Jern er et element i en sideundergruppe av den åttende gruppen i den fjerde perioden av det periodiske systemet av kjemiske elementer av D. I. Mendeleev med atomnummer 26. Det er betegnet med symbolet Fe (lat. Ferrum). Et av de vanligste metallene i jordskorpen (andre plass etter aluminium). Middels aktivitet metall, reduksjonsmiddel.
Hovedoksidasjonstilstander - +2, +3
Et enkelt stoff jern er et formbart sølv-hvitt metall med høy kjemisk reaktivitet: jern korroderer raskt ved høye temperaturer eller høy luftfuktighet. I rent oksygen brenner jern, og i en fint spredt tilstand antennes det spontant i luft.
Kjemiske egenskaper til et enkelt stoff - jern:
Ruster og brenner i oksygen
1) I luft oksideres jern lett i nærvær av fuktighet (rusting):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
En oppvarmet jerntråd brenner i oksygen og danner avleiringer - jernoksid (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)
2) Ved høye temperaturer (700–900°C) reagerer jern med vanndamp:
3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Jern reagerer med ikke-metaller ved oppvarming:
2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °С)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)
4) I en serie spenninger er det til venstre for hydrogen, reagerer med fortynnede syrer Hcl og H 2 SO 4, mens det dannes jern (II) salter og hydrogen frigjøres:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaksjoner utføres uten lufttilgang, ellers omdannes Fe +2 gradvis av oksygen til Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (diff.) → FeSO 4 + H 2
I konsentrerte oksiderende syrer oppløses jern bare når det varmes opp, det går umiddelbart over i Fe 3+-kationen:
2Fe + 6H 2 SO 4 (kons.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (kons.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(i den kalde, konsentrerte salpetersyre og svovelsyre passivisere
En jernspiker nedsenket i en blåaktig løsning av kobbersulfat blir gradvis dekket med et belegg av rødt metallisk kobber.
5) Jern fortrenger metaller til høyre for det i løsninger av deres salter.
Fe + CuS04 → FeSO4 + Cu
Amfoterisitet av jern manifesteres bare i konsentrerte alkalier under koking:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2
og et bunnfall av natriumtetrahydroxoferrat(II) dannes.
Teknisk strykejern- legeringer av jern med karbon: støpejern inneholder 2,06-6,67 % C, stål 0,02-2,06% C, andre naturlige urenheter (S, P, Si) og kunstig introduserte spesialtilsetningsstoffer (Mn, Ni, Cr) er ofte tilstede, noe som gir jernlegeringer teknisk nyttige egenskaper - hardhet, termisk og korrosjonsbestandighet, formbarhet, etc. . .
Produksjonsprosess for masovnsjern
Masovnsprosessen for jernproduksjon består av følgende stadier:
a) tilberedning (brenning) av sulfid- og karbonatmalm - konvertering til oksidmalm:
FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)
b) brenning av koks med varm eksplosjon:
C (koks) + O 2 (luft) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700-1000 ° C)
c) reduksjon av oksidmalm med karbonmonoksid CO i rekkefølge:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
d) karburering av jern (opptil 6,67 % C) og smelting av støpejern:
Fe (t ) →(C(cola)900–1200°C) Fe (g) (støpejern, t pl 1145°C)
I støpejern er sementitt Fe 2 C og grafitt alltid til stede i form av korn.
Stålproduksjon
Omfordelingen av støpejern til stål utføres i spesielle ovner (omformer, åpen ildsted, elektrisk), som er forskjellige i oppvarmingsmetoden; prosesstemperatur 1700-2000 °C. Å blåse oksygenanriket luft brenner ut overflødig karbon fra støpejern, samt svovel, fosfor og silisium i form av oksider. I dette tilfellet fanges oksider enten opp i form av avgasser (CO 2, SO 2), eller bindes til et lett separert slagg - en blanding av Ca 3 (PO 4) 2 og CaSiO 3. For å oppnå spesialstål, blir legeringsadditiver av andre metaller introdusert i ovnen.
Kvittering rent jern i industrien - elektrolyse av en løsning av jernsalter, for eksempel:
FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elektrolyse)
(det finnes andre spesielle metoder, inkludert reduksjon av jernoksider med hydrogen).
Rent jern brukes i produksjon av spesiallegeringer, i produksjon av kjerner av elektromagneter og transformatorer, støpejern brukes i produksjon av støpegods og stål, stål brukes som struktur- og verktøymaterialer, inkludert slitasje-, varme- og korrosjon -bestandige materialer.
Jern(II)oksid F EO . Amfotert oksid med stor overvekt av grunnleggende egenskaper. Svart, har en ionisk struktur av Fe 2+ O 2-. Når den varmes opp, brytes den først ned, for så å dannes igjen. Det dannes ikke under forbrenning av jern i luft. Reagerer ikke med vann. Nedbrytes av syrer, smeltet sammen med alkalier. Oksyderer sakte i fuktig luft. Gjenvinnes av hydrogen, koks. Deltar i masovnsprosessen for jernsmelting. Den brukes som en komponent i keramikk og mineralmaling. Ligninger for de viktigste reaksjonene:
4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)
FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (kons.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH \u003d 2H2O+ Nen 4FeO3 (rød.) trioksoferrat(II)(400–500 °С)
FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (høy renhet) (350 ° C)
FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (over 1000 ° C)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)
4FeO + 2H 2 O (fuktighet) + O 2 (luft) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)
Kvittering V laboratorier: termisk dekomponering av jern (II) forbindelser uten lufttilgang:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)
Dijernoksid (III) - jern ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Dobbelt oksid. Svart, har den ioniske strukturen til Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termisk stabil opp til høye temperaturer. Reagerer ikke med vann. Nedbrytes av syrer. Det reduseres av hydrogen, glødende jern. Deltar i masovnsprosessen for jernproduksjon. Det brukes som en komponent i mineralmaling ( minium jern), keramikk, farget sement. Produktet av spesiell oksidasjon av overflaten til stålprodukter ( sverting, blånende). Sammensetningen tilsvarer brunrust og mørk skala på jern. Bruk av Fe 3 O 4-formelen anbefales ikke. Ligninger for de viktigste reaksjonene:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (over 1538 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (diff.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (kons.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (luft) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (høy renhet, 1000 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 ° С, 560-700 ° С)
Kvittering: forbrenning av jern (se) i luft.
magnetitt.
Jern(III)oksid F e 2 O 3 . Amfotert oksid med en overvekt av grunnleggende egenskaper. Rødbrun, har ionisk struktur (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termisk stabil opp til høye temperaturer. Det dannes ikke under forbrenning av jern i luft. Reagerer ikke med vann, et brunt amorft hydrat Fe 2 O 3 nH 2 O utfelles fra løsningen Reagerer sakte med syrer og alkalier. Det reduseres av karbonmonoksid, smeltet jern. Legeringer med oksider av andre metaller og danner doble oksider - spineller(tekniske produkter kalles ferritter). Det brukes som råstoff i jernsmelting i masovnsprosessen, som katalysator ved produksjon av ammoniakk, som komponent i keramikk, farget sementer og mineralmaling, ved termittsveising av stålkonstruksjoner, som lyd- og bildebærer. på magnetbånd, som poleringsmiddel for stål og glass.
Ligninger for de viktigste reaksjonene:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)
Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)
Fe 2 O 3 + 2 NaOH (konsentrert) → H 2 O+ 2 NENFeO 2 (rød)dioksoferrat(III)
Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (svært ren, 1050-1100 ° С)
Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)
Kvittering i laboratoriet - termisk dekomponering av jern (III) salter i luft:
Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)
4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)
I naturen - jernoksidmalm hematitt Fe 2 O 3 og limonitt Fe 2 O 3 nH 2 O
Jern(II)hydroksid F e(OH)2. Amfotært hydroksid med en overvekt av grunnleggende egenskaper. Hvite (noen ganger med et grønnaktig skjær), Fe-OH-bindinger er overveiende kovalente. Termisk ustabil. Oksyderer lett i luft, spesielt når det er vått (mørker). Uløselig i vann. Reagerer med fortynnede syrer, konsentrerte alkalier. Typisk restaurerer. Et mellomprodukt ved rust av jern. Det brukes til fremstilling av den aktive massen av jern-nikkel-batterier.
Ligninger for de viktigste reaksjonene:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, i atm.N 2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + 2 NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (blå-grønn) (kokende)
4Fe(OH) 2 (suspensjon) + O 2 (luft) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)
2Fe (OH) 2 (suspensjon) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + KNO 3 (kons.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)
Kvittering: utfelling fra løsning med alkalier eller ammoniakkhydrat i en inert atmosfære:
Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2 ↓
Fe2+ + 2 (NH3H20) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4
Jernmetahydroksid F eO(OH). Amfotært hydroksid med en overvekt av grunnleggende egenskaper. Lysebrune, Fe-O og Fe-OH bindinger er overveiende kovalente. Ved oppvarming brytes den ned uten å smelte. Uløselig i vann. Det utfelles fra løsning i form av et brunt amorft polyhydrat Fe 2 O 3 nH 2 O, som når det holdes under en fortynnet alkalisk løsning eller når det tørkes, blir til FeO (OH). Reagerer med syrer, faste alkalier. Svak oksidasjons- og reduksjonsmiddel. Sintret med Fe(OH)2. Et mellomprodukt ved rust av jern. Den brukes som base for gul mineralmaling og emaljer, som avgassabsorber, som katalysator i organisk syntese.
Koblingssammensetning Fe(OH) 3 er ikke kjent (ikke oppnådd).
Ligninger for de viktigste reaksjonene:
Fe203. nH 2 O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C i luft, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloid(NaOH (kons.))
FeO(OH) → Nen 3 [Fe(OH) 6 ]hvit henholdsvis Na5 og K4; i begge tilfeller utfelles et blått produkt med samme sammensetning og struktur, KFe III. I laboratoriet kalles dette bunnfallet prøyssisk blå, eller turnbull blå:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Kjemiske navn på innledende reagenser og reaksjonsprodukt:
K 3 Fe III - kaliumheksacyanoferrat (III)
K 4 Fe III - kaliumheksacyanoferrat (II)
KFe III - heksacyanoferrat (II) jern (III) kalium
I tillegg er tiocyanat-ionet NCS - et godt reagens for Fe 3+ ioner, jern (III) kombineres med det, og en knallrød ("blodig") farge vises:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Med dette reagenset (for eksempel i form av KNCS-salt) kan til og med spor av jern (III) oppdages i springvann hvis det passerer gjennom jernrør dekket med rust fra innsiden.
Jern er det åttende elementet i den fjerde perioden i det periodiske systemet. Tallet i tabellen (også kalt atom) er 26, som tilsvarer antall protoner i kjernen og elektroner i elektronskallet. Den er betegnet med de to første bokstavene i dens latinske ekvivalent - Fe (lat. Ferrum - leses som "ferrum"). Jern er det nest vanligste grunnstoffet i jordskorpen, prosentandelen er 4,65 % (det vanligste er aluminium, Al). I sin opprinnelige form er dette metallet ganske sjeldent, oftere utvinnes det fra blandet malm med nikkel.
I kontakt med
Hva er arten av denne forbindelsen? Jern som atom består av et metallkrystallgitter, som sikrer hardheten til forbindelser som inneholder dette elementet og molekylær stabilitet. Det er i forbindelse med dette at dette metallet er en typisk fast kropp, i motsetning til for eksempel kvikksølv.
Jern som et enkelt stoff- sølvfarget metall med egenskaper som er typiske for denne gruppen av elementer: formbarhet, metallisk glans og duktilitet. I tillegg har jern høy reaktivitet. Sistnevnte egenskap er bevist av det faktum at jern korroderer veldig raskt i nærvær av høy temperatur og passende fuktighet. I rent oksygen brenner dette metallet godt, og hvis det knuses til veldig små partikler, vil de ikke bare brenne, men selvantenne.
Ofte kaller vi jern ikke et rent metall, men dets legeringer som inneholder karbon ©, for eksempel stål (<2,14% C) и чугун (>2,14 % C). Også av stor industriell betydning er legeringer, som legeringsmetaller (nikkel, mangan, krom og andre) tilsettes, på grunn av hvilke stålet blir rustfritt, dvs. legert. Dermed blir det, basert på dette, klart hvilken omfattende industriell anvendelse dette metallet har.
Karakteristisk Fe
Kjemiske egenskaper til jern
La oss se nærmere på funksjonene til dette elementet.
Egenskaper til et enkelt stoff
- Oksidasjon i luft ved høy luftfuktighet (korrosiv prosess):
4Fe + 3O2 + 6H2O \u003d 4Fe (OH) 3 - jern (III) hydroksyd (hydroksid)
- Forbrenning av en jerntråd i oksygen med dannelse av et blandet oksid (den inneholder et element med både en oksidasjonstilstand på +2 og en oksidasjonstilstand på +3):
3Fe+2O2 = Fe3O4 (jernbelegg). Reaksjonen er mulig ved oppvarming til 160 ⁰C.
- Interaksjon med vann ved høy temperatur (600−700 ⁰C):
3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2
- Reaksjoner med ikke-metaller:
a) Reaksjon med halogener (Viktig! Med denne interaksjonen får den oksidasjonstilstanden til grunnstoffet +3)
2Fe + 3Cl2 \u003d 2FeCl3 - jernklorid
b) Reaksjon med svovel (Viktig! I denne interaksjonen har grunnstoffet en oksidasjonstilstand på +2)
Jern (III) sulfid - Fe2S3 kan oppnås under en annen reaksjon:
Fe2O3+ 3H2S=Fe2S3+3H2O
c) Dannelse av svovelkis
Fe + 2S \u003d FeS2 - pyritt. Vær oppmerksom på graden av oksidasjon av elementene som utgjør denne forbindelsen: Fe (+2), S (-1).
- Interaksjon med metallsalter i den elektrokjemiske serien av metallaktivitet til høyre for Fe:
Fe + CuCl2 \u003d FeCl2 + Cu - jern(II)klorid
- Interaksjon med fortynnede syrer (for eksempel saltsyre og svovelsyre):
Fe+HBr = FeBr2+H2
Fe+HCl = FeCl2+ H2
Merk at disse reaksjonene produserer jern med en oksidasjonstilstand på +2.
- I ufortynnede syrer, som er de sterkeste oksidasjonsmidlene, er reaksjonen bare mulig ved oppvarming; i kalde syrer passiveres metallet:
Fe + H2SO4 (konsentrert) = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O
Fe+6HNO3 = Fe(NO3)3+3NO2+3H2O
- De amfotere egenskapene til jern manifesteres bare når de samhandler med konsentrerte alkalier:
Fe + 2KOH + 2H2O \u003d K2 + H2 - kaliumtetrahydroksyferrat (II) utfelles.
Jernfremstillingsprosess i en masovn
- Steking og påfølgende dekomponering av sulfid- og karbonatmalm (isolering av metalloksider):
FeS2 -> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2). Denne reaksjonen er også det første trinnet i den industrielle syntesen av svovelsyre.
FeCO3 -> Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2).
- Brennende koks (i overskudd):
С (koks) + O2 (luft) —> CO2 (600−700 ⁰C)
CO2+С (koks) —> 2CO (750−1000 ⁰C)
- Gjenvinning av malm som inneholder oksid med karbonmonoksid:
Fe2O3 —> Fe3O4 (CO, -CO2)
Fe3O4 —> FeO (CO, -CO2)
FeO —> Fe(CO, -CO2)
- Karburering av jern (opptil 6,7%) og smelting av støpejern (t⁰smelting - 1145 ⁰C)
Fe (fast) + C (koks) -> støpejern. Reaksjonstemperaturen er 900−1200 ⁰C.
I støpejern er sementitt (Fe2C) og grafitt alltid til stede i form av korn.
Karakterisering av forbindelser som inneholder Fe
Vi vil studere funksjonene til hver tilkobling separat.
Fe3O4
Blandet eller dobbelt jernoksid, som inneholder et grunnstoff med en oksidasjonstilstand på både +2 og +3. Også Fe3O4 kalles jernoksid. Denne forbindelsen er motstandsdyktig mot høye temperaturer. Reagerer ikke med vann, vanndamp. Nedbrytes av mineralsyrer. Kan reduseres med hydrogen eller jern ved høy temperatur. Som du kan forstå fra informasjonen ovenfor, er det et mellomprodukt i reaksjonskjeden til industriell produksjon av jern.
Direkte jernoksid brukes i produksjon av mineralbasert maling, farget sement og keramiske produkter. Fe3O4 er det som oppnås ved å sverte og blåne stål. Et blandet oksid oppnås ved å brenne jern i luft (reaksjonen er gitt ovenfor). En malm som inneholder oksider er magnetitt.
Fe2O3
Jern(III)oksid, trivielt navn - hematitt, rødbrun forbindelse. Motstandsdyktig mot høye temperaturer. I sin rene form dannes det ikke under oksidasjon av jern med atmosfærisk oksygen. Reagerer ikke med vann, danner hydrater som feller ut. Reagerer dårlig med fortynnede alkalier og syrer. Det kan legeres med oksider av andre metaller, og danner spineller - doble oksider.
Rød jernmalm brukes som råstoff i industriell produksjon av råjern etter masovnsmetoden. Det akselererer også reaksjonen, det vil si at det er en katalysator i ammoniakkindustrien. Det brukes i samme områder som jernoksid. I tillegg ble den brukt som en bærer av lyd og bilder på magnetbånd.
FeOH2
Jern(II)hydroksid, en forbindelse som har både sure og basiske egenskaper, sistnevnte dominerer, det vil si at den er amfoter. Et hvitt stoff som raskt oksiderer i luft, "blir brunt" til jern(III)hydroksid. Dekomponerer når den utsettes for temperatur. Det reagerer med både svake løsninger av syrer og alkalier. Vi vil ikke løses opp i vann. Fungerer som et reduksjonsmiddel i reaksjonen. Det er et mellomprodukt i korrosjonsreaksjonen.
Påvisning av Fe2+ og Fe3+ ioner ("kvalitative" reaksjoner)
Gjenkjennelse av Fe2+ og Fe3+ ioner i vandige løsninger utføres ved bruk av komplekse komplekse forbindelser - henholdsvis K3, rødt blodsalt og K4, gult blodsalt. I begge reaksjonene dannes et bunnfall av mettet blå farge med samme kvantitative sammensetning, men en annen posisjon av jern med en valens på +2 og +3. Dette bunnfallet blir også ofte referert til som prøyssisk blått eller Turnbull blått.
Reaksjon skrevet i ionisk form
Fe2++K++3- K+1Fe+2
Fe3++K++4- K+1Fe+3
Et godt reagens for å påvise Fe3+ er tiocyanation (NCS-)
Fe3++ NCS- 3- - disse forbindelsene har en knallrød ("blodig") farge.
Dette reagenset, for eksempel kaliumtiocyanat (formel - KNCS), lar deg bestemme selv en ubetydelig konsentrasjon av jern i løsninger. Så han er i stand til å finne ut om rørene er rustne når han undersøker springvann.
Jern er det viktigste strukturelle materialet. Metall brukes bokstavelig talt overalt - fra raketter og ubåter til bestikk og smidde pyntegjenstander på grillen. I stor grad tilrettelegges dette av et element i naturen. Den virkelige grunnen er imidlertid dens styrke og holdbarhet.
I denne artikkelen vil vi karakterisere jern som et metall, indikere dets nyttige fysiske og kjemiske egenskaper. Hver for seg forteller vi hvorfor jern kalles jernholdig metall, hvordan det skiller seg fra andre metaller.
Hvor rart det kan virke, oppstår det fortsatt noen ganger spørsmålet om jern er et metall eller et ikke-metall. Jern er et element i den åttende gruppen, 4 perioder av tabellen til D. I. Mendeleev. Molekylvekten er 55,8, som er ganske mye.
Dette er et sølvgrått metall, ganske mykt, formbart, med magnetiske egenskaper. Faktisk finnes og brukes rent jern ekstremt sjelden, siden metallet er kjemisk aktivt og går inn i en rekke reaksjoner.
Om hva jern er, vil denne videoen fortelle:
Konsept og funksjoner
Jern kalles vanligvis en legering med en liten andel urenheter - opptil 0,8%, som beholder nesten alle egenskapene til metallet. Det er ikke engang dette alternativet som finner utbredt bruk, men stål og støpejern. Dens navn - jernholdig metall, jern, eller rettere sagt, alle de samme støpejern og stål, mottatt på grunn av fargen på malmen - svart.
I dag kalles jernlegeringer jernholdige metaller: stål, støpejern, ferritt, samt mangan, og noen ganger krom.
Jern er et veldig vanlig element. Når det gjelder innhold i jordskorpen, ligger den på 4. plass, bak oksygen, og. Jordens kjerne inneholder 86% jern, og bare 14% - i mantelen. I sjøvann inneholder stoffet svært lite - opptil 0,02 mg / l, i elvevann litt mer - opptil 2 mg / l.
Jern er et typisk metall, og også ganske aktivt. Det reagerer med fortynnede og konsentrerte syrer, men under påvirkning av svært sterke oksidasjonsmidler kan det danne jernsalter. I luft blir jern raskt dekket med en oksidfilm som hindrer ytterligere reaksjon.
Men i nærvær av fuktighet, i stedet for en oksidfilm, vises rust, som på grunn av sin løse struktur ikke forhindrer ytterligere oksidasjon. Denne funksjonen - korrosjon i nærvær av fuktighet - er den største ulempen med jernlegeringer. Det er verdt å merke seg at urenheter provoserer korrosjon, mens kjemisk rent metall er motstandsdyktig mot vann.
Viktige parametere
Rent metalljern er ganske formbart, egner seg godt til smiing og dårlig støpt. Små urenheter av karbon øker imidlertid hardheten og sprøheten betydelig. Denne egenskapen ble en av grunnene til at bronseverktøy ble fortrengt av jern.
- Hvis vi sammenligner jernlegeringer og, fra de som var kjent i den antikke verden, er det åpenbart at, og når det gjelder korrosjonsbestandighet, og derfor når det gjelder holdbarhet. Massen førte imidlertid til utarming av tinngruver. Og siden det er mye mindre enn, hadde metallurgene fra fortiden spørsmålet om å erstatte. Og jern erstattet bronse. Sistnevnte ble fullstendig erstattet da stål dukket opp: bronse gir ikke en slik kombinasjon av hardhet og elastisitet.
- Jern danner en jerntriade med kobolt. Egenskapene til elementene er veldig nærme, nærmere enn deres kolleger med samme struktur i det ytre laget. Alle metaller har utmerkede mekaniske egenskaper: de kan lett bearbeides, rulles, strekkes, de kan smides og stemples. Kobolt er både ikke like reaktivt og mer motstandsdyktig mot korrosjon enn jern. Den lavere forekomsten av disse elementene tillater imidlertid ikke deres bruk så mye som jern.
- Den viktigste "konkurrenten" til jern når det gjelder bruk er. Men faktisk har begge materialene helt forskjellige kvaliteter. langt fra å være like sterk som jern, den strekker seg verre, lar seg ikke smi. På den annen side skiller metallet seg, mye mindre vekt, noe som letter designet betydelig.
Den elektriske ledningsevnen til jern er veldig gjennomsnittlig, mens aluminium i denne indikatoren er nest etter sølv og gull. Jern er en ferromagnet, det vil si at det forblir magnetisert i fravær av et magnetfelt, og trekkes inn i et magnetfelt.
Slike forskjellige egenskaper fører til helt andre bruksområder, slik at strukturelle materialer "kjemper" svært sjelden, for eksempel ved fremstilling av møbler, hvor lettheten til en aluminiumsprofil er i motsetning til styrken til en stålprofil.
Fordelene og ulempene med jern diskuteres nedenfor.
Fordeler og ulemper
Den største fordelen med jern sammenlignet med andre strukturelle metaller er utbredelsen og den relative enkelheten ved smelting. Men med tanke på hvor mye jern som brukes, er dette en veldig viktig faktor.
Fordeler
Fordelene med metall inkluderer andre kvaliteter.
- Styrke og hardhet samtidig som elastisiteten opprettholdes - vi snakker ikke om kjemisk rent jern, men om legeringer. Dessuten varierer disse egenskapene over et ganske bredt område avhengig av stålkvalitet, varmebehandlingsmetode, produksjonsmetode og så videre.
- En rekke stål og ferritt lar deg lage og velge et materiale for bokstavelig talt enhver oppgave - fra brorammen til skjæreverktøyet. Evnen til å oppnå ønskede egenskaper ved å tilsette svært små urenheter er en uvanlig stor fordel.
- Den enkle bearbeidingen gjør det mulig å få produkter av ulike typer: stenger, rør, formede produkter, bjelker, platejern og så videre.
- De magnetiske egenskapene til jern er slik at metallet er hovedmaterialet i produksjonen av magnetiske stasjoner.
- Kostnaden for legeringer avhenger selvfølgelig av sammensetningen, men den er fortsatt betydelig lavere enn for de fleste ikke-jernholdige legeringer, om enn med høyere styrkeegenskaper.
- Duktiliteten til jern gir materialet svært høye dekorative muligheter.
Feil
Ulempene med jernlegeringer er betydelige.
- Først av alt er dette utilstrekkelig korrosjonsbestandighet. Spesielle typer stål - rustfritt, har denne nyttige kvaliteten, men de er mye dyrere. Mye oftere er metallet beskyttet av et belegg - metall eller polymer.
- Jern er i stand til å akkumulere elektrisitet, så produkter laget av legeringene er utsatt for elektrokjemisk korrosjon. Tilfeller av enheter og maskiner, rørledninger må beskyttes på en eller annen måte - katodisk beskyttelse, slitebanebeskyttelse og så videre.
- Metallet er tungt, så jernkonstruksjoner øker vekten av konstruksjonsobjektet betydelig - en bygning, en jernbanevogn, et sjøfartøy.
Sammensetning og struktur
Jern finnes i 4 forskjellige modifikasjoner, som skiller seg fra hverandre i gitterparametere og struktur. Tilstedeværelsen av faser er virkelig av avgjørende betydning for smelting, siden det er nettopp faseoverganger og deres avhengighet av legeringselementer som sikrer selve forløpet av metallurgiske prosesser i denne verden. Så vi snakker om følgende faser:
- α-fasen er stabil opp til +769 C, har et kroppssentrert kubisk gitter. α-fasen er ferromagnetisk, det vil si at den beholder sin magnetisering i fravær av et magnetfelt. En temperatur på 769 C er Curie-punktet for metallet.
- β-fasen eksisterer fra +769 C til +917 C. Strukturen til modifikasjonen er den samme, men gitterparametrene er noe forskjellige. Samtidig er nesten alle fysiske egenskaper bevart, med unntak av magnetiske: jern blir en paramagnet.
- γ - fase vises i området fra +917 til +1394 C. Den har et ansiktssentrert kubisk gitter.
- δ-fasen eksisterer over en temperatur på +1394 C og har et kroppssentrert kubisk gitter.
Det er også en ε-modifikasjon, som vises ved høyt trykk, samt som følge av doping med enkelte elementer. ε-fasen har et tettpakket sekskantet gitter.
Denne videoen vil fortelle om de fysiske og kjemiske egenskapene til jern:
Egenskaper og egenskaper
Veldig mye avhenger av dens renhet. Forskjellen mellom egenskapene til kjemisk rent jern og vanlig teknisk, og enda mer legert stål, er svært betydelig. Som regel er det gitt fysiske egenskaper for teknisk jern med et urenhetsinnhold på 0,8 %.
Det er nødvendig å skille skadelige urenheter fra legeringstilsetningsstoffer. Førstnevnte, svovel og fosfor, for eksempel, gir sprøhet til legeringen uten å øke hardheten eller mekanisk styrke. Karbon i stål øker disse parameterne, det vil si at det er en nyttig komponent.
- Tettheten av jern (g/cm3) avhenger til en viss grad av fasen. Så, α-Fe har en tetthet på 7,87 g / cu. cm ved normal temperatur og 7,67 g / cu. cm ved +600 C. Tettheten til γ-fasen er lavere - 7,59 g / cu. cm og δ-fasen er enda mindre - 7,409 g/cc.
- Smeltepunktet for stoffet er +1539 C. Jern tilhører moderat ildfaste metaller.
- Kokepunkt - +2862 C.
- Styrke, det vil si motstand mot belastninger av ulike slag - trykk, spenning, bøyning, er regulert for hver stålkvalitet, støpejern og ferritt, så det er vanskelig å snakke om disse indikatorene generelt. Dermed har høyhastighetsstål en bøyestyrke lik 2,5–2,8 GPa. Og den samme parameteren for konvensjonelt teknisk jern er 300 MPa.
- Hardhet på Mohs-skalaen - 4–5. Spesialstål og kjemisk rent jern oppnår mye høyere hastigheter.
- Spesifikk elektrisk motstand 9,7·10-8 ohm·m. Jern leder strømmen mye dårligere enn kobber eller aluminium.
- Den termiske ledningsevnen er også lavere enn for disse metallene og avhenger av fasesammensetningen. Ved 25 C er det 74,04 W/(m K), ved 1500 C er det 31,8 [W/(m.K)].
- Jern er perfekt smidd, både ved normale og høye temperaturer. Støpejern og stål kan støpes.
- Et stoff kan ikke kalles biologisk inert. Imidlertid er toksisiteten svært lav. Dette er imidlertid ikke så mye forbundet med aktiviteten til elementet, men med menneskekroppens manglende evne til å absorbere det godt: maksimum er 20% av dosen som mottas.
Jern kan ikke tilskrives miljøstoffer. Den største skaden på miljøet er imidlertid ikke forårsaket av avfallet, siden jern ruster ganske raskt, men av produksjonsavfall - slagg, frigjorte gasser.
Produksjon
Jern er et av de vanligste elementene, så det krever ikke store utgifter. Forekomster utvikles både ved åpne og gruvemetoder. Faktisk inkluderer alle gruvemalmer jern, men bare de hvor andelen metall er stor nok utvikles. Dette er rike malmer - rød, magnetisk og brun jernmalm med et jerninnhold på opptil 74%, malmer med et gjennomsnittlig innhold - for eksempel markasitt, og fattige malmer med et jerninnhold på minst 26% - sideritt.
Rik malm sendes umiddelbart til anlegget. Raser med middels og lavt innhold er beriket.
Det finnes flere metoder for å produsere jernlegeringer. Som regel inkluderer smelting av ethvert stål produksjon av råjern. Den smeltes i en masovn ved en temperatur på 1600 C. Ladningen - sinter, pellets, lastes inn i ovnen sammen med flussmidlet og blåses med varmluft. I dette tilfellet smelter metallet og koks brenner, noe som lar deg brenne ut uønskede urenheter og skille slagget.
For å oppnå stål brukes vanligvis hvitt støpejern - i det er karbon bundet til en kjemisk forbindelse med jern. De tre vanligste måtene er:
- åpen ildsted - smeltet jern med tilsetning av malm og skrap smeltes ved 2000 C for å redusere karboninnholdet. Ytterligere ingredienser, hvis noen, tilsettes på slutten av smelten. På denne måten oppnås stål av høyeste kvalitet.
- oksygen-omformer - en mer produktiv måte. I ovnen blåses tykkelsen på støpejernet med luft ved et trykk på 26 kg / kvm. se. En blanding av oksygen med luft eller rent oksygen kan brukes til å forbedre egenskapene til stål;
- elektrosmelting - oftere brukt til å produsere spesiallegert stål. Støpejern brennes i en elektrisk ovn ved en temperatur på 2200 C.
Stål kan også oppnås ved den direkte metoden. For å gjøre dette blir pellets med høyt jerninnhold lastet inn i en sjaktovn og blåst med hydrogen ved en temperatur på 1000 C. Sistnevnte gjenoppretter jern fra oksid uten mellomliggende trinn.
I forbindelse med spesifikasjonene til jernmetallurgi selges enten malm med et visst jerninnhold eller ferdige produkter - støpejern, stål, ferritt. Prisen deres er veldig forskjellig. Den gjennomsnittlige kostnaden for jernmalm i 2016 - rik, med et elementinnhold på mer enn 60%, er $ 50 per tonn.
Prisen på stål avhenger av mange faktorer, noe som noen ganger gjør opp- og nedturer i prisene helt uforutsigbare. Høsten 2016 økte kostnadene for armeringsjern, varm- og kaldvalset stål kraftig på grunn av en like kraftig prisvekst på kokskull, en uunnværlig aktør i smelting. I november tilbyr europeiske selskaper en coil av varmvalset stål til 500 Euro per tonn.
Bruksområde
Bruksomfanget av jern og jernlegeringer er enormt. Det er lettere å angi hvor metallet ikke brukes.
- Konstruksjon - konstruksjonen av alle typer rammer, fra den bærende rammen til broen til den dekorative peisboksen i leiligheten, kan ikke klare seg uten stål av forskjellige karakterer. Beslag, stenger, I-bjelker, kanaler, vinkler, rør: absolutt alle formede og profilerte produkter brukes i konstruksjonen. Det samme gjelder for metallplater: taktekking er laget av det, og så videre.
- Maskinteknikk - det er svært lite som kan sammenlignes med stål når det gjelder styrke og slitestyrke, så kroppsdelene til de aller fleste maskiner er laget av stål. Spesielt i tilfeller hvor utstyret må fungere ved høye temperaturer og trykk.
- Verktøy - ved hjelp av legeringselementer og herding kan metallet gis hardhet og styrke nær diamanter. Høyhastighetsstål er grunnlaget for ethvert maskineringsverktøy.
- I elektroteknikk er bruken av jern mer begrenset, nettopp fordi urenheter forverrer de elektriske egenskapene betydelig, og de er allerede små. Men metallet er uunnværlig i produksjonen av magnetiske deler av elektrisk utstyr.
- Rørledning - kommunikasjon av alle slag og typer er laget av stål og støpejern: oppvarming, vannrørledninger, gassrørledninger, inkludert stamledninger, kappe for strømkabler, oljerørledninger, og så videre. Bare stål er i stand til å tåle slike enorme belastninger og innvendig trykk.
- Innenlandsbruk - stål brukes overalt: fra tilbehør og bestikk til jerndører og låser. Metallets styrke og slitestyrke gjør det uunnværlig.
Jern og dets legeringer kombinerer styrke, holdbarhet og slitestyrke. I tillegg er metallet relativt billig å produsere, noe som gjør det til et uunnværlig materiale for den moderne nasjonaløkonomien.
Denne videoen vil fortelle om jernlegeringer med ikke-jernholdige metaller og tunge svarte:
Jern er et velkjent kjemisk grunnstoff. Det tilhører metallene med gjennomsnittlig reaktivitet. Vi vil vurdere egenskapene og bruken av jern i denne artikkelen.
Utbredelse i naturen
Det er et ganske stort antall mineraler som inkluderer ferrum. Først av alt er det magnetitt. Det er syttito prosent jern. Dens kjemiske formel er Fe 3 O 4 . Dette mineralet kalles også magnetisk jernmalm. Den har en lys grå farge, noen ganger med mørk grå, opp til svart, med en metallisk glans. Dens største forekomst blant CIS-landene ligger i Ural.
Det neste mineralet med høyt jerninnhold er hematitt - det består av sytti prosent av dette elementet. Dens kjemiske formel er Fe 2 O 3 . Det kalles også rød jernmalm. Den har en farge fra rødbrun til rødgrå. Den største forekomsten på territoriet til CIS-landene ligger i Krivoy Rog.
Det tredje mineralet når det gjelder ferruminnhold er limonitt. Her er jern seksti prosent av den totale massen. Det er et krystallinsk hydrat, det vil si at vannmolekyler er vevd inn i dets krystallgitter, dens kjemiske formel er Fe 2 O 3 .H 2 O. Som navnet tilsier, har dette mineralet en gul-brunaktig farge, noen ganger brun. Det er en av hovedkomponentene i naturlig oker og brukes som pigment. Det kalles også brun jernstein. De største forekomstene er Krim, Ural.
I sideritt, den såkalte jernmalmen, førtiåtte prosent av ferrum. Dens kjemiske formel er FeCO 3 . Strukturen er heterogen og består av krystaller av forskjellige farger koblet sammen: grå, blekgrønn, grå-gul, brun-gul, etc.
Det siste naturlig forekommende mineralet med høyt ferruminnhold er pyritt. Den har følgende kjemiske formel FeS 2 . Jern i den er førtiseks prosent av den totale massen. På grunn av svovelatomene har dette mineralet en gylden gul farge.
Mange av mineralene som vurderes brukes til å oppnå rent jern. I tillegg brukes hematitt til fremstilling av smykker fra naturstein. Pyritt inneslutninger kan finnes i lapis lazuli smykker. I tillegg finnes jern i naturen i sammensetningen av levende organismer - det er en av de viktigste komponentene i cellen. Dette sporelementet må tilføres menneskekroppen i tilstrekkelige mengder. De helbredende egenskapene til jern skyldes i stor grad det faktum at dette kjemiske elementet er grunnlaget for hemoglobin. Derfor har bruk av ferrum en god effekt på blodets tilstand, og derfor hele organismen som helhet.
Jern: fysiske og kjemiske egenskaper
La oss ta en titt på disse to hoveddelene i rekkefølge. jern er dets utseende, tetthet, smeltepunkt osv. Det vil si alle de særegne egenskapene til et stoff som er assosiert med fysikk. De kjemiske egenskapene til jern er dets evne til å reagere med andre forbindelser. La oss starte med det første.
Fysiske egenskaper av jern
I sin rene form under normale forhold er det et fast stoff. Den har en sølvgrå farge og en uttalt metallisk glans. De mekaniske egenskapene til jern inkluderer et hardhetsnivå på She lik fire (middels). Jern har god elektrisk og termisk ledningsevne. Den siste funksjonen kan føles ved å berøre en jerngjenstand i et kaldt rom. Fordi dette materialet leder varme raskt, tar det mye av det ut av huden din på kort tid, og det er derfor du føler deg kald.
Ved å berøre for eksempel et tre, kan det bemerkes at dets varmeledningsevne er mye lavere. De fysiske egenskapene til jern er dets smelte- og kokepunkt. Den første er 1539 grader Celsius, den andre er 2860 grader Celsius. Det kan konkluderes med at de karakteristiske egenskapene til jern er god duktilitet og smelteevne. Men det er ikke alt.
De fysiske egenskapene til jern inkluderer også dets ferromagnetisme. Hva det er? Jern, hvis magnetiske egenskaper vi kan observere i praktiske eksempler hver dag, er det eneste metallet som har et så unikt kjennetegn. Dette skyldes det faktum at dette materialet er i stand til å magnetiseres under påvirkning av et magnetfelt. Og etter avslutningen av virkningen av sistnevnte, forblir jern, hvis magnetiske egenskaper nettopp er dannet, en magnet i lang tid. Dette fenomenet kan forklares med det faktum at i strukturen til dette metallet er det mange frie elektroner som er i stand til å bevege seg.
Når det gjelder kjemi
Dette elementet tilhører metallene med middels aktivitet. Men de kjemiske egenskapene til jern er typiske for alle andre metaller (unntatt de som er til høyre for hydrogen i den elektrokjemiske serien). Det er i stand til å reagere med mange klasser av stoffer.
La oss starte enkelt
Ferrum interagerer med oksygen, nitrogen, halogener (jod, brom, klor, fluor), fosfor, karbon. Det første du bør vurdere er reaksjoner med oksygen. Når ferrum brennes, dannes dets oksider. Avhengig av reaksjonsbetingelsene og proporsjonene mellom de to deltakerne, kan de varieres. Som et eksempel på slike interaksjoner kan følgende reaksjonsligninger gis: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4. Og egenskapene til jernoksid (både fysisk og kjemisk) kan varieres, avhengig av variasjonen. Disse reaksjonene finner sted ved høye temperaturer.
Den neste er interaksjonen med nitrogen. Det kan også bare oppstå under oppvarming. Hvis vi tar seks mol jern og en mol nitrogen, får vi to mol jernnitrid. Reaksjonsligningen vil se slik ut: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.
Ved interaksjon med fosfor dannes et fosfid. For å utføre reaksjonen er følgende komponenter nødvendige: for tre mol ferrum - en mol fosfor, som et resultat dannes en mol fosfid. Ligningen kan skrives som følger: 3Fe + P = Fe 3 P.
I tillegg, blant reaksjoner med enkle stoffer, kan interaksjon med svovel også skilles. I dette tilfellet kan sulfid oppnås. Prinsippet hvorved prosessen med dannelse av dette stoffet skjer, ligner de som er beskrevet ovenfor. Det oppstår nemlig en addisjonsreaksjon. Alle kjemiske interaksjoner av denne typen krever spesielle forhold, hovedsakelig høye temperaturer, sjeldnere katalysatorer.
Også vanlig i kjemisk industri er reaksjoner mellom jern og halogener. Disse er klorering, bromering, jodering, fluorering. Som det fremgår av navnene på selve reaksjonene, er dette prosessen med å tilsette klor / brom / jod / fluor-atomer til ferrum-atomer for å danne henholdsvis klorid / bromid / jodid / fluor. Disse stoffene er mye brukt i ulike bransjer. I tillegg er ferrum i stand til å kombinere med silisium ved høye temperaturer. På grunn av det faktum at de kjemiske egenskapene til jern er forskjellige, brukes det ofte i kjemisk industri.
Ferrum og komplekse stoffer
Fra enkle stoffer, la oss gå videre til de hvis molekyler består av to eller flere forskjellige kjemiske elementer. Det første å nevne er reaksjonen av ferrum med vann. Her er hovedegenskapene til jern. Når vann varmes opp, dannes det sammen med jern (det kalles det fordi det, når det samhandler med det samme vannet, danner et hydroksid, med andre ord en base). Så hvis du tar en mol av begge komponentene, dannes stoffer som ferrumdioksid og hydrogen i form av en gass med en skarp lukt - også i molare proporsjoner på en til en. Ligningen for denne typen reaksjon kan skrives som følger: Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2. Avhengig av proporsjonene som disse to komponentene er blandet i, kan jerndi- eller trioksid oppnås. Begge disse stoffene er svært vanlige i kjemisk industri og brukes også i mange andre industrier.
Med syrer og salter
Siden ferrum er plassert til venstre for hydrogen i den elektrokjemiske serien av metallaktivitet, er det i stand til å fortrenge dette elementet fra forbindelser. Et eksempel på dette er substitusjonsreaksjonen som kan observeres når jern tilsettes til en syre. For eksempel, hvis du blander jern og sulfatsyre (aka svovelsyre) av middels konsentrasjon i samme molare proporsjoner, vil resultatet være jernsulfat (II) og hydrogen i samme molare proporsjoner. Ligningen for en slik reaksjon vil se slik ut: Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.
Ved interaksjon med salter manifesteres de reduserende egenskapene til jern. Det vil si at ved hjelp av det kan et mindre aktivt metall isoleres fra salt. For eksempel, hvis du tar en mol og samme mengde ferrum, kan du få jernsulfat (II) og rent kobber i samme molare proporsjoner.
Betydning for kroppen
Et av de vanligste kjemiske grunnstoffene i jordskorpen er jern. vi allerede har vurdert, nå vil vi nærme oss det fra et biologisk synspunkt. Ferrum utfører svært viktige funksjoner både på cellenivå og på nivå med hele organismen. Først av alt er jern grunnlaget for et slikt protein som hemoglobin. Det er nødvendig for transport av oksygen gjennom blodet fra lungene til alle vev, organer, til hver celle i kroppen, først og fremst til nevronene i hjernen. Derfor kan de gunstige egenskapene til jern ikke overvurderes.
I tillegg til at det påvirker bloddannelsen, er ferrum også viktig for full funksjon av skjoldbruskkjertelen (dette krever ikke bare jod, som noen tror). Jern deltar også i intracellulær metabolisme, regulerer immunitet. Ferrum finnes også i spesielt store mengder i leverceller, da det bidrar til å nøytralisere skadelige stoffer. Det er også en av hovedkomponentene i mange typer enzymer i kroppen vår. Det daglige kostholdet til en person bør inneholde fra ti til tjue milligram av dette sporstoffet.
Mat rik på jern
Det er mange. De er av både plante- og animalsk opprinnelse. De første er frokostblandinger, belgfrukter, frokostblandinger (spesielt bokhvete), epler, sopp (hvit), tørket frukt, nyper, pærer, fersken, avokado, gresskar, mandler, dadler, tomater, brokkoli, kål, blåbær, bjørnebær, selleri, etc. Den andre - lever, kjøtt. Bruken av mat med mye jern er spesielt viktig under graviditet, da kroppen til det utviklende fosteret krever en stor mengde av dette sporelementet for riktig vekst og utvikling.
Tegn på jernmangel i kroppen
Symptomer på for lite ferrum som kommer inn i kroppen er tretthet, konstant frysing av hender og føtter, depresjon, skjørt hår og negler, nedsatt intellektuell aktivitet, fordøyelsessykdommer, lav ytelse og skjoldbruskkjertelforstyrrelser. Hvis du merker mer enn ett av disse symptomene, kan det være lurt å øke mengden jernrik mat i kostholdet ditt eller kjøpe vitaminer eller kosttilskudd som inneholder ferrum. Sørg også for å konsultere en lege hvis noen av disse symptomene du føler deg for akutt.
Bruken av ferrum i industrien
Brukene og egenskapene til jern er nært beslektet. På grunn av sin ferromagnetisme, brukes den til å lage magneter - både svakere for husholdningsformål (souvenir kjøleskapsmagneter, etc.), og sterkere - for industrielle formål. På grunn av det faktum at det aktuelle metallet har høy styrke og hardhet, har det blitt brukt siden antikken til fremstilling av våpen, rustninger og andre militære og husholdningsverktøy. Forresten, selv i det gamle Egypt var meteorittjern kjent, hvis egenskaper er overlegne de av vanlig metall. Også et slikt spesielt jern ble brukt i det gamle Roma. De laget elitevåpen av det. Bare en veldig rik og edel person kunne ha et skjold eller sverd laget av meteorittmetall.
Generelt er metallet som vi vurderer i denne artikkelen det mest allsidige blant alle stoffene i denne gruppen. Først av alt lages stål og støpejern av det, som brukes til å produsere alle slags produkter som er nødvendige både i industrien og i hverdagen.
Støpejern er en legering av jern og karbon, der den andre er tilstede fra 1,7 til 4,5 prosent. Hvis den andre er mindre enn 1,7 prosent, kalles denne typen legering stål. Hvis omtrent 0,02 prosent karbon er tilstede i sammensetningen, er dette allerede vanlig teknisk jern. Tilstedeværelsen av karbon i legeringen er nødvendig for å gi den større styrke, termisk stabilitet og rustmotstand.
I tillegg kan stål inneholde mange andre kjemiske elementer som urenheter. Dette er mangan, fosfor og silisium. Også krom, nikkel, molybden, wolfram og mange andre kjemiske elementer kan tilsettes denne typen legeringer for å gi den visse kvaliteter. Ståltyper hvor det er mye silisium (omtrent fire prosent) brukes som transformatorstål. De som inneholder mye mangan (opptil tolv til fjorten prosent) finner sin bruk i produksjon av deler til jernbaner, møller, knusere og andre verktøy, hvor deler er utsatt for rask slitasje.
Molybden introduseres i sammensetningen av legeringen for å gjøre den mer termisk stabil - slike stål brukes som verktøystål. I tillegg, for å få kjente og ofte brukte rustfrie stål i hverdagen i form av kniver og andre husholdningsverktøy, er det nødvendig å tilsette krom, nikkel og titan til legeringen. Og for å få støtbestandig, høyfast, duktilt stål, er det nok å tilsette vanadium til det. Når det introduseres i sammensetningen av niob, er det mulig å oppnå høy motstand mot korrosjon og effekten av kjemisk aggressive stoffer.
Mineralet magnetitt, som ble nevnt i begynnelsen av artikkelen, er nødvendig for produksjon av harddisker, minnekort og andre enheter av denne typen. På grunn av sine magnetiske egenskaper kan jern finnes i konstruksjonen av transformatorer, motorer, elektroniske produkter osv. I tillegg kan ferrum tilsettes andre metallegeringer for å gi dem større styrke og mekanisk stabilitet. Sulfatet til dette elementet brukes i hagebruk for skadedyrbekjempelse (sammen med kobbersulfat).
De er uunnværlige i vannrensing. I tillegg brukes magnetittpulver i sort/hvitt-skrivere. Hovedbruken av pyritt er å få svovelsyre fra den. Denne prosessen skjer i laboratoriet i tre trinn. I det første trinnet brennes ferrumkis for å produsere jernoksid og svoveldioksid. På det andre trinnet skjer omdannelsen av svoveldioksid til trioksid med deltakelse av oksygen. Og på det siste stadiet føres det resulterende stoffet gjennom i nærvær av katalysatorer, og oppnår derved svovelsyre.
Får jern
Dette metallet utvinnes hovedsakelig fra de to hovedmineralene: magnetitt og hematitt. Dette gjøres ved å redusere jern fra dets forbindelser med karbon i form av koks. Dette gjøres i masovner, hvor temperaturen når to tusen grader Celsius. I tillegg er det en måte å redusere ferrum med hydrogen. Dette krever ikke masovn. For å implementere denne metoden tas spesiell leire, blandet med knust malm og behandlet med hydrogen i en sjaktovn.
Konklusjon
Egenskapene og bruken av jern er varierte. Dette er kanskje det viktigste metallet i livet vårt. Etter å ha blitt kjent for menneskeheten, tok han plassen til bronse, som på den tiden var hovedmaterialet for produksjon av alle verktøy, så vel som våpen. Stål og støpejern er på mange måter overlegen legeringen av kobber og tinn når det gjelder deres fysiske egenskaper, motstand mot mekanisk påkjenning.
I tillegg er jern mer vanlig på planeten vår enn mange andre metaller. den i jordskorpen er nesten fem prosent. Det er det fjerde mest tallrike kjemiske elementet i naturen. Dette kjemiske elementet er også veldig viktig for normal funksjon av organismen til dyr og planter, først og fremst fordi hemoglobin er bygget på grunnlaget. Jern er et essensielt sporelement, hvis bruk er viktig for å opprettholde helse og normal funksjon av organer. I tillegg til ovennevnte er det det eneste metallet som har unike magnetiske egenskaper. Uten ferrum er det umulig å forestille seg livet vårt.
Jern er et av de vanligste metallene i jordskorpen etter aluminium. Dens fysiske og kjemiske egenskaper er slik at den har utmerket elektrisk ledningsevne, termisk ledningsevne og duktilitet, har en sølvhvit farge og høy kjemisk reaktivitet for raskt å korrodere ved høy luftfuktighet eller høye temperaturer. Siden den er i en fint spredt tilstand, brenner den i rent oksygen og antennes spontant i luft.
Begynnelsen på jernets historie
I det tredje årtusen f.Kr. e. folk begynte å gruve og lærte å behandle bronse og kobber. De ble ikke mye brukt på grunn av deres høye kostnader. Jakten på nytt metall fortsatte. Jernets historie begynte i det første århundre f.Kr. e. I naturen kan det bare finnes i form av forbindelser med oksygen. For å oppnå et rent metall, er det nødvendig å skille det siste elementet. Lenge var det ikke mulig å smelte jernet, siden det måtte varmes opp til 1539 grader. Og først med fremkomsten av osteblåsende ovner i det første årtusen f.Kr., begynte dette metallet å bli oppnådd. Til å begynne med var den sprø og inneholdt mye slagg.
Med fremkomsten av smiene ble kvaliteten på jern betydelig forbedret. Den ble videreforedlet i en smed, hvor slagg ble skilt fra med hammerslag. Smiing har blitt en av hovedtypene for metallbearbeiding, og smedarbeid har blitt en uunnværlig produksjonsgren. Jern i sin reneste form er et veldig mykt metall. Den brukes hovedsakelig i en legering med karbon. Dette tilsetningsstoffet forbedrer en slik fysisk egenskap av jern som hardhet. Billig materiale trengte snart bredt inn i alle sfærer av menneskelig aktivitet og gjorde en revolusjon i samfunnsutviklingen. Selv i eldgamle tider var jernprodukter dekket med et tykt lag gull. Den hadde en høy pris sammenlignet med edelmetallet.
jern i naturen
Ett aluminium i litosfæren inneholder mer enn jern. I naturen kan det bare finnes i form av forbindelser. Treverdig jern, reagerer, farger jorden brun og gir sanden en gulaktig fargetone. Jernoksider og sulfider er spredt i jordskorpen, noen ganger er det ansamlinger av mineraler, hvorfra metallet deretter utvinnes. Innholdet av jernholdig jern i enkelte mineralkilder gir vannet en spesiell smak.
Rustent vann som strømmer fra gamle vannrør er farget av det treverdige metallet. Dens atomer finnes også i menneskekroppen. De finnes i hemoglobin (et jernholdig protein) i blodet, som forsyner kroppen med oksygen og fjerner karbondioksid. Noen meteoritter inneholder rent jern, noen ganger finner man hele blokker.
Hva er de fysiske egenskapene til jern?
Det er et duktilt sølvhvitt metall med en gråaktig fargetone, med en metallisk glans. Det er en god leder av elektrisitet og varme. På grunn av sin plastisitet egner den seg perfekt til smiing og rulling. Jern løses ikke opp i vann, men blir flytende i kvikksølv, smelter ved 1539 og koker ved 2862 grader Celsius, har en tetthet på 7,9 g/cm³. Et trekk ved de fysiske egenskapene til jern er at metallet tiltrekkes av en magnet og, etter annullering av det eksterne magnetfeltet, beholder magnetiseringen. Ved å bruke disse egenskapene kan den brukes til å lage magneter.
Kjemiske egenskaper
Jern har følgende egenskaper:
- i luft og vann oksiderer det lett og blir rustent;
- i oksygen brenner den oppvarmede ledningen (i dette tilfellet dannes skala i form av jernoksid);
- ved en temperatur på 700-900 grader Celsius reagerer den med vanndamp;
- når det oppvarmes, reagerer det med ikke-metaller (klor, svovel, brom);
- reagerer med fortynnede syrer, noe som resulterer i jernsalter og hydrogen;
- løses ikke i alkalier;
- det er i stand til å fortrenge metaller fra løsninger av deres salter (en jernspiker, i en løsning av kobbersulfat, er dekket med en rød blomst - dette er kobber);
- i konsentrerte alkalier, når de kokes, manifesteres amfoterisiteten til jern.
Feature Feature
En av de fysiske egenskapene til jern er ferromagnetisme. I praksis er de magnetiske egenskapene til dette materialet ofte påtruffet. Det er det eneste metallet som har en så sjelden egenskap.
Under påvirkning av et magnetfelt magnetiseres jern. De dannede magnetiske egenskapene til metallet beholder i lang tid og forblir en magnet selv. Dette eksepsjonelle fenomenet forklares med at strukturen til jern inneholder et stort antall frie elektroner som kan bevege seg rundt.
Reserver og produksjon
Et av de vanligste grunnstoffene på jorden er jern. Når det gjelder innhold i jordskorpen, ligger den på fjerde plass. Det er kjent mange malmer som inneholder det, for eksempel magnetisk og brun jernmalm. Metall i industrien oppnås hovedsakelig fra malm av hematitt og magnetitt ved bruk av en masovnsprosess. Først reduseres det med karbon i en ovn ved en høy temperatur på 2000 grader Celsius.
For å gjøre dette mates jernmalm, koks og fluss inn i masovnen ovenfra, og en strøm av varm luft injiseres nedenfra. Den direkte prosessen for å skaffe jern brukes også. Den knuste malmen blandes med spesiell leire for å danne pellets. Deretter fyres de og behandles med hydrogen i en sjaktovn, hvor det enkelt kan restaureres. Man får fast jern, og deretter smeltes det ned i elektriske ovner. Rent metall gjenvinnes fra oksider ved elektrolyse av vandige løsninger av salter.
Fordeler med jern
De viktigste fysiske egenskapene til jernstoffet gir det og dets legeringer følgende fordeler fremfor andre metaller:
Feil
I tillegg til et stort antall positive egenskaper, er det en rekke negative egenskaper ved metallet:
- Produktene er utsatt for korrosjon. For å eliminere denne uønskede effekten oppnås rustfritt stål ved legering, og i andre tilfeller utføres spesiell anti-korrosjonsbehandling av strukturer og deler.
- Jern akkumulerer statisk elektrisitet, så produkter som inneholder det er utsatt for elektrokjemisk korrosjon og krever også ytterligere behandling.
- Egenvekten til metallet er 7,13 g/cm³. Denne fysiske egenskapen til jern gir strukturer og deler økt vekt.
Sammensetning og struktur
I følge den krystallinske funksjonen har jern fire modifikasjoner som er forskjellige i struktur og gitterparametere. For smelting av legeringer er det tilstedeværelsen av faseoverganger og legeringsadditiver som er avgjørende. Det er følgende tilstander:
- Alfafase. Det vedvarer opp til 769 grader Celsius. I denne tilstanden beholder jern egenskapene til en ferromagnet og har et kroppssentrert kubisk gitter.
- Betafase. Eksisterer ved temperaturer fra 769 til 917 grader Celsius. Den har litt andre gitterparametere enn i det første tilfellet. Alle de fysiske egenskapene til jern forblir de samme, bortsett fra de magnetiske, som det mister.
- Gamma fase. Strukturen til gitteret blir ansiktssentrert. Denne fasen vises i området 917-1394 grader Celsius.
- Omega fase. Denne tilstanden til metallet vises ved temperaturer over 1394 grader Celsius. Den skiller seg fra den forrige bare i gitterparametrene.
Jern er det mest ettertraktede metallet i verden. Mer enn 90 prosent av all metallurgisk produksjon faller på den.
applikasjon
Folk begynte først å bruke meteorittjern, som ble verdsatt mer enn gull. Siden den gang har omfanget av dette metallet bare utvidet seg. Nedenfor er bruken av jern, basert på dets fysiske egenskaper:
- ferromagnetiske oksider brukes til produksjon av magnetiske materialer: industrianlegg, kjøleskap, suvenirer;
- jernoksider brukes som mineralmaling;
- jernklorid er uunnværlig i amatørradiopraksis;
- jernsulfater brukes i tekstilindustrien;
- magnetisk jernoksid er et av de viktige materialene for produksjon av langtidsdataminneenheter;
- ultrafint jernpulver brukes i svart-hvitt laserskrivere;
- styrken til metallet lar deg lage våpen og rustning;
- slitasjebestandig støpejern kan brukes til produksjon av bremser, clutchskiver og deler til pumper;
- varmebestandig - for masovner, termiske ovner, åpen ildsted;
- varmebestandig - for kompressorutstyr, dieselmotorer;
- høykvalitetsstål brukes til gassrørledninger, kjelekropper, tørketromler, vaskemaskiner og oppvaskmaskiner.
Konklusjon
Med jern menes ofte ikke selve metallet, men dets legering - lavkarbon elektrisk stål. Å skaffe rent jern er en ganske komplisert prosess, og derfor brukes den bare til produksjon av magnetiske materialer. Som allerede nevnt, er den eksepsjonelle fysiske egenskapen til et enkelt jernstoff ferromagnetisme, det vil si evnen til å bli magnetisert i nærvær av et magnetfelt.
De magnetiske egenskapene til rent metall er opptil 200 ganger høyere enn til teknisk stål. Denne egenskapen påvirkes også av kornstørrelsen på metallet. Jo større korn, jo høyere magnetiske egenskaper. Maskinering har også en viss effekt. Slikt rent jern, som tilfredsstiller disse kravene, brukes til å oppnå magnetiske materialer.