Zanimljivosti. Željezo zagrijano na 5000 stupnjeva Celzijusa postaje plinovito. Najvjerojatnije je da ovo ime dolazi od drevnog arijevskog korijena "ZIL", koji je označavao kositar i bijele metale općenito (uključujući srebro - "zilber", a naziv "cink" nastao je od iste riječi aberacijom L-N). Navodno, sanskritsko "zhalzha" također dolazi od njega, što znači "metal, ruda". Željezo je jedan od najčešćih elemenata u Sunčev sustav, posebno na planetima zemaljska skupina, posebno na Zemlji. Značajan dio željeza terestričkih planeta nalazi se u jezgrama planeta, gdje se njegov sadržaj procjenjuje na oko 90%.
Slajd 10 iz prezentacije “Željezo”Dimenzije: 720 x 540 piksela, format: .jpg. Da biste besplatno preuzeli slajd za korištenje u nastavi, desnom tipkom miša kliknite sliku i kliknite "Spremi sliku kao...". Cijelu prezentaciju “Hardware.ppt” možete preuzeti u zip arhivi od 553 KB.
Željezo
"Lekcija željeza" - Konfucije. 3. Samljeti pepeo u prah. 4. Prebaciti pepeo u epruvetu i dodati 10 ml HCl. 5 . Usporedila je intenzitet boje analiziranih otopina. Iskustvo laboratorija: Rezultati istraživanja: Uravnotežite prehranu, budite zdravi! Pokrijte čepom i snažno protresite.
“Spojevi željeza” - Fizikalna svojstva: Čisto željezo je srebrnobijeli duktilni metal. Elektronska formula za strukturu atoma: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s. Doniranjem elektrona s vanjske razine željezo se oksidira do oksidacijskog stupnja +2. Nakon aluminija najčešći metal na svijetu je željezo. Do stupnja oksidacije +2, željezo se oksidira interakcijom sa slabim oksidacijskim sredstvima.
“Željezni metal” - Kemijska svojstva željeza. 1 – redukcijsko sredstvo, proces oksidacije 1 – oksidacijsko sredstvo, redukcijski proces. Fizička svojstva. Metodološki razvoj lekcija. Halkopirit s inkluzijama kvarca Primorski kraj. Biološka ulogažlijezda. Glavni izvor željeza za ljude je hrana. Željezo je metal srednje kemijske aktivnosti.
"Kemija željeza" - Struktura jednostavne tvari. Najviše se koristi u modernoj industriji. Ovisnost svojstava o strukturi. Interakcija željeza sa jednostavne tvari. Važan s biološke točke gledišta. Svojstva materije. Međudjelovanje željeza sa složenim tvarima. Na nemetale. Testni simulator. Odnos prema jednostavnim tvarima.
“Svojstva željeza” - Željezo u prirodi. Reagens. Spojevi željeza. Željezo. Struktura atoma željeza. Svojstva željeza. Konstrukcija teksta. Normalno stanje atom željeza. Kvalitativna reakcija. Formula. Fizička svojstva. Kemijska svojstva. Laboratorijski rad. Treći kotač. Uhvatite grešku. Provjerite se. Genetska serija.
Legiranje bakra željezo
Ispao u niži rang željezo
Riječ “također” spomenuta u tekstu ajeta “Mi smo također spustili željezo“, ukazuje da i drugi elementi, ne samo željezo, doneseni su na Zemlju iz svemira. Štoviše, ako uzmemo u obzir posebno spomenuti žlijezda u ovom ajetu, u svjetlu otkrića do kojih je došla nauka krajem 20. stoljeća, značenje ajeta nas navodi na vrlo zanimljiv zaključak. Slavni mikrobiolog Michael Denton u svojoj knjizi “Nature's Purpose” daje sljedeći komentar:
“Između svih metala željezo je najvitalniji i najvažniji za čovjeka. Akumulacija žlijezda u jezgri zvijezde izaziva eksploziju supernove i tako omogućuje širenje atoma po Svemiru žlijezda neophodan za život. Temperatura na kojoj su nastali atomi žlijezda, a gravitacijska sila unutar jezgre u početnoj fazi nastanka Zemlje izazvala je kemijske promjene u Zemlji i kao posljedicu stvorila preduvjete za razvoj atmosfere i hidrosfere. Otopljeno željezo, koji se nalazi unutar Zemljine jezgre, djeluje kao snažan magnet i tvori Zemljin magnetski pojas. Zahvaljujući ovom pojasu nastaju visokoenergetski Van Allenovi pojasevi koji štite Zemlju od utjecaja užarenog kozmičkog zračenja i od razaranja ozonskog omotača Zemlje pod utjecajem kozmičkih zraka...
Kad ne bi bilo atoma žlijezda, tada bi sam nastanak ugljične osnove života bio nemoguć, ne bi bilo supernova, Zemlja ne bi dosegla temperaturu koja je postojala u početnoj fazi njenog nastanka, ne bi bilo atmosfere i hidrosfere, ne bi bilo zaštitnog magnetskog pojasa, Van Allenovih radijacijskih pojaseva, ne bi bilo ozonskog omotača, ne bi postojali metali (koji čine hemoglobin ljudske krvi), ne bi se formirali metali koji bi mogli smanjiti reaktivnost kisika, nema metabolizma dogodili bi se procesi koji bi se mogli oduprijeti oksidaciji.
Matematički fenomen žlijezda
vidi također
Bilješke
Književnost
- Enciklopedijski rječnik mladog fizičara. M., 1984, 1991
Željezo ima važnu ulogu u životu gotovo svih organizama, s izuzetkom nekih bakterija. U tijelu životinja željezo je dio mnogih enzima i proteina uključenih u redoks reakcije, uglavnom u procesu disanja. Tipično, željezo ulazi u enzime u obliku kompleksa koji se zove hem. Posebno je ovaj kompleks prisutan u hemoglobinu, najvažnijem proteinu koji osigurava prijenos kisika u krvi do svih organa ljudi i životinja. I upravo on boji krv u njezinu karakterističnu crvenu boju.
Ljudsko tijelo sadrži oko 5 g željeza. Od toga je 57% hemoglobin krvi, 7% mioglobin mišića, 16% je povezano s enzimima tkiva, a 20% je rezerva deponirana u jetri, slezeni, koštanoj srži i bubrezima.
Hemoglobin je složeni protein koji također sadrži neproteinsku hem skupinu koja čini oko 4% mase hemoglobina. Hem je kompleks željeza (II) s makrocikličkim ligandom - porfirinom i ima ravna struktura. U ovom kompleksu, atom željeza je vezan na četiri donorska atoma dušika makroprstena tako da se atom željeza nalazi u središtu ovog porfirinskog prstena. Petu vezu tvori atom željeza s atomom dušika imidazolne skupine histidina, aminokiselinskog ostatka globina (slika 4).
Kompleksi željeza osim hema nalaze se, na primjer, u enzimu metan monooksigenazi, koji oksidira metan u metanol, i u važnom enzimu ribonukleotid reduktazi, koji je uključen u sintezu DNA. Anorgansko željezo nalazi se u nekim bakterijama i one ga ponekad koriste za fiksiranje dušika iz zraka.
Dnevne ljudske potrebe su oko 15 mg željeza. Mnogo željeza ima u soku od šljive, suhim marelicama, grožđicama, orašastim plodovima, sjemenkama bundeve i suncokreta. 10 g proklijale pšenice sadrži 1 mg željeza. Crni kruh, mekinje i integralni kruh također su bogati željezom. Treba napomenuti da tijelo apsorbira samo 10% ukupnog željeza primljenog iz hrane. Vitamini i prehrambeni proizvodi biljnog podrijetla pospješuju apsorpciju željeza, a u prisutnosti oksalne i fitinske kiseline željezo se ne apsorbira.
Ako nema dovoljnog unosa željeza u organizam, koriste se lijekovi koji ga sadrže. Nekad su se u te svrhe koristile i obične željezne strugotine. Iz povijesti je poznato da je grof A. P. Bestužev-Rjumin (1693. – 1766.) predložio kapi (nazvane su „Bestuževljeve“), koje su bile otopina željeznog triklorida u mješavini etanola i etilnog etera, kao tonik i stimulans. Danas se za otklanjanje nedostatka željeza najčešće koristi željezo u prahu u tabletama ili kapsulama te pripravci na bazi ferocena.
- Željezo u organizam životinja i ljudi ulazi hranom, a najbogatije su njime jetra, meso, jaja, mahunarke, kruh, žitarice i cikla. Zanimljivo je da je špinat jednom greškom uvršten na ovaj popis (zbog tipfelera u rezultatima analize - izgubljena je "dodatna" nula nakon decimalne točke).
- Na temelju neizravnih dokaza možemo zaključiti da je Zemljina jezgra uglavnom od legure željeza. Njegov radijus je približno 3470 km, dok je radijus Zemlje 6370 km.
- Slobodno željezo otkriveno je na Mjesecu. Određivanje starosti lunarnih minerala pomoću radioaktivnih izotopa pokazalo je da su kristalizirani između 3,2 i 4,2 milijarde godina. To otprilike odgovara starosti najstarijih minerala otkrivenih na Zemlji.
Željezo (kemijski simbol Fe, na latinskom se izgovara ferrum) je srebrnastobijeli metal. Željezo bez primjesa drugih elemenata je meko, savitljivo i rastegljivo (može se izvlačiti u tanku žicu).
Na sobnoj temperaturi željezo se lako magnetizira. Međutim, teško ga je magnetizirati kada se zagrije. Magnetska svojstvaželjezo nestaje na temperaturi od oko +800 °C.
U svom čistom prirodnom stanju, željezo se nalazi samo na nekoliko mjesta na Zemlji, kao što je zapadni Grenland. Čisto željezo se ponekad nalazi u meteoritima. Mnogo češće se željezo nalazi u obliku kemijskih spojeva. Željezo se ekstrahira iz ruda koje sadrže minerale kao što su hematit, getit, magnetit, siderit i pirit.
Željezo je također jedna od komponenti hemoglobina, složenog proteina prisutnog u crvenim krvnim stanicama – crvenim krvnim stanicama. Crvena krvna zrnca prenose kisik i ugljični dioksid u ljudskom tijelu. Željezo lako ulazi u kemijske reakcije. Na primjer, reagira s halogenima (fluor, klor, brom, jod), sumporom, fosforom i ugljikom.
Željezo je topivo u većini razrijeđenih kiselina. Može gorjeti u prisutnosti kisika. U ovom slučaju čisto željezo se koristi za proizvodnju pocinčanog lima i elektromagneta.
U medicini se lijekovi koji sadrže željezo propisuju pacijentima s anemijom (kada je sadržaj crvenih krvnih stanica u krvi prenizak). Kada je izloženo vlažnom zraku, željezo oksidira u hidroksid (Fe2Os + H20), crvenkasto-smeđu slojevitu tvar koja se također naziva hrđa.
Željezo se može kovati. Da bi se to postiglo, zagrijava se do usijanja, a zatim više puta spljošti ili stisne. Ovaj proces čini željezo izdržljivijim i otpornijim na habanje.
Čelik je kovka legura željeza (baza) s ugljikom (s udjelom ugljika od 0,1 -1,5%). Čelik ima isto Kemijska svojstva, poput željeza. Da bi se poboljšala mehanička svojstva, čelik se obično kali. Da bi se to učinilo, prvo se zagrije do crvenog vrućina, a zatim uroni u hladnu tekućinu. Time čelik dobiva veću tvrdoću (kaljeni čelik). Čelik se koristi kao konstrukcijski materijal, u proizvodnji oruđa i oružja. Postoje posebne vrste čelika s posebnim svojstvima (nehrđajući, otporan na toplinu).
Lijevano željezo je legura željeza (baze) s ugljikom (2-5%). Zbog visokog sadržaja ugljika, lijevano željezo ima tendenciju da bude krto. U manjim količinama lijevano željezo sadrži strane nečistoće - silicij, sumpor, fosfor i mangan. Od lijevanog željeza mogu se lijevati različiti proizvodi, kao što su, na primjer, tave ili rešetke za ograde. Lijevano željezo se koristi za taljenje čelika.
Željezo je kemijski element koji ima 26 atomski broj V periodni sustav elemenata Dmitrij Ivanovič Mendeljejev. Metal je srebrno-bijele boje i označava se simbolima Fe (od latinskog Ferrum). U svom čistom obliku, željezo je duktilni prijelazni metal, koji ljudi koriste u razna polja iz davnog vremena. Male količine nečistoća ili aditiva čine željezo tvrđim, npr. nečistoće ugljika pretvaraju željezo u čelik. Željezo koje se nalazi u prirodi mješavina je četiriju nuklida koji imaju masivni brojevi 54 (udio sadržaja u prirodnoj smjesi je 5,82% težinski), 56 (udio sadržaja u prirodnoj smjesi je 91,66%), 57 (udio sadržaja u prirodnoj smjesi je 2,19%) i 58 (udio sadržaja u prirodnoj smjesi je 2,19%). udio sadržaja u mješavini prirodne mješavine je 0,33%).
Željezo je postalo poznato čovjeku u davnim vremenima, ali je postalo rašireno mnogo kasnije, jer Metal je iznimno rijedak u svom čistom obliku, a ekstrakcija metala iz željezne rude zahtijeva proizvodni proces. To je vjerojatno bio prvi put da se čovjek upoznao sa željezom sadržanim u meteoritima. Dakle, na staroegipatskom jeziku željezo zvuči kao "beni-pet" i znači "nebesko željezo", starogrčko ime "sideros" dolazi od latinskog "sidus", što znači " nebesko tijelo“, hetitski tekstovi iz 14. stoljeća prije Krista prisjećaju se željeza kao metala koji je pao s neba.
Metoda dobivanja željeza iz rude izumljena je u 2. stoljeću prije Krista u zapadnoj Aziji. Zatim je metoda postala raširena u Babilonu, Grčkoj i Egiptu. U drevna Rusija i Europi željezo se dobivalo puhanjem sira, u 12. - 13. st. sve je raširenija hladna metoda, u god. sredinom 18. stoljeća stoljeće, proces lončenja, poznat u Siriji u ranom srednjem vijeku, postao je raširen; krajem 19. stoljeća razvijeni su procesi koji su omogućili proizvodnju željeza na industrijskoj razini : otvoreni Bessemerov i Thomasov proces. Kasnije se pojavio električni postupak proizvodnje čelika, koji je omogućio proizvodnju čelika visoke kvalitete.
Željezo sa svojim legurama najvažniji je konstrukcijski materijal u industrijskoj proizvodnji i tehnologiji. Izrađen od čelika, tj. Legura željeza i ugljika, čine većinu konstrukcija u teškoj industriji i strojogradnji. Željezničke pruge, alatni strojevi, kamioni i automobili, elektrane i trupovi brodova, kao i mnoge druge konstrukcije, izrađeni su uglavnom od čelika. Opseg proizvodnje industrije za proizvodnju i potrošnju čelika danas je jedan od glavnih pokazatelja tehničke i ekonomske razine razvijenosti regije ili države u cjelini.
Sadržaj željezne rude u zemljinoj kori prilično je velik. Svugdje se nalaze ležišta rude na kuglu zemaljsku, a vađenje i proizvodnja metala nije posebno teško. Željezo se prilično lako tali iz željezne rude. Željezo je postalo jeftin i vrlo uobičajen materijal, uglavnom zbog široke dostupnosti željezne rude, kao i relativne lakoće obrade rude i proizvodnje metala. Na temelju toga proizvodi se širok izbor konstrukcijskih materijala koji se razlikuju po svojim svojstvima i značajkama. Na primjer, lijevano željezo je izdržljiv metal s niskim talištem, metalu se može dati bilo koji željeni oblik. Ovisno o sastavu, čelik može biti čvrst i rastegljiv materijal koji se koristi u proizvodnji, primjerice, valjanih profila, koji se koriste u izgradnji mostova i brodskih plovila, ili vatrostalan i vrlo tvrd metal, koji služi kao materijal u proizvodnji alata za rezanje metala i sl.
Biološka svojstva
Uz iznimku nekoliko bakterija, željezo, kao element u tragovima, ima jednu od najvažnijih uloga u funkcioniranju svih živih organizama. U životinja se željezo nalazi u mnogim proteinima i enzimima koji sudjeluju u redoks reakcijama, uglavnom u procesu disanja. Željezo se obično nalazi u enzimima u obliku kompleksa koji se naziva hem. Ovaj kompleks nalazi se u hemoglobinu, najvažnijem proteinu koji osigurava dopremu kisika krvlju do svih organa u tijelu životinja i ljudi. Hemoglobin je taj koji boji krv u karakterističnu crvenu boju.
Tijelo zdrave osobe sadrži približno 5 grama željeza. Više od polovice ovog željeza (57%) dolazi iz hemoglobina u krvi, 16% iz enzima tkiva, 7% iz mioglobina mišićnog tkiva, a 20% se pohranjuje u organima kao što su jetra, bubrezi, slezena i koštana srž kao pričuva.
Hemoglobin je složeni protein koji također sadrži neproteinsku hem skupinu, koja čini približno 4% ukupnog hemoglobina u tijelu. Hem je kompleks željeza (II) s makrocikličkim porfirinskim ligandom, hem ima karakterističnu plosnatu strukturu. U tom kompleksu se atom Fe veže na četiri atoma donora A makroprstena na način da se atom Fe nalazi u samom središtu ovog porfirinskog prstena. Atom željeza tvori petu vezu s atomom dušika imidazolne skupine histidina, odnosno aminokiselinskog ostatka globina.
Oni kompleksi željeza koji se razlikuju od hema nalaze se, primjerice, u vrlo važnom enzimu ribonukleotid reduktazi, koji sudjeluje u sintezi DNA, u enzimu metan monooksigenazi, koji pretvara metan u metanol. Anorganski spojeviželjezo se nalazi u nekim članovima kraljevstva bakterija, u nekim slučajevima oni koriste željezo za fiksiranje dušika iz zraka.
Dnevna potreba osobe za željezom je otprilike 15 miligrama. Puno željeza ima u soku od šljiva, grožđicama, orašastim plodovima, suhim marelicama, suncokretu i sjemenkama bundeve. Proklijala pšenica sadrži 1 miligram željeza na 10 grama težine. Kruh je također bogat željezom: s mekinjama, proizvodima od integralnog kruha itd. Treba imati na umu da tijelo apsorbira samo 20 posto željeza unesenog u hranu. Biljna hrana i vitamini pomažu u apsorpciji željeza. Željezo se uopće ne apsorbira ako je u hrani prisutna fitinska ili oksalna kiselina.
Ako tijelu nedostaje željeza, počinju koristiti posebne lijekove na bazi ljekovitih biljaka. Nekoć su se u takve svrhe naširoko koristili obični željezni piljevini. Povijest je ostavila spomen da je grof Bestuzhev-Ryumin (rođen 1693. – 1766.) predložio posebne kapi kao stimulans i obnavljanje, koje nisu bile ništa više od otopine željeznog triklorida pomiješanog s etanolom i etil eterom. Takve kapi su od svog tvorca čak dobile naziv "Bestuževljeve kapi" U suvremenoj medicini za uklanjanje nedostatka željeza u tijelu koriste se lijekovi u obliku tableta i kapsula koji sadrže željezni prah, kao i lijekovi na bazi ferocena.
- - Prvo željezo, poput metala, palo je u ruke čovjeka "s neba". Nisu uzalud ljudi željezo smatrali rajskim metalom, jer... Prvo je dobiven iz meteorita koji su pali na površinu zemlje. Najstariji željezni predmeti sadrže značajan udio nečistoća nikla; to je vrsta željeza koja se nalazi u meteoritima. Najveći željezni meteorit pronađen je 1920. godine u jugozapadna afrika. Meteorit se zvao "Goba" i bio je težak 60 tona.
- - Željezo u organizam životinja i ljudi ulazi hranom. Namirnice najbogatije željezom su meso, jetra, jaja, mahunarke, žitarice, kruh i cikla. Zanimljivo je da je špinat svojedobno greškom uvršten na ovaj popis (zbog tipfelera u zapisima rezultata analize, naime izgubljena je “ekstra” nula iza zareza za razdvajanje).
- - Mnogi neizravni podaci potvrđuju činjenicu da se jezgra našeg planeta uglavnom sastoji od legura željeza. Polumjer Zemljine jezgre je približno 3470 km, dok je polumjer same Zemlje 6370 km.
- - Željezo je otkriveno u slobodnom obliku na Mjesecu. Proces datiranja lunarnih minerala pomoću radioaktivnih izotopa pokazao je da su kristalizirani prije otprilike 3,2 - 4,2 milijarde godina. Ove brojke otprilike odgovaraju starosti najstarijih minerala ikada otkrivenih na Zemlji.
- - Ponovljeni klinički pokusi potvrdili su činjenicu da se kopriva dobro nosi s liječenjem anemije, a da nije inferiorna u odnosu na sintetičke pripravke željeza. Svaka domaćica na selu zna da kokoši bolje nesu jaja kada se u hranu doda suha kopriva. Tradicionalni travari često savjetuju liječenje svježim sokom od koprive, koji se cijedi iz debla i lišća mladih biljaka; koprivu treba sakupiti prije cvatnje. To se radi vrlo jednostavno: morate sakupiti, isprati, proći kroz sokovnik ili mikser s malom količinom vode, a zatim jednostavno iscijediti sok. Dobiveni sok uzimajte tri žlice dnevno. Sok od koprive nije ugodnog okusa, ali je vrlo koristan. Može se razrijediti medom. Sok od koprive dobro se čuva nekoliko dana u hladnjaku.
- - Godine 1941. Sjedinjene Američke Države ušle su u svjetski rat. Američka nacionalna obrambena konferencija o prehrani odlučila je obogatiti kruh i brašno željezom kako bi se spriječila anemija kod američkog stanovništva. Prvi znak nedostatka željeza je umor, kao i nastala anemija, a kao što znate, rat ne trpi umorne ljude! Ali ima jedna stvar... B Sjeverna Amerika Proizvodili su samo bijeli kruh i bijelo brašno (dakle čisti škrob), ali je vrijedan dio žita odlazio u otpad. Jedan kilogram integralnog brašna od nerafiniranih žitarica sadrži približno 30 miligrama željeza, a jedan kilogram rafiniranog brašna od rafiniranih žitarica sadrži 8,2 miligrama. Prema tadašnjim standardima, jedan kilogram obogaćenog brašna trebao je sadržavati otprilike 26 miligrama željeza. Između 1968. i 1970. godine testiranje ove akcije počelo je u deset američkih država. Trideset tisuća obitelji koje su konzumirale brašno i kruh obogaćene željezom podvrgnuto je temeljitom ispitivanju. Kao rezultat toga, svima je otkriven nedostatak željeza u tijelu.
Priča
Željezo je poznato od davnina. Prvi proizvodi od željeza pronađeni su tijekom arheoloških iskapanja. Predmeti datiraju iz 4. tisuće godina prije Krista, nasljeđe su drevne egipatske i drevne sumerske civilizacije. Željezni proizvodi tog vremena bili su nakit i vrhovi za oružje. U izradi ovih predmeta koristili su meteoritsko željezo, odnosno legura željeza i nikla, koja se nalazi u meteoritima koji padaju na zemlju. U mnogim jezicima postoje reminiscencije željeza kao nebeskog metala.
U Mezopotamiji, Egiptu, Anatoliji u 2. -3.st. PRIJE KRISTA. Počeli su se pojavljivati prvi proizvodi od rastaljenog željeza; Željezo se uglavnom koristilo u vjerskom posuđu. Najvjerojatnije je u to daleko vrijeme željezo bilo najskuplji metal, skuplje čak i od zlata.
Tijekom vremena drevna grčka oružje se izrađivalo uglavnom od bronce. Ali u 23. pjevanju Ilijade Homer je rekao da je na kraju natjecanja u bacanju diska Ahil pobjednika nagradio željeznim diskom. Sredinom 2. st. pr. Kr. proizvodnja željeza bila je raširena u zapadnoj Aziji (Bliski istok), no još uvijek su većinu činili proizvodi od bronce.
U XII - X stoljeću. PRIJE KRISTA. u zapadnoj Aziji došlo je do skoka u proizvodnji metalnih naprava. Sada se oružje i drugi predmeti nisu izrađivali od bronce, već od željeza. Taj skok najvjerojatnije nije uzrokovan pojavom naprednih metoda proizvodnje željeza, već prekidima u opskrbi kositrom, jednim od glavnih sastojaka bronce. Razdoblje masovnog prijelaza na proizvodnju proizvoda od željeza naziva se željezno doba.
U davna vremena glavna metoda dobivanja željeza bila je metoda sira. Naizmjenični slojevi drvenog ugljena i željezne rude kalcinirani su u posebnim kovačnicama. Kao rezultat takvog kalciniranja, dobivena je spužva u obliku tijesta ili gvožđa. Takvo je željezo tijekom procesa kovanja oslobođeno troske. U prvim kovačnicama temperatura je bila dosta niska, čak ispod tališta lijevanog željeza. Stoga je željezo bilo niskougljično, i stoga krto. Da bi se povećala čvrstoća metala, željezni predmeti dodatno su kalcinirani u prisutnosti ugljena, zbog čega je površina metala bila zasićena ugljikom, a proizvodi su postali znatno jači, mnogo jači od istih brončanih proizvoda.
S razvojem proizvodnje željeza, počele su se pojavljivati naprednije kovačnice (u Rusiji su rekli visoke peći ili domnitsa), nakon nekog vremena ljudi su naučili postići točku taljenja lijevanog željeza. U početku se lijevano željezo smatralo nusproizvodom od kojeg nije bilo nikakve koristi. U Engleski jezik Postoji izraz "sirovo željezo", što prevedeno na ruski znači "svinje" ili "svinje", a naziv "lijevano željezo" dolazi od riječi "svinje". Nakon nekog vremena otkrivena je činjenica da se dodatnim spaljivanjem lijevanog željeza u kovačnici, kada se postigne visoka temperatura, lijevano željezo topi u željezo vrlo velike čvrstoće. Proces u dva koraka bio je ne samo učinkovitiji, nego i profitabilniji. Nekoliko sljedećih stoljeća korištena je ova dvostupanjska metoda.
Prvi spomeni proizvodnje željeza iz meteorita u Kini datiraju iz istog vremena kao iu drevnim europskim zemljama. Vjerojatno se od 8. stoljeća prije Krista tamo počela razvijati proizvodnja proizvoda od željeza. U 1. stoljeću prije Krista Kina je naučila proizvoditi lijevano željezo.
Biti u prirodi
Željezo je drugi najzastupljeniji metal u prirodi nakon aluminija i na četvrtom je mjestu među svim elementima, iza kisika, aluminija i silicija. Sadržaj kemijski element u zemljinoj kori po masi iznosi 4,65%. Poznato je da se u željeznim rudama nalazi više od 300 minerala (sulfidi, oksidi, silikati, fosfati, karbonati, titanati itd.).
Najvažniji minerali željezne rude: magnetit, titanomagnetit, magnetit, hematit, hidrohematit, siderit, getit, hidrogetit, željezni klorit (tiringit šamozit i dr.). U industrijskim rudama sadržaj željeza je 16 - 70%. Postoje bogate (manje od 50% željeza), obične (50-25% željeza) i siromašne (≥ 25% željeza) željezne rude. Ovisno o čemu kemijski sastavželjezna ruda, koristi se za taljenje lijevanog željeza nakon obogaćivanja ili u prirodnom obliku. Željezne rude, čiji je sadržaj metala manji od 50%, obogaćuju se do 60%, uglavnom magnetskom separacijom ili gravitacijskim obogaćivanjem. Lomljive ili sumporne (manje od 0,3% sumpora) rude i koncentrati za obogaćivanje aglomeriraju se aglomeracijom, a iz koncentrata se proizvode peleti. Željezne rude koje idu u punjenje visoke peći ne smiju sadržavati S, P i Cu više od 0,1 - 0,3% i As, Sn, Zn, Pb 0,05-0,09%, jer Uvjeti taljenja ili kvaliteta čelika mogu se pogoršati. Primjesa silicija, nikla, titana i volframa u željeznoj rudi je u većini slučajeva korisna. Mn, Cr i Ni poboljšavaju kvalitetu čelika; titan i volfram se istovremeno ekstrahiraju u procesima obogaćivanja i metalurgije.
Ležišta željezne rude prema podrijetlu dijele se u tri skupine: magmatska, metamorfogena i egzogena. Magmatske se dijele na: magmatske - to su dajkaste, pločaste i nepravilne naslage titanomagnetita, koje su povezane s gabro-piroksenitnim stijenama (Liganga u Tanzaniji, Bushveldske naslage u Južnoj Africi), apatit-magnetitne naslage, koje su vezane sa sijenitidioritima i sijenitima (Ellivars i Kiruna u Švedskoj, Lebjažinskoe na Uralu), skarn ili kontaktno-metasomatski, pojavljuju se u blizini intruzivnih masiva ili na kontaktima itd.
Egzogeni depoziti: sedimentni - mehanički i kemijski sedimenti jezerskih i morskih bazena, rjeđe u deltama i riječnim dolinama, nastaju u procesu lokalnog obogaćivanja voda bazena spojevima željeza, kao i kao rezultat zanošenja željezni kopneni proizvodi u vode; sastavljaju leće ili slojeve među sedimentnim, rjeđe - vulkansko-sedimentnim stijenama; To uključuje ležišta smeđih željeznih ruda, dijelom silikatnih ruda, siderita (Kerch u Ukrajini, Ayatskoye u Kazahstanu; Lan-Dil u Njemačkoj itd.). Naslage kore trošenja pojavljuju se nakon trošenja stijena koje sadrže željezo; Postoje eluvijalne ili rezidualne naslage, gdje su proizvodi trošenja obogaćeni željezom (kao rezultat uklanjanja iz stijena drugi elementi) i ostaju na mjestu (Ukrajina - rude Krivog Roga, Rusija - Kurska magnetska anomalija, SAD - područje jezera Verkhny) i cementacija (infiltracija), ovdje se željezo izvodi iz trošnih stijena, a zatim se taloži iznova u horizontima koji leže ispod (Rusija - Alapajevsko polje na Uralu).
Metamorfogene (ili metamorfizirane) naslage već su postojeće, uglavnom sedimentne naslage transformirane pod visokim tlakom i temperaturom. U ovom slučaju, sideriti i željezni hidroksidi, u pravilu, prelaze u magnetit i hematit. Metamorfni procesi mogu se nadopuniti hidrotermalno-metasomatskim tvorbama magnetitnih ruda. Slična nalazišta postoje u Rusiji, Indiji, Ukrajini, SAD-u, Australiji itd.
Primjena
Čisto željezo koristi se prilično ograničeno. Koristi se u proizvodnji jezgri za električne magnete, kao katalizator protoka kemijski procesi, u nekim drugim područjima. Ali legure na bazi željeza kao što su čelik i lijevano željezo osnova su moderne tehnologije u cijelom svijetu. Mnogi spojevi željeza također nalaze svoju primjenu. Na primjer, željezo (III) sulfat se koristi u obradi vode, željezov cijanid i oksidi koriste se kao pigmenti u proizvodnji raznih boja, a drugi spojevi željeza koriste se u drugim područjima.
Željezo sa svojim legurama najvažniji je konstrukcijski materijal u industrijskoj proizvodnji i tehnologiji. Gotovo sve strukture strojarstva i teške industrije izrađene su uglavnom od legura željeza i ugljika. Automobili, alatni strojevi i željeznice, i trupovi brodova s pogonskim postrojenjima, i okviri mostova i zgrada, i još mnogo toga. Po opsegu proizvodnje čelika može se procijeniti opća tehnička i gospodarska razina razvoja određene države ili regije. U udjelu globalne proizvodnje proizvoda od metala čelik je na prvom mjestu s udjelom od 95%.
Željezo se ponekad može uključiti u druge legure kao nečistoća. Na primjer, legure nikla. U proizvodnji dugotrajnih računalnih memorijskih uređaja kao što su diskete i tvrdi diskovi, magnetski željezni oksid je vrlo važan, čak i nezamjenjiv materijal.
Željezov klorid, tj. Željezov klorid III u praksi koriste radio amateri u procesu jetkanja tiskanih pločica. Željezni sulfat (željezni sulfat dekahidrat) pomiješan s bakrenim sulfatom koristi se u građevinarstvu i vrtlarstvu za suzbijanje štetnih gljivica. Željezo se koristi kao anoda u proizvodnji željezo-nikal baterija, kao i željezo-zrak baterija.
U crno-bijelim laserskim pisačima, koji su danas tako česti, kao toner se koristi ultrafini prah magnetita. Niz legura na bazi željeza ima jedinstvena feromagnetska svojstva, zbog kojih su otkrili široka primjena u elektrotehnici u proizvodnji raznih elektromotora, magnetskih krugova transformatora.
Za proizvodnju kritičnih željeznih legura i čelika koriste se potpuno novi procesi - elektropretaljivanje troskom, vakuumski postupak, taljenje elektronskim snopom i plazma, itd. Razvijaju se metode za proizvodnju čelika u pogonima s kontinuiranim procesom, što će omogućiti automatizaciju procesa i proizvodnje Visoka kvaliteta metal
Izrađuju se materijali na bazi željeza koji mogu podnijeti niske i visoke temperature, visoke tlakove i vakuum, visoka izmjenična naprezanja, agresivne sredine, nuklearno zračenje itd. Obujam proizvodnje željeza i željeznih legura u stalnom je porastu.
Od davnina se željezo koristilo kao umjetnički materijal u Indiji, Egiptu i Mezopotamiji. Od srednjeg vijeka u europskim zemljama (Italija, Engleska, Rusija, Francuska itd.) sačuvana su mnoga umjetnička djela od željeza - šarke za vrata, kovane ograde, zidni nosači, vjetrokazice, svjetla, okviri škrinja. Proizvodi kovani kroz šipke, kao i predmeti od perforiranog željeznog lima (često s oblogom od tinjca) odlikuju se jasnom linearnom grafičkom siluetom, ravnim oblicima i učinkovito su vidljivi na pozadini svjetla i zraka. U 20. stoljeću željezo se naširoko koristilo u izradi ograda, rešetki, ažurnih unutarnjih pregrada, spomenika, svijećnjaka i drugih elemenata vanjskog i unutarnjeg dizajna.
Proizvodnja
Proizvodnja željeza
Lijevano željezo se proizvodi u vertikalnim pećima koje nazivamo visoke peći. Sirovo željezo se proizvodi iz šarže koja sadrži komade obogaćene rude, uz prisustvo koksa i topitelja. Zrak obogaćen kisikom upuhuje se u visoku peć odozdo. Ugljik sadržan u koksu se spaljuje, a tako dobiveni ugljični dioksid monoksidom se reducira do viška ugljika. Ugljični monoksid proizveden u peći reducira željezni oksid sadržan u rudi u željezo kao metal uzastopnim redoslijedom:
3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2
2Fe 3 O 4 + 2CO = 6FeO + 2CO 2
FeO + CO = Fe + CO 2
CaCO 3 = Ca + CO 2
Kao rezultat toga nastaje vapno, koje pomaže pretvoriti silikatne nečistoće u tekuću trosku. Proces visoke peći proizvodi gotovo isto toliko troske kao smog od sirovog željeza.
Danas je visoka peć velika građevina koja proizvodi 1000 tona sirovog željeza dnevno. Visina peći je oko 30 mm, a promjer u visini ramena je oko 8 metara. Donji dio peći hladi se vodom.
Proizvodnja čelika
Proizvodnja čelika uključuje ponovno taljenje lijevanog željeza u prisutnosti oksidirajućih sredstava. Tijekom taljenja čelika sadržaj C se smanjuje na jedan i pol do dva posto. FeO oksid, nastao u oksidativnim uvjetima, reagira s nečistoćama i ugljikom, oksidira ih, dok se reducira u Fe.
U Bessemerovoj (kisikovo-konverterskoj) metodi proizvodnje čelika koristi se poseban spremnik za taljenje, tj. pretvarač, koji je rezervoar u obliku retorte.
Tekuće lijevano željezo se ulijeva u pretvarač, propuhuje se mješavinom kisika, zraka i ugljikovodika, puni se šarža koja sadrži čelični otpad, rudaču, lijevano željezo i topioce, zatim se dovodi čisti kisik.
Prije pokretanja procesa kisikovog konvertora potrebno je konverter nagnuti prema utovarnoj rampi, a kroz grlo se sipa staro željezo. Nakon toga se tekući metal iz visoke peći ulijeva u pretvarač, koji sadrži približno 1,5% silicija i 4,5% ugljika. Ugljik se oksidira u CO 2 ili CO, a silicij u SiO 2. Uz žlijeb za utovar dodaje se vapno kako bi se stvorila troska koja sadrži silicijev dioksid. Većina silicija uklanja se zajedno s troskom.
Postoji i proces pretvarača kisika s dovodom kisika u struji goriva kroz dno pretvarača. Na dnu konvertera, tuyeres su zaštićeni sinkronim puhanjem prirodni gas. Ovaj je postupak brži i produktivniji od postupka puhanja s gornje strane, ali nije tako učinkovit u topljenju starog željeza. Ali moguće je kombinirati donje puhanje s gornjim puhanjem.
Električna pećnica. Isprva su se električne peći koristile samo za taljenje alatnih i nehrđajućih čelika, koji su se prethodno talili u loncima. No, s vremenom su električne peći zauzele važno mjesto u proizvodnji čelika iz metalnog otpada u slučajevima kada ponovna obrada lijevanog željeza nije potrebna. Trenutno se oko 30% sirovog čelika proizvodi u električnim pećima. Najčešće su elektrolučne peći. Pod takve peći obložen je vatrostalnom opekom, a krov se hladi vodom. U luku se nalaze tri rupe u koje se umeću ugljene elektrode. Između metalnog otpada i elektroda na dnu peći nastaje luk. U velikoj peći struja doseže 100 000 A.Fizička svojstva
Željezo može imati dvije kristalne rešetke: α- ili γ-kubnu s centrom na tijelu i kubnu s centrom na plohi. Ispod temperature od 910°C, α-modifikacija je stabilna s bcc rešetkom (na 20°C a = 2,86645 Å), γ-modifikacija je stabilna na 910°C - 1400°C, fcc rešetka (a = 3,64 Å) . Nakon dostizanja 1400°C ponovno se formira bcc rešetka, δ-Fe (a = 2,94 Å), koja je stabilna do temperature od 1539°C. α - feromagnetska modifikacija do Curiejeve struje (769°C). Modifikacije δ-Fe i γ-Fe su paramagnetske.
Godine 1868. D.K. Chernov otkrio je polimorfne transformacije željeza i čelika nakon zagrijavanja i hlađenja. Ugljik tvori intersticijske čvrste otopine sa željezom, gdje atomi ugljika imaju mali atomski radijus (0,77 Å) nalaze se u međuprostorima metalne kristalne rešetke, koja se sastoji od većih atoma. Željezo ima atomski radijus od 1,26 Å.
Kombinacija kaljenja i popuštanja (zagrijavanje na relativno nisku temperaturu radi smanjenja unutarnjeg naprezanja) daje čeliku potrebnu kombinaciju duktilnosti i tvrdoće.
Fizička svojstva željeza izravno ovise o čistoći metala. U industrijskim materijalima uz željezo obično dolaze nečistoće dušika, ugljika, kisika, fosfora, vodika i sumpora. Čak i vrlo male koncentracije ovih nečistoća značajno mijenjaju svojstva željeza. Na primjer, sumpor uzrokuje takozvanu crvenu krtost, a fosfor (do 10-20% P) uzrokuje svojstvo kao što je hladna krtost, na plastičnost željeza utječu ugljik i dušik, a primjesa vodika se povećava krhkost (vodikova lomljivost). Smanjenje sadržaja nečistoća na 10 -7 -10 -9% dovodi do jake promjene povećavaju se fizička svojstva metala, a posebno rastegljivost.
razmotrimo fizička svojstvačisto željezo (nečistoće ne više od 0,01% po težini). Dakle, atomski radijus željeza je 1,26 Å, ionski radijus Fe3+O,67 Å, Fe2+O,80 Å. Talište 1539 °C, vrelište približno 3200 °C, gustoća (na 20 °C) jednaka 7,874 g/cm3. Temperaturni koeficijent linearnog širenja željeza (pri 20°C) je 11,7·10 -6, toplinska vodljivost metala (pri 25°C) je 74,04 W/(m*K) =
Toplinski kapacitet željeza jako ovisi o strukturi i mijenja se s temperaturom na složen način. Prosječna specifična toplina željeza (pri 0-1000°C) iznosi 640,57 J/(kg K) = . Specifični parametar električni otpor(pri 20°C) jednak je 9,7·10-8 ohm·m = , Youngov modul je 190–210·10 3 Mn/m. 2 = = (19-21·10 3 kgf/mm 2), temperaturni koeficijent električnog otpora (pri 0-100°C) jednak je 6,51·10 -3, temperaturni koeficijent Youngovog modula jednak je 4·10 - 6, Kratkotrajna čvrstoća, vlačna čvrstoća je 170-210 MN/m2, modul smicanja je 84,0·10 3 MN/m2, relativno istezanje je 45-55%, Brinellova tvrdoća metala je 350-450 MN/m2, granica tečenja iznosi 100 MN/m2 , a udarna čvrstoća željeza 300 Mn/m2.
Konfiguracija vanjske elektronske ljuske atoma željeza je 3d64s2. Željezo ima promjenjivu valenciju (spojevi dvovalentnog i trovalentnog željeza su stabilniji). Željezo s kisikom tvori Fe 2 O 3 oksid, FeO oksid i Fe 3 O 4 oksid-oksid. Na normalnim temperaturama u vlažnom zraku željezo se prekriva labavom hrđom. Hrđa zbog svoje poroznosti ne sprječava pristup zraka i vlage površini metala, pa ne štiti željezo od daljnje oksidacije. Zbog različiti tipovi Milijuni tona željeza gube se svake godine zbog korozije. Kao rezultat zagrijavanja željeza na suhom zraku iznad temperature od 200 °C, njegova površina je prekrivena tankim oksidnim filmom, koji štiti metal od korozije na normalnim temperaturama, što je osnova tehničke metode zaštite željeza - metoda plavljenja.
Kemijska svojstva
Zagrijavanjem željeza u vodenoj pari dolazi do oksidacije metala uz oslobađanje Fe 3 O 4 (na temperaturama nižim od 570°C) ili FeO (na temperaturama iznad 570°C), te oslobađanjem vodika.
Hidroksid kao što je Fe(OH) 2 nastaje kao rezultat djelovanja amonijaka ili kaustičnih lužina na vodene otopine soli Fe 2+ u atmosferi dušika ili vodika i ima izgled bijelog taloga. U dodiru sa zrakom hidroksid prvo pozeleni, a zatim pocrni, a potom brzo prelazi u crveno-smeđi Fe(OH) 3 . Željezni oksid FeO pokazuje svoja osnovna svojstva. A Fe 2 O 3 oksid je amfoteran i ima slabo izraženu oksidacijsku funkciju, reagira s bazičnim oksidima (na primjer, MgO), tvori ferite, tj. Spojevi poput Fe2O3 nMeO, koji imaju feromagnetska svojstva, naširoko se koriste u radioelektronici. Šesterovalentno željezo, koje postoji u obliku ferata, također ima kisela svojstva. Na primjer, K 2 FeO 4, sol koja se ne oslobađa u normalnom stanju željezne kiseline.
Željezo može lako reagirati s halogenovodikom i halogenima, dajući soli. Upečatljiv primjer su kloridi FeCl3 i FeCl2. Kao rezultat zagrijavanja željeza zajedno sa sumporom nastaju sulfidi FeS 2 i FeS. Željezo također ima karbide - Fe 2 C (ε-karbid), Fe 3 C (cementit), koji se talože iz čvrstih otopina ugljika u željezu kada se te otopine ohlade. Fe 3 C se također može osloboditi iz otopine ugljika u tekućem željezu ako su koncentracije C visoke. Dušik, gotovo kao i ugljik, ugljik tvori intersticijske čvrste otopine sa željezom. Iz ovih otopina izolirani su nitridi Fe2N i Fe4N. S vodikom je željezo sposobno stvarati samo nestabilne hidride, čiji sastav još nije točno utvrđen. Kao rezultat zagrijavanja, željezo vrlo snažno reagira s fosforom i silicijem, što rezultira stvaranjem fosfida (na primjer, Fe3P) i silicida (na primjer, Fe3Si).
Spojevi željeza s mnogim elementima (kisik, sumpor i drugi), koji tvore kristalnu strukturu, imaju promjenjiv sastav (na primjer, u sastavu monosulfida, sadržaj sumpora može varirati od 50 do 53,3%). Ovaj fenomen se objašnjava prisutnošću nedostataka u kristalnoj strukturi. Na primjer, u željeznom oksidu FeO, neki ioni Fe 2+ na mjestima rešetke zamijenjeni su ionima Fe 3+. Da bi se očuvalo takvo svojstvo kao što je električna neutralnost, neka mjesta rešetke koja pripadaju ionima tipa Fe 2+ ostaju prazna, a faza se u normalnim uvjetima piše formulom Fe 0,947 O.
Vrijednost normalnog elektrodnog potencijala željeza u vodenim otopinama Fe soli za reakciju
Fe<- Fe 2+ +2
Fe -> Fe 2+ +2
jednak je 0,44 V, a za reakciju
Fe<- Fe 3+ +3
Fe -> Fe 3+ +3
jednako - 0,036 v. Dakle, u nizu aktivnosti, željezo se pojavljuje lijevo od vodika. Element se lako otapa u razrijeđenim kiselinama, oslobađajući vodik i stvarajući Fe 2+ ione.
Željezo stupa u interakciju s dušičnom kiselinom na prilično neobičan način. Koncentrat dušična kiselina(gustoća 1,45 g/cm 3) pasivizira željezo kao rezultat pojave oksidnog filma na površini metala, a razrijeđena dušična kiselina otapa željezo, stvarajući Fe 3+ i Fe 2+ ione ili se reducira u MH 3 ili N 2 O i N 2.
Otopine fero i željeznih soli nisu stabilne na zraku: Fe 2+ s vremenom oksidira i prelazi u Fe 3+. Vodene otopine Soli željeza rezultiraju kiselom reakcijom kao posljedicom procesa hidrolize. Dodavanje SCN tiocijanatnih iona u otopine Fe 3+ soli potiče pojavu svijetle krvavocrvene boje kao rezultat stvaranja Fe(SCN) 3, a to zauzvrat omogućuje prisutnost jednog dijela Fe 3+ u približno 106 dijelova H 2 O. Za željezo je karakteristično stvaranje kompleksnih spojeva.