Kemijska i fizikalna svojstva željeza, primjena

Smatra se da je željezo jedan od najčešćih metala u Zemljinoj kori nakon aluminija. Njegova fizikalna i kemijska svojstva su takva da imaju izvrsnu električnu vodljivost, toplinsku provodljivost i duktilnost, srebro-bijelu boju i visoku kemijsku reaktivnost koja brzo korodira pri visokoj vlažnosti ili visokim temperaturama. Budući da je u fino raspršenom stanju, gori u čistom kisiku i samozapaljen u zraku.

Početak povijesti željeza

U trećem tisućljeću prije Krista. e. ljudi su počeli mina i učili kako obraditi broncu i bakar. Zbog visoke cijene nisu se široko koristili. Nastavio je potragu za novim metalom. Povijest željeza započela je u prvom stoljeću prije Krista. e. U prirodi se može naći samo u obliku spojeva s kisikom. Za dobivanje čistog metala potrebno je odvojiti posljednji element. Željezo se dugo nije moglo rastopiti, jer se moralo grijati na 1539 stupnjeva. I tek s dolaskom peći na paljenje sira u prvom tisućljeću prije Krista počeo je primati ovaj metal. Isprva je bila krhka, sadržavala je mnogo šljake. S pojavom kovačnica, kvaliteta željeza se značajno poboljšala. Daljnja obrada obavljena je u kovačnici, gdje je šljaka razdvojena udarcima čekića. Kovanje je postalo jedna od glavnih vrsta obrade metala, a kovanje je nezamjenjiva industrija. Čisto željezo je vrlo mekani metal. Uglavnom se koristi u leguri s ugljikom. Ovaj aditiv povećava fizička svojstva željeza, kao što je tvrdoća. Jeftini materijali uskoro su prodrli u sve sfere ljudskog djelovanja i učinili revoluciju u razvoju društva. Doista, u davna vremena, proizvodi od željeza bili su prekriveni debelim slojem zlata. Imao je visoku cijenu u usporedbi s plemenitim metalom.

Željezo u prirodi

Jedan aluminij u litosferi sadrži više od željeza. U prirodi se može naći samo u obliku spojeva. Trivalentno željezo, kada reagira, boji tlo smeđom bojom i daje pijesku žućkastu nijansu. Oksidi i željezni sulfidi se raspršuju u zemljinoj kori, ponekad se opažaju nakupine minerala, od kojih se potom minira metal. Sadržaj željeza u nekim mineralnim izvorima daje vodi poseban okus. Ružna voda teče iz starih vodovodnih cijevi, obojana trovalentnim metalom. Njegovi atomi su u ljudskom tijelu. Oni se nalaze u hemoglobinu (protein koji sadrži željezo) krvi, koji opskrbljuje tijelo kisikom i uklanja ugljični dioksid. Neki meteoriti sadrže čisto željezo, ponekad ima čitavih barova.

Koja fizikalna svojstva posjeduje željezo?

To je duktilan, srebrno-bijeli metal sivkaste boje, s metalnim sjajem. To je dobar provodnik električne struje i topline. Zbog plastičnosti je savršeno kovana i valjana. Željezo se ne otapa u vodi, već se otapa u živu, topi se na temperaturi od 1539 ° C i vrije na 2862 ° C, ima gustoću od 7,9 g / cm3. Karakteristika fizičkih svojstava željeza je da metal privlači magnet, a nakon poništavanja vanjskog magnetskog polja sprema magnetizaciju. Pomoću tih svojstava može se koristiti za izradu magneta.

Kemijska svojstva

Željezo ima sljedeća svojstva:

• na zraku iu vodi se lako oksidira, prekriva hrđu;
• u kisiku, vruća žica gori (to stvara ljestvicu u obliku željeznog oksida);
• na temperaturama od 700 do 900 stupnjeva Celzija, reagira s vodenom parom;
• reagira s ne-metalima pri zagrijavanju (klor, sumpor, brom);
• reagira s razrijeđenim kiselinama, što dovodi do soli željeza i vodika;
• ne otapa se u alkalijama;
• sposobni da istisnu metale iz otopina njihovih soli (željezni nokti, u otopini bakar sulfat, prekriven crvenim cvatom - ističe se bakar;
• u koncentriranim alkalijama tijekom kuhanja očituje se amfoteričnost željeza.

Značajka značajke

Jedno od fizikalnih svojstava željeza je feromagnetsko. U praksi se često javljaju magnetska svojstva ovog materijala. To je jedini metal koji posjeduje tako rijetku osobinu. Pod djelovanjem magnetskog polja dolazi do magnetizacije željeza. Formirana magnetska svojstva metala za dugo vremena i štedi sama ostaje magnet. Takav izniman fenomen objašnjava se činjenicom da struktura željeza sadrži veliki broj slobodnih elektrona sposobnih za kretanje.

Rezerve i proizvodnja

Jedan od najčešćih elemenata na zemlji je željezo. Prema sadržaju u zemljinoj kori zauzima četvrto mjesto. Postoje mnoge rude koje ga sadrže, na primjer, magnetska i smeđa željezna ruda. Metal u industriji proizvodi se uglavnom iz hematita i magnetitnih ruda postupkom visoke peći. U početku se ugljik reducira u peći na visokoj temperaturi od 2000 stupnjeva Celzija. Za ovaj vrh u visoke peći služio željezna ruda, koks i fluks, a struja vrućeg zraka ubrizgava se odozdo. Također se koristi i izravan proces dobivanja željeza. Drobljena ruda se miješa s posebnom glinom, dobivajući pelete. Zatim se spaljuju i obrađuju vodikom u šahtnoj peći, gdje se lako obnavlja. Dobivaju čvrsto željezo i zatim ga istope u električnim pećima. Čisti metal se reducira iz oksida elektrolizom vodenih otopina soli.

Dobrobiti od željeza

Osnovna fizikalna svojstva željezne tvari daju joj i legurama sljedeće prednosti u odnosu na druge metale:

• Posjeduju čvrstoću i trajnost, zadržavajući elastičnost. Različite kvalitete ovih legura nisu iste i ovise o legirajućim aditivima, proizvodnim metodama i toplinskoj obradi.
• Široka raznolikost lijevanog željeza i čelika omogućuje njihovo korištenje za sve potrebe u nacionalnom gospodarstvu.
• Visoka magnetska svojstva metala neophodna su za proizvodnju magnetskih krugova.
• Mogućnost jednostavne strojne obrade, zahvaljujući fizikalnim svojstvima željeza, omogućuje izradu limova, šipki, greda, cijevi, oblikovanih profila iz legura.
• Značajna duktilnost materijala omogućuje da se koristi za dekorativne proizvode.
• Niska cijena legura.

mane

Osim velikog broja pozitivnih osobina, postoje brojna negativna svojstva metala:

• Proizvodi podložni koroziji. Da bi se uklonio ovaj neželjeni efekt, dopingom se dobivaju nehrđajući čelici, au drugim slučajevima izrađuje se posebna antikorozijska obrada konstrukcija i dijelova.
• Željezo se nakuplja statički elektricitet stoga se proizvodi koji ga sadrže podvrgavaju elektrokemijskoj koroziji i također zahtijevaju dodatnu obradu.
• Specifična težina metala je 7,13 g / cm3. Ta fizička svojstva željeza povećavaju težinu konstrukcijama i dijelovima.

Sastav i struktura

Kristalno željezo ima četiri modifikacije koje se razlikuju u strukturi i parametrima rešetke. Za taljenje legura bitna je prisutnost faznih prijelaza i legirajućih aditiva. Razlikuju se sljedeća stanja:

• Alfa faza. Traje do 769 stupnjeva Celzija. U ovom stanju željezo zadržava svojstva feromagona i ima kubičnu rešetku usredotočenu na tijelo.
• Beta faza. Postoji na temperaturama od 769 do 917 stupnjeva Celzija. Ima manje različite parametre rešetke nego u prvom slučaju. Sva fizička svojstva željeza ostaju ista s izuzetkom magnetskih, ona ih gubi.
• Gama faza. Struktura rešetke postaje usredotočena na lice. Ova faza se pojavljuje u rasponu od 917-1394 stupnjeva Celzija.
• Omega faza. Ovo stanje metala pojavljuje se na temperaturama iznad 1394 stupnjeva Celzija. Ona se razlikuje od prethodnog jedino parametrima rešetke.

Željezo je najtraženiji metal na svijetu. Na njega pada više od 90 posto ukupne metalurške proizvodnje.

primjena

Ljudi su počeli najprije koristiti meteorsko željezo, koje je bilo vrednovano iznad zlata. Od tada se opseg ovog metala samo proširio. U nastavku slijedi uporaba željeza na temelju njegovih fizičkih svojstava:

• feromagnetski oksidi se koriste za proizvodnju magnetskih materijala: industrijska postrojenja, hladnjaci, suveniri;
• željezni oksidi se koriste kao mineralne boje;
• željezni klorid je neophodan u amaterskoj radijskoj praksi;
• željezni sulfati koriste se u tekstilnoj industriji;
• magnetski željezni oksid je jedan od važnih materijala za proizvodnju dugotrajnih kompjuterskih memorijskih uređaja;
• ultra-fini željezni prah se koristi u crno-bijelim laserskim pisačima;
• metalna snaga omogućuje izradu oružja i oklopa;
• Lijevano željezo otporno na habanje može se koristiti za proizvodnju kočnica, diskova kvačila, kao i dijelova za crpke;
• otporna na toplinu - za visoke, termalne, otvorene peći;
• otporna na toplinu - za kompresorsku opremu, dizelske motore;
• Nehrđajući čelik koristi se za plinovode, kotlove za grijanje, sušare, perilice i perilice posuđa.

zaključak

Željezo često nije značilo da je sam metal, već njegova legura - električni čelik s niskim udjelom ugljika. Proizvodnja čistog željeza prilično je složen proces, te se stoga koristi samo za proizvodnju magnetskih materijala. Kao što je već spomenuto, iznimna fizička svojstva jednostavne željezne tvari je feromagnetizam, tj. Sposobnost magnetiziranja u prisutnosti magnetskog polja. Magnetska svojstva čistog metala su do 200 puta veća od onih iz tehničkog čelika. Na ovo svojstvo utječe zrno metala. Što je veće zrno, veća su magnetska svojstva. U određenoj mjeri pod utjecajem mehaničke obrade. Takvo čisto željezo koje zadovoljava ove zahtjeve koristi se za proizvodnju magnetskih materijala.