ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Главная › Металлы

19.09.2020

Первым железом, который попал в руки человека, был металл метеоритного происхождения. Люди уже умели плавить металлы, и быстро оценили преимущества звездного металла. Потом железосодержащие минералы обнаружили на земле. Изделия из этого металла настолько изменили жизнь, что эпоху после Бронзового века назвали Железным веком.

История

История железа уходит в тысячелетия. Около 3500 лет назад, как писал А. Азимов,

«техника выплавки … железа была разработана в кавказских предгорьях».

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Там находилось Хеттское царство. Воинственные хетты охраняли секрет выплавки пуще глаза, потому цена железа бывала выше цен на золото в десятки раз. Владеющие железным оружием почти автоматически выходили победителями в боях. А войны в основном шли за территории.

С изобретением сварного оружия пришел век чёрного металла.

Свойства

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Физические характеристики сильно зависят от чистоты металла.

Железо имеет 4 модификации; их различие в структуре и кристаллической решетке.

Свойства атома
Название, символ, номер

Атомная масса
(молярная масса)

Электронная конфигурация

Радиус атома

Химические свойства
Ковалентный радиус

Радиус иона

Электроотрицательность

Электродный потенциал

Степени окисления

Энергия ионизации
(первый электрон)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

Температура плавления

Температура кипения

Уд. теплота плавления

Уд. теплота испарения

Молярная теплоёмкость

Молярный объём

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

Параметры решётки

Температура Дебая

Прочие характеристики
Теплопроводность

Номер CAS

Железо / Ferrum (Fe), 26
55,845(2)[1] а. е. м. (г/моль)
[Ar] 3d6 4s2
126 пм
117 пм
(+3e) 64 (+2e) 74 пм
1,83 (шкала Полинга)
Fe←Fe3+ −0,04 В
Fe←Fe2+ −0,44 В
6, 3, 2, 0
 759,1 (7,87) кДж/моль (эВ)
7,874 г/см³
1812 K (1538,85 °C)
3134 K (2861 °C)
247,1 кДж/кг 13,8 кДж/моль
~6088 кДж/кг ~340 кДж/моль
25,14[2] Дж/(K·моль)
7,1 см³/моль
кубическая объёмноцентрированная
2,866 Å
460 K
(300 K) 80,4 Вт/(м·К)
7439-89-6

Рекомендуем:  МАРГАНЕЦ — мечта сталелитейщиков

Химические свойства железа:

  1. Степени окисления +2, +3.
  2. В присутствии влаги воздуха корродирует, причем слой ржавчины не мешает дальнейшему разрушению металла. Постоянной формулы ржавчина не имеет, общая ее формула Fe2O3·x H2O.
  3. Концентрированные растворы H2SO4 и HNO3 пассивируют поверхность железа, образуют оксидную пленку.
  4. При взаимодействии с неметаллами образуют нитриды, фосфиды, силициды, карбиды железа.
  5. Реагирует с металлами, восстанавливая их из растворов солей.
  6. Железная кислота в свободном виде не существует; ее соли — ферраты — обладают сильными окислительными свойствами. Эти свойства используют для обеззараживания воды.

Минералы

Железа в виде соединений и минералов на Земле много. Это второй по распространенности металл.

Железосодержащие минералы Название, содержание Fe (в %%)
Гематит (красный железняк) До 70
Магнетит (магнитный железняк) 72
Сидерит 35
Марказит Больше 46
Миспикель 34
Гётит 62,9

Железные руды делятся на 11 промышленных типов.

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Получение металла

Есть несколько способов получения железа:

  1. Прямые способы. Это производство губчатого железа в шахтных и тоннельных печах. Производство железной крицы во вращающихся печах. Возможно получение железа в реакторах кипящего слоя и химико-термический способ.
  2. Доменный процесс — распространенный метод. Железная руда и флюс восстанавливаются углеродом кокса, в результате получаем чугун. При надобности из чугуна удаляют примеси (фосфор, сера) и избытки углерода в мартеновских печах или в конвертерах. Легированную сталь получают в электрических печах (ЭПС).
  3. Химически чистое железо можно получить из раствора его солей с помощью электролиза.

Плюсы и минусы

Множество достоинств, но и недостатков не меньше.

Достоинства Недостатки
Легкая механическая обработка Высокая плотность; изделия получаются тяжелыми
Твердость, упругость, прочность — лучшие свойства сплавов Коррозия металла в присутствии влаги
Возможность получать заданные свойства сплавов при добавлении малого количества примесей Склонность к электрохимическому корродированию

Рекомендуем:  НАТРИЙ — соль жизни

Ковкость дает возможность производить декоративные изделия.

Сплавы

Ориентироваться в море сплавов железа (сталей, чугунов) помогает маркировка. Она поможет определить состав сплава, количество углерода и легирующие элементы, отличить их свойства.

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Стали делят по применению:

Вид и марки стали Применение
Строительная Ст0-3 Вторичные элементы конструкций, малоответственные делали (перила, настилы)
Строительная Ст3 Можно использовать для несущих конструкций, но при плюсовых температурах
Конструкционная Ст20 Малонагруженные детали
Легированная 10ХСНД Используют в сварных конструкциях судо- и вагоностроения, химическом машиностроении
Легированная 18ХГТ Выдерживает ударные нагрузки, высокое давление
Легированная 09Г2С Для работы под давлением, при температурах от -70 до +450 градусов.

Применение

Более 90% всего металлургического производства занимает железо и его сплавы.

Применение соединений железа:

  • двух- и трехвалентное железо используют в качестве коагулянта в системах водоочистки;
  • аноды в железо-никелевых и железо-воздушных аккумуляторах изготовлены из самого известного черного металла;
  • магнетит в виде ультрадисперсного порошка применяют в черно-белых лазерных принтерах;
  • FeCl3 применяют радиолюбители (травят печатные платы);
  • магнетит незаменим в изготовлении носителей памяти (жесткие диски).

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Для большинства организмов без железа нет жизни; при его помощи кислород доставляется к каждой клетке организма. Недостаток железа влечет за собой хлорозы у растений и железодефицитные анемии у животных.

Купить — в листах и порошке

Цена листового железа 26900 руб/тонну; порошок ПЖР от 85 рублей за килограмм.

Железо — металл № 1 в мире Ссылка на основную публикацию ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Железо

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Чистое железо (99,97%), очищенное методом электролиза

Железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе.

В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum).

Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).

СТРУКТУРА

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Две модификации кристаллической решетки железа

Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация — γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а0 = 3,63), а низкотемпературная — α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a0 = 2,86).
В зависимости от температуры нагрева железо может находиться в трех модификациях, характеризующихся различным строением кристаллической решетки:

  1. В интервале температур от самых низких до 910°С —а-феррит (альфа-феррит), имеющий строение кристаллической решетки в виде центрированного куба;
  2. В интервале температур от 910 до 1390°С — аустенит, кристаллическая решетка которого имеет строение гранецентрированного куба;
  3. В интервале температур от 1390 до 1535°С (температура плавления) — д-феррит (дельта-феррит). Кристаллическая решетка д-феррита такая же, как и а-феррита. Различие между ними только в иных (для д-феррита больших) расстояниях между атомами.

При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла.

В результате получается зернистое строение металла. Каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением его осей.

При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна

СВОЙСТВА

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Железная руда

В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью.

Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод.
Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже.

Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все. Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность.

Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, — единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля.

А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.

Запасы и добыча

Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %.

Читайте также:  Шерл: магические и лечебные свойства, значение, кому подходит по знаку зодиака, как отличить и ухаживать за украшениями с чёрным турмалином

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Железо

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах.

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O).

Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды.

В них часто встречается вивианит Fe3(PO4)2·8H2O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.
Содержание железа в морской воде — 1·10−5-1·10−8 %
В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (FeO·Fe2O3).
Существуют различные способы извлечения железа из руд.

Наиболее распространённым является доменный процесс.
Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.

Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, которые содержат водород.

Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор, которые являются обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах. Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Самородное железо

Происхождение теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовыхлавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия).

В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe1-xS) и когенит (Fe3C), что объясняют как восстановление углеродом (в том числе и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)n.

В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд.

Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.
Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов — железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.

ПРИМЕНЕНИЕ

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Кольцо из железа

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.

Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера.

Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.
Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.

Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.

Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.

Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.

Железо (англ. Iron) — Fe

КЛАССИФИКАЦИЯ

Hey’s CIM Ref1.57

Физические свойства

Оптические свойства

Кристаллографические свойства



Железная руда

Железная руда стала добываться человеком много веков назад. Уже тогда стали очевидными преимущества использования железа.

Найти минеральные образования, содержащие железо, довольно легко, так как этот элемент составляет около пяти процентов земной коры. В целом, железо является четвертым по распространенности элементом в природе.

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Железная руда

В чистом виде найти его невозможно, железо содержится в определенном количестве во многих типах горных пород. Наибольшее содержание железа имеет железная руда, добыча металла из которой является наиболее экономично выгодным. От ее происхождения зависит количество содержащегося в ней железа, нормальная доля которого в составе около 15%.

Химический состав

Свойства железной руды, ее ценность и характеристики напрямую зависят от ее химического состава. Железная руда может содержать различное количество железа и других примесей. В зависимости от этого выделяют ее несколько типов:

  • очень богатые, когда содержание железа в рудах превышает 65%;
  • богатые, процент железа в которой варьируется в диапазоне от 60% до 65%;
  • средние, от 45% и выше;
  • бедные, в которых процент полезных элементов не превышает 45%.

Чем больше побочных примесей в составе железной руды, тем больше необходимо энергии на ее переработку, и тем менее эффективным является производство готовой продукции.

Состав породы может представлять собой совокупность различных минералов, пустой породы и других побочных примесей, соотношение которых зависит от ее месторождения.

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияХимический состав железных рудЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияСостав железных руд крупных месторождений

Пустая порода также может содержать железо, но ее переработка экономически не целесообразна. Наиболее часто встречающиеся минералы представляют собой оксиды, карбонаты и силикаты железа.

  • Следует отметить, что в составе железистых пород может содержаться огромное количество вредных веществ, среди которых можно выделить серу, мышьяк, фосфор и другие.
  • На сегодняшний день выделяется множество видов железных руд, характеристики и названия которых зависят от состава.

Наиболее часто в природе встречается такой вид, как красный железняк, в основе которого лежит оксид под названием гематит. Этот оксид содержит в составе количество железа, превышающее 70%, и минимальное количество побочных примесей.

Физическое состояние данного оксида может варьироваться от порошкообразного до плотного.

Бурый железняк представляет собой оксид железа с содержанием воды. Его очень часто называют лимонитом. В его составе значительно меньше железа, количество которого обычно не превышает четверти.

В природе такой железняк содержится в виде рыхлой, пористой породы, со значительным содержанием марганца и фосфора. Обычно обильно насыщен влагой, имеет в качестве пустой породы глину.

Из него очень часто делают чугун, несмотря на незначительную часть железа, так как он очень легко перерабатывается.

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Бурый железняк

Магнитные руды отличаются тем, что в их основе заложен оксид, имеющий магнитные свойства, но при сильном нагреве они теряются. Количество этого типа породы в природе ограничено, но содержание железа в нем может не уступать красному железняку.  Внешне он выглядит как твердые кристаллы черно-синего цвета.

Шпатовый железняк представляет собой рудную породу, в основе которой лежит сидерит. Очень часто имеет в составе значительное количество глины. Этот тип породы относительно тяжело найти в природе, что на фоне малого количества содержимого железа делает его редко используемым. Поэтому отнести их к промышленным типам руд невозможно.

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Шпатовый железняк

Кроме оксидов в природе содержаться другие руды на основе силикатов и карбонатов. Количество содержимого железа в породе очень важно для ее промышленного использования, но также важно наличие полезных побочных элементов, таких как никель, магний, и молибден.

Отрасли применения

Сфера применения железной руды практически полностью ограничена металлургией. Ее используют, в основном, для выплавки чугуна, который добывают с помощью мартеновских или конверторных печей. На сегодняшний день чугун используется в различных сферах жизнедеятельности человека, в том числе в большинстве видов промышленного производства.

  1. Не в меньшей степени используются различные сплавы на основе железа – наиболее широкое применение обрела сталь благодаря своим прочностным и антикоррозийным свойствам.
  2. Чугун, сталь и различные другие сплавы железа используются в:
  1. Машиностроении, для производства различных станков и аппаратов.
  2. Автомобилестроении, для изготовления двигателей, корпусов, рам, а также других узлов и деталей.
  3. Военной и ракетной промышленности, при производстве спецтехники, оружия и ракет.
  4. Строительстве, в качестве армирующего элемента или возведения несущих конструкций.
  5. Легкой и пищевой промышлености, в качестве тары, производственных линий, различных агрегатов и аппаратов.
  6. Добывающей промышленности, в качестве спецтехники и оборудования.
Читайте также:  Какие камни подходят знакам Зодиака по дням и месяцам

Месторождения железной руды

Мировые запасы железной руды ограничены в количестве и своем местоположении. Территории скопления запасов руд называют месторождениями. На сегодняшний день месторождения железных руд делят на:

  1. Эндогенные. Они характеризуются особым расположением в земной коре, обычно в виде титаномагнетитовых руд. Формы и расположения таких вкраплений разнообразны, могут быть в форме линз, пластов, расположенных в земной коре в виде залежей, вулканообразовных залежей, в виде различных жил и других неправильных форм.
  2. Экзогенные. К этому типу относятся залежи бурых железняков и других осадочных пород.
  3. Метаморфогенные. К которым относятся залежи кварцитов.

Месторождения таких руд можно встретить на территории всей нашей планеты. Наибольшее количество залежей сконцентрировано на территории постсоветских республик. В особенности Украины, России и Казахстана.

ЖЕЛЕЗО: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Крупнейшие месторождения железных руд в России

Большие запасы железа имеют такие страны как Бразилия, Канада, Австралия, США, Индия и ЮАР. При этом практически в каждой стране на земном шаре имеются свои разрабатываемыми месторождения, в случае дефицита которых, порода импортируется из других стран.

Обогащения железных руд

Как было указано, существует несколько типов руд. Богатые можно перерабатывать непосредственно после извлечения из земной коры, другие необходимо обогатить. Кроме процесса обогащения, переработка руды включает в себя несколько этапов, таких как сортировка, дробление, сепарация и агломерация.

На сегодняшний день существует несколько основных способов обогащения:

Применяется для очистки руд от побочных примесей в виде глины или песка, вымывание которых проводят с помощью струй воды под высоким давлением. Такая операция позволяет увеличить количество содержимого железа в бедной руде примерно на 5%. Поэтому его используют только в комплексе с другими типами обогащения.

Выполняется с помощью специальных типов суспензий, плотность которых превышает плотность пустой породы, но уступает плотности железа. Под воздействием гравитационных сил побочные компоненты поднимаются на верх, а железо опускается на низ суспензии.

Наиболее распространенный способ обогащения, который основывается на различном уровне восприятия компонентами руды воздействия магнитных сил. Такую сепарацию могут проводить с сухой породой, мокрой, или в поочередном сочетании двух ее состояний.

Для переработки сухой и мокрой смеси используют специальные барабаны с электромагнитами.

Для этого метода раздробленную руду в виде пыли опускают в воду с добавлением специального вещества (флотационный реагент) и воздуха. Под действием реагента железо присоединяется к воздушным пузырькам и поднимается на поверхность воды, а пустая порода опускается на дно. Компоненты, содержащие железо, собираются с поверхности в виде пены.

Железо: использование, химические свойства. Где применяют железо?

История железа уходит в тысячелетия. Около 3500 лет назад, как писал А. Азимов,

«техника выплавки … железа была разработана в кавказских предгорьях».

Сверхчистое железо

Там находилось Хеттское царство. Воинственные хетты охраняли секрет выплавки пуще глаза, потому цена железа бывала выше цен на золото в десятки раз. Владеющие железным оружием почти автоматически выходили победителями в боях. А войны в основном шли за территории.

  • С изобретением сварного оружия пришел век чёрного металла.
  • В мирной жизни дел у железных орудий хватало: срубить избу, обтесать камень, вспахать поле.

  Сколько способен выдержать талреп?

Свойства

Железо (Ferrum, в формулах обозначается Fe) — химически активный элемент, относится к металлам. В таблице Менделеева имеет атомный № 26. Ferrum — черный металл. Физические характеристики сильно зависят от чистоты металла.

Важно: нужно отличать вредные примеси от полезных. Так, фосфор и сера ухудшают характеристики железа. Углерод улучшает твердость и механическую прочность.

Железо имеет 4 модификации; их различие в структуре и кристаллической решетке.

Свойства атома
Название, символ, номер Железо / Ferrum (Fe), 26
Атомная масса (молярная масса) 55,845(2)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d6 4s2
Радиус атома 126 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 117 пм
Радиус иона (+3e) 64 (+2e) 74 пм
Электроотрицательность 1,83 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Fe←Fe3+ −0,04 В Fe←Fe2+ −0,44 В
Степени окисления 6, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон) 759,1 (7,87) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 7,874 г/см³
Температура плавления 1812 K (1538,85 °C)
Температура кипения 3134 K (2861 °C)
Уд. теплота плавления 247,1 кДж/кг 13,8 кДж/моль
Уд. теплота испарения ~6088 кДж/кг ~340 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 25,14[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 7,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 2,866 Å
Температура Дебая 460 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 80,4 Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-89-6

Рекомендуем: БРОНЗА — сплав для всех времен и народов

Химические свойства железа:

  1. Степени окисления +2, +3.
  2. В присутствии влаги воздуха корродирует, причем слой ржавчины не мешает дальнейшему разрушению металла. Постоянной формулы ржавчина не имеет, общая ее формула Fe2O3·x H2O.
  3. Концентрированные растворы H2SO4 и HNO3 пассивируют поверхность железа, образуют оксидную пленку.
  4. При взаимодействии с неметаллами образуют нитриды, фосфиды, силициды, карбиды железа.
  5. Реагирует с металлами, восстанавливая их из растворов солей.
  6. Железная кислота в свободном виде не существует; ее соли — ферраты — обладают сильными окислительными свойствами. Эти свойства используют для обеззараживания воды.

Химические свойства Fe

С чем взаимодействует железо? Железо взаимодействует с кислородом, что сопровождается образованием оксидов; с водой в присутствии кислорода; с серной и соляной кислотами:

  • 3Fe+2O2 = Fe3O4
  • 4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH) 3
  • Fe+H2SO4 = FeSO4+H2
  • Fe+2HCl = FeCl2+H2

Также железо реагирует на щелочи, только если они представляют собой расплавы сильных окислителей. Железо не реагирует с окислителями при обычной температуре, однако всегда начинает вступать в реакцию при её повышении.

Минералы

Железа в виде соединений и минералов на Земле много. Это второй по распространенности металл.

Железосодержащие минералы Название, содержание Fe (в %%)
Гематит (красный железняк) До 70
Магнетит (магнитный железняк) 72
Сидерит 35
Марказит Больше 46
Миспикель 34
Гётит 62,9
  1. Железные руды делятся на 11 промышленных типов.
  2. Железная руда
  3. Гордимся: Россия имеет больше всех стран железных руд.

Получение металла

Есть несколько способов получения железа:

  1. Прямые способы. Это производство губчатого железа в шахтных и тоннельных печах. Производство железной крицы во вращающихся печах. Возможно получение железа в реакторах кипящего слоя и химико-термический способ.
  2. Доменный процесс — распространенный метод. Железная руда и флюс восстанавливаются углеродом кокса, в результате получаем чугун. При надобности из чугуна удаляют примеси (фосфор, сера) и избытки углерода в мартеновских печах или в конвертерах. Легированную сталь получают в электрических печах (ЭПС).
  3. Химически чистое железо можно получить из раствора его солей с помощью электролиза.

Железо: история

Первые железные изделия, изготовленные человеком, датированы учёными IV тыс. до н. э., причем исследования показали, что для их производства использовалось метеоритное железо, для которого характерно 5-30-процентное содержание никеля.

Интересно, но пока человечество не освоило добычу Fe путём его переплавки, железо ценилось дороже золота. Объяснялось это тем, что более крепкая и надежная сталь куда больше подходила для изготовления орудий труда и оружия, нежели медь и бронза.

Первый чугун научились получать древние римляне: их печи могли повышать температуру руды до 1400оС, в то время как чугуну было достаточно 1100-1200оС. Впоследствии они же получили и чистую сталь, температура плавления которой, как известно, составляет 1535 градуса по Цельсию.

  Порошковая сталь 3G (SGPS / VG-2 Laminated)

Плюсы и минусы

Множество достоинств, но и недостатков не меньше.

Достоинства Недостатки
Легкая механическая обработка Высокая плотность; изделия получаются тяжелыми
Твердость, упругость, прочность — лучшие свойства сплавов Коррозия металла в присутствии влаги
Возможность получать заданные свойства сплавов при добавлении малого количества примесей Склонность к электрохимическому корродированию

Рекомендуем: ЧЁРНЫЕ МЕТАЛЛЫ — душа и тело современной промышленности

Ковкость дает возможность производить декоративные изделия.

Читайте также:  КАК СДЕЛАТЬ ЯНТАРЬ

Применение железного купороса в мебельной промышленности

Протравливание древесины выполняет функцию не только защиты, но и придание ей нового этетического вида. Получаемый в результате цвет изделия из дерева зависит от вида древесных пород. Так при протравливании сульфатом железа:

  • в концентрации от 0,5% до 2% древесина дуба окрашивается в темный, почти черный цвет;
  • в концентрации от 2% до 4% древесина бука приобретает коричневый цвет;
  • в концентрации 4% древесина березы приобретает желто-коричневый цвет;
  • в концентрациях от 2% до 4% древесина сосны приобретает серо-коричневый цвет.

Сплавы

Ориентироваться в море сплавов железа (сталей, чугунов) помогает маркировка. Она поможет определить состав сплава, количество углерода и легирующие элементы, отличить их свойства.

Общую характеристику можно дать по химическому составу: это углеродистая и легированная стали.

Стали делят по применению:

Вид и марки стали Применение
Строительная Ст0-3 Вторичные элементы конструкций, малоответственные делали (перила, настилы)
Строительная Ст3 Можно использовать для несущих конструкций, но при плюсовых температурах
Конструкционная Ст20 Малонагруженные детали
Легированная 10ХСНД Используют в сварных конструкциях судо- и вагоностроения, химическом машиностроении
Легированная 18ХГТ Выдерживает ударные нагрузки, высокое давление
Легированная 09Г2С Для работы под давлением, при температурах от -70 до +450 градусов.

LiveInternetLiveInternet

НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ. ПОЛУЧАТЬ ЕГО ТРУДНО И ДОРОГО. ДРУГОЕ ДЕЛО — ЧУГУН И СТАЛЬ. — Постой, Бумка! Но как раз эти-то металлы ребята по незнанию и называют железом. Соберут пионеры металлолом и не знают, что у них в одной куче свалены не один, а два металла, ведь с виду они очень похожи. — И ВСЕ ЖЕ ЧУГУН И СТАЛЬ — МЕТАЛЛЫ РАЗНЫЕ.

ПОЭТОМУ ЗАДАТЬ ВОПРОС НАДО ПО-ДРУГОМУ: ЧТО ВАЖНЕЕ, ЧТО ЛУЧШЕ — ЧУГУН ИЛИ СТАЛЬ? — Чугун и сталь, Панамка, — сплавы железа с углеродом. Но в чугуне углерода больше, а в стали — меньше. Оттого и характер у них разный. Крепок чугун — из него отливают вагонные колеса, массивные ноги станков, батареи отопления, да плохо он гнется, внутри, следят приборы-автоматы.

Но и сталевар нет-нет да и заглянет в маленькое окошко через темно-синие очки. Без очков нельзя — глаза испортишь. Наконец закипела сталь. Длинной тяжелой «поварешкой» сталевар зачерпывает рассыпающий ослепительные искры металл, словно суп из кастрюли, и отправляет его в лабораторию, где определяют, чего в стали не хватает и как её варить дальше.

Но вот на весь цех разносится сигнал: «Сталь готова!» Тотчас кран подносит к мартену огромный ковш. Миг — и цех осветился заревом. «Металл пошел!» — отирая пот, улыбаются сталевары. Подплывают по воздуху ковши под огненную струю и, полные, уплывают. Не сами собой, конечно: их несут краны.

Плывут раскаленные ковши вдоль цеха и то и дело наклоняются, выливают металл в тяжеленные чугунные стаканы плохо пружинит и от сильных ударов может расколоться. Много дел у чугуна, а у стали и того больше. Поэтому-то большую часть чугуна отправляют к сталеварам, чтобы они сварили из него сталь. Варят сталь в специальных печах — мартенах.

По сравнению с домной мартеновская печь невелика, зато пламя внутри ее жарче. Выстроились мартеновские печи в ряд — в одной сталь уже почти готова, в другой еще варится, а из третьей только что выпустили готовый металл. Вот к одной из печей, к отверстию, из которого брызжет нестерпимо яркий свет, подъехала машина с длинной «рукой».

Захватила «рука» порцию чугуна и отправила его прямо в раскаленное жерло. За чугуном туда же последовал металлолом, за ним известняк и другие материалы-примеси, чтобы сталь была лучше. Загружена печь, закрыто отверстие; за тем, что делается Вот уж стаканы так стаканы: в каждый входит несколько тонн стали.

Когда металл застынет, отвердеет, кран вытащит слитки, и отправятся они к большой и сильной машине — к прокатному стану. Длиной он с улицу, электрической энергии берет столько, сколько небольшой город! А управляет станом всего один человек. Все видели, как мама или бабушка раскатывает тесто. Берет кусок теста, круглую деревянную скалку, раз, два — и ком превратился в тонкий блин.

Похоже работает и прокатный стан. Только у него не один вал-скалка, а несколько. Стоят поперек стана богатырские ворота. В каждых воротах два тяжеленных вала: один — сверху, другой — снизу. Крутятся валы, а между ними как раз и оказывается слиток. Чтобы слитки были мягче, податливее, их опять держат в печи, раскаляют добела.

Проедет, протиснется слиток между валами, станет тоньше, длиннее. Тут машина его назад пустит, опять между валами протащит. Разные бывают прокатные станы. С одних сходят готовые рельсы, балки для строительства домов, с других — толстые плиты или стальные листы, из которых потом сделают кузова автомобилей.

Листы еще тоньше станут крышами домов, а самые тонкие — жестью и пойдут на банки для консервов. А есть станы, которые превращают стальные бруски-слитки в трубы, толстые и тонкие, — для воды, для нефти, для газа… Сталь бывает разная: для гвоздей одна, для плугов другая, для подшипников третья.

Для ножей, напильников, других инструментов нужна сталь, которая не гнется, для пружин — которая пружинит. Есть сверхтвердая сталь. Из нее делают резцы, которые на станках легко режут… сталь. Много разных сортов стали, и у каждой свое важное дело. Теперь ты, Панамка, наверное, знаешь, что важнее — чугун или сталь? — Знаю. Оба они важны и нужны. — Правильно. Молодец.

Когда подрастешь и задумаешься, кем тебе быть, то обяза¬тельно вспомни и о труде горняков — добытчиков руд, и об огненном труде металлургов, и о тех, кто владеет удивительным мастерством превращать грубые слитки в детали огромных станков и крохотных точных приборов — во всё, что нужно людям. станы.

С одних сходят готовые рельсы, балки для строительства домов, с других — толстые плиты или стальные листы, из которых потом сделают кузова автомобилей. Листы еще тоньше станут крышами домов, а самые тонкие — жестью и пойдут на банки для консервов. А есть станы, которые превращают стальные бруски-слитки в трубы, толстые и тонкие, — для воды, для нефти, для газа… Сталь бывает разная: для гвоздей одна, для плугов другая, для подшипников третья.

Для ножей, напильников, других инструментов нужна сталь, которая не гнется, для пружин — которая пружинит. Есть сверхтвердая сталь. Из нее делают резцы, которые на станках легко режут… сталь. Много разных сортов стали, и у каждой свое важное дело. Теперь ты, Панамка, наверное, знаешь, что важнее — чугун или сталь? источник….

Применение

  • Более 90% всего металлургического производства занимает железо и его сплавы.
  • Продукция из сталей и чугунов — незаменимая и бóльшая часть конструкционных материалов, а это здания, мосты, железные дороги и многое другое.
  • Применение соединений железа:
  • двух- и трехвалентное железо используют в качестве коагулянта в системах водоочистки;
  • аноды в железо-никелевых и железо-воздушных аккумуляторах изготовлены из самого известного черного металла;
  • магнетит в виде ультрадисперсного порошка применяют в черно-белых лазерных принтерах;
  • FeCl3 применяют радиолюбители (травят печатные платы);
  • магнетит незаменим в изготовлении носителей памяти (жесткие диски).

Сферы применения железа

Для большинства организмов без железа нет жизни; при его помощи кислород доставляется к каждой клетке организма. Недостаток железа влечет за собой хлорозы у растений и железодефицитные анемии у животных.

Познавательно: убеждение, что яблоко на разрезе темнеет от входящего в них железа — миф.

Применение железа в строительстве

Применение железа строительной отраслью в наши дни нельзя переоценить, ведь металлоконструкции являются основой абсолютно любого современного строения. В этой сфере Fe используется в составе обычных сталей, литейного чугуна и сварочного железа. Данный элемент находится везде, начиная с ответственных конструкций и заканчивая анкерными болтами и гвоздями.

Возведение строительных конструкций из стали обходится гораздо дешевле, к тому же здесь можно говорить и о более высоких темпах строительства. Это заметно увеличивает использование железа в строительстве, в то время как сама отрасль осваивает применение новых, более эффективных и надежных сплавов на основе Fe.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector