Zlúčeniny železa. Železo: fyzikálne a chemické vlastnosti

Železo je chemický prvok

1. Postavenie železa v periodickej tabuľke chemických prvkov a štruktúra jeho atómu

Železo je prvok d skupiny VIII; sériové číslo – 26; atómová hmotnosť Ar(Fe ) = 56; atómové zloženie: 26 protónov; 30 – neutróny; 26 – elektróny.

Schéma atómovej štruktúry:

Elektronický vzorec: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Stredne aktívny kov, redukčné činidlo:

Fe 0 -2 e - → Fe +2 redukčné činidlo sa oxiduje

Fe 0 -3 e - → Fe +3 redukčné činidlo sa oxiduje

Hlavné oxidačné stavy: +2, +3

2. Prevalencia železa

Železo je jedným z najbežnejších prvkov v prírode . V zemskej kôre je jeho hmotnostný zlomok 5,1%, podľa tohto ukazovateľa na druhom mieste po kyslíku, kremíku a hliníku. Veľa železa sa nachádza aj v nebeských telesách, ako to určila spektrálna analýza. Vo vzorkách mesačnej pôdy dodaných automatickou stanicou Luna sa železo našlo v nezoxidovanom stave.

Železné rudy sú na Zemi pomerne rozšírené. Názvy pohorí na Urale hovoria samy za seba: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Agrochemici nachádzajú zlúčeniny železa v pôdach.

Železo je súčasťou väčšiny hornín. Na získanie železa sa používajú železné rudy s obsahom železa 30-70% alebo viac.

Hlavné železné rudy sú :

magnetit(magnetická železná ruda) – Fe304 obsahuje 72% železa, ložiská sa nachádzajú v južnom Urale, kurská magnetická anomália:

hematit(železný lesk, krvavý kameň)– Fe203 obsahuje až 65% železa, takéto ložiská sa nachádzajú v oblasti Krivoj Rog:

limonit(hnedá železná ruda) – Fe203* nH20 obsahuje až 60% železa, ložiská sa nachádzajú na Kryme:

pyrit(pyrit sírový, pyrit železitý, mačacie zlato) – FeS 2 obsahuje približne 47 % železa, ložiská sa nachádzajú na Urale.

3. Úloha železa v živote človeka a rastlín

Biochemici objavili dôležitú úlohu železa v živote rastlín, zvierat a ľudí. Železo je súčasťou mimoriadne komplexnej organickej zlúčeniny nazývanej hemoglobín a určuje červenú farbu tejto látky, ktorá zase určuje farbu ľudskej a zvieracej krvi. Telo dospelého človeka obsahuje 3 g čistého železa, z toho 75% je súčasťou hemoglobínu. Hlavnou úlohou hemoglobínu je transport kyslíka z pľúc do tkanív a v opačnom smere - CO2.

Rastliny tiež potrebujú železo. Je súčasťou cytoplazmy a podieľa sa na procese fotosyntézy. Rastliny pestované na substráte, ktorý neobsahuje železo, majú biele listy. Malý prídavok železa do substrátu a zozelenajú. Okrem toho sa oplatí natrieť bielu plachtu roztokom soli s obsahom železa a rozmazaná oblasť sa čoskoro zmení na zelenú.

Takže z rovnakého dôvodu - prítomnosť železa v šťavách a tkanivách - sa listy rastlín veselo zelenajú a ľudské líca sa jasne červenajú.

4. Fyzikálne vlastnosti železa.

Železo je striebristo-biely kov s teplotou topenia 1539 o C. Je veľmi ťažné, preto sa ľahko spracováva, kuje, valcuje, razí. Železo má schopnosť magnetizovať a demagnetizovať, preto sa používa ako jadrá elektromagnetov v rôznych elektrických strojoch a zariadeniach. Väčšiu pevnosť a tvrdosť mu možno dodať tepelnými a mechanickými metódami, napríklad kalením a valcovaním.

Existuje chemicky čisté a komerčne čisté železo. Technicky čisté železo je v podstate nízkouhlíková oceľ, obsahuje 0,02 – 0,04 % uhlíka a ešte menej kyslíka, síry, dusíka a fosforu. Chemicky čisté železo obsahuje menej ako 0,01 % nečistôt. Chemicky čisté železo - strieborno-sivý, lesklý kov, vzhľadovo veľmi podobný platine. Chemicky čisté železo je odolné voči korózii a má dobrú odolnosť voči kyselinám. O tieto vzácne vlastnosti ho však zbavuje zanedbateľné množstvo nečistôt.

5. Získanie železa

Redukcia oxidov uhlím alebo oxidom uhoľnatým (II), ako aj vodíkom:

FeO + C = Fe + CO

Fe203 + 3CO = 2Fe + 3C02

Fe203 + 3H2 = 2Fe + 3H20

Experiment "Výroba železa aluminotermou"

6. Chemické vlastnosti železa

Ako prvok sekundárnej podskupiny môže železo vykazovať niekoľko oxidačných stavov. Budeme brať do úvahy iba zlúčeniny, v ktorých železo vykazuje oxidačné stavy +2 a +3. Môžeme teda povedať, že železo má dve série zlúčenín, v ktorých je dvoj- a trojmocné.

1) Na vzduchu železo v prítomnosti vlhkosti ľahko oxiduje (hrdzavie):

4Fe + 302 + 6H20 = 4Fe(OH) 3

2) Horúci železný drôt horí v kyslíku a vytvára vodný kameň - oxid železitý (II,III) - čierna látka:

3Fe + 202 = Fe304

Cvo vlhkom vzduchu vzniká kyslík Fe 2 O 3 * nH 2 O

Experiment "Interakcia železa s kyslíkom"

3) Pri vysokých teplotách (700–900 °C) železo reaguje s vodnou parou:

3Fe + 4H20 t˚C → Fe304 + 4H2

4) Železo pri zahrievaní reaguje s nekovmi:

Fe + S t˚C → FeS

5) Železo sa za normálnych podmienok ľahko rozpúšťa v kyseline chlorovodíkovej a zriedenej kyseline sírovej:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2S04 (ried.) = FeS04 + H2

6) Železo sa v koncentrovaných oxidačných kyselinách rozpúšťa len pri zahriatí

2Fe + 6H2S04 (konc. .) t˚C → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H20

Fe + 6HN03 (konc. .) t˚C → Fe(N03)3 + 3NO2 + 3H20železo (III)

7. Použitie železa.

Väčšina vyrobeného železa vo svete sa používa na výrobu liatiny a ocele - zliatin železa s uhlíkom a inými kovmi. Liatiny obsahujú asi 4% uhlíka. Ocele obsahujú menej ako 1,4 % uhlíka.

Liatiny sú potrebné na výrobu rôznych odliatkov - ťažkých rámov strojov a pod.

Výrobky z liatiny

Z ocelí sa vyrábajú stroje, rôzne stavebné materiály, nosníky, plechy, valcované výrobky, koľajnice, nástroje a mnoho ďalších produktov. Na výrobu rôznych druhov ocele sa používajú takzvané legujúce prísady, ktorými sú rôzne kovy: M

Simulátor č.2 - Genetická séria Fe 3+

Simulátor č.3 - Rovnice reakcií železa s jednoduchými a zložitými látkami

Úlohy na konsolidáciu

č. 1. Napíšte reakčné rovnice na výrobu železa z jeho oxidov Fe 2 O 3 a Fe 3 O 4 s použitím ako redukčného činidla:
a) vodík;
b) hliník;
c) oxid uhoľnatý (II).
Pre každú reakciu vytvorte elektronickú rovnováhu.

č. 2. Vykonajte transformácie podľa schémy:
Fe203 -> Fe - +H2O, t -> X - +CO, t -> Y - +HCl ->Z
Pomenujte produkty X, Y, Z?

Príbeh

Železo ako nástrojový materiál je známe už od staroveku. Najstaršie železné predmety nájdené pri archeologických vykopávkach pochádzajú zo 4. tisícročia pred Kristom. e. a patria k starovekým sumerským a staroegyptským civilizáciám. Sú vyrobené z meteoritového železa, teda zliatiny železa a niklu (obsah niklu sa pohybuje od 5 do 30 %), šperkov z egyptských hrobiek (asi 3800 pred Kristom) a dýky zo sumerského mesta Ur (asi 3100 pred Kristom) e.). Jeden z názvov železa v gréčtine a latinčine zrejme pochádza z nebeského pôvodu meteoritového železa: „sider“ (čo znamená „hviezdny“).

Výrobky zo železa získaného tavením sú známe už od osídlenia árijských kmeňov z Európy do Ázie, na ostrovy Stredozemného mora a ďalej (koniec 4. a 3. tisícročia pred Kristom). Najstaršie známe železné nástroje sú oceľové čepele nájdené v murive Cheopsovej pyramídy v Egypte (postavenej okolo roku 2530 pred Kristom). Ako ukázali vykopávky v Núbijskej púšti, už v tých časoch Egypťania, ktorí sa snažili oddeliť vyťažené zlato od ťažkého magnetitového piesku, kalcinovali rudu otrubami a podobnými látkami obsahujúcimi uhlík. V dôsledku toho na povrchu taveniny zlata plávala vrstva cestovitého železa, ktorá sa spracovávala oddelene. Z tohto železa boli kované nástroje, vrátane tých, ktoré sa našli v Cheopsovej pyramíde. Po vnukovi Cheopsa Menkaura (2471 – 2465 pred n. l.) však v Egypte nastal nepokoj: šľachta na čele s kňazmi boha Ra zvrhla vládnucu dynastiu a začalo sa preskakovanie uzurpátorov, ktoré sa skončilo nástupom r. faraóna ďalšej dynastie Userkar, ktorého kňazi vyhlásili za syna a inkarnáciu samotného boha Ra (odvtedy sa to stalo oficiálnym štatútom faraónov). Počas tohto nepokoja kultúrne a technické znalosti Egypťanov upadli a tak ako sa degradovalo umenie stavať pyramídy, technológia výroby železa sa stratila natoľko, že neskôr, keď skúmali Sinajský polostrov pri hľadaní medi rudy, Egypťania nevenovali žiadnu pozornosť ložiskám železnej rudy, ktoré tam existovali, a železo dostávali od susedných Chetitov a Mitanňanov.

Prví, ktorí ovládali výrobu železa boli Hutti, naznačuje to najstaršia (2. tisícročie pred Kr.) zmienka o železe v textoch Chetitov, ktorí založili svoju ríšu na území Huttov (dnešná Anatólia v Turecku). Preto text chetitského kráľa Anitta (okolo roku 1800 pred Kristom) hovorí:

Keď som išiel na ťaženie do mesta Puruskhanda, prišiel sa mi pokloniť muž z mesta Puruskhanda (...?) a daroval mi 1 železný trón a 1 železné žezlo (?) na znak podriadenosti. (?)...

(zdroj: Giorgadze G.G.// Bulletin starovekej histórie. 1965. č. 4.)

V staroveku boli Khalibovia známi ako majstri železných výrobkov. Legenda o Argonautoch (ich ťaženie v Kolchide sa odohralo asi 50 rokov pred trójskou vojnou) hovorí, že kolchidský kráľ Eet dal Jasonovi železný pluh, aby mohol orať pole Ares a jeho poddaní Kalibri , sú opísané:

Neorú zem, nesadia ovocné stromy, nepasú stáda na bohatých lúkach; ťažia rudu a železo z neobrobenej pôdy a vymieňajú si za ňu potravu. Deň sa pre nich nezačína bez tvrdej práce, celý deň strávia v tme noci a hustom dyme...

Aristoteles opísal svoj spôsob výroby ocele: „Chálibovia niekoľkokrát premyli riečny piesok svojej krajiny, čím sa uvoľnil čierny koncentrát (ťažká frakcia pozostávajúca najmä z magnetitu a hematitu) a tavili ho v peciach; Takto získaný kov mal striebornú farbu a bol nehrdzavejúci.“

Ako surovina na tavenie ocele sa používali magnetitové piesky, ktoré sa často nachádzajú pozdĺž celého pobrežia Čierneho mora: tieto magnetitové piesky pozostávajú zo zmesi malých zŕn magnetitu, titanomagnetitu alebo ilmenitu a úlomkov iných hornín, tzv. že oceľ tavená Chalibáncami bola legovaná a mala vynikajúce vlastnosti. Tento unikátny spôsob získavania železa naznačuje, že Khalibovia šírili železo len ako technologický materiál, no ich metóda nemohla byť metódou pre rozšírenú priemyselnú výrobu železných výrobkov. Ich výroba však slúžila ako impulz pre ďalší rozvoj hutníctva železa.

V dávnych dobách sa železo cenilo viac ako zlato a podľa Strabónovho opisu dávali africké kmene za 1 libru železa 10 libier zlata a podľa výskumu historika G. Areshyana náklady na meď, striebro, zlato resp. železo u starých Chetitov bolo v pomere 1 : 160 : 1280 : 6 400. V tých časoch sa železo používalo ako šperkový kov, vyrábali sa z neho tróny a iné kráľovské klenoty: napríklad biblická kniha Deuteronómium 3.11. opisuje „železné lôžko“ refaimského kráľa Oga.

V hrobke Tutanchamona (okolo roku 1350 pred Kristom) sa našla železná dýka v zlatom ráme – možno dar od Chetitov na diplomatické účely. Chetiti sa však nesnažili o rozsiahle rozšírenie železa a jeho technológií, čo je zrejmé z korešpondencie, ktorá sa k nám dostala medzi egyptským faraónom Tutanchamónom a jeho svokrom Hattusilom, kráľom Chetitov. Faraón žiada poslať viac železa a kráľ Chetitov vyhýbavo odpovedá, že zásoby železa vyschli a kováči sú zaneprázdnení poľnohospodárskou prácou, takže nemôže splniť požiadavku kráľovského zaťa a posiela len jedna dýka vyrobená z „dobrého železa“ (t. j. ocele). Ako vidíte, Chetiti sa snažili využiť svoje znalosti na dosiahnutie vojenských výhod a nedávali ostatným príležitosť, aby ich dobehli. Zrejme aj preto sa železné výrobky rozšírili až po trójskej vojne a páde chetitskej veľmoci, keď sa vďaka obchodnej aktivite Grékov dostala do povedomia mnohých železiarska technika, objavili sa nové ložiská železa a bane. Takže „bronzový“ vek bol nahradený „železným“ vekom.

Podľa Homérových opisov, hoci počas trójskej vojny (približne 1250 pred Kr.) sa zbrane vyrábali najmä z medi a bronzu, železo už bolo dobre známe a veľmi žiadané, aj keď skôr ako drahý kov. Napríklad v 23. piesni Iliady Homér hovorí, že Achilles udelil víťazovi železný disk v súťaži v hode diskom. Achájci ťažili toto železo od Trójanov a susedných národov (Ilias 7.473), vrátane Chalibov, ktorí bojovali na strane Trójanov:

„Iní Achájci kupovali víno za barter,
Vymenili ich za zvoniacu meď, za sivú liatinu,
Tie na volskú kožu alebo voly so strmými rohmi,
Tie pre ich plné. A radostná hostina je pripravená...“

Možno práve železo bolo jedným z dôvodov, ktoré podnietili Achájskych Grékov presťahovať sa do Malej Ázie, kde spoznali tajomstvá jeho výroby. A vykopávky v Aténach ukázali, že už okolo roku 1100 pred Kr. e. a neskôr už boli rozšírené železné meče, kopije, sekery a dokonca aj železné klince. Biblická kniha Jozue 17:16 (porov. Sudcovia 14:4) opisuje, že Filištínci (biblický „PILISTIM“, a to boli pragrécke kmene príbuzné neskorším Helénom, hlavne Pelasgovia) mali veľa železných vozov, tj. v tomto V tom čase sa už železo vo veľkom využívalo.

Homér v Iliade a Odysei nazýva železo „tvrdým kovom“ a opisuje kalenie nástrojov:

„Efektívny falšovateľ, ktorý vyrobil sekeru alebo sekeru,
Kov do vody, zahriatie tak, aby sa zdvojnásobilo
Mal pevnosť, ponára ... “

Homér nazýva železo ťažkým, pretože v staroveku bolo hlavným spôsobom jeho výroby proces vyfukovania syra: striedajúce sa vrstvy železnej rudy a dreveného uhlia sa kalcinovali v špeciálnych peciach (pece - zo starovekého „Rohu“ - roh, fajka, pôvodne to bolo len potrubie vykopané v zemi, zvyčajne vodorovne vo svahu rokliny). V kovárni sa oxidy železa redukujú na kov horúcim uhlím, ktoré prijíma kyslík, oxiduje na oxid uhoľnatý a výsledkom takejto kalcinácie rudy uhlím sa získava cesto podobné krichinové (špongiové) železo. Kritsa bola očistená od trosky kovaním, vytláčaním nečistôt silnými údermi kladiva. Prvé kováčske dielne mali relatívne nízku teplotu - výrazne nižšiu ako bod tavenia liatiny, takže sa ukázalo, že železo je relatívne nízkouhlíkové. Na získanie pevnej ocele bolo potrebné železné jadro mnohokrát kalcinovať a ukovať uhlím, pričom povrchová vrstva kovu bola dodatočne nasýtená uhlíkom a spevnená. Takto sa získavalo „dobré železo“ – a hoci si to vyžadovalo veľa práce, takto získané výrobky boli podstatne pevnejšie a tvrdšie ako bronzové.

Neskôr sa naučili vyrábať efektívnejšie pece (po rusky - vysoká pec, domna) na výrobu ocele a na prívod vzduchu do pece používali mechy. Už Rimania vedeli priviesť teplotu v peci na roztavenie ocele (asi 1400 stupňov a čisté železo sa topí pri 1535 stupňoch). Vzniká tak liatina s teplotou tavenia 1100-1200 stupňov, ktorá je v pevnom stave veľmi krehká (nie je ani kujná) a nemá pružnosť ocele. Spočiatku bol považovaný za škodlivý vedľajší produkt. surové železo, v ruštine surové železo, ingoty, odkiaľ v skutočnosti pochádza slovo liatina), ale potom sa zistilo, že pri opätovnom roztavení v peci so zvýšeným prúdením vzduchu sa liatina zmení na kvalitnú oceľ, pretože prebytočný uhlík vyhorí. Tento dvojstupňový proces výroby ocele z liatiny sa ukázal ako jednoduchší a ziskovejší ako kritický a tento princíp sa používa bez väčších zmien po mnoho storočí a dodnes zostáva hlavnou metódou výroby železných materiálov.

Bibliografia: Carl Bax. Bohatstvo vnútra zeme. M.: Progress, 1986, s. 244, kapitola „Železo“

pôvod mena

Existuje niekoľko verzií pôvodu slovanského slova „železo“ (bieloruský zaleza, ukrajinský zalizo, starý Slovan. železo, bulharčina Želyazo, Serbohorv. zhejezo, poľština żelazo, česky železo, slovinský. železo).

Jedna z etymológií spája Praslav. *železo s gréckym slovom χαλκός , čo podľa inej verzie znamenalo železo a meď *železo podobný slovám *žely„korytnačka“ a *glazъ„rock“, so všeobecným názvom „kameň“. Tretia verzia naznačuje starodávnu výpožičku z neznámeho jazyka.

Germánske jazyky si požičali názov železo (gotika. eisarn, Angličtina železo, nemčina Eisen, Holandsko ijzer, dat. jern, švédsky jarn) z keltského.

Predkeltské slovo *isarno-(> Starý írsky iarn, Old Brett hoiarn), pravdepodobne siaha až k predkom, tj. *h 1 esh 2 r-nie- „krvavý“ so sémantickým vývojom „krvavý“ > „červený“ > „železný“. Podľa inej hypotézy sa toto slovo vracia k predkom t.j. *(H)ish 2 ro- "silný, svätý, disponujúci nadprirodzenou silou."

Starogrécke slovo σίδηρος , mohli byť prevzaté z rovnakého zdroja ako slovanské, germánske a baltské slová pre striebro.

Názov prírodného uhličitanu železa (sideritu) pochádza z lat. sidereus- hviezdny; V skutočnosti prvé železo, ktoré sa dostalo do rúk ľudí, bolo meteoritového pôvodu. Možno táto náhoda nie je náhodná. Najmä starogrécke slovo sideros (σίδηρος) pre železo a latinčinu sidus, čo znamená "hviezda", majú pravdepodobne spoločný pôvod.

Izotopy

Prírodné železo pozostáva zo štyroch stabilných izotopov: 54 Fe (počet izotopov 5,845 %), 56 Fe (91,754 %), 57 Fe (2,119 %) a 58 Fe (0,282 %). Známych je aj viac ako 20 nestabilných izotopov železa s hmotnostnými číslami od 45 do 72, z ktorých najstabilnejšie sú 60 Fe (polčas rozpadu podľa údajov aktualizovaných v roku 2009 je 2,6 milióna rokov), 55 Fe (2,737 rokov), 59 Fe (44,495 dní) a 52 Fe (8,275 hodín); zostávajúce izotopy majú polčas rozpadu kratší ako 10 minút.

Izotop železa 56Fe je jedným z najstabilnejších jadier: všetky nasledujúce prvky môžu znížiť väzbovú energiu na nukleón rozpadom a všetky predchádzajúce prvky by v princípe mohli znížiť väzbovú energiu na nukleón prostredníctvom fúzie. Predpokladá sa, že železo končí sériu syntéz prvkov v jadrách normálnych hviezd (pozri Železná hviezda) a všetky nasledujúce prvky môžu vzniknúť iba v dôsledku výbuchov supernov.

Geochémia železa

Hydrotermálny prameň so železitou vodou. Oxidy železa farbia vodu na hnedo.

Železo je jedným z najbežnejších prvkov v slnečnej sústave, najmä na terestrických planétach, najmä na Zemi. Významná časť železa terestrických planét sa nachádza v jadrách planét, kde sa jeho obsah odhaduje na približne 90 %. Obsah železa v zemskej kôre je 5% a v plášti asi 12%. Z kovov je železo v kôre na druhom mieste po hliníku. Zároveň sa asi 86 % všetkého železa nachádza v jadre a 14 % v plášti. Obsah železa sa výrazne zvyšuje v mafických vyvrelinách, kde sa spája s pyroxénom, amfibolom, olivínom a biotitom. Železo sa hromadí v priemyselných koncentráciách počas takmer všetkých exogénnych a endogénnych procesov prebiehajúcich v zemskej kôre. Morská voda obsahuje železo vo veľmi malých množstvách, 0,002-0,02 mg/l. V riečnej vode je o niečo vyššia – 2 mg/l.

Geochemické vlastnosti železa

Najdôležitejšou geochemickou vlastnosťou železa je prítomnosť niekoľkých oxidačných stavov. Železo v neutrálnej forme - kovové - tvorí jadro zeme, je možno prítomné v plášti a veľmi zriedkavo sa nachádza v zemskej kôre. Železné železo FeO je hlavnou formou železa nachádzajúceho sa v plášti a kôre. Oxidové železo Fe 2 O 3 je charakteristické pre najvrchnejšie, najviac oxidované časti zemskej kôry, najmä sedimentárne horniny.

Z hľadiska kryštalochemických vlastností je ión Fe 2+ blízky iónom Mg 2+ a Ca 2+ – ďalším hlavným prvkom, ktoré tvoria významnú časť všetkých zemských hornín. Vďaka kryštalickej podobnosti železo v mnohých kremičitanoch nahrádza horčík a čiastočne vápnik. V tomto prípade sa obsah železa v mineráloch rôzneho zloženia zvyčajne zvyšuje s klesajúcou teplotou.

Minerály železa

Je známe veľké množstvo rúd a minerálov obsahujúcich železo. Najväčší praktický význam majú červená železná ruda (hematit, Fe 2 O 3; obsahuje do 70 % Fe), magnetická železná ruda (magnetit, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; obsahuje 72,4 % Fe), hnedá železná ruda resp. limonit (goethit a hydrogoethit, respektíve FeOOH a FeOOH·nH 2 O). Goethit a hydrogoethit sa najčastejšie nachádzajú v zvetraných kôrach, ktoré tvoria takzvané „železné klobúky“, ktorých hrúbka dosahuje niekoľko stoviek metrov. Môžu byť aj sedimentárneho pôvodu, vypadávajú z koloidných roztokov v jazerách alebo pobrežných oblastiach morí. V tomto prípade vznikajú oolitické, čiže strukoviny, železné rudy. Často sa v nich nachádza vivianit Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O tvoriaci čierne pretiahnuté kryštály a radiálne agregáty.

V prírode sú rozšírené aj sulfidy železa - pyrit FeS 2 (síra alebo pyrit železitý) a pyrhotit. Nejde o železnú rudu – pyrit sa používa na výrobu kyseliny sírovej a pyrhotit často obsahuje nikel a kobalt.

Rusko je na prvom mieste na svete, pokiaľ ide o zásoby železnej rudy. Obsah železa v morskej vode je 1·10−5 -1·10−8%.

Ďalšie bežne sa vyskytujúce minerály železa:

• Siderit - FeCO 3 - obsahuje približne 35 % železa. Má žltkastobielu (pri znečistení sivý alebo hnedý odtieň). Hustota je 3 g/cm³ a ​​tvrdosť je 3,5-4,5 na Mohsovej stupnici.
• Markazit - FeS 2 - obsahuje 46,6 % železa. Vyskytuje sa vo forme žltých, mosadzných, bipyramídových kosoštvorcových kryštálov s hustotou 4,6-4,9 g/cm³ a ​​tvrdosťou 5-6 na Mohsovej stupnici.
• Löllingit - FeAs 2 - obsahuje 27,2 % železa a vyskytuje sa vo forme strieborno-bielych bipyramidálnych kosoštvorcových kryštálov. Hustota je 7-7,4 g/cm³, tvrdosť 5-5,5 na Mohsovej stupnici.
• Mispickel - FeAsS - obsahuje 34,3% železa. Vyskytuje sa vo forme bielych jednoklonných hranolov s hustotou 5,6-6,2 g/cm³ a ​​tvrdosťou 5,5-6 na Mohsovej stupnici.
• Melantherit - FeSO 4 · 7H 2 O - je v prírode menej bežný a sú to zelené (alebo sivé kvôli nečistotám) jednoklonné kryštály so sklovitým leskom a krehké. Hustota je 1,8-1,9 g/cm³.
• Vivianit - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - sa vyskytuje vo forme modrosivých alebo zelenošedých jednoklonných kryštálov s hustotou 2,95 g/cm³ a ​​tvrdosťou 1,5-2 na Mohsovej stupnici.

Okrem vyššie opísaných minerálov železa existujú napr.

Hlavné vklady

Podľa US Geological Survey (odhad z roku 2011) sú overené svetové zásoby železnej rudy asi 178 miliárd ton. Hlavné ložiská železa sa nachádzajú v Brazílii (1. miesto), Austrálii, USA, Kanade, Švédsku, Venezuele, Libérii, Ukrajine, Francúzsku a Indii. V Rusku sa železo ťaží v Kurskej magnetickej anomálii (KMA), na polostrove Kola, v Karélii a na Sibíri. Významnú úlohu v poslednom čase nadobúdajú ložiská dna oceánov, v ktorých sa železo spolu s mangánom a ďalšími cennými kovmi nachádza v uzlinách.

Potvrdenie

V priemysle sa železo získava zo železnej rudy, hlavne z hematitu (Fe 2 O 3) a magnetitu (FeO Fe 2 O 3).

Existujú rôzne spôsoby získavania železa z rúd. Najbežnejší je doménový proces.

Prvým stupňom výroby je redukcia železa uhlíkom vo vysokej peci pri teplote 2000 °C. Do vysokej pece sa uhlík vo forme koksu, železná ruda vo forme aglomerátu alebo peliet a tavivo (ako je vápenec) privádzajú zhora a zospodu sa stretávajú s prúdom núteného horúceho vzduchu.

V peci sa uhlík vo forme koksu oxiduje na oxid uhoľnatý. Tento oxid vzniká pri spaľovaní pri nedostatku kyslíka:

Oxid uhoľnatý zase redukuje železo z rudy. Aby táto reakcia prebehla rýchlejšie, zahriaty oxid uhoľnatý prechádza cez oxid železitý:

Oxid vápenatý sa spája s oxidom kremičitým a vytvára trosku - metakremičitan vápenatý:

Troska sa na rozdiel od oxidu kremičitého taví v peci. Troska, ľahšia ako železo, pláva na povrchu - táto vlastnosť umožňuje oddeliť trosku od kovu. Troska sa potom môže použiť v stavebníctve a poľnohospodárstve. Tavené železo vyrobené vo vysokej peci obsahuje pomerne veľa uhlíka (liatina). Okrem prípadov, keď sa liatina používa priamo, vyžaduje ďalšie spracovanie.

Prebytočný uhlík a iné nečistoty (síra, fosfor) sa z liatiny odstraňujú oxidáciou v otvorených peciach alebo konvertoroch. Elektrické pece sa používajú aj na tavenie legovaných ocelí.

Okrem vysokopecného procesu je bežný proces priamej výroby železa. V tomto prípade sa vopred rozdrvená ruda zmieša so špeciálnou hlinkou a vytvorí sa pelety. Pelety sa vypaľujú a spracovávajú v šachtovej peci horúcimi produktmi konverzie metánu, ktoré obsahujú vodík. Vodík ľahko redukuje železo:

,

v tomto prípade sa železo nekontaminuje takými nečistotami, ako je síra a fosfor, ktoré sú bežnými nečistotami v uhlí. Železo sa získava v pevnej forme a následne sa taví v elektrických peciach.

Chemicky čisté železo sa získava elektrolýzou roztokov jeho solí.

Fyzikálne vlastnosti

Fenomén polymorfizmu je pre metalurgiu ocele mimoriadne dôležitý. Práve vďaka α-γ prechodom kryštálovej mriežky dochádza k tepelnému spracovaniu ocele. Bez tohto javu by železo ako základ ocele nebolo tak rozšírené.

Železo je stredne žiaruvzdorný kov. V sérii štandardných elektródových potenciálov je železo na prvom mieste pred vodíkom a ľahko reaguje so zriedenými kyselinami. Železo teda patrí medzi kovy strednej aktivity.

Teplota topenia železa je 1539 °C, teplota varu je 2862 °C.

Chemické vlastnosti

Charakteristické oxidačné stavy

• Kyselina neexistuje vo voľnej forme - získavajú sa iba jej soli.

Železo je charakterizované oxidačnými stavmi železa - +2 a +3.

Oxidačný stav +2 zodpovedá čiernemu oxidu FeO a zelenému hydroxidu Fe(OH)2. Majú základnú povahu. V soliach je Fe(+2) prítomný ako katión. Fe(+2) je slabé redukčné činidlo.

Oxidačný stav +3 zodpovedá červenohnedému oxidu Fe 2 O 3 a hnedému hydroxidu Fe(OH) 3. Majú amfotérny charakter, aj keď sú kyslé, a ich základné vlastnosti sú slabo vyjadrené. Ióny Fe 3+ sú teda úplne hydrolyzované aj v kyslom prostredí. Fe(OH) 3 sa rozpúšťa (a aj to nie úplne) len v koncentrovaných alkáliách. Fe 2 O 3 reaguje s alkáliami až pri fúzii, pričom vznikajú ferity (formálne kyslé soli kyseliny HFeO 2, ktorá neexistuje vo voľnej forme):

Železo (+3) najčastejšie vykazuje slabé oxidačné vlastnosti.

Oxidačné stavy +2 a +3 sa medzi sebou ľahko menia pri zmene redoxných podmienok.

Okrem toho existuje oxid Fe 3 O 4, formálny oxidačný stav železa v ktorom je +8/3. Tento oxid však možno považovať aj za železitý (II) ferit Fe +2 (Fe +3 O 2) 2.

Existuje tiež oxidačný stav +6. Zodpovedajúci oxid a hydroxid neexistujú vo voľnej forme, ale získavajú sa soli - feráty (napríklad K2FeO4). Železo (+6) je v nich prítomné vo forme aniónu. Ferráty sú silné oxidačné činidlá.

Vlastnosti jednoduchej látky

Pri skladovaní na vzduchu pri teplotách do 200 °C sa železo postupne pokrýva hustým filmom oxidu, ktorý zabraňuje ďalšej oxidácii kovu. Vo vlhkom vzduchu sa železo pokryje voľnou vrstvou hrdze, ktorá nebráni prístupu kyslíka a vlhkosti ku kovu a jeho zničeniu. Hrdza nemá konštantné chemické zloženie, približne jej chemický vzorec možno zapísať ako Fe 2 O 3 xH 2 O.

Zlúčeniny železa (II).

Oxid železitý FeO má zásadité vlastnosti, tomu zodpovedá zásada Fe(OH) 2. Soli železa (II) majú svetlozelenú farbu. Skladovaním, najmä na vlhkom vzduchu, vplyvom oxidácie na železo (III) hnednú. Rovnaký proces sa vyskytuje pri skladovaní vodných roztokov solí železa (II):

Zo železnatých solí vo vodných roztokoch je najstabilnejšia Mohrova soľ - podvojný síran amónny a železnatý (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.

Hexakyanoželezitan draselný (III) K3 (červená krvná soľ) môže slúžiť ako činidlo pre ióny Fe2+ v roztoku. Keď ióny Fe 2+ a 3- interagujú, vytvorí sa zrazenina Turnbooleovej modrej:

Na kvantitatívne stanovenie železa (II) v roztoku sa používa fenantrolín Phen, ktorý tvorí červený komplex FePhen 3 so železom (II) (maximálna absorpcia svetla - 520 nm) v širokom rozsahu pH (4-9).

Zlúčeniny železa (III).

Zlúčeniny železa (III) v roztokoch sú redukované kovovým železom:

Železo (III) je schopné tvoriť dvojité sírany s jednoducho nabitými katiónmi, ako je kamenec, napríklad KFe(SO 4) 2 - železo-draselný kamenec, (NH 4)Fe(SO 4) 2 - železo-amónny kamenec atď. .

Na kvalitatívnu detekciu zlúčenín trojmocného železa v roztoku sa používa kvalitatívna reakcia iónov Fe 3+ s iónmi SCN − tiokyanátu. Pri interakcii iónov Fe 3+ s aniónmi SCN − vzniká zmes jasne červených komplexov tiokyanátu železa 2+ , + , Fe(SCN) 3, -. Zloženie zmesi (a teda aj intenzita jej farby) závisí od rôznych faktorov, preto táto metóda nie je použiteľná na presné kvalitatívne stanovenie železa.

Ďalším vysoko kvalitným činidlom pre Fe 3+ ióny je hexakyanoželezitan draselný (II) K 4 (žltá krvná soľ). Pri interakcii iónov Fe 3+ a 4- sa vytvorí svetlomodrá zrazenina pruskej modrej:

Zlúčeniny železa (VI).

Oxidačné vlastnosti ferátov sa využívajú na dezinfekciu vody.

Zlúčeniny železa VII a VIII

Existujú správy o elektrochemickej príprave zlúčenín železa (VIII). , , , však neexistujú žiadne nezávislé štúdie potvrdzujúce tieto výsledky.

Aplikácia

Železná ruda

Železo je jedným z najpoužívanejších kovov, tvorí až 95 % celosvetovej hutníckej produkcie.

• Železo je hlavnou zložkou ocelí a liatiny – najdôležitejších konštrukčných materiálov.
• Železo môže byť súčasťou zliatin na báze iných kovov – napríklad niklu.
• Magnetický oxid železa (magnetit) je dôležitým materiálom pri výrobe zariadení s dlhou pamäťou počítača: pevných diskov, diskiet atď.
• Ultrajemný magnetitový prášok sa používa v mnohých čiernobielych laserových tlačiarňach zmiešaný s polymérnymi granulami ako toner. To využíva čiernu farbu magnetitu a jeho schopnosť priľnúť k zmagnetizovanému prenosovému valcu.
• Jedinečné feromagnetické vlastnosti radu zliatin na báze železa prispievajú k ich širokému použitiu v elektrotechnike pre magnetické jadrá transformátorov a elektromotorov.
• Chlorid železitý (chlorid železitý) sa používa v rádioamatérskej praxi na leptanie dosiek plošných spojov.
• Heptát síranu železnatého (síran železnatý) zmiešaný so síranom meďnatým sa používa na boj proti škodlivým hubám v záhradníctve a stavebníctve.
• Železo sa používa ako anóda v železo-niklových batériách a železo-vzduchových batériách.
• Vodné roztoky chloridov železnatých a železitých, ako aj ich sírany, sa používajú ako koagulanty v procesoch čistenia prírodných a odpadových vôd pri úprave vody v priemyselných podnikoch.

Biologický význam železa

V živých organizmoch je železo dôležitým stopovým prvkom, ktorý katalyzuje procesy výmeny kyslíka (dýchanie). Telo dospelého človeka obsahuje asi 3,5 gramu železa (asi 0,02 %), z toho 78 % je hlavnou aktívnou zložkou krvného hemoglobínu, zvyšok je súčasťou enzýmov iných buniek, katalyzujúcich dýchacie procesy v bunkách. Nedostatok železa sa prejavuje ako ochorenie organizmu (chloróza u rastlín a anémia u zvierat).

Typicky železo vstupuje do enzýmov vo forme komplexu nazývaného hem. Tento komplex je prítomný najmä v hemoglobíne, najdôležitejšom proteíne, ktorý zabezpečuje transport kyslíka v krvi do všetkých orgánov ľudí a zvierat. A práve on farbí krv do jej charakteristickej červenej farby.

Iné komplexy železa ako hem sa nachádzajú napríklad v enzýme metánmonooxygenáza, ktorá oxiduje metán na metanol, v dôležitom enzýme ribonukleotidreduktáze, ktorý sa podieľa na syntéze DNA.

Anorganické zlúčeniny železa sa nachádzajú v niektorých baktériách a niekedy ich používajú na fixáciu vzdušného dusíka.

Železo sa do tela zvierat a ľudí dostáva s potravou (najbohatšie sú naň pečeň, mäso, vajcia, strukoviny, chlieb, obilniny, repa). Zaujímavé je, že špenát bol raz omylom zaradený do tohto zoznamu (kvôli preklepu vo výsledkoch analýzy - „navyše“ nula po strate desatinnej čiarky).

Nadmerná dávka železa (200 mg alebo viac) môže mať toxický účinok. Predávkovanie železom inhibuje antioxidačný systém tela, preto sa zdravým ľuďom neodporúča užívať doplnky železa.

Poznámky

1. Chemická encyklopédia: v 5 zväzkoch / Redakčná rada: Knunyants I. L. (hlavný redaktor). - M.: Sovietska encyklopédia, 1990. - T. 2. - S. 140. - 671 s. - 100 000 kópií.
2. Karapetyants M. Kh., Drakin S. I. Všeobecná a anorganická chémia: Učebnica pre vysoké školy. - 4. vyd., vymazané. - M.: Chémia, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, s. 529
3. M. Vasmer. Etymologický slovník ruského jazyka. - Pokrok. - 1986. - T. 2. - S. 42-43.
4. Trubačov O. N. Slovanské etymológie. // Otázky slovanskej jazykovedy, č.2,1957.
5. Boryś W. Słownik etymologiczny języka polskiego. - Krakov: Wydawnictwo Literackie. - 2005. - S. 753-754.
6. Walde A. Lateinisches etymologisches Wörterbuch. - Universitätsbuchhandlung Carla Wintera. - 1906. - S. 285.
7. Meie A. Hlavné znaky germánskej skupiny jazykov. - URSS. - 2010. - S. 141.
8. Matasović R. Etymologický slovník protokeltského jazyka. - Brill. - 2009. - S. 172.
9. Mallory, J.P., Adams, D.Q. Encyklopédia indoeurópskej kultúry. - Fitzroy-Dearborn. - 1997. - S. 314.
10. "Nové meranie polčasu rozpadu 60 Fe". Fyzické prehľadové listy 103 : 72502. DOI:10.1103/PhysRevLett.103.072502.
11. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot a A. H. Wapstra (2003). "Hodnotenie NUBASE vlastností jadra a rozpadu." Jadrová fyzika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
12. Yu. M. Shirokov, N. P. Yudin. Jadrová fyzika. M.: Nauka, 1972. Kapitola Jadrová kozmofyzika.
13. R. Ripan, I. Ceteanu. Anorganická chémia // Chémia nekovov = Chimia metalelor. - Moskva: Mir, 1972. - T. 2. - S. 482-483. - 871 s.
14. Zlato a drahé kovy
15. Metalurgia a tepelné spracovanie ocele. Ref. vyd. V 3 zväzkoch / Ed. M. L. Bershtein, A. G. Rakhstadt. - 4. vydanie, prepracované. a dodatočné T. 2. Základy tepelného spracovania. V 2 knihách. Kniha 1. M.: Hutníctvo, 1995. 336 s.
16. T. Takahashi & W.A. Bassett, "Vysokotlakový polymorf železa," Veda, zv. 145 #3631, 31. júl 1964, str. 483-486.
17. Schilt A. Analytická aplikácia 1,10-fenantrolínu a príbuzných zlúčenín. Oxford, Pergamon Press, 1969.
18. Lurie Yu. Yu. Príručka analytickej chémie. M., Chémia, 1989. S. 297.
19. Lurie Yu. Yu. Príručka analytickej chémie. M., Chémia, 1989, str. 315.
20. Brouwer G. (ed.) Handbook of Anorganic Synthesis. zväzok 5. M., Mir, 1985. strany 1757-1757.
21. Remi G. Kurz anorganickej chémie. zväzok 2. M., Mir, 1966. str. 309.
22. Kiselev Yu. M., Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Oktavalentné železo // Dokl. Akadémie vied ZSSR. 1987. T.292. S.628-631
23. Perfilyev Yu. D., Kopelev N. S., Kiselev Yu. M., Spitsyn V. I. Mössbauer štúdium oktavalentného železa // Dokl. Akadémie vied ZSSR. 1987. T.296. str. 1406-1409
24. Kopelev N.S., Kiselev Yu.M., Perfiliev Yu.D. Mossbauerova spektroskopia oxokomplexov železa vo vyšších oxidačných stavoch // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1992.V.157. R.401-411.
25. „Normy fyziologických potrieb energie a živín pre rôzne skupiny obyvateľstva Ruskej federácie“ MR 2.3.1.2432-08

Zdroje (do sekcie História)

• G. G. Giorgadze.„Text Anitta“ a niektoré otázky ranej histórie Chetitov
• R. M. Abramishvili. K problematike vývoja železa na území východnej Gruzínska, VGMG, XXII-B, 1961.
• Khakhutaishvili D. A. K histórii starovekej kolchskej metalurgie železa. Otázky starovekých dejín (zborník Kaukazsko-Blízkový východ, číslo 4). Tbilisi, 1973.
• Herodotos."História", 1:28.
• Homer."Ilias", "Odysea".
• Virgil."Aeneid", 3:105.
• Aristoteles.„O neuveriteľných povestiach“, II, 48. VDI, 1947, č. 2, s. 327.
• Lomonosov M.V. Prvé základy hutníctva.

pozri tiež

• Kategória:Zlúčeniny železa

Odkazy

• Choroby spôsobené nedostatkom a nadbytkom železa v ľudskom tele

Periodická tabuľka chemických prvkov od D. I. Mendelejeva

DEFINÍCIA

Železo- dvadsiaty šiesty prvok periodickej tabuľky. Označenie - Fe z latinského "ferrum". Nachádza sa vo štvrtom období skupiny VIIIB. Vzťahuje sa na kovy. Jadrový náboj je 26.

Železo je po hliníku najbežnejším kovom na svete: tvorí 4 % (hm.) zemskej kôry. Železo sa nachádza vo forme rôznych zlúčenín: oxidy, sulfidy, kremičitany. Železo sa nachádza vo voľnom stave iba v meteoritoch.

Medzi najvýznamnejšie železné rudy patrí magnetická železná ruda Fe 3 O 4 , červená železná ruda Fe 2 O 3 , hnedá železná ruda 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O a železná ruda FeCO 3 .

Železo je striebristý (obr. 1) ťažný kov. Dobre sa hodí na kovanie, valcovanie a iné druhy mechanického spracovania. Mechanické vlastnosti železa silne závisia od jeho čistoty – od obsahu aj veľmi malých množstiev iných prvkov v ňom.

Ryža. 1. Žehlička. Vzhľad.

Atómová a molekulová hmotnosť železa

Relatívna molekulová hmotnosť látky(M r) je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je hmotnosť danej molekuly väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka a relatívna atómová hmotnosť prvku(A r) - koľkokrát je priemerná hmotnosť atómov chemického prvku väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka.

Pretože železo vo voľnom stave existuje vo forme monoatomických molekúl Fe, hodnoty jeho atómových a molekulových hmotností sa zhodujú. Rovnajú sa 55,847.

Alotropia a alotropné modifikácie železa

Železo tvorí dve kryštalické modifikácie: α-železo a γ-železo. Prvý z nich má kubickú mriežku centrovanú na telo, druhý má kubickú mriežku centrovanú tvárou. α-Železo je termodynamicky stabilné v dvoch teplotných rozsahoch: pod 912 °C a od 1394 °C do bodu topenia. Teplota topenia železa je 1539 ± 5 o C. Medzi 912 o C a od 1394 o C je γ-železo stabilné.

Teplotné rozsahy stability α- a γ-železa sú určené charakterom zmeny Gibbsovej energie oboch modifikácií so zmenami teploty. Pri teplotách pod 912 o C a nad 1394 o C je Gibbsova energia α-železa menšia ako Gibbsova energia γ-železa a v rozmedzí 912 - 1394 oC je väčšia.

Izotopy železa

Je známe, že v prírode sa železo nachádza vo forme štyroch stabilných izotopov 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe a 57 Fe. Ich hmotnostné čísla sú 54, 56, 57 a 58. Jadro atómu izotopu železa 54 Fe obsahuje dvadsaťšesť protónov a dvadsaťosem neutrónov a zvyšné izotopy sa od neho líšia len počtom neutrónov.

Existujú umelé izotopy železa s hmotnostnými číslami od 45 do 72, ako aj 6 izomérnych stavov jadier. Najdlhší z vyššie uvedených izotopov je 60 Fe s polčasom rozpadu 2,6 milióna rokov.

Ióny železa

Elektronický vzorec demonštrujúci orbitálnu distribúciu elektrónov železa je nasledujúci:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

V dôsledku chemickej interakcie sa železo vzdáva svojich valenčných elektrónov, t.j. je ich donorom a mení sa na kladne nabitý ión:

Fe 0 -2e → Fe 2+;

Fe 0 -3e → Fe 3+.

Molekula a atóm železa

Vo voľnom stave existuje železo vo forme monoatomických molekúl Fe. Tu sú niektoré vlastnosti charakterizujúce atóm a molekulu železa:

Zliatiny železa

Až do 19. storočia boli zliatiny železa známe najmä svojimi zliatinami s uhlíkom, nazývanými oceľ a liatina. Neskôr však vznikli nové zliatiny na báze železa obsahujúce chróm, nikel a ďalšie prvky. V súčasnosti sa zliatiny železa delia na uhlíkové ocele, liatiny, legované ocele a ocele so špeciálnymi vlastnosťami.

V technológii sa zliatiny železa zvyčajne nazývajú železné kovy a ich výroba sa nazýva metalurgia železa.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie	Elementárne zloženie látky je nasledovné: hmotnostný podiel železného prvku je 0,7241 (alebo 72,41 %), hmotnostný podiel kyslíka je 0,2759 (alebo 27,59 %). Odvoďte chemický vzorec.
Riešenie	Hmotnostný podiel prvku X v molekule zloženia NX sa vypočíta podľa tohto vzorca: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100 %. Označme počet atómov železa v molekule „x“, počet atómov kyslíka „y“. Nájdite zodpovedajúce relatívne atómové hmotnosti prvkov železa a kyslíka (hodnoty relatívnych atómových hmotností prevzaté z Periodickej tabuľky D.I. Mendelejeva zaokrúhlime na celé čísla). Ar(Fe) = 56; Ar(0) = 16. Percentuálny obsah prvkov rozdelíme na zodpovedajúce relatívne atómové hmotnosti. Nájdeme teda vzťah medzi počtom atómov v molekule zlúčeniny: x:y= co(Fe)/Ar(Fe): co(0)/Ar(0); x:y = 72,41/56: 27,59/16; x:y = 1,29: 1,84. Zoberme si najmenšie číslo ako jednu (t. j. vydeľte všetky čísla najmenším číslom 1,29): 1,29/1,29: 1,84/1,29; Najjednoduchší vzorec pre kombináciu železa a kyslíka je teda Fe203.
Odpoveď	Fe203

Železo je jedným z najbežnejších chemických prvkov na Zemi. Od pradávna sa ľudia naučili používať ho na uľahčenie práce. S rozvojom techniky sa jej rozsah výrazne rozšíril. Ak sa pred niekoľkými tisíckami rokov železo používalo iba na výrobu jednoduchých nástrojov používaných na obrábanie pôdy, teraz sa tento chemický prvok používa takmer vo všetkých oblastiach high-tech výroby.

Ako napísal Plínius Starší. „Baníci poskytujú človeku ten najlepší a najškodlivejší nástroj. S týmto nástrojom totiž prerezávame zem, pestujeme úrodné záhrady a striháme divé viniča hroznom a nútime ich, aby každý rok vyrástli. S týmto nástrojom staviame domy, lámeme kamene a používame železo pre všetky takéto potreby. Ale s tým istým železom vedieme vojny, bitky a lúpeže a používame ho nielen blízko, ale hádžeme ho okrídlené do diaľky, buď zo striel, alebo z mocných rúk, alebo vo forme pernatých šípov. Podľa mňa najodpornejší trik ľudskej mysle. Lebo aby smrť postihla človeka rýchlejšie, urobili ho okrídleným a dali perie vyžehliť. Preto nech sa vina pripisuje človeku a nie prírode.“ Veľmi často sa používa na výrobu rôznych zliatin, ktorých zloženie zahŕňa železo v rôznych pomeroch. Najznámejšie z týchto zliatin sú oceľ a liatina.

Elektrina roztaví železo

Vlastnosti ocelí sú rôzne. Existujú ocele určené na dlhodobé vystavenie morskej vode, ocele, ktoré odolávajú vysokým teplotám a agresívnemu pôsobeniu horúcich plynov, ocele, z ktorých sa vyrába mäkký viazací drôt, a ocele na výrobu pružných a tuhých pružín...

Táto rôznorodosť vlastností vyplýva z rôznorodosti zloženia ocele. Vysoko odolné guľôčkové ložiská sú teda vyrobené z ocele obsahujúcej 1 % uhlíka a 1,5 % chrómu; oceľ s obsahom 18 % chrómu a 89 % niklu je známa „nehrdzavejúca oceľ“ a sústružnícke nástroje sa vyrábajú z ocele s obsahom 18 % volfrámu, 4 % chrómu a 1 % vanádu.

Táto rôznorodosť zloženia ocele veľmi sťažuje ich tavenie. Koniec koncov, v peci a konvertore s otvorenou nístejom sa atmosféra oxiduje a prvky ako chróm sa ľahko oxidujú a menia sa na trosku, to znamená, že sa strácajú. To znamená, že na získanie ocele s obsahom chrómu 18% sa musí do pece dodať oveľa viac chrómu ako 180 kg na tonu ocele. A chróm je drahý kov. Ako nájsť východisko z tejto situácie?

Riešenie sa našlo na začiatku 20. storočia. Bolo navrhnuté použiť teplo elektrického oblúka na tavenie kovu. Kovový šrot sa naložil do kruhovej pece, naliala sa liatina a spustili uhlíkové alebo grafitové elektródy. Medzi nimi a kovom v peci („kúpeľ“) vznikol elektrický oblúk s teplotou asi 4000°C. Kov sa ľahko a rýchlo roztavil. A v takejto uzavretej elektrickej peci môžete vytvoriť akúkoľvek atmosféru - oxidačnú, redukčnú alebo úplne neutrálnu. Inými slovami, dá sa zabrániť vyhoreniu cenných prvkov. Tak vznikla metalurgia vysokokvalitných ocelí.

Neskôr bol navrhnutý ďalší spôsob elektrického tavenia – indukcia. Z fyziky je známe, že ak je kovový vodič umiestnený v cievke, ktorou prechádza vysokofrekvenčný prúd, indukuje sa v nej prúd a vodič sa zahrieva. Toto teplo stačí na roztavenie kovu za určitý čas. Indukčná pec pozostáva z téglika so špirálou uloženou v jeho obložení. Cez špirálu prechádza vysokofrekvenčný prúd a kov v tégliku sa roztaví. V takejto piecke môžete tiež navodiť akúkoľvek atmosféru.

V elektrických oblúkových peciach proces tavenia zvyčajne prebieha v niekoľkých fázach. Najprv sa z kovu vypália zbytočné nečistoty, ktoré ich oxidujú (oxidačná perióda). Potom sa z pece vyberie (stiahne) troska obsahujúca oxidy týchto prvkov a naložia sa predzliatiny - zliatiny železa s prvkami, ktoré je potrebné zaviesť do kovu. Pec sa uzavrie a tavenie pokračuje bez prístupu vzduchu (obdobie regenerácie). V dôsledku toho je oceľ nasýtená požadovanými prvkami v danom množstve. Hotový kov sa uvoľní do naberačky a naleje.

Ocele, najmä tie kvalitné, sa ukázali ako veľmi citlivé na obsah nečistôt. Už malé množstvo kyslíka, dusíka, vodíka, síry a fosforu značne zhoršuje ich vlastnosti – pevnosť, húževnatosť a odolnosť proti korózii. Tieto nečistoty tvoria so železom a ďalšími prvkami obsiahnutými v oceli nekovové zlúčeniny, ktoré sa zaklinujú medzi zrná kovu, zhoršujú jeho homogenitu a znižujú kvalitu. Pri zvýšenom obsahu kyslíka a dusíka v oceliach teda klesá ich pevnosť, vodík spôsobuje vznik vločiek – mikrotrhliniek v kove, ktoré vedú k neočakávanej deštrukcii oceľových dielov pri zaťažení, fosfor zvyšuje krehkosť ocele za studena, v dôsledku toho sa v oceliach hromadia kryštály. síra spôsobuje červenú krehkosť - deštrukciu ocele pri zaťažení pri vysokých teplotách.teploty.

Hutníci už dlho hľadajú spôsoby, ako tieto nečistoty odstrániť. Po tavení v otvorených peciach, konvertoroch a elektrických peciach sa kov dezoxiduje – pridáva sa doň hliník, ferosilícium (zliatina železa a kremíka) alebo feromangán. Tieto prvky sa aktívne spájajú s kyslíkom, plávajú do trosky a znižujú obsah kyslíka v oceli. Ale kyslík stále zostáva v oceli a pre vysokokvalitné ocele sú zvyšné množstvá príliš veľké. Bolo potrebné nájsť iné, efektívnejšie spôsoby.

V 50. rokoch začali metalurgovia vysávať oceľ v priemyselnom meradle. Naberačka s tekutým kovom je umiestnená v komore, z ktorej sa odčerpáva vzduch. Kov začne prudko vrieť a uvoľňujú sa z neho plyny. Predstavte si však naberačku s 300 tonami ocele a odhadnite, ako dlho bude trvať, kým sa úplne uvarí, a ako veľmi sa kov počas tejto doby ochladí.

Hneď vám bude jasné, že táto metóda je vhodná len pre malé množstvá ocele. Preto boli vyvinuté iné, rýchlejšie a efektívnejšie vákuové metódy. Teraz sa používajú vo všetkých rozvinutých krajinách, čo zlepšilo kvalitu ocele. Ale nároky na ňu rástli a rástli.

Začiatkom 60. rokov v Kyjeve, na All-Union Institute of Electric Welding pomenovanom po. E.O. Paton bola vyvinutá metóda elektrotroskového pretavovania ocele, ktorá sa veľmi skoro začala používať v mnohých krajinách. Táto metóda je veľmi jednoduchá. Kovový ingot, ktorý je potrebné vyčistiť, sa vloží do vodou chladenej kovovej nádoby - kryštalizátora - a naplní sa troskou špeciálneho zloženia. Ingot je potom pripojený k zdroju prúdu. Na konci ingotu vznikne elektrický oblúk a kov sa začne taviť. Tekutá oceľ reaguje s troskou a čistí sa nielen od oxidov, ale aj od nitridov, fosfidov a sulfidov. V kryštalizátore stuhne nový ingot zbavený škodlivých nečistôt. V roku 1963 bola za vývoj a implementáciu metódy elektrotroskového pretavovania ocenená Leninovou cenou skupina pracovníkov z All-Union Institute of Electric Welding na čele s B.I.Medovarom a Yu.V.Latašom.

Hutní vedci z Ústredného vedecko-výskumného ústavu metalurgie železa pomenovaní po. I. P. Bardina. V spolupráci s pracovníkmi hutníckych závodov vyvinuli ešte jednoduchší spôsob. Troska špeciálneho zloženia na čistenie kovu sa roztaví a naleje do panvy a potom sa kov uvoľní z pece do tejto tekutej trosky. Troska sa zmieša s kovom a absorbuje nečistoty. Táto metóda je rýchla, efektívna a nevyžaduje veľké množstvo elektriny. Jej autori S.G.Voinov, A.I.Osipov, A.G.Salimov a ďalší boli v roku 1966 ocenení aj Leninovou cenou.

Čitateľ však už pravdepodobne má otázku: prečo všetky tieto ťažkosti? Veď už sme si povedali, že v obyčajnej elektrickej rúre sa dá navodiť akákoľvek atmosféra. To znamená, že môžete jednoducho odčerpať vzduch z pece a vykonať tavenie vo vákuu. Ale neponáhľajte sa na patentový úrad! Táto metóda sa už dlho používa v malých indukčných peciach a koncom 60. a začiatkom 70. rokov sa začala používať v dosť veľkých oblúkových a indukčných elektrických peciach. V súčasnosti sa v priemyselných krajinách značne rozšírili metódy vákuového oblúka a vákuového indukčného pretavovania.

Tu sme opísali iba hlavné metódy čistenia ocele od škodlivých nečistôt. Existujú desiatky ich odrôd. Hutníkom pomáhajú odstrániť povestnú muchu v masti a získať kvalitný kov.

Ako získať železo bez vysokých pecí

Už vyššie bolo povedané, že metalurgia železa z pohľadu chemika je, mierne povedané, nelogická činnosť. Po prvé, železo je nasýtené uhlíkom a inými prvkami a potom sa vynakladá veľa práce a energie na spálenie týchto prvkov. Nie je jednoduchšie okamžite obnoviť železo z rudy? Koniec koncov, presne to robili starí hutníci, ktorí v syrových peciach získavali zmäkčené horúce hubovité železo. V posledných rokoch tento uhol pohľadu už opustil štádium rečníckych otázok a vychádza z úplne reálnych a dokonca realizovaných projektov. Ťažba železa priamo z rudy obchádzaním vysokopecného procesu sa uskutočňovala ešte v minulom storočí. Tento proces sa potom nazýval priame zotavenie. Až donedávna však nenašiel širokú distribúciu. Po prvé, všetky navrhované metódy priamej redukcie boli neúčinné a po druhé, výsledný produkt – železná huba – bol nekvalitný a znečistený nečistotami. A predsa nadšenci pokračovali v práci týmto smerom.

Odkedy sa zemný plyn začal vo veľkom využívať v priemysle, situácia sa radikálne zmenila. Ukázalo sa, že je ideálnym prostriedkom na zhodnocovanie železnej rudy. Hlavná zložka zemného plynu, metán CH 4, sa rozkladá oxidáciou v prítomnosti katalyzátora v špeciálnych aparatúrach - reformátoroch podľa reakcie 2CH 4 + O 2 → 2CO + 2H 2.

Výsledkom je zmes redukčných plynov – oxidu uhoľnatého a vodíka. Táto zmes vstupuje do reaktora, do ktorého sa privádza aj železná ruda. Urobme si hneď rezerváciu – tvary a konštrukcie reaktorov sú veľmi rôznorodé. Niekedy je reaktor rotačná rúrová pec ako cementová pec, niekedy šachtová pec, niekedy uzavretá retorta. To vysvetľuje rôznorodosť názvov metód priamej redukcie: Midrex, Purofer, Ohalata-i-Lamina, SL-RN atď. Počet metód už presiahol dve desiatky. Ale ich podstata je zvyčajne rovnaká. Bohatá železná ruda sa redukuje zmesou oxidu uhoľnatého a vodíka.

Čo však robiť s výslednými produktmi? Nielenže sa dá vykovať dobrá sekera zo železnej huby, ale ani dobrý klinec. Bez ohľadu na to, aká bohatá je pôvodná ruda, stále nebude produkovať čisté železo. Podľa zákonov chemickej termodynamiky ani nebude možné obnoviť všetko železo obsiahnuté v rude; Časť z neho ešte zostane vo výrobku vo forme oxidov. A tu nám prichádza na pomoc osvedčený priateľ – elektrická pec. Hubovité železo sa ukazuje ako takmer ideálna surovina pre elektrometalurgiu. Obsahuje málo škodlivých nečistôt a dobre sa topí.

Takže opäť proces v dvoch krokoch! Ale toto je iný spôsob. Výhodou schémy priamej redukcie elektrickej pece je jej nízka cena. Zariadenia na priamu redukciu sú podstatne lacnejšie a spotrebujú menej energie ako vysoké pece. Tento typ technológie výroby ocele bez tryskania bol začlenený do projektu Elektrometalurgického závodu Oskol.

U nás pri Starom Oskole sa buduje veľký hutnícky závod, ktorý bude fungovať presne podľa tejto schémy. Jeho prvá etapa je už uvedená do prevádzky. Všimnite si, že priame pretavenie nie je jediným spôsobom použitia železnej huby v metalurgii železa. Môže sa použiť aj namiesto kovového šrotu v otvorených kozubových peciach, konvertoroch a elektrických peciach.

Spôsob pretavovania železnej huby v elektrických peciach sa rýchlo rozširuje v zahraničí, najmä v krajinách s veľkými zásobami ropy a zemného plynu, teda v krajinách Latinskej Ameriky a Blízkeho východu. Na základe týchto úvah (dostupnosť zemného plynu) však stále nie je dôvod domnievať sa, že nová metóda niekedy úplne nahradí tradičnú dvojstupňovú metódu vysokopecno-taviacej jednotky ocele.

Budúcnosť železa

Doba železná pokračuje. Približne 90 % všetkých kovov a zliatin používaných ľudstvom sú zliatiny na báze železa. Železa sa vo svete taví približne 50-krát viac ako hliník, nehovoriac o iných kovoch. Plasty? V našej dobe však najčastejšie hrajú nezávislú úlohu v rôznych štruktúrach a ak sa ich v súlade s tradíciou snažia zaviesť do kategórie „nenahraditeľných náhrad“, potom častejšie nahrádzajú neželezné kovy, nie železné. tie. Len niekoľko percent plastov, ktoré spotrebujeme, nahrádza oceľ.

Zliatiny na báze železa sú univerzálne, technologicky vyspelé, dostupné a lacné vo veľkom. Surovinová základňa tohto kovu tiež nie je dôvodom na obavy: už preskúmané zásoby železnej rudy by vystačili najmenej na dve storočia dopredu. Železo bude ešte dlho základom civilizácie.

Železo bolo známe už v praveku, no široké uplatnenie našlo až oveľa neskôr, keďže vo voľnom stave je v prírode mimoriadne vzácne a jeho výroba z rúd bola možná len na určitej úrovni technologického rozvoja. Pravdepodobne po prvýkrát sa človek zoznámil s meteoritom Iron, o čom svedčia jeho názvy v jazykoch starovekých národov: staroegyptské „beni-pet“ znamená „nebeské železo“; Starogrécke sideros sa spája s latinským sidus (rod sideris) – hviezda, nebeské teleso. V chetitských textoch zo 14. storočia pred Kr. e. Železo sa spomína ako kov, ktorý spadol z neba. V románskych jazykoch sa zachoval koreň mena, ktoré dali Rimania (napríklad francúzsky fer, taliansky ferro).

Spôsob získavania železa z rúd bol vynájdený v západnej Ázii v 2. tisícročí pred Kristom. e.; potom sa používanie železa rozšírilo do Babylonu, Egypta a Grécka; Dobu bronzovú vystriedala doba železná. Homér (v 23. speve Iliady) hovorí, že Achilles udelil víťazovi disk vyrobený zo železa v súťaži v hode diskom. V Európe a starovekej Rusi sa železo po mnoho storočí získavalo procesom výroby syra. Železná ruda sa redukovala dreveným uhlím v vyhni postavenej v jame; Do vyhne sa vháňal vzduch s mechom, redukčný produkt, kritsa, sa oddeľoval od trosky údermi kladiva a kovali sa z neho rôzne produkty. Keď sa metódy fúkania zlepšili a výška ohniska sa zvýšila, teplota procesu sa zvýšila a časť železa bola nauhličená, to znamená, že sa získala liatina; tento relatívne krehký výrobok bol považovaný za výrobný odpad. Odtiaľ pochádza názov liatiny „surové železo“, „surové železo“ - anglicky. surové železo. Neskôr sa zistilo, že pri nakladaní liatiny namiesto železnej rudy do vyhne sa tiež získala železná kôra s nízkym obsahom uhlíka a takýto dvojstupňový proces sa ukázal byť výnosnejší ako proces fúkania syra. V 12. – 13. storočí už bola rozšírená metóda kričania.

V 14. storočí sa liatina začala taviť nielen ako polotovar na ďalšie spracovanie, ale aj ako materiál na odlievanie rôznych výrobkov. Do rovnakej doby pochádza aj prestavba ohniska na šachtovú pec („domnitsa“) a následne na vysokú pec. V polovici 18. storočia sa v Európe začal používať téglikový proces na výrobu ocele, ktorý bol v ranom stredoveku známy v Sýrii, no neskôr sa naň zabudlo. Touto metódou sa oceľ vyrábala tavením kovovej vsádzky v malých nádobách (téglikoch) z vysoko žiaruvzdornej hmoty. V poslednej štvrtine 18. storočia sa začal rozvíjať pudlovací proces premeny liatiny na železo na ohnisku ohnivej dozvukovej pece. Priemyselná revolúcia 18. a začiatku 19. storočia, vynález parného stroja, výstavba železníc, veľkých mostov a parného loďstva vyvolali obrovskú potrebu železa a jeho zliatin. Všetky existujúce spôsoby výroby železa však nemohli uspokojiť potreby trhu. Hromadná výroba ocele sa začala až v polovici 19. storočia, keď boli vyvinuté procesy Bessemer, Thomas a otvorený níst. V 20. storočí sa objavil a rozšíril proces výroby elektrickej ocele, ktorý vyrábal vysokokvalitnú oceľ.

Distribúcia železa v prírode. Z hľadiska obsahu v litosfére (4,65 % hmotnosti) je železo na druhom mieste medzi kovmi (hliník na prvom mieste). Prudko migruje v zemskej kôre, pričom tvorí asi 300 minerálov (oxidy, sulfidy, kremičitany, uhličitany, titaničitany, fosforečnany atď.). Železo sa aktívne podieľa na magmatických, hydrotermálnych a supergénnych procesoch, ktoré sú spojené s tvorbou rôznych druhov ložísk železa. Železo je kov zemských hlbín, hromadí sa v raných štádiách kryštalizácie magmy, v ultrabázických (9,85 %) a bázických (8,56 %) horninách (v granitoch je to len 2,7 %). V biosfére sa železo hromadí v mnohých morských a kontinentálnych sedimentoch a vytvára sedimentárne rudy.

Dôležitú úlohu v geochémii železa zohrávajú redoxné reakcie - prechod 2-mocného železa na 3-mocné železo a naopak. V biosfére sa v prítomnosti organických látok Fe 3+ redukuje na Fe 2+ a ľahko migruje, a keď sa stretne so vzdušným kyslíkom, Fe 2+ sa oxiduje, pričom vznikajú nahromadenia hydroxidov železitého železa. Rozšírené zlúčeniny železného železa sú červené, žlté a hnedé. To určuje farbu mnohých sedimentárnych hornín a ich názov - „červená formácia“ (červené a hnedé hliny a íly, žlté piesky atď.).

Fyzikálne vlastnosti železa. Dôležitosť železa v modernej technológii je daná nielen jeho širokým rozšírením v prírode, ale aj kombináciou veľmi cenných vlastností. Je plastový, ľahko kovateľný za studena aj za tepla a možno ho valcovať, raziť a ťahať. Schopnosť rozpúšťať uhlík a ďalšie prvky slúži ako základ pre výrobu rôznych zliatin železa.

Železo môže existovať vo forme dvoch kryštálových mriežok: α- a γ- kubická centrovaná na telo (bcc) a kubická centrovaná tvárou (fcc). Pod 910 °C je a-Fe s bcc mriežkou stabilné (a = 2,86645 Á pri 20 °C). Medzi 910 °C a 1400 °C je modifikácia γ s mriežkou fcc stabilná (a = 3,64 Á). Nad 1400 °C sa opäť vytvorí bcc mriežka δ-Fe (a = 2,94 Á), stabilná až do teploty topenia (1539 °C). α-Fe je feromagnetické až do 769 °C (Curieov bod). γ-Fe a δ-Fe modifikácie sú paramagnetické.

Polymorfné premeny železa a ocele pri zahrievaní a ochladzovaní objavil v roku 1868 D.K. Chernov. Uhlík tvorí intersticiálne tuhé roztoky so železom, v ktorých sú atómy C s malým atómovým polomerom (0,77 Á) umiestnené v medzerách kryštálovej mriežky kovu pozostávajúcej z väčších atómov (atómový polomer Fe 1,26 Á). Pevný roztok uhlíka v γ-Fe sa nazýva austenit a v α-Fe - ferit. Nasýtený tuhý roztok uhlíka v y-Fe obsahuje 2,0 % hmotn. C pri 1130 °C; a-Fe sa rozpúšťa len pri 0,02-0,04 % C pri 723 °C a menej ako 0,01 % pri izbovej teplote. Preto pri kalení austenitu vzniká martenzit – presýtený tuhý roztok uhlíka v α-Fe, veľmi tvrdý a krehký. Kombinácia kalenia a popúšťania (zahrievanie na relatívne nízke teploty na zníženie vnútorných napätí) umožňuje oceli získať požadovanú kombináciu tvrdosti a ťažnosti.

Fyzikálne vlastnosti železa závisia od jeho čistoty. V priemyselných železných materiáloch je železo zvyčajne sprevádzané nečistotami uhlíka, dusíka, kyslíka, vodíka, síry a fosforu. Aj pri veľmi nízkych koncentráciách tieto nečistoty výrazne menia vlastnosti kovu. Síra teda spôsobuje takzvanú červenú lámavosť, fosfor (aj 10 -2 % P) - lámavosť za studena; uhlík a dusík znižujú ťažnosť a vodík zvyšuje krehkosť železa (tzv. vodíková krehkosť). Zníženie obsahu nečistôt na 10 -7 - 10 -9 % vedie k významným zmenám vlastností kovu, najmä k zvýšeniu ťažnosti.

Nasledujú fyzikálne vlastnosti železa, vzťahujúce sa predovšetkým na kov s celkovým obsahom nečistôt nižším ako 0,01 % hmotnosti:

Atómový polomer 1,26 Á

Iónové polomery Fe 2+ 0,80 Á, Fe 3+ 0,67 Á

Hustota (20 °C) 7,874 g/cm3

bod varu cca 3200°C

Teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti (20°C) 11,7·10 -6

Tepelná vodivosť (25°C) 74,04 W/(m K)

Tepelná kapacita železa závisí od jeho štruktúry a mení sa komplexným spôsobom s teplotou; priemerná merná tepelná kapacita (0-1000°C) 640,57 J/(kg K).

Elektrický odpor (20°C) 9,7 10 -8 ohm m

Teplotný koeficient elektrického odporu (0-100°C) 6,51·10 -3

Youngov modul 190-210 10 3 MN/m 2 (19-21 10 3 kgf/mm 2)

Teplotný koeficient Youngovho modulu 4·10 -6

Modul pružnosti v šmyku 84,0 10 3 MN/m 2

Krátkodobá pevnosť v ťahu 170-210 MN/m2

Predĺženie 45-55%

Tvrdosť podľa Brinella 350-450 Mn/m2

Medza klzu 100 Mn/m2

Rázová húževnatosť 300 MN/m2

Chemické vlastnosti železa. Konfigurácia vonkajšieho elektrónového obalu atómu je 3d 6 4 s 2. Železo vykazuje premenlivú mocnosť (najstabilnejšie sú zlúčeniny 2- a 3-mocného železa). S kyslíkom železo tvorí oxid (II) FeO, oxid (III) Fe203 a oxid (II,III) Fe304 (zlúčenina FeO s Fe203 so spinelovou štruktúrou). Vo vlhkom vzduchu pri bežných teplotách sa železo pokryje uvoľnenou hrdzou (Fe 2 O 3 nH 2 O). Hrdza vďaka svojej pórovitosti nebráni prístupu kyslíka a vlhkosti ku kovu a preto ho nechráni pred ďalšou oxidáciou. Ročne sa strácajú milióny ton železa v dôsledku rôznych druhov korózie. Keď sa železo zahreje na suchom vzduchu nad 200 °C, pokryje sa tenkým oxidovým filmom, ktorý pri normálnych teplotách chráni kov pred koróziou; to je základ technického spôsobu ochrany Iron - blueing. Pri zahrievaní vo vodnej pare železo oxiduje za vzniku Fe 3 O 4 (pod 570 °C) alebo FeO (nad 570 °C) a uvoľňuje vodík.

Hydroxid Fe(OH)2 vzniká vo forme bielej zrazeniny pri pôsobení žieravých alkálií alebo amoniaku na vodné roztoky Fe2+ solí v atmosfére vodíka alebo dusíka. Pri kontakte so vzduchom Fe(OH) 2 najskôr zozelenie, potom sčernie a nakoniec sa rýchlo zmení na červenohnedý hydroxid Fe(OH) 3. Oxid FeO vykazuje základné vlastnosti. Oxid Fe 2 O 3 je amfotérny a má slabú kyslú funkciu; pri reakcii so zásaditejšími oxidmi (napríklad s MgO vytvára ferity - zlúčeniny ako Fe 2 O 3 nMeO, ktoré majú feromagnetické vlastnosti a sú široko používané v rádioelektronike. Kyslé vlastnosti sú vyjadrené aj v šesťmocnom železe, ktoré existuje v forma železitanov, napríklad K 2 FeO 4, soli kyseliny železa neuvoľňujúce sa vo voľnom stave.

Železo ľahko reaguje s halogénmi a halogenovodíkmi za vzniku solí, ako sú chloridy FeCl2 a FeCl3. Pri zahrievaní železa so sírou vznikajú sulfidy FeS a FeS 2. Karbidy železa - Fe 3 C (cementit) a Fe 2 C (e-karbid) - sa po ochladení vyzrážajú z tuhých roztokov uhlíka v železe. Fe3C sa tiež uvoľňuje z roztokov uhlíka v tekutom železe pri vysokých koncentráciách C. Dusík, podobne ako uhlík, poskytuje intersticiálne tuhé roztoky so železom; Uvoľňujú sa z nich nitridy Fe 4 N a Fe 2 N. Železo s vodíkom vytvára len nestabilné hydridy, ktorých zloženie nie je presne stanovené. Pri zahrievaní železo prudko reaguje s kremíkom a fosforom, pričom vytvára silicidy (napríklad Fe3Si a fosfidy (napríklad Fe3P).

Zlúčeniny železa s mnohými prvkami (O, S a iné), tvoriace kryštalickú štruktúru, majú premenlivé zloženie (napr. obsah síry v monosulfide sa môže meniť od 50 do 53,3 at. %). Je to spôsobené poruchami v kryštálovej štruktúre. Napríklad v oxide železitom (II) sú niektoré ióny Fe2+ na miestach mriežky nahradené iónmi Fe3+; na udržanie elektrickej neutrality zostávajú niektoré miesta mriežky, ktoré patrili iónom Fe 2+, prázdne.

Normálny elektródový potenciál železa vo vodných roztokoch jeho solí pre reakciu Fe = Fe 2+ + 2e je -0,44 V a pre reakciu Fe = Fe 3+ + 3e je -0,036 V. V sérii aktivít je teda železo naľavo od vodíka. Ľahko sa rozpúšťa v zriedených kyselinách za uvoľňovania H 2 a tvorby iónov Fe 2+. Interakcia železa s kyselinou dusičnou je zvláštna. Koncentrovaná HNO 3 (hustota 1,45 g/cm 3) pasivuje železo vďaka vzhľadu ochranného oxidového filmu na jeho povrchu; zriedenejšia HNO 3 rozpúšťa železo za vzniku iónov Fe 2+ alebo Fe 3+, pričom sa redukuje na NH 3 alebo N 2 a N 2 O. Roztoky solí dvojmocného železa na vzduchu sú nestabilné - Fe 2+ postupne oxiduje na Fe 3+. Vodné roztoky solí železa majú v dôsledku hydrolýzy kyslú reakciu. Pridanie tiokyanátových iónov SCN- do roztokov solí Fe 3+ dáva jasne krvavočervenú farbu v dôsledku tvorby Fe(SCN) 3, čo umožňuje odhaliť prítomnosť 1 dielu Fe 3+ v približne 10 6 časti vody. Železo sa vyznačuje tvorbou komplexných zlúčenín.

Získanie železa.Čisté železo sa získava v relatívne malých množstvách elektrolýzou vodných roztokov jeho solí alebo redukciou jeho oxidov vodíkom. Postupne sa zvyšuje produkcia dostatočne čistého železa jeho priamou redukciou z rudných koncentrátov vodíkom, zemným plynom alebo uhlím pri relatívne nízkych teplotách.

Aplikácia železa.Železo je najdôležitejším kovom modernej technológie. Železo v čistej forme sa prakticky nepoužíva kvôli svojej nízkej pevnosti, hoci v každodennom živote sa výrobky z ocele alebo liatiny často nazývajú „železo“. Prevažná časť železa sa používa vo forme zliatin, ktoré sa veľmi líšia zložením a vlastnosťami. Zliatiny železa tvoria približne 95 % všetkých kovových výrobkov. Z rúd obohatených železom sa vo vysokých peciach tavia zliatiny bohaté na uhlík (nad 2 % hmotnosti) – liatiny. Z liatiny sa v otvorených a elektrických peciach a konvertoroch tavia ocele rôznych druhov (obsah uhlíka menej ako 2 % hm.) oxidáciou (vyhorením) prebytočného uhlíka, odstránením škodlivých nečistôt (hlavne S, P, O) a pridaním legujúcich prvkov. Vysokolegované ocele (s vysokým obsahom niklu, chrómu, volfrámu a iných prvkov) sa tavia v elektrických oblúkových a indukčných peciach. Na výrobu ocelí a zliatin železa pre mimoriadne kritické účely sa využívajú nové procesy - vákuum, elektrotroskové pretavovanie, plazmové a elektrónové tavenie a iné. Vyvíjajú sa metódy na tavenie ocele v nepretržite pracujúcich jednotkách, ktoré zabezpečujú vysokú kvalitu kovu a automatizáciu procesu.

Na báze železa vznikajú materiály, ktoré odolávajú vysokým a nízkym teplotám, vákuu a vysokým tlakom, agresívnemu prostrediu, vysokým striedavým napätiam, jadrovému žiareniu atď. Výroba železa a jeho zliatin neustále rastie.

Železo ako umelecký materiál sa od staroveku používalo v Egypte, Mezopotámii a Indii. Od stredoveku sa v európskych krajinách (Anglicko, Francúzsko, Taliansko, Rusko a iné) zachovalo množstvo vysoko umeleckých výrobkov zo železa - kované ploty, dverové pánty, nástenné konzoly, korouhvičky, kovania na truhlice, svietidlá. Kované výrobky z prútov a výrobky z dierovaných železných plechov (často so sľudovým obložením) sa vyznačujú plochými tvarmi, jasnou lineárnou grafikou a sú efektívne viditeľné na svetlovzdušnom pozadí. V 20. storočí sa zo železa vyrábali mreže, ploty, prelamované vnútorné priečky, svietniky a pomníky.

Železo v tele.Železo je prítomné v telách všetkých živočíchov a v rastlinách (v priemere asi 0,02 %); je potrebný hlavne pre metabolizmus kyslíka a oxidačné procesy. Existujú organizmy (tzv. koncentrátory) schopné ho akumulovať vo veľkom množstve (napríklad železité baktérie – až 17-20 % železa). Takmer všetko železo v živočíchoch a rastlinách je viazané na bielkoviny. Nedostatok železa spôsobuje u rastlín spomalenie rastu a chlorózu spojenú so zníženou tvorbou chlorofylu. Nadbytok železa má tiež škodlivý vplyv na vývoj rastlín, spôsobuje napríklad sterilitu kvetov ryže a chlorózu. V alkalických pôdach sa tvoria zlúčeniny železa, ktoré sú neprístupné pre absorpciu koreňmi rastlín a rastliny ho nedostávajú v dostatočnom množstve; v kyslých pôdach sa železo v nadmernom množstve mení na rozpustné zlúčeniny. Keď je v pôde nedostatok alebo nadbytok asimilovateľných zlúčenín železa, na veľkých plochách možno pozorovať choroby rastlín.

Železo sa do tela zvierat a ľudí dostáva potravou (najbohatšími zdrojmi sú pečeň, mäso, vajcia, strukoviny, chlieb, obilniny, špenát, repa). Bežne človek prijíma v strave 60-110 mg železa, čo výrazne prevyšuje jeho dennú potrebu. K absorpcii železa prijatého z potravy dochádza v hornej časti tenkého čreva, odkiaľ sa dostáva vo forme viazanej na bielkoviny do krvi a spolu s krvou sa dostáva do rôznych orgánov a tkanív, kde sa ukladá vo forme železitej proteínový komplex - feritín. Hlavným depotom železa v tele je pečeň a slezina. Vďaka feritínu dochádza k syntéze všetkých zlúčenín tela obsahujúcich železo: respiračný pigment hemoglobín sa syntetizuje v kostnej dreni, myoglobín sa syntetizuje vo svaloch, cytochrómy a ďalšie enzýmy obsahujúce železo sa syntetizujú v rôznych tkanivách. Železo sa z tela uvoľňuje najmä stenou hrubého čreva (u človeka asi 6-10 mg denne) a v malej miere obličkami. Potreba železa v tele sa mení s vekom a fyzickou kondíciou. Na 1 kg hmotnosti deti potrebujú - 0,6, dospelí - 0,1 a tehotné ženy - 0,3 mg železa denne. U zvierat je potreba železa približne (na 1 kg sušiny potravy): pre dojnice - najmenej 50 mg, pre mladé zvieratá - 30-50 mg; pre prasiatka - do 200 mg, pre gravidné ošípané - 60 mg.