Железо из чего состоит


Железо. Описание, свойства, происхождение и применение металла

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


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


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 %.

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


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


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

Молекулярный вес 55.85 г/моль
Происхождение названия возможно англо-саксонского происхождения
IMA статус действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

КЛАССИФИКАЦИЯ


Hey’s CIM Ref1.57

Strunz (8-ое издание) 1/A.07-10
Nickel-Strunz (10-ое издание) 1.AE.05
Dana (7-ое издание) 1.1.17.1

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Цвет минерала железно-черный
Цвет черты серый
Прозрачность непрозрачный
Блеск металлический
Спайность несовершенная по {001}
Твердость (шкала Мооса) 4,5
Излом в зазубринах
Прочность ковкий
Плотность (измеренная) 7.3 — 7.87 г/см3
Радиоактивность (GRapi) 0
Магнетизм ферромагнетик

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Тип изотропный
Цвет в отраженном свете белый
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении не флюоресцентный

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Точечная группа m3m (4/m 3 2/m) — изометрический — гексаоктаэдральный
Пространственная группа Im3m (I4/m 3 2/m)
Сингония кубическая
Параметры ячейки a = 2.8664Å
Двойникование (111) также в пластинчатых массах {112}
Морфология в маленьких пузырьках

Интересные статьи:

mineralpro.ru   13.07.2016  

Железо — общая характеристика элемента, химические свойства железа и его соединений

Желе́зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Металл средней активности, восстановитель.

Основные степени окисления — +2, +3

Простое вещество 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.

Химические свойства простого вещества — железа:

Ржавление и горение в кислороде

1)     На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O2 + 6H2 O → 4Fe(OH)3

Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II, III):

3Fe + 2O2 → Fe3O4

3Fe+2O2→(Fe IIFe2III)O4   (160 °С)

2)     При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4H2O  –→  Fe3O4 + 4H2­

 

3)     Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

2Fe+3Cl2→2FeCl3   (200 °С)

2Fe + 3Br2  –→  2FeBr3

Fe + S  –→  FeS (600 °С)

Fe+2S → Fe+2(S2-1)   (700°С)

4)       В ряду напряжений стоит левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами НСl и Н2SO4, при этом образуются соли железа(II) и выделяется водород:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2­ (реакции проводятся без доступа воздуха, иначе Fe+2 постепенно переводится кислородом в Fe+3 )

Fe + H2SO4(разб.) → FeSO4 + H2­

В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании, оно сразу переходит в катион Fе3+:

2Fe + 6H2SO4(конц.)  –→  Fe2(SO4)3 + 3SO2­ + 6H2O

Fe + 6HNO3(конц.)  –→  Fe(NO3)3 + 3NO2­ + 3H2O

(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).

Железный гвоздь, погруженный в голубоватый раствор медного купороса, постепенно покрывается налетом красной металлической меди

5)     Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

6)

Амфотерность железа проявляется только в концентрированных щелочах при кипячении:

Fе + 2NaОН (50 %) + 2Н2O= Nа2[Fе(ОН)4]↓+ Н2

и образуется осадок тетрагидроксоферрата(II) натрия.

Техническое железо — сплавы железа с углеродом: чугун содержит 2,06-6,67 % С, сталь 0,02-2,06 % С, часто присутствуют другие естественные примеси (S, Р, Si) и вводимые искусственно специальные добавки (Мn, Ni, Сr), что придает сплавам железа технически полезные свойства — твердость, термическую и коррозионную стойкость, ковкость и др.

                 Доменный процесс производства чугуна

Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:

а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд — перевод в оксидную руду:

FeS2→Fe2O3   (O2,800°С, -SO2)       FeCO3→Fe2O(O2,500-600°С, -CO2)

б)  сжигание кокса при горячем дутье:

С(кокс) + O2 (воздух) →СO2   (600—700°С)   СO2 + С(кокс) ⇌ 2СО   (700—1000    °С)

в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:

Fe2O3→(CO) (FeIIFe2III)O4→(CO) FeO→(CO) Fe

г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:

)→(C(кокс) 900—1200°С)(ж)  (чугун, t пл 1145°С)

В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe2С и графит.

                                Производство стали

Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700-2000 °С. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СО2, SО2), либо связываются в легко отделяемый шлак — смесь Са3(РO4)2 и СаSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

    Получение чистого железа в промышленности — электролиз раствора солей железа, например:

FеСl2→ Fе↓ + Сl2↑ (90°С)  (электролиз)

(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).

Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун — в производстве литья и стали, сталь — как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро- и коррозионно-стойкие.

       Оксид железа(II) FеО. Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Fе2+ O2-. При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:

4FеО ⇌(FeIIFe2 III) + Fе (560—700 °С , 900—1000°С)

FеО + 2НС1 (разб.) = FеС12 + Н2O

FеО + 4НNO3 (конц.) = Fе(NO3)3 +NO2↑  + 2Н2O

FеО + 4NаОН =2Н2O + Nа4FеO3(красн.)  триоксоферрат(II) (400—500 °С)

FеО + Н22O + Fе (особо чистое)    (350°С)

FеО + С(кокс) = Fе + СО  (выше 1000 °С)

FеО + СО = Fе + СO2    (900°С)

4FеО + 2Н2O(влага) + O2(воздух) →4FеО(ОН) (t)

6FеО + O2 = 2(FeIIFe2III )O4      (300—500°С)

Получение в лаборатории: термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:

Fе(ОН)2 = FеО + Н2O (150-200 °С)

FеСОз = FеО + СO2 (490-550 °С)

       Оксид дижелеза (III) – железа(II) (FeIIFe2III )O4 . Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe2+(Fе3+)2(O2-)4. Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок (железный сурик), керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий (чернение, воронение). По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe3O4 не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:

2(FeIIFe2 III )O4 = 6FеО + O2   (выше 1538 °С)

(FeIIFe2III )O4 + 8НС1 (разб.) = FеС12 + 2FеС13 + 4Н2O

(FeIIFe2III )O4 +10НNO3 (конц.) =3Fе(NO3)3 + NO2↑+ 5Н2O

(FeIIFe2III )O4 + O2 (воздух) = 6Fе2O3    (450-600°С)

(FeIIFe2III )O4 + 4Н2 = 4Н2O + 3Fе (особо чистое, 1000 °С)

(FeIIFe2III )O4 + СО =ЗFеО + СO2  (500—800°C)

(FeIIFe2 III )O4 + Fе  ⇌4FеО (900—1000 °С , 560—700 °С)

    Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.

В природе — оксидная руда железа магнетит.

       Оксид железа(III) Fе2О3. Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Fе 3+)2(O2-)3. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Fе2O32О. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели (технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.

Уравнения важнейших реакций:

6Fе2O3 = 4(FeIIFe2III )O4 +O2            (1200—1300 °С)

2O3 + 6НС1 (разб.) →2FеС13 + ЗН2O (t)    (600°С,р)

2O3 + 2NaОН (конц.) →Н2O+ 2NаFеO2 (красн.)  диоксоферрат(III)

2О3 + МО=(МII2III)O4     (М=Сu, Мn, Fе, Ni, Zn)

2O3 + ЗН2 =ЗН2O+ 2Fе (особо чистое, 1050—1100 °С)

2O3 + Fе = ЗFеО    (900 °С)

3Fе2O3 + СО = 2(FeII2III)O4 + СO2  (400—600 °С)

     Получение в лаборатории — термическое разложение солей железа (III) на воздухе:

2(SO4)3 = Fе2O3 + 3SO3    (500-700 °С)

4{Fе(NO3)3 9 Н2O} = 2FеaO3 + 12NO2+ 3O2 + 36Н2O   (600-700 °С)

В природе — оксидные руды железа гематит2O3 и лимонит2O32O

Гидроксид железа (II) Fе(ОН)2. Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Fе — ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.

Уравнения важнейших реакций:

Fе(OН)2 = FеО + Н2O  (150-200 °С, в атм.N2)

Fе(ОН)2 + 2НС1 (разб.) =FеС12 + 2Н2O

Fе(ОН)2 + 2NаОН (> 50%) = Nа2[Fе(ОН)4] ↓(сине-зеленый) (кипячение)

4Fе(ОН)2 (суспензия) + O2 (воздух) →4FеО(ОН)↓ + 2Н2O  (t)

2Fе(ОН)2 (суспензия)2O2 (разб.) = 2FеО(ОН)↓ + 2Н2O

Fе(ОН)2 + КNO3(конц.) = FеО(ОН)↓ + NO↑+ КОН   (60 °С)

   Получение: осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:

2+ + 2OH (разб.) = Fе(ОН)2

2+ + 2(NH3Н2O) = Fе(ОН)2+ 2NH4

     Метагидроксид железа FеО(ОН). Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Fе — О и Fе — ОН преимущественно ковалентные. При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Fе2O3  nН2O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в FеО(ОН). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Fе(ОН)2. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.

Соединение состава Fе(ОН)3 не известно (не получено).

Уравнения важнейших реакций:

2O3.2O→(200-250 °С, —H2O) FеО(ОН)→( 560-700° С на воздухе , -h3O) →Fе2О3

FеО(ОН) + ЗНС1 (разб.) =FеС13 + 2Н2O

FeO(OH)→Fe2O3.nH2O -коллоид (NаОН (конц.))

FеО(ОН)→Nа3[Fе(ОН)6] белый , Nа5[Fе(OН)8желтоватый (75 °С, NаОН( т))

2FеО(ОН) + Fе(ОН)2=( FeIIFe2III )O4 + 2Н2O         (600—1000 °С)

2FеО(ОН) + ЗН2 = 4Н2O+ 2Fе (особо чистое, 500—600 °С)

2FеО(ОН) + ЗВr2 + 10КОН = 2К2FеO4 + 6Н2O + 6КВr

       Получение: осаждение из раствора солей железа(Ш) гидрата Fе2О32O и его частичное обезвоживание (см. выше).

В природе — оксидная руда железа лимонит2O32О и минерал гётит FеО(ОН).

Феррат калия К2FеО4. Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель.

Качественная реакция — образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов — промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.

Уравнения важнейших реакций:

2FеO4= 4КFеO2 + 3O2 + 2К2O         (700 °С)

2FеO4 + 6Н2O (гор.) =4FeО(ОН)↓ + 8КОН + 3O2

FеО42- + 2OН+(разб.) =4Fе3+ + 3O2↑+10Н2O

FеО42- + 2(NH3. Н2O)     →2FеО(ОН)↓ + N2↑+ 2Н2O+ 4OН

FеО42- + Ва2+ = ВаFеO4 (красн.)↓         (в конц. КОН)

   Получение: образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида FеО(ОН), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо

Fе + 2КОН + 2КNO3 = К2FеO4 + 3КNO2+ H2O (420 °С)

и электролизе в растворе:

электролиз

Fе + 2КОН (конц.) + 2Н2O→ЗН2↑ + К2FеO4 ( электролиз)

(феррат калия образуется на аноде).

      Качественные реакции на ионы Fе2+ и Fе3+

Обнаружение ионов Fе2+ и Fе3+в водном растворе проводят с помощью реактивов К3[Fе(СN)6] и К4[Fе(СN)6] соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, КFеIII[FеII (СN)6]. В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь, или турнбуллева синь:

2+ + К+ + [Fе(СN)6]3- = КFеIII[FеII (СN) 6]↓

3+ + К+ + [Fе(СN)6]4- = КFеIII[FеII (СN) 6]↓

Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:

К3III[Fе(СN) 6]- гексацианоферрат (III) калия

К4III[Fе (СN) 6]- гексацианоферрат (II) калия

КFеIII[FеII (СN) 6]- гексацианоферрат (II) железа  (Ш) калия

Кроме того, хорошим реактивом на ионы Fе3+ является тиоцианат-ион NСS, железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:

3+ + 6NСS= [Fе(NСS)6]3-

Этим реактивом (например, в виде соли КNСS) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.

 

Железо, свойства атома, химические и физические свойства

Железо, свойства атома, химические и физические свойства.

 

 

 

Fe 26  Железо

55,845(2)      1s2s2p3s3p6 3d6 4s2

 

Железо — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Расположен в 8-й группе (по старой классификации — побочной подгруппе восьмой группы), четвертом периоде периодической системы.

 

Атом и молекула железа. Формула железа. Строение атома железа

Изотопы и модификации железа

Свойства железа (таблица): температура, плотность, давление и пр.

Физические свойства железа

Химические свойства железа. Взаимодействие железа. Химические реакции с железом

Получение железа

Применение железа

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

Атом и молекула железа. Формула железа. Строение атома железа:

Железо (лат. Ferrum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Fe и атомным номером 26. Расположен в 8-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе восьмой группы), четвертом периоде периодической системы.

Железо – металл. Относится к группе переходных металлов. Относится к чёрным металлам.

Как простое вещество железо при нормальных условиях представляет собой ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета с сероватым оттенком с высокой химической реакционной способностью. Собственно железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. На практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.).

Молекула железа одноатомна.

Химическая формула железа Fe.

Электронная конфигурация атома железа 1s2 2s2p3s3p6 3d6 4s2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома железа равен 762,47 кДж/моль (7,9024681(12) эВ).

Строение атома железа. Атом железа состоит из положительно заряженного ядра (+26), вокруг которого по четырем оболочкам движутся 26 электронов. При этом 24 электрона находятся на внутреннем уровне, а 2 электрона – на внешнем. Поскольку железо расположено в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внутренняя оболочка представлена s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома железа на 3d-орбитали находится два спаренных и четыре неспаренных электрона. На внешнем энергетическом уровне атома железа – на s-орбитали находится два спаренных электрона. В свою очередь ядро атома железа состоит из 26 протонов и 30 нейтронов.

Радиус атома железа (вычисленный) составляет 156 пм.

Атомная масса атома железа составляет 55,845(2) а. е. м.

Железо – один из самых распространённых в земной коре металлов – занимает четвертое место. Содержание в земной коре железа составляет 6,3 % (по массе). По этому показателю железо уступает только кислороду, кремнию и алюминию.

 

Изотопы и модификации железа:

 

Свойства железа (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

Подробные сведения на сайте ChemicalStudy.ru

100 Общие сведения  
101 Название Железо
102 Прежнее название
103 Латинское название Ferrum
104 Английское название Iron
105 Символ Fe
106 Атомный номер (номер в таблице) 26
107 Тип Металл
108 Группа Амфотерный, переходный, чёрный металл
109 Открыт Известно с глубокой древности
110 Год открытия до 5000 года до н. э.
111 Внешний вид и пр. Ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета с сероватым оттенком
112 Происхождение Природный материал
113 Модификации
114 Аллотропные модификации 5 аллотропных модификации железа:

– α-железо (феррит) с кубической объемно-центрированной решёткой и свойствами ферромагнетика,

– β-железо с кубической объёмно-центрированной решёткой, отличающееся от α-железа параметрами кристаллической решётки и свойствами парамагнетика. β-железо служит для обозначения α-железа выше точки Кюри (точка Кюри железа 769 °C),

– γ-железо (аустенит) с кубической гранецентрированной кристаллической решёткой,

– δ-железо с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой,

– ε-железо с гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой

115 Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга*
116 Конденсат Бозе-Эйнштейна
117 Двумерные материалы
118 Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0 %
119 Содержание в земной коре (по массе) 6,3 %
120 Содержание в морях и океанах (по массе) 3,0·10-7 %
121 Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 0,11 %
122 Содержание в Солнце (по массе) 0,1 %
123 Содержание в метеоритах (по массе) 0,22 %
124 Содержание в организме человека (по массе) 0,006 %
200 Свойства атома  
201 Атомная масса (молярная масса) 55,845(2) а. е. м. (г/моль)
202 Электронная конфигурация 1s2 2s2p3s3p6 3d6 4s2
203 Электронная оболочка K2 L8 M14 N2 O0 P0 Q0 R0

 

204 Радиус атома (вычисленный) 156 пм
205 Эмпирический радиус атома* 140 пм
206 Ковалентный радиус* 123 пм – low-spin,

152 пм – high-spin

207 Радиус иона (кристаллический) Fe2+ low spin

75 (6) пм,

Fe3+ low spin

69 (6) пм,

Fe4+ low spin

72,5 (6) пм,

Fe6+ low spin

39 (4) пм,

Fe2+ high spin

92 (6) пм,

Fe3+ high spin

78,5 (6) пм

(в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)

208 Радиус Ван-дер-Ваальса
209 Электроны, Протоны, Нейтроны 26 электронов, 26 протонов, 30 нейтронов
210 Семейство (блок) элемент d-семейства
211 Период в периодической таблице 4
212 Группа в периодической таблице 8-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 8-ой группы)
213 Эмиссионный спектр излучения
300 Химические свойства  
301 Степени окисления -4, -2, -1, 0, +1, +2 , +3 , +4, +5, +6 , +7
302 Валентность II, III
303 Электроотрицательность 1,83 (шкала Полинга)
304 Энергия ионизации (первый электрон) 762,47 кДж/моль (7,9024681(12) эВ)
305 Электродный потенциал Fe2+ + 2e → Fe, Eo = -0,440 В,

Fe3+ + e → Fe2+, Eo = +0,771,

Fe3+ + 3e → Fe, Eo = -0,037 В

306 Энергия сродства атома к электрону 15,7 кДж/моль
400 Физические свойства
401 Плотность 7,874 г/см3 (при 0 °C/20 °C и нормальных условиях, состояние вещества – твердое тело),

6,98 г/см3 (при температуре плавления 1538 °C и нормальных условиях, состояние вещества – жидкость),

6,9 г/см3 (при 1589 °C и нормальных условиях, состояние вещества – жидкость)

402 Температура плавления* 1538 °C (1811 K, 2800 °F)
403 Температура кипения* 2862 °C (3134 K, 5182 °F)
404 Температура сублимации
405 Температура разложения
406 Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
407 Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* 13,81 кДж/моль
408 Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* 340 кДж/моль
409 Удельная теплоемкость при постоянном давлении 0,448 Дж/г·K (при 25 °C),
0,64 Дж/г·K (при 0-1000 °C)
410 Молярная теплоёмкость* 25,10 Дж/(K·моль)
411 Молярный объём 7,1 см³/моль
412 Теплопроводность 80,4 Вт/(м·К) (при нормальных условиях),

80,4 Вт/(м·К) (при 300 K)

500 Кристаллическая решётка
511 Кристаллическая решётка #1 α-железо (феррит)
512 Структура решётки Кубическая объёмно-центрированная

 

513 Параметры решётки 2,866 Å
514 Отношение c/a
515 Температура Дебая 460 K
516 Название пространственной группы симметрии Im_ 3m
517 Номер пространственной группы симметрии 229
511 Кристаллическая решётка #2 γ-железо (аустенит)
512 Структура решётки Кубическая гранецентрированная

 

513 Параметры решётки 3,656 Å
514 Отношение c/a
515 Температура Дебая
516 Название пространственной группы симметрии Fm_ 3m
517 Номер пространственной группы симметрии 225
521 Кристаллическая решётка #3 δ-железо
522 Структура решётки Кубическая объёмно-центрированная

 

523 Параметры решётки 2,93 Å
524 Отношение c/a
525 Температура Дебая
526 Название пространственной группы симметрии Im_ 3m
527 Номер пространственной группы симметрии 229
900 Дополнительные сведения
901 Номер CAS 7439-89-6

Примечание:

205* Эмпирический радиус атома железа согласно [1] и [3] составляет 126 пм.

206* Ковалентный радиус железа согласно [1] составляет 132±3 пм (low-spin) и 152±6 пм (high-spin), ковалентный радиус железа согласно [3] [Россия] составляет 117 пм.

402* Температура плавления железа согласно [3] и [4] составляет 1538,85 °C (1812 К, 2801,93 °F) и 1539 °C (1812,15 К, 2802,2 °F) соответственно.

403* Температура кипения железа согласно [4] составляет 2870 °C (3143,15 К, 5198 °F).

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) железа согласно [3] и [4] составляет 13,8 кДж/моль.

408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) железа согласно [4]  составляет 350 кДж/моль.

410* Молярная теплоемкость железа согласно [3] составляет 25,14 Дж/(K·моль).

 

Физические свойства железа:

 

Химические свойства железа. Взаимодействие железа. Химические реакции с железом:

1. Реакция взаимодействия железа и углерода:

3Fe + C → Fe3C.

В результате реакции образуется карбид железа.

2. Реакция взаимодействия железа и кислорода:

3Fe + 2O2 → Fe3O4 (t = 150-500 °C),

2Fe + O2 → 2FeO,

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3.

Первая реакция – это реакция сгорания железа на воздухе. Вторая реакция происходит при продувании воздуха через расплавленный чугун.В результате первой реакции образуется оксида железа (II, III), в результате второй – оксид железа (II), в результате третьей – оксид железа (III).

3. Реакция взаимодействия железа и красного фосфора:

Fe + 3P → Fe3P (t = 600-700 °C).

В результате реакции образуются фосфид железа. Так же образуются Fe2P, FeP, FeP2.

4. Реакция взаимодействия хлора и железа:

2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 (t = 250 °C).

В результате реакции образуется хлорида железа.

5. Реакция взаимодействия железа и серы:

Fe + S → FeS (t = 600-700 °C),

Fe + 2S → FeS2 (t = 689 °C).

В результате первой реакции образуется сульфид железа, в результате второй – дисульфид железа.

6. Реакция взаимодействия железа и фтора:

2Fe + 3F2 → 2FeF3 (t = 300 °C).

В результате реакции образуется фторида железа.

7. Реакция взаимодействия железа и брома:

2Fe + 3Br2 → 2FeBr3 (t°).

В результате реакции образуется бромид железа. В ходе реакции используется бром в виде насыщенного раствора. Реакция протекает при кипении.

8. Реакция взаимодействия железа и селена:

Fe + Se → FeSe (t = 600-950 °C).

В результате реакции образуется селенид железа.

9. Реакция взаимодействия железа и брома:

Fe + Br2 → FeBr2 (t = 600-700 °C).

В результате реакции образуется бромид железа.

10.Реакция взаимодействия железа и иода:

Fe + I2 → FeI2 (t = 500 °C),

3Fe + 4I2 → Fe3I8.

В результате первой реакции образуется иодид железа, в результате второй – иодида железа (II, III). Вторая реакция медленно протекает при растирании реакционной смеси.

11. Реакция взаимодействия железа и теллура:

Fe + Te → FeTe (t = 500 °C).

В результате реакции образуется теллурид железа. Реакция протекает при температуре 600-950°C.

12. Реакция взаимодействия кремния и железа:

2Si + Fe → FeSi2.

В результате реакции образуется силицид железа. Реакция протекает при сплавлении реакционной смеси.

13. Реакция взаимодействия железа, кремния и кислорода:

2Fe + Si + 2O2 → Fe2SiO4 (t = 1100-1300 °C),

2Fe + 2Si + 3O2 → 2FeSiO3 (t = 1100-1300 °C).

В результате первой реакции образуется ортосиликат железа, в результате второй – метасиликат железа.

14. Реакция взаимодействия железа, азота и лития:

Fe + N2 + 3Li → Li3FeN2 (t ≈ 600 °C).

В результате реакции образуется динитридоферрат лития.

15. Реакция взаимодействия железа и оксида углерода:

Fe + 5CO → [Fe(CO)5] (t = 150-200 °C).

В результате реакции образуется пентакарбонил железа. Порошок железа нагревается в струе CO при давлении 1·107-2·107 Па).

16. Реакция взаимодействия железа и оксида серы:

2Fe + 3SO2 → FeSO3 + FeS2O3

В результате реакции образуются сульфит железа и тиосульфат железа. В ходе реакции используется влажный оксид серы. Реакция медленно протекает при комнатной температуре.

17. Реакция взаимодействия железа и воды:

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (t = 570 °C).

В результате реакции образуются оксид железа (II,III) и водород. Реакция протекает при температуре не более 570°C. Данная реакция является исторически первым способом получения водорода.

18. Реакция взаимодействия железа, воды и кислорода:

2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe(OH)2.

В результате реакции образуется гидроксид железа. Реакция протекает медленно. Коррозия железа.

19. Реакция взаимодействия железа, воды, кислорода и оксида углерода:

2Fe + 2H2O + O2 + 4CO2 → 2Fe(HCO3)2.

В результате реакции образуется гидрокарбонат железа. Реакция протекает медленно.

20. Реакция взаимодействия оксида железа (III) и железа:

Fe2O3 + Fe → 3FeO (t ≈ 900 °C).

В результате реакции образуется оксида железа (II).

21. Реакция взаимодействия оксида железа (II, III) и железа:

Fe3O4 + Fe → 5FeO (t = 900-1000 °C).

В результате реакции образуется оксид железа (II).

22. Реакция взаимодействия оксида циркония(IV), углерода и железа:

ZrO2 + 2C + Fe → (Zr,Fe) + 2CO (t = 1400-1600 °C).

В результате реакции образуются ферроцирконий и оксид углерода.

23. Реакция взаимодействия железа, метагидроксида никеля и воды:

Fe + 2NiO(OH) + 2H2O ⇄ Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2.

В результате реакции образуются гидроксид железа и гидроксид никеля – никель-железный гальванический элемент.

24. Реакция взаимодействия железа и азотной кислоты:

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O,

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O,

5Fe + 12HNO3 → 5Fe(NO3)2 + N2 + 6H2O (t = 0-10 °C).

В результате первой реакции образуются нитрат железа, оксид азота (IV) и вода, в результате второй – нитрат железа, оксид азота (II) и вода, в результате третьей –  нитрат железа, азот и вода. В ходе первой реакции используется концентрированная азотная кислота, в ходе второй – 50%-й раствор азотной кислоты, в ходе третьей – очень разбавленный раствор азотной кислоты. В ходе четвертой реакции образуется также примесь – N2O, NH4NO3.

25. Реакция взаимодействия железа, азотной кислоты и кислорода:

4Fe + 12HNO3 + 3O2 → 4Fe(NO3)3 + 6H2O.

В результате реакции образуются нитрат железа и вода. Это промышленный метод получения нитрата железа.

26. Реакция взаимодействия железа и азотной кислоты:

В результате реакции образуются. В ходе реакции используется. Реакция взаимодействия железа и ортофосфорной кислоты:

4Fe + 3H3PO4 → FeHPO4 + Fe2(PO4)2 + 4H2.

В результате реакции образуются гидроортофосфат железа, ортофосфат железа и водород. В ходе реакции используется разбавленный раствор ортофосфорной кислоты.

27. Реакция взаимодействия железа и фтороводорода:

Fe + 2HF → FeF2 + H2.

В результате реакции образуются фторид железа и водород. В ходе реакции используется разбавленный раствор фтороводорода.

28. Реакция взаимодействия железа и бромоводорода:

Fe + 2HBr м FeBr2 + H2 (t = 800-900 °C).

В результате реакции образуются бромид железа и водород.

29. Реакция взаимодействия железа, гидроксида натрия и воды:

Fe + 2NaOH + 2H2O → Na2[Fe(OH)4] + H2 (t°).

В результате реакции образуются тетрагидроксоферрат натрия и водород. Реакция протекает при кипении раствора в атмосфере азота.

30. Реакция электролиза концентрированного водного раствора гидроксида калия и железа:

Fe + 2KOH + 2H2O → 3H2 + K2FeO4.

В результате реакции образуются феррат калия и водород.

31. Реакция взаимодействия железа, пероксида калия и воды:

Fe + 3K2O2 + 2H2O → K2FeO4 + 4KOH.

В результате реакции образуются феррат железа и гидроксид калия. Реакция медленно протекает в концентрированном растворе гидроксида калия.

32. Реакция взаимодействия железа и аммиака:

4Fe + 2NH3 → 2Fe2N + 3H2 (t = 350-550 °C).

В результате реакции образуются нитрид железа и водород. Так же образуются FeN, Fe4N.

33. Реакция взаимодействия хлорида меди и железа:

CuCl2 + Fe → FeCl2 + Cu

В результате реакции образуются хлорид железа и медь.

34. Реакция взаимодействия железа, гидроксида натрия, кислорода и воды:

4Fe + 20NaOH + 3O2 + 6H2O → 4Na5[Fe(OH)8] (t = 20-25 °C).

В результате реакции образуются октагидроксоферрат и натрий. В ходе реакции используется 50%-й раствор гидроксида натрия.

35. Реакция взаимодействия железа, гидроксида натрия, брома и воды:

2Fe + 14NaOH + 3Br2 + 2H2O → 2Na4[Fe(H2O)(OH)7] + 6NaBr (t = 50-60 °C).

В результате реакции образуются гептагидроксоакваферрат натрия и бромид натрия. В ходе реакции используется 50%-й раствор гидроксида натрия.

36. Реакция взаимодействия сульфида свинца и железа:

PbS + Fe → Pb + FeS (t = 1000 °C).

В результате реакции образуются свинец и сульфид железа.

37. Реакция взаимодействия железа и бензола:

18Fe + C6H6 → 6Fe3C + 3H2 (t = 700 °C).

В результате реакции образуются карбид железа и водород. Реакция протекает в вакууме.

38. Реакция взаимодействия железа, карбоната калия и серы:

6Fe + 4K2CO3 + 13S → 6K[FeS2] + K2SO4 + 4CO2 (t = 900-1000 °C).

В результате реакции образуются дисульфидоферрат калий, сульфат калия и оксид углерода.

39. Реакция взаимодействия железа, хлорида нитроила и воды:

2Fe + 6NO2Cl + 6H2O → 2FeCl3 + 6HNO3 + 3H2.

В результате реакции образуются хлорид железа, азотная кислота и водород.

40. Реакция взаимодействия железа, иодата натрия и пероксида водорода:

2Fe + NaIO3 + H2O2 → NaI + 2FeO(OH) (t°).

В результате реакции образуются иодид натрия и метагидроксид железа. Реакция протекает при кипении на воздухе.

41. Реакция взаимодействия сульфида сурьмы и железа:

Sb2S3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS (t = 600-1300 °C).

В результате реакции образуются сурьма и сульфид железа. Сплавление реакционной смеси.

42. Реакция взаимодействия сульфида висмута и железа:

Bi2S3 + 3Fe → 2Bi + 3FeS (t = 1000 °C).

В результате реакции образуются висмут и сульфид железа.

43. Реакция взаимодействия хлорида сурьмы и железа:

2SbCl3 + 3Fe → 2Sb + 3FeCl3

В результате реакции образуются сурьма и хлорид железа. Реакция протекает в концентрированном растворе хлороводорода.

44. Реакция взаимодействия хлорида ванадия и железа:

3VCl4 + 4Fe → 3V + 4FeCl3 (t = 900 °C).

В результате реакции образуются ванадий и хлорид железа.

45. Реакция взаимодействия нитрата меди и железа:

Cu(NO3)2 + Fe → Fe(NO3)2 + Cu.

В результате реакции образуются нитрат железа и меди.

46. Реакция взаимодействия нитрата серебра и железа:

2AgNO3 + Fe → Fe(NO3)2 + 2Ag.

В результате реакции образуются нитрат железа и серебро.

47. Реакция взаимодействия железа и сульфата меди:

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu.

В результате реакции образуются сульфат железа и медь.

 

Получение железа:

 

Применение железа:

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

  1. 1. Водород
  2. 2. Гелий
  3. 3. Литий
  4. 4. Бериллий
  5. 5. Бор
  6. 6. Углерод
  7. 7. Азот
  8. 8. Кислород
  9. 9. Фтор
  10. 10. Неон
  11. 11. Натрий
  12. 12. Магний
  13. 13. Алюминий
  14. 14. Кремний
  15. 15. Фосфор
  16. 16. Сера
  17. 17. Хлор
  18. 18. Аргон
  19. 19. Калий
  20. 20. Кальций
  21. 21. Скандий
  22. 22. Титан
  23. 23. Ванадий
  24. 24. Хром
  25. 25. Марганец
  26. 26. Железо
  27. 27. Кобальт
  28. 28. Никель
  29. 29. Медь
  30. 30. Цинк
  31. 31. Галлий
  32. 32. Германий
  33. 33. Мышьяк
  34. 34. Селен
  35. 35. Бром
  36. 36. Криптон
  37. 37. Рубидий
  38. 38. Стронций
  39. 39. Иттрий
  40. 40. Цирконий
  41. 41. Ниобий
  42. 42. Молибден
  43. 43. Технеций
  44. 44. Рутений
  45. 45. Родий
  46. 46. Палладий
  47. 47. Серебро
  48. 48. Кадмий
  49. 49. Индий
  50. 50. Олово
  51. 51. Сурьма
  52. 52. Теллур
  53. 53. Йод
  54. 54. Ксенон
  55. 55. Цезий
  56. 56. Барий
  57. 57. Лантан
  58. 58. Церий
  59. 59. Празеодим
  60. 60. Неодим
  61. 61. Прометий
  62. 62. Самарий
  63. 63. Европий
  64. 64. Гадолиний
  65. 65. Тербий
  66. 66. Диспрозий
  67. 67. Гольмий
  68. 68. Эрбий
  69. 69. Тулий
  70. 70. Иттербий
  71. 71. Лютеций
  72. 72. Гафний
  73. 73. Тантал
  74. 74. Вольфрам
  75. 75. Рений
  76. 76. Осмий
  77. 77. Иридий
  78. 78. Платина
  79. 79. Золото
  80. 80. Ртуть
  81. 81. Таллий
  82. 82. Свинец
  83. 83. Висмут
  84. 84. Полоний
  85. 85. Астат
  86. 86. Радон
  87. 87. Франций
  88. 88. Радий
  89. 89. Актиний
  90. 90. Торий
  91. 91. Протактиний
  92. 92. Уран
  93. 93. Нептуний
  94. 94. Плутоний
  95. 95. Америций
  96. 96. Кюрий
  97. 97. Берклий
  98. 98. Калифорний
  99. 99. Эйнштейний
  100. 100. Фермий
  101. 101. Менделеевий
  102. 102. Нобелий
  103. 103. Лоуренсий
  104. 104. Резерфордий
  105. 105. Дубний
  106. 106. Сиборгий
  107. 107. Борий
  108. 108. Хассий
  109. 109. Мейтнерий
  110. 110. Дармштадтий
  111. 111. Рентгений
  112. 112. Коперниций
  113. 113. Нихоний
  114. 114. Флеровий
  115. 115. Московий
  116. 116. Ливерморий
  117. 117. Теннессин
  118. 118. Оганесон

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

Источники:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Iron [англ.]
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Eisen
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Железо
  4. http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=236
  5. https://chemicalstudy.ru/zhelezo-svoystva-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva/

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

Найти что-нибудь еще?

Похожие записи:

карта сайта

железо атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
электронные формулы сколько атомов в молекуле железа 
сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

 

Коэффициент востребованности 1 245

Состав железа

В данной статье будет рассказано о железе, его химических и физических свойствах. Они имеют большое значение для определения способа перевозки железа, его условий хранения, получения, выплавки и т. д.

Железо является одним из наиболее популярных металлов. Но зачастую так называют его сплав с какой-либо примесью, например, с углеродом. Это помогает сохранить пластичность и мягкость самого металла. Показателем в таком составе будет количество чистого металла, углерода и примесей.

Для выплавки стали применяют метод металлизации, который помогает изделию стать более устойчивым к внешним воздействиям, таким как эрозия, коррозия, износ. При этом содержание дополнительной примеси может быть разным.

Углерод

Процент содержания углерода в сплаве может колебаться от 0,2 % до 10%. Это зависит от способа восстановления железа. При этом само количество и степень металлизации могут варьироваться очень широко. В газообразно-восстановительных процессах нитевидный углерод осаждается из  газовой фазы на поверхность железа. Но реакция до конца не завершается, и продукт, подвергшийся металлизации, имеет на своей поверхности и в порах сажу, образовавшуюся из углерода.

Высокое содержание углерода, до 10%, возможно в пыли, образующейся при транспортировке и перегрузках материалов с металлизацией, например, металлизованных окатышей, в которых происходит понижение количества углерода и начинается пылеобразование, что недопустимо из-за повышения риска возникновения пожара.

Фосфор

В процессе прямого восстановления железа количество фосфора не снижается, а процент его содержания при металлизации равен его количеству в исходном сырье. Понизить это может полное обогащение руды, используемой для процесса восстановления. Причем соотношение фосфора и железа зависит от увеличения процента железа, которое ведет к снижению процента содержания фосфора. В большинстве составов он равен 0,010-0,020%, редко 0,030%.

Сера

Сырьем для прямого восстановления железа часто служат окатыши, не подвергшиеся флюсованию, поскольку в них удалена большая часть серы путем окислительного обжига, и тогда главным источником серы будет являться восстановитель.

При исходном твердом восстановителе количество серы в составе металлизованного материала может оказаться высоким. Тогда его понижения можно достичь добавлением известняка и доломита.

В случае газообразного восстановителя на выходе получается продукт с низким процентом серы, до 0,003.

Азот и водород

Азот содержится в малых количествах в руде, что определяет его небольшой процент и в металлизованных материалах, до 0,003%. Количество водорода доходит до 150 куб. см. на 100 гр., причем в стали его процент такой же, как и при выплавке лома.

Цветные металлы

Количество цветных металлов, а именно никеля, хрома, свинца, меди, имеет состав железа прямого восстановления, и часто оно низкое благодаря чистоте сырья. Такой показатель губчатого железа можно сравнить с чугуном. Разница будет лишь в том, что в чугуне есть хром в восстановленном виде.

Титан, хром, ванадий находятся в металлизованных окатышах в составе окислов. В процессе плавки достаточно просто организовать возможность, мешающую восстановить их из шлака. Это дает способность получить металл, в составе которого будет низкий процент содержания титана, хрома и, возможно, марганца.

Железо, состав которого включает в себя олово, свинец, цинк и другие цветные металлы, причем в небольшом и устойчивом проценте, образуется при окислительном процессе обжига окатышей, прямом восстановлении железа и плавке. Все это благодаря малому количеству примесей названных металлов в руде, а также частичному их удалению.

Определено, что удаление цинка возможно при металлизации и плавке. Свинец испаряется во время обжига и восстановления, но в небольшой степени, а главным будет плавильный процесс. Олово, как и сурьма, с трудом удаляются из состава из-за низкого их содержания, или вообще переходят в металл. Исследования, проведенные лабораторным путем, показали, что то, из чего состоит железо, определяется количеством цветных металлов в качестве примесей. Их процент колеблется от менее чем 0,01, как в стали с содержанием никеля, хрома и меди, так до менее 0,001 – в составах с оловом, свинцом, мышьяком, сурьмой и цинком.

Железо — Знаешь как

Изготовление изделий из железа (гл. обр. украшений) началось в первой половине 3-го тысячелетия до н. э. Во 2-м тысячелетии до н. э. был создан способ произ-ва достаточно твердого металла. В Европе и в Древней Руси до середины 14 в. Ж. получали в сыродутных горнах прямым восстановлением руды древесным углем (сыродутный процесс), получая губку (крицу), из к-рой затем выковывали различные изделия. В дальнейшем, по мере усовершенствования способов дутья и увеличения высоты плавильных печей, Ж. науглероживалось , превращаясь в чугун, к-рый вначале считали отходом произ-ва.

 

Постепенно чугун научились переделывать в сталь. Такой двухступенчатый передел оказался более экономичным и производительным и с 15—16 вв. почти полностью заменил одноступенчатую схему произ-ва Ж. и стали. В середине 19 в. были разработаны бессемеровский, томасов-ский и мартеновский способы передела чугуна в сталь, пополнившиеся впоследствии электросталеплавильным, кислородно-конверторным и др. способами. По содержанию в земной коре (4,65%) Ж. занимает четвертое место после кислорода, кремния и алюминия. В земных глубинах содержание его возрастает. В земной коре Ж. сформировалось в различные минералы, к-рых насчитывается около 300: окислы, сульфиды, силикаты, карбонаты, фосфаты и т. д. Важнейшие рудные минералы: магнетит Fe304, гематит Fe203, лимонит Fe20 • Н20, сидерит FeC03, а также соединения с серой и мышьяком. В виде гидроокисей Ж. накапливается во мн. морских и континентальных осадках, образуя осадочные руды.

Железо это

Железо — в виде теллурического земного или метеоритного — встречается в природе   редко.   Ж.— пластичный металл, легко поддается ковке, прокатке, штампованию и волочению. Его кристаллические модификации: альфа-,    гамма-   и   дельта-железо.  До т-ры  769° С стойко альфа-железо,   выше   т-ры   769° С (Кюри точка) оно сохраняет кристаллическую структуру, однако теряет  ферромагнетизм,   переходя в дельта-железо; при т-ре 911° С переходит в гамма-железо, а при т-ре 1400° С   гамма-железо   превращается в  дельта-железо.   Немагнитную модификацию железа, стойкую в интервале т-р  769—911°  С,  нередко наз. бета-железом. Однако его структура  тождественна   высокотемпературной модификации дельта-железа и не может рассматриваться как самостоятельная. Внешняя электронная оболочка атома Ж. имеет 3d⁶4s² электронов. Наличие незаполненного 3d слоя и его относительные размеры   определяют  многие  физ.  и хим. св-ва элемента.

Так, взаимодействие нескомпенсированных спинов четырех из шести электронов соседних атомов на небольших расстояниях,  свойственных альфа-железу, создает области спонтанной намагниченности (домены), определяющие ферромагнетизм. С увеличением межатомных   расстояний   обменное взаимодействие ослабляется, что приводит к раз упорядочению областей и исчезновению ферромагнетизма при т-ре 769° С. Сосредоточение четырех электронов в металле и их взаимодействие с катионами приводят к перекрытию d6 орбиталей и появлению направленных связей, свойственных объемноцентрированной кубической структуре альфа- в дельта-железа. Если перекрытия в гамма-железе нет, координационное число увеличивается до 12. Физ. св-ва   чистого   Ж.:   tпл    1536° С; tкип 2880° С; коэфф. теплопровод кости (т-ра 25° С) 0,177 кал/см •сек • град-1,   ср.  удельная  теплоемкость (т-ра 0—1000° С) 0,153 кал/г • град; температурный коэфф. линейного расширения (т-ра 20° С)

11,7 • 10-6 град-1 удельное электрическое сопротивление (т-ра 20° С) 9.7 • 10 ом • см; температ. коэфф. электр.  сопротивления   (0—100° С) 6,51 • 10-3 град-1   .    Многие    св-ва зависят от чистоты металла.

 

В хим. отношении железо— металл средней активности: если нет влаги, его компактные образцы не реагируют заметно даже с такими окислителями, как кислород, сера, хлор и бром. Только высокодисперсное (пирофорное) Ж. может самовоспламеняться. При нагревании интенсивность взаимодействия быстро возрастает. Из кислородных соединений известны: FeO (точнее вюстит FexO — нестехиометрическое соединение нерем. состава, стойкое выше т-ры 572° С), Fe304 и Fe203. При т-ре 200—300° С на воздухе Ж. покрывается плотной окисной пленкой, защищающей его от коррозии (см. Коррозия металлов). Чистое Ж. при обычных т-рах стойко на воздухе и в воде. Техническое Ж. и железа сплавы под воздействием паров воды, углекислого газа и кислорода корродируют, покрываясь хрупким пористым слоем гидроокиси FeO x x nН20 — ржавчиной, не защищающей металл от коррозии. От нее ежегодно теряется около 30% добываемого Ж. и стали,  из к-рых в виде металлолома идут в переплав, а  теряется безвозвратно. Растворимость углерода в альфа-железе при комнатной т-ре — около 2 • 10-5 %, а при т-ре 738° С составляет 0,02%. В гамма-железе при т-ре 1153° С растворяется до 2,11% С.

 

Твердый раствор углерода в альфа-железе (феррит) и в гамма-железе (аустенит) являются растворами внедрения. В зависимости от содержания углерода сплавы Ж. подразделяют на стали и чугуны. При быстром охлаждении аустенита образуется пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе (мартенсит) , обладающий высокой твердостью и хрупкостью. Последующий отпуск (нагрев до т-ры 500—550° С и выдержка) позволяет получить регулируемое сочетание мех. прочности и пластичности. При сравнительно быстром охлаждении из железоуглеродистых расплавов выделяются карбиды: Fe3С (цементит), реже Fe2C (эпсилон-карбид), а при медленном — графит. Наиболее стойки нитриды Fe4N и Fe2N. Соединения Ж. с водородом (гидриды) малостойки. Соединения с серой имеют перем. состав: в FexS содержится от 50 до 53,3 ат.% S.

 

При нагревании с кремнием, фосфором,  алюминием и титаном Ж.  образует  соответственно силициды, фосфиды, алюминиды и титаниды. Ж. хорошо растворяется в разбавленных к-тах и практически не растворяется в щелочах. Водные растворы его солей имеют кислую реакцию. Ж. склонно к образованию  комплексных  соединений. Чистое Ж.  получают восстановлением   из   окислов   (железо   пирофорное), электролизом водных растворов его солей (железо электролитическое) ,   разложением   пента кар бонила Fe (СО)5 при нагревании до т-ры 250° С (см. Железо карбонильное) . Для произ-ва особо чистого железа  (99,99%   Fe)   прибегают к зонной плавке и др. спец. способам. Технически чистое Ж. (армко-железо), содержащее около 0,16% примесей (углерода, кремния, марганца, фосфора, серы и др.), выплаваяют, окисляя компоненты чугуна, в мартеновских, двухванных сталеплавильных печах и в кислородных конверторах.

 

Сварочное, или кричное, Железо получают, окисляя примеси малоуглеродистой стали железистым шлаком при т-ре 1350° С или восстановлением из руд твердым углеродом. Восстановлением при т-ре до 1200 ° С получают железо губчатое. Осн. массу Ж. выплавляют в виде сталей и чугунов  Технически чистое Ж. применяют для изготовления сердечников электромагнитов, якорей электр. машин и др. Чистое Ж. используют как катализатор, для исследовательских целей и для изготовления медицинских препаратов. Порошки Ж., полученные восстановлением окислов, карбонильным и другими способами, перерабатывают методами порошковой металлургии в различные изделия, листы, полосы, ленты и др. Железный порошок в больших количествах используют при сварке, а также для цементации меди. Губчатое и кричное Ж. применяют для произ-ва высококачественных сталей. Ж. — составная часть железобетона и железографита. Окислы Ж. служат минеральными красками, а ферромагнитные Fe304 и v-Fe203 используют для произ-ва магнитных материалов. Из солей широко применяют сульфаты, напр. FeS04 X X 7Н20 — в текстильной пром-сти, в произ-ве берлинской лазури, чернил,   минеральных   красок  , FeS04 — коагулянт для очистки во ды. Покрытие железом  нашло применение в полиграфии — для изготовления клише, в автомобильной и тракторной промети — для восстановления изношенных деталей машин и др. На долю сплавов Ж. приходится примерно 95% всей металлической продукции.

 

Природная смесь состоит из четырёх стабильных изотопов железа : 54Fe ( 5,84% ) , 56Fe ( 91,68% ) ,57Fe (2,17%) , 58Fe (0,31% ) . Искусственные изотопы 55Fe и 59Fe применяется как радиоактивные индикаторы ( период полураспада 2,94 года и 45,1 дня ) .

По распространённости на земле железо уступает среди металлов только алюминию . В литосфере его содержится 4,0% , в самородном состоянии встречается редко . Основные железные руды : магнитный железняк ( магнетит ) Fe3O4 , красный железняк ( гематит ) Fe2O3, бурый железняк ( лимонит ) 2Fe2O3 ⋅ 3h3O , шпатовый железняк ( сидерит ) FeCO3 . Железный колчедан ( пирит ) FeS2 перерабатывают на серную кислоту . Железо получают из руд путём восстановления , расплавленное железо растворяет избыток углерода и получается , сплав называемый чугун .

Химический процесс получения железа

Состоит :

При неполном сгорании кокса образуется оксид углерода ( II ) :

 

C + O2 = CO2↑

 

CO2 + C = 2CO↑

 

Оксид железа восстанавливается оксидом углерода ( II ) свободного железа :

 

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O3 + CO2↑

 

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2↑

 

FeO + CO = Fe + CO2↑

 

Чугун содержит около 93% железа и 4% углерод , а также примеси кремния , марганца , фосфора и серы . Серый чугун содержит углерод в виде графита , а белый в виде цементита Fe3C . Из более мягкого и вязкого серого чугуна отливают чугунные изделия . Белый , трудно поддающийся обработке чугун перерабатывают на сталь , окисляя углерод кислородом воздуха в конвертерах , мартеновских или электропечах . Металл с содержанием углерода 0,3 — 2% называют твёрдой сталью . Мягкая сталь ( или железо ) содержит углерод менее 0,3% .

Такие стали приобретают твёрдость и вязкость , жаростойкость , кислотоупорность , противокоррозионные и другие ценные свойства . Среди них различают машиностроительные и инструментальные стали .

Поверхность стальных изделий иногда подвергают цементированию ( насыщение углеродом ) , азотированию ( нагревание в атмосфере аммиака ) , цианированию ( обогащение углеродом и азотом ) . В результате этого поверхность изделий приобретает твёрдость , устойчивость к истиранию и коррозии .

Чистое железо — серебристо — белый , мягкий металл , хорошо поддающийся обработке , легко намагничивается и размагничивается . Его получают электролизом растворов солей железа или термическим разложением пентакарбонила  железа :

 

[Fe( CO )5 = Fe + 5CO↑

 

Известны четыре полиморфные модификации железа . Полиморфные превращения железа сопровождаются изменением кристаллической решётки и физических свойств железа .

При обычных температурах железо не взаимодействует даже с самыми активными неметаллами ( фтор , хлор , бром , йод , кислородом , серой , фосфором ) , но при нагревании реагирует с ними энергично . Во влажном воздухе техническое железо покрывается ржавчиной ( FeOOH ). Оно легко растворяется в соляной кислоте , в разбавленной серной и азотной кислотах , но концентрированные серная и азотная кислоты пассивирую железа . В щелочах ( кроме горячих концентрированных растворов ) оно нерастворимо .

В устойчивых соединениях железо проявляет степени окисления +2 и +3 , имеет два простых оксида и один смешанный — оксид железа ( II , III ) Fe3O4 ( FeO ⋅ Fe2O3 ) .

 

Оксид железа ( II ) FeO — чёрный порошок . Он взаимодействует с кислотами , образуя соли железа ( II ) , проявляя основные свойства .

Гидроксид железа ( II ) Fe( OH )2 осаждают , действуя щелочами на растворы соли железа ( II ) :

 

FeSO4 + 2NaOH = Fe( OH )2↑ + Na2SO4

 

Гидроксид железа ( II ) амфотерен , частично растворяется в сильно щелочных средах . Это белое вещество легко окисляется кислородом воздуха до красно — бурого гидроксида железа ( III ) :

 

4Fe( OH )2 + O2 + 2h3O = 4Fe( OH )3

 

Гидроксид железа ( II ) легко растворяется в кислотах .

Оксид железа ( III ) Fe2O3 — красно — бурый порошок , обладает основными свойствами ( с признаками амфотерности ) , образует с кислотами соли железа ( III ) . Но при сплавлении с карбонатом натрия ( или щелочами ) Fe2O3 проявляет кислотные свойства и даёт соли метажелезистой кислоты HFeO2 — ферриты , например , феррит натрия NaFeO2 :

 

Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2↑

 

Гидроксид железа  ( III ) Fe( OH )3 выпадает при действии щелочей на его железа ( III ) в виде красно — бурого осадка :

 

Fe2( SO4 )3 + 6NaOH = 2Fe( OH )3↓ + 3Na2SO4

 

Состав осадка не всегда отвечает своей формуле Fe( OH )3 считается , что железо ( III ) частично осаждается в виде HFeO3 . Гидроксид железа  ( III ) проявляет основные свойства , растворятся в кислотах . Также он проявляет заметные свойства амфотерности с горячими концентрированными растворами щелочей . При растворении гидроксида железа  ( III )  в щелочной среде получаются соли железной кислоты — ферраты K2FeO4 .

У железа хорошо выражена способность образовывать комплексные соединения . Прочным комплексный анион [Fe( CN )6] получается при взаимодействии солей железа ( II ) с цианидами :

 

FeSO4 + 6KCN = K4[Fe( CN )6] + K2SO4

 

Образующееся комплексное соединение — гексациано — ( II ) феррат калия ( жёлтая кровяная соль ) с солями железа  ( III ) даёт интенсивно синий осадок берлинской лазури :

 

4FeCl3 + 3K4[Fe( CN )6] = Fe4[Fe( CN )6]3↓ + 12KCl

 

Гексациано —  ( III ) феррат калия или красная кровяная соль , K3[Fe( CN )6] также выделяет из растворов солей железа ( II ) синий осадок :

 

3FeSO4 + 2K3[Fe( CN )6] = Fe3[Fe( CN )6]2↓ + 3K2SO4

 

которые раньше называли турнбуллевой синью .

Соли железа  ( III ) с роданидами образуют кроваво — красные комплексы :

 

Fe³ᐩ + SCNˉ = [Fe( SCN )]²ᐩ

 

При высоких концентрации роданид — ионов получаются комплексные соединения с большим числом лигандов , например K3[Fe( SCN )6] .

Координационное число железа в комплексных соединениях равна шести .

Соли железа имеют практическое значение . Сульфат железа ( II ) или железный купорос , FeSO4 + 7h3O — сельскохозяйственный ядохимикат . Соль мора ( Nh5 )2SO4 ·FeSO4 · 6h3O или сульфат аммония — железа  ( II ) , применяется в химическом анализе .

 

Велико биологическое значение железа , так как оно составная часть гемоглобина крови , в организме человека содержится около 3 граммов железа . Ионы железа участвуют а процессе переноса кислорода гемоглобином от лёгких к тканям и органам . Кроме того , железо содержится в печени и селезёнке человека и животных . Его недостаток вызывает заболевания . Железо необходим и растениям , оно участвует в окислительно — восстановительных процессах , в кислородном обмене . При недостатке железа в почве растения заболевают , замедляется синтез хлорофилла , задерживается их рост и развитие .

 

Лит.; Григорович В. К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа Гиммельфарб А. И., Неменов А. М. Бескоксовая металлургия железа.

состав, структура, свойства, сферы применения, производство

Железо считается самым популярным материалом. Его используют во всех отраслях промышленности. Людям этот металл знаком с глубокой древности. Когда кузнецы научились получать чистый материал, он превзошёл известные на то время сплавы, вытеснил их из производства. Сплавы железа появились в результате попыток людей изменить характеристики этого металла.

Сплав железа

Состав и свойства

Строение и свойства железа обуславливают его популярность относительно разных отраслей промышленности. Состав представляет собой основной материал с примесями другим веществ. Количество дополнительных металлов не превышает 0,8%. К основным параметрам относятся:

  1. Температура плавления — 1539 градусов по Цельсию.
  2. Твердость по Бринеллю — 350–450 Мн/кв. м.
  3. Удельная масса — 55,8.
  4. Плотность — 7,409 г/куб см.
  5. Теплопроводность — 74,04 Вт/(м·К) (при комнатной температуре).
  6. Электропроводность — 9,7·10-8 ом·м.

Нельзя забывать, что железо считается одним из важнейших элементов в организме человека. Однако он крайне сложно усваивается из пищи. Суточная норма, которую должен употреблять мужчина — 10 мг. Женщины должны потреблять 20 мг этого вещества, чтобы организм работал нормально.

История открытия

Из школьного курса все помнят «железный век». Это период истории, когда человек впервые научился получать этот металл из руды. Железный век приходится на период с 9 по 7 век до нашей эры. Этот металл оказал огромное влияние на развитие людей того времени. По своим характеристикам он вытеснил смеси цветных металлов. Из него изготавливали орудия труда, оружие, доспехи, материалы для строительства и многое другое. Постепенно кузнецы начали смешивать его с другими металлами, чтобы получить новые материалы. Так появлялись новые сплавы.

Сферы применения

Этот материл применяется в разных отраслях промышленности:

  1. Смеси и однородный металл применяются в машиностроении. Из них изготавливаются внутренние детали, корпуса, подвижные механизмы.
  2. Судостроение, самолётостроение, ракетостроение.
  3. Строительство — изготовление крепежей, расходных материалов.
  4. Приборостроение — изготовление электроники для дома.
  5. Радиоэлектроника — создание элементов для электроприборов.
  6. Медицина, станкостроение, химическая промышленность.
  7. Изготовление оружия.

Если для чего-то не подходит однородный материал, подойдут соединения на его основе, характеристики которых значительно отличаются.

Разновидности сплавов на основе железа

Сплав железа — это соединение, которое состоит из основного металла и дополнительных примесей. Соединения на основе этого материала называются чёрными металлами. К ним относятся:

  1. Сталь — соединение углерода с другими элементами. Углерода в составе сплава может содержаться до 2.14%. Выделяют конструкционные углеродистые, строительные, специальные и легированные стали.
  2. Чугун — смесь, которая пользуется огромной популярностью. Соединения могут содержать до 3,5% углерода. Дополнительно смеси содержать марганец, фосфор, серу.
  3. Перлит — смесь на основе железа. Содержит не более 0.8% углерода.
  4. Феррит — его называют чистым материалом. Связанно это с низким содержанием углерода, сторонних примесей (около 0.04%).
  5. Цементит — химическое соединение железа с углеродом.
  6. Аустенит — соединение с содержанием углерода до 2.14%. Дополнительно имеет сторонние примеси.
Легированная сталь

Состав и структура сплавов

Из-за большого количество соединений на основе железа была разработана маркировка, по которой можно отделить стали с высоким содержанием углерода от менее углеродистых, определить наличие основных легирующих элементов в составе материала, их количество. Зависимо от количества дополнительных элементов изменяются свойства соединений. К ним относится бор, ванадий, молибден, марганец, титан, углерод, хром, никель, кремний, вольфрам.

Характеристики смесей зависят от их структуры, состава. От этого изменяется прочность, пластичность, температура плавления, плотность, электропроводность и другие параметры. Например, структура чугуна определяет его хрупкость при ударах, больших физических нагрузках.

Свойства и маркировка сплавов

Относительно маркировки, первые цифры, которые идут на маркировке, говорят о процентном содержании углерода в составе. Далее идут заглавные буквы основных легирующих элементов. Начало маркировки могут начинать дополнительные буквы. Они указывают на назначение сплава.

Пластичность и вязкость будут уменьшаться при повышении количества углерода в составе сплава. На другие свойства металлов влияют основные легирующие элементы.

Производство и обработка сплавов на основе железа

Чтобы понять, как получают популярные соединения на основе железа, нужно кратко поговорить о технологиях получения чугуна, стали. Получить сталь можно несколькими способами:

  1. Прямая технология. Окатышки железной руды продуваются смесью угарного газа, кислорода аммиака. Процедура проводиться в шахтной печи разогретой до 1000 градусов.
  2. Мартеновский метод. Твердый чугун переплавляют с помощью мартеновских печей. Прежде чем закончить процедуру материал насыщается примесями.
  3. Электроплавильный способ. С его помощью получают высококачественный материал. Обработка проводится в закрытых печах при температуре до 2200 градусов.
  4. Кислородно-конверторный метод. Чугун, расположенный в печи, обдувается смесью кислорода с воздухом, что ускоряет процесс отжига.

Производство чугуна:

  1. Подготовка руды. Она дробится до мелкой фракции.
  2. Измельчение коксового угля.
  3. Дробление флюса.
  4. Загрузка в печь.

Для изготовления чугуна используются доменные печи.

Помимо процессов производства смесей, их подвергают дополнительно обработке. Это отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Характеристики улучшаются.

Сплавы железа используются в разных отраслях промышленности. Они обладают разными характеристиками, однако не теряют параметров основного металла, входящего в их состав.

Что такое железо? (с иллюстрациями)

Железо - это металлический химический элемент, который веками использовался людьми. Металл сыграл такую ​​важную роль в истории человечества, что целая эпоха, Железный век, названа в его честь. Он имеет множество промышленных применений, причем металл часто входит в состав сплавов, а также считается микроэлементом, жизненно важным для здоровья человека. Вы, вероятно, ежедневно взаимодействуете с железом в различных сплавах и формах, поскольку этот элемент является неотъемлемой частью жизни на Земле.

Красное мясо - хороший источник диетического железа.

Чистое железо - серебристо-белый, очень блестящий металл. Он чрезвычайно податлив и пластичен, что является одной из причин, по которой он так долго использовался людьми, поскольку для его работы не требуется сложных технологий.Металл обозначается символом Fe в периодической таблице элементов и имеет атомный номер 26. Сплавы, которые содержат железо или действуют как железо, называются черными металлами в отсылке к латинскому ferrum .

Из железа можно делать магниты.

Этот металлический элемент обычно магнитный, хотя его также можно размагничивать. Поскольку железо останется намагниченным даже после того, как магнитный объект будет удален от него, оно считается ферромагнитным. Некоторые металлы демонстрируют это свойство, и они обладают многими полезными качествами; не в последнюю очередь как магниты на холодильник.Магнитные свойства этого металла были полезным инструментом в изучении истории Земли, поскольку древние частицы в горных породах выстраивались в разных направлениях на протяжении тысяч лет, отражая изменения в магнитном поле Земли.

Fe - это символ железа в периодической таблице.

На Земле железо не появляется в чистом виде; его можно найти в соединениях с другими породами, известными как руды. Эти руды необходимо обрабатывать в печах для извлечения пригодного для использования металла и других материалов. Иногда он появляется в метеоритах и ​​других космических объектах; у многих древних людей были глубокие предрассудки относительно «звездного железа», поскольку оно может быть взято с небес, а не с Земли.Выплавка чугуна - важная отрасль промышленности, поскольку металл используется во многих объектах.

Слишком много железа может вызвать спазмы желудка.

Человек и многие другие живые организмы нуждаются в этом элементе для благополучия. Диетическое железо содержится в красном мясе, темно-листовой зелени, сухофруктах, бобах, орехах и семенах.Дефицит может привести к анемии - серьезному заболеванию. Слишком большое количество может вызвать диарею, спазмы желудка и другие симптомы; отравление железом у детей является проблемой в некоторых регионах, как правило, из-за того, что дети едят таблетки, предназначенные для взрослых.

Метеориты могут содержать железо.Изобилие железа в ядре Земли создает сильное магнитное поле. .

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Эта статья о железе и металле. Для инструмента, называемого утюгом, см. Глажение.

Железо - это химический элемент и металл. Это самый распространенный химический элемент на Земле (по массе) и наиболее широко используемый металл. Он составляет большую часть ядра Земли и является четвертым по распространенности элементом земной коры.

Металл используется очень часто, потому что он прочный и дешевый.Железо - основной ингредиент, используемый для производства стали. Необработанное железо магнитно (притягивается к магнитам), а составной магнетит - постоянно магнитный.

В некоторых регионах железо использовалось около 1200 г. до н. Э. Это событие считается переходом от бронзового века к железному веку.

Физические свойства [изменить | изменить источник]

Железо - серый серебристый металл. Он магнитный, хотя разные аллотропы железа обладают разными магнитными свойствами. Железо легко найти, добыть и выплавить, поэтому оно так полезно.Чистое железо мягкое и очень пластичное.

Химические свойства [изменить | изменить источник]

Железо реактивно. Он реагирует с большинством кислот, например с серной кислотой. При реакции с серной кислотой образует сульфат железа. Эта реакция с серной кислотой используется для очистки металла.

Железо реагирует с воздухом и водой с образованием ржавчины. Когда ржавчина отслаивается, обнажается больше железа, позволяя ржаветь большему количеству железа. В конце концов, вся железка заржавела. Другие металлы, такие как алюминий, не ржавеют.Железо можно легировать хромом, чтобы получить нержавеющую сталь, которая в большинстве случаев не ржавеет.

Порошок железа может реагировать с серой с образованием сульфида железа (II), твердого черного твердого вещества. Железо также реагирует с галогенами с образованием галогенидов железа (III), таких как хлорид железа (III). Железо реагирует с галогеноводородными кислотами с образованием галогенидов железа (II), таких как хлорид железа (II).

Химические соединения [изменить | изменить источник]

Железо образует химические соединения с другими элементами. Обычно другой элемент окисляет железо.Иногда берутся два электрона, а иногда три. Соединения, в которых у железа есть два электрона, называются соединениями железа. Соединения, в которых у железа есть три электрона, называются соединениями трехвалентного железа. Соединения двухвалентного железа содержат железо в степени окисления +2. В соединениях трехвалентного железа железо находится в степени окисления +3. Соединения железа могут быть черными, коричневыми, желтыми, зелеными или пурпурными.

Соединения железа являются слабыми восстановителями. Многие из них зеленые или синие. Наиболее распространенное соединение двухвалентного железа - это сульфат железа.

Соединения железа являются окислителями. Многие из них коричневые. Наиболее распространенное соединение железа - оксид железа, тоже самое, что ржавчина. Одна из причин, по которой железо ржавеет, заключается в том, что оксид железа является окислителем. Он окисляет железо, ржавея даже под покраской. Поэтому при небольшой царапине на краске все это может заржаветь.

Соединения железа (II) [изменить | изменить источник]

Соединения в степени окисления +2 являются слабыми восстановителями. Обычно они светлые.Они реагируют с кислородом воздуха. Они также известны как соединения железа.

  • Сульфид железа (II), блестящее химическое вещество, которое реагирует с кислотами с выделением сероводорода, обнаружено в земле
  • Сульфат железа (II), сине-зеленый кристаллический химикат, получаемый в результате реакции серной кислоты со сталью, используемый для уменьшения содержания ядов, таких как хромат, в бетоне
  • Хлорид железа (II), бледно-зеленый кристаллический химикат, получаемый при взаимодействии соляной кислоты со сталью
  • Гидроксид железа (II), темно-зеленый порошок, полученный электролизом воды железным анодом, вступает в реакцию с кислородом и становится коричневым.
  • Оксид железа (II), черный, легковоспламеняющийся, редкий
Смешанная степень окисления [изменить | изменить источник]

Эти соединения редки; только один общий.Они находятся в земле.

Соединения железа (III) [изменить | изменить источник]

Соединения в степени окисления +3 обычно коричневые. Они окислители. Они едкие. Они также известны как соединения трехвалентного железа.

  • Оксид железа (III), ржавчина, красно-коричневый, растворяется в кислоте
  • Хлорид железа (III), ядовитый и едкий, растворяется в воде с образованием темно-коричневого кислого раствора. Производится реакцией железа с соляной кислотой и окислителем
  • Нитрат железа (III), светло-фиолетовый, коррозионно-активный, используемый при травлении
  • Сульфат железа (III), редко, светло-коричневый, растворяется в воде.Производится в результате реакции железа с серной кислотой и окислителем.

Во Вселенной много железа, потому что это конечная точка ядерных реакций в больших звездах. Это последний элемент, который должен быть произведен до того, как взрыв сверхновой звезды выбросит железо в космос.

Металл - главный ингредиент ядра Земли. На поверхности он находится в виде соединения железа или трехвалентного железа. Некоторые метеориты содержат железо в виде редких минералов. Обычно железо находится в земле в виде гематитовой руды, большая часть которой была произведена во время Великого события оксигенации.Железо можно извлечь из руды в доменной печи. Некоторое количество железа встречается в виде магнетита.

В мясе есть соединения железа. Железо является важной частью гемоглобина красных кровяных телец.

Чугун производится на крупных заводах , , путем восстановления гематита углеродом (коксом). Это происходит в больших контейнерах, называемых доменными печами. Доменная печь заполнена железной рудой, коксом и известняком. Вдувается очень горячий поток воздуха, который вызывает возгорание кокса.Сильная высокая температура заставляет углерод вступать в реакцию с железной рудой, забирая кислород из оксидов железа и образуя диоксид углерода. Двуокись углерода представляет собой газ, и он выходит из смеси. В утюг попал песок. Известняк, состоящий из карбоната кальция, превращается в оксид кальция и диоксид углерода, когда известняк очень горячий. Оксид кальция вступает в реакцию с песком, образуя жидкость, называемую шлаком. Шлак сливается, остается только чугун. В результате реакции в доменной печи останется чистое жидкое железо, где ему можно будет придать форму и закалить после охлаждения.Почти все металлургические заводы сегодня являются частью сталелитейных заводов, и почти весь чугун превращается в сталь.

Есть много способов работать с железом. Железо можно закалить, нагревая кусок металла и окропляя его холодной водой. Его можно смягчить, нагревая и давая ему медленно остыть. Его также можно штамповать с помощью тяжелого пресса. Его можно натянуть на провода. Из него можно прокатать листовой металл.

В Соединенных Штатах большая часть железа была извлечена из земли в Миннесоте, а затем отправлена ​​на корабле в Индиану и Мичиган, где из него превратилась сталь.

Как металл [изменить | изменить источник]

Железо используется больше, чем любой другой металл. Это прочно и дешево. Из него делают здания, мосты, гвозди, шурупы, трубы, фермы и башни.

Железо не очень реактивно, поэтому его легко и дешево извлечь из руды. После превращения в сталь он очень прочен и используется для армирования бетона.

Есть разные виды утюгов. Чугун - это чугун, производимый способом, описанным выше в статье. Он твердый и хрупкий.Он используется для изготовления таких вещей, как крышки ливневых стоков, крышки люков и блоки двигателя (основная часть двигателя).

Сталь - наиболее распространенная форма железа. Стали бывают нескольких видов. Мягкая сталь - это сталь с низким содержанием углерода. Он мягкий и легко сгибается, но не трескается. Используется для гвоздей и проволоки. Углеродистая сталь тверже, но более хрупкая. Используется в инструментах.

Есть и другие марки стали. Нержавеющая сталь из-за содержания хрома устойчива к ржавчине, а никель-железные сплавы могут оставаться прочными при высоких температурах.Другие стали могут быть очень твердыми, в зависимости от добавленных сплавов.

Кованое железо легко формуется и используется для изготовления заборов и цепей.

Очень чистое железо мягкое и может легко ржаветь (окисляться). Он также довольно реактивный.

Как соединения [изменить | изменить источник]

Соединения железа используются для нескольких целей. Хлорид железа (II) используется для очистки воды. Также используется хлорид железа (III). Сульфат железа (II) используется для восстановления хроматов в цементе. Некоторые соединения железа используются в витаминах.

Дефицит железа - самый распространенный дефицит питания в мире. [1] [2] [3]

Нашему телу нужно железо, чтобы помочь кислороду добраться до наших мышц, потому что оно лежит в основе некоторых важных макромолекул нашего тела, таких как гемоглобин, которые заставляют его работать. лучше. Во многие злаки добавлено немного железа (элемент , металл, , железо). [4] [5] Его добавляют в крупы в виде крошечных металлических опилок. Иногда даже можно увидеть осколки, если взять очень сильный магнит и положить его в коробку.Магнит будет притягивать эти железки. Эти маленькие металлические стружки не вредны для нашего организма. [6]

Железо наиболее доступно для организма при добавлении к аминокислотам - железо в этой форме усваивается в десять-пятнадцать раз лучше, чем в качестве элемента. [7] Железо также содержится в мясе, например в стейке. Железо, содержащееся в пищевых добавках, находится в форме химического вещества, такого как сульфат железа (II), который дешев и хорошо усваивается. Организм не потребляет больше железа, чем ему нужно, и обычно ему нужно очень мало.Железо в красных кровяных тельцах перерабатывается системой, разрушающей старые клетки. Потеря крови в результате травмы или заражения паразитами может быть более серьезной. [8]

Железо токсично при попадании в организм большого количества. Когда принимается слишком много таблеток железа, люди (особенно дети) заболевают. Кроме того, существует генетическое заболевание, которое нарушает регуляцию уровня железа в организме.

Есть химические вещества, связывающиеся с железом, которые могут прописать врачи.

  1. Центры по контролю и профилактике заболеваний (2002).«Дефицит железа - США, 1999–2000». MMWR . 51 : 897–9.
  2. Hider, Robert C .; Конг, Сяоле (2013). «Глава 8. Железо: эффект перегрузки и дефицита». В Астрид Сигель, Гельмут Сигель и Роланд К. О. Сигель (ред.). Взаимосвязь между ионами эссенциальных металлов и болезнями человека . Ионы металлов в науках о жизни. 13 . Springer. С. 229–294. DOI: 10.1007 / 978-94-007-7500-8_8.
  3. Длоуи, Эдриенн К.; Ауттен, Кэрин Э. (2013). «Глава 8.4 Поглощение, транспортировка и хранение железа». В Banci, Лючия (ред.) (Ред.). Металломика и клетка . Ионы металлов в науках о жизни. 12 . Springer. DOI: 10.1007 / 978-94-007-5561-1_8. ISBN 978-94-007-5560-4 . CS1 maint: дополнительный текст: список редакторов (ссылка) электронная книга ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836 электронная-ISSN 1868-0402
  4. «Проверка прочности железа в зерновых». Министерство сельского хозяйства США.Проверено 29 января 2010.
  5. ↑ Адамс, Сесил. Возвращение прямого наркотика . Нью-Йорк: Ballantine Books, 1994
  6. ↑ Фелтон, Брюс. Единственный в своем роде . Нью-Йорк: Уильям Морроу и компания, 1992.
  7. Пинеда О., Эшмид HD (2001). «Эффективность лечения железодефицитной анемии у младенцев и детей раннего возраста с хелатом бис-глицината железа». Питание . 17 (5): 381–4. DOI: 10.1016 / S0899-9007 (01) 00519-6. PMID 11377130.
  8. ↑ Эндрюс Н.С. 2000. Нарушения обмена железа. Медицинский журнал Новой Англии . Соответствующая переписка, опубликована в NEJM 342 : 1293-1294.
.

Что такое железо?

Что такое железо по Периодической таблице? Определение элемента железа
Тяжелый ковкий пластичный магнитный серебристо-белый металлический элемент, который легко ржавеет во влажном воздухе, встречается в метеоритах и ​​объединяется в большинстве вулканических пород, является наиболее часто используемым из металлов и жизненно важен для биологических процессов, например транспорт кислорода в организме. Сталь - самый известный сплав железа. См. Реакцию железа, чтобы узнать о его реакции на воду, кислород и кислоты. Атомный номер этого элемента - 26, а символ элемента - Fe.

Что такое железо? Группа Периодической таблицы и классификация элемента железа
Элементы могут быть классифицированы на основе их физических состояний (состояний вещества), например газ, твердое тело или жидкость. Этот элемент прочный. Железо классифицируется как «переходный металл», который находится в группах 3–12 Периодической таблицы. Почти 75% всех элементов Периодической таблицы классифицируются как металлы, которые подробно описаны в Списке металлов. Элементы, классифицируемые как переходные металлы, обычно характеризуются как пластичные, податливые и способные проводить электричество и тепло.Дополнительные факты и информацию см. В разделе «Свойства железа».

Исторические факты и Открытие железного элемента - металл древности
Железо было доступно некоторым из древнейших цивилизаций, включая древних египтян, древних греков и древних римлян. Железо - один из металлов, называемых одним из «металлов древности». Древние «Металлы древности» вместе с приблизительными датами их открытия и использования: золото (6000 г. до н.э.), медь (9000 г. до н.э.), серебро (4000 г. до н.э.), свинец (6400 г. до н.э.), олово (3000 г. до н.э.), железо (1500 г. до н.э.) и ртуть (1500 г. до н.э.) ).Широкое использование этого элемента привело к периоду всемирной истории, названному железным веком.

Появление железа
Элемент железо известен давно, так как его руды очень богаты, и из них нетрудно получить металл в довольно чистом состоянии. Он встречается в природе во многих формах сочетаний, в крупных месторождениях в виде оксидов, сульфидов и карбонатов, и в меньших количествах в большом количестве разнообразных минералов. Действительно, очень немногие породы или почвы не содержат небольшого количества железа, и оно усваивается растениями и животными, играющими важную роль в жизненных процессах.

Что такое железо? Появление элемента железа
Добывается из железной руды
Десятый элемент по распространенности во вселенной
Чугун содержит 4% 5% углерода
Чугун содержит 2% углерода 3,5% и небольшое количество марганца
Углеродистая сталь содержит от 0,5% до 1,5% углерода, с небольшим содержанием марганца, фосфора, серы и кремния.

Изобилие элемента в различных средах
% во Вселенной 0,11%
% в Солнце 0.1%
% в метеоритах 22%
% в земной коре 6,3%
% в океанах 310 -7 %
% в людях 0,006%

Использование железа в медицине - здоровье и лечение
Интересная информация содержится в следующая таблица использования железа в медицине, здоровья и лечения.

Использование железа в медицине - здоровье и лечение

Медицинские расстройства Медицинские симптомы
Дефицит железа и анемия
Кровоточащие язвы, геморрой или травма являются наиболее частыми причинами дефицита железа и анемии При лечении железодефицитной анемии могут потребоваться препараты железа, такие как сульфат железа
Заболевания Медицинские симптомы Использование железа и лечение

Полезный справочник, содержащий информацию о медицинском применении железа, связанных с ним проблемах со здоровьем и расстройствах и лечение препаратами железа.

Сопутствующие виды использования железа
Производство стали - самый известный сплав железа
Медицина и здравоохранение - Дефицит железа может вызвать серьезные проблемы со здоровьем у людей - Сульфат железа используется для лечения этого заболевания
Металлическое железо является сильным и довольно дешевый, поэтому используется для строительных и инженерных целей. Металлический чугун используется в производстве:
автомобилей
станков
корпусов больших кораблей
деталей машин

чугуна
чугуна, полученного в доменной печи, называют чугун.Он значительно различается по составу, обычно содержит от 90 до 95% железа, остальное в основном состоит из углерода и кремния с меньшими количествами фосфора и серы. Когда расплавленному металлу из доменной печи дают возможность быстро остыть, большая часть углерода остается в химической комбинации с железом, и продукт называется белым чугуном. Если охлаждение идет медленно, углерод частично отделяется в виде чешуек графита, которые остаются разбросанными по металлу. Этот продукт более мягкий и темный по цвету и называется серым чугуном.

Свойства чугуна
Чугун твердый, хрупкий, довольно легко плавится (температура плавления около 1100). Его нельзя сварить или придать форму, но его легко отлить в песчаных формах. Он прочный и жесткий, но не эластичный. Он используется для изготовления отливок и других видов чугуна. Чугун, содержащий до 20% металлического марганца вместе с примерно 3% углерода, называется шпигелевым железом; когда количество марганца превышает указанное, продукт называют ферромарганцем.Ферромарганец может содержать до 80% марганца. Эти разновидности чугуна широко используются при производстве стали.

.

Определение железа от Merriam-Webster

\ ˈī (-ə) rn \ 1 : серебристо-белый ковкий пластичный магнитный тяжелый металлический элемент, который легко ржавеет во влажном воздухе, встречается в чистом виде в метеоритах и ​​объединяется в большинстве вулканических пород. , является самым распространенным элементом на Земле по массе и жизненно важен для биологических процессов - см. Таблицу химических элементов

2 : что-то из железа: такое как

a : бытовое устройство, обычно с плоским металлическим основанием, которое нагревается до гладкости, отделки или прессования (например, ткань)

b : любая из пронумерованных клюшек для гольфа с относительно тонкими металлическими головками - сравните деревянные

клюшки во множественном числе : кандалы для рук или ног

d : нагретый металлический инструмент, используемый для клеймения или прижигания

e : стремени - обычно используется во множественном числе

3 : большая прочность, твердость или решимость

железо в огне

1 : вопрос, требующий пристального внимания

2 : предполагаемый план действий

1 : из железа, или сделанный из него

3a : сильный и здоровый : прочный, железный

c : с удержанием или быстрой привязкой железная ручка

переходный глагол

1a : гладить нагретым утюгом или как будто погладить рубашку

b : удалить (например, морщины) утюгом

2 : сковать утюгом

3 : утюгом

.

Что такое железная руда? (с иллюстрациями)

Железная руда - это любая порода или минерал, из которых можно экономично извлечь железо. Он бывает разных цветов, включая темно-серый, ярко-желтый, темно-фиолетовый и ржаво-красный. Железо поступает в виде оксидов железа, таких как магнетит, гематит, лимонит, гетит или сидерит. Экономически жизнеспособные формы руды содержат от 25% до 60% железа. В старые времена горнодобывающей промышленности некоторые руды, известные как «природные руды», содержали 66% железа и могли напрямую подаваться в доменные печи для производства чугуна.

Железная руда полосчатая.

Три основных источника железной руды - это полосчатые железные образования, месторождения магматических магнетитовых руд и гематитовые руды. Наибольшее количество металла добывается из полосчатых железных образований, геологических структур, залегающих в основном между 3 и 1.2 миллиарда лет назад. Сине-зеленые водоросли выделяли кислород в те дни, когда атмосфера и океаны были очень бедны кислородом, связываясь вместе с растворенным железом в мировых океанах. Эти явления фиксации железа проходили циклически, поскольку водоросли чередовали цветение и разрастание, оставляя характерные полосы, видимые в полосчатых железных образованиях. Эта руда находится в форме магнетита или гематита. Полосчатые железные образования встречаются на всех континентах, но особенно богатые месторождения находятся в Австралии, Бразилии и США.

Магнетитовая руда.

Другой важный источник железа - месторождения магматической железной руды, образовавшиеся во время древних извержений вулканов, которые высвободили большое количество магнетита, который позже кристаллизовался.Залежи, связанные с гранитом, были обнаружены в таких местах, как Малайзия и Индонезия, и для извлечения железа требуется очень небольшая постобработка. Титаномагнетит, особый класс магматических магнетитовых руд, также служит источником титана и ванадия, который добывается в специализированных плавильных печах.

Гематит.

Третий источник - месторождения гематитовой руды, которые обнаружены на всех континентах, но особенно в Австралии, Бразилии и Азии. Большинство гематита происходит из полосчатых железных образований, которые претерпели химические изменения за миллиарды лет из-за гидротермальных флюидов. Крупнейший в мире производитель железной руды Vale, расположенный в Бразилии, производит ее из гематитовой руды.Vale производит 15% всех мировых запасов железа. В целом мировая добыча руды составляет около одного миллиарда метрических тонн.

Железо можно извлечь из горных пород или минералов, известных как железная руда. Железная руда в естественном виде может быть красноватой.Железная руда выплавляется для производства полезного железа. .

Что такое ковкий чугун? - Willman Industries

Что такое ковкий чугун?

Ковкий чугун - это тип чугуна, известный своей стойкостью к ударам и усталости, удлинению и износостойкости благодаря сферической (круглой) графитовой структуре в металле. Ковкий чугун также называют высокопрочным чугуном, чугуном с шаровидным графитом или чугуном с шаровидным графитом.

Что делает ковкий чугун… «ковким чугуном»?

И высокопрочный чугун, и чугун содержат графит.Если вы внимательно посмотрите (с помощью мощного микроскопа со 100-кратным увеличением или более) на обычный чугун (серый чугун), вы увидите, что графитовые биты выглядят как волнистые линии, называемые «хлопьями». Однако, когда вы смотрите на графит в высокопрочном чугуне, он выглядит как маленькие сферы или узелки (отсюда и названия чугуна с шаровидным графитом и чугуна с шаровидным графитом).

Мы отдаем должное Киту Миллису за создание ковкого чугуна еще в 1943 году. Он и его друзья Альберт Гагнебин и Норман Пиллинг получили патент США 2 485 760 и Патент США 2 485 761 на изготовление ковкого чугуна с использованием магния (Mg) в металлургии (состав металла или что-то еще было в секретном рецепте), чтобы графит выстроился в сферы.

Millis был не первым, кто упрочнил нормальный чугун. Мы по-прежнему отливаем отливки из Meehanite®. Август Михан запатентовал процесс Meehanite еще в январе 1931 года. Meehan использовал силицид кальция для получения конкреций, аналогичных тому, что есть в ковком чугуне.

Тем не менее именно ковкий чугун стал одним из самых популярных видов чугунного литья. Разработка ковкого чугуна продолжалась до 1950-х годов, что улучшило процесс литья ковкого чугуна, что привело к принятию высокопрочного чугуна, признание которого было подтверждено девятикратным увеличением его использования в течение 1960-х годов в качестве материала, разработанного для коммерческого применения.

Как производится ковкий чугун?

Большая часть магии при изготовлении ковкого чугуна происходит в печи с расплавленным чугуном. Вы начинаете с железа (конечно), а затем добавляете больше углерода, чем железо обычно способно впитать в структуру. Если объяснить взаимосвязь между железом и углеродом по-другому, это все равно что добавить в воду столько соли, что вы достигнете точки, в которой соль больше не будет растворяться. Кстати, это то, что отличает ковкий чугун от стали. В стали содержится ровно столько углерода, сколько может поглотить железо.

Кремний, сера, марганец и кислород - все они вносят свой вклад в смесь, помогая углероду формировать сферические графитовые структуры по мере охлаждения железа. По общему признанию, это чрезмерное упрощение процесса (в конце концов, мы не обучаем вас металлургической степени, хотя, если вы хотите ее, нам нравятся инженерные степени в Висконсине, не обращая внимания на нашу географическую предвзятость).

Что входит в ковкий чугун? (Состав)

Если бы вы провели химический анализ ковкого чугуна, вы бы обычно нашли:

Железо ~ 94%

Углерод 3.2 - 3,60%

Кремний 2,2 - 2,8%

Марганец 0,1 - 0,2%

Магний 0,03 - 0,04%

Фосфор 0,005 - 0,04%

Сера 0,005 - 0,02%

Медь <= 0,40%

Для повышения прочности высокопрочного чугуна можно добавить олово или медь. Для повышения коррозионной стойкости медь, никель или хром могут заменить от 15 до 30% железа.

Каковы преимущества ковкого чугуна?

Отливки из высокопрочного чугуна очень прочны по сравнению с обычным чугуном (серым чугуном).Прочность на растяжение чугуна составляет 20 000 - 60 000 фунтов на квадратный дюйм, в то время как ковкий чугун начинается с при 60 000 фунтов на квадратный дюйм и может доходить до 120 000 фунтов на квадратный дюйм. Предел текучести ковкого чугуна обычно составляет 40 000 - 90 000 фунтов на квадратный дюйм, но предел текучести чугуна настолько низок, что его нельзя измерить.

Давайте по-другому вкладываем силу. Мы видели, как части из серого чугуна ломались, когда падали с высоты десяти футов. Отливка из высокопрочного чугуна позволяет бить по детали в течение всего дня восьмифунтовой кувалдой, и она вряд ли треснет.

Что вызывает проблему для серого чугуна, так это те хлопья графита, которые вызывают трещины вдоль чешуек, в то время как узелки в высокопрочном чугуне удерживают железо вместе. Учитывая тот же самый сценарий, когда одна и та же деталь сделана из двух разных металлов, в то время как хрупкое серое чугунное покрытие хочет растрескаться, а высокопрочное железо - изгибаться.

Ковкий чугун также обладает превосходной износостойкостью из-за наличия в нем графита. Когда что-то трется о ковкий чугун, ковкий чугун изнашивается намного медленнее, чем многие другие металлы.Износостойкость частично обусловлена ​​графитовой структурой, которая может действовать на железо как сухая смазка.

Ковкий чугун также очень хорошо рассеивает (отводит) тепло и довольно легко поддается механической обработке, хотя с ковким чугуном работать сложнее, чем с обычным серым чугунным чугуном. Ковкий чугун гасит вибрацию и звук намного лучше, чем сталь, поэтому ковкий чугун хорошо подходит для использования на больших машинах.

Для чего используется ковкий чугун? (Приложения)

Ковкий чугун отлично подходит для использования там, где требуется прочный металл с износостойкостью.

Вот примерный список вещей, сделанных из ковкого чугуна или содержащих его:

Трубы и фитинги (почти 50% ковкого чугуна, продаваемого в США, приходится на трубы и фитинги)

Оси

Шатуны (как в двигателях)

Коленчатые валы

Цилиндры

Суппорт дискового тормоза

Шестерни и коробки передач

Корпуса и коллекторы

Гидростатические бочки

Натяжные рычаги

Большие машины

Станки

Военное использование

Фортепианная арфа (часть, удерживающая струны фортепиано)

Опоры шпинделя

Кулаки поворотные

Детали подвески

Оси для грузовых автомобилей

Клапаны (особенно клапаны высокого давления)

Ступицы колес

Хомуты силовые

В чем разница между ковким чугуном и чугуном?

Чугун относится ко всем чугунным деталям, которые отлиты и имеют высокое содержание углерода, но при нормальном использовании «чугун» относится к серому чугуну, литым деталям с более слабой структурой железа, содержащим чешуйки графита.Ковкий чугун должен иметь в металле структуру сферического графита.

Обычный чугун можно отливать дешево, очень легко обрабатывать, а прочность можно повысить за счет термической обработки. Серый чугун не обладает прочностью и долговечностью высокопрочного чугуна. Отливки из ковкого чугуна не намного дороже, чем отливки из серого чугуна, но если нет необходимости в преимуществах ковкого чугуна, вам, вероятно, следует придерживаться отливок из серого чугуна.

Вы нашли эту статью полезной? Мы находим самое большое «спасибо» за нашу работу, когда вы делитесь ею с друзьями и семьей.Мы ценим вашу доброту в распространении информации о нашем семейном бизнесе

Умирает американская промышленность? Мы думаем, что нет! Посмотрите наше видео.

.

Смотрите также

 
 
© 2020 Спортивный клуб "Канку". Все права защищены.