Kokia geležies oksidacijos būsena. Didelė naftos ir dujų enciklopedija

Žemės plutoje geležis yra plačiai paplitusi, ji sudaro apie 4,1% masės. Žemės pluta(4 vieta tarp visų elementų, 2 vieta tarp metalų). Mantijoje ir žemės plutoje geležis koncentruojasi daugiausia silikatuose, o bazinėse ir ultrabazinėse uolienose jos yra daug, o rūgštinėse ir tarpinėse uolienose – mažai. Yra žinoma daug geležies turinčių rūdų ir mineralų. Didžiausią praktinę reikšmę turi raudonoji geležies rūda (hematitas, Fe 2 O 3; sudėtyje yra iki 70% Fe), magnetinė geležies rūda (magnetitas, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; yra 72,4% Fe), rudoji geležies rūda arba limonitas (goetitas ir hidrogoetitas, atitinkamai FeOOH ir FeOOH nH 2 O) hematitas magnetitas limonitas goetitas

Siderite FeCO 3 yra maždaug 35% geležies. Jis turi gelsvai baltą (su pilku arba rudu atspalviu užteršimo atveju) spalvą. Siderite Mispikel FeAsS sudėtyje yra 34,3% geležies. Mispikel Löllingite FeAs 2 sudėtyje yra 27,2 % geležies lolingito ilmenito FeTiO 3 ilmenito magnomagnetito (Fe, Mg) fibroferito FeSO 4 (OH) 4,5H 2 O jarozito KFe 3 (SO 4) 2 (OH) 6 jarozito

Pagrindinės geležies oksidacijos būsenos yra +2 ir +3. Laikant ore iki 200 °C temperatūroje, geležis palaipsniui pasidengia tankia oksido plėvele, kuri neleidžia toliau oksiduotis metalui. Drėgname ore geležis pasidengia puriu rūdžių sluoksniu, kuris netrukdo deguoniui ir drėgmei patekti į metalą ir jį sunaikinti. Rūdys neturi nuolatinio cheminė sudėtis, maždaug cheminė formulė galima parašyti kaip Fe 2 O 3 xH 2 O. rūdžių oksidas

Kaitinama geležis reaguoja su deguonimi. Deginant geležį ore susidaro oksidas Fe 3 O 4, degant grynu deguonimi – oksidas Fe 2 O 3. Per išlydytą geležį praleidžiant deguonį ar orą susidaro FeO oksidas. Kaitinant sierą ir geležies miltelius, susidaro sulfidas, kurio apytikslę formulę galima parašyti FeS. deguonisFe 3 O 4Fe 2 O 3 FeO siera

Istorija

Geležis kaip instrumentinė medžiaga buvo žinoma nuo seniausių laikų. Seniausi geležies gaminiai, rasti archeologinių kasinėjimų metu, datuojami IV tūkstantmečiu prieš Kristų. e. ir priklauso senovės šumerų ir senovės Egipto civilizacijoms. Jie pagaminti iš meteorinės geležies, tai yra iš geležies ir nikelio lydinio (pastarojo kiekis svyruoja nuo 5 iki 30%), papuošalai iš Egipto kapų (apie 3800 m. pr. Kr.) ir durklas iš Šumerų miesto Uro (apie 3100 m. pr. Kr.). e.). Matyt, vienas iš geležies pavadinimų graikų ir lotynų kalba: „sider“ (o tai reiškia „žvaigždėtas“).

Gaminiai iš geležies, gautos lydymo būdu, žinomi nuo arijų genčių apsigyvenimo iš Europos į Aziją, salas laikų. Viduržemio jūra, ir vėliau (IV ir III tūkstantmečio pr. Kr. pabaiga). Seniausi žinomi geležiniai įrankiai yra plieniniai peiliukai, rasti Cheopso piramidės mūre Egipte (pastatyta apie 2530 m. pr. Kr.). Kaip parodė kasinėjimai Nubijos dykumoje, jau tais laikais egiptiečiai iškastą auksą bandė atskirti nuo sunkaus magnetito smėlio, sėlenomis degintos rūdos ir panašių anglies turinčių medžiagų. Dėl to aukso lydalo paviršiuje plūduriavo tešlinės geležies sluoksnis, kuris buvo apdorojamas atskirai. Iš šios geležies buvo nukaldinti įrankiai, įskaitant tuos, kurie buvo rasti Cheopso piramidėje. Tačiau po Cheopso Menkauro (2471–2465 m. pr. Kr.) anūko Egipte kilo suirutė: dievo Ra žynių vadovaujama aukštuomenė nuvertė valdančiąją dinastiją, prasidėjo uzurpatorių šuolis, pasibaigęs įstojus į imperiją. kitos dinastijos faraonas Userkaras, kurį žyniai paskelbė paties dievo Ra sūnumi ir įsikūnijimu (nuo tada tai tapo oficialiu faraonų statusu). Per šią sumaištį egiptiečių kultūrinės ir techninės žinios žlugo, o piramidžių statybos menui pablogėjus, geležies gamybos technologija buvo prarasta taip, kad vėliau, tyrinėjant Sinajaus pusiasalį ieškant vario rūdos, egiptiečiai nekreipė dėmesio į ten esančias geležies rūdos telkinius, o gaudavo geležies iš kaimyninių hetitų ir mitaniečių.

Pirmieji įsisavino geležies Hatt gamybą, tai rodo seniausias (II tūkst. pr. Kr.) geležies paminėjimas hetitų, įkūrusių savo imperiją Hatų (dabartinė Anatolija Turkijoje) teritorijoje, tekstuose. Taigi hetitų karaliaus Anitos (apie 1800 m. pr. Kr.) tekste sakoma:

Kai išvykau į kampaniją į Puruskhandos miestą, vyras iš Puruskhandos miesto atėjo man nusilenkti (...?) ir padovanojo man 1 geležinį sostą ir 1 geležinį skeptrą (?) kaip nuolankumo ženklą. (?)...

(šaltinis: Giorgadze G. G.// Biuletenis senovės istorija. 1965. № 4.)

Senovėje chalibai buvo žinomi kaip geležies gaminių meistrai. Legenda apie argonautus (jų žygis į Kolchį vyko maždaug 50 metų prieš Trojos karą) pasakoja, kad Kolchidės karalius Etas Jasonui davė geležinį plūgą Areso laukui suarti, o jo pavaldiniai – haliberai – aprašyti. :

Jie nearia žemės, nesodina vaismedžių, negana bandų turtingose ​​pievose; jie išgauna rūdą ir geležį iš nedirbamos žemės ir maino jiems maistą. Diena jiems neprasideda be sunkaus darbo, jie praleidžia nakties tamsoje ir tirštuose dūmuose dirbdami visą dieną...

Aristotelis aprašė savo plieno gavimo būdą: „Khalibai kelis kartus nuplovė savo šalies upės smėlį – taip atskirdami juodąjį koncentratą (sunkią frakciją, kurią daugiausia sudaro magnetitas ir hematitas), ir išlydė krosnyse; taip gautas metalas buvo sidabrinės spalvos ir nerūdijantis.

Magnetinis smėlis, kuris dažnai randamas visoje Juodosios jūros pakrantėje, buvo naudojamas kaip žaliava plieno lydymui: šie magnetito smėliai susideda iš smulkių magnetito, titano-magnetito arba ilmenito grūdelių ir kitų uolienų fragmentų mišinio, kad chalibų lydytas plienas buvo legiruotas ir turėjo puikios savybės. Toks savotiškas geležies gavimo būdas leidžia manyti, kad chalibai geležį skleidė tik kaip technologinę medžiagą, tačiau jų metodas negalėjo būti plačiai paplitusios geležies gaminių pramoninės gamybos būdas. Tačiau jų gamyba buvo postūmis tolimesnis vystymas geležies metalurgija.

Giliausioje senovėje geležis buvo vertinama labiau už auksą, o pagal Strabono aprašymą Afrikos gentys už 1 svarą geležies duodavo 10 svarų aukso, o pagal istoriko G. Areshyano studijas – vario savikainą, t. sidabras, auksas ir geležis tarp senovės hetitų buvo santykiu 1: 160 : 1280: 6400. Tais laikais geležis buvo naudojama kaip papuošalų metalas, iš jos buvo gaminami sostai ir kitos karališkosios galios regalijos: pvz. Biblijos knygoje Pakartoto Įstatymas 3.11, aprašoma Refaimų karaliaus Ogo „geležinė lova“.

Tutanchamono (apie 1350 m. pr. Kr.) kape buvo rastas iš geležies pagamintas durklas auksiniame rėme – galbūt hetitų dovana diplomatiniais tikslais. Bet hetitai nesiekė plačios geležies ir jos technologijų sklaidos, tai matyti ir iš iki mūsų atėjusio susirašinėjimo. Egipto faraonas Tutanchamonas ir jo uošvis Hattusilas, hetitų karalius. Faraonas prašo atsiųsti daugiau geležies, o hetitų karalius išsisukinėdamas atsako, kad geležies atsargos baigėsi, o kalviai užsiėmę žemės ūkio darbais, todėl negali įvykdyti karališkojo žento prašymo, o iš „geros geležies“ siunčia tik vieną durklą. “ (tai yra plienas). Kaip matote, hetitai savo žinias stengėsi panaudoti kariniams pranašumams pasiekti, o kitiems nesuteikė galimybės jų pasivyti. Matyt, todėl geležies gaminiai paplito tik po Trojos karo ir hetitų žlugimo, kai graikų prekybinės veiklos dėka daugeliui tapo žinoma geležies technologija, buvo atrasti nauji geležies telkiniai ir kasyklos. Taigi bronzos amžių pakeitė geležies amžius.

Remiantis Homero aprašymais, nors Trojos karo metu (apie 1250 m. pr. Kr.) ginklai dažniausiai buvo gaminami iš vario ir bronzos, geležis jau buvo gerai žinoma ir labai paklausi, nors labiau kaip taurusis metalas. Pavyzdžiui, 23-ioje „Iliados“ dainoje Homeras sako, kad Achilas disko metimo rungtyje nugalėtoją apdovanojo geležiniu verksmo disku. Achajai išgavo šią geležį iš Trojos arklių ir kaimyninių tautų (Iliada 7.473), įskaitant chalibus, kurie kovojo Trojos arklių pusėje:

„Kiti achajų vyrai pirko su manimi vyno,
Pakeisti tie vario skambėjimo, pilkojo geležies,
Jaučio odoms arba aukštaragiams jaučiams,
Tie savo belaisviams. Ir paruošta linksma puota ... "

Galbūt geležis buvo viena iš priežasčių, paskatinusių Achajų graikus persikelti į ją Mažoji Azija kur jie sužinojo jo gamybos paslaptis. O kasinėjimai Atėnuose parodė, kad jau apie 1100 m. e. o vėliau jau paplito geležiniai kardai, ietys, kirviai ir net geležinės vinys. Biblinėje Jozuės 17:16 knygoje (plg. Teisėjų 14:4) rašoma, kad filistinai (bibliniai „PILISTIMAI“, o tai buvo prograikų gentys, susijusios su vėlesniais helenais, daugiausia pelasgais) turėjo daug geležinių vežimų, t. šioje geležies jau tapo plačiai naudojama dideliais kiekiais.

Homeras „Iliadoje ir Odisėjoje“ geležį vadina „kietu metalu“ ir aprašo įrankių grūdinimą:

„Greitas padirbėjas, padaręs kirvį ar kirvį,
Metalas į vandenį, kaitinant jį taip, kad padvigubėtų
Jis turėjo tvirtovę, panardina ... “

Geležį Homeras vadina sunkia, nes senovėje pagrindinis jos gavimo būdas buvo neapdorotas pūtimas: specialiose krosnyse buvo kaitinami kintami geležies rūdos ir medžio anglies sluoksniai (kalvės – iš senovės „Rago“ – ragas, vamzdis, iš pradžių tai buvo tik žemėje iškastas vamzdis, dažniausiai horizontaliai daubos šlaite). Židinyje geležies oksidus į metalą redukuoja karšta anglis, kuri pasisavina deguonį, oksiduodamasi iki anglies monoksido, o dėl tokio rūdos kalcinavimo anglimi buvo gauta tešlinė (kempinė) geležis. Kritsu buvo išvalytas nuo šlako kalimo būdu, išspaudžiant nešvarumus stiprūs smūgiai plaktukas. Pirmosios kalvės turėjo santykinai žema temperatūra- pastebimai mažesnė temperatūra lydantis ketus, todėl geležis pasirodė palyginti mažai anglies dioksido išskirianti. Norint gauti tvirtą plieną, reikėjo daug kartų kalcinuoti ir kalti geležies kritsą anglimi, o metalo paviršinis sluoksnis buvo papildomai prisotintas anglies ir grūdintas. Taip išėjo“ gera geležis” – ir nors tai pareikalavo daug darbo, tokiu būdu gauti gaminiai buvo žymiai tvirtesni ir kietesni nei bronziniai.

Ateityje jie išmoko gaminti efektyvesnes krosnis (rusiškai – aukštakrosnė, domnitsa) plieno gamybai, o kailius naudojo orui į krosnį tiekti. Jau romėnai sugebėjo pakelti temperatūrą krosnyje iki plieno lydymosi (apie 1400 laipsnių, o gryna geležis lydosi 1535 laipsnių temperatūroje). Šiuo atveju formuojamas ketus, kurio lydymosi temperatūra yra 1100–1200 laipsnių, kuris kietoje būsenoje yra labai trapus (net netinkamas kalti) ir neturi plieno elastingumo. Iš pradžių jis buvo laikomas kenksmingu šalutiniu produktu. ketus, rusiškai ketus, luitai, iš kur, tiesą sakant, kilęs žodis ketus), bet tada paaiškėjo, kad perlydant krosnyje, per kurią prapučia padidėjęs oras, ketus virsta plienu. gera kokybė, nes anglies perteklius išdega. Toks dviejų etapų plieno gamybos iš ketaus procesas pasirodė esąs paprastesnis ir pelningesnis nei žydėjimas, ir šis principas buvo naudojamas be didelių pokyčių daugelį amžių, iki šių dienų išlikęs pagrindiniu geležies gamybos būdu. medžiagos.

Bibliografija: Karlas Baksas.Žemės vidaus turtas. M .: Pažanga, 1986, p. 244, skyrius "Geležis"

vardo kilmė

Yra keletas slaviško žodžio „geležis“ kilmės versijų (baltarusių zhalez, ukrainiečių zalizo, senasis slavas. geležies, bulg. geležis, Serbohorvas. zhezo, lenkų kalba. Zelazo, čekų železo, slovėnų kalba zelezo).

Viena iš etimologijų sieja Praslavą. *ZelEzo su graikišku žodžiu χαλκός , kuris pagal kitą versiją reiškė geležį ir varį *ZelEzo panašus į žodžius *zely„vėžlys“ ir *akis„uola“, su bendra seme „akmuo“. Trečioji versija siūlo senovinį pasiskolinimą iš nežinomos kalbos.

Germanų kalbos pasiskolino geležies pavadinimą (gotika. eisarn, Anglų geležies, vokiškai Eisenas, Nyderlandai. ijzer, dat. jernas, švedas jarn) iš „Celtic“.

Pra-keltų žodis *Isarno-(> OE iarn, OE Bret hoiarn), tikriausiai grįžta į Proto-IE. *h 1 esh 2 r-ne- „kruvinas“ su semantine raida „kruvinas“ > „raudonas“ > „geležis“. Pagal kitą hipotezę duotas žodis grįžta į pra-i.e. *(H)ish 2ro- „stiprus, šventas, turintis antgamtinę galią“.

senovės graikų žodis σίδηρος , galėjo būti pasiskolintas iš to paties šaltinio, kaip ir slavų, germanų ir baltų kalbos žodžiai, reiškiantys sidabrą.

Natūralaus geležies karbonato (siderito) pavadinimas kilęs iš lot. sidereus- žvaigždžių; iš tiesų pirmoji į žmonių rankas papuolusi geležis buvo meteorinės kilmės. Galbūt šis sutapimas nėra atsitiktinis. Visų pirma, senovės graikų kalbos žodis sideros (σίδηρος) geležies ir lotynų sidus, reiškiantis „žvaigždę“, tikriausiai turi bendrą kilmę.

izotopų

Natūralią geležį sudaro keturi stabilūs izotopai: 54 Fe (izotopų gausa 5,845%), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) ir 58 Fe (0,282%). Taip pat žinoma daugiau nei 20 nestabilių geležies izotopų, kurių masės skaičius nuo 45 iki 72, iš kurių stabiliausi yra 60 Fe (pusėjimo laikas 2009 m. atnaujintais duomenimis yra 2,6 mln. metų), 55 Fe (2,737 metų), 59 Fe (44,495 dienos) ir 52 Fe (8,275 valandos); likusių izotopų pusinės eliminacijos laikas yra mažesnis nei 10 minučių.

Geležies izotopas 56 Fe yra vienas iš stabiliausių branduolių: visi šie elementai gali sumažinti jungimosi energiją vienam nukleonui skildami, o visi ankstesni elementai iš esmės gali sumažinti jungimosi energiją vienam nukleonui dėl sintezės. Manoma, kad eilė elementų sintezės normalių žvaigždžių šerdyje baigiasi geležimi (žr. Geležinę žvaigždę), o visi tolesni elementai gali susidaryti tik dėl supernovos sprogimų.

Geležies geochemija

Hidroterminis šaltinis su geležiniu vandeniu. Geležies oksidai paruduoja vandenį

Geležis yra vienas iš labiausiai paplitusių elementų saulės sistema, ypač antžeminėse planetose, ypač Žemėje. Nemaža dalis antžeminių planetų geležies yra planetų šerdyje, kur jos kiekis yra apie 90%. Geležies kiekis žemės plutoje yra 5%, o mantijoje apie 12%. Iš metalų geležis pagal gausą plutoje nusileidžia tik aliuminiui. Tuo pačiu metu apie 86% visos geležies yra šerdyje, o 14% - mantijoje. Geležies kiekis žymiai padidėja pagrindinės sudėties magminėse uolienose, kur ji yra susijusi su piroksenu, amfibolu, olivinu ir biotitu. Pramoninėje koncentracijoje geležis kaupiasi beveik visų egzogeninių ir endogeninių procesų, vykstančių žemės plutoje, metu. IN jūros vandens geležies yra labai mažais kiekiais – 0,002–0,02 mg/l. Upės vandenyje jis yra šiek tiek didesnis - 2 mg / l.

Geocheminės geležies savybės

Svarbiausias geocheminis geležies bruožas yra kelių oksidacijos būsenų buvimas. Geležis neutralioje formoje – metalinė – sudaro žemės šerdį, gali būti, kad ji yra mantijoje ir labai retai randama žemės plutoje. Geležis FeO yra pagrindinė geležies forma mantijoje ir žemės plutoje. Geležies oksidas Fe 2 O 3 būdingas viršutinėms, labiausiai oksiduotoms žemės plutos dalims, ypač nuosėdinėms uolienoms.

Pagal kristalų chemines savybes Fe 2+ jonas yra artimas Mg 2+ ir Ca 2+ jonams, kitiems pagrindiniams elementams, kurie sudaro didelę visų sausumos uolienų dalį. Dėl savo kristalų cheminio panašumo geležis daugelyje silikatų pakeičia magnį ir iš dalies kalcį. Geležies kiekis įvairios sudėties mineraluose paprastai didėja mažėjant temperatūrai.

geležies mineralai

Yra žinoma daug geležies turinčių rūdų ir mineralų. Didžiausią praktinę reikšmę turi raudonoji geležies rūda (hematitas, Fe 2 O 3; turi iki 70 % Fe), magnetinė geležies rūda (magnetitas, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; yra 72,4 % Fe), rudoji geležies rūda arba limonitas (atitinkamai goetitas ir hidrogoetitas, FeOOH ir FeOOH nH 2 O). Gėtitas ir hidrogoetitas dažniausiai aptinkami dūlėjančiose plutose, suformuojant vadinamąsias „geležines kepures“, kurių storis siekia kelis šimtus metrų. Jie taip pat gali būti nuosėdinės kilmės, iškritę iš koloidinių tirpalų ežeruose ar jūrų pakrančių zonose. Tokiu atveju susidaro oolitinės, arba ankštinės, geležies rūdos. Juose dažnai randamas vivianitas Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, formuojantis juodus pailgus kristalus ir radialinius-spinduliuojančius agregatus.

Gamtoje taip pat plačiai paplitę geležies sulfidai – piritas FeS 2 (sieros arba geležies piritas) ir pirotitas. Jie nėra geležies rūda – piritas naudojamas sieros rūgščiai gaminti, o pirotite dažnai yra nikelio ir kobalto.

Pagal geležies rūdos atsargas Rusija užima pirmąją vietą pasaulyje. Geležies kiekis jūros vandenyje yra 1,10 -5 -1,10 -8%.

Kiti įprasti geležies mineralai yra:

• Siderite - FeCO 3 - yra maždaug 35% geležies. Jis turi gelsvai baltą (su pilku arba rudu atspalviu užteršimo atveju) spalvą. Tankis yra 3 g / cm³, o kietumas yra 3,5–4,5 pagal Moso skalę.
• Markazite – FeS 2 – yra 46,6 % geležies. Jis būna geltonų, pavyzdžiui, žalvario, bipiramidinių rombinių kristalų, kurių tankis yra 4,6–4,9 g / cm³ ir 5–6 kietumas pagal Moso skalę, pavidalu.
• Lollingite - FeAs 2 - yra 27,2% geležies ir jis yra sidabro baltumo bipiramidinių rombinių kristalų pavidalu. Tankis yra 7-7,4 g / cm³, kietumas yra 5-5,5 pagal Moso skalę.
• Mispikel - FeAsS - yra 34,3% geležies. Jis atsiranda baltų monoklininių prizmių pavidalu, kurių tankis yra 5,6–6,2 g / cm³ ir 5,5–6 kietumas pagal Moso skalę.
• Melanteritas – FeSO 4 7H 2 O – gamtoje rečiau paplitęs ir yra žali (arba dėl priemaišų pilki) monokliniški kristalai, turintys stiklakūnio blizgesį, trapūs. Tankis yra 1,8–1,9 g / cm³.
• Vivianitas - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - yra mėlynai pilkų arba žaliai pilkų monoklininių kristalų pavidalu, kurių tankis yra 2,95 g / cm³ ir 1,5-2 kietumas pagal Moso skalę.

Be minėtų geležies mineralų, yra, pavyzdžiui:

Pagrindiniai indėliai

JAV geologijos tarnybos (2011 m. apskaičiavimu) duomenimis, pasaulyje įrodytos geležies rūdos atsargos yra apie 178 mlrd. tonų. Pagrindiniai geležies telkiniai yra Brazilijoje (1 vieta), Australijoje, JAV, Kanadoje, Švedijoje, Venesueloje, Liberijoje, Ukrainoje, Prancūzijoje, Indijoje. Rusijoje geležis kasama Kursko magnetinėje anomalijoje (KMA), Kolos pusiasalyje, Karelijoje ir Sibire. reikšmingas vaidmuo Pastaruoju metu jie įgauna dugno vandenyno telkinius, kuriuose geležis kartu su manganu ir kitais vertingais metalais randama mazgeliuose.

Kvitas

Pramonėje geležis gaunama iš geležies rūdos, daugiausia iš hematito (Fe 2 O 3) ir magnetito (FeO Fe 2 O 3).

Egzistuoti įvairių būdų geležies gavyba iš rūdų. Labiausiai paplitęs yra domeno procesas.

Pirmasis gamybos etapas yra geležies redukavimas anglimi aukštakrosnėje 2000 ° C temperatūroje. Aukštakrosnėje anglis yra kokso pavidalu, geležies rūda aglomerato arba granulių pavidalu ir srautas (pavyzdžiui, kalkakmenis) tiekiamas iš viršaus, o iš apačios juos pasitinka įpurškiamo karšto oro srautas.

Krosnyje anglis kokso pavidalu oksiduojasi iki anglies monoksido. Šis oksidas susidaro degimo metu, kai trūksta deguonies:

Savo ruožtu anglies monoksidas atgauna geležį iš rūdos. Kad ši reakcija vyktų greičiau, kaitinama smalkės praeina per geležies (III) oksidą:

Kalcio oksidas susijungia su silicio dioksidu, sudarydamas šlaką - kalcio metasilikatą:

Šlakas, skirtingai nei silicio dioksidas, yra lydomas krosnyje. Lengvesnis už geležį šlakas plūduriuoja paviršiuje – ši savybė leidžia atskirti šlaką nuo metalo. Tada šlaką galima naudoti statybose ir Žemdirbystė. Aukštakrosnėje gaunamas geležies lydalas turi gana daug anglies (ketaus). Išskyrus tokius atvejus, kai ketus naudojamas tiesiogiai, jį reikia toliau apdoroti.

Anglies perteklius ir kitos priemaišos (siera, fosforas) pašalinamos iš ketaus oksidacijos būdu atviro židinio krosnyse arba konverteriuose. Elektrinės krosnys taip pat naudojamos legiruoto plieno lydymui.

Be aukštakrosnių proceso, įprastas ir tiesioginės geležies gamybos procesas. Tokiu atveju iš anksto susmulkinta rūda sumaišoma su specialiu moliu, kad susidarytų granulės. Granulės skrudinamos ir apdorojamos šachtinėje krosnyje karštais metano konversijos produktais, kuriuose yra vandenilio. Vandenilis lengvai sumažina geležį:

tuo tarpu geležis nėra užteršta priemaišomis, tokiomis kaip siera ir fosforas, kurios yra įprastos anglies priemaišos. Geležis gaunama kieto pavidalo, o po to išlydoma elektrinėse krosnyse.

Chemiškai gryna geležis gaunama elektrolizės būdu iš jos druskų tirpalų.

Fizinės savybės

Polimorfizmo reiškinys itin svarbus plieno metalurgijai. Būtent dėl ​​kristalinės gardelės α-γ perėjimų įvyksta plieno terminis apdorojimas. Be šio reiškinio geležis, kaip plieno pagrindas, nebūtų taip plačiai naudojama.

Geležis yra vidutiniškai ugniai atsparus metalas. Standartinių elektrodų potencialų serijoje geležis stovi prieš vandenilį ir lengvai reaguoja su praskiestomis rūgštimis. Taigi geležis priklauso vidutinio aktyvumo metalams.

Geležies lydymosi temperatūra yra 1539 °C, virimo temperatūra 2862 °C.

Cheminės savybės

Būdingos oksidacijos būsenos

• Rūgštis neegzistuoja laisva forma – gautos tik jos druskos.

Geležiei būdingos geležies oksidacijos laipsniai - +2 ir +3.

Oksidacijos būsena +2 atitinka juodąjį oksidą FeO ir žaliąjį hidroksidą Fe(OH) 2 . Jie yra pagrindiniai. Druskose Fe(+2) yra katijono pavidalu. Fe(+2) yra silpnas reduktorius.

+3 oksidacijos laipsniai atitinka raudonai rudą Fe 2 O 3 oksidą ir rudą Fe(OH) 3 hidroksidą. Jie yra amfoteriniai, nors jų rūgštinės ir bazinės savybės yra silpnai išreikštos. Taigi Fe 3+ jonai visiškai hidrolizuojasi net rūgščioje aplinkoje. Fe (OH) 3 tirpsta (ir net tada ne visiškai), tik koncentruotuose šarmuose. Fe 2 O 3 reaguoja su šarmais tik susiliedamas, sudarydamas feritus (formalias rūgšties druskas, kurios neegzistuoja laisvoje rūgšties HFeO 2 formoje):

Geležis (+3) dažniausiai pasižymi silpnomis oksidacinėmis savybėmis.

Pasikeitus redokso sąlygoms, oksidacijos būsenos +2 ir +3 lengvai pereina tarpusavyje.

Be to, yra Fe 3 O 4 oksido, kurio formalioji geležies oksidacijos būsena yra +8/3. Tačiau šis oksidas taip pat gali būti laikomas geležies (II) feritu Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .

Taip pat yra +6 oksidacijos laipsnis. Atitinkamas oksidas ir hidroksidas laisvos formos neegzistuoja, tačiau buvo gautos druskos – feratų (pavyzdžiui, K 2 FeO 4). Geležis (+6) juose yra anijono pavidalu. Feratai yra stiprūs oksidatoriai.

Paprastos medžiagos savybės

Laikant ore iki 200 °C temperatūroje, geležis palaipsniui pasidengia tankia oksido plėvele, kuri neleidžia toliau oksiduotis metalui. Drėgname ore geležis pasidengia puriu rūdžių sluoksniu, kuris netrukdo deguoniui ir drėgmei patekti į metalą ir jį sunaikinti. Rūdys neturi pastovios cheminės sudėties, apytiksliai jos cheminė formulė gali būti parašyta Fe 2 O 3 xH 2 O.

Geležies(II) junginiai

Geležies oksidas (II) FeO turi bazines savybes, jis atitinka bazę Fe (OH) 2. Geležies (II) druskos yra šviesiai žalios spalvos. Laikant, ypač drėgname ore, jie paruduoja dėl oksidacijos iki geležies (III). Tas pats procesas vyksta laikant vandeninius geležies(II) druskų tirpalus:

Iš geležies (II) druskų vandeniniuose tirpaluose stabili yra Mohro druska - dvigubas amonis ir geležies (II) sulfatas (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

Kalio heksacianoferatas (III) K 3 (raudonoji kraujo druska) gali būti Fe 2+ jonų reagentas tirpale. Kai Fe 2+ ir 3− jonai sąveikauja, iškyla mėlynos spalvos nuosėdos:

Geležies (II) kiekybiniam nustatymui tirpale naudojamas fenantrolinas Phen, kuris plačiame pH diapazone (4-9) sudaro raudoną FePhen 3 kompleksą su geležimi (II) (šviesos sugerties maksimumas - 520 nm).

Geležies(III) junginiai

Geležies (III) junginius tirpaluose redukuoja metalinė geležis:

Geležis (III) gali sudaryti dvigubus sulfatus su viengubo krūvio alūno tipo katijonais, pvz., KFe (SO 4) 2 - kalio geležies alūnas, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - geležies amonio alūnas ir kt.

Geležies(III) junginių kokybiniam aptikimui tirpale naudojama kokybinė Fe 3+ jonų reakcija su tiocianato jonais SCN −. Fe 3+ jonams sąveikaujant su SCN − anijonais, susidaro ryškiai raudonų geležies tiocianato kompleksų 2+ , + , Fe(SCN) 3 , - mišinys. Mišinio sudėtis (taigi ir jo spalvos intensyvumas) priklauso nuo įvairių veiksnių, todėl šis metodas netinka tiksliam kokybiniam geležies nustatymui.

Kitas aukštos kokybės reagentas Fe 3+ jonams yra kalio heksacianoferatas (II) K 4 (geltonoji kraujo druska). Kai Fe 3+ ir 4− jonai sąveikauja, iškrenta ryškiai mėlynos Prūsijos mėlynos spalvos nuosėdos:

Geležies(VI) junginiai

Oksidacinės savybės Feratai naudojami vandeniui dezinfekuoti.

Geležies junginiai VII ir VIII

Yra pranešimų apie elektrocheminį geležies (VIII) junginių paruošimą. , , , tačiau nepriklausomų darbų, patvirtinančių šiuos rezultatus, nėra.

Taikymas

Geležies rūda

Geležis yra vienas iš dažniausiai naudojamų metalų, sudarantis iki 95% pasaulio metalurgijos produkcijos.

• Geležis yra pagrindinė plieno ir ketaus sudedamoji dalis – svarbiausios konstrukcinės medžiagos.
• Geležis gali būti lydinių, pagamintų iš kitų metalų, pavyzdžiui, nikelio, dalis.
• Magnetinis geležies oksidas (magnetitas) yra svarbi medžiaga gaminant ilgalaikės kompiuterių atminties įrenginius: kietuosius diskus, diskelius ir kt.
• Itin smulkūs magnetito milteliai naudojami daugelyje nespalvotų lazerinių spausdintuvų, maišytų su polimero granulėmis kaip dažiklis. Jame naudojama juoda magnetito spalva ir jo gebėjimas prilipti prie įmagnetinto perdavimo volelio.
• Daugelio geležies lydinių unikalios feromagnetinės savybės prisideda prie jų plačiai paplitęs transformatorių ir elektros variklių magnetinių grandinių elektrotechnikoje.
• Geležies (III) chloridas (geležies chloridas) naudojamas radijo mėgėjų praktikoje spausdintinėms plokštėms ėsdinti.
• Geležies sulfatas (geležies sulfatas), sumaišytas su vario sulfatu, naudojamas žalingiems grybams naikinti sodininkystėje ir statybose.
• Geležis naudojama kaip anodas geležies-nikelio, geležies-oro baterijose.
• Geležies ir geležies chloridų vandeniniai tirpalai, taip pat jo sulfatai naudojami kaip koaguliantai gryninant natūralias ir. Nuotekos pramonės įmonių vandens valyme.

Geležies biologinė reikšmė

Gyvuose organizmuose geležis yra svarbus mikroelementas, katalizuojantis deguonies mainų (kvėpavimo) procesus. Suaugusio žmogaus organizme yra apie 3,5 gramo geležies (apie 0,02%), iš kurios 78% yra pagrindinis aktyvus kraujo hemoglobino elementas, likusi dalis yra kitų ląstelių fermentų dalis, katalizuojanti kvėpavimo procesus ląstelėse. Geležies trūkumas pasireiškia kaip organizmo liga (augalų chlorozė ir gyvūnų anemija).

Paprastai geležis patenka į fermentus kaip kompleksas, vadinamas hemu. Visų pirma, šio komplekso yra hemoglobine – svarbiausiame baltyme, užtikrinančiame deguonies transportavimą su krauju į visus žmonių ir gyvūnų organus. Ir būtent jis nudažo kraują būdinga raudona spalva.

Geležies kompleksų, išskyrus hemą, randama, pavyzdžiui, fermente metano monooksigenazė, kuri oksiduoja metaną į metanolį, svarbiame fermente ribonukleotidų reduktazė, kuri dalyvauja DNR sintezėje.

Neorganinių geležies junginių randama kai kuriose bakterijose ir kartais jos naudoja atmosferos azotui surišti.

Geležis į gyvūnų ir žmonių organizmą patenka su maistu (joje gausiausia kepenys, mėsa, kiaušiniai, ankštiniai augalai, duona, grūdai, burokėliai). Įdomu tai, kad kartą špinatai buvo klaidingai įtraukti į šį sąrašą (dėl rašybos klaidos analizės rezultatuose - „papildomas“ nulis po kablelio buvo prarastas).

Per didelė geležies dozė (200 mg ar daugiau) gali sukelti toksinis poveikis. Geležies perdozavimas slopina organizmo antioksidacinę sistemą, todėl vartokite geležies papildus sveikų žmonių Nerekomenduojama.

Pastabos

Šaltiniai (į istorijos skyrių)

• G. G. Giorgadzė.„Anitos tekstas“ ir kai kurie ankstyvosios hetitų istorijos klausimai
• R. M. Abramišvilis. Geležies plėtros Rytų Gruzijos teritorijoje klausimu VGMG, XXII-B, 1961 m.
• Khakhutayshvili D. A. Apie senovės Kolčo geležies metalurgijos istoriją. Senovės istorijos klausimai (Kaukazo-Artimųjų Rytų rinkinys, 4 numeris). Tbilisis, 1973 m.
• Herodotas.„Istorija“, 1:28.
• Homeras. Iliada, Odisėja.
• Virgilijus.„Eneida“, 3:105.
• Aristotelis.„Apie neįtikėtinus gandus“, II, 48. VDI, 1947, Nr.2, p.327.
• Lomonosovas M.V. Pirmieji metalurgijos pagrindai.

taip pat žr

• Kategorija: Geležies junginiai

Nuorodos

• Ligos, kurias sukelia geležies trūkumas ir perteklius žmogaus organizme

13. CHROME POGRUPĖS ELEMENTAI.

atominis skaičius	vardas	Elektroninė konfigūracija	ρ g/cm3	tpl. 0C	tvirimas 0C	EO	Atominis spindulys, nm	Laipsnis oksidacija
26	Geležies Fe	3d64s2	7,87	1535	2750	1,64	0,128	+2,+3
27	Cobalt Co	3d74s2	8,9	1495	2870	1,7	0,125	+2,+3
28	Nikelis Ni	3d8 4s2	8,9	1453	2732	1,75	0,124	+1,+2,+3,+4

Kvitas
geležies pogrupio metalai

Atgavimas iš oksidų anglies arba anglies monoksidu (II)

FeO + C Fe + CO
Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2
NiO + C Ni + CO
Co 2 O 3 + 3C 2Co + 3CO

Fe
d- VIII grupės elementas; serijos numeris – 26; atominė masė- 56; (26p; 30n), 26e

Vidutinio aktyvumo metalas, reduktorius.
Pagrindinės oksidacijos būsenos - +2, +3

Geležis ir jos junginiai

Cheminės savybės

Ore geležis lengvai oksiduojasi esant drėgmei (rūdija):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O 4Fe(OH) 3

Įkaitinta geležies viela dega deguonimi, sudarydama nuosėdas - geležies oksidą (II, III):

3Fe + 2O2Fe3O4

At aukštos temperatūros(700–900 0 C) geležis reaguoja su vandens garais:

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H 2
Kaitinant geležis reaguoja su nemetalais:

2Fe + 3Br 2 2FeBr 3
Fe + S FeS
Geležis lengvai tirpsta druskos rūgštyje ir praskiestoje sieros rūgštyje:

Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 (razb.) FeSO 4 + H 2

Koncentruotose oksiduojančiose rūgštyse geležis ištirpsta tik kaitinama.

2Fe + 6H 2 SO 4 (konc.) Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (konc.) Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(šaltyje koncentruotos azoto ir sieros rūgštys pasyvina geležį).
Geležis išstumia metalus į dešinę nuo jų esant įtempiams, atsirandantiems dėl jų druskų tirpalų.

Fe + CuSO 4 FeSO 4 + Cu

Jungtys juodoji geležis

Geležies (II) hidroksidas

Jis susidaro šarminiams tirpalams veikiant geležies (II) druskas be oro prieigos:

FeCl + 2KOH 2KCl + Fe(OH) 2

Fe (OH) 2 – silpna bazė, tirpi stiprios rūgštys:

Fe(OH) 2 + H 2 SO 4 FeSO 4 + 2H 2 O

Kai Fe (OH) 2 kalcinuojamas be oro prieigos, susidaro geležies oksidas (II) FeO:

Fe(OH)2FeO + H2O

Esant atmosferos deguoniui, baltos nuosėdos Fe (OH) 2, oksiduojančios, pasidaro rudos - susidaro geležies (III) hidroksidas Fe (OH) 3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

Geležies (II) junginiai turi redukuojančių savybių, veikiami oksiduojančių medžiagų lengvai paverčiami geležies (III) junginiais:

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H 2SO 4 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 8H 2 O
6FeSO 4 + 2HNO 3 + 3H 2 SO 4 3Fe 2 (SO 4) 3 + 2NO + 4H 2 O

Geležies junginiai yra linkę į kompleksų susidarymą (koordinacijos skaičius = 6):

FeCl 2 + 6NH 3 Cl 2
Fe(CN)2 + 4KCN K4 (geltonoji kraujo druska)

Kokybinė reakcija į Fe 2+

Veikiant kalio heksacianoferatui (III) K 2 (raudonoji kraujo druska) geležies druskų tirpalus, susidaro mėlynos nuosėdos (mėlynos spalvos):

3FeSO4 + 2K3Fe3 + 3K2SO4

Geležies junginiai

Geležies (III) oksidas

Jis susidaro degant geležies sulfidams, pavyzdžiui, degant piritui:

4FeS 2 + 11O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

arba kalcinuojant geležies druskas:

2FeSO 4 Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3

Fe 2 O 3 - bazinis oksidas, šiek tiek amfoteriškas

Fe 2 O 3 + 6HCl 2FeCl 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O 2Na

Geležies (III) hidroksidas

Jis susidaro šarminiams tirpalams veikiant geležies geležies druskas: nusėda kaip raudonai rudos nuosėdos

Fe(NO3)3 + 3KOH Fe(OH)3 + 3KNO3

Fe (OH) 3 yra silpnesnė bazė nei geležies (II) hidroksidas.
Tai paaiškinama tuo, kad Fe 2+ turi mažesnį jonų krūvį ir didesnį spindulį nei Fe 3+ , todėl Fe 2+ silpniau laiko hidroksido jonus, t.y. Fe(OH) 2 disocijuoja lengviau.
Šiuo atžvilgiu geležies (II) druskos yra šiek tiek hidrolizuojamos, o geležies (III) druskos yra labai stipriai hidrolizuotos. Fe(III) druskų tirpalų spalva taip pat paaiškinama hidrolize: nepaisant to, kad Fe3+ jonas yra beveik bespalvis, jo turintys tirpalai yra gelsvai rudi, o tai paaiškinama geležies hidroksojonų arba Fe(OH) buvimu. )3 molekulės, kurios susidaro hidrolizės metu:

Fe 3+ + H 2 O 2 + + H +
2 + + H 2 O + + H +
+ + H2O Fe(OH) 3 + H +

Kaitinant, spalva tamsėja, o įdėjus rūgščių, dėl hidrolizės slopinimo tampa šviesesnė. Fe (OH) 3 turi silpnai išreikštą amfoteriškumą: tirpsta praskiestose rūgštyse ir koncentruotuose šarmų tirpaluose:

Fe(OH) 3 + 3HCl FeCl 3 + 3H 2 O

Fe(OH) 3 + NaOH Na

Geležies (III) junginiai yra silpni oksidatoriai, jie reaguoja su stipriais reduktoriais:

2FeCl 3 + H2S S + 2FeCl 2 + 2HCl

Kokybinės reakcijos ant Fe3+

3 puslapis

Ant pav. V.8 parodyta koreliacijos schema, kuri suteikia supratimą apie 57Fe izomerinių poslinkių intervalus geležies junginiams. Geležies oksidacijos laipsnis gali svyruoti nuo 0 iki 6, o apibūdinti ją 57Fe izomeriniu poslinkiu nėra taip paprasta.

Redukuojanti atmosfera sumažina geležies oksidacijos laipsnį šlakuose, o oksiduojančioje atmosferoje veikiant aukšta temperatūra liepsna toliau skaido aukštesniuosius geležies oksidus. Geležies oksidacijos laipsnio padidėjimas šlakuose, veikiant oksiduojančiai atmosferai, galimas tik esant žemesnei nei 1200 C liepsnos temperatūrai ir dideliam šlako paviršiui.

Al2O3 ir šarmų kiekis uolienose kinta gana smarkiai. Geležies oksidacijos būsena išlieka pastovi.

C mėginys, kurio oksidacijos laipsnis yra 13%, neturi plastinės srities, o šlakas elgiasi kaip stiklas. Padidėjus geležies oksidacijos laipsniui iki 30 arba 56%, B ir A mėginių klampos kreivėse atsiranda lenkimas, rodantis, kad šlakas lenkimo vietoje pereina į plastinę būseną.

Tačiau sieros, kuri yra šių jonų dalis, oksidacijos laipsnis skiriasi. Pirmuoju atveju geležies oksidacijos būsena sutampa su paprasto Fe2 jono krūviu ir su geležies valentiškumu. Taigi, tam tikro elemento valentingumas sudėtingame junginyje vadinamas bendru jungčių kiekiu, kurį šiame junginyje turi centrinis atomas, kompleksą sudarantis agentas.

Polinkį į kompleksų susidarymą patvirtina ir tipiškų dvigubų druskų, tokių kaip šenitai ir alūnai, egzistavimas. Šiame junginyje geležies 2 oksidacijos būsena stabilizuojasi, o sulfato FeSO4 vandeninis tirpalas linkę oksiduotis atmosferos deguonimi. Nikelis nesudaro tokių junginių, nes šio elemento oksidacijos laipsnis 3 yra toks nebūdingas, kad jis net nesistabilizuoja dvigubose druskose.

Toks šlako geležies oksidacijos laipsnio padidėjimas tęsiasi iki maždaug 1200 C temperatūros. Toliau kylant šlako temperatūrai geležies oksidacijos laipsnis gerokai sumažėja.

Kaip nurodyta, centrinis geležies atomas yra 16 narių porfyro žiedo plokštumoje ir yra sujungtas su pirolio žiedų azoto atomais keturiais iš šešių galimų valentų, todėl oktaedriniam kompleksui užbaigti lieka du valentai; šie valentai yra aukščiau ir žemiau parodyto modelio piešimo plokštumos. Be to, reikia atsižvelgti ir į geležies oksidacijos laipsnį; kai geležis yra geležies būsenoje, kaip parodyta paveikslėlyje, protoporfirinas vadinamas thema arba, aiškiau, ferogemu. Jei hemas yra laisvos būsenos tirpale ir nėra susietas su baltymu, tada daroma prielaida, kad dvi vandens molekulės yra suderintos su penktąja ir šešta geležies valentingumo padėtimis. Džordžas šį ferogemą vadina taip: H2O – Fep-H. Kai oksiduojasi, jis patenka į H O Fep NaO su vienu teigiamas krūvis. Šis ferihemas gali koordinuoti chloro joną su perėjimu į H2O – Fep-Cl ir šiuo atveju vadinamas heminu; su koordinuotu hidroksilo jonu, ferrigemas žymimas kaip hematinas H2O – Pep-OH, nors šie terminai kartais vartojami ne taip konkrečiai, tik nurodant geležies oksido buvimą. Galimas ir kitų molekulių koordinavimas, o koordinavimas su vandenilio peroksidu pirmiausia vaidina vaidmenį. Ferohemas lengvai koordinuoja azotines bazes, tokias kaip piridinas, sudarydamas hemochromogees B-Fp-B. Tas pats junginys su ferihemu B-Fep-B vadinamas parahematinu.

Taikant magnetinį metodą, buvo nustatytas valentinių ryšių tarp gretimų teigiamų jonų buvimas ir kiekybinis įvertinimas. Taigi, Fe203 ant A1203 atramos geležies oksidacijos būsena yra trys, tačiau tuo pačiu metu kaimyniniai geležies atomai sudaro kovalentinį ryšį vienas su kitu.

Taikant magnetinį metodą, buvo nustatytas valentinių ryšių tarp gretimų teigiamų jonų buvimas ir kiekybinis įvertinimas. Taigi, Fe2O3 ant A12O3 nešiklio geležies oksidacijos būsena yra trys, tačiau tuo pačiu metu kaimyniniai geležies atomai sudaro kovalentinį ryšį vienas su kitu.

Jei atsižvelgsime į hidroksidus Fe (OH) 2 ir Fe (OH) 3, tada Kosselio schemos požiūriu antrojo hidroksido rūgštinės savybės turėtų būti ryškesnės nei pirmojo. Tai išplaukia iš to, kad kuo didesnis geležies oksidacijos laipsnis (net jei darytume prielaidą, kad Fe2 ir Fe3 jonų spindulys yra vienodas), tuo didesnis protono atstūmimas ir tuo ryškesnės atitinkamų medžiagų rūgštinės savybės. hidroksidas. Jei atsižvelgsime į tai, kad Fe3 jono spindulys yra šiek tiek mažesnis nei Fe2 jono, tada didesnis Fe (OH) 3 junginio protono atstūmimas, palyginti su Fe (OH) 2, tampa dar akivaizdesnis.

Dalis geležies oksidų redukuojama į metalinę geležį, kita dalis į [azoto oksidą]; be to, ant jų išsiskiria anglis. Deguonies kiekis, vis dar esantis rūdoje, apibūdina geležies oksidacijos laipsnį.

Jei po pirminių bandymų lieka abejonių, ar yra geležies jonų, galima atlikti patikrinimo reakcijas. Tačiau reikia atsiminti, kad šiuo bandymu nebeįmanoma nustatyti pradinio geležies oksidacijos laipsnio analizuojamame mėginyje.

Tik esant stiprioms oksiduojančioms medžiagoms, galima gauti gana trapius geležies rūgšties H2FeO4 darinius, kurių geležies oksidacijos laipsnis yra 6, tačiau nebuvo įmanoma išskirti atitinkamo oksido. Jei RuO4 yra mažai stabili medžiaga, kuri gaunama netiesiogiai, tai OsO4 yra visiškai stabilus junginys, susidarantis oksiduojant metalą ore.