ЖЕЛЕЗО — металл № 1 в мире

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

История

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

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

Сверхчистое железо
Сверхчистое железо

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

С изобретением сварного оружия пришел век чёрного металла.

В мирной жизни дел у железных орудий хватало: срубить избу, обтесать камень, вспахать поле.

Свойства

железо элементЖелезо (Ferrum, в формулах обозначается Fe) — химически активный элемент, относится к металлам. В таблице Менделеева имеет атомный № 26. Ferrum — черный металл.

Физические характеристики сильно зависят от чистоты металла.

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

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

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

Химические свойства железа:

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

Минералы

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

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

Железные руды делятся на 11 промышленных типов.

Железная руда
Железная руда
Гордимся: Россия имеет больше всех стран железных руд.

Получение металла

Есть несколько способов получения железа:

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

Плюсы и минусы

Множество достоинств, но и недостатков не меньше.

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

Ковкость дает возможность производить декоративные изделия.

Сплавы

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

Железо

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

Стали делят по применению:

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

Применение

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

Продукция из сталей и чугунов — незаменимая и бóльшая часть конструкционных материалов, а это здания, мосты, железные дороги и многое другое.

Применение соединений железа:

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

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

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

Купить — в листах и порошке

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector