa đầu thế kỷ 19. Bằng quá trình này, họ đã thu được khối lượng kim loại cần thiết cho việc chế tạo tàu sắt, đường sắt, đầu máy xe lửa, nồi hơi và ô tô.

Nhiên liệu để tạo vũng là than bitum ngọn lửa dài, nhưng ở những nơi không có sẵn, chúng tôi phải dùng đến than nâu, và ở đây ở Ural - là củi. Gỗ thông cho ngọn lửa lâu hơn than cứng; nó nóng tốt, nhưng độ ẩm trong gỗ không được vượt quá 12%. Sau đó, lò tái sinh Siemens được sử dụng để tạo vũng ở Ural. Cuối cùng, ở Hoa Kỳ và ở nước ta (ở lưu vực sông Volga và Kama), các lò vũng được vận hành bằng dầu phun trực tiếp vào không gian làm việc của lò.

Đối với tốc độ phân phối lại và giảm tiêu thụ nhiên liệu, mong muốn có vũng nước lạnh gang; Tuy nhiên, khi nấu chảy nó trên than cốc, sản phẩm thu được rất nhiều lưu huỳnh (0,2 và thậm chí 0,3%), và với hàm lượng phốt pho cao trong quặng là phốt pho. Đối với các loại sắt thương mại thông thường, gang có hàm lượng silic thấp (dưới 1%), được gọi là gang, trước đây đã được nấu chảy với số lượng lớn. Gang than, được luyện lại ở Urals và miền trung nước Nga, không chứa lưu huỳnh và tạo ra một sản phẩm cũng được sử dụng để sản xuất sắt lợp mái. Hiện nay, puddling được sử dụng để sản xuất kim loại chất lượng cao theo các thông số kỹ thuật đặc biệt, và do đó không phải gang thông thường được cung cấp cho các lò tạo vũng, mà là chất lượng cao, ví dụ, mangan hoặc "hematit" (phốt pho thấp), hoặc, ngược lại, phốt pho cao để sản xuất sắt hạt. Dưới đây là hàm lượng (tính theo%) của các nguyên tố chính trong một số loại gang dùng làm vũng:

Lò tạo vũng, khi kết thúc hoạt động trước, thường có một lượng xỉ ở phía dưới bình thường để làm việc với phụ tải tiếp theo. Khi gia công gang silic mạnh, trong lò còn nhiều xỉ, phải hạ xuống; ngược lại, gang trắng được để "khô" dưới lò, và công việc phải được bắt đầu bằng cách ném vào một lượng xỉ cần thiết, được lấy từ dưới búa ("chín", loại giàu từ tính nhất) . Một điện tích sắt được ném lên xỉ, nung trong gang (250-300 kg trong lò thường và 500-600 kg trong lò đôi); sau đó một phần nhiên liệu mới được ném vào lò, ghi được làm sạch, và lắp đầy đủ gió vào lò. Trong vòng 25-35 phút. gang nóng chảy, trải qua b. hoặc m. một sự thay đổi đáng kể trong thành phần của nó. Gang cứng bị oxy hóa bởi oxy của ngọn lửa, và sắt, mangan và silic tạo ra một silicat kép chảy xuống lò sưởi; gang nóng chảy lộ ra càng nhiều lớp gang đặc cũng bị oxi hoá và nóng chảy. Vào cuối thời kỳ nóng chảy, hai lớp chất lỏng được hình thành trên lò nung - gang và xỉ, trên bề mặt tiếp xúc của cacbon bị oxy hóa, mặc dù ở mức độ yếu, bởi oxit sắt từ tính, bằng chứng là các bọt khí cacbon monoxit thả ra khỏi bồn tắm. Tùy thuộc vào hàm lượng silic và mangan trong gang, một lượng không bằng nhau của chúng vẫn còn trong kim loại nóng chảy: trong gang than có hàm lượng silic thấp hoặc gang trắng - than cốc nóng chảy - silic trong hầu hết các trường hợp cháy hết trong quá trình nấu chảy; đôi khi một lượng nhất định của nó vẫn còn trong kim loại (0,3-0,25%), cũng như mangan. Lúc này, photpho cũng bị oxy hóa, biến thành muối sắt photphoric. Từ việc giảm trọng lượng của kim loại trong quá trình đốt cháy các tạp chất này, hàm lượng% cacbon thậm chí có thể tăng lên, mặc dù chắc chắn một số trong số đó bị đốt cháy bởi oxy của ngọn lửa và xỉ bao phủ các phần đầu tiên của kim loại nóng chảy.

Để đẩy nhanh quá trình đốt cháy lượng silic, mangan và cacbon còn lại, người ta sử dụng phương pháp tạo vũng, tức là trộn gang với xỉ bằng cách sử dụng một chiếc gậy có đầu góc vuông. Nếu kim loại là chất lỏng (gang xám, có nhiều cacbon), thì sự trộn lẫn không đạt được mục đích và trước tiên bể được tạo đặc bằng cách ném xỉ chín nguội vào nó, hoặc bằng cách giảm lực đẩy, quá trình đốt cháy không hoàn toàn được thiết lập trong lò, kèm theo một ngọn lửa rất khói (uể oải). Sau một vài phút, trong quá trình khuấy liên tục được thực hiện, nhiều bọt khí cacbon monoxit đang cháy xuất hiện trên bề mặt của bể - sản phẩm của quá trình oxy hóa cacbon gang bằng oxy của oxit từ hòa tan trong xỉ sắt chính. Khi quá trình diễn ra, quá trình oxy hóa C tăng cường và biến thành một sự "sôi" dữ dội của toàn bộ khối lượng kim loại, đi kèm với sự trương nở của nó và sự gia tăng thể tích đáng kể đến mức một phần của xỉ tràn qua ngưỡng của lỗ làm việc. Khi C cháy hết, nhiệt độ nóng chảy của kim loại tăng lên, và để tiếp tục sôi thì người ta tăng nhiệt độ trong lò liên tục. Quá trình đun sôi hoàn thành ở nhiệt độ thấp tạo ra sản phẩm thô, tức là một khối sắt xốp có hàm lượng cacbon cao, không thể hàn được; hàng chín "ngồi xuống" trong lò nóng. Quá trình oxy hóa tạp chất sắt trong lò tạo vũng bắt đầu bằng oxy của xỉ, là hợp kim của sắt monosilica (Fe 2 SiO 4) với oxit từ tính và oxit sắt có thành phần thay đổi. Trong các lò nung ở Anh, thành phần của hỗn hợp các oxit được biểu thị bằng công thức 5Fe 3 O 4 5 FeO; Khi kết thúc quá trình đun sôi, tỷ lệ oxit trong xỉ cô cạn được biểu thị bằng công thức Fe 3 O 4 5FeO, tức là 80% toàn bộ oxit từ của xỉ tham gia vào quá trình oxi hóa. Các phản ứng oxi hóa m b. được biểu diễn bằng các phương trình nhiệt hóa sau:

Như có thể thấy từ các phương trình này, quá trình oxy hóa Si, P và Mn đi kèm với sự tỏa nhiệt và do đó, làm nóng bể, trong khi quá trình oxy hóa C trong quá trình khử Fe 3 O 4 thành FeO hấp thụ nhiệt và do đó yêu cầu nhiệt độ cao. Điều này giải thích thứ tự loại bỏ các tạp chất sắt và thực tế là quá trình đốt cháy carbon kết thúc sớm hơn trong lò nóng. Fe 3 O 4 không bị khử thành kim loại, vì điều này đòi hỏi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tại đó xảy ra “sôi”.

"Hàng hóa" teo nhỏ, để trở thành sắt hàn tốt, vẫn cần phải được hấp: hàng hóa được để trong lò vài phút và thỉnh thoảng chúng được lật lại bằng xà beng, và các bộ phận bên dưới của nó được đặt lên. đứng đầu; dưới tác dụng tổng hợp của oxy của ngọn lửa và xỉ, tẩm toàn bộ khối sắt, lúc này cacbon tiếp tục cháy hết. Ngay sau khi thu được một lượng kim loại hàn tốt nhất định, tiếng la hét bắt đầu phát ra từ nó, tránh bị oxy hóa quá mức. Tổng cộng, từ 5 đến 10 kritz được cuộn khi hàng hóa chín (không quá 50 kg mỗi chiếc); Bánh quy được giữ (hấp) ở ngưỡng trong khu vực có nhiệt độ cao nhất và được đưa vào dưới búa để nén, giúp tách xỉ và tạo cho chúng hình dạng của một miếng bánh (mặt cắt từ 10x10 đến 15x15 cm), thuận tiện cho việc cuộn ở dạng cuộn. Đến nơi phát ra tiếng hét, những người sau sẽ tiến lên bằng cách tiến về phía trước, cho đến tiếng cuối cùng. Thời gian của quá trình sản xuất kim loại chất lượng cao nhất (gang sợi) từ gang than chín (cacbon cao) ở Ural như sau: 1) luyện gang - 5 phút, 2) nấu chảy - 35 phút, 3) uể oải - 25 phút, 4) vũng (trộn) - 20 phút, 5) hấp hàng - 20 phút, 6) nhào và hấp bánh quy - 40 phút, 7) làm bánh quy giòn (10-11 cái) - 20 phút; tổng cộng - 165 phút. Khi gia công gang trắng, trên gang thương phẩm thông thường, thời gian của quá trình này giảm xuống (ở Tây Âu) xuống còn 100 và thậm chí 75 phút.

Đối với kết quả của công việc, ở các vùng luyện kim khác nhau, chúng thay đổi tùy thuộc vào loại nhiên liệu, chất lượng gang và mác sắt được sản xuất. Bếp Ural, làm việc bằng gỗ, cho sản lượng sắt sử dụng được trên 1 m 3 củi từ 0,25 đến 0,3 tấn; tiêu thụ dầu trên một đơn vị sắt là 0,33, than trong các lò nung ở châu Âu là 0,75 - 1,1. Sản lượng hàng ngày của bếp lò lớn (600 kg gang) khi làm củi khô là 4-5 tấn; sản lượng nguyên liệu phù hợp để sản xuất gang lợp bằng 95-93% lượng gang cung cấp cho quá trình. Ở Châu Âu, năng suất hàng ngày của lò thông thường (lồng 250-300 kg) là khoảng 3,5 tấn với mức hao hụt 9%, và đối với sắt chất lượng cao - 2,5 tấn với mức hao hụt 11%.

Xét về thành phần hóa học và tính chất vật lý, một mặt sắt tạo bọt là sản phẩm kém hơn nhiều so với sắt nở và mặt khác là gang đúc hở. Các loại sắt thông thường trước đây được sản xuất ở Tây Âu chứa rất nhiều lưu huỳnh và phốt pho, vì chúng được sản xuất từ ​​các loại than cốc không tinh khiết, và cả hai tạp chất có hại này chỉ một phần đi vào xỉ; lượng xỉ ở sắt vũng là 3-6%, ở kim loại chất lượng cao không quá 2%. Sự có mặt của xỉ làm giảm đáng kể kết quả thử nghiệm cơ học của sắt tạo vũng. Dưới đây là một số dữ liệu về% đặc điểm của sắt tạo vũng - Tây Âu thông thường và Ural tốt:

Một đặc tính có giá trị, vì lợi ích của việc sản xuất gang vũng hiện nay, là khả năng hàn tuyệt vời của nó, đôi khi có tầm quan trọng đặc biệt theo quan điểm an toàn. Thông số kỹ thuật đường sắt Các xã hội yêu cầu sản xuất các thiết bị khớp nối bằng sắt vũng nước, thanh chuyển mạch và bu lông. Do có khả năng chống lại tác động ăn mòn của nước tốt hơn nên sắt tạo vũng cũng được sử dụng để sản xuất ống dẫn nước. Nó cũng được sử dụng để sản xuất các loại hạt (kim loại thô chứa phốt pho) và sắt sợi chất lượng cao cho đinh tán và dây chuyền.

Cấu trúc của sắt rèn, được phát hiện dưới kính hiển vi ngay cả ở độ phóng đại thấp, được đặc trưng bởi sự hiện diện của các thành phần màu đen và ánh sáng trong ảnh chụp; cái trước thuộc về xỉ, và cái sau thuộc về hạt hoặc sợi sắt thu được bằng cách kéo kim loại.

Buôn bán sắt

Các nhà máy luyện kim sản xuất sắt gồm hai loại chính phục vụ nhu cầu của ngành công nghiệp: 1) dạng tấm và 2) chất lượng cao.

Sắt tấm hiện được cuộn rộng tới 3 m; với độ dày từ 1-3 mm, chúng tôi gọi là cán mịn; từ 3 ​​mm trở lên (thường đến 40 mm) - lò hơi, bể chứa, tàu thủy, tùy theo mục đích mà tương ứng với thành phần và cơ tính của vật liệu. Mềm nhất là sắt lò hơi; nó thường chứa 0,10-0,12% C, 0,4-0,5% Mn, P và S - mỗi loại không quá 0,05%; khả năng chống vỡ tạm thời của nó không phải là b. hơn 41 kg / mm 2 (nhưng không nhỏ hơn 34 kg / mm 2), độ giãn dài khi đứt - khoảng 28%. Gang chứa được làm chắc chắn và bền hơn; nó chứa 0,12-0,15% C; 0,5-0,7% Mn và không quá 0,06% cả P ​​và S; độ bền xé 41-49 kg / mm 2, độ giãn dài 25-28%. Chiều dài của các tấm của nồi hơi và sắt chứa được đặt theo thứ tự theo kích thước của sản phẩm được tán từ các tấm (tránh các đường nối và trang trí không cần thiết), nhưng thường không vượt quá 8 m, vì nó được giới hạn cho các tấm mỏng bằng làm nguội nhanh chóng của chúng trong quá trình cán, và đối với các tấm dày - bằng trọng lượng của thỏi.

Tấm sắt dày dưới 1 mm được gọi là sắt tây; nó được sử dụng để sản xuất sắt tây và làm vật liệu lợp mái. Đối với mục đích thứ hai, ở Liên Xô, các tấm được cuộn với kích thước 1422x711 mm, nặng 4-5 kg, với độ dày 0,5-0,625 mm. Tôn lợp được nhà máy sản xuất theo từng kiện có trọng lượng 82 kg. Ở nước ngoài, thiếc đen được phân loại thương mại theo các số cỡ đặc biệt - từ 20 đến 30 (độ dày thông thường của thiếc Đức là từ 0,875 đến 0,22 mm, và tiếng Anh - từ 1,0 đến 0,31 mm). Thiếc được làm từ gang mềm nhất, chứa 0,08-0,10% C, 0,3-0,35% Mn, nếu nó được làm từ gang than (chúng tôi có), và 0,4-0,5% Mn, nếu nguyên liệu ban đầu là than cốc. sắt; độ bền xé - từ 31 đến 34 kg / mm 2, độ giãn dài - 28-30%. Nhiều loại tôn là tôn (tôn). Nó được phân chia theo tính chất của sóng thành sắt với sóng thấp và cao; trong lần đầu tiên, tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu của sóng dao động từ 3 đến 4, trong lần thứ hai là 1-2. Tôn được làm với độ dày 0,75-2,0 mm và bản rộng 0,72-0,81 m (với sóng thấp) và 0,4-0,6 m (với sóng cao). Tôn được dùng làm mái, vách kết cấu nhẹ, rèm, có sóng cao, ngoài ra còn dùng để thi công trần nhà không vì kèo.

Sắt mặt cắt được chia thành hai loại theo hình dạng mặt cắt: sắt mặt cắt thông thường và sắt định hình.

Loại thứ nhất bao gồm sắt tròn (có đường kính dưới 10 mm gọi là dây), hình vuông, dẹt hoặc dải. Sau đó, lần lượt, được chia thành: dải chính nó - rộng từ 10 đến 200 mm và dày hơn 5 mm; vòng - cùng chiều rộng, nhưng có độ dày từ 5 đến 1 mm, được biểu thị bằng số cỡ nòng (từ cỡ nòng thứ 3 đến thứ 19 của tiếng Đức bình thường và từ cỡ nòng thứ 6 đến thứ 20 của tiếng Anh); lốp - rộng từ 38 đến 51 mm và dày đến 22 mm; phổ thông - rộng từ 200 đến 1000 mm và dày ít nhất 6 mm (cuộn đặc biệt - phổ thông). Cả săm lốp và vành đai sắt đều được các nhà máy sản xuất ở dạng dốc, cuộn dây - dạng cuộn; các loại khác - ở dạng dải thẳng (thẳng), thường dài không quá 8 m (bình thường - từ 4,5 đến 6 m), nhưng theo thứ tự đặc biệt đối với kết cấu bê tông, dải được cắt dài đến 18 mm, và đôi khi hơn .

Các dạng chính của sắt định hình: dạng góc (cạnh đều và không bằng nhau), hình hộp (kênh), tee, dầm chữ I (dầm), cột (vuông) và sắt zet; cũng có một số loại sắt hình khác ít phổ biến hơn. Theo phân loại hệ mét thông thường của chúng tôi, kích thước của sắt định hình được biểu thị bằng số hồ sơ (# - số, xem chiều rộng của kệ hoặc chiều cao tối đa của hồ sơ). Góc không bằng nhau và tee iron có số lượng gấp đôi; ví dụ, số 16/8 có nghĩa là góc có kệ 16 và 8 cm hoặc tee có kệ 16 cm và chiều cao tee là 8 cm. - tee đôi.

Thành phần của sắt mặt cắt hàn thông thường: 0,12% C, 0,4% Mn, ít hơn 0,05% P và S - mỗi loại; khả năng chống xé rách của nó là 34-40 kg / mm 2; nhưng sắt tròn làm đinh tán được làm từ vật liệu mềm hơn có thành phần: ít hơn 0,10% C, 0,25-0,35% Mn, khoảng 0,03% P và S mỗi loại. Độ bền kéo 32-35 kg / mm 2 và độ giãn dài 28-32%. Sắt định hình không hàn được, nhưng sắt đinh tán (“thép xây dựng”) chứa: 0,15 - 0,20% C, 0,5% Mn, lên đến 0,06% P và S - mỗi loại; khả năng chống xé rách của nó là 40-50 kg / mm 2, độ giãn dài là 25-20%. Để sản xuất các loại hạt, người ta chế tạo ra sắt (Thomas), chứa khoảng 0,1% C, nhưng từ 0,3 đến 0,5% P (các loại hạt càng lớn thì P càng nhiều). Ở nước ngoài, để đáp ứng nhu cầu của các nhà máy cán đặc biệt, một bán thành phẩm được lưu thông trong thương mại - một loại phôi hình vuông, thường có tiết diện 50 x 50 mm.

Sắt là một nguyên tố hóa học nổi tiếng. Nó thuộc vào những kim loại có khả năng phản ứng trung bình. Chúng tôi sẽ xem xét các thuộc tính và sử dụng của sắt trong bài viết này.

Mức độ phổ biến trong tự nhiên

Có một số lượng lớn các khoáng chất bao gồm ferrum. Trước hết, nó là magnetit. Nó là bảy mươi hai phần trăm sắt. Công thức hóa học của nó là Fe 3 O 4. Khoáng chất này còn được gọi là quặng sắt từ tính. Nó có màu xám nhạt, đôi khi có màu xám đậm, đến đen, với ánh kim loại. Khoản tiền gửi lớn nhất của nó trong số các nước SNG nằm ở Urals.

Khoáng chất tiếp theo có hàm lượng sắt cao là hematit - nó bao gồm bảy mươi phần trăm nguyên tố này. Công thức hóa học của nó là Fe 2 O 3. Nó còn được gọi là quặng sắt đỏ. Nó có màu từ đỏ nâu đến đỏ xám. Khoản tiền gửi lớn nhất trên lãnh thổ của các nước SNG nằm ở Krivoy Rog.

Khoáng chất thứ ba về hàm lượng ferrum là limonite. Ở đây, sắt là sáu mươi phần trăm tổng khối lượng. Nó là một hydrat kết tinh, tức là các phân tử nước được dệt thành mạng tinh thể của nó, công thức hóa học của nó là Fe 2 O 3 .H 2 O. Như tên gọi của nó, khoáng chất này có màu vàng nâu, đôi khi có màu nâu. Nó là một trong những thành phần chính của đất son tự nhiên và được sử dụng làm chất màu. Nó còn được gọi là đá ironstone màu nâu. Những nơi xuất hiện lớn nhất là Crimea, Urals.

Trong siderite, cái gọi là quặng sắt spar, bốn mươi tám phần trăm ferrum. Công thức hóa học của nó là FeCO 3. Cấu trúc của nó không đồng nhất và bao gồm các tinh thể có màu sắc khác nhau kết nối với nhau: xám, xanh lục nhạt, xám vàng, nâu vàng, v.v.

Khoáng sản tự nhiên cuối cùng có hàm lượng ferrum cao là pyrit. Nó có công thức hóa học sau đây là FeS 2. Sắt trong đó là bốn mươi sáu phần trăm tổng khối lượng. Do các nguyên tử lưu huỳnh, khoáng chất này có màu vàng vàng.

Nhiều khoáng chất được coi là được sử dụng để thu được sắt tinh khiết. Ngoài ra, hematit còn được dùng trong sản xuất đồ trang sức từ đá tự nhiên. Các thể vùi pyrit có thể được tìm thấy trong đồ trang sức bằng đá lapis lazuli. Ngoài ra, sắt được tìm thấy trong tự nhiên trong thành phần của cơ thể sống - nó là một trong những thành phần quan trọng nhất của tế bào. Nguyên tố vi lượng này phải được cung cấp cho cơ thể con người với số lượng vừa đủ. Đặc tính chữa bệnh của sắt phần lớn là do nguyên tố hóa học này là cơ sở của hemoglobin. Do đó, việc sử dụng ferrum có ảnh hưởng tốt đến tình trạng của máu, và do đó là toàn bộ cơ thể nói chung.

Sắt: tính chất vật lý và hóa học

Chúng ta hãy xem xét hai phần chính này theo thứ tự. sắt là hình dạng, khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, ... Đó là tất cả các đặc điểm riêng biệt của một chất gắn liền với vật lý. Các tính chất hóa học của sắt là khả năng phản ứng với các hợp chất khác. Hãy bắt đầu với cái đầu tiên.

Tính chất vật lý của sắt

Ở dạng tinh khiết trong điều kiện bình thường, nó là một chất rắn. Nó có màu xám bạc và ánh kim loại rõ rệt. Các tính chất cơ học của sắt bao gồm cấp độ cứng Cô bằng bốn (trung bình). Sắt dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Đặc điểm cuối cùng có thể cảm nhận được bằng cách chạm vào vật bằng sắt trong phòng lạnh. Vì vật liệu này dẫn nhiệt nhanh nên nó sẽ thoát ra khỏi da của bạn trong một khoảng thời gian ngắn, đó là lý do tại sao bạn cảm thấy lạnh.

Ví dụ, chạm vào một cái cây, có thể nhận thấy rằng hệ số dẫn nhiệt của nó thấp hơn nhiều. Tính chất vật lý của sắt là nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nó. Nhiệt độ đầu tiên là 1539 độ C, nhiệt độ thứ hai là 2860 độ C. Có thể kết luận rằng các tính chất đặc trưng của sắt là độ dẻo và dễ nóng chảy tốt. Nhưng đó không phải là tất cả.

Các tính chất vật lý của sắt cũng bao gồm tính sắt từ của nó. Nó là gì? Sắt, có đặc tính từ tính mà chúng ta có thể quan sát trong các ví dụ thực tế hàng ngày, là kim loại duy nhất có đặc điểm phân biệt độc đáo như vậy. Điều này là do thực tế là vật liệu này có thể bị từ hóa dưới tác động của từ trường. Và sau khi kết thúc hoạt động của chất thứ hai, sắt, đặc tính từ tính của nó mới được hình thành, vẫn là một nam châm trong một thời gian dài. Có thể giải thích hiện tượng này là do trong cấu tạo của kim loại này có nhiều êlectron tự do có khả năng chuyển động.

Về mặt hóa học

Nguyên tố này thuộc về kim loại hoạt động trung bình. Nhưng các tính chất hóa học của sắt là đặc trưng cho tất cả các kim loại khác (trừ những tính chất ở bên phải của hiđro trong dãy điện hóa). Nó có khả năng phản ứng với nhiều lớp chất.

Hãy bắt đầu đơn giản

Ferrum tương tác với oxy, nitơ, halogen (iốt, brom, clo, flo), phốt pho, cacbon. Điều đầu tiên cần xem xét là phản ứng với oxy. Khi ferrum bị đốt cháy, các oxit của nó được hình thành. Tùy thuộc vào điều kiện của phản ứng và tỷ lệ giữa hai thành phần tham gia, chúng có thể thay đổi. Ví dụ về các tương tác như vậy, các phương trình phản ứng sau có thể được đưa ra: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 \ u003d 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 \ u003d Fe 3 O 4. Và các tính chất của oxit sắt (cả vật lý và hóa học) có thể rất đa dạng, tùy thuộc vào sự đa dạng của nó. Các phản ứng này diễn ra ở nhiệt độ cao.

Tiếp theo là tương tác với nitơ. Nó cũng có thể xảy ra chỉ trong điều kiện sưởi ấm. Nếu chúng ta lấy sáu mol sắt và một mol nitơ, chúng ta nhận được hai mol nitrua sắt. Phương trình phản ứng sẽ như sau: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

Khi tương tác với phốt pho, một phốt pho được hình thành. Để thực hiện phản ứng, các thành phần sau đây là cần thiết: đối với ba mol ferrum - một mol phốt pho, kết quả là một mol photphua được tạo thành. Phương trình có thể được viết như sau: 3Fe + P = Fe 3 P.

Ngoài ra, trong số các phản ứng với các chất đơn giản, cũng có thể phân biệt được tương tác với lưu huỳnh. Trong trường hợp này, có thể thu được sunfua. Nguyên tắc của quá trình hình thành chất này xảy ra tương tự như những gì đã mô tả ở trên. Cụ thể là phản ứng cộng xảy ra. Tất cả các tương tác hóa học kiểu này đều đòi hỏi những điều kiện đặc biệt, chủ yếu là nhiệt độ cao, ít thường xuyên có chất xúc tác.

Cũng phổ biến trong công nghiệp hóa chất là phản ứng giữa sắt và halogen. Đó là clo hóa, brom hóa, iot hóa, flo hóa. Như đã rõ từ tên của các phản ứng, đây là quá trình thêm các nguyên tử clo / brom / iot / flo vào các nguyên tử ferrum để tạo thành clorua / bromua / iodua / florua, tương ứng. Những chất này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Ngoài ra, ferrum có khả năng kết hợp với silicon ở nhiệt độ cao. Do tính chất hóa học của sắt rất đa dạng nên nó thường được sử dụng trong công nghiệp hóa chất.

Ferrum và các chất phức tạp

Từ những chất đơn giản, chúng ta hãy chuyển sang những chất mà phân tử của chúng bao gồm hai hoặc nhiều nguyên tố hóa học khác nhau. Đầu tiên phải kể đến là phản ứng của ferrum với nước. Dưới đây là các tính chất chính của sắt. Khi nước được đun nóng, nó tạo thành cùng với sắt (nó được gọi như vậy vì khi tương tác với cùng một loại nước, nó tạo thành một hiđroxit, hay nói cách khác là một bazơ). Vì vậy, nếu bạn lấy một mol của cả hai thành phần, các chất như ferrum dioxide và hydro được tạo thành ở dạng khí có mùi hăng - cũng theo tỷ lệ mol 1-1. Phương trình của loại phản ứng này có thể được viết như sau: Fe + H 2 O \ u003d FeO + H 2. Tùy thuộc vào tỷ lệ mà hai thành phần này được trộn lẫn, có thể thu được sắt di- hoặc trioxit. Cả hai chất này đều rất phổ biến trong công nghiệp hóa chất và còn được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác.

Với axit và muối

Vì ferrum nằm ở bên trái của hydro trong chuỗi hoạt động điện hóa của kim loại, nên nó có thể chuyển nguyên tố này khỏi các hợp chất. Một ví dụ về điều này là phản ứng thay thế có thể quan sát được khi sắt được thêm vào axit. Ví dụ, nếu bạn trộn sắt và axit sunfat (hay còn gọi là axit sunfuric) có nồng độ trung bình với tỷ lệ mol như nhau, kết quả sẽ là sắt sunfat (II) và hydro theo cùng tỷ lệ mol. Phương trình của một phản ứng như vậy sẽ giống như sau: Fe + H 2 SO 4 \ u003d FeSO 4 + H 2.

Khi tương tác với các muối, tính khử của sắt được thể hiện. Có nghĩa là, với sự trợ giúp của nó, một kim loại kém hoạt động hơn có thể được phân lập khỏi muối. Ví dụ, nếu bạn lấy một mol và cùng một lượng ferrum, thì bạn có thể nhận được sắt sunfat (II) và đồng nguyên chất với cùng tỷ lệ mol.

Ý nghĩa đối với cơ thể

Một trong những nguyên tố hóa học phổ biến nhất trong vỏ trái đất là sắt. chúng ta đã xem xét rồi, bây giờ chúng ta sẽ tiếp cận nó từ quan điểm sinh học. Ferrum thực hiện các chức năng rất quan trọng cả ở cấp độ tế bào và cấp độ toàn bộ sinh vật. Trước hết, sắt là cơ sở của một loại protein như hemoglobin. Nó cần thiết cho việc vận chuyển oxy qua máu từ phổi đến tất cả các mô, cơ quan, đến mọi tế bào của cơ thể, chủ yếu đến các tế bào thần kinh của não. Do đó, các đặc tính có lợi của sắt không thể được đánh giá quá cao.

Ngoài thực tế là nó ảnh hưởng đến sự hình thành máu, ferrum cũng rất quan trọng đối với hoạt động đầy đủ của tuyến giáp (điều này không chỉ cần iốt, như một số người tin tưởng). Sắt cũng tham gia vào quá trình chuyển hóa nội bào, điều hòa khả năng miễn dịch. Ferrum cũng được tìm thấy với số lượng đặc biệt lớn trong tế bào gan, vì nó giúp trung hòa các chất độc hại. Nó cũng là một trong những thành phần chính của nhiều loại enzym trong cơ thể chúng ta. Chế độ ăn hàng ngày của một người nên chứa từ 10 đến 20 miligam nguyên tố vi lượng này.

Thực phẩm giàu chất sắt

Có nhiều. Chúng có nguồn gốc thực vật và động vật. Đầu tiên là ngũ cốc, các loại đậu, ngũ cốc (đặc biệt là kiều mạch), táo, nấm (trắng), trái cây sấy khô, hồng hông, lê, đào, bơ, bí ngô, hạnh nhân, chà là, cà chua, bông cải xanh, bắp cải, việt quất, mâm xôi, cần tây, vv Thứ hai - gan, thịt. Việc sử dụng thực phẩm giàu chất sắt đặc biệt quan trọng trong thời kỳ mang thai, vì cơ thể của thai nhi đang phát triển cần một lượng lớn nguyên tố vi lượng này để tăng trưởng và phát triển thích hợp.

Dấu hiệu thiếu sắt trong cơ thể

Các triệu chứng của quá ít ferrum xâm nhập vào cơ thể là mệt mỏi, tay chân lạnh liên tục, trầm cảm, tóc và móng tay giòn, giảm hoạt động trí tuệ, rối loạn tiêu hóa, hiệu suất thấp và rối loạn tuyến giáp. Nếu bạn nhận thấy nhiều hơn một trong những triệu chứng này, bạn có thể muốn tăng lượng thực phẩm giàu chất sắt trong chế độ ăn uống của mình hoặc mua vitamin hoặc chất bổ sung có chứa ferrum. Ngoài ra, hãy chắc chắn tham khảo ý kiến ​​bác sĩ nếu bất kỳ triệu chứng nào trong số này bạn cảm thấy quá cấp tính.

Việc sử dụng ferrum trong công nghiệp

Công dụng và đặc tính của sắt có liên quan chặt chẽ với nhau. Do tính sắt từ của nó, nó được sử dụng để làm nam châm - cả yếu hơn cho mục đích gia dụng (nam châm tủ lạnh lưu niệm, v.v.) và mạnh hơn - cho mục đích công nghiệp. Do kim loại được đề cập có độ bền và độ cứng cao, nó đã được sử dụng từ thời cổ đại để sản xuất vũ khí, áo giáp và các công cụ quân sự và gia dụng khác. Nhân tiện, ngay cả ở Ai Cập cổ đại, sắt thiên thạch đã được biết đến, những đặc tính của nó vượt trội hơn so với kim loại thông thường. Ngoài ra, một loại sắt đặc biệt như vậy đã được sử dụng ở La Mã cổ đại. Họ đã chế tạo ra những vũ khí tinh nhuệ từ nó. Chỉ một người rất giàu có và quyền quý mới có thể có một chiếc khiên hoặc thanh kiếm làm bằng kim loại thiên thạch.

Nói chung, kim loại mà chúng ta đang xem xét trong bài này là kim loại linh hoạt nhất trong số tất cả các chất trong nhóm này. Trước hết, thép và gang được tạo ra từ nó, được sử dụng để sản xuất các loại sản phẩm cần thiết cả trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày.

Gang là hợp kim của sắt và cacbon, trong đó chất thứ hai chiếm từ 1,7 đến 4,5 phần trăm. Nếu phần thứ hai nhỏ hơn 1,7 phần trăm, thì loại hợp kim này được gọi là thép. Nếu khoảng 0,02% cacbon có trong thành phần, thì đây đã là sắt kỹ thuật thông thường. Sự hiện diện của cacbon trong hợp kim là cần thiết để cung cấp cho nó độ bền cao hơn, ổn định nhiệt và chống gỉ.

Ngoài ra, thép có thể chứa nhiều nguyên tố hóa học khác như tạp chất. Đây là mangan, phốt pho và silic. Ngoài ra, crom, niken, molypden, vonfram và nhiều nguyên tố hóa học khác có thể được thêm vào loại hợp kim này để tạo cho nó những phẩm chất nhất định. Các loại thép có một lượng lớn silic (khoảng 4%) được sử dụng làm thép biến thế. Những loại có chứa nhiều mangan (lên đến mười hai đến mười bốn phần trăm) được sử dụng trong sản xuất các bộ phận của đường sắt, nhà máy, máy nghiền và các công cụ khác, các bộ phận của chúng chịu mài mòn nhanh chóng.

Molypden được đưa vào thành phần của hợp kim để làm cho nó ổn định hơn về mặt nhiệt - những loại thép như vậy được sử dụng làm thép công cụ. Ngoài ra, để có được thép không gỉ nổi tiếng và thường được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày dưới dạng dao và các dụng cụ gia đình khác, cần phải thêm crom, niken và titan vào hợp kim. Và để có được thép chịu va đập, độ bền cao, dễ uốn, chỉ cần thêm vanadi vào nó là đủ. Khi được đưa vào thành phần của niobi, nó có thể đạt được khả năng chống ăn mòn cao và tác động của các chất xâm thực hóa học.

Từ khoáng chất, được đề cập ở đầu bài viết, cần thiết cho việc sản xuất ổ cứng, thẻ nhớ và các thiết bị khác thuộc loại này. Do tính chất từ ​​tính của nó, sắt có thể được tìm thấy trong chế tạo máy biến áp, động cơ, sản phẩm điện tử, v.v. Ngoài ra, ferrum có thể được thêm vào các hợp kim kim loại khác để tạo cho chúng độ bền và độ ổn định cơ học cao hơn. Sulfat của nguyên tố này được sử dụng trong nghề làm vườn để kiểm soát dịch hại (cùng với sulfat đồng).

Chúng không thể thiếu trong việc lọc nước. Ngoài ra, bột magnetite được sử dụng trong máy in đen trắng. Công dụng chính của pyrit là thu được axit sunfuric từ nó. Quá trình này xảy ra trong phòng thí nghiệm theo ba giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, ferrum pyrit được đốt cháy để tạo ra oxit sắt và lưu huỳnh đioxit. Ở giai đoạn thứ hai, sự chuyển hóa lưu huỳnh đioxit thành trioxit của nó xảy ra với sự tham gia của oxy. Và ở giai đoạn cuối cùng, chất tạo thành được đưa qua với sự có mặt của chất xúc tác, do đó thu được axit sulfuric.

Lấy sắt

Kim loại này chủ yếu được khai thác từ hai khoáng chất chính của nó: magnetit và hematit. Điều này được thực hiện bằng cách khử sắt từ các hợp chất của nó với cacbon ở dạng than cốc. Điều này được thực hiện trong lò cao, nhiệt độ trong đó lên đến hai nghìn độ C. Ngoài ra, có một cách để khử ferrum bằng hydro. Điều này không yêu cầu một lò cao. Để thực hiện phương pháp này, người ta lấy đất sét đặc biệt, trộn với quặng nghiền và xử lý bằng hydro trong lò trục.

Sự kết luận

Các đặc tính và công dụng của sắt rất đa dạng. Đây có lẽ là kim loại quan trọng nhất trong cuộc sống của chúng ta. Khi được nhân loại biết đến, ông đã thay thế đồ đồng, vào thời điểm đó là nguyên liệu chính để sản xuất tất cả các công cụ cũng như vũ khí. Về nhiều mặt, thép và gang vượt trội hơn hợp kim của đồng và thiếc về các tính chất vật lý, khả năng chống ứng suất cơ học.

Ngoài ra, sắt phổ biến trên hành tinh của chúng ta hơn nhiều kim loại khác. nó trong vỏ trái đất là gần năm phần trăm. Nó là nguyên tố hóa học phong phú thứ tư trong tự nhiên. Ngoài ra, nguyên tố hóa học này rất quan trọng đối với hoạt động bình thường của cơ thể động vật và thực vật, chủ yếu vì hemoglobin được xây dựng trên cơ sở của nó. Sắt là một nguyên tố vi lượng thiết yếu, việc sử dụng nó rất quan trọng để duy trì sức khỏe và hoạt động bình thường của các cơ quan. Ngoài những điều trên, nó là kim loại duy nhất có tính chất từ ​​tính duy nhất. Không có ferrum thì không thể tưởng tượng được cuộc sống của chúng ta.

SẮT(lat. Ferrum), Fe, một nguyên tố hóa học thuộc nhóm VIII của hệ thống tuần hoàn, số hiệu nguyên tử 26, ​​khối lượng nguyên tử 55,847. Nguồn gốc của cả tên Latinh và tiếng Nga của nguyên tố không được xác định rõ ràng. Sắt tự nhiên là hỗn hợp của bốn nuclôn có số khối là 54 (hàm lượng trong hỗn hợp tự nhiên là 5,82% khối lượng), 56 (91,66%), 57 (2,19%) và 58 (0,33%). Cấu hình của hai lớp electron ngoài cùng là 3s 2 p 6 d 6 4s 2. Thường tạo thành các hợp chất ở các trạng thái oxi hóa +3 (hóa trị III) và +2 (hóa trị II). Ngoài ra còn có các hợp chất đã biết với nguyên tử sắt ở trạng thái ôxy hóa +4, +6 và một số hợp chất khác.

Trong hệ thống tuần hoàn của Mendeleev, sắt được xếp vào nhóm VIIIB. Trong thời kỳ thứ tư, sắt cũng thuộc về nhóm này, ngoài sắt, còn có coban (Co) và niken (Ni). Ba yếu tố này tạo thành một bộ ba và có các tính chất tương tự.

Bán kính của nguyên tử sắt trung hòa là 0,126 nm, bán kính của ion Fe 2+ là 0,080 nm và bán kính của ion Fe 3+ là 0,067 nm. Các năng lượng ion hóa liên tiếp của nguyên tử sắt là 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Ái lực của êlectron 0,58 eV. Theo thang Pauling, độ âm điện của sắt là khoảng 1,8.

Sắt có độ tinh khiết cao là một kim loại dẻo, bóng, màu xám bạc, dễ uốn, phù hợp với các phương pháp gia công khác nhau.

Các tính chất vật lý và hóa học:ở nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 917 ° C, cũng như trong phạm vi nhiệt độ 1394-1535 ° C, có -Fe với mạng tinh thể lập phương tâm khối, ở nhiệt độ phòng là thông số mạng một= 0,286645 nm. Ở nhiệt độ 917-1394 ° C, -Fe ổn định với mạng tinh thể lập phương tâm khối T ( một= 0,36468 nm). Ở nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 769 ° C (cái gọi là điểm Curie), sắt có đặc tính từ tính mạnh (được cho là sắt từ), ở nhiệt độ cao hơn, sắt hoạt động giống như một paramagnet. Đôi khi -Fe thuận từ với mạng tinh thể lập phương tâm khối, ổn định ở nhiệt độ từ 769 đến 917 ° C, được coi là sự biến đổi của sắt, và -Fe, ổn định ở nhiệt độ cao (1394-1535 ° C), theo truyền thống được gọi là - Fe (ý tưởng về sự tồn tại bốn biến đổi của sắt nảy sinh vào thời điểm khi phân tích nhiễu xạ tia X chưa tồn tại và không có thông tin khách quan về cấu trúc bên trong của sắt). Điểm nóng chảy 1535 ° C, điểm sôi 2750 ° C, tỷ trọng 7,87 g / cm 3. Thế chuẩn của cặp Fe 2+ / Fe 0 0,447V, cặp Fe 3+ / Fe 2+ + 0,771V.

Khi được bảo quản trong không khí ở nhiệt độ lên đến 200 ° C, sắt dần dần được bao phủ bởi một lớp màng oxit dày đặc, ngăn cản quá trình oxi hóa kim loại tiếp tục. Trong không khí ẩm, sắt bị bao phủ bởi một lớp rỉ sét lỏng lẻo, điều này không ngăn cản sự tiếp cận của oxy và hơi ẩm đối với kim loại và sự phá hủy của nó. Gỉ không có thành phần hóa học không đổi; công thức hóa học gần đúng của nó có thể được viết dưới dạng Fe 2 O 3 xH 2 O.

Sắt phản ứng với oxi (O) khi đun nóng. Khi đốt sắt trong không khí sẽ tạo thành oxit Fe 2 O 3, khi đốt cháy trong oxi nguyên chất sẽ tạo thành oxit Fe 3 O 4. Khi cho oxi hoặc không khí đi qua sắt nóng chảy, oxit FeO được tạo thành. Khi nung nóng bột lưu huỳnh (S) và sắt, sunfua được tạo thành, công thức gần đúng của nó có thể được viết dưới dạng FeS.

Sắt phản ứng với halogen khi đun nóng. Vì FeF 3 không bay hơi nên sắt có khả năng chống lại flo (F) ở nhiệt độ 200-300 ° C. Khi sắt được clo hóa (ở nhiệt độ khoảng 200 ° C), FeCl 3 dễ bay hơi được hình thành. Nếu sự tương tác của sắt và brom (Br) xảy ra ở nhiệt độ phòng hoặc khi đun nóng và áp suất hơi brom tăng lên thì FeBr 3 được tạo thành. Khi đun nóng, FeCl 3 và đặc biệt là FeBr 3 tách ra khỏi halogen và biến thành sắt (II) halogenua. Khi sắt và iốt (I) tương tác, Fe 3 I 8 iotua được hình thành.

Khi nung nóng, sắt phản ứng với nitơ (N), tạo thành sắt nitrit Fe 3 N, với photpho (P), tạo thành photphua FeP, Fe 2 P và Fe 3 P, với cacbon (C), tạo thành cacbua Fe 3 C, với silic. (Si), tạo thành một số silicit, ví dụ, FeSi.

Ở áp suất cao, sắt kim loại phản ứng với cacbon monoxit CO, và chất lỏng, ở điều kiện thường, sắt pentacacbonyl Fe (CO) 5 dễ bay hơi được tạo thành. Cacbonyl sắt của các chế phẩm Fe 2 (CO) 9 và Fe 3 (CO) 12 cũng được biết đến. Cacbonyl sắt đóng vai trò là nguyên liệu ban đầu trong quá trình tổng hợp các hợp chất sắt hữu cơ, bao gồm cả thành phần ferrocene.

Sắt kim loại nguyên chất bền trong nước và trong dung dịch kiềm loãng. Trong axit sunfuric và nitric đậm đặc, sắt không hòa tan, vì một lớp màng oxit mạnh sẽ xuyên qua bề mặt của nó.

Với axit clohydric và axit sunfuric loãng (khoảng 20%), sắt phản ứng để tạo thành muối sắt (II):

Fe + 2HCl \ u003d FeCl 2 + H 2

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

Khi sắt tương tác với axit sunfuric khoảng 70%, phản ứng xảy ra với sự hình thành sắt (III) sunfat:

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

Oxit sắt (II) FeO có tính bazơ, tương ứng với bazơ là Fe (OH) 2. Oxit sắt (III) Fe 2 O 3 là chất lưỡng tính yếu, nó tương ứng với một bazơ Fe (OH) 2 yếu hơn Fe (OH) 3, phản ứng với axit:

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

Hiđroxit sắt (III) Fe (OH) 3 thể hiện tính lưỡng tính yếu; nó chỉ có thể phản ứng với các dung dịch kiềm đặc:

Fe (OH) 3 + KOH \ u003d K

Các hydroxit sắt (III) tạo thành bền trong các dung dịch kiềm mạnh. Khi các dung dịch được pha loãng với nước, chúng bị phá hủy và kết tủa sắt (III) Fe (OH) 3 hydroxit.

Hợp chất sắt (III) trong dung dịch bị khử bởi sắt kim loại:

Fe + 2FeCl 3 \ u003d 3FeCl 2

Khi đựng dung dịch nước của muối sắt (II), quá trình oxi hóa sắt (II) thành sắt (III) được quan sát thấy:

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

Trong số các muối sắt (II) trong dung dịch nước, muối Mohr là bền - amoni sunfat kép và sắt (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

Sắt (III) có thể tạo thành sunfat kép với các cation loại phèn mang điện tích đơn, ví dụ, phèn sắt-kali KFe (SO 4) 2, phèn sắt-amoni (NH 4) Fe (SO 4) 2, v.v.

Dưới tác dụng của clo ở thể khí (Cl) hoặc ozon với dung dịch kiềm của các hợp chất sắt (III), các hợp chất sắt (VI) được hình thành, ví dụ: muối kali (VI) (K): K 2 FeO 4. Có báo cáo về việc sản xuất các hợp chất sắt (VIII) dưới tác dụng của các chất oxy hóa mạnh.

Để phát hiện các hợp chất sắt (III) trong dung dịch, phản ứng định tính của ion Fe 3+ với ion thiocyanat CNS được sử dụng. Khi ion Fe 3+ tương tác với anion CNS, sắt thiocyanat Fe (CNS) 3 màu đỏ tươi được hình thành. Một thuốc thử khác đối với ion Fe 3+ là kali hexacyanoferrat (II) (K): K 4 (trước đây chất này được gọi là muối máu vàng). Khi các ion Fe 3+ và 4 tương tác sẽ tạo ra kết tủa màu xanh lam sáng.

Dung dịch kali hexacyanoferrat (III) (K) K 3, trước đây được gọi là muối đỏ, có thể dùng làm thuốc thử cho các ion Fe 2+ trong dung dịch. Trong quá trình tương tác của ion Fe 3+ và ion 3 sẽ tạo ra kết tủa màu xanh lam sáng cùng thành phần như trong trường hợp tương tác của ion Fe 3+ và 4.

Hợp kim của sắt với cacbon: sắt được sử dụng chủ yếu trong hợp kim, chủ yếu trong hợp kim với cacbon (C) gang và thép khác nhau. Trong gang, hàm lượng cacbon cao hơn 2,14% khối lượng (thường ở mức 3,5-4%), trong thép hàm lượng cacbon thấp hơn (thường ở mức 0,8-1%).

Gang thu được trong lò cao. Lò cao hình nón cụt khổng lồ (cao tới 30-40 m), bên trong rỗng. Các bức tường của lò cao được lót bằng gạch chịu lửa từ bên trong, bề dày của khối xây vài mét. Từ phía trên, quặng sắt đã được làm giàu (giải phóng khỏi đá thải), chất khử than cốc (các loại than cứng đặc biệt được nung ở nhiệt độ khoảng 1000 ° C mà không có không khí), cũng như các vật liệu nấu chảy (đá vôi và các loại khác) góp phần để tách khỏi xỉ tạp chất kim loại nấu chảy. Từ bên dưới, cao nguyên được đưa vào lò cao (ôxy nguyên chất (O) hoặc không khí được làm giàu ôxy (O)). Khi vật liệu được nạp vào lò cao giảm xuống, nhiệt độ của chúng tăng lên 1200-1300 ° C. Kết quả của các phản ứng khử xảy ra chủ yếu với sự tham gia của than cốc C và CO:

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

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

sắt kim loại được hình thành, bão hòa với cacbon (C) và chảy xuống.

Chất tan chảy này được thải ra định kỳ từ lò cao thông qua một lồng lỗ đặc biệt và chất nóng chảy được phép đông đặc ở các dạng đặc biệt. Gang có màu trắng, được gọi là gang (được dùng để sản xuất thép) và màu xám, hay gang. Gang trắng là dung dịch rắn của cacbon (C) trong sắt. Các vi tinh thể graphit có thể được phân biệt trong cấu trúc vi mô của gang xám. Do sự có mặt của than chì, gang xám để lại dấu vết trên giấy trắng.

Gang giòn, dễ vỡ khi va chạm, vì vậy không thể làm lò xo, lò xo và bất kỳ sản phẩm nào phải làm việc trong quá trình uốn cong.

Gang đặc nhẹ hơn gang nóng chảy, do đó khi đông đặc, nó không bị co lại (như thông thường khi đông đặc kim loại và hợp kim) mà nở ra. Tính năng này cho phép bạn chế tạo các vật đúc khác nhau từ gang, bao gồm cả việc sử dụng nó làm vật liệu để đúc nghệ thuật.

Nếu hàm lượng cacbon (C) trong gang giảm xuống còn 1,0-1,5% thì thép được hình thành. Thép là cacbon (không có thành phần nào khác trong các loại thép này ngoại trừ Fe và C) và được hợp kim hóa (những loại thép này chứa các chất phụ gia crom (Cr), niken (Ni), molypden (Mo), coban (Co) và các kim loại khác giúp cải thiện cơ học và các đặc tính thép khác).

Thép được thu được bằng cách xử lý gang và kim loại phế liệu trong bộ biến đổi oxy, trong hồ quang điện hoặc lò nung lộ thiên. Với quá trình xử lý như vậy, hàm lượng cacbon (C) trong hợp kim giảm xuống mức cần thiết, như người ta nói, cacbon (C) dư thừa sẽ cháy hết.

Các tính chất vật lý của thép khác đáng kể so với các tính chất của gang: thép có tính đàn hồi, nó có thể được rèn, cán. Vì thép, không giống như gang, co lại trong quá trình đông đặc, kết quả là thép đúc phải chịu lực nén trong các nhà máy cán. Sau khi lăn, các khoảng trống và vỏ biến mất trong thể tích của kim loại, chúng xuất hiện trong quá trình đông đặc của các khối nóng chảy.

Sản xuất thép ở Nga có truyền thống lâu đời và thép do các nhà luyện kim của chúng tôi thu được có chất lượng cao.

Lịch sử thu được sắt: sắt đã và đang đóng một vai trò đặc biệt trong lịch sử vật chất của nhân loại. Kim loại sắt đầu tiên rơi vào tay con người có lẽ có nguồn gốc từ thiên thạch. Quặng sắt phổ biến rộng rãi và thường được tìm thấy ngay cả trên bề mặt Trái đất, nhưng sắt bản địa trên bề mặt thì cực kỳ hiếm. Có thể, cách đây vài nghìn năm, một người đã nhận thấy rằng sau khi đốt lửa, trong một số trường hợp, người ta quan sát thấy sự hình thành sắt từ những mảnh quặng vô tình kết thúc trong một đám cháy. Khi đốt lửa, sự khử sắt từ quặng xảy ra do phản ứng của quặng vừa trực tiếp với than vừa với cacbon monoxit (II) CO tạo thành trong quá trình cháy. Khả năng thu được sắt từ quặng đã tạo điều kiện rất nhiều cho việc phát hiện ra thực tế là khi nung quặng với than, một kim loại được hình thành, sau đó có thể được tinh chế thêm trong quá trình rèn. Việc khai thác sắt từ quặng bằng cách sử dụng quy trình làm pho mát đã được phát minh ra ở Tây Á vào thiên niên kỷ thứ 2 trước Công nguyên. Khoảng thời gian từ thế kỷ 9-7 trước Công nguyên, khi nhiều bộ tộc ở châu Âu và châu Á phát triển nghề luyện sắt, được gọi là thời kỳ đồ sắt, thay thế cho thời kỳ đồ đồng. Sự cải tiến trong phương pháp thổi (gió lùa tự nhiên được thay thế bằng lông thú) và sự gia tăng chiều cao của lò nung (lò trục thấp xuất hiện) dẫn đến việc sản xuất gang, bắt đầu được nấu chảy rộng rãi ở Tây Âu từ thế kỷ 14. thế kỷ. Gang kết quả được chuyển thành thép. Từ giữa thế kỷ 18, than cốc bắt đầu được sử dụng thay cho than củi trong quá trình lò cao. Sau đó, các phương pháp lấy sắt từ quặng đã được cải tiến đáng kể, và hiện nay, các thiết bị đặc biệt được sử dụng cho việc này - lò cao, bộ chuyển đổi oxy và lò hồ quang điện.

Tìm kiếm trong tự nhiên: Sắt phân bố rộng rãi trong vỏ trái đất - nó chiếm khoảng 4,1% khối lượng của vỏ trái đất (đứng thứ 4 trong số các nguyên tố, thứ 2 trong số các kim loại). Một số lượng lớn quặng và khoáng chất có chứa sắt đã được biết đến. Có tầm quan trọng thực tế lớn nhất là quặng sắt đỏ (quặng hematit, Fe 2 O 3; chứa tới 70% Fe), quặng sắt từ tính (quặng magnetit, Fe 3 O 4; chứa 72,4% Fe), quặng sắt nâu (quặng hydrogetit HFeO 2 N H 2 O), cũng như quặng sắt spar (quặng siderit, sắt cacbonat, FeCO 3; chứa khoảng 48% Fe). Các mỏ lớn của pyrit FeS 2 cũng được tìm thấy trong tự nhiên (các tên gọi khác là pyrit lưu huỳnh, pyrit sắt, disulfua sắt, và những loại khác), nhưng quặng có hàm lượng lưu huỳnh cao vẫn chưa có tầm quan trọng thực tế. Về trữ lượng quặng sắt, Nga đứng đầu thế giới. Trong nước biển 1 10 5 1 10 8% sắt.

Việc sử dụng sắt, hợp kim và các hợp chất của nó: Sắt nguyên chất có công dụng khá hạn chế. Nó được sử dụng trong sản xuất lõi nam châm điện, làm chất xúc tác cho các quá trình hóa học và cho một số mục đích khác. Nhưng hợp kim của gang và thép tạo thành cơ sở của công nghệ hiện đại. Nhiều hợp chất sắt cũng được sử dụng rộng rãi. Vì vậy, sắt (III) sunfat được sử dụng trong xử lý nước, các oxit sắt và xyanua dùng làm chất màu trong sản xuất thuốc nhuộm, v.v.

Vai trò sinh học: Sắt có trong sinh vật của tất cả thực vật và động vật như một nguyên tố vi lượng, với số lượng rất nhỏ (trung bình khoảng 0,02%). Tuy nhiên, vi khuẩn sắt sử dụng năng lượng của quá trình oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) để tổng hợp hóa học có thể tích lũy tới 17-20% sắt trong tế bào của chúng. Chức năng sinh học chính của sắt là tham gia vào quá trình vận chuyển oxy (O) và các quá trình oxy hóa. Chức năng này của sắt thực hiện như một phần của các protein phức tạp - hemoprotein, nhóm giả trong đó là phức hợp sắt porphyrin - heme. Trong số các hemoprotein quan trọng nhất là sắc tố hô hấp hemoglobin và myoglobin, chất mang điện tử phổ quát trong các phản ứng hô hấp tế bào, quá trình oxy hóa và quang hợp, các cytochromes, các enzym catalose và peroxide, và các chất khác. Ở một số động vật không xương sống, sắc tố hô hấp chứa sắt heloerythrin và chlorocruorin có cấu trúc khác với hemoglobins. Trong quá trình sinh tổng hợp các hemoprotein, sắt sẽ chuyển cho chúng từ protein ferritin, nơi dự trữ và vận chuyển sắt. Protein này, một phân tử bao gồm khoảng 4.500 nguyên tử sắt, tập trung ở gan, lá lách, tủy xương và niêm mạc ruột của động vật có vú và con người. Nhu cầu sắt hàng ngày của con người (6-20 mg) được bao phủ bởi thực phẩm (thịt, gan, trứng, bánh mì, rau bina, củ cải đường và các loại khác giàu sắt). Cơ thể của một người bình thường (trọng lượng cơ thể 70 kg) chứa 4,2 g sắt, 1 lít máu chứa khoảng 450 mg. Khi thiếu sắt trong cơ thể, thiếu máu tuyến sẽ phát triển, được điều trị bằng thuốc có chứa sắt. Các chế phẩm sắt cũng được dùng làm thuốc bổ nói chung. Liều lượng sắt vượt quá (200 mg trở lên) có thể gây độc. Sắt cũng cần thiết cho sự phát triển bình thường của cây trồng, vì vậy có những loại phân bón vi lượng dựa trên các chế phẩm của sắt.