Железо физические свойства: общая характеристика, строение, физические свойства и получение — урок. Химия, 8–9 класс.

Содержание

Железо. Описание, свойства, происхождение и применение металла

Чистое железо (99,97%), очищенное методом электролиза

Железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).

СТРУКТУРА

Две модификации кристаллической решетки железа

Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация — γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а₀ = 3,63), а низкотемпературная — α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a₀ = 2,86).
В зависимости от температуры нагрева железо может находиться в трех модификациях, характеризующихся различным строением кристаллической решетки:

В интервале температур от самых низких до 910°С —а-феррит (альфа-феррит), имеющий строение кристаллической решетки в виде центрированного куба;
В интервале температур от 910 до 1390°С — аустенит, кристаллическая решетка которого имеет строение гранецентрированного куба;
В интервале температур от 1390 до 1535°С (температура плавления) — д-феррит (дельта-феррит). Кристаллическая решетка д-феррита такая же, как и а-феррита. Различие между ними только в иных (для д-феррита больших) расстояниях между атомами.

При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла.

В результате получается зернистое строение металла. Каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением его осей.
При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна

СВОЙСТВА

Железная руда

В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод.

Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже. Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все. Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность. Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, — единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля. А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %.

Железо

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах.
Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe

2O₄, Fe₃O₄; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH₂O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe₃(PO₄)₂·8H₂O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.

Содержание железа в морской воде — 1·10⁻⁵-1·10⁻⁸ %
В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe₂O₃) и магнетита (FeO·Fe₂O₃).
Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.
Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.
Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, которые содержат водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор, которые являются обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах. Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Самородное железо

Происхождение теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовыхлавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe

1-xS) и когенит (Fe₃C), что объясняют как восстановление углеродом (в том числе и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)_n. В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд. Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.
Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов — железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.

ПРИМЕНЕНИЕ

Кольцо из железа

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.

Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.
Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.
Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.

Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.

Железо (англ. Iron) — Fe

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

КЛАССИФИКАЦИЯ

Hey’s CIM Ref1.57

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

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

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

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

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

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

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

Интересные статьи:

mineralpro.ru 13.07.2016
Железо. Химия железа и его соединений

Положение железа в периодической системе химических элементов
Электронное строение железа
Физические свойства
Нахождение в природе
Способы получения
Качественные реакции
Химические свойства
1. Взаимодействие с простыми веществами
1.1. Взаимодействие с галогенами
1.2. Взаимодействие с серой
1.3. Взаимодействие с фосфором
1.4. Взаимодействие с азотом
1.5. Взаимодействие с углеродом
1.6. Горение
2. Взаимодействие со сложными веществами
2.1. Взаимодействие с водой
2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
2.3. Взаимодействие с серной кислотой
2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
2.5. Взаимодействие с сильными окислителями
2.6. Взаимодействие с оксидами и солями
Оксид железа (II)
Способы получения
Химические свойства
1. Взаимодействие с кислотными оксидами
2. Взаимодействие с кислотами
3. Взаимодействие с водой
4. Взаимодействие с окислителями
5. Взаимодействие с кислотами
6. Взаимодействие с восстановителями
Оксид железа (III)
Способы получения
Химические свойства
1. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами
2. Взаимодействие с щелочами и основными оксидами
3. Взаимодействие с водой
4. Взаимодействие с окислителями
5. Окислительные свойства оксида железа (III)
6. Взаимодействие с солями более летучих кислот
Оксид железа (II, III)
Способы получения
Химические свойства
1. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами
2. Взаимодействие с сильными кислотами-окислителями
3. Взаимодействие с водой
4. Взаимодействие с окислителями
5. Окислительные свойства оксида железа (II, III)
Гидроксид железа (II)
Способы получения
Химические свойства
1. Взаимодействие с кислотами
2. Взаимодействие с кислотными оксидами
3. Восстановительные свойства
4. Разложение при нагревании
Гидроксид железа (III)
Способы получения
Химические свойства
1. Взаимодействие с кислотами
2. Взаимодействие с кислотными оксидами
3. Взаимодействие с щелочами
4. Разложение при нагревании
Соли железа

Железо
Положение в периодической системе химических элементов
Элемент железо расположен в побочной подгруппе VIII группы (или в 8 группе в современной форме ПСХЭ) и в четвертом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение атома железа
Электронная конфигурация железа в основном состоянии:
+26Fe 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶
Железо проявляет ярко выраженные магнитные свойства.
Физические свойства
Железо – металл серебристо-белого цвета, с высокой химической активностью и высокой ковкостью. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.
(изображение с портала vchemraznica.ru)
Температура плавления 1538^оС, температура кипения 2861^оС.
Нахождение в природе
Железо довольно распространено в земной коре (порядка 4% массы земной коры). По распространенности на Земле железо занимает 4-ое место среди всех элементов и 2-ое место среди металлов. Содержание в земной коре — около 8%.
В природе железо в основном встречается в виде соединений:
Красный железняк Fe₂O₃ (гематит).
(изображение с портала karatto.ru)
Магнитный железняк Fe₃O₄ или FeO·Fe₂O₃ (магнетит).
(изображение с портала emchi-med.ru)
В природе также широко распространены сульфиды железа, например, пирит FeS₂.
(изображение с портала livemaster.ru)
Встречаются и другие минералы, содержащие железо.
Способы получения
Железо в промышленности получают из железной руды, гематита Fe₂O₃ или магнетита (Fe₃O₄или FeO·Fe₂O₃).
1. Один из основных способов производства железа – доменный процесс. Доменный процесс основан на восстановлении железа из оксида углеродом в доменной печи.
В печь загружают руду, кокс и флюсы.
Шихта – смесь исходных материалов, а в некоторых случаях и топлива в определённой пропорции, которую обрабатывают в печи.
Каменноугольный кокс – это твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путем коксования каменного угля при температурах 950—1100 °С без доступа воздуха. Содержит 96—98 % углерода.
Флюсы – это неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавке металлов, чтобы снизить температуру плавления и легче отделить металл от пустой породы.
Шлак – расплав (а после затвердевания – стекловидная масса), покрывающий поверхность жидкого металла. Шлак состоит из всплывших продуктов пустой породы с флюсами и предохраняет металл от вредного воздействия газовой среды печи, удаляет примеси.
В печи кокс окисляется до оксида углерода (II):
2C + O₂ → 2CO
Затем нагретый угарный газ восстанавливает оксид железа (III):
3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ + 2Fe
Процесс получения железа – многоэтапный и зависит от температуры.
Наверху, где температура обычно находится в диапазоне между 200 °C и 700 °C, протекает следующая реакция:
3Fe₂O₃+ CO → 2Fe₃O₄+ CO₂
Ниже в печи, при температурах приблизительно 850 °C, протекает восстановление смешанного оксида железа (II, III) до оксида железа (II):
Fe₃O₄+ CO → 3FeO + CO₂
Встречные потоки газов разогревают шихту, и происходит разложение известняка:
CaCO₃→ CaO + CO₂
Оксид железа (II) опускается в область с более высоких температур (до 1200^oC), где протекает следующая реакция:
FeO + CO → Fe + CO₂
Углекислый газ поднимается вверх и реагирует с коксом, образуя угарный газ:
CO₂+ C → 2CO
(изображение с портала 900igr.net)
2. Также железо получают прямым восстановлением из оксида водородом:
Fe₂O₃+ 3H₂ → 2Fe+ 3H₂O
При этом получается более чистое железо, т.к. получаемое железо не загрязнено серой и фосфором, которые являются примесями в каменном угле.
3. Еще один способ получения железа в промышленности – электролиз растворов солей железа.
Качественные реакции

Качественные реакции на ионы железа +2.
– взаимодействие солей железа (II) с щелочами. При этом образуется серо-зеленый студенистый осадок гидроксида железа (II).
Например, хлорид железа (II) реагирует с гидроксидом натрия:

2NaOH + FeCl₂ → Fe(OH)₂ + 2NaCl

Видеоопыт взаимодействия раствора сульфата железа (II) с раствором гидроксида натрия (качественная реакция на ионы железа (II)) можно посмотреть здесь.
Гидроксид железа (II) на воздухе буреет, так как окисляется до гидроксида железа (III):
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃
– ионы железа +2 окрашивают раствор в светлый желто-зеленый цвет.

– взаимодействие с красной кровяной солью K₃[Fe(CN)₆] – также качественная реакция на ионы железа +2. При этом образуется синий осадок «турнбулева синь».

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида железа (II) с раствором гексацианоферрата (III) калия (качественная реакция на ионы железа (II)) можно посмотреть здесь.

Качественные реакции на ионы железа +3

– взаимодействие солей железа (III) с щелочами. При этом образуется бурый осадок гидроксида железа (III).

Например, хлорид железа (III) реагирует с гидроксидом натрия:

3NaOH + FeCl₃ → Fe(OH)₃ + 3NaCl

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида железа (III) с раствором гидроксида натрия (качественная реакция на ионы железа (III)) можно посмотреть здесь.
– ионы железа +3 окрашивают раствор в светлый желто-оранжевый цвет.

– взаимодействие с желтой кровяной солью K₄[Fe(CN)₆] ионы железа +3. При этом образуется синий осадок «берлинская лазурь».

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида железа (III) с раствором гексацианоферрата (II) калия (качественная реакция на ионы железа (III)) можно посмотреть здесь.
В последнее время получены данные, которые свидетельствуют, что молекулы берлинской лазури идентичны по строению молекулам турнбулевой сини. Состав молекул обоих этих веществ можно выразить формулой Fe₄[Fe₂(CN)₆]₃.
– пр
Урок » Железо и его свойства» – Документ 2 – УчМет
Ребята! Послушайте отрывок из «Поэмы о периодическом законе», В. Половняк.
Громоподобные раскаты
И в небе раскаленный след:
На землю новый камень падал
И ужасался человек
Но редким был подарок неба
Им лишь счастливец обладал:
Топор был выкован железный,
Сверкает лезвием кинжал.
Вот длинный ряд тысячелетний
Приходит в поисках, в борьбе,
И наступает век железный
Кровавый беспокойный век.
Проблемный вопрос: На каком древнем языке железо именуют «небесным камнем»? Откуда же древние люди брали железо в то время, когда еще не умели добывать его из руды?
Сообщения учеников
Презентация работы учащихся группы — Историки.
1.«Историческая справка о железе» .
Железо в переводе с шумерского языка – это металл, “капнувший с неба, небесный”. Первое железо, с которым столкнулось человечество, было железом из метеоритов. Впервые доказал, что “железные камни падают с неба”, в 1775 г. русский ученый П.С. Палас, который привез в Петербург глыбу самородного железного метеорита весом 600 кг. Самым крупным железным метеоритом является найденный в 1920 г. в Юго-Западной Африке метеорит “Гоба” весом около 60 т. При падении Тунгусского метеорита по всей Центральной Сибири был виден ослепительно-яркий свет. Установлено, что в земную атмосферу со скоростью 70 км/с влетело метеоритное тело массой 1000000 т. Удары огромной силы, подобные взрывам, были слышны, в тысяче километров от места падения! Куски «небесного тела», которые называют «метеоритами», бывают похожи на камни черно-бурого цвета. В свободном состоянии железо встречается только в метеоритах. Ежесуточно на Землю выпадают до 10 т метеоритного вещества.
Ученые предполагают, что именно страны Малой Азии, где проживали племена хеттов, были местом возникновения черной металлургии. В Европу железо пришло из Малой Азии уже в I тыс. до н.э.; так в Европе начался железный век. Вспомним гробницу Тутанхамона: золото, золото. Великолепная работа восхищает, блеск слепит глаза. Но вот что пишет К.Керрам в книге “Боги, гробницы, ученые” о маленьком железном амулете Тутанхамона: “Амулет относится к числу наиболее ранних изделий Египта, и …в гробнице, наполненной чуть ли не до отказа золотом, именно эта скромная находка имела наибольшую с точки зрения истории культуры ценность”. Всего несколько железных изделий было найдено в гробнице фараона, среди них железный амулет бога Гора, небольшой кинжальчик с железным клинком и золотой рукояткой, маленькая железная скамеечка “Урс”.
Знаменитую булатную сталь (или булат) делали на Востоке еще во времена Аристотеля (IV в. до н.э.). Но технология ее изготовления держалась в секрете много веков.
Поскольку булат – это сталь с очень большой твердостью и упругостью, изготовленные из нее изделия обладают способностью не тупиться, будучи остро заточенными. Раскрыл секрет булата русский металлург П.П. Аносов. Он очень медленно охлаждал раскаленную сталь в специальном растворе технического масла, подогретого до определенной температуры; в процессе охлаждения сталь ковалась.
2.«Положение железа в периодической системе химических элементов и строение его атома». Презентация работы учащихся группы — Эксперты
(Выясняем положение железа в ПСХЭМ, учащиеся записывают схему строения атома железа, проверяют правильность записи по слайду. Формулируем вывод о свойствах железа на основе строения атома.)
Что можно дополнительно сказать о железе на основании положения его в периодической системе химических элементов?
(Ученики сообщают: место положение Fe — 8 группа, побочная подгруппа, 4 большой период, d-элемент. Химическое знак – Fe. Порядковый номер – 26. Относительная атомная масса (Ar) – 56 Число протонов Z =26 число нейтронов N = 30. Cтепень окисления +2, +3).
УЧИТЕЛЬ.
А теперь я прошу вас написать строение атома, электронную и графическую формулы железа? ( к доске приглашается ученик).
Ученики составляют следующую запись:
Схема строения атома: Fe +26 )2 )8 )14 )2.
2 2 6 2 6 2 6
Электронная формула атома 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d.
Вывод : железо – d-элемент, и наиболее устойчивые его соединения со степенью окисления ⁺³, т. к. данный ион Fe³⁺ имеет наиболее устойчивый d-подуровень (5e–), а соединения Fe⁺² устойчивы в кислой среде
3. Нахождение в природе. Презентация работы учащихся группы — Геологи
Учитель — Встречается ли железо в природе в чистом виде? Если нет, то в виде чего встречается?
Железо – один из самых распространенных элементов в природе. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию. Много железа находится и в небесных телах, что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила автоматическая станция “Луна”, обнаружено железо в неокисленном состоянии.
Железные руды довольно широко распространены на Земле. Названия гор на Урале говорят сами за себя: Высокая, Магнитная, Железная. Агрохимики в почвах находят соединения железа.
Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70% и более. Основными железными рудами являются: магнетит – Fe3O4 содержит 72% железа, месторождения встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии; гематит – Fe2O3 содержит до 65% железа, такие месторождения встречаются в Криворожском районе; лимонит – Fe2O3*nh3O содержит до 60% железа, месторождения встречаются в Крыму; пирит – FeS2 содержит примерно 47% железа, месторождения встречаются на Урале. (Работа с картой). В Оренбургской области разведано 8 месторождений железных руд .
Семь месторождений железных руд составляют Орско-Халиловскую группу, расположенную в Кувандыкском и Гайском районах области. Самые крупные — Аккермановское и Новокиевское.
Руды Орско-Халиловской группы железорудных месторождений относятся к типу природнолегированных, поскольку кроме железа содержат хром и никель. Запасы руды невелики — 194,6 млн т.
Природнолегированные руды Халиловского железорудного бассейна состоят в основном из лимонита или бурого железняка. Цвет лимонита от темно-бурого до охристо-желтого. Халиловские руды представляют собой смесь продуктов древнего выветривания и озерных отложений. Источником железа для образования этих месторождений служили массивы магматических пород.
Задание ученикам: Покажите на карте, где находятся железные руды у нас в стране? (На Урале. Магнитогорск – магнетит, Уральские горы, горы Южной Сибири, западной и восточной Сибири, на Дальнем востоке, Европейский север, Центральное Черноземье, Халиловское месторождение.)
Уникальное месторождение железных руд (магнетита) – это Курская магнитная аномалия.
Задание ученикам: (у доски 1 ученик)
Вычислить массовую долю железа в природных соединениях, определив какое из соединений содержит больше железа.
Магнитный железняк – Fе3О4
Гематит – Fе2О3
Пирит – FеS2
Сидерин – FеСОз
Лимонит – Fе2О3 • n Н2О
Вывод: железо в природе находится в виде соединений: руд и минералов, а самородное железо встречается очень редко. Наша страна занимает 1 место по запасам железных руд.
4. Физические свойства железа.
– Какие физические свойства железа вы знаете?
Презентации работы учащихся группы — Физики
Эвристическая беседа, просмотр видеофрагмента, формулирование выводов, проверка выводов по слайду.
Железо – это серебристо-белый металл с температурой плавления 1539С.
Один из наиболее распространенных элементов в природе, по содержанию в земной коре (4,65% по массе) уступает лишь кислороду, кремнию и алюминию. Оно входит в состав многих оксидных руд – гематита, или красного железняка Fe2O3, магнетита Fe3O4, пирита FeS2 и др.
Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.
Различают химически чистое и технически чистое железо.
Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02 -0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше.
Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл.
Химически чистое железо устойчиво к коррозии (вспомним, что такое коррозия?) и хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные доли примесей лишают его этих драгоценных свойств.
Вывод : Чистое железо – мягкий металл, ножом, сделанным из него не обстругаешь деревянную палочку. Железо, с которым имеет дело техника – это, как правило, не химически чистый металл. Оно содержит примеси и поэтому отличается по свойствам от чистого железа. Главная примесь – это углерод.
5. Химические свойства железа. Презентация работы учащихся группы – Химики, сайт http://www.fcior.edu.ru ( лабораторная работа Химические свойства железа)
Степень окисления железа зависит от окислительной способности
реагирующих с ним веществ.
Железо, отдавая два внешних электрона, проявляет степень окисления +2;
отдавая три электрона (два внешних и один сверхактивный с предпоследнего энергетического уровня), проявляет степень окисления +3.
+2 +3
Итак, химические свойства железа:
Исходя из знаний о химических свойствах металлов, как вы думаете, какими химическими свойствами будет обладать железо как простое вещество?
Взаимодействие с: неметаллами, кислотами, солями, водой.
А теперь давайте проведём лабораторную работу в виртуальном виде.
Сайт http://www.fcior.edu.ru ( лабораторная работа Химические свойства железа)
Учащиеся записывают уравнения реакций в тетради.
1.С кислородом во влажном воздухе образуется Fe2O3 • nh3O
С кислородом проявляет степень окисления равную +2,+3
3Fe +2O2=Fe2O3 • FeO
2.C разбавленными HСl и h3SO4 проявляет степень окисления равную +2
Fe +2 HCl = FeCl2 + h3
0 + 2+ 0
Fe + 2H = Fe + h3
3.Железо, реагируя с хлором, проявляет степень окисления равную +3
C хлором
2Fe +3Cl2=2FeCl3
4.C серой проявляет степень окисления равную +2
Fe +S= FeS
5. Железо вытесняет из растворов солей металлы, находящиеся в электрохимическом ряду напряжений правее железа:
С солями проявляет степень окисления равную +2
Fe +CuCl2 = FeCl2 + Cu
0 2+ 2+ 0
Fe + Cu = Fe +Cu
С водой
3Fe +4h3O = Fe3O4 + 4h3
С HNO3 (конц.) и h3SO4 (конц.) не реагирует
при обычной температуре, но при нагревании реакция идёт с образованием сульфата железа, оксида серы ( или оксида азота) и воды
0
t
Fe + h3SO4 (k) = Fe2(SO4)3 + SO2 + h3O
0
t
Fe + 6 HNO3(k) = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3h3O
0 3+
Fe — 3e = Fe
5+ 4+
N + 1e = N
6.Биологическая роль железа.
Презентации работ учащихся (Приложение 6).
Беседа по вопросам:
– Какова роль железа в жизни человека и растений?
Проверка творческого домашнего задания.
Железо — это биогенный элемент.
Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в состав чрезвычайно сложно построенного органического соединения, называемого гемоглобином, железо обусловливает красную окраску этого вещества, от которого в свою очередь, зависит цвет крови человека и животных. Гемоглобин состоит из двух частей: крупной белковой молекулы — глобина и встроенной в нее небелковой структуры — гема, в сердцевине которого и находится ион железа. Это железо легко вступает в связь с кислородом и именно соединение кислорода с железом окрашивает кровь в красный цвет.Кислород — это окислитель. Но союз кислорода и железа в гемоглобине — невероятное исключение. Здесь никакого окисления не происходит. Ион железа как бы «берет за руку» молекулу кислорода и «ведет» ее к месту свершения действительного окисления и там ее «отпускает». За это свойство английский физиолог, один из основателей науки о дыхании Дж. Баркрофт, назвал гемоглобин «самым удивительным веществом в мире». Кроме того, гемоглобин выполняет и другую очень важную функцию — выведение с места окисления углекислого газа. И если кислород вводится в клетку гемом, то углекислоту оттуда «выносит» глобин.
Таким образом, красные кровяные тельца, «набитые» миллионами молекул гемоглобина, выступают в роли автобусов, которые никогда не делают холостых пробегов: в одну сторону (от легких к клеткам) они «везут» кислород, а в другую (от клеток к легким) — «вывозят» углекислоту. Вот так все рационально устроено в природе! Но не весь кислород, доставленный гемоглобином, сразу же идет в дело. Часть его остается в мышцах про запас. И вот для чего. В экстремальной ситуации, при повышенной физической нагрузке, когда мышцы начинают усиленно работать, им может не хватить доставленного кислорода, тогда они обратятся к своим запасникам. Роль таких запасников в мышцах играет другой гемосодержащий белок — миоглобин — «младший брат» гемоглобина. Впервые железо в крови человека было обнаружено в XIX в. Это открытие стало настоящей сенсацией.
Давайте посмотрим содержание железа в разных продуктах и найдем тройку лидеров.
( таблица на слайде)
В пищевых продуктах содержится трехвалентное железо, а клетки кишечника пропускают только двухвалентное. Минуя пищевод и попав в кишечник, восстанавливается в . Усваивается 2–20% железа, причем из продуктов растительного происхождения – 2–8%. Если человек плохо пережевывает пищу, не восстанавливается и остается недоступным. На усвоение влияет и состав пищи. в присутствии витамина С и фруктозы легко растворяется и усваивается. Но есть враги железа – это чай, кофе, яичные желтки. В их присутствии железо образует труднорастворимые соединения. В организме взрослого человека содержится 4-5 г чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина крови. Основная роль гемоглобина – перенос кислорода из легких к тканям, а в обратном направлении – CO2. При недостатке железа у животных и человека развивается анемия (малокровие).
Железо играет важную роль и в жизни растений. Без участия железа не образуется хлорофилл, зеленый пигмент растительных клеток. При недостатке железа растения не образуют хлорофилла (что разрушает процесс фотосинтеза), теряют возможность ассимилировать углекислый газ и выделять кислород. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья. Маленькая добавка железа к субстрату – и они приобретают зеленый цвет. Больше того, стоит белый лист смазать раствором соли, содержащей железо, и вскоре смазанное место зеленеет.У меня на столе лежат яблоки, буреющие срезы являются доказательством наличия железа, а содержание витамина С и фруктозы обеспечивает его активное всасывание. Можно сказать в заключении «весело зеленеют листья растений и краснеют щечки благодаря железу».
– Какова роль железа и его сплавов в быту и промышленности?
Примерно 90% используемых человечеством металлов – это сплавы на основе железа. Железа выплавляется в мире очень много, примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о прочих металлах. Сплавы на основе железа универсальны, технологичны, доступны, дешевы. Железу еще долго быть фундаментом цивилизации.
Металлические нанопорошки
ОБРАЗЕЦ СЕРТИФИКАТА
Разработан компанией ООО «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ», Россия.
Соответствует ТУ 1791-003-36280340-2008
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОДУКТА
ЭТИКЕТКА ИДЕНТИФИКАЦИИ: торговое наименование: НАНОПОРОШОК ЖЕЛЕЗА СМОЧЕННЫЙ ГЕКСАНОМ; химическое наименование: суспензия порошка железа в гексане; химическая формула: нанопорошок — Fe, гексан — С6Н14, легковоспламеняющаяся жидкость. Нанопорошок получен методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона, смочен гексаном и упакован в стеклянные бутыли в инертной атмосфере.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
Материал на 20 — 30 % маcc. состоит из гексана, остальное — порошок железа. Порошок содержит металлическое железо (не менее 99,8% масс.) и сорбированные газы — Ch5, CO2, Ar, N2. При удалении гексана и контакте с воздухом содержание активного металла падает до 90 — 92 %.
ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Внешний вид и цвет: пастообразная масса от темно-серого до черного цвета. Средний размер частиц в порошке 50-110 нм. Частицы имеют сферическую форму и образуют микроагломераты. Насыпная плотность сухого порошка около 3,7 г/см³. Площадь удельной поверхности измеренная БЭТ — 7,7 м2/г. Температура самовоспламенения паров суспензии на воздухе 338 ºС. Температура кипения 69 ºС. Температура вспышки около -22 ºС. Гексан не растворяется в воде. При удалении гексана (например, вакуумированием) порошок железа может самовоспламеняться на воздухе. Рентгенофазовый анализ показывает, что материал полностью состоит из кристаллического железа. После удаления гексана и контакта с воздухом порошок железа воспламеняется низкокалорийным источником тепла (спиртовка) в течение 0,5 с. Линейная скорость фронта горения 2 мм/с, протяженность фронта горения 18,0 — 18,5 мм.
Порошок может найти применение в создании лекарственных препаратов, растениеводстве, переработке промышленных отходов, изготовлении сухих смазок.
ОПАСНОСТЬ
Виды опасного воздействия определяются свойствами органического растворителя — гексана. Легковоспламеняющаяся жидкость (Сlass 1B и 1C) при горении образует открытое пламя. Согласно ANSI/NFPA 325 идентификационный номер пожароопасности — 3. По ГОСТ 19433-88 класс опасности 3, подкласс 3.2. Критерий степени опасности 2 — средний.
При вдыхании в значительных количествах пары могут оказать на организм вредное воздействии. Предельно допустимая концентрация (ПДК) паров в воздухе 300 мг/м³. По ГОСТ 12.1.007-76 порошок относится к 4 классу опасности — вещества малоопасные. При удалении органического компонента — гексана порошок железа может самовоспламеняться при контакте с воздухом.
УГРОЗА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ
Относится к материалам, которые при попадании в атмосферу в больших концентрациях могут вызвать раздражение органов дыхания. При попадании в пищевод в больших количествах может вызвать отравление. Мало опасен для здоровья.
МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ В РАБОТЕ
Применять средства защиты как в работе с легковоспламеняющимися веществами. Не допускать нагревания свыше 69 ºС и испарения гексана. При возгорании могут быть использованы обычные средства борьбы с огнем.
ПромМетиз +7 (812) 385-76-07 Железо
Общие сведения.
Железо представляет собой металл, который имеет номер 26 в химической таблице элементов Менделеева. Он имеет серебристо белый цвет, а также весьма выраженный металлический блеск. В химических формулах присутствует обозначение двумя латинскими буквами: Fe. В природе железо встречается в виде четырёх нуклидов, которые имеют атомные массовые числа 54, 56, 57 и 58.
Нахождение в природе, добыча и очищение.
Железо считается вторым металлом, по общей массе в земной коре и уступает в данной категории только алюминию. Если рассматривать процентное содержание, то оно составит около 4,65 процента. На данный момент, известно более трёх сотен минералов, в которых железо присутствует в количестве от малых долей, до 70 и более процентов. Все руды по данному признаку разделяются на три крупные категории: богатые, средние и рядовые. Второй и третий тип, перед выплавкой, должны пройти процесс обогащения. Он подразумевает ряд химических или других способов, с помощью которых обеспечивается содержание железа в растворе не менее 60 процентов.
Месторождения железа, в том или ином виде, представлены на всей территории планеты и их можно найти в любом уголке мира. Сам процесс производства железа и некоторых других сплавов, относящихся к данной категории, подразумевает использование доменных печей. Отличительной особенностью является тот факт, что итоговая стоимость железа, чугуна или стали находится на весьма доступном уровне. Это достигается за счёт выплавки значительных объёмов.
Физические и химические свойства.
Физические свойства железа находятся в прямой зависимости от его чистоты. Как показывает практика, наличие в составе примесей снижает характеристики и делает металл более хрупким. Даже минимальная концентрация способна кардинально изменить свойства, что требуется учитывать. Именно по этой причине, следует рассматривать физически и химические свойства чистого металла. Железо обладает переменной валентностью, которая способна варьироваться в относительно широком диапазоне значений. Плотность имеет значение 7874 килограмма на один кубометр вещества.
Температура плавления железа составляет 1539 градусов, а его кипение происходит при 3200. В чистом виде данный металл отличается своей пластичностью и ковкостью. Присутствует относительно высокий коэффициент линейного расширения данного элемента.
Химические свойства следует начать рассматривать с окислительных реакций. Они получили особое название – ржавление. Как показывает мировая практика, каждый год теряются тысячи тонн данного металла по причине этого фактора, что требует надёжной защиты. Железо довольно активно реагирует с большим количеством химических составов: щелочами, кислотами, а также некоторыми другими. Общее количество взаимодействий даже при комнатной температуре составляет достаточно объемный по своим размерам список.
История открытия и использования человеком.
Железо было известно человеку с древнейших времён и использовалось в значительных количествах. Именно нахождение способов его обработки ознаменовало возможность перехода в новую эпоху. Таким образом, железо можно считать самым важным материалом в истории человечества.
Ещё больший толчок дало получение других сплавов на основе железа. Например, сталь оказала невероятное влияние и без неё невозможно представить тот мир, который есть сейчас.
Применение в наши дни.
В наши дни железо используется практически во всех областях. Без всяких сомнений, оно стало наиболее используемым и популярным металлом. Его универсальность определяется высокой прочностью, невысокой стоимостью, относительно аналогов, а также большим количеством других преимуществ.
Стоит отдельно отметить тот факт, что чистое железо используется относительно редко. Как правило, применяются сплавы на его основе. Они позволяют увеличить характеристики металла при минимальном повышении стоимости и трудоёмкости выплавки. Если рассматривать чистое железо, то оно необходимо для сердечников электромагнитов, а также химических катализаторов для протекания реакций определённого типа.
Влияние железа на структуру, упрочнение и физические свойства сплавов системы Al – Zn – Mg – Ca
ArticleName Влияние железа на структуру, упрочнение и физические свойства сплавов системы Al – Zn – Mg – Ca Abstract
Проведено расчетно-экспериментальное исследование влияния содержания железа (1, 0,5 и 0,25 %) на группу сплавов системы Al – Zn – Mg – Ca с постоянным содержанием магния (3 %), цинка (6 и 12 %), кальция (1 и 2 %) и без него. Показано, что все сплавы с содержанием 1 % Fe независимо от количества кальция начинают кристаллизацию с формированием фазы Al₃Fe грубой морфологии. При этом в сплавах с содержанием 2 % Ca и 0,5–0,25 % Fe происходит формирование тройной фазы Al₁₀CaFe₂ по реакции L→(Al) + Al₁₀СaFe₂ + (Al, Zn)₄Cа при температуре 596 ^оC. Эта фаза имеет скелетообразную морфологию, схожую с видом фазы Al₁₅(Fe, Mn)₃Si₂. Двухступенчатая термообработка по режиму 450 ^оC, 3 ч + 500 ^оC, 3 ч позволяет растворить Т-фазу, а также сфероидизировать интерметаллиды равновесного происхождения, включающие фазу Al₁₀CaFe₂. При содержании 12 % Zn температура равновесного солидуса снижается до 480 ^оC, что приводит к пережогу при сфероидизирующей обработке. Содержание до 0,5 % Fe мало влияет на плотность. Наименьшая плотность (2,7 г/см³) достигается в сплаве с содержанием 6 % Zn, 2 % Ca и 0,5 % Fe, что ниже значений других экспериментальных сплавов на 0,1–0,2 г/см³. Значения удельной электропроводности и микротвердости в зависимости от температуры старения показали положительное влияние железа на упрочнение сплавов системы Al – Zn – Mg – Ca, что можно объяснить образованием меньшего количества фазы (Al, Zn)₄Cа из-за ее совместного образования с фазой Al₁₀CaFe₂. При этом значения сильно зависят от количества цинка. В состоянии максимального упрочнения (Т6) сплавы с содержанием 12 % Zn и 1 % Fe имеют микротвердость 218 ед., с содержанием 0,5 % Fe — 201 ед., 0,25 % Fe — 196 ед., а сплавы с содержанием 6 % Zn – 151 (1 % Fe), 141 (0,5 % Fe) и 119 (0,25 % Fe) ед. В связи с полученными данными было обосновано дальнейшее направление исследований, связанное с изучением характера распределения кальция между интерметаллидными фазами (Al, Zn)₄Ca и Al₁₀СaFe₂. Предполагается, что композиция Al – 3 % Mg – (6–8 %) Zn – 2 % Ca – 0,5 % Fe способна обеспечить высокое упрочнение и технологичность не только при литье, но и при обработке давлением.

Статья подготовлена в рамках Соглашения № 14.578.21.0220 (уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI57816X0220) о предоставлении субсидии Минобрнауки России в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».
References
1. Энтони У. У., Элиот Ф. Р., Болл М. Д. Алюминий. Свойства и физическое металловедение : справ. изд. / пер. с англ.; под ред. Дж. Е. Хэтча. — М. : Металлургия, 1989. — 324 с.
2. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перс пективных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2010. — 511 с.
3. Prasad N. E., Wanhill R. J. H. Aerospace materials and material technologies. Volume 1, Aerospace materials. — Singapore : Springer, 2017. — 557 p.
4. Ibrahim M. F., Garza-Elizondo G. H., Samuel A. M., Samuel F. H. Optimizing the Heat Treatment of High-Strength 7075-Type Wrought Alloys: A Metallographic Study // International Journal of MetalCasting. 2016. Vol. 10, Iss. 3. P. 264–275.
5. Vakhromov R. O., Antipov V. V., Tkachenko E. A. Research and Development of High-Strength of Al – Zn – Mg – Cu Alloys // Proceedings of ICAA-13. — Pittsburgh (USA), 2012. P. 1515–1520.
6. LI N., Cui J. Microstructural evolution of high strength 7B04 ingot during homogenization treatment // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008. Vol. 18, Iss. 4. P. 769–773.
7. Grandfield J. F., Eskin D. G., Bainbridge I. F. Direct-chill Casting of light alloys: science and technology. — Hoboken, New Jersey : John Wiley & Sons, Inc. 2013. — 411 p.

8. Fan Y., Li Zh., Li X., Wen K., Zhang Y., Xiong B., Xie J. Investigation on As-Cast Microstructure in a high Zn-containing Al – Zn – Mg – Cu – Zr alloy and Its Evolution during Two-stage Homogenization // Asia-Pacific Engineering and Technology Conference (APETC 2017), 2017. P. 421–427.
9. Lu X. Y., Guo E. J., Rometsch P. Effect of one-step and two-step homogenization treatments of distribution of Al₃Zr dispersoids in commercial AA7150 aluminium alloy [J] // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012. Vol. 22. P. 2645–2651.
10. Robson J. D. Microstructural evolution in aluminium alloy 7050 during processing // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 382, Iss. 1–2. P. 112–121.
11. Shurkin P. K., Belov N. A., Akopyan T. K., Alabin A. N., Aleshchenko A. S., Avxentieva N. N. Formation of the structure of thin-sheet rolled product from a high-strength sparingly alloyed aluminum alloy «nikalin» // Physics of Metals and Metallography. 2017. Vol. 118, Iss. 9. P. 896–904.
12. Akopyan T. K., Belov N. A. Approaches to the design of the new high-strength casting aluminum alloys of 7xxx series with high iron content // Non-ferrous Metals. 2016. No. 1. P. 20–27.
13. Mann V. Kh., Alabin A. N., Krokhin A. Yu., Frolov A. V., Belov N. A. New Generation of High Strength Aluminum Casting Alloys // Light Metal Age. 2015. Vol. 73, No. 5. P. 44–47.
14. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легиро вания. — М. : Издательский дом «Руда и металлы», 2016. — 256 с.
15. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K. Eutectic alloys based on the Al – Zn – Mg – Ca system: microstructure, phase composition and hardening // Materials Science and Technology. 2017. Vol. 33, Iss. 6. P. 656–666.
16. Белов Н. А., Наумова Е. А., Илюхин В. Д., Дорошенко В. В. Структура и механические свойства отливок сплава Al – 6 % Ca – 1 % Fe, полученных литьем под давлением // Цветные металлы. 2017. № 3. C. 69–75.
17. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. — М. : ВИЛС, 1995. — 341 с.
18. Thermo-Calc Software TTAL5 Al-Alloys. URL: www.thermoCalc.com (дата обращения: 23.01.2018).
19. Белов Н. А., Наумова Е. А., Дорошенко В. В., Базлова Т. А. Влияние марганца и железа на фазовый состав и микроструктуру алюминиево-кальциевых сплавов // Цветные металлы. 2017. № 8. C. 66–71.
20. Bidmeshki C., Abouei V., Saghafian H., Shabestari S. G., Noghani M. T. Effect of Mn addition on Fe-rich intermetallics morphology and dry sliding wear investigation of hypereutectic Al–17.5%Si alloys // Journal of Materials Research and Technology. 2016. Vol. 5, Iss. 3. P. 250–258.
21. Irizalp S. G., Saklakoglu N. Effect of Fe-rich intermetallics on the microstructure and mechanical properties of thixoformed A380 aluminum alloy // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2014. Vol. 17, Iss. 2. P. 58–62.
химические свойства. Оксиды и гидроксиды железа
Билет № 20
1. Железо: положение этого химического элемента в периодической системе. Химические свойства железа: взаимодействие с серой, хлороводородной кислотой, растворами солей. Оксиды и гидроксиды железа
Положение в периодической системе: железо находится в 4 периоде, побочной (Б) подгруппе VIII группы. Атомный номер железа 26.
Заряд ядра атома равен + 26, число электронов 26. Четыре электронных уровня, на внешнем уровне 2 электрона.
Схема расположения электронов по уровням:
₂₆Fe ) ) ) )
^{2 8 14 2}

Чистое железо — мягкий металл. Железо способно намагничиваться в магнитном поле.
Железо в химических реакциях окисляется до степени окисления +2 или +3. Со слабыми окислителями, такими как сера, разбавленные кислоты, растворы солей, — железо окисляется до +2 (валентность II).
Если нагреть железные опилки с порошком серы, начинается экзотермическая реакция (с выделением теплоты), которая продолжается без дальнейшего нагревания. Образуется сульфид железа (II):
Fe + S = FeS
Железо находится в электрохимическом ряду напряжений левее водорода, поэтому вытесняет водород из кислот. При взаимодействии с соляной (хлороводородной) кислотой образуется хлорид железа (II):
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
Железо вытесняет менее активные металлы (которые расположены правее в ряду напряжений) из растворов их солей. Если поместить железные опилки (или кнопку) в раствор хлорида меди (II), железо покрывается красным слоем меди, а голубой раствор приобретает зеленоватый цвет:
Fe + CuCl₂ = FeCl₂ + Cu↓
Оксиды и гидроксиды железа нерастворимы в воде. Получены оксиды и гидроксиды с различной степенью окисления железа:
Оксид железа (II) FeO, гидроксид железа (II) Fe(OH)₂. Проявляют осно́вные свойства. Оксид железа (II) черного цвета. Гидроксид железа (II) выпадает в виде осадка зеленоватого цвета при добавлении щелочей в раствор соли железа (II).
Железо горит в кислороде:
3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄
с образованием железной окалины (представляет из себя смешанный оксид Fe⁺²O•Fe₂⁺³O₃). Темно-серого цвета.
Гидратированный оксид железа (III) Fe₂O₃• nH₂O является основной составной частью ржавчины. Бурого цвета. Проявляет слабые амфотерные свойства. Гидроксид железа (III) получают воздействием щелочей на соли железа трехвалентного.
Сильные окислители, например, хлор при нагревании, окисляют железо до степени окисления +3:
2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃
Железо пассивируется концентрированной серной кислотой, поэтому ее перевозят в стальных цистернах.
Железо широко применяется в промышленности в виде сплавов: чугуна и стали. Сплавы отличаются более высокой твердостью. С помощью специальных легирующих добавок получают сталь, устойчивую к коррозии, высоким температурам и пр.
В организме человека элемент железо входит в состав гемоглобина крови, осуществляющего транспорт кислорода из легких в ткани.
2. Опыт. Распознавание среди трех предложенных веществ кислоты и щелочи
Разделяем каждый раствор пополам, т. е. получаем два набора по три пробирки.
Чтобы распознать среди трех растворов кислоту, капаем в первые три пробирки индикатор лакмус синий или метилоранж (метиловый оранжевый). В пробирке с кислотой индикатор покраснеет.
Чтобы распознать щелочь, капаем в оставшиеся три пробирки индикатор фенолфталеин (ф-ф). В пробирке со щелочью он станет малиновым.
Можно воспользоваться универсальным индикатором: капаем исследуемый раствор на полоску индикаторной бумаги и сравниваем со шкалой, делаем вывод о наличии кислоты или щелочи.
автор: Владимир Соколов
железа — Студенты | Britannica Kids
Введение
Британская энциклопедия, Inc.
Химический элемент железо является четвертым по распространенности элементом в земной коре и вторым по распространенности металлом. Железо использовалось древними народами. Его химический символ, Fe, взят из латинского ferrum . Название iron происходит от англосаксонского iren или isern . Около 5 процентов земной коры состоит из железа.Металл химически активен и в природе встречается в сочетании с другими элементами в горных породах и почвах. И растения, и животные также содержат очень небольшое количество железа.
Даниэла Комелли
На Земле железо встречается в основном в железооксидных рудах. Одна из этих руд — магнитный камень или магнетит, названный в честь его свойства магнетизма. Гематит — самая многочисленная руда, но она содержит меньше железа, чем магнетит. Лимонит и сидерит — менее распространенные железные руды. Железо, легированное никелем, также содержится в метеоритах.( См. Также минерал .)
Физические и химические свойства
Shaiith — iStock / Thinkstock
Железо, как и другие металлы, проводит тепло и электричество, имеет блеск и в своих химических реакциях образует положительные ионы. Чистое железо довольно мягкое, и в горячем состоянии ему легко придать форму. Цвет его серебристо-белый. Железо легко намагничивается. В сочетании с небольшим количеством углерода он становится сталью. Важные соединения железа бывают двух типов — двухвалентного железа, в котором ионы железа, образующие соединение, имеют валентность (измерение объединяющей способности) +2, и трехвалентного железа, в котором ионы имеют валентность +3.Элемент имеет четыре стабильных изотопа или формы.
Кристаллическая структура и магнетизм железа претерпевают изменения при нагревании. Если железный магнит нагревается докрасна, он теряет свой магнетизм, но восстанавливает его при охлаждении.
Paulnasca
В присутствии влаги железо быстро ржавеет, поскольку легко соединяется с кислородом воздуха. Железо можно защитить от ржавчины, покрыв его фосфатным раствором. Покрытие железа цинком для получения оцинкованного железа также предотвращает ржавчину.
Использует
Encyclopdia Britannica, Inc.
Железо — основной материал, используемый при производстве стали. Оксид железа, венецианский красный, используется в качестве пигмента в красках для мостов и железнодорожных вагонов, а также в румянах для косметики и для полировки линз. Воронение для белья и чертежи, используемые архитекторами и инженерами, содержат пигмент под названием берлинский синий, который представляет собой соединение железа. Железные сердечники используются в электромагнитах для телефонов, двигателей и другого оборудования.
Железо в организме человека
Около 0.004 процента от общего веса человека составляет железо, или около одной десятой унции (3 грамма) у взрослого человека среднего роста. Железо присутствует в каждой клетке организма, а также помогает клеткам окислять пищу с помощью железосодержащих ферментов, называемых цитохромами.
Однако большая часть железа в организме находится в кровотоке как часть гемоглобина красных кровяных телец. Гемоглобин — это белковое соединение, которое переносит кислород из легких через кровеносные сосуды и капилляры во все части тела. Без железа не может образоваться гемоглобин, и к клеткам тела доставляется меньше кислорода.Дефицит железа — одна из причин анемии.
Железо всасывается в кишечнике из таких продуктов, как мясо (особенно печень и рыба), зеленые овощи, горох и бобы. Около 60 процентов этого железа используется в гемоглобине и около 25 процентов хранится в печени, селезенке и костном мозге для использования по мере необходимости. Остальное находится в плазме крови, в мышечной ткани, а также в белковых и ферментных соединениях.
По мере износа эритроцитов железо, содержащееся в их гемоглобине, удаляется печенью и сохраняется для образования нового гемоглобина.Из здорового организма теряется лишь небольшое количество железа, и его легко заменить продуктами сбалансированного питания ( см. Еда и питание). Железо, потерянное в результате кровотечения, заменяется лекарствами и диетой.
Свойства элемента
Символ Fe
Атомный номер 26
Атомный вес 55,847
Группа в периодической таблице 8 (VIIIb)
Точка кипения 5,432 ° F (3000 ° C)
Температура плавления 2,800 ° F (1538 ° C)
Удельный вес 7.86
Свойства железа
Свойства железа — Каковы физические свойства железа?
Каковы физические свойства железа? Физические свойства железа — это характеристики, которые можно наблюдать без преобразования вещества в другое вещество. Физические свойства — это обычно те, которые можно наблюдать с помощью наших органов чувств, такие как цвет, блеск, точка замерзания, точка кипения, точка плавления, плотность, твердость и запах.Физические свойства железа следующие:
Каковы физические свойства железа?
Цвет Серебристо-серый металл
Ковкость Способность к формованию или изгибу
Пластичность Легко вытягивается или растягивается в тонкую проволоку
Блеск Имеет блеск или свечение
Проводимость Хорошая передача тепла или электричества
Аллотропия Имеет две или более кристаллических формы в одном физическом состоянии
Растяжение Может растягиваться без разрушения
Ферромагнетик Легко намагничивается
Свойства железа — Каковы химические свойства железа?
Каковы химические свойства железа? Это характеристики, которые определяют, как будет реагировать, с другими веществами, или изменит с одного вещества на другое.Чем лучше мы знаем природу вещества, тем лучше мы можем его понять. Химические свойства наблюдаются только во время химической реакции. Реакции на вещества могут быть вызваны изменениями, вызванными горением, ржавчиной, нагреванием, взрывом, потускнением и т. Д. Химические свойства железа следующие:
Каковы химические свойства железа?
C Химическая формула Fe
Токсичность Нетоксичный
Реакция с водой Реагирует с очень горячей водой и паром для производства газообразного водорода
Окисление Легко соединяется с кислородом во влажном воздухе, образуя оксид железа, также известный как ржавчина
Растворимость Растворяется в кислотах
Факты и информация о свойствах железа
Эта статья о свойствах железа содержит факты и информацию о физических и химических свойствах железа, которые могут быть полезны в качестве домашнего задания для студентов-химиков.Дополнительные факты и информацию о Периодической таблице и ее элементах можно получить через карту сайта Периодической таблицы.
3.02: Физико-химические свойства
Цели обучения
Для отделения физических свойств от химических.
Все вещества обладают физическими и химическими свойствами. Физические свойства — это характеристики, которые ученые могут измерить без изменения состава исследуемого образца, такие как масса, цвет и объем (объем пространства, занимаемого образцом).Химические свойства описывают характерную способность вещества реагировать с образованием новых веществ; они включают его воспламеняемость и подверженность коррозии. Все образцы чистого вещества имеют одинаковые химические и физические свойства. Например, чистая медь всегда представляет собой красновато-коричневое твердое вещество (физическое свойство) и всегда растворяется в разбавленной азотной кислоте с образованием синего раствора и коричневого газа (химическое свойство).
Физическая собственность
Физическое свойство — это характеристика вещества, которую можно наблюдать или измерять без изменения идентичности вещества.Серебро — это блестящий металл, который очень хорошо проводит электричество. Его можно формовать в тонкие листы — это свойство называется пластичностью. Соль тусклая и хрупкая, она проводит электричество, когда растворяется в воде, что довольно легко. Физические свойства вещества включают цвет, твердость, пластичность, растворимость, электропроводность, плотность, точки плавления и кипения.
Цвет элементов не сильно меняется от одного элемента к другому. Подавляющее большинство элементов бесцветны, серебристые или серые.Некоторые элементы действительно имеют различный цвет: сера и хлор желтого цвета, медь (конечно) медного цвета, а элементарный бром — красного цвета. Однако плотность может быть очень полезным параметром для идентификации элемента. Из материалов, которые существуют в твердом виде при комнатной температуре, йод имеет очень низкую плотность по сравнению с цинком, хромом и оловом. Золото имеет очень высокую плотность, как и платина. Например, чистая вода имеет плотность 0,998 г / см ³ при 25 ° C. Средние плотности некоторых распространенных веществ указаны в Таблице \ (\ PageIndex {1} \).Обратите внимание, что у кукурузного масла отношение массы к объему ниже, чем у воды. Это означает, что при добавлении в воду кукурузное масло будет «плавать».
Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Плотности обычных веществ
Вещество Плотность при 25 ° C (г / см3)
кровь 1,035
жировые отложения 0,918
цельное молоко 1.030
Масло кукурузное 0,922
майонез 0,910
мед 1,420
Твердость помогает определить, как можно использовать элемент (особенно металл). Многие элементы довольно мягкие (например, серебро и золото), в то время как другие (например, титан, вольфрам и хром) намного тверже. Углерод — интересный пример твердости.В графите («грифель» карандашей) углерод очень мягкий, в то время как углерод в алмазе примерно в семь раз твердее.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): карандаш (слева) и кольцо с бриллиантом (справа). Оба являются формой углерода, но обладают очень разными физическими свойствами.
Точки плавления и кипения — это своего рода уникальные идентификаторы, особенно соединений. Помимо представления об идентичности соединения, можно получить важную информацию о чистоте материала.
Химические свойства
Химические свойства вещества описывает его «способность» претерпевать некоторые химические изменения или реакции в силу своего состава. Какие элементы, электроны и связи присутствуют, чтобы создать потенциал для химических изменений. Довольно сложно определить химическое свойство без слова «изменение». В конце концов, вы сможете взглянуть на формулу соединения и указать некоторые химические свойства. В настоящее время это очень сложно сделать, и от вас не ожидается, что вы сможете это сделать.Например, водород может воспламениться и взорваться при правильных условиях — это химическое свойство. Металлы в целом обладают химическим свойством реагировать с кислотой. Цинк реагирует с соляной кислотой с образованием газообразного водорода — это химическое свойство.
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): сильная ржавчина на звеньях цепи возле моста Золотые Ворота в Сан-Франциско; он постоянно подвергался воздействию влаги и солевых брызг, что приводило к разрушению поверхности, растрескиванию и отслаиванию металла.Изображение используется с разрешения (CC BY-SA 3.0; Marlith).
Химическое свойство железа состоит в том, что оно способно соединяться с кислородом с образованием оксида железа, химического названия ржавчины (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Более общий термин для обозначения ржавчины и других подобных процессов — коррозия. Другие термины, которые обычно используются при описании химических изменений, — это горение, гниение, взрыв, разложение и ферментация. Химические свойства очень полезны для идентификации веществ. Однако, в отличие от физических свойств, химические свойства можно наблюдать только тогда, когда вещество находится в процессе преобразования в другое вещество.
Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Противопоставление физических и химических свойств
Физическая собственность Химическая собственность
Галлий металлический плавится при 30 ^o ° C Железо металлическая ржавчина.
Ртуть — очень плотная жидкость. Зеленый банан при созревании становится желтым.
Золото блестящее. Горит сухой кусок бумаги.
Пример \ (\ PageIndex {1} \)
Что из перечисленного является химическим свойством железа?
Железо корродирует во влажном воздухе
Плотность = 7,874 г / см ³
В чистом виде железо мягкое.
Железо плавится при 1808 К.
РЕШЕНИЕ
Железо вызывает коррозию на воздухе — единственное химическое свойство железа из списка.
Упражнение \ (\ PageIndex {1A} \)
Что из перечисленного является физическим свойством материи?
коррозионная активность
pH (кислотность)
плотность
воспламеняемость
Ответ:
с
Упражнение \ (\ PageIndex {1B} \)
Что из перечисленного является химическим свойством?
воспламеняемость
точка плавления
точка кипения
плотность
Ответ:
a
Сводка
Физическое свойство — это характеристика вещества, которую можно наблюдать или измерять без изменения идентичности вещества.Физические свойства включают цвет, плотность, твердость, а также точки плавления и кипения. Химическое свойство описывает способность вещества претерпевать определенные химические изменения. Чтобы определить химическое свойство, мы ищем химическое изменение. Химическое изменение всегда производит один или несколько типов материи, которые отличаются от материи, существовавшей до изменения. Образование ржавчины — это химическое изменение, потому что ржавчина — это другой тип вещества, чем железо, кислород и вода, присутствовавшие до образования ржавчины.
Железо (элемент) — факты, история, где оно найдено и как используется
От важнейшего строительного блока из стали до питательных растений и помощи в переносе кислорода в кровь — железо всегда помогает поддерживать жизнь на Земле.
Железо — хрупкое твердое вещество, классифицируемое как металл 8-й группы Периодической таблицы элементов. Самый распространенный из всех металлов, его чистая форма быстро корродирует от воздействия влажного воздуха и высоких температур.Железо также является четвертым по весу элементом земной коры, и большая часть ядра Земли, как полагают, состоит из железа. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, помимо того, что он обычно встречается на Земле, он изобилует солнцем и звездами. Согласно лаборатории Джефферсона, железо имеет решающее значение для выживания живых организмов. У растений он играет роль в производстве хлорофилла. У животных это компонент гемоглобина — белка крови, который переносит кислород из легких в ткани организма.
По данным Королевского химического общества, 90 процентов всего металла, который очищается в наши дни, составляет железо. Большая часть его используется для производства стали — сплава железа и углерода — которая, в свою очередь, используется в производстве и гражданском строительстве, например, для изготовления железобетона. Нержавеющая сталь, содержащая не менее 10,5% хрома, обладает высокой устойчивостью к коррозии. Он используется в кухонных столовых приборах, бытовой технике и кухонной посуде, такой как сковороды и сковороды из нержавеющей стали. Добавление других элементов может придать стали другие полезные качества.Например, никель увеличивает его прочность и делает его более устойчивым к нагреванию и кислотам; По данным лаборатории Джефферсона, марганец делает его более долговечным, а вольфрам помогает сохранять твердость при высоких температурах.
Только факты
Атомный номер (количество протонов в ядре): 26
Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Fe
Атомный вес (средняя масса атома): 55,845
Плотность : 7,874 грамма на кубический сантиметр
Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
Точка плавления: 2800.4 градуса по Фаренгейту (1538 градусов Цельсия)
Точка кипения: 5 181,8 F (2861 C)
Количество изотопов (атомов одного элемента с разным количеством нейтронов): (включая количество стабильных изотопов): 33 Стабильные изотопы : 4
Наиболее распространенные изотопы: Железо-56 (естественное содержание: 91,754 процента)
(Изображение предоставлено: Грег Робсон / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)
История и свойства железа
По оценкам археологов, люди были по данным лаборатории Джефферсона, они использовали железо более 5000 лет назад.Фактически, оказывается, что часть самого древнего железа, известного человеку, буквально упала с неба. В исследовании, опубликованном в 2013 году в Journal of Archeological Science, исследователи изучили древнеегипетские железные бусины, датируемые примерно 3200 годом до нашей эры. и обнаружил, что они были сделаны из железных метеоритов. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, Ветхий Завет в Библии также неоднократно упоминает железо.
Железо получают в основном из минералов гематита и магнетита. По данным лаборатории Джефферсона, в меньшей степени его также можно получить из минералов таконита, лимонита и сидерита.Согласно данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, железо имеет четыре разные аллотропные формы, а это означает, что у него есть четыре разные структурные формы, в которых атомы связываются по разному образцу. Эти формы называются ферритами, известными как альфа (магнитная), бета, гамма и омега.
Железо — важное питательное вещество в нашем рационе. Дефицит железа, наиболее распространенный дефицит питательных веществ, может вызывать анемию и усталость, которые влияют на способность выполнять физическую работу у взрослых. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, он также может ухудшить память и другие психические функции у подростков.CDC предупреждает, что женщины, у которых наблюдается дефицит железа во время беременности, подвергаются повышенному риску рождения маленьких и ранних детей.
Существует два типа диетического железа: гемовое и негемовое. Гемовое железо, которое является наиболее легко усваиваемым типом железа, содержится в мясе, рыбе и птице, в то время как негемовое железо, которое также усваивается, но в меньшей степени, чем гемовое железо, содержится в обеих растительных продуктах (например, шпинат, капуста и брокколи) и мясо, согласно данным Американского Красного Креста. Люди поглощают до 30 процентов гемового железа по сравнению с 2-10 процентами негемового железа, сообщает ARC, добавляя, что продукты, богатые витамином С, такие как помидоры или цитрусовые, могут помочь людям усваивать негемовое железо.
Кто знал?
По данным Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, кровь имеет красный цвет из-за взаимодействия железа и кислорода. Кровь выглядит красной из-за того, как химические связи между двумя элементами отражают свет.
По данным Денверского университета, чистое железо на самом деле мягкое и податливое.
В 2007 году исследователи обнаружили огромный шлейф богатой железом воды, исходящей из гидротермальных источников в южной части Атлантического океана.
Железо необходимо для роста фитопланктона — крошечных морских бактерий, которые используют углекислый газ из атмосферы для поддержания фотосинтеза. Поэтому некоторые исследователи утверждали, что удобрение океанов дополнительным количеством железа может помочь поглотить избыток углекислого газа. Но исследование, опубликованное в Интернете в ноябре 2010 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что это может быть не такой уж и хорошей идеей, поскольку все это дополнительное железо могло фактически вызвать рост токсин-продуцирующих водорослей, которые способствуют загрязнению морской среды. дикая природа.
По данным Королевского химического общества, около 90 процентов всего металла, который сегодня очищается, составляет железо.
По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, железо является важнейшим компонентом класса метеоритов, известного как сидериты.
По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, железный столб, датируемый примерно 400 годом нашей эры, до сих пор стоит в Дели, Индия. Высота столба составляет около 23,75 футов (7,25 метра), а диаметр — 15,75 дюйма (40 сантиметров). Несмотря на воздействие погодных условий, столб не сильно корродировал благодаря уникальному составу металлов.
Примеры продуктов, богатых железом, включают мясо, такое как говядина, индейка, курица и свинина; морепродукты, такие как креветки, моллюски, устрицы и тунец; овощи, такие как шпинат, горох, брокколи, сладкий картофель и стручковая фасоль; хлеб и крупы, такие как хлопья с отрубями, цельнозерновой хлеб и обогащенный рис; другие продукты, такие как бобы, чечевица, томатная паста, тофу и патока, по данным американского Красного Креста.
По данным Nature, поверхность Марса имеет красный цвет из-за большого количества оксида железа (ржавчины) на ее поверхности.В коре Марса более чем в два раза больше оксида железа, чем на Земле.
Твердое внутреннее и жидкое внешнее ядро Земли в основном состоят из железа (примерно 85 процентов и 80 процентов по весу, соответственно). По данным НАСА, электрический ток, генерируемый жидким железом, создает магнитное поле, защищающее Землю. Железо также содержится в ядрах всех планет Солнечной системы.
Согласно JPL, железо — самый тяжелый элемент, образующийся в ядрах звезд.Элементы тяжелее железа могут быть созданы только при взрыве звезд большой массы (сверхновых).
Латинское название железа — ferrum, которое является источником его атомного символа Fe.
Слово железо происходит от англосаксонского слова iren. Слово «железо», возможно, произошло от более ранних слов, означающих «святой металл», потому что оно использовалось для изготовления мечей, используемых в крестовых походах, согласно WebElements.
Текущие исследования
Железо было предметом многочисленных медицинских исследований, некоторые из которых показывают, что высокий уровень железа в крови может быть связан с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний.«Есть некоторые исследования, предполагающие, что люди, у которых больше ферритина в системе крови и маркеры повышенного содержания железа в организме, могут быть более подвержены риску некоторых сердечно-сосудистых заболеваний», — сказала Джудит Вайли-Розетт, профессор кафедры эпидемиологии. здоровье населения и медицинский факультет Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна Университета Иешива в Нью-Йорке. «И вызывает ли это риск или это биомаркер чего-то еще, неясно», — сказала Уайли-Розетт Live Science.(Ферритин — это тип белка, который накапливает железо, а тест на ферритин измеряет количество железа в крови.)
В исследовании, проведенном с участием более 1900 финских мужчин в возрасте от 42 до 60 лет, опубликованном в 1992 году в журнале Circulation. , исследователи обнаружили связь между высоким уровнем железа и повышенным риском сердечного приступа. В более позднем исследовании, опубликованном в январе 2014 года в журнале Journal of Nutrition, исследователи обнаружили, что гемовое железо, обнаруженное в мясе, увеличивает риск ишемической болезни сердца на 57 процентов, но такой связи между негемовым железом и риск ишемической болезни сердца.
Интересно, что недавние исследования также связали накопление железа в головном мозге с болезнью Альцгеймера. В исследовании, опубликованном в августе 2013 года в Журнале болезни Альцгеймера, исследователи обнаружили, что количество железа в гиппокампе — области мозга, связанной с формированием воспоминаний — было увеличено и связано с повреждением тканей в области гиппокампа у людей. с болезнью Альцгеймера, но не у здоровых пожилых людей.
«Накопление железа в головном мозге может зависеть от изменения факторов окружающей среды, таких как количество потребляемого нами красного мяса и пищевых добавок с железом, а у женщин, перенесших гистерэктомию перед менопаузой», — автор исследования доктор.Джордж Барцокис, профессор психиатрии в Институте неврологии и поведения человека им. Семела при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, заявил в своем заявлении.
Дефицит железа также был связан с депрессией, согласно исследованию 2017 года, опубликованному в Journal of Psychiatric Research группой австралийских исследователей, которые пытались найти связь между генетикой, уровнем железа и депрессией, особенно у подростков. Исследователи обнаружили, что, хотя существует связь между уровнем железа в кровотоке и степенью депрессии, нет никаких доказательств генетической связи между ними.Исследователи использовали данные, полученные из исследований близнецов, и рассмотрели множество факторов при сравнении близнецов-подростков со взрослыми близнецами. Связь между уровнем железа и депрессией, скорее всего, будет наблюдаться в периоды времени, когда организму требуется большее количество железа, например, во время всплесков роста.
В статье 2017 года, опубликованной в European Journal of Nutrition исследовательской группой из Ирана, описывается исследование, в котором препараты железа давали новым, не страдающим анемией матерям с послеродовой депрессией (PPD).Группа из 70 женщин начала двойное слепое исследование через неделю после родов, и через шесть недель сравнили симптомы PPD. Группа, принимавшая добавку железа, испытала значительно большее улучшение симптомов PPD, чем группа, принимавшая плацебо.
Дополнительная информация от Рэйчел Росс, участника Live Science
Химические и физические свойства осадков гидроксида железа, связанных с пассивно очищенным дренажем угольных шахт в Битумном регионе Пенсильвании и Мэриленда
Реферат
Изменения минералогии, морфологии, концентраций основных и микроэлементов и ассоциаций в осадках в дренаже 5 угольных шахт ( CMD) системы восстановления, обрабатывающие сбросы различного химического состава, были исследованы с целью определения факторов, влияющих на характеристики осадков, образующихся в пассивных системах.5 систем пассивной очистки, отобранные в этом исследовании, расположены на месторождениях битуминозного угля в западной Пенсильвании и северном Мэриленде и предназначены для очистки выбросов углей пенсильванского возраста. В осадках преобладает (> 70%) гетит. Кристалличность варьируется в зависимости от индивидуальной системы, а более низкая кристалличность связана с повышенной сорбцией следов металлов. Степень кристалличности (а затем морфология и ассоциации следов металлов) зависит от системы обработки и от того, насколько быстро Fe (II) окисляется, образует осадки, агрегаты и оседает.Осадки, образовавшиеся ранее в системах пассивной очистки, как правило, имеют самую высокую кристалличность и самые низкие концентрации катионов металлов. Большая площадь поверхности и катионные вакансии в структуре гетита позволяют сорбировать и включать металлы из вод, загрязненных дренажными водами угольных шахт. Сродство к сорбции соответствует порядку Zn> Co ≈ Ni> Mn. Кобальт и Ni предпочтительно сорбируются фазами оксида Mn, когда эти фазы присутствуют. По мере увеличения pH в индивидуальных системах обработки CMD до pH _pzc гетита, сорбция As уменьшается, а сорбция переходных металлов (Co, Mn, Ni и Zn) увеличивается.Концентрации сульфатов, Na и Fe (II) могут влиять на сорбцию следов металлов на поверхности гидроксида Fe. Результаты этого исследования имеют значение не только для удаления твердых частиц и извлечения ресурсов, но и для оптимизации пассивных систем очистки CMD.
Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)
Полный текст
Copyright © 2005 Elsevier Ltd. Все права защищены.
Рекомендуемые статьи
Цитирующие статьи
Железо
Химический элемент железо относится к переходным металлам.Это известно с давних времен. Его первооткрыватель и дата открытия неизвестны.
Зона данных
Классификация: Железо — переходный металл
Цвет: серебристо-серый
Атомный вес: 55,847
Состояние: цельный
Температура плавления: 1535,1 ^o С, 1808,2 К
Температура кипения: 2750 ^o C, 3023 K
Электронов: 26
Протонов: 26
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 30
Электронные оболочки: 2,8,14,2
Электронная конфигурация: [Ар] 3d ⁶ 4s ²
Плотность при 20 ^o C: 7.87 г / см ³
Показать больше, в том числе: тепла, энергии, окисления,
реакций, соединений, радиусов, проводимости
Атомный объем: 7,1 см ³ / моль
Структура: bcc: объемно-центрированный кубический
Твердость: 4,0 МОС
Удельная теплоемкость 0,44 Дж г ^-1 K ^-1
Теплота плавления 13.80 кДж моль ^-1
Теплота распыления 415 кДж моль ^-1
Теплота испарения 349.60 кДж моль ^-1
1 ^st энергия ионизации 759,3 кДж моль ^-1
2 ^nd энергия ионизации 1561,1 кДж моль ^-1
3 ^rd энергия ионизации 2957.3 кДж моль ^-1
Сродство к электрону 15,7 кДж моль ^-1
Минимальная степень окисления -2
Мин. общее окисление нет. 0
Максимальная степень окисления 6
Макс. общее окисление нет. 3
Электроотрицательность (шкала Полинга) 1,9
Объем поляризуемости 8.4 Å ³
Реакция с воздухом легкая, ⇒ Fe ₃ O ₄
Реакция с 15 M HNO ₃ пассивированный
Реакция с 6 M HCl сильнорослый, ⇒ H ₂, FeCl ₂
Реакция с 6 М NaOH –
Оксид (ов) FeO, Fe ₂ O ₃ (гематит), Fe ₃ O ₄ (магнетит)
Гидрид (ы) нет
Хлорид (ы) FeCl ₂, FeCl ₃
Атомный радиус 140 вечера
Ионный радиус (1+ ион) –
Ионный радиус (2+ ионов) 77 вечера
Ионный радиус (3+ иона) 63 вечера
Ионный радиус (1-ионный) –
Ионный радиус (2-ионный) –
Ионный радиус (3-ионный) –
Теплопроводность 80.4 Вт м ^-1 K ^-1
Электропроводность 11,2 x 10 ⁶ См ^-1
Температура замерзания / плавления: 1535,1 ^o С, 1808,2 К
Красные кровяные тельца — цвет определяется железом в гемоглобине. Клетки увеличены в 10 раз. Если вы выросли в 10 000 раз, вы могли бы поставить ноги в Сиэтл и прикоснуться к Перту, Австралия, руками. Железо в гемоглобине переносит кислород по нашему телу.Изображение Ref. ⁽¹⁰⁾
Крупный план железного метеорита: Метеориты, подобные этому, вероятно, были первым источником железа нашими предками. Это фрагмент Сихотэ-Алинского метеорита — примерно 93% железа, 6% никеля и 1% других элементов. Поверхность метеорита превратилась в отпечатки пальцев во время полета через атмосферу нашей планеты. Фото Карла Аллена, АО «НАСА» Фото S94-43472.
Металлолом чёрный и стальной для вторичной переработки. Как изменились времена; железо когда-то стоило в восемь раз дороже золота.
Открытие железа
Доктор Дуг Стюарт
Железо известно с древних времен.
Первое железо, использованное людьми, вероятно, было получено из метеоритов.
Большинство объектов, падающих на Землю из космоса, являются каменными, но небольшая часть, такая как изображенная на фотографии, представляет собой «железные метеориты» с содержанием железа более 90 процентов.
Железо легко разъедает, поэтому железные артефакты древних времен встречаются гораздо реже, чем предметы из серебра или золота.Это затрудняет отслеживание истории железа, чем менее химически активных металлов.
Были найдены артефакты, сделанные из метеоритного железа, датируемые примерно 5000 г. до н.э. (а значит, возрастом около 7000 лет) — например, железные бусы в могилах в Египте. ⁽¹⁾
Есть свидетельства того, что в Месопотамии (Ирак) люди выплавляли железо около 5000 г. до н.э.
Артефакты из плавленого железа были найдены примерно 3000 г. до н.э. в Египте и Месопотамии. ^{(1), (2), (3)}
В те времена железо было церемониальным металлом; это было слишком дорого для использования в повседневной жизни.Ассирийские писания говорят нам, что железо было в восемь раз дороже золота. ⁽¹⁾
Железный век начался примерно в 1300–1200 годах до нашей эры, когда железо стало достаточно дешевым, чтобы заменить бронзу.
Добавление углерода в железо для производства стали поначалу, вероятно, было случайным — соединение расплавленного железа и древесного угля от плавильного огня. Вероятно, это произошло около 1000 г. до н.э. ⁽⁴⁾
До этого было несколько технологических причин, по которым бронзовый век уступил место железному веку; прежде чем железо стало полностью предпочтительнее бронзы, потребовались методы улучшения железа путем добавления углерода (для производства стали) и холодной обработки.⁽⁵⁾
Железо широко использовалось во времена Римской империи. В первом веке Плиний Старший сказал: «С помощью железа мы строим дома, раскалываем камни и выполняем множество других полезных дел в жизни». ⁽⁶⁾
Химический символ Fe происходит от латинского слова «феррум», означающего железо. Само слово железо происходит от англосаксонского слова iren.
Интересные факты о железе
Считается, что треть массы Земли составляет железо, большая часть которого находится глубоко внутри планеты, в ядре.
На Земле достаточно железа, чтобы образовать три новые планеты, каждая с массой Марса.
Считается, что циркуляция жидкого железа глубоко под землей создает электрические токи, которые создают магнитное поле нашей планеты.
Железо необходимо для развития человеческого мозга. Дефицит железа у детей приводит, помимо прочего, к снижению способности к обучению. ⁽⁷⁾
В древности люди не знали, насколько много железа было на Земле. Единственным источником металлического железа для них были метеориты.Из ассирийских писаний мы узнаем, что железо было в восемь раз дороже золота. В дополнение к своей редкости, железо могло быть очень желанным, потому что, исходящее с неба, оно считалось подарком богов: древние египтяне называли его «ba-ne-pe», что означает «металл неба». «Связь с небом усиливается текстами пирамид, которые, например, переводятся так:« мои кости — железо, а мои конечности — нетленные звезды ». ⁽⁸⁾ ⁽⁹⁾
Железо было первым обнаруженным магнитным металлом.Магниты использовались древними мореплавателями, потому что их можно было использовать в качестве компасов, указывающих на северный магнитный полюс; это было описано древнегреческим философом Фалесом Милетским в 600 году до нашей эры. Магниты были сделаны из магнетита, который представляет собой встречающийся в природе оксид железа. Формула магнетита: FeO.Fe ₂ O ₃.
У некоторых животных есть шестое чувство — магнитное чувство. Магнетит был обнаружен у многих животных, включая медоносных пчел, почтовых голубей и дельфинов.Эти животные чувствительны к магнитному полю Земли, что помогает им ориентироваться.
Метеорит Хоба в Намибии — крупнейший в мире кусок железа, встречающийся в природе, его вес составляет более 60 тонн. Он состоит из 82–83% железа, 16–17% никеля, около 1% кобальта и очень небольших следов других элементов. Метеорит Хоба — самый крупный из когда-либо найденных метеоритов.
Железо ферромагнитное. Ферромагнетизм — самый сильный тип магнетизма. Другими распространенными ферромагнитными металлами являются никель и кобальт.
Очень мощные магниты можно сделать из железа, никеля или кобальта в сочетании с редкоземельными металлами. Магниты NIB (неодим — железо — бор) были изобретены в начале 1980-х годов. Они представляют собой сплав в пропорциях Nd ₂ Fe ₁₄ B. Они используются в компьютерах, сотовых телефонах, медицинском оборудовании, игрушках, двигателях, ветряных турбинах и аудиосистемах.
Метеорит Хоба. К счастью, он ни у кого не приземлился! Изображение Ra’ike
Стружка железа притягивается к природному магнетиту.Изображение Compl33t.

Железо сгорело в чистом кислороде с образованием оксида железа.

Теперь, как показано в первом видео, оксид железа снова восстанавливается до железа.
Внешний вид и характеристики
Вредное воздействие:
Железо считается нетоксичным.
Характеристики:
Железо — это пластичный серый относительно мягкий металл, который является умеренно хорошим проводником тепла и электричества.
Он притягивается магнитами и легко намагничивается.
Чистый металл очень химически активен и легко ржавеет на влажном воздухе с образованием красно-коричневых оксидов.
Есть три аллотропные формы железа, известные как альфа, гамма и дельта.
Альфа-железо, также известное как феррит, представляет собой стабильную форму железа при нормальных температурах.
Использование железа
Железо — самый дешевый и самый важный из всех металлов, важный в том смысле, что железо является наиболее часто используемым металлом, на долю которого приходится 95 процентов мирового производства металла.
Чугун используется для производства стали и других сплавов, важных в строительстве и производстве.
Железо также жизненно важно для функционирования живых организмов, транспортируя кислород в крови через молекулу гемоглобина.
Численность и изотопы
Полнота земной коры: 5,6% по массе, 2,1% по молям
Солнечная система изобилия: 1000 частей на миллион по весу, 30 частей на миллион по молям
Стоимость, чистая: 7,2 $ за 100 г
Стоимость, оптом: 0 $.02 на 100 г
Источник: Свободное железо в природе отсутствует, но оно содержится в железных рудах, таких как гематит (Fe ₂ O ₃), магнетит (Fe ₃ O ₄) и таконит. В промышленных масштабах железо получают в печи при температурах около 2000 90 252 o 90 253 ° C путем восстановления гематита или магнетита углеродом.
Изотопы: Железо состоит из 24 изотопов, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 46 до 69. Встречающееся в природе железо представляет собой смесь четырех изотопов, и они находятся в указанных процентах: ⁵⁴ Fe (5.8%), ⁵⁶ Fe (91,8%), ⁵⁷ Fe (2,1%) и ⁵⁸ Fe (0,3%).
Список литературы
Генри Мэрион, Ранние ближневосточные стальные мечи., 65, 1961, Американский журнал археологии, стр. 1.
Майкл Д. Фентон, Профили минерального сырья — железо и сталь., 2005, Геологическая служба США.
Р. Дж. Форбс, Исследования в области древних технологий., IX, 1965, стр. 247.
Майкл Вудс, Мэри Б. Вудс, Древние машины: от клинья до водяных колес., 2000, стр.30, Runestone Press.
Винсент К. Пиготт, Археометаллургия азиатского Старого Света, 1999, стр. 28, Музей археологии UPenn.
Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов., 2003, стр. 5, Kessinger Publishing.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17101454.
Джон Г. Берк, Космический мусор: Метеориты в истории., 1986, стр. 229, University of California Press.
Роберт Г. Бьювэл, Исследование происхождения камня бенбен. 14, 1989, Дискуссии по египтологии.
Изображение: CDC
Цитируйте эту страницу
Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:
Утюг
или
Факты о железных элементах
Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку в соответствии с MLA:
«Утюг». Chemicool Periodic Table.Chemicool.com. 06 октября 2012 г. Интернет. .
Характеристика физических и металлургических свойств природной железной руды для производства чугуна
Доменная печь по-прежнему является доминирующей формой производства чугуна, но с годами методы прямого восстановления расширились по ряду причин. В целом, методы производства чугуна предъявляют оптимальные требования к сырьевым материалам, особенно к железной руде. В этом исследовании были проведены испытания железной руды Муко из Уганды для анализа ее пригодности для удовлетворения потребностей в сырье для современных доминирующих методов производства железа.Более конкретно, были определены показатели тумблера, истирания и дробления руды. Кроме того, были проведены испытания на пористость, термоанализ и восстанавливаемость. В целом руда Муко обладает хорошими механическими свойствами, что подтверждается данными по индексу кувырки и разрушения> 89,0 мас.% И <2,5 мас.%, Соответственно. Кроме того, его восстанавливаемость при 0,87% / мин находится в пределах допустимого диапазона в качестве природного материала для доменных печей и печей прямого восстановления. Кроме того, было обнаружено, что потребность в энергии для нагрева руды до 1100 ° C выше в образцах, содержащих более широкий диапазон размеров зерен неправильной формы и самые большие загрязнения.Таким образом, можно сделать вывод, что железная руда Муко имеет хорошие физические и металлургические свойства, чтобы служить в качестве природного материала для доменной печи и печей прямого восстановления.
1. Введение
Железо, наряду с продуктами общего назначения, в настоящее время является наиболее широко используемым металлом в различных секторах мировой экономики. Этому способствуют многие факторы, начиная от хороших механических свойств, которыми он обладает, до низкой стоимости, связанной с его производством. Железо в основном производится двумя способами; доменная печь, доменная печь, маршрут (чугун), и прямое восстановление, DR, маршрут (губчатое железо).По данным World Steel Association, 2011 [1], к концу 2010 года производство стали составляло 1,4 миллиарда тонн. Из них 70% было произведено с помощью кислородной печи (BOF), в которой используется чугун из доменного чугуна. в печи, а 28% — в дуговой электропечи (ДСП), в которой используется губчатое железо и лом [1].
Железная руда может использоваться непосредственно в естественной форме в качестве сырья для обработки железа или может быть улучшена путем обогащения перед загрузкой в печи доменной печи или печи прямого восстановления.Исходное сырье оценивается по физико-металлургическим свойствам [2]. Физические свойства позволяют судить о поведении материала при перемещении и спуске в печь. С другой стороны, металлургические свойства указывают на поведение материалов в процессе восстановления. При выборе железной руды для черной металлургии необходимо учитывать некоторые свойства, включая (i) показатели трения, истирания и разрушения, (ii) пористость, (iii) химический состав, (iv) потери при возгорании, (v) ) восстановительное поведение и (vi) термическое разложение [3].
Производительность доменной печи в значительной степени зависит от физических и химических характеристик материалов. Шихтовые материалы, загружаемые через горловину, представляют собой кокс, кусковую руду и агломерированную руду в форме агломерата или окатышей. Кусковые руды значительно дешевле окатышей и агломератов. Однако они уступают, особенно в отношении умягчения-плавления, и влияют на плавность работы доменной печи и увеличивают расход кокса [4].Набухание и дезинтеграция железной руды были двумя основными недостатками в их использовании в качестве сырья для доменных печей и печей прямого восстановления [5]. Таким образом, природная железная руда, добываемая из земли, была почти полностью заменена в качестве сырья для доменных печей на агломерат и окатыши.
При изучении природных руд [6] было обнаружено, что химический состав и микроструктура природного железа из месторождений Муко в Уганде соответствует требованиям, предъявляемым к железной руде с высоким содержанием золота.В частности, содержание Fe, кремнезема и глинозема указывает на то, что их можно выгодно использовать для производства железа. В настоящем исследовании изучаются физические и металлургические свойства железной руды Муко из Уганды. Он оценивает их в отношении требований к различным методам / процессам производства чугуна, чтобы установить пригодность руды для удовлетворения необходимых требований для производства чугуна. Пробы железной руды обозначены как Уг1-Рушекье, Уг2-Камена, Уг3-Кьянямузинда, Уг4-Нямияга, Уг5-Бутаре и Уг6-Кашеньи.В первой части статьи представлена экспериментальная процедура. После этого результаты представляются и обсуждаются.
2. Экспериментальная
2.1. Определение физических свойств
Физические свойства руды были изучены путем определения их индексов осыпания, истирания и растрескивания, а также их кажущейся пористости.
Испытание на сопротивление удару измеряет два механизма деградации исходного материала, а именно: индекс падения (TI) и индекс истирания (AI).Это было выполнено в соответствии с международным стандартом ISO 3271: 1995 (E) для определения сопротивления удару железной руды [7]. А именно, образец блока для испытаний весом 15 кг переворачивали в круговой барабан, вращающийся со скоростью 25 об / мин в течение 200 оборотов. Впоследствии руда была просеяна и были получены фракции +6,3 мм и -0,5 мм. Процент фракций по отношению к весу сырья представляет собой значение TI (+6,3 мм) и AI (-0,5 мм). Тест был повторен четыре раза, и средние значения для этих тестов представляют собой окончательные данные TI и AI.
Для оценки индекса разрушения образец высушенной кусковой железной руды (10 кг) размером -40 + 10 мм был сброшен 4 раза с высоты 2 м на чугунный пол (0,5 × 0,5 × 0,03 м). ). После этого железную руду просеивали, и индекс растрескивания выражали как мас.%, Проходящие через сито размером 5 мм (т.е. фракция -5 мм). Эта процедура следовала методике испытаний, предложенной в [3], которые проводились на других рудах.
Кажущаяся пористость была определена с помощью пикнометра GeoPyc 1360.В камеру для образцов помещали некоторое количество гелия и измеряли ее объем. После этого в камеру помещали кусок железной руды весом 2,0 г вместе с газообразным гелием, и оборудование регистрировало новые значения объема. Разница в объеме нового и исходного гелия дала объемы оболочки и скелета образца. Разница в объемах оболочки и скелета указывает процент пористости образца.
2.2. Определение металлургических свойств
Термоанализ выполняли с использованием термогравиметрии-дифференциального термического анализа-масс-спектрометрии (ТГА и ДТА) с Netzsch STA 409, работающим в атмосфере аргона.Нагревание осуществляли с постоянной скоростью 10 ° C / мин, от 20 ° C до 1450 ° C. Температуру поддерживали на уровне 1450 ° C в течение 30 минут, а затем повышали до 20 ° C.
Восстанавливаемость была оценена в соответствии с процедурой, описанной Chatterjee (1994) [8], с использованием Netzsch STA 409. В испытании используется изотермическое восстановление исследуемой части, 500 г, на неподвижном слое при 950 ° C с использованием восстановительных газов. состоящий из 40% CO и 60% N ₂. Во время испытания уменьшение веса образца регистрировалось через определенные промежутки времени.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Физические свойства
Физические свойства железной руды определяют с помощью испытания на холодную прочность. Такие испытания, как испытания на ударную вязкость и разрушение, дают представление о поведении материала во время добычи, погрузки, транспортировки, погрузочно-разгрузочных работ и сортировки руды. Они также дают представление о поведении материала в начальный период процесса восстановления при его спуске в печь.
Полученные результаты физических свойств природных железных руд из различных рудных месторождений Муко приведены в Таблице 1.Предельные значения индекса падения (TI) и индекса истирания (AI) для железорудных окатышей, используемых в процессе восстановления в печи, составляют> 70 мас.% Для значения TI и <5 мас.% Для значения AI [2]. Из таблицы 1 следует, что значения TI для руд Муко составляют от 88 до 93 мас.%, Что значительно выше предусмотренных 70 мас.%. Таким образом, руды со всех месторождений Муко могут обрабатываться, загружаться и транспортироваться без разрушения на мелкие частицы. Значения AI для руд Муко варьируются от 0.От 54 до 3,41 мас.%, Что значительно ниже допустимого предела абразивного износа (<5 мас.%). Это означает, что количество частиц, образующихся в форме пыли во время последующих процессов обработки после добычи, находится в пределах допустимого диапазона, чтобы обеспечить практически беспыльную среду обработки.
Железная руда, месторождение Индекс осыпания
(мас.% От +6,3 мм) Индекс истирания
(мас.% От -0,5 мм) Индекс раздробленности
(мас.%) −5.0 мм) Кажущаяся пористость
(%)
Ug1, Рушекье 89,72 0,83 1,17 —
Ug2, Камена
3
9005 1,21 —
Ug3, Кьянямузинда 91,68 0,54 0,57 —
Ug4, Нямияга 90,39 0,88 1.31 —
Ug5, Бутаре 92,96 3,41 2,01 14,3
Ug6, Кашенский 89,28 0,67 1,45
Во время загрузки руды в печь она подвергается ударным нагрузкам. По сути, требуется, чтобы руда выдерживала ударные нагрузки при спуске в печь.Причина в том, что мелкие частицы могут забивать слой печи и тем самым блокировать поднимающийся восстановительный газ. Испытание на растрескивание определяет подверженность руды разрушению из-за удара во время загрузки, разгрузки и загрузки в восстановительную печь. Поскольку значение индекса раздробленности железной руды Муко составляет от 0,57 до 2,01 мас.%, Можно отметить, что руда Муко может сохранять свою форму при ударной нагрузке. Например, значения индекса растрескивания 10 проб товарной железной руды из десяти различных рудников Ориссы в Индии находились в диапазоне от 0.От 68 мас.% До 1,80 мас.% [3]. Сравнение с этими рудами показывает, что значение индекса разрушения руд Муко находится в том же диапазоне, что и для этих руд. В целом, следует отметить, что предпочтительное значение индекса растрескивания железной руды для восстановления на основе угля составляет <5 мас.%, А для процесса Midrex - менее 10 мас.% [11]. Кроме того, для агломератов восстановления доменного чугуна оно составляет <14–17 мас.% [9]. Таким образом, это сравнение показывает, что железная руда Muko соответствует требованиям индекса разрушения для этих процессов производства чугуна.
Muwanguzi et al. (2010) [6] показали, что руды Муко (образцы Ug1-6) имеют различную микроструктуру с точки зрения размера зерен, текстуры и распределения включений в гематитовой матрице. Железная руда Ug1 имела очень мелкозернистую структуру (от 10 до 40 мкм мкм). Образец руды Ug2 содержал в основном зерна гематита размером от 10 до 90 мкм мкм, которые содержали темные загрязнения и имели мелкокристаллическую пластинчатую структуру. Кроме того, образцы Ug3 и Ug4 имели матрицу почти чистого серого гематита, которая содержала небольшое количество темных загрязнений небольшого размера (меньшее количество примесей).Они также имели серую кристаллическую пластинчатую структуру с некоторыми участками волокнистой текстуры. Кроме того, железные руды образцов Ug5 и Ug6 содержали самые крупные зерна неправильной формы (от ~ 30 до 350 мкм, мкм и> 500 мкм, мкм) и слоистые темные загрязнения внутри структуры. Значения TI и AI, полученные в настоящем исследовании, не показывают четкой корреляции с микроструктурой руды, обнаруженной в предыдущем исследовании [6]. Однако образцы руды Ug5 и Ug6 показали самые высокие значения индекса раздробленности (2.01 мас.% И 1,45 мас.% Соответственно). Это может означать, что крупнозернистая структура, содержащая более крупные загрязнения, делает руду более восприимчивой к разрушению при ударной нагрузке.
Еще одним важным физическим свойством железной руды является ее пористость. Это облегчает доступ восстановительного газа внутрь кусковой руды. Высокая пористость материалов способствует восстановлению, поскольку это обеспечивает большую площадь поверхности раздела между газом и твердым телом. Пористость кусковых железных руд для процесса DRI обычно не ограничивается, в то время как рекомендуемое значение пористости частиц для железорудных окатышей составляет более 20% (HYL, 2010).В этом исследовании значения пористости для образцов естественной руды Ug5 и Ug6, которые имеют большее количество пустой породы (1,2%; 5,1% SiO ₂ и 1,0%; 6,0% Al ₂ O ₃, соотв. Таблица 3) и микроструктура с крупными размерами зерен гематита и примесных включений [6]. Значение пористости для образца Ug6, имеющего самое низкое качество среди исследованных природных железных руд, составило 4,9%. Это аналогично значениям пористости коммерческих кусковых железных руд, используемых в доменной печи (5.9% для железной руды MBR Brazil) [15] и процессов прямого восстановления (1,2–5,2% для железных руд Orissa India) [3]. Кроме того, образец Ug5, химический состав которого аналогичен образцам Ug1-4, имел более высокое значение пористости — 14,3%.
На основании полученных результатов можно констатировать, что железные руды Muko обладают хорошими физическими свойствами, которые обеспечивают правильное обращение и транспортировку с хорошей способностью выдерживать ударные нагрузки в процессе загрузки печи. Хорошая механическая прочность природных железных руд может быть объяснена их относительно низкой пористостью и относительно однородной микроструктурой.
3.2. Металлургические свойства
3.2.1. Термоанализ
Испытание на термоанализ помогает понять поведение различных руд при повышенных температурах в процессе их восстановления. Анализ DTA подчеркивает эндотермические и экзотермические эффекты и диапазоны температур, которые коррелируют с удалением физически присутствующей и структурно связанной воды из руды. Это дополнительно подчеркивает возникновение фазовых превращений.Кроме того, вес адсорбированной воды и структурного OH можно определить с помощью анализа ТГА. Значения потери массы при нагревании различных образцов железной руды и основные характеристики эндотермического (пик 1) и экзотермического (пик 2) пиков приведены в таблице 2.
3,4
Железо руда Изменение массы ниже 800 ^° C (мас.%) Изменение массы выше 1100 ^° C (мас.%) 𝑇 _{(Пик 1)} (^° C) Энергия поглощения пика 1 (Дж / г) Эндотермический эффект (мВт / мг) 𝑇 _{(Пик 2)} (^° C) Энергия выделения Пика 2 (Дж / г)
Ug1 0.13 3,50 533 454 3,27 1329 154
Ug2 0,46 3,22 538 929 3,95 3,95 0,50 3,34 536 1076 4,09 1326 165
Ug4 0,31 3,28 506 745 3.95 1333 175
Ug5 0,44 3,46 467 505 4,98 1329 180
Ug6 1,57 5,57 1324 167
^* Пик 1: эндотермический пик, Пик 2: экзотермический пик.
Процессы восстановления, железные руды Химический состав (%) Физические свойства Восстанавливаемость (% / мин) Ссылки
Fe SiO ₂ Al ₂ O ₃ S P Индекс падения
(% + 6,75 мм) Индекс истирания (% -5 мм)
BF Процесс ≥58 (L)
≥65 (P) <6 (L) 3-4 (L) 0.1 (L)
0,05 (P) <0,07 (L) > 70 (L)
> 93–95 (P) <5–10 (L)
<7 (P) 0,5– 1,0 (L) [2, 6, 9, 10];
<4 (P) <0,02 (P) 0,8–1,4 (P)
<6 (S) <0,05 (S) 1.1–1,4 (S)
DR Процесс:
Midrex 66–68 (≤3-4) ^* L ≤0,025 (L) 0,03–0,06 (L) ≥85 (L) ≤5 (L)
67–69 (P) (≤4) ^* P ≤0.008 (P) ≤0,03 (P) ≥90–95 (P) ≤3-4 (P) 0,92 (Д) [8, 11–13]
HYL III ≥64 (L) (≤4) ^* L, P 0,005 (L) ≤0,05 (L, P) ≥90 (L) ≤10 (L) ≥0,4 (L, P)
≥66 (P) 0.011 (P) ≥95 (P) ≤5 (P) [8, 14]
SL / RN ≥65–67 (L) (≤2-3) ^* L ≤0,02 (L) ≤0,04 (L) ≥ 88 (L) ≤5 (L) ≥0,5-0,6 (L) [11, 14]
Ug1 68,4 0,96 0,58 <0,001 <0.02 89,72 0,83 — [6], пс ^**
Ug2 67,9 0,80 0,65 0,002 0,02 — —
Ug3 68,7 0,41 0,35 0,006 0,02 91,68 0,54 —
Ug4 69.0 0,62 0,43 0,001 <0,02 90,30 0,88 —
Ug5 67,5 1,20 1,00 0,01 0,01 3,41 —
Ug6 60,6 5,10 6,00 0,003 0,2 89,28 0,67 0.868
^* (SiO ₂ + Al ₂ O ₃), ^** пс: настоящее исследование, L: кусковая железная руда, P: окатыши и S: агломерат.
Согласно полученным результатам, аналогичные эндотермические пики разной величины наблюдались в интервале 365–632 ° C при нагревании образцов руды Ug1 – Ug5. На рис. 1 представлены термограммы образцов Ug3 и Ug2.У них были самые большие значения (1076 Дж / г и 929 Дж / г, соответственно) энергии поглощения (пик 1). Образцы Ug4 (745 Дж / г) и Ug5 (505 Дж / г) имели средние пики, как показано на рисунке 2. Наименьший пик (454 Дж / г) был обнаружен в образце образца Ug1. Кроме того, образец Ug6 показал другой характер поведения, при этом эндотермический пик не обнаружен в исследуемом диапазоне температур на рис. 3.
Muwanguzi et al. (2010) [6] отметили, что все руды Муко минералогически можно преимущественно классифицировать как гематитовые.Гематит встречается в двух модификациях: α -гематит (кристаллическая структура, гексагональная; гораздо более распространенная) и γ -гематит (кубическая решетка; образуется только при особых обстоятельствах при температурах ниже 400–500 ° C) [10]. В зависимости от происхождения и содержания посторонних ионов маггемит ( γ -гематит) превращается в α -гематит в интервале температур 370–600 ° C с результирующим эндотермическим эффектом. Эндотермические пики (пик 1), наблюдаемые в образцах Ug1 – Ug5, связаны с превращением маггемита в α -гематит.Кроме того, отсутствие фазового перехода гематита ? — ? в образце Ug6 может быть связано с большим содержанием химически связанной воды (гетита и гидрата Fe ₂ O ₃). Когда его отгоняют, остается только фаза α -гематита, рис. 4. Это утверждение подтверждается самым высоким значением потери веса (1,57%) в образце Ug6 при температуре ниже 800 ° C по сравнению со всеми другими исследованными образцами.
Дополнительный эндотермический эффект ниже 800 ° C также напрямую зависит от потери веса образца из-за удаления физически присутствующей и структурно связанной воды.Из рисунков 1–3 видно, что наклон кривой ДТА на термограмме, определяющей дополнительный эндотермический эффект, увеличивается с увеличением значений изменения массы. Это наблюдается при температурах ниже 800 ° C среди всех образцов. Небольшая потеря веса на рисунках 1–3, зарегистрированная до 200 ° C, связана с потерей физически объединенной воды из руды, как показано на рисунке 4. Между 200 ° C и 450 ° C происходит ряд реакций, таких как как разложение гидратов (1) и реакция дегидроксилирования гетита до гематита (2) [15, 16]: 2OH − тепло → O2− + h3O (1) 2𝛼 − FeOOHheat → 𝛼 − Fe2O3 + h3O.(2)
Для оценки энергозатрат на нагрев каждого образца до 1100 ° C были выполнены расчеты эндотермического эффекта. Это было достигнуто путем расчета наклона кривой DTA (для части нисходящего тренда). Результаты представлены в таблице 2. Интересно отметить, что образцы железной руды Ug6 и Ug5, которые имеют более широкий диапазон размеров неправильных зерен (от ~ 30 до> 500 мкм мкм), а также самые большие загрязнения [6 ], имеют наибольшие значения эндотермического эффекта (5.57 и 4,98 мВт / мг соответственно). Таким образом, можно с уверенностью предположить, что энергозатраты на нагрев железных руд Муко до 1100 ° C увеличиваются в образцах в следующем порядке: Ug1 <(Ug2, Ug3, Ug4)
Также было отмечено, что все образцы демонстрируют экзотермический пик в диапазоне температур от 1267 ° C до 1361 ° C. Следует отметить, что площадь пика выделяемой энергии (154–188 Дж / г) практически одинакова для всех образцов. Это также верно в отношении соответствующей потери веса выше 1100 ° C (3.22–3,50 мас.%). Это означает, что фазовое превращение, происходящее в этом диапазоне температур, полностью связано с разложением гематита до магнетита, согласно (3), как показано на рисунке 4: 3Fe2O3heat → 2Fe3O4 + 0.5O2 (г). (3)
3.2.2. Восстанавливаемость
Параметры восстанавливаемости иллюстрируют возможность удаления кислорода в сочетании с Fe из железной руды. Желательна высокая восстанавливаемость, поскольку при этом уменьшается количество восстановительного газа, необходимого для получения заданного количества металла из заданного количества руды.Скорость, с которой оксид железа может быть восстановлен до металлического железа, является основным фактором, определяющим скорость производства в любом процессе восстановления [8].
Тест на восстанавливаемость был проведен на образце Ug6 из месторождения Кашеньи, который имеет самый низкий уровень качества по сравнению с другими образцами. Явно этот образец имеет более низкое содержание Fe (60,6%) и более высокое содержание SiO ₂ (5,1%) и Al ₂ O ₃ (6,0%). Кроме того, он также имеет более высокий уровень физически присутствующей и структурно связанной воды, как видно из термоанализа.Результаты испытания на восстанавливаемость образца Ug6 показаны на рисунке 5.

Можно заметить, что изменение массы образца Ug6 при нагревании до 450 ° C составляет 1,52 мас.% (Точки от A до B на рисунке 5). , что хорошо соответствует значению потери веса 1.57 мас.%, полученному в результате термоанализа. Как было объяснено в разделе 3.2.1, это изменение массы образца Ug6 связано с потерей физически и химически объединенной воды, как показано на рисунке 5.
Восстановительный газ (40% CO + 60% N ₂) вводили в систему при 950 ° C.Понятно, что с этого момента наблюдалось устойчивое увеличение потери веса: 2,63 мас.% (От C до D), 4,04 мас.% (От D до E) и 17,23 мас.% (От E до F). Общая потеря веса при 950 ° C составляет 23,88 мас.% (От C до F). Эта потеря веса происходит из-за восстановления гематита до его низших оксидов, как показано в (4) — (6): 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 (4) Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 (5) FeO + CO = Fe + CO2, (6) где общее уравнение реакции восстановления можно записать следующим образом: Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2. (7)
Индекс восстанавливаемости (RI), который указывает скорость восстановления и степень восстановления, указывающую степень восстановления, были определены и рассчитаны с использованием (8) и (9), соответственно. [8], RI = 𝑑𝑅𝑑𝑡 (уменьшение 40%) = 33.6𝑡60 − 𝑡30, (8) где 𝑡30 и 60 — время достижения степени восстановления 30% и 60% соответственно (мин), RD = 0,111⋅𝑊10,430⋅𝑊2 + 𝑚1 − 𝑚𝑡𝑚0⋅0,430⋅𝑊2⋅100⋅100, (9) где 𝑚0, 𝑚1 и 𝑚𝑡 — массы испытуемого образца перед испытанием на восстановление, непосредственно перед началом реакции и после времени восстановления t соответственно. Кроме того, параметр 𝑊2 — это общее содержание железа в исследуемом образце перед испытанием (60,6% Fe). Кроме того, 𝑊1 — это содержание оксида Fe ²⁺ в образце до испытания на восстановление (мас.%), Которое рассчитывается на основе содержания Fe ²⁺ путем умножения его на коэффициент 1.286 [17].
В этом исследовании индекс восстанавливаемости RI для образца Ug6 был рассчитан как 0,868% / мин, а степень восстановления RD — как 91,28%. Поскольку образец Ug6 имеет самое низкое содержание среди образцов железной руды Muko, можно с уверенностью предположить, что параметры восстанавливаемости образцов Ug1–5 будут выше.
Обычно скорость восстановления железной руды должна составлять 0,5–1,0% / мин для доменного процесса [10] и не менее 0,4% для прямого восстановления в процессе HYL III (газ в качестве восстановителя) [8].Кроме того, для прямого восстановления во вращающейся печи печи, которое является одним из методов с использованием угля в качестве восстановителя, скорость должна составлять не менее 0,5-0,6% / мин [11]. На практике значения скорости восстановления для железных руд колеблются в пределах от 0,4 до 0,9% / мин [15]. Видно, что значение RI для образца Ug6 значительно выше допустимого значения для прямого восстановления. Кроме того, он находится в соответствующем интервале степени восстановления для доменного процесса.Таким образом, можно сделать вывод, что все изученные железные руды из различных месторождений Муко могут быть легко восстановлены до железа с требуемыми допусками в доменной печи, а также в печах прямого восстановления.
4. Возможные перспективы использования железной руды Муко для производства чугуна
Природные железные руды используются для производства чугуна в доменной печи (BF) и в процессах прямого восстановления (DR) или прямого восстановления (DSR). Основные пути применения природных железных руд схематически показаны на Рисунке 6.Маршрут 1, по которому агломераты и окатыши, полученные путем спекания измельченных и обогащенных природных железных руд для использования в доменной печи и электродуговой печи (ДСП), является обычным методом. Большинство железных руд, независимо от качества, можно использовать на этом пути после дробления, измельчения и обогащения.

В процессе DR (Маршрут 2) используются только природные руды с высокими физико-металлургическими свойствами. Среди многочисленных процессов прямого восстановления железной руды Midrex и HYL III (с помощью газа) и SL / RN (вращающаяся печь; путем восстановления угля) получили наиболее успешное промышленное внедрение [13, 18, 19 ].На процесс Midrex приходится наибольшая доля производимого железа прямого восстановления (DRI), что составляет около 60% мирового производства [12, 13, 20].
Сегодня процесс DSR (маршрут 3), который производит жидкий чугун, не внес заметного вклада в производство чугуна по сравнению с двумя предыдущими маршрутами. Таким образом, этот метод не анализировался и не оценивался в данном исследовании.
Природная руда также может загружаться непосредственно в доменную печь как часть подачи в печь (15–20%) [4], (маршрут 4).Только высококачественные железные руды с высокими физико-металлургическими характеристиками могут эффективно использоваться непосредственно в доменном процессе.
В таблице 3 показаны некоторые характерные требования к куску, окатышам и агломерату природной железной руды, которые служат сырьем для основных процессов производства чугуна. В этой таблице также приведены характеристики железных руд Муко из различных месторождений. Из таблицы 3 следует, что железные руды Ug1 – Ug5 соответствуют химическим требованиям как природные материалы для печей доменных печей (маршруты 1 и 4) и DR (маршрут 2).Содержание Fe, SiO ₂ и Al ₂ O ₃ в образце Ug6 не соответствует данным требованиям для DR (маршрут 2) и для прямой загрузки в доменную печь (маршрут 4). Однако другие характеристики этого образца (такие как физические свойства и восстанавливаемость) находятся в допустимых пределах. Таким образом, природная железная руда месторождения Кашеньи (Ug6) может также использоваться как природный материал для производства окатышей и агломерата (Маршрут 1) или как часть шихты с другими более качественными рудами (Ug1 – Ug5) для DR. процессы (Маршрут 2).
На Рисунке 7 показано сравнение физических свойств природной железной руды из месторождений Муко с физическими требованиями к кусковым рудам, используемым в процессах доменной печи и восстановления. Видно, что физические свойства природных железных руд из всех месторождений Муко находятся в допустимых пределах для доменных процессов, а также для различных методов DR (Midrex и SL / RN — все образцы, HYL III-Ug3-Ug5).

Согласно результатам, полученным в данном исследовании, возможные перспективы использования природных железных руд с различных месторождений Муко для производства железа можно резюмировать следующим образом.Процесс BF (Маршрут 1): все образцы. Процесс DRI (Маршрут 2): Midrex: все образцы, SL / RN: все образцы, HYL III: образцы Ug3 ~ Ug5. Процесс BF (Маршрут 4): образцы Ug1 ~ Ug5.
5. Заключение
На основании испытаний физических (показатели трения, истирания и дробления) и металлургических (характеристики термоанализа и восстанавливаемости) свойств природных железных руд из различных месторождений Муко (Уганда) можно сделать следующие выводы. (1) Природные железные руды из всех месторождений Муко имеют высокие значения физических свойств (индекс тумблера составляет 85 ~ 93 мас.%, индекс абразивности равен 0.5 ~ 3,4 мас.% И индекс разрушения 0,5 ~ 2,0 мас.%). Таким образом, эти руды можно легко обрабатывать, загружать, транспортировать и загружать в восстановительную печь без разложения на мелкие частицы в виде пыли. (2) Физические свойства железных руд Муко соответствуют требованиям исходного сырья для доменной печи и различные методы прямого восстановления железа (Midrex, HYL III и SL / RN). Только образцы Ug1, -2 и -6 не соответствуют требованиям HYL III. Это происходит из-за того, что их значения TI не соответствуют требованиям в 90 мас.% Для этого процесса.(3) Термоанализ показывает, что все железные руды Муко проявляют эндотермические и экзотермические эффекты ниже 700 ° C и выше 1100 ° C соответственно. Эндотермические пики, наблюдаемые в образцах Ug1 – Ug5 в интервале температур 365–632 ° C, связаны с превращением γ -гематита (маггемита) в α -гематита. Отсутствие фазового перехода γ — α — гематит в образце Ug6 связано с большим содержанием химически связанной воды (гетита и гидрата Fe ₂ O ₃), которая при диссоциации оставляет только α -гематитовая фаза.Потребление энергии при нагревании железной руды Муко до 1100 ° C также хорошо коррелирует с удалением физически присутствующей и структурно связанной воды. Это удаление увеличивается в следующем порядке выборки: Ug1 <(Ug2, Ug3, Ug4)
На основании анализа химического состава и физико-металлургических свойств можно с уверенностью предположить, что природные железные руды с месторождений Муко могут быть эффективно использованы в качестве природных материалов для производства окатышей и агломерата.

No related posts.
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Рубрики
Газоблок
Газоблоки
Дом
Кирпич
Кирпичи
Облицовк
Облицовка
Пеноблок
Пеноблоки
Разное
Сравнен
Сравнение
Строитель
Строительство
Утеплен
Утепление
Что лучше
© 2011-2019. ООО «Талицкий кирпич»
➤

Символ	Fe
Атомный номер	26
Атомный вес	55,847
Группа в периодической таблице	8 (VIIIb)
Точка кипения	5,432 ° F (3000 ° C)
Температура плавления	2,800 ° F (1538 ° C)
Удельный вес	7.86

Каковы физические свойства железа?
Цвет	Серебристо-серый металл
Ковкость	Способность к формованию или изгибу
Пластичность	Легко вытягивается или растягивается в тонкую проволоку
Блеск	Имеет блеск или свечение
Проводимость	Хорошая передача тепла или электричества
Аллотропия	Имеет две или более кристаллических формы в одном физическом состоянии
Растяжение	Может растягиваться без разрушения
Ферромагнетик	Легко намагничивается

Каковы химические свойства железа?
C Химическая формула	Fe
Токсичность	Нетоксичный
Реакция с водой	Реагирует с очень горячей водой и паром для производства газообразного водорода
Окисление	Легко соединяется с кислородом во влажном воздухе, образуя оксид железа, также известный как ржавчина
Растворимость	Растворяется в кислотах

Вещество	Плотность при 25 ° C (г / см3)
кровь	1,035
жировые отложения	0,918
цельное молоко	1.030
Масло кукурузное	0,922
майонез	0,910
мед	1,420

Физическая собственность	Химическая собственность
Галлий металлический плавится при 30 ^o ° C	Железо металлическая ржавчина.
Ртуть — очень плотная жидкость.	Зеленый банан при созревании становится желтым.
Золото блестящее.	Горит сухой кусок бумаги.

Классификация:	Железо — переходный металл
Цвет:	серебристо-серый
Атомный вес:	55,847
Состояние:	цельный
Температура плавления:	1535,1 ^o С, 1808,2 К
Температура кипения:	2750 ^o C, 3023 K
Электронов:	26
Протонов:	26
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе:	30
Электронные оболочки:	2,8,14,2
Электронная конфигурация:	[Ар] 3d ⁶ 4s ²
Плотность при 20 ^o C:	7.87 г / см ³

Атомный объем:	7,1 см ³ / моль
Структура:	bcc: объемно-центрированный кубический
Твердость:	4,0 МОС
Удельная теплоемкость	0,44 Дж г ^-1 K ^-1
Теплота плавления	13.80 кДж моль ^-1
Теплота распыления	415 кДж моль ^-1
Теплота испарения	349.60 кДж моль ^-1
1 ^st энергия ионизации	759,3 кДж моль ^-1
2 ^nd энергия ионизации	1561,1 кДж моль ^-1
3 ^rd энергия ионизации	2957.3 кДж моль ^-1
Сродство к электрону	15,7 кДж моль ^-1
Минимальная степень окисления	-2
Мин. общее окисление нет.	0
Максимальная степень окисления	6
Макс. общее окисление нет.	3
Электроотрицательность (шкала Полинга)	1,9
Объем поляризуемости	8.4 Å ³
Реакция с воздухом	легкая, ⇒ Fe ₃ O ₄
Реакция с 15 M HNO ₃	пассивированный
Реакция с 6 M HCl	сильнорослый, ⇒ H ₂, FeCl ₂
Реакция с 6 М NaOH	–
Оксид (ов)	FeO, Fe ₂ O ₃ (гематит), Fe ₃ O ₄ (магнетит)
Гидрид (ы)	нет
Хлорид (ы)	FeCl ₂, FeCl ₃
Атомный радиус	140 вечера
Ионный радиус (1+ ион)	–
Ионный радиус (2+ ионов)	77 вечера
Ионный радиус (3+ иона)	63 вечера
Ионный радиус (1-ионный)	–
Ионный радиус (2-ионный)	–
Ионный радиус (3-ионный)	–
Теплопроводность	80.4 Вт м ^-1 K ^-1
Электропроводность	11,2 x 10 ⁶ См ^-1
Температура замерзания / плавления:	1535,1 ^o С, 1808,2 К