Железо – подарок Космоса

Этот черный металл сопровождает человека по жизни. Он есть на Луне, в Космосе, из него состоит земное ядро. Железо дало название целой эре в истории человечества.

железо

Что представляет собой

Железо – это элемент таблицы Менделеева под №26.

Светло-серое блестящее вещество, относится к чёрным металлам.

Международное обозначение – Fe (Ferrum).

Содержит 4 природных стабильных изотопа, лабораторно получены пять радиоактивных единиц.

Железо – единственный породообразующий элемент с переменной валентностью.

Когда было открыто

История знакомства человека с железом начинается с Космоса. Судя по древним (например, древнеегипетским) названиям элемента, это было метеоритное железо. Хеттские тексты упоминают о нем как об «упавшем с неба».

Человек использует металл 6 тысяч лет.

Археологи откопали используемые древними шумерами и египтянами инструменты. Они сделаны из метеоритного железа.

Железные изделия завоевывали мир. Металлу посвящены стихи Гомеровой «Илиады», его упоминают Аристотель и Страбон.

Небесным происхождением обусловлено античное наименование железа: «сидер» («звездный»).

Ученые исследуют потенциал металла постоянно. Так, в 1868 году русский ученый Д. К. Чернов открыл кристаллические модификации вещества.

Физико-химические характеристики

Железо – металл не особо твердый (4-5 по шкале Мооса).

Металл железо

Физические и химические свойства определяются примесями и микроклиматом:

  • Реагирует с металлами при повышенных температурах.
  • Чистое железо пластично, не окисляется в воде и на воздухе.
  • При нахождении в сухом воздухе (не горячее 200°C) покрывается матовой пленкой-оксидом. Она предотвращает коррозию металла.
  • Наделено свойствами магнита. По этой характеристике железо легко отличить от других металлов.

Вещество с формулой FeO•nH2O – это обычная ржавчина.

  • Кристаллическая решетка кубическая, но меняет структуру в зависимости от температуры.
  • Железо, повышенные температуры плюс вода образуют сульфиды, галогениды, фосфиды, титаниды, нитриды.
  • Не растворяется щелочами.
  • Взаимодействие с кислотами зависит от концентрации. Разбавленные растворяют металл, концентрированные создают оксидную пленку-щит.
Гидротермальный источник с железистой водой. Оксиды железа окрашивают воду в бурый цвет
Гидротермальный источник с железистой водой. Оксиды железа окрашивают воду в бурый цвет.

Мокрое либо горячее железо покрывается ржавчиной. Углерод делает его хрупким. Эти недостатки ограничивают применение металла.

Свойства атома
Название, символ, номер Железо / Ferrum (Fe), 26
Атомная масса
(молярная масса)
55,845(2) 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 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

Железо в природе

Железо – четвертый по распространенности элемент на планете и второй среди металлов (после алюминия). Но содержание неравномерно: 86% запасов сосредоточено в ядре планеты, остальное делят мантия и кора.

Самородное железо в природе редкость, почти всегда это минералы.

Самородное железо
Самородное железо

Их три сотни, самые известные и богатые железом (% содержание в составе):

Железо обнаружено во всех живых организмах.

Второй источник – метеориты.

Четверть массы вещества каменных метеоритов и 91% железных – это железо.

Как образуется

Железо доставляют на землю не только метеориты.

К образованию вещества причастны вулканы: это базовый компонент сульфидных магматических руд.

Второй источник появления вещества – гидротермальный процесс.  Он создает магнетиты, халькопириты, другие минералы.

Месторождения, добыча

Больше всего железных руд у Бразилии, Австралии, США, Канады, Швеции, ФРГ.

Российские залежи сосредоточены на Курской магнитной аномалии.

Железо добывают открытым либо шахтным способом, процесс не особо затратен.

Железо есть во всех породах, но разрабатываются богатые металлом залежи.

Глобальные объемы запасов железной руды – 178 млрд. тонн. Ежегодное производство – около трех млрд. тонн.

Технология получения

Железная руда (магнетит и гематит) отправляется в работу: на обогатительный либо металлургический комбинат.

Железная руда

Чугун выплавляют в доменной печи. При 1610°С загружают шихту (агломерат, окатыши) с флюсом, продувают горячим воздухом. Это позволяет убрать примеси, отделить шлак.

Основные способы получения стали:

  1. Мартеновский. Расплав чугуна, руды, скрапа плавят при 2100°С.

При необходимости в конце плавки добавляются легирующие присадки.

  1. Кислородно-конвертерный. Массив чугуна в печи продувают воздухом под давлением. Используется смесь кислорода с воздухом либо чистый кислород (для сталей с премиальными характеристиками).
  2. Электроплавильный. Чугун сжигают в электропечи при 2250°С. Способ используют для выплавки легированных, других специальных марок сталей.
  3. Прямой. Богатые железом окатыши загружают в печь. Продувают водородом при 1050°С.

Закалка стали – нагрев до раскаленности и охлаждение – делают ее пластичной, твердой.

Производство беспримесного металла основано на электролизе расплава солей вещества.

Железный сплав, в составе которого менее 2% углерода, – это сталь.  Более 2% углерода – чугун.

Где используется

Повседневную жизнь трудно представить без металла: железо практично, надежно, дешево. Возможно, когда-нибудь его вытеснит пластик. Сегодня в цене достоинства железного материала.

Сверхчистое железо
Сверхчистое железо

Промышленность

Железо нашло применение во всех формах. Сплавы – основа материалов, востребованных промышленностью. Порошок закупается тоннами для сварки, пиротехники, принтеров. Соединения – базис минеральных красок, пигмент при производстве текстиля, чернил.

Без него не обходится ни одна отрасль:

  • Машиностроение. Корпус машин, механизмов, особенно для работы в экстремальных условиях.
  • Строительство. Несущие конструкции зданий, сооружений (мостов, башен мобильной связи, др.), арматура. Кровельный материал, профнастил, металлочерепица.
  • Электротехника. Сердечники электромагнитов, якорей электромашин, пластин аккумуляторов.
  • Коммуникации. Из стали и чугуна выполнены промышленные и бытовые трубопроводы для перекачки пара, воды, газа, нефти. Это оболочка силовых кабелей.

Железо – анод в железо-никелевых, железо-воздушных аккумуляторах. Из стали сделаны бытовые и профессиональные инструменты.

Другие сферы

Металл применяют в науке, медицине, быту:

  • Очистка сточных вод.
  • Компонент гарта (полиграфского шрифта).
  • Кухонная утварь, столовая посуда.
  • Двери, замки.
  • Ультрамелким порошком магнетита (окиси металла) заправляют черно-белые принтеры.
  • Мебель авангардных стилей.
  • Препаратами с железом лечат анемию.
  • Садоводы и строители уничтожают грибок смесью медного и железного купороса (семиводный сульфат металла).

Искусственные радиоактивные изотопы – маркер при анализе химико-технологических, биологических процессов.

Биологическое воздействие

Для человека железо как микроэлемент (0,02%) на особом счету: он регулирует клеточное дыхание, входит в состав крови.

Значение для здоровья

Организм взрослого человека содержит 3,5 грамма железа. Из них три четверти входит в гемоглобин крови, остальное распределяется по другим структурам организма.

Недостаток микроэлемента порождает анемичность у человека или животных, хлороз у растений.

Питание

В организм железо доставляется пищей.

Самые богатые микроэлементом продукты обнаружены во всех пищевых группах:

  • Хлеб, крупы.
  • Печень, мясо.
  • Яйца.
  • Свекла, листовая зелень.
  • Бобовые.
  • Сухофрукты, орехи, семечки.

Продукты питания содержат разные виды железа: гемовое и негемовое. Гемовое содержит «животный» ассортимент, негемовое – растительный.

Потребность

Суточная потребность в железе (мг):

  • дети – 4-18;
  • женщины – 18;
  • мужчины – 10.

При беременности норма увеличивается вдвое. Больше требуется анемичным людям и донорам.

Организму легче усваивать гемовое железо, поэтому веганам либо вегетарианцам ежесуточно требуется 30-33 мг.

Опасность переизбытка

Однако избыток вещества не приветствуется, поскольку «придавливает» образование антиоксидантов в организме.

Использование воды с содержанием железа более 2 мг на литр нежелательно. Если металла больше 200 мг – вода токсична.

По стандартам РФ, в литре воды должно быть не более 0,3 мг железа.

Предупреждение

Опасность для экологии представляют отходы производства – шлаки и выделяющиеся при производстве металла газы.

Железная пыль воспламеняется на воздухе.

Цены

На рынок поставляется руда и готовая продукция – чугун, сталь, феррит.

Цена определяется степенью обработки ($ за тонну):

  • Руда (железа 60+%) – 126.
  • Сталь – 600.

Металл востребован всегда, поэтому колебания цены в зависимости от состояния рынков, конъюнктуры незначительны.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
471
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: