З'єднання заліза чорного кольору. Хімічні та фізичні властивості заліза, застосування. Хімічні властивості даних сполук

Позначення – Fe (Iron);
Період – IV;
Група – 8 (VIII);
Атомна маса – 55,845;
Атомний номер – 26;
Радіус атома = 126 пм;
Ковалентний радіус = 117 пм;
Розподіл електронів - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2;
t плавлення = 1535 ° C;
t кипіння = 2750 ° C;
Електронегативність (по Полінгу/по Алпреду та Рохову) = 1,83/1,64;
Ступінь окиснення: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
Щільність (н. у.) = 7,874 г/см 3;
Молярний об'єм = 7,1 см3/моль.

З'єднання заліза:

Залізо є найпоширенішим металом у земній корі (5,1% за масою) після алюмінію.

На Землі залізо у вільному стані зустрічається в незначних кількостях у вигляді самородків, а також у метеоритах, що впали.

Промисловим способом залізо добувають на залізничних родовищах, із залізовмісних мінералів: магнітного, червоного, бурого залізняку.

Слід сказати, що залізо входить до складу багатьох природних мінералів, зумовлюючи їхнє природне забарвлення. Забарвлення мінералів залежить залежить від концентрації і співвідношення іонів заліза Fe 2+ /Fe 3+ , і навіть від атомів, які оточують ці іони. Наприклад, присутність домішок іонів заліза впливає на забарвлення багатьох дорогоцінних і напівдорогоцінних каменів: топазів (від блідо-жовтого до червоного), сапфірів (від блакитного до темно-синього), аквамаринів (від світло-блакитного до зеленувато-блакитного) та ін.

Залізо міститься у тканинах тварин і рослин, наприклад, в організмі дорослої людини є близько 5 г заліза. Залізо є життєво важливим елементом, воно входить до складу білка гемоглобіну, беручи участь у транспортуванні кисню від легень до тканин та клітин. При нестачі заліза в організмі людини розвивається недокрів'я (залізодефіцитна анемія).

Мал. Будова атома заліза.

Електронна конфігурація атома заліза - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 (див. Електронна структура атомів). В утворенні хімічних зв'язків з іншими елементами можуть брати участь 2 електрони, що знаходяться на зовнішньому 4s-рівні + 6 електронів 3d-підрівня (всього 8 електронів), тому в з'єднаннях залізо може приймати ступеня окиснення +8, +6, +4, +3, +2, +1, (найчастіше зустрічаються +3, +2). Залізо має середню хімічну активність.

Мал. Ступені окиснення заліза: +2, +3.

Фізичні властивості заліза:

метал сріблясто-білого кольору;
у чистому вигляді досить м'який та пластичний;
хобладає гарною тепло-і електропровідністю.

Залізо існує у вигляді чотирьох модифікацій (розрізняються будовою кристалічних ґрат): α-залізо; β-залізо; γ-залізо; δ-залізо.

Хімічні властивості заліза

реагує з киснем, залежно від температури та концентрації кисню можуть утворюватися різні продукти або суміш продуктів окислення заліза (FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4):
3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4;
окислення заліза за низьких температур:
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3;
реагує з водяною парою:
3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2;
дрібно роздроблене залізо реагує при нагріванні із сіркою та хлором (сульфід та хлорид заліза):
Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;
при високих температурах реагує з кремнієм, вуглецем, фосфором:
3Fe + C = Fe 3 C;
з іншими металами та з неметалами залізо може утворювати сплави;
залізо витісняє менш активні метали з їхньої солей:
Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu;
з розведеними кислотами залізо виступає у ролі відновника, утворюючи солі:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2;
із розведеною азотною кислотою залізо утворює різні продукти відновлення кислоти, залежно від її концентрації (N 2 , N 2 O, NO 2).

Отримання та застосування заліза

Промислове залізо одержують виплавкоючавуну та сталі.

Чавун – це сплав заліза з домішками кремнію, марганцю, сірки, фосфору, вуглецю. Вміст вуглецю в чавуні перевищує 2% (у сталі менше 2%).

Чисте залізо одержують:

у кисневих конверторах із чавуну;
відновленням оксидів заліза воднем та двовалентним оксидом вуглецю;
електроліз відповідних солей.

Чавун одержують із залізних руд відновленням оксидів заліза. Виплавку чавуну здійснюють у доменних печах. Як джерело тепла в доменній печі використовується кокс.

Доменна піч є дуже складною технічною спорудою заввишки кілька десятків метрів. Вона викладається з вогнетривкої цегли і захищається зовнішнім сталевим кожухом. Станом на 2013 рік найбільша доменна піч була побудована в Південній Кореї сталеливарною компанією POSCO на металургійному заводі в місті Кван'ян (обсяг печі після модернізації становив 6000 кубометрів при щорічній продуктивності 5700000 тонн).

Мал. Доменна піч.

Процес виплавки чавуну в доменній печі йде безперервно протягом кількох десятиліть, доки піч не виробить свій ресурс.

Мал. Процес виплавки чавуну в доменній печі.

збагачені руди (магнітний, червоний, бурий залізняк) і кокс засипаються через колошник, розташований у верхівці доменної печі;
процеси відновлення заліза з руди під дією оксиду вуглецю (II) протікають у середній частині доменної печі (шахті) при температурі 450-1100°C (оксиди заліза відновлюються до металу):
- 450-500°C - 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2;
- 600 ° C - Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2;
- 800 ° C - FeO + CO = Fe + CO 2;
- частина двовалентного оксиду заліза відновлюється коксом: FeO + C = Fe + CO.
паралельно йде процес відновлення оксидів кремнію і марганцю (входять у залізну руду у вигляді домішок), кремній і марганець входять до складу чавуну, що виплавляється:
- SiO 2 + 2C = Si + 2CO;
- Mn 2 O 3 + 3C = 2Mn + 3CO.
при термічному розкладанні вапняку (вноситься в доменну піч) утворюється оксид кальцію, який реагує з оксидами кремнію та алюмінію, що містяться в руді:
- CaCO 3 = CaO + CO 2;
- CaO + SiO 2 = CaSiO 3;
- CaO + Al2O3 = Ca(AlO2) 2 .
при 1100 ° C процес відновлення заліза припиняється;
нижче шахти розташовується розпар, найширша частина доменної печі, нижче якої слідує рюкзак, в якому вигоряє кокс і утворюються рідкі продукти плавки - чавун і шлаки, що накопичуються в самому низу печі - горні;
у верхній частині горна при температурі 1500°C в струмені повітря, що вдується, відбувається інтенсивне згоряння коксу: C + O 2 = CO 2 ;
проходячи через розпечений кокс, оксид вуглецю (IV) перетворюється на оксид вуглецю (II), що є відновником заліза (див. вище): CO 2 + C = 2CO;
шлаки, утворені силікатами та алюмосилікатами кальцію, розташовуються вище за чавун, захищаючи його від дії кисню;
через спеціальні отвори, розташовані різних рівнях горна, чавун і шлаки випускаються назовні;
Велика частина чавуну йде на подальшу переробку – виплавку сталі.

Сталь виплавляють із чавуну та металобрухту конверторним способом (мартенівський вже застарів, хоча ще й застосовується) або електроплавкою (в електропечах, індукційних печах). Суть процесу (переділу чавуну) полягає у зниженні концентрації вуглецю та інших домішок шляхом окислення киснем.

Як було зазначено вище, концентрація вуглецю сталі не перевищує 2%. Завдяки цьому, сталь на відміну від чавуну досить легко піддається ковці та прокатці, що дозволяє виготовляти з неї різноманітні вироби, що мають високу твердість і міцність.

Твердість сталі залежить від вмісту вуглецю (що більше вуглецю, тим твердіше сталь) у конкретній марці сталі та умов термообробки. При відпустці (повільному охолодженні) сталь стає м'якою; при загартуванні (швидкому охолодженні) сталь виходить дуже твердою.

Для надання стали необхідних специфічних властивостей до неї додають лігуючі добавки: хром, нікель, кремній, молібден, ванадій, марганець та ін.

Чавун і сталь є найважливішими конструкційними матеріалами у переважній більшості галузей народного господарства.

Біологічна роль заліза:

в організмі дорослої людини міститься близько 5 г заліза;
залізо відіграє важливу роль у роботі кровотворних органів;
залізо входить до складу багатьох складних білкових комплексів (гемоглобіну, міоглобіну, різних ферментів).

Деталі Категорія: Переглядів: 10184

Залізо, Fe, хімічний елемент, атомна вага 55,84, порядковий номер 26; розташований у VIII групі періодичної системи в одному ряду з кобальтом та нікелем, температура плавлення – 1529°С, температура кипіння – 2450°С; у твердому стані має синювато-сріблястий колір. У вільному вигляді залізо зустрічається лише у метеоритах, які, однак, містять домішки Ni, Р, С та інших елементів. У природі сполуки заліза поширені повсюдно (грунт, мінерали, гемоглобін тварин, хлорофіл рослин), гол. обр. у вигляді оксидів, гідратів оксидів і сірчистих сполук, а також вуглекислого заліза, з яких складається більшість залізних руд.

Хімічно чисте залізо виходить шляхом нагрівання щавлевокислого заліза, причому при 440°С спочатку виходить матовий порошок закису заліза, що має здатність спалахувати повітря (т. зв. пірофоричне залізо); при подальшому відновленні цього закису порошок, що утворився, набуває сірого кольору і втрачає пірофоричні властивості, переходячи в металеве залізо. При відновленні закису заліза при 700°З виділяється залізо у вигляді дрібних кристалів, які потім сплавляються у вакуумі. Інший спосіб отримання хімічно чистого заліза полягає в електролізі розчину солей заліза, наприклад FeSО 4 або FeCl 3 в суміші з MgSО 4 СаСl 2 або NH 4 Cl (при температурі вище 100°С). Однак, при цьому залізо оцлюдує значну кількість електролітичного водню, внаслідок чого набуває твердості. При прожарюванні до 700 ° С водень виділяється, і залізо стає м'яким і ріжеться ножем, як свинець (твердість за шкалою Моса - 4,5). Дуже чисте залізо може бути одержано алюмінотермічним шляхом із чистого окису залізо. (Див. Алюмінотермія). Добре утворені кристали заліза трапляються рідко. У порожнинах великих шматків литого заліза іноді утворюються кристали октаедричної форми. Характерною властивістю заліза є його розм'якшення, тягучість і ковкість при температурі, значно нижчій, ніж температура плавлення. При дії на залізо міцної азотної кислоти (що не містить нижчих оксидів азоту), залізо покривається нальотом оксидів і стає нерозчинним азотної кислоти.

З'єднання заліза

Легко з'єднуючись з киснем, залізо утворює кілька оксидів: FeO - закис заліза, Fe 2 Про 3 - окис заліза, FeО 3 - ангідрид залізної кислоти і FeО 4 - ангідрид надзалізної кислоти. Крім того, залізо утворює ще оксид змішаного типу Fe 3 Про 4 - закис-окис заліза, т.з. залізну окалину. У сухому повітрі, проте, залізо не окислюється; іржа є водними окислами заліза, що утворюються за участю вологи повітря і СО 2 . Закису заліза FeO відповідає гідрат Fe(OH) 2 і цілий ряд солей двовалентного заліза, здатних при окисленні переходити в солі окису заліза, Fe 2 Про 3 , в якій залізо проявляє себе як тривалентний елемент; на повітрі гідрат закису заліза, що відрізняється сильними відновними властивостями, легко окислюється, переходячи в гідрат окису заліза. Гідрат закису заліза слабо розчиняється у воді, і цей розчин має виразно лужну реакцію, що свідчить про основний характер двовалентного заліза. Окис заліза зустрічається в природі (див. залізний сурик), штучно ж м. б. отримана у вигляді червоного порошку при прожарюванні залізного порошку та при випалюванні сірчаного колчедану для отримання сірчистого газу. Безводний окис заліза, Fе 2 O 3 м. б. отримана у двох модифікаціях, причому перехід однієї з них в іншу відбувається при нагріванні та супроводжується значним виділенням тепла (самонажарювання). При сильному прожарюванні Fe 2 Про 3 виділяє кисень і перетворюється на магнітний закис-окис, Fe 3 Про 4 . При дії лугів на розчини солей тривалентного заліза випадає осад гідрату Fe 4 Про 9 H 6 (2Fe 2 Про 3 ·3Н 2 Про); при кип'ятінні його з водою утворюється гідрат Fe 2 Про 3 ·Н 2 Про, що важко розчиняється в кислотах. Залізо утворює сполуки з різними металоїдами: З, Р, S, з галоїдами, а також і з металами, наприклад з Mn, Cr, W, Сu та ін.

Солі заліза поділяються на закисні – двовалентного заліза (феро-солі) та на окисні – тривалентного заліза (фері-солі).

Солі закисного заліза

Хлористе залізо, FeCl 2 виходить при дії сухого хлору на залізо, у вигляді безбарвних листочків; при розчиненні заліза в НСl хлористе залізо утворюється у вигляді гідрату FeCl 2 ·4H 2 O і застосовується у вигляді водних або спиртових розчинів у медицині. Йодисте залізо FeJ 2 виходить із заліза і йоду під водою у вигляді зелених листочків і застосовується в медицині (Sirupus ferri jodati); при подальшій дії йоду утворюється FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati).

Сірчанокисле закисне залізо, залізний купорос, FeSО 4 ·7H 2 Про (зелені кристали) утворюється в природі в результаті окислення піриту та сірчаних колчеданів; ця сіль утворюється також як побічний продукт при виробництві галунів; при вивітрюванні або при нагріванні до 300°С переходить у білу безводну сіль - FeSO 4 ; утворює також гідрати з 5, 4, 3, 2 та 1 частинками води; легко розчиняється у холодній воді (у гарячій до 300%); розчин має кислу реакцію внаслідок гідролізу; на повітрі окислюється, особливо легко в присутності іншої речовини, що окислюється, наприклад, щавлевокислих солей, які FeSО 4 залучає в сполучену реакцію окислення, знебарвлює КМnO 4 ; при цьому процес протікає за наступним рівнянням:

2KMnO 4 + 10FeSO 4 +8H 2 SO 4 = 2MnSО 4 + K 2 SО 4 + 5Fe 2 (SO 4) 2 + 8Н 2 О.

Для цієї мети, однак, застосовується більш постійна на повітрі подвійна сіль Мора (NH 4) 2 Fe(SО 4) 2 ·6Н 2 О. Залізний купорос застосовується в газовому аналізі для визначення окису азоту, що поглинається розчином FeSО 4 з утворенням пофарбованого темно -бурий колір комплексу (FeNО)SO4, а також для отримання чорнила (з дубильними кислотами), як протрава при фарбуванні, для зв'язування смердючих газів (H2S, NH3) у відхожих місцях і т.д.

Закисні солі заліза застосовуються у фотографії завдяки їх здатності відновлювати срібні з'єднання на прихованому зображенні, що зафіксовано на фотографічній платівці.

Вуглекисле залізо, FeCO 3 зустрічається в природі у вигляді сидериту або залізного шпату; одержуване осадженням водних розчинів закисних солей заліза карбонатами вуглекисле залізо легко втрачає 2 і окислюється на повітрі до Fe 2 Про 3 .

Бікарбонат заліза, H 2 Fe(CО 3) 2 розчинний у воді і зустрічається в природі в залізистих джерелах, з яких, окислюючись, виділяється на поверхні землі у вигляді гідрату окису заліза, Fe(OH) 3 , що переходить у бурий залізняк.

Фосфорнокисле залізо, Fе 3 (РО 4) 2 · 8Н 2 O, білий осад; зустрічається в природі злегка забарвлений, внаслідок окислення заліза, у блакитний колір, у вигляді вівіаніту.

Солі окисного заліза

Хлорне залізо FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), виходить при дії надлишку хлору на залізо у вигляді гексагональних червоних табличок; хлорне залізо повітря розпливається; з води кристалізується як FeCl 3 ·6Н 2 Про (жовті кристали); розчини мають кислу реакцію; при діалізі поступово гідролізується майже остаточно з утворенням колоїдного розчину гідрату Fe(OH) 3 . FeCl 3 розчиняється в спирті і суміші спирту з ефіром, при нагріванні FeCl 3 ·6H 2 Про розкладається на НСl і Fe 2 O 3 ; застосовується як протрава і як кровоспинний засіб (Liquor ferri sesquichlorati).

Сірчанокисле окисне залізо, Fe 2 (SO 4) 3 в безводному стані має жовтуватий колір, в розчині сильно гідролізується; під час нагрівання розчину випадають основні солі; залізні галун, MFe(SO 4) 2 ·12H 2 O, М - одновалентний лужний метал; найкраще кристалізуються амонійні галун, NH 4 Fe(SО 4) 2 ·12Н 2 Про.

Окисел FeО 3 - ангідрид залізної кислоти, так само як і гідрат цього оксиду H 2 FeО 4 - залізна кислота- у вільному стані не м. б. отримані через їхню крайню неміцність; але в лужних розчинах можуть існувати солі залізної кислоти, ферати (наприклад, K 2 FeО 4), що утворюються при розжарюванні залізного порошку з селітрою або КСlO 3 . Відома також малорозчинна барієва сіль залізної кислоти BaFeО 4 ; т. о., залізна кислота в деяких відносинах дуже нагадує сірчану та хромову кислоти. У 1926 р. київським хіміком Горалевичем описані сполуки оксиду восьмивалентного заліза. надзалізного ангідриду FeО 4 отримані при сплавленні Fe 2 Про 3 з селітрою або бертолетової сіллю у вигляді калієвої солі надзалізної кислоти K 2 FeО 5 ; FeО 4 - газоподібна речовина, що не утворює з водою надзалізної кислоти H 2 FeО 5 яка, однак, м. б. виділено у вільному стані розкладанням кислотами солі K 2 FeО 5 . Барієва сіль BaFeO 5 ·7Н 2 Про, а також кальцієва і стронцієва солі отримані Горалевичем у вигляді білих кристалів, що не розкладаються, що виділяють лише при 250-300°С воду і при цьому зеленіють.

Залізо дає сполуки: з азотом - азотисте залізо(нітрид) Fe 2 N при нагріванні порошку заліза в струмені NH 3 з вуглецем - карбід Fe 3 C при насиченні в електричній печі заліза вугіллям. Крім того, вивчений цілий ряд сполук заліза з окисом вуглецю. карбоніли заліза, наприклад, пентакарбоніл Fe(CO) 5 - злегка пофарбована рідина близько 102,9°С (при 749 мм, питома вага 1,4937), потім помаранчеве тверде тіло Fe 2 (CO) 9 , нерозчинне в ефірі і хлороформі, з питомою вагою 2,085.

Велике значення мають ціаністі сполуки заліза. Крім простих ціанідів Fe(CN) 2 і Fe(CN) 3 , залізо утворює цілу низку комплексних сполук з ціаністими солями, як, наприклад, солі залізистосинеродистої кислоти H 4 Fe(CN) 6 і солі залізосинеродистої кислоти H 3 Fe(CN) 6 , наприклад, червона кров'яна сіль, які, у свою чергу вступають у реакції обмінного розкладання з солями закисного та окисного заліза, утворюючи забарвлені в синій колір сполуки - берлінську блакитну і турнбулову синь. При заміні в солях залізистосинеродистої кислоти H 4 Fe(CN) 6 однієї групи CN на одновалентні групи (NO, NО 2 , NH 3 , SО 3 , СО) утворюються пруссо-солі, наприклад, нітропрусид натрію (нітрожелезистосинеродистий натрій) Na 2 ·2 2 О, одержуваний дією димної HNО 3 на K 4 Fe(CN) 6 з наступною нейтралізацією содою, у вигляді рубіново-червоних кристалів, що відокремлюються кристалізацією від утворюється одночасно селітри; відповідна нітрожелезистосинеродиста кислота H 2 кристалізується також у вигляді темно-червоних кристалів. Нітропрусид натрію застосовується як чутливий реактив на сірководень і сірчисті метали, з якими він дає криваво-червоне, що переходить потім у синє, фарбування. При дії мідного купоросу на нітропрусид натрію утворюється блідо-зелений нерозчинний у воді та в спирті осад, що застосовується для випробування ефірних олій.

Аналітично залізо виявляється дією з його солі, в лужному розчині, жовтої кров'яної солі. Солі тривалентного заліза утворюють у своїй синій осад берлінської блакиті. Солі двовалентного заліза утворюють синій осад турнбулла сині при дії на них червоної кров'яної солі. З роданистим амонієм NH 4 CNS солі тривалентного заліза утворюють розчинне у воді з криваво-червоним фарбуванням роданове залізо Fe(CNS) 3 ; з танніном солі окисного заліза утворюють чорнило. Інтенсивним забарвленням відрізняються також і мідні солі залізистосинеродистої кислоти, які знаходять собі застосування (увахромовий метод) у кольоровій фотографії. Зі сполук заліза, що застосовуються в медицині, крім згаданих галоїдних сполук заліза, мають значення: металеве залізо (F. hydrogenio reductum), лимоннокисле залізо (F. Citricum - 20% Fe), екстракт яблучнокислого заліза (Extractum ferri pomatum), залізний альбумінат Liquor ferri albuminatum), фератин - білкова сполука з 6% заліза; ферратоза – розчин ферратину, карніферрин – з'єднання заліза з нуклеїном (30% Fe); ферратоген з нуклеїну дріжджів (1% Fe), гематоген - 70%-ний розчин гемоглобіну в гліцерині, гемол - гемоглобін, відновлений цинковим пилом.

Фізичні властивості заліза

Існуючі літературі числові дані, що характеризують різні фізичні властивості заліза, коливаються внаслідок проблеми отримання заліза в хімічно чистому стані. Тому найдостовірнішими є дані, отримані для електролітичного заліза, в якому загальний вміст домішок (С, Si, Mn, S, Р) не перевищує 0,01-0,03%. Нижче наведені дані в більшості випадків і відносяться до такого заліза. Для нього температура плавлення дорівнює 1528 ± 3°С (Руер і Клеспер, 1914), a температура кипіння ≈ 2450°С. У твердому стані залізо існує у чотирьох різних модифікаціях - α, β, γ і δ, для яких досить точно встановлені такі температурні межі:

Перехід заліза з однієї модифікації в іншу виявляється на кривих охолодження та нагрівання критичними точками, для яких прийняті такі позначення:

Зазначені критичні точки представлені на фіг. 1 схематичними кривими нагрівання та охолодження. Існування модифікацій δ-, γ- і α-Fe вважається в даний час безперечним, самостійне існування β-Fe оспорюється внаслідок недостатньо різкої відмінності його властивостей від властивостей α-Fe. Всі модифікації заліза кристалізуються у формі куба, причому α, β і δ мають просторові ґрати центрованого куба, а γ-Fe - куба із центрованими гранями. Найбільш виразні кристалографічні характеристики модифікацій заліза отримані на спектрах рентгенівських, як це представлено на фіг. 2 (Вестгрін, 1929 р.).

З наведених рентгенограм випливає, що для α-, β- і δ-Fe лінії рентгенівського спектру одні й ті самі; вони відповідають гратам центрованого куба з параметрами 2,87, 2,90 і 2,93 ?, а для γ-Fe спектр відповідає гратам куба з центрованими гранями і параметрами 3,63-3,68 А.

Питома вага заліза коливається не більше від 7,855 до 7,864 (Крос і Гілль, 1927 р.). При нагріванні питома вага заліза падає внаслідок теплового розширення, котрого коефіцієнти збільшуються з температурою, як свідчать дані табл. 1 (Дрізен, 1914 р.).

Зниження коефіцієнтів розширення в інтервалах 20-800°З, 20-900°З, 700-800°З 800- 900°З пояснюється аномаліями в розширенні при переході через критичні точки А С2 і А С3 . Цей перехід супроводжується стисненням, особливо різко вираженим у точці А С3 як показують криві стиснення і розширення на фіг. 3. Плавлення заліза супроводжується розширенням його на 4,4% (Гонда та Енда, 1926). Теплоємність заліза є досить значною порівняно з іншими металами і виражається для різних температурних інтервалів величинами від 0,11 до 0,20 Сal, як показують дані табл. 2 (Обергоффер і Гроссе, 1927) і побудована на підставі їх крива (фіг. 4).

У наведених даних перетворення А 2 А 3 А 4 і плавлення заліза виявляються настільки чітко, що для них легко обчислюються теплові ефекти: А 3 ... + 6,765 Сal, А 4 ... + 2,531 Сal, плавлення заліза... - 64,38 Сal (за С. Уміно, 1926, - 69,20 Сal).

Залізо характеризується приблизно у 6-7 разів меншою теплопровідністю, ніж срібло, та у 2 рази меншою, ніж алюміній; а саме, теплопровідність заліза дорівнює при 0°С - 0,2070, при 100°С - 0,1567, при 200°С - 0,1357 і при 275°С - 0,1120 Cal/см·сек·°С. Найбільш характерними властивостями заліза є магнітні, що виражаються цілим рядом магнітних констант, одержуваних за повного циклу намагнічування заліза. Ці константи для електролітичного заліза виражаються такими значеннями в Гаус (Гумліх, 1909 і 1918 рр.):

При переході через точку А с2 феромагнітні властивості заліза майже зникають і м. б. виявлені лише за дуже точних магнітних вимірах. Практично β-, γ- та δ-модифікації вважаються немагнітними. Електропровідність для заліза при 20°С дорівнює R -1 мом/мм 2 (де R - електричний опір заліза, що дорівнює 0,099 Ω мм 2 /м). Температурний коефіцієнт електроопору а0-100 ° х10 5 коливається в межах від 560 до 660 де

Холодна обробка (прокатка, кування, протяжка, штампування) дуже помітно відбивається на фізичних властивостях заліза. Так, %-ное зміна їх за холодної прокатці виражається такими цифрами (Геренс, 1911 р.): коэрцитивное напруга +323%, магнітний гістерезис +222%, електроопір + 2%, питома вага - 1%, магнітна проникність - 65%. Остання обставина робить зрозумілими ті значні коливання фізичних властивостей, які спостерігаються у різних дослідників: вплив домішок нерідко приєднується ще й вплив холодної механічної обробки.

Про механічні властивості чистого заліза відомо дуже мало. Електролітичне залізо, сплавлене в порожнечі, виявило: тимчасовий опір на розрив 25 кг/мм 2 подовження - 60%, стиснення поперечного перерізу - 85%, твердість по Брінеллю - від 60 до 70.

Структура заліза залежить від вмісту в ньому домішок (хоча б і в незначних кількостях) та попередньої обробки матеріалу. Мікроструктура заліза, як і інших чистих металів, складається з більш менш великих зерен (кристалітів), що носять тут назву фериту

Розміри та різкість їх обрисів залежать гол. обр. від швидкості охолодження заліза: що остання менше, то більше вписувалося розвинені зерна і тим різкіше їх контури. З поверхні зерна бувають пофарбовані найчастіше неоднаково внаслідок неоднакової кристалографії, орієнтування їх і неоднакової травлячої дії реактивів за різними напрямками в кристалі. Нерідко зерна бувають витягнуті в одному напрямку внаслідок механічної обробки. Якщо обробка відбувалася при невисоких температурах, то поверхні зерен з'являються лінії зрушень (лінії Неймана), як наслідок ковзання окремих частин кристаллітів по площинах їх спайности. Ці лінії є одним з ознак наклепу та тих змін у властивостях, про які було згадано вище.

Залізо у металургії

Термін залізо в сучасній металургії присвоюється лише зварювальному залізу, тобто маловуглецевому продукту, що отримується в тістоподібному стані при температурі, недостатній для плавлення заліза, але високої настільки, що окремі частинки його добре зварюються один з одним, даючи після проковування однорідний м'який продукт , не приймаючи загартування. Залізо (у зазначеному значенні слова) виходить: 1) безпосередньо з руди у тістоподібному стані сиродутним процесом; 2) таким же способом, але при нижчій температурі, недостатній для зварювання частинок заліза; 3) переділом чавуну кричним процесом; 4) переділом чавуну пудлінгуванням.

1) Сиродутний процес у наст. час застосовується лише малокультурними народами й у таких місцевостях, куди може (за відсутністю зручних шляхів сполучення) проникнути американське чи європейське залізо, одержуване сучасними способами. Процес ведеться у відкритих сиродутних горнах та печах. Вогкими матеріалами для нього служать залізна руда (звичайно бурий залізняк) та деревне вугілля. Вугілля засипається в горн у тій половині його, куди підводиться дуття, руда ж - купою, з протилежного боку. Окис вуглецю, що утворюється в товстому шарі вугілля, що горить, проходить через всю товщу руди і, маючи високу температуру, відновлює залізо. Відновлення руди відбувається поступово - з поверхні окремих шматків до серцевини. Починаючись з верхніх частин купи, воно прискорюється в міру просування руди в область вищої температури; окис заліза при цьому переходить спочатку в магнітний окис, потім у закис, і, нарешті, на поверхні шматків руди з'являється металеве залізо. У той же час землісті домішки руди (порожня порода) з'єднуються з ще не відновленим закисом заліза і утворюють легкоплавкий залізистий шлак, який витоплюється через щілини металевої оболонки, що утворює шкаралупу в кожному шматку руди. Будучи нагрітими до білокалільного жару, ці шкаралупки зварюються один з одним, утворюючи на дні горна губчасту масу заліза - крицю, пройняту шлаком. Для відокремлення від останнього вийняту з горна крицю розрубують на кілька частин, з яких кожну проковують, підварюючи, після охолодження в тому ж горні смуги або прямо в вироби (речі домашнього вжитку, зброя). В Індії сиродутний процес ведеться і тепер у сиродутних печах, які відрізняються від горнів лише дещо більшою висотою – близько 1,5 м. Стіни печей робляться з глиняної маси (не цегли) і служать лише одну плавку. Дуття подається в піч через одну фурму хутром, що рухається ногами або руками. У порожню піч завантажується деяка кількість деревного вугілля («холостий колоша»), а потім поперемінно, окремими шарами, руда і вугілля, причому кількість першої поступово збільшується до тих пір, поки не дійде до певного досвідом ставлення до вугілля; вага всієї засипаної руди визначається бажаною вагою криці, яка, взагалі кажучи, незначна. Процес відновлення йде так само, як і в горні; залізо теж повністю не відновлюється, і криця, що виходить на ліжі, містить у собі багато залозистого шлаку. Крицю виймають розламанням печі і розрубують на частини, в 2-3 кг вагою. Кожну з них нагрівають у ковальському горні та обробляють під молотом; в результаті виходить чудове м'яке залізо, що служить, між іншим, матеріалом для виготовлення індійської сталі «вуц» (булат). Склад його наступний (у%):

Незначний вміст елементів - домішок заліза - або їх відсутність пояснюється чистотою руди, неповнотою відновлення заліза і низькою температурою в печі. Витрата деревного вугілля завдяки малим розмірам горнів і печей та періодичності їхньої дії дуже великий. У Фінляндії, Швеції та на Уралі залізо виплавляли у сиродутній печі Хусгавеля, в якій можна було регулювати перебіг процесу відновлення та насичення заліза вуглецем; витрата вугілля у ній - до 1,1 на одиницю заліза, вихід якого сягав 90% вмісту їх у руді.

2) У майбутньому слід очікувати розвитку виробництва заліза безпосередньо з руди не застосуванням сиродутного процесу, а відновленням заліза за нормальної температури, недостатньої освіти шлаку і навіть спікання порожньої породи руди (1000°С). Переваги такого процесу – можливість застосування низькосортних видів палива, усунення флюсу та витрати тепла на плавлення шлаку.

3) Отримання зварювального заліза переділом чавуну кричним процесом ведеться в кричних горнах гол. обр. у Швеції (у нас – на Уралі). Для переділу виплавляють спеціальний чавун, т.з. ланкаширський, що дає найменший чад. У його складі: 0,3-0,45% Si, 0,5-0,6% Mn, 0,02 Р,<0,01% S. Такой чугун в изломе кажется белым или половинчатым. Горючим в кричных горнах может служить только древесный уголь.

Процес ведеться слід. обр.: горн, звільнений від крици, але з стиглим шлаком кінця процесу, що залишився на донній дошці, наповнюється вугіллям, гол. обр. сосновим, на який укладається підігрітий продуктами горіння чавун у кількості 165-175 кг (на 3/8 м 2 поперечного перерізу горна припадає 100 кг чавуну). Поворотом клапана в повітропроводі дуття прямує через труби, розташовані в підсвідовому просторі горна, і нагрівається тут до температури 150-200°С, прискорюючи т. о. плавлення чавуну. Чавун, що плаває, весь час підтримується (за допомогою ломів) на вугіллі вище фурм. При такій роботі вся маса чавуну піддається окислювальної дії кисню повітря та вуглекислоти, проходячи зону горіння у вигляді крапель. Велика поверхня їх сприяє швидкому окисленню заліза та його домішок – кремнію, марганцю та вуглецю. Зважаючи на вміст цих домішок, чавун більшою чи меншою мірою втрачає їх, перш ніж збереться на дні горна. Т. до. в шведському горні переробляється малокремнистий і маломарганцевий чавун, то, проходячи обрій фурм, він втрачає весь свій Si і Мn (окисли яких з закисом заліза утворюють основний шлак) і значну частину вуглецю. Плавлення чавуну триває 20-25 хв. Після закінчення цього процесу пускають у горн холодне дуття. Осілий на дно горна метал починає реагувати з стиглими шлаками, що містяться там же, що містять у собі великий надлишок (у порівнянні з кількістю кремнезему) оксидів заліза - Fe 3 Про 4 і FeO, що окислюють вуглець з виділенням окису вуглецю, що призводить в кипіння весь метал. Коли метал загусне (від втрати вуглецю) і «сяде товаром», останній піднімають ломами вище за фурми, пускають знову гаряче дуття і плавлять «товар».

Під час вторинного плавлення метал окислюється киснем як дуття, і шлаків, які з нього витоплюються. На дно горна після першого підйому падає метал досить м'який для того, щоб з окремих найбільш стиглих частин його збирати крицю. Але перш, при вживанні крем'янистих сортів чавуну, доводилося вдаватися до другого і навіть третього підйому товару, що, звичайно, зменшувало продуктивність горна, збільшувало витрату пального та чад заліза. На результати роботи впливали відстань фурм від донної дошки (глибина горна) і нахил фурм: чим крутіше поставлена фурма і менше глибина горна, тим значніша дія окислювальної атмосфери на метал. Більш пологий нахил фурм, як і більша глибина горна, зменшує безпосередню дію кисню дуття, надаючи, тобто, велику роль дії шлаку на домішки заліза; окислення ними йде повільніше, зате без чаду заліза. За будь-яких даних умов найвигідніше становище фурм щодо донної дошки визначається досвідом; у сучасному шведському горні око фурми встановлюється з відривом 220 мм від донної дошки, а нахил фурм змінюється у межах - від 11 до 12°.

Виходить на дні горна криця містить у собі, на відміну від сиродутного, дуже мало механічно захопленого шлаку; що стосується хімічних домішок заліза, то Si, Мn і З м. б. повністю видалені (вказаний аналізами нікчемний вміст Si і Мn входить до складу механічної домішки - шлаку), а сірка - лише частково, окислюючись дмухом під час плавлення. У цей час окислюється і фосфор, йдучи в шлак як фосфорножелезной солі, але остання потім відновлюється вуглецем, і кінцевий метал може містити навіть відносно більше фосфору (від чаду заліза), ніж вихідний чавун. Ось чому для отримання першокласного металу для експорту у Швеції беруть у переділ виключно чистий щодо Р чавун. Вийняту з горна готову крицю розрубують на три частини (кожна 50-55 кг) і обжимають їх під молотом, надаючи вигляду паралелепіпеда.

Тривалість процесу переділу в шведському кричному горні – від 65 до 80 хв.; на добу виходить від 2,5 до 3,5 тонн обтиснутих шматків «на вогонь», при витраті деревного вугілля всього 0,32-0,40 на одиницю готового матеріалу і виході від 89 до 93,5% заданого в переділ чавуну. Останнім часом у Швеції були зроблені вдалі досліди переділу рідкого чавуну, взятого від доменних печей, та прискорення процесу кипіння перемішуванням металу за допомогою механічних граблів; при цьому чад знизився до 7%, а витрата вугілля - до 0,25.

Про хімічний склад шведського та південно-уральського заліза дають поняття такі дані (в %):

З усіх родів заліза, одержуваних промисловими способами, шведське кричне найбільше наближається до хімічно чистого і замість останнього застосовується в лабораторній практиці та дослідницьких роботах. Від сиродутного заліза воно відрізняється своєю однорідністю, як від м'якого мартеновского металу (литого заліза) відсутністю марганцю; йому властива вищий ступінь зварюваності, тягучості та ковкості. Шведське кричне залізо виявляє незначний тимчасовий опір на розрив - всього близько 30 кг/мм 2 при подовженні в 40% і зменшенні поперечного перерізу в 75%. Нині річна продуктивність кричного заліза Швеції впала до 50000 т, оскільки після війни 1914-18 гг. область промислових застосувань при цьому заліза сильно скоротилася. Найбільша кількість його йде на виготовлення (в Англії гол. зр. та в Німеччині) вищих сортів інструментальної та спеціальної сталей; у самій Швеції з нього роблять спеціальний дріт («квітковий»), підковні цвяхи, що добре куються в холодному стані, ланцюги та смугову заготовку для зварних труб. Для останніх двох цілей особливо важливими є властивості кричного заліза: надійна зварюваність, а для труб, крім того, вища стійкість проти іржавіння.

4) Розвиток виробництва заліза кричним процесом тягло у себе винищення лісів; після того як останні в різних країнах були взяті під захист закону, що обмежив їх вирубування річним приростом, Швеція, а потім і Росія - лісисті країни, що рясніють рудами високої якості, - стали головними постачальниками заліза на міжнародному ринку протягом всього 18 ст. У 1784 р. англієць Корт винайшов пудлінгування - процес переділу чавуну на поду вогненної печі, в топці якої спалювалося кам'яне вугілля. Після смерті Корта Роджерс і Голл ввели істотні поліпшення в конструкцію пудлінгової печі, що сприяло швидкому поширенню пудлінгування у всіх промислових країнах і змінило характер і розміри виробництва в них заліза протягом першої половини 19 століття. Цим процесом отримали масу металу, яка знадобилася для будівництва залізниць, залізниць, локомотивів, парових котлів і машин.

Паливом для пудлінгування служить довгопламенне кам'яне вугілля, але там, де його немає, доводилося вдаватися і до бурого вугілля, а в нас на Уралі - до дров. Соснові дрова дають довше полум'я, ніж кам'яне вугілля; воно добре гріє, але вміст вологи в дровах має перевищувати 12%. Згодом на Уралі було застосовано до пудлінгування регенеративну піч Сіменса. Нарешті, у США і в нас (у Волзькому та Камському басейнах) пудлінгові печі працювали на нафті, що розпорошується в робочий простір печі безпосередньо.

Для швидкості переділу та зменшення витрати палива бажано мати холодний пудлінговий чавун; при виплавці його на коксі, однак, у продукті виходить багато сірки (0,2 і навіть 0,3%), а при високому вмісті фосфору в руді – і фосфору. Для звичайних торгових сортів заліза такий чавун з низьким вмістом кремнію (менше 1%), під назвою переділового, виплавлявся насамперед у великій кількості. Деревнокутний чавун, який перероблявся на Уралі та в центральній Росії, не містив сірки і давав продукт, що йшов на виготовлення покрівельного заліза. В даний час пудлінгування служить для виробництва якісного металу за особливими специфікаціями, і тому в пудлінгові печі надходить не звичайний чавун передільний, а високоякісний, наприклад, марганцовий або «гематит» (малофосфористий), або, навпаки, сильнофосфористий для виробництва гайкового заліза. Нижче наведено вміст (в %) головних елементів у деяких сортах чавуну, що застосовуються для пудлінгування:

Пудлінгова піч після закінчення попередньої операції зазвичай має на поду нормальну кількість шлаку для роботи з наступним садом. При переробці кремністого чавуну шлаку залишається в печі багато, і його доводиться спускати; навпаки, білий чавун залишає під печі «сухим», і роботу доводиться починати закиданням на під потрібної кількості шлаку, який беруть з-під молота («стиглий», найбагатший на магнітний окис). На шлак закидається садок чавуну, підігрітий у чавунніку (250-300 кг у ординарних та 500-600 кг у подвійних печах); потім у топку закидають свіжу порцію пального, прочищають колосники, і печі встановлюється повна тяга. Протягом 25-35 хв. чавун плавиться, зазнаючи б. або м. значну зміну у своєму складі. Твердий чавун окислюється киснем полум'я, причому залізо, марганець і кремній дають подвійний силікат, що стікає під печі; чавун, що плавиться, оголює все нові і нові шари твердого чавуну, який теж окислюється і плавиться. В кінці періоду плавлення на поду виходять два рідких шари - чавуну і шлаку, на поверхні зіткнення яких відбувається, хоча і в слабкій мірі, процес окислення вуглецю магнітним окисом заліза, про що свідчать бульбашки окису вуглецю, що виділяються з ванни. Дивлячись за вмістом кремнію і марганцю в чавуні, в розплавленому металі їх залишається неоднакова кількість: в малокремнистому деревокутовому чавуні або білому - коксової плавки - кремній здебільшого вигоряє при плавленні повністю; іноді ж залишається кілька його у металі (0,3-0,25%), як і марганцю. Фосфор теж окислюється тим часом, переходячи у фосфорножелезную сіль. Від зменшення ваги металу при вигоранні названих домішок %-ное вміст вуглецю може навіть зрости, хоча кілька його безсумнівно спалюється киснем полум'я і шлаків, що покривають перші порції розплавленого металу.

Для прискорення вигоряння кількостей кремнію, марганцю і вуглецю вдаються до пудлінгування, тобто перемішування чавуну зі шлаком за допомогою ключки з загнутим під прямим кутом кінцем. Якщо метал рідкий (сірий чавун, сильно вуглецевий), то перемішування не досягає мети, і ванну попередньо роблять густою закиданням в неї холодного стиглого шлаку або зменшенням тяги встановлюють в печі неповне горіння, що супроводжується отриманням полум'я, що сильно копить (томлення). Через кілька хвилин, протягом яких проводять безперервне перемішування, на поверхні ванни з'являються рясні бульбашки окису вуглецю, що горить, - продукту окислення вуглецю чавуну киснем магнітного окису, розчиненого в основному залізистому шлаку. У міру ходу процесу окислення З посилюється і переходить у бурхливе «кипіння» всієї маси металу, яке супроводжується спучуванням її і таким значним збільшенням обсягу, що частина шлаку переливається через поріг робочих отворів. У міру вигоряння підвищується температура плавлення металу, і для того, щоб кипіння тривало, підвищують безперервно температуру в печі. Закінчене за низької температури кипіння дає сирий товар, т. е. високовуглецеву губчасту масу заліза, нездатну зварюватися; у гарячій печі «сідає» стиглий товар. Процес окислення домішок заліза в пудлінгової печі починається за рахунок кисню шлаку, що представляє сплав однокремнеземіка заліза (Fe 2 SiО 4) з магнітним окисом і закисом заліза змінного складу. В англійських печах склад суміші оксидів виражається формулою 5Fe 3 Про 4 ·5 FeО; після закінчення кипіння відношення оксидів у виснаженому шлаку виражається формулою Fe 3 Про 4 ·5FeО, тобто в процесі окислення бере участь 80% всього магнітного окису шлаку. Реакції окиснення м. б. представлені наступними термохімічними рівняннями:

Як видно з цих рівнянь, окислення Si, Р і Мn супроводжується виділенням тепла і, отже, нагріває ванну, тоді як окислення З при відновленні Fe 3 Про 4 FeO поглинає тепло і тому вимагає високої температури. Цим пояснюється порядок видалення домішок заліза і те, що вигоряння вуглецю закінчується швидше гарячої печі. Відновлення Fe 3 Про 4 до металу не відбувається, тому що для цього потрібно більш висока температура, ніж та, при якій йде кипіння.

Сів «товар», щоб стати залізом, що добре зварюється, потребує ще пропарювання: товар залишають на кілька хвилин у печі і час від часу перевертають ломами, причому нижні його частини кладуть нагору; під сукупною дією кисню полум'я та шлаків, що просочують всю масу заліза, вуглець у цей час продовжує вигоряти. Як тільки вийде деяка кількість металу, що добре зварюється, з нього, уникаючи зайвого окислення, починають накочувати криці. Усього накочують у міру встигання товару від 5 до 10 криць (не більше 50 кг кожна); криці витримують (пропарюють) біля порогу в області вищої температури і подають під молот для обтиснення, чим досягається виділення шлаку, і надання їм форми шматка (перетин від 10x10 до 15x15 см), зручної для прокатки у валках. На місце виданих криць переміщуються пересуванням вперед, що йдуть за ними, до останньої. Тривалість процесу при виробництві металу вищої якості (волокнисте залізо) із стиглого (високовуглецевого) деревокутового чавуну була на Уралі така: 1) посадка чавуну – 5 хв., 2) плавлення – 35 хв., 3) томлення – 25 хв., 4) пудлінгування (перемішування) – 20 хв.; 5) пропарювання товару – 20 хв.; 6) накатка та пропарювання криць – 40 хв.; всього – 165 хв. Працюючи на білому чавуні, на звичайне торгове залізо, тривалість процесу скорочувалася (у 3ападній Європі) до 100 і навіть 75 хв.

Що стосується результатів роботи, то в різних металургійних районах вони змінювалися залежно від роду палива, якості чавуну та сорту заліза, що виробляється. Уральські печі, що працювали на дровах, давали вихід придатного заліза на 1 м 3 дров від 0,25 до 0,3 т; витрата нафти в нас на одиницю заліза – 0,3З, кам'яного вугілля у європейських печах – від 0,75 до 1,1. Добова продуктивність великих печей (садка чавуну 600 кг) при роботі на сушених дровах була 4-5 т; вихід матеріалу, придатного для виробництва покрівельного заліза, становив 95-93% кількості чавуну, що надійшов у переділ. У Європі добова продуктивність звичайних печей (садка 250-300 кг) – близько 3,5 т при чаді у 9%, а для високоякісного заліза – 2,5 т при чаді у 11%.

За хімічним складом і фізичними властивостями пудлінгове залізо є набагато гіршим продуктом, ніж кричне, з одного боку, і мартенівське лите - з іншого. Звичайні сорти заліза, що виготовлялися раніше в 3ападній Європі, містили багато сірки і фосфору, тому що вироблялися з нечистих коксових чавунів, а обидві ці шкідливі домішки тільки частиною переходять в шлак; кількість шлаку в пудлінговому залозі - 3-6%, у якісному металі вона вбирається у 2%. Наявність шлаку сильно знижує результати механічних випробувань пудлінгового заліза. Нижче наведено деякі дані у %, що характеризують пудлінгове залізо - звичайне зап.-європейське і гарне уральське:

Цінною властивістю, заради якої і підтримується тепер виробництво пудлінгового заліза, є його чудова зварюваність, що іноді має особливе значення з точки зору безпеки. Специфікаціями ж.-д. товариств наказується виготовлення з пудлінгового заліза зчіпних пристроїв, тяг для перекладних стрілок та болтів. Завдяки кращому опору дії води, що роз'їдає, пудлінгове залізо йде також для виробництва водопровідних труб. З нього виготовляють гайки (фосфористий крупнозернистий метал) і високоякісне волокнисте залізо для заклепок і ланцюгів.

Будова зварювального заліза, що виявляється під мікроскопом навіть за слабкого збільшення, характерна присутністю на фотографічному зображенні чорних і світлих складових; перші належать шлаку, а другі - зернам чи волокнам заліза, отриманим при витяжці металу.

Залізо торгове

Металургійні заводи виготовляють потреб промисловості залізо двох основних видів: 1) листове і 2) сортове.

Листове залізо прокочується нині до 3 м ширини; при товщині 1-3 мм воно називається у нас тонкокатальним; від 3 мм і вище (зазвичай до 40 мм) – котельним, резервуарним, корабельним, дивлячись за призначенням, якому відповідають склад та механічні властивості матеріалу. Найбільш м'яким є котельне залізо; воно містить зазвичай 0,10-0,12% З, 0,4-0,5% Mn, Р і S - кожного трохи більше 0,05%; тимчасовий опір його на розрив не б. більше 41 кг/мм 2 (але й менше 34 кг/мм 2), подовження при розриві - близько 28%. Резервуарне залізо виробляється більш твердим та міцним; воно містить 0,12-0,15%; 0,5-0,7% Мn і трохи більше 0,06% як Р, і S; опір розриву 41-49 кг/мм 2 подовження 25-28%. Довжина листів котельного і резервуарного заліза встановлюється замовленням за розмірами виробу, що склепується з листів (уникаючи зайвих швів і обрізків), але зазвичай вона не перевищує 8 м, оскільки обмежується для тонких листів їх швидким охолодженням під час процесу прокатки, а для охолодження. .

Листове залізо менше 1 мм товщини називається чорною жерстю; воно служить виготовлення білої жерсті як покрівельний матеріал. Для останньої мети у СРСР прокочують листи розмірами 1422x711 мм, вагою 4-5 кг, за товщини 0,5-0,625 мм. Покрівельне залізо випускається заводами в пачках вагою 82 кг. За кордоном чорна бляха класифікується в торгівлі за номерами спеціального калібру - від 20-го до 30-го (нормальна товщина німецької жерсті від 0,875 до 0,22 мм, а англійської - від 1,0 до 0,31 мм). Жесть виготовляється з найм'якшого литого заліза, що містить 0,08-0,10% С, 0,3-0,35% Мn, якщо воно виготовляється з чавуну деревокутової плавки (у нас), і 0,4-0,5% Мn, якщо вихідним матеріалом є коксовий чавун; опір розриву - від 31 до 34 кг/мм 2 подовження - 28-30%. Різновидом листового заліза є хвилясте (гофроване) залізо. Воно поділяється характером хвиль на залізо з низькими і високими хвилями; у першому - відношення ширини хвилі до глибини коливається від 3 до 4, у другому 1-2. Хвилясте залізо роблять товщиною 0,75-2,0 мм і шириною листів 0,72-0,81 м (з низькими хвилями) та 0,4-0,6 м (з високими хвилями). Хвилясте залізо використовується для покрівель, стін легких споруд, жалюзі, а з високими хвилями, крім того, йде для будівництва безстропильних перекриттів.

Сортове залізо ділиться формою поперечного перерізу на два класи: звичайне сортове залізо і фасонне.

До першого класу відноситься залізо кругле (при діаметрі менше 10 мм зване дротом), квадратне, плоске або смугове. Останнє, своєю чергою, ділиться на: власне полосовое - шириною від 10 до 200 мм і товщиною понад 5 мм; обручне - тієї ж ширини, але товщиною від 5 до 1 мм, що вказується № калібру (від 3-го до 19-го нормального німецького та від 6-го до 20-го нового англійського калібру); шинне - від 38 до 51 мм завширшки і до 22 мм завтовшки; універсальне - від 200 до 1000 мм завширшки і не менше 6 мм завтовшки (прокатується в спеціальних валках - універсальних). Як шинне, і обручне залізо випускається заводами скатами, катана дріт - мотками; інші сорти - у вигляді прямих (правлених) смуг, зазвичай не більше 8 м завдовжки (нормально - від 4,5 до 6 м), але за спеціальним замовленням для бетонних конструкцій смуги нарізаються до 18 мм завдовжки, а іноді й більше.

Найголовніші види фасонного заліза: кутове (рівнобоке та нерівнобоке), коробчасте (швелерне), таврове, двотаврове (балки), колонне (квадратне) та зетове залізо; існують також деякі інші менш поширені види фасонного заліза. За нормальним метричним сортиментом розміри фасонного заліза вказуються № профілю (№ - число див. ширини полиці або найбільшої висоти профілю). Кутове нерівнобоке та таврове залізо мають подвійний №; напр., № 16/8 означає кутове з полицями в 16 і 8 см або таврове з полицею в 16 см і висотою тавра 8 см. Найбільш важкі профілі фасонного заліза, що катається у нас: № 15 - кутового, № 30 - коритного, № 40 - Двотавровий.

Склад звичайного сортового заліза, що зварюється: 0,12% С, 0,4% Мn, менше 0,05% Р і S - кожного; опір його розриву 34-40 кг/мм 2; але кругле залізо для заклепок виготовляється з більш м'якого матеріалу складу: менше 0,10%, 0,25-0,35% Мn, близько 0,03% Р і S - кожного. Опір розриву 32-35 кг/мм 2 а подовження 28-32%. Фасонне залізо, що не зварюється, а склепується («будівельна сталь») містить: 0,15 - 0,20% С, 0,5% Мn, до 0,06% Р і S - кожного; його опір розриву 40-50 кг/мм 2 подовження 25-20%. Для виробництва гайок виготовляється залізо (томасівське), що містить близько 0,1%, але від 0,3 до 0,5% Р (чим більше гайки, тим більше Р). За кордоном задоволення потреб спеціальних прокатних заводів у торгівлі звертається напівпродукт - квадратна заготівля, зазвичай 50 x 50 мм у поперечному перерізі.

Якісні реакції на залізо (III)

Йонизаліза (III ) у розчині можна визначити за допомогою якісних реакцій. Проведемо деякі з них. Візьмемо для досліду розчин хлориду заліза ( III).

1. III) - реакція з лугом.

Якщо в розчині є іони заліза ( III ), утворюється гідроксид заліза ( III ) Fe(OH) 3 . Основа нерозчинна у воді та бурого кольору. (Гідроксид заліза ( II ) Fe(OH) 2 . - також нерозчинний, але сіро-зеленого кольору). Бурий осад вказує на присутність у вихідному розчині іонів заліза ( III).

FeCl 3 + 3 NaOH = Fe(OH) 3 ↓+ 3 NaCl

2. Якісна реакція на іон заліза ( III ) – реакція з жовтою кров'яною сіллю.

Жовта кров'яна сіль – це гексаціанофераткаліяK 4 [ Fe( CN) 6]. (Для визначення заліза (II) використовують червону кров'яну сільK 3 [ Fe( CN) 6 ]). До порції розчину хлориду залізаприльємрозчин жовтої кров'яної солі. Синій осад берлінської блакиті* вказує на присутність у вихідному розчині іонів тривалентного заліза.

3 До 4 +4 FeCl 3 = K Fe ) ↓ + 12 KCl

3. Якісна реакція на іон заліза ( III ) – реакція з роданідом калію.

Спочатку розбавляємо випробуваний розчин - інакше не побачимо очікуваного забарвлення. У присутності іона заліза (III) при додаванні роданіду калію утворюється речовина червоного кольору. Це - роданід заліза (III). Роданід від грецького "родеос" - червоний.

FeCl 3 + 3 КCNS= Fe( CNS) 3 + 3 KCl

Берлінська блакитна була отримана випадково на початку 18 століття в Берліні пофарбованих справ майстром Дісбахом. Дисбах купив у торговця незвичайний поташ (карбонат калію): розчин цього поташу при додаванні солей заліза виходив синім. Під час перевірки поташу виявилося, що він був прокаленс бичачою кров'ю. Фарба виявилася придатною для тканин: яскравою, стійкою та недорогою. Незабаром став відомий і рецепт отримання фарби: поташ сплавляли з висушеною кров'ю тварин і залізною тирсою. Вилуговуванням такого сплаву отримували жовту кров'яну сіль. Зараз берлінську блакит використовують для отримання друкарської фарби та підфарбовування полімерів .

Обладнання:колби, піпетка.

Техніка безпеки . Дотримуватися правил поводження з розчинами лугів та розчинами гексаціанофератів. Не допускати контакту розчинів гексаціанофератів із концентрованими кислотами.

Постановка досвіду – Олена Махіненко, текст- К.п.н. Павло Беспалов.

Залізо - елемент побічної підгрупи восьмої групи четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва з атомним номером 26. Позначається символом Fe (лат. Ferrum). Один із найпоширеніших у земній корі металів (друге місце після алюмінію). Метал середньої активності, відновник.

Основні ступені окислення - +2, +3

Проста речовина залізо - кування метал сріблясто-білого кольору з високою хімічною реакційною здатністю: залізо швидко корродує при високих температурах або при високій вологості на повітрі. У чистому кисні залізо горить, а в дрібнодисперсному стані самозаймається і на повітрі.

Хімічні властивості простої речовини – заліза:

Іржавіння та горіння в кисні

1) На повітрі залізо легко окислюється у присутності вологи (іржавіння):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Розжарений залізний дріт горить у кисні, утворюючи окалину - оксид заліза (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °С)

2) За високої температури (700–900°C) залізо реагує з парами води:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Залізо реагує з неметалами при нагріванні:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °С)

Fe + S - t ° → FeS (600 ° С)

Fe+2S → Fe+2 (S2-1) (700°С)

4) У ряді напруг стоїть лівіше водню, реагує з розведеними кислотами НСl і Н 2 SO 4 при цьому утворюються солі заліза(II) і виділяється водень:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (реакції проводяться без доступу повітря, інакше Fe +2 поступово перекладається киснем у Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (розб.) → FeSO 4 + H 2

У концентрованих кислотах-окислювачах залізо розчиняється тільки при нагріванні, воно відразу переходить у катіон Fе 3+ :

2Fe + 6H 2 SO 4 (конц.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (конц.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(на холоді концентровані азотна та сірчана кислоти пасивують

Залізний цвях, занурений у блакитний розчин мідного купоросу, поступово покривається нальотом червоної металевої міді.

5) Залізо витісняє метали, що стоять правіше за нього з розчинів їх солей.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Амфотерність заліза проявляється лише у концентрованих лугах при кип'ятінні:

Fе + 2NaОН (50 %) + 2Н 2 O = Nа 2 ↓+ Н 2

і утворюється осад тетрагідроксоферату (II) натрію.

Технічне залізо- сплави заліза з вуглецем: чавун містить 2,06-6,67%, сталь 0,02-2,06% С, часто присутні інші природні домішки (S, Р, Si) і штучно спеціальні добавки (Мn, Ni, Сr), що наводять сплавам заліза технічно корисні властивості - твердість, термічну і корозійну стійкість, ковкість та ін .

Доменний процес виробництва чавуну

Доменний процес виробництва чавуну становлять такі стадії:

а) підготовка (випалювання) сульфідних і карбонатних руд - переведення в оксидну руду:

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)

б) спалювання коксу при гарячому дутті:

С (кокс) + O 2 (повітря) →С 2 (600-700 ° С) С 2 + С (кокс) ⇌ 2СО (700-1000 ° С)

в) відновлення оксидної руди чадним газом СО послідовно:

Fe 2 O 3 →(CO)(Fe II Fe 2 III)O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

г) навуглерожування заліза (до 6,67 % С) та розплавлення чавуну:

Fе (т ) →(C(кокс)900-1200 ° С) Fе (ж) (чавун, t пл 1145 ° С)

У чавуні завжди у вигляді зерен є цементит Fe 2 С і графіт.

Виробництво сталі

Переділ чавуну в сталь проводиться у спеціальних печах (конвертерних, мартенівських, електричних), що відрізняються способом обігріву; температура процесу 1700–2000 °С. Продування повітря, збагаченого киснем, призводить до вигоряння з чавуну надлишкового вуглецю, а також сірки, фосфору та кремнію у вигляді оксидів. При цьому оксиди або уловлюються у вигляді газів, що відходять (СО 2 , SО 2), або зв'язуються в легко відокремлюваний шлак - суміш Са 3 (РO 4) 2 і СаSiO 3 . Для отримання спеціальних сталей у піч вводять легуючі добавки інших металів.

Отриманнячистого заліза в промисловості - електроліз розчину солей заліза, наприклад:

FеСl 2 → Fе↓ + Сl 2 (90°С) (електроліз)

(Існують й інші спеціальні методи, у тому числі відновлення оксидів заліза воднем).

Чисте залізо застосовується у виробництві спеціальних сплавів, при виготовленні сердечників електромагнітів та трансформаторів, чавун - у виробництві лиття та сталі, сталь - як конструкційний та інструментальний матеріали, у тому числі зносо-, жаро- та корозійно-стійкі.

Оксид заліза(II) F еО . Амфотерний оксид з великою перевагою основних властивостей. Чорний, має іонну будову Fе 2+ O 2- . При нагріванні спочатку розкладається, потім знову утворюється. Чи не утворюється при згорянні заліза на повітрі. Чи не реагує з водою. Розкладається кислотами, сплавляється із лугами. Повільно окислюється у вологому повітрі. Відновлюється воднем, коксом. Бере участь у доменному процесі виплавки чавуну. Застосовується як компонент кераміки та мінеральних фарб. Рівняння найважливіших реакцій:

4FеО ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fе (560-700 °С, 900-1000 °С)

FеО + 2НС1 (розб.) = FеС1 2 + Н 2 O

FеО + 4НNO 3 (конц.) = Fе(NO 3) 3 +NO 2 + 2Н 2 O

FеО + 4NаОН = 2Н 2 O + Nа 4FеO3 (червоний.) тріоксоферрат(II)(400-500 ° С)

FеО + Н 2 = Н 2 O + Fе (особливо чисте) (350 ° С)

FеО + С (кокс) = Fе + СО (вище 1000 ° С)

FеО + СО = Fе + СО 2 (900 ° С)

4FеО + 2Н 2 O (волога) + O 2 (повітря) →4FеО(ВІН) (t)

6FеО + O 2 = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)

Отриманняв лабораторії: термічне розкладання з'єднань заліза (II) без доступу повітря:

Fе(ОН) 2 = FеО + Н 2 O (150-200 ° С)

FеСОз = FеО + СО 2 (490-550 ° С)

Оксид діжелеза (III) – заліза ( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Подвійний оксид. Чорний, має іонну будову Fe 2+ (Fе 3+) 2 (O 2-) 4 . Термічно стійка до високих температур. Чи не реагує з водою. Розкладається кислотами. Відновлюється воднем, розпеченим залізом. Бере участь у доменному процесі виробництва чавуну. Застосовується як компонент мінеральних фарб ( залізний сурик), кераміки, кольорового цементу. Продукт спеціального окиснення поверхні сталевих виробів ( чорніння, вороніння). За складом відповідає коричневій іржі та темній окалині на залозі. Застосування брутто-формули Fe3O4 не рекомендується. Рівняння найважливіших реакцій:

2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FеО + O 2 (вище 1538 °С)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 8НС1 (розб.) = FеС1 2 + 2FеС1 3 + 4Н 2 O

(Fe II Fe 2 III)O 4 +10НNO 3 (конц.) =3Fе(NO 3) 3 + NO 2 + 5Н 2 O

(Fe II Fe 2 III)O 4 + O 2 (повітря) = 6Fе 2 O 3 (450-600 ° С)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4Н 2 = 4Н 2 O + 3Fе (особливо чисте, 1000 ° С)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + СО =ЗFеО + СО 2 (500-800°C)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fе ⇌4FеО (900-1000 °С, 560-700 °С)

Отримання:згоряння заліза на повітрі.

магнетит.

Оксид заліза(III) F е 2 Про 3 . Амфотерний оксид з величезним переважанням основних властивостей. Червоно-коричневий, має іонну будову (Fе 3+) 2 (O 2-) 3. Термічно стійкий до високих температур. Чи не утворюється при згорянні заліза на повітрі. Не реагує з водою, з розчину випадає бурий аморфний гідрат Fе 2 O 3 nН 2 Про. Повільно реагує з кислотами та лугами. Відновлюється монооксидом вуглецю, розплавленим залізом. Сплавляється з оксидами інших металів і утворює подвійні оксиди. шпинелі(Технічні продукти називаються феритами). Застосовується як сировина при виплавці чавуну в доменному процесі, каталізатор у виробництві аміаку, компонент кераміки, кольорових цементів та мінеральних фарб, при термітному зварюванні сталевих конструкцій, як носій звуку та зображення на магнітних стрічках, як полірувальний засіб для сталі та скла.

Рівняння найважливіших реакцій:

6Fе 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °С)

Fе 2 O 3 + 6НС1 (розб.) →2FеС1 3 + ДТ 2 O (t) (600 ° С, р)

Fе 2 O 3 + 2NaОН (конц.) →Н 2 O+ 2 NаFеO 2 (червоний.)діоксоферрат(III)

Fе 2 Про 3 + МО = (М II Fе 2 II I) O 4 (М = Су, Мn, Fе, Ni, Zn)

Fе 2 O 3 + ДТ 2 =ДТ 2 O + 2Fе (особливо чисте, 1050-1100 ° С)

Fе 2 O 3 + Fе = ЗFеО (900 °С)

3Fе 2 O 3 + СО = 2(Fe II Fе 2 III)O 4 + СО 2 (400-600 °С)

Отриманняв лабораторії - термічне розкладання солей заліза (III) на повітрі:

Fе 2 (SO 4) 3 = Fе 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)

4(Fе(NO 3) 3 9 Н 2 O) = 2Fе a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36Н 2 O (600-700 °С)

У природі – оксидні руди заліза гематит Fе 2 O 3 і лимоніт Fе 2 O 3 nН 2 O

Гідроксид заліза (ІІ) F е(ВІН) 2 . Амфотерний гідроксид з величезним переважанням основних властивостей. Білий (іноді із зеленуватим відтінком), зв'язки Fе - ВІН переважно ковалентні. Термічно нестійкий. Легко окислюється на повітрі, особливо у вологому стані (темніє). Нерозчинний у воді. Реагує із розведеними кислотами, концентрованими лугами. Типовий відновник. Проміжний продукт при іржавінні заліза. Застосовується у виготовленні активної маси залізонікелевих акумуляторів.

Рівняння найважливіших реакцій:

Fе(ON) 2 = FеО + Н 2 O (150-200 ° С, в атм.N 2)

Fе(ОН) 2 + 2НС1 (розб.) = FеС1 2 + 2Н 2 O

Fе(ОН) 2 + 2NаОН (> 50%) = Na 2 ↓ (синьо-зелений) (кип'ятіння)

4Fе(ОН) 2 (суспензія) + O 2 (повітря) →4FеО(ОН)↓ + 2Н 2 O (t)

2Fе(ОН) 2 (суспензія) +Н 2 O 2 (розб.) = 2FеО(ОН)↓ + 2Н 2 O

Fе(ОН) 2 + КNO 3 (конц.) = FеО(ОН)↓ + NO+ КОН (60 °С)

Отримання: осадження з розчину лугами або гідратом аміаку в інертній атмосфері:

Fе 2+ + 2OH (розб.) = Fе(ОН) 2 ↓

Fе 2+ + 2(NH 3 Н 2 O) = Fе(ОН) 2 ↓+ 2NH 4

Метагідроксід заліза F еО(ВІН). Амфотерний гідроксид з величезним переважанням основних властивостей. Світло-коричневий, зв'язки Fе - Про і Fе - ВІН переважно ковалентні. Під час нагрівання розкладається без плавлення. Нерозчинний у воді. Осідає з розчину у вигляді бурого аморфного полігідрату Fе 2 O 3 nН 2 O, який при витримуванні під розведеним лужним розчином або при висушуванні переходить у FеО(ОН). Реагує із кислотами, твердими лугами. Слабкий окислювач та відновник. Спікається з Fе(ОН) 2 . Проміжний продукт при іржавінні заліза. Застосовується як основа жовтих мінеральних фарб і емалей, поглинач газів, що відходять, каталізатор в органічному синтезі.

З'єднання складу Fе(ОН) 3 не відоме (не отримано).

Рівняння найважливіших реакцій:

Fе 2 O 3 . nН 2 O→( 200-250 ° С, -H 2 O) FеО(ОН)→( 560-700 ° С на повітрі, -H2O)→Fе 2 Про 3

FеО(ОН) + ЗНС1 (розб.) = FеС1 3 + 2Н 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-колоїд(NаОН (конц.))

FеО(ОН)→ Nа 3 [Fе(ВІН) 6 ]білий, Nа 5 і 4 відповідно; в обох випадках випадає синій продукт однакового складу та будови, КFе III. У лабораторії цей осад називають берлінська блакить, або турнбульова синь:

Fе 2+ + К + + 3- = КFе III ↓

Fе 3+ + К + + 4- = КFе III ↓

Хімічні назви вихідних реактивів та продукту реакцій:

До 3 Fе III - гексаціаноферрат (III) калію

До 4 Fе III - гексаціаноферрат (II) калію

КFе III - гексаціаноферрат (II) заліза (Ш) калію

Крім того, хорошим реактивом на іони Fе 3+ є тіоціанат-іон NСS - , залізо (III) з'єднується з ним, і з'являється яскраво-червоне («криваве») забарвлення:

Fе 3+ + 6NСS - = 3-

Цим реактивом (наприклад, у вигляді солі КNСS) можна виявити навіть сліди заліза (III) у водопровідній воді, якщо вона проходить через залізні труби, вкриті зсередини іржею.

Клас: 9

Завдання уроку:

Освітня: познайомити учнів із природними сполуками заліза, розглянути найважливіші сполуки заліза (+2) та (+3), їх властивості, ознайомити з якісними реакціями на іони заліза (+2) та (+3), показати народногосподарське значення сполук заліза;

Розвиваюча: розвиток мови, пам'яті, логічного мислення, умінь спільної діяльності; розвиток та закріплення умінь та навичок працювати з лабораторним обладнанням;

Виховна: формування світогляду, навичок співробітництва, спадкоємності знань, здійснення міжпредметних зв'язків, виховання екологічної грамотності, розумного ставлення до природи (слайд 2).

Обладнання та реактиви:

зразки природних сполук заліза (магнітний залізняк, червоний залізняк, бурий залізняк, залізний колчедан); розчини хлориду заліза (II) та (III), розчини червоної кров'яної солі та жовтої кров'яної солі, розчин роданіду калію, розчин луги; солі: залізний купорос, хлорид заліза (III), сульфат заліза (III), необхідний хімічний посуд.

Тип уроку: комбінований.

Хід уроку

I. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація знань.

1 варіант

1) Fe + H 2 SO 4р-р =

3) Fe + AgNO 3 =

2 варіант

Закінчіть рівняння реакцій. Рівняння №2 розгляньте з погляду ОВР.

3 варіант

Закінчіть рівняння реакцій. Рівняння №2 розгляньте з погляду ОВР.

3) Fe + Cu(NO 3) 2 =

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

Знаходження заліза у природі

Залізо (5%) – другий за поширеністю метал у земній корі, а природі займає 4 місце. У природі зустрічається у вигляді оксидів та сульфідів:

Fe 3 O 4 - магнітний залізняк (магнетит);

Fe 2 O 3 – червоний залізняк (гематит);

(Лікар і алхімік Теофаст Парацельс багато подорожував і в 1530 з Росії привіз у свою лабораторію в м. Базелі шматок вишнево - червоного мінералу - "кровавика". Мінерал дійсно залишав "кривавий" слід - червону межу на пергаменті або білому камені. неосвічений чернець, вирішив, що мінерал з Росії - застигла кров диявола.Готуючи складові частини ліків прожарюванням солей, отриманих з "російського мінералу", чернець щоразу отримував порошок червоного кольору Бузкові кристали сульфату і нітрату заліза (III), жовтий хлорид заліза III) або майже білий карбонат заліза (II) - всі вони при нагріванні в струмі повітря перетворювалися на "кровавик". Кинувши роботу, чернець почав всюди розповідати, що Парацельс пов'язаний з дияволом. покинути Базель.Вранці натовп городян розгромив і спалив його будинок).

"Кровавик" - це мінерал гематит Fe 2 O 3 . Солі заліза при прожарюванні розкладаються з виділенням цього оксиду червоного кольору.)

2Fe 2 O 3 *3H 2 O – бурий залізняк (лимоніт);

FeS 2 – залізний колчедан (пірит).

Крім заліза до цих мінералів входять інші елементи. Природне хімічно чисте залізо буває лише метеоритного походження (найбільший метеорит знайдено 1920 р. у Південно – Західної Африці, вага 60 т., “Гоба”) (демонстрація колекції мінералів) (Cлайд 3).

Залізо утворює кілька рядів сполук, щоб дізнатися, які ми повинні з вами згадати, яка особливість будови атома заліза і які ступеня окиснення характерні для заліза?

Fe +26 2е, 8е, 14е, 2е

(Fe – елемент 7 групи побічної підгрупи, 4 періоди (великий). Заповнюється не останній, а передостанній, 3-й від ядра енергетичний рівень, де максимальна кількість електронів 18, у заліза тут 14 електронів. Залізо відновник, як і інші метали, однак на відміну від раніше вивчених металів, атоми заліза при окисленні віддають не тільки електрони останнього рівня, набуваючи ступеня окислення +2, але здатні до віддачі 1 електрона з передостаннього енергетичного рівня, приймаючи при цьому ступінь окислення +3. Для заліза характерні два основні ступені окислення +2 та +3).

Виявляючи ступеня окислення +2 та +3 залізо утворює 2 ряди сполук.

З'єднання заліза (+2).

З'єднання заліза (+2): FeO (оксид заліза(II) і Fe(OH) 2 (гідроксід заліза(II).) мають яскраво виражений основний характер. Отримують їх побічно.

З'єднання заліза (+3).

З'єднання заліза (+3): Fe 2 Про 3 (оксид заліза(III)) та Fe(OH) 3 (гідроксід заліза(III)). Мають слабко виражені амфотерні властивості. Отримують їх побічно. Розглянемо генетичний ряд Fe+3:

Катіони заліза (+2) легко окислюються киснем повітря або іншими окислювачами до катіонів заліза (+3). Тому білий осад Fe(OH) 2 (гідроксид заліза(II) на повітрі спочатку набуває зеленого забарвлення, а потім стає бурим, перетворюючись на Fe(OH) 3 (гідроксид заліза(III) (демонстраційний досвід).

)

Солі заліза (+2) та (+3).

Залізо утворює 2 ряди солей Fe+2 та Fe+3. Для розпізнавання сполук заліза (+2) та (+3) проводять якісні реакції на дані іони (якісні реакції – це реакції, за допомогою яких розпізнають різні речовини, вони супроводжуються яскравим зовнішнім ефектом).

Якісні реакції на Fe+2.

Реактивом є червона кров'яна сіль.

Якісні реакції на Fe+3.

Реактивом є жовта кров'яна сіль.

Також для виявлення іонів заліза(III) використовують взаємодію солей заліза(III) з роданідом калію або амонію, в результаті чого розчин набуває інтенсивно-червоного забарвлення.

Техніка безпеки: необхідно брати речовини у кількостях зазначених учителем; у разі потрапляння даних хімічних реактивів на шкіру чи одяг необхідно змити реактиви надлишком води; якщо щось потрапило у вічі – промити водою протягом 10-15 хвилин.

(перегляд диска; демонстрація зразків солей; досліди учнів) (Cлайд 4, 5).

Застосування сполук заліза

Залізо виконує функції кровотворних органів, входить до складу гемоглобіну, інших білкових складних тварин організмів. У вигляді чавуну та сталі залізо знаходить широке застосування у народному господарстві. Із солей заліза найбільше технічне значення мають сульфати та хлориди.

FeSO 4 *7H 2 O – залізний купорос використовується для боротьби зі шкідниками рослин, для приготування мінеральних фарб тощо;

FeCl 3 – використовується як протрава при фарбуванні тканин та як каталізатор в органічному синтезі;

Fe 2 (SO 4) 3 *9H 2 O – застосовують для очищення води у вигляді галунів у медицині.

(перегляд диска; демонстрація зразків солей)

На уроці ми з вами розглянули сполуки заліза (+2) та (+3). Познайомилися зі знаходженням заліза у природі: мінерали магнетит, гематит, лимоніт, пірит. Вивчили сполуки заліза (+2) (FeO (оксид заліза(II) та Fe(OH) 2 (гідроксид заліза(II)) та їх властивості; сполуки заліза (+3) (Fe 2 Про 3 (оксид заліза(III) та Fe) (OH) 3 (гідроксид заліза(III), їх властивості. Розглянули легкість окислення Fe +2 у Fe +3 киснем повітря. Дізналися, що залізо утворює 2 ряди сполук:

Fe +2: реактивом служить червона кров'яна сіль, утворюється темно-синій осад (турнбулева синь);

Fe +3: реактивом служить

1) жовта кров'яна сіль, утворюється темно-синє забарвлення (берлінська блакить);

2) роданід калію або амонію, утворюється інтенсивно-червоне забарвлення.

Розглянули застосування сполук заліза: у металургії, медицині, при очищенні води, при фарбуванні тканин, для боротьби зі шкідниками та інших галузях народного господарства.

V. Закріплення.

Завдання. Яка маса заліза може бути одержана при дії на 96 г оксиду заліза(III) надлишку оксиду вуглецю(II), якщо вихід реакції становить 80% від теоретично можливого? (Cлайд 6)