DEFINĪCIJA

Dzelzs- periodiskās tabulas divdesmit sestais elements. Apzīmējums - Fe no latīņu vārda "ferrum". Atrodas ceturtajā periodā, VIIIB grupa. Attiecas uz metāliem. Kodollādiņš ir 26.

Dzelzs ir visizplatītākais metāls uz zemes pēc alumīnija: tas veido 4% (masas) no zemes garozas. Dzelzs ir atrodams dažādu savienojumu veidā: oksīdi, sulfīdi, silikāti. Dzelzs brīvā stāvoklī ir atrodams tikai meteorītos.

No svarīgākajām dzelzs rūdām pieder magnētiskā dzelzsrūda Fe 3 O 4 , sarkanā dzelzs rūda Fe 2 O 3 , brūnā dzelzs rūda 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O un dzelzs rūda FeCO 3 .

Dzelzs ir sudrabains (1. att.) kaļamais metāls. Tas ir labi piemērots kalšanai, velmēšanai un cita veida mehāniskai apstrādei. Dzelzs mehāniskās īpašības lielā mērā ir atkarīgas no tā tīrības – no citu elementu satura pat ļoti mazos daudzumos tajā.

Rīsi. 1. Dzelzs. Izskats.

Dzelzs atomu un molekulmasa

Vielas relatīvā molekulmasa(M r) ir skaitlis, kas parāda, cik reižu dotās molekulas masa ir lielāka par 1/12 no oglekļa atoma masas, un elementa relatīvā atommasa(A r) - cik reižu ķīmiskā elementa atomu vidējā masa ir lielāka par 1/12 no oglekļa atoma masas.

Tā kā brīvā stāvoklī dzelzs pastāv monatomisku Fe molekulu veidā, tā atomu un molekulmasu vērtības sakrīt. Tie ir vienādi ar 55,847.

Dzelzs allotropija un alotropās modifikācijas

Dzelzs veido divas kristāliskas modifikācijas: α-dzelzs un γ-dzelzs. Pirmajam no tiem ir uz ķermeni centrēta kubiskā režģis, otrajam ir uz sejas centrēta kubiskā režģis. α-dzelzs ir termodinamiski stabils divos temperatūras diapazonos: zem 912 o C un no 1394 o C līdz kušanas temperatūrai. Dzelzs kušanas temperatūra ir 1539 ± 5 o C. No 912 o C līdz 1394 o C γ-dzelzs ir stabils.

α- un γ-dzelzs stabilitātes temperatūras diapazonus nosaka abu modifikāciju Gibsa enerģijas izmaiņu raksturs ar temperatūras izmaiņām. Temperatūrā zem 912 o C un virs 1394 o C α-dzelzs Gibsa enerģija ir mazāka par γ-dzelzs Gibsa enerģiju, bet diapazonā no 912 - 1394 o C tā ir lielāka.

Dzelzs izotopi

Zināms, ka dabā dzelzi var atrast četru stabilu izotopu 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe un 57 Fe veidā. To masas skaitļi ir attiecīgi 54, 56, 57 un 58. Dzelzs izotopa 54 Fe atoma kodols satur divdesmit sešus protonus un divdesmit astoņus neitronus, un pārējie izotopi no tā atšķiras tikai ar neitronu skaitu.

Ir mākslīgie dzelzs izotopi ar masas skaitu no 45 līdz 72, kā arī 6 izomēru kodolu stāvokļi. Visilgāk dzīvojošais starp iepriekšminētajiem izotopiem ir 60 Fe, un tā pussabrukšanas periods ir 2,6 miljoni gadu.

dzelzs joni

Elektroniskā formula, kas parāda dzelzs elektronu orbitālo sadalījumu, ir šāda:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

Ķīmiskās mijiedarbības rezultātā dzelzs atdod savus valences elektronus, t.i. ir to donors un pārvēršas par pozitīvi lādētu jonu:

Fe 0 -2e → Fe 2+;

Fe 0 -3e → Fe 3+.

Dzelzs molekula un atoms

Brīvā stāvoklī dzelzs pastāv monoatomisku Fe molekulu veidā. Šeit ir dažas īpašības, kas raksturo dzelzs atomu un molekulu:

Dzelzs sakausējumi

Līdz 19. gadsimtam dzelzs sakausējumi galvenokārt bija pazīstami ar sakausējumiem ar oglekli, ko sauca par tēraudu un čugunu. Tomēr vēlāk tika radīti jauni sakausējumi uz dzelzs bāzes, kas satur hromu, niķeli un citus elementus. Pašlaik dzelzs sakausējumus iedala oglekļa tēraudos, čugunos, leģētos tēraudos un tēraudos ar īpašām īpašībām.

Tehnoloģijā dzelzs sakausējumus parasti sauc par melnajiem metāliem, un to ražošanu sauc par melno metalurģiju.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Vingrinājums	Vielas elementārais sastāvs ir šāds: dzelzs elementa masas daļa ir 0,7241 (jeb 72,41%), skābekļa masas daļa ir 0,2759 (jeb 27,59%). Izvade ķīmiskā formula.
Risinājums	Elementa X masas daļu NX sastāva molekulā aprēķina, izmantojot šādu formulu: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Dzelzs atomu skaitu molekulā apzīmēsim ar “x”, skābekļa atomu skaitu – ar “y”. Atradīsim atbilstošo radinieku atomu masas dzelzs un skābekļa elementi (relatīvās atomu masas vērtības, kas ņemtas no D.I. Mendeļejeva periodiskās tabulas, noapaļotas līdz veseliem skaitļiem). Ar(Fe) = 56; Ar(O) = 16. Elementu procentuālo saturu sadalām attiecīgajās relatīvajās atomu masās. Tādējādi mēs atradīsim saistību starp atomu skaitu savienojuma molekulā: x:y= ω(Fe)/Ar(Fe) : ω(O)/Ar(O); x:y = 72,41/56: 27,59/16; x:y = 1,29: 1,84. Pieņemsim mazāko skaitli par vienu (t.i., visus skaitļus dala ar mazāko skaitli 1,29): 1,29/1,29: 1,84/1,29; Līdz ar to vienkāršākā formula dzelzs un skābekļa kombinācijai ir Fe 2 O 3.
Atbilde	Fe2O3

Cilvēka organismā ir aptuveni 5 g dzelzs, lielākā daļa no tā (70%) ir daļa no asins hemoglobīna.

Fizikālās īpašības

Brīvā stāvoklī dzelzs ir sudrabaini balts metāls ar pelēcīgu nokrāsu. Tīrs dzelzs ir kaļamais un tam piemīt feromagnētiskas īpašības. Praksē parasti tiek izmantoti dzelzs sakausējumi - čuguns un tērauds.

Fe ir vissvarīgākais un visizplatītākais VIII grupas apakšgrupas deviņu d-metālu elements. Kopā ar kobaltu un niķeli tas veido "dzelzs ģimeni".

Veidojot savienojumus ar citiem elementiem, tas bieži izmanto 2 vai 3 elektronus (B = II, III).

Dzelzs, tāpat kā gandrīz visi VIII grupas d-elementi, neuzrāda augstāku valenci, kas vienāda ar grupas numuru. Tā maksimālā valence sasniedz VI un parādās ārkārtīgi reti.

Tipiskākie savienojumi ir tie, kuros Fe atomi ir oksidācijas pakāpēs +2 un +3.

Dzelzs iegūšanas metodes

1. Tehnisko dzelzi (leģētu ar oglekli un citiem piemaisījumiem) iegūst, karbotermiski reducējot tā dabiskos savienojumus saskaņā ar šādu shēmu:

Atveseļošanās notiek pakāpeniski, 3 posmos:

1) 3Fe 2O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

Šā procesa rezultātā iegūtais čuguns satur vairāk nekā 2% oglekļa. Pēc tam čugunu izmanto, lai ražotu tēraudu - dzelzs sakausējumus, kas satur mazāk nekā 1,5% oglekļa.

2. Ļoti tīru dzelzi iegūst vienā no šiem veidiem:

a) Fe pentakarbonila sadalīšanās

Fe(CO)5 = Fe + 5СО

b) tīra FeO reducēšana ar ūdeņradi

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

c) Fe +2 sāļu ūdens šķīdumu elektrolīze

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

dzelzs (II) oksalāts

Ķīmiskās īpašības

Fe ir vidējas aktivitātes metāls, eksponāti vispārīgas īpašības, raksturīga metāliem.

Unikāla iezīme ir spēja “rūsēt” mitrā gaisā:

Ja nav mitruma ar sausu gaisu, dzelzs sāk manāmi reaģēt tikai pie T > 150°C; kalcinējot, veidojas “dzelzs nogulsnes” Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = Fe3O4

Dzelzs nešķīst ūdenī bez skābekļa. Ļoti augstā temperatūrā Fe reaģē ar ūdens tvaikiem, izspiežot ūdeņradi no ūdens molekulām:

3Fe + 4H2O(g) = 4H2

Rūsēšanas mehānisms ir elektroķīmiskā korozija. Rūsas produkts ir parādīts vienkāršotā veidā. Faktiski veidojas irdens slānis no dažāda sastāva oksīdu un hidroksīdu maisījuma. Atšķirībā no Al 2 O 3 plēves šis slānis neaizsargā dzelzi no turpmākas iznīcināšanas.

Korozijas veidi

Aizsargā dzelzi no korozijas

1. Mijiedarbība ar halogēniem un sēru augstās temperatūrās.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Veidojas savienojumi, kuros dominē jonu saišu veids.

2. Mijiedarbība ar fosforu, oglekli, silīciju (dzelzs tieši nesavienojas ar N2 un H2, bet tos izšķīdina).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Veidojas mainīga sastāva vielas, piemēram, bertolidi (savienojumos dominē saites kovalentā daba)

3. Mijiedarbība ar “neoksidējošām” skābēm (HCl, H 2 SO 4 di.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H2

Tā kā Fe atrodas aktivitāšu rindā pa kreisi no ūdeņraža (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), tas spēj izspiest H 2 no parastajām skābēm.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. Mijiedarbība ar “oksidējošām” skābēm (HNO 3, H 2 SO 4 koncentr.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Koncentrētie HNO 3 un H 2 SO 4 “pasivē” dzelzi, tāpēc parastā temperatūrā metāls tajos nešķīst. Ar spēcīgu karsēšanu notiek lēna šķīšana (neizdalot H 2).

Sadaļā HNO 3 dzelzs izšķīst, nonāk šķīdumā Fe 3+ katjonu veidā un skābes anjons tiek reducēts līdz NO*:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Ļoti labi šķīst HCl un HNO 3 maisījumā

5. Saistība ar sārmiem

Fe nešķīst sārmu ūdens šķīdumos. Tas reaģē ar izkausētiem sārmiem tikai ļoti augstā temperatūrā.

6. Mijiedarbība ar mazāk aktīvo metālu sāļiem

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Reakcija ar gāzveida oglekļa monoksīdu (t = 200°C, P)

Fe (pulveris) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 dzelzs pentakarbonils

Fe(III) savienojumi

Fe 2 O 3 - dzelzs (III) oksīds.

Sarkanbrūns pulveris, n. R. H 2 O. Dabā - “sarkanā dzelzsrūda”.

Iegūšanas metodes:

1) dzelzs (III) hidroksīda sadalīšanās

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2) pirīta apdedzināšana

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

3) nitrātu sadalīšanās

Ķīmiskās īpašības

Fe 2 O 3 ir bāzes oksīds ar amfoteritātes pazīmēm.

I. Galvenās īpašības izpaužas spējā reaģēt ar skābēm:

Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + ZN2O

Fe2O3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2O

Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O

II. Vājas skābes īpašības. Fe 2 O 3 nešķīst sārmu ūdens šķīdumos, bet, sakausējot ar cietajiem oksīdiem, sārmiem un karbonātiem, veidojas ferīti:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2 NaOH = 2 NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg(FeO 2) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - izejviela dzelzs ražošanai metalurģijā:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO vai Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH) 3 - dzelzs (III) hidroksīds

Iegūšanas metodes:

Iegūst, sārmiem iedarbojoties uz šķīstošiem Fe 3+ sāļiem:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3NaCl

Sagatavošanas laikā Fe(OH) 3 ir sarkanbrūni gļotādas-amorfas nogulsnes.

Fe(III) hidroksīds veidojas arī Fe un Fe(OH) 2 oksidēšanās laikā mitrā gaisā:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH) 3

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

Fe(III) hidroksīds ir Fe 3+ sāļu hidrolīzes galaprodukts.

Ķīmiskās īpašības

Fe(OH)3 ir ļoti vāja bāze (daudz vājāka par Fe(OH)2). Parāda pamanāmas skābes īpašības. Tādējādi Fe (OH) 3 ir amfoterisks raksturs:

1) reakcijas ar skābēm notiek viegli:

2) svaigas Fe(OH) 3 nogulsnes izšķīst karstā konc. KOH vai NaOH šķīdumi, veidojot hidrokso kompleksus:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3

Sārmainā šķīdumā Fe(OH) 3 var oksidēties līdz ferātiem (dzelzs skābes H 2 FeO 4 sāļi, kas netiek atbrīvoti brīvā stāvoklī):

2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O

Fe 3+ sāļi

Praktiski svarīgākie ir: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - dzeltenais asins sāls = Fe 4 3 Prūsijas zils (tumši zilas nogulsnes)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiocianāts Fe(III) (asins sarkanais šķīdums)

Definīcija. Stāsts. Ģeoķīmija. Dzelzs īpašības. Dzimšanas vieta. Fizikālās un ķīmiskās īpašības. Savienojumi. Dzelzs izmantošana.

Dzelzs

Dzelzs ir periodiskās tabulas ceturtā perioda astotās grupas elements (saskaņā ar veco klasifikāciju - astotās grupas sekundārā apakšgrupa) ķīmiskie elementi D. I. Mendeļejevs ar atomskaitli 26. Apzīmēts ar simbolu Fe(lat. Ferrum). Viens no visizplatītākajiem metāliem zemes garozā (otrā vieta aiz alumīnija).
Vienkāršā viela dzelzs (CAS numurs: 7439-89-6) ir kaļams sudrabbalts metāls ar augstu ķīmisko reaktivitāti: dzelzs ātri korodē augstā temperatūrā vai augsta mitruma apstākļos gaisā. Dzelzs sadeg tīrā skābeklī un smalki izkliedētā stāvoklī spontāni uzliesmo gaisā.
Faktiski dzelzi parasti sauc par tā sakausējumiem ar zemu piemaisījumu saturu (līdz 0,8%), kas saglabā tīra metāla mīkstumu un elastību. Bet praksē biežāk tiek izmantoti dzelzs sakausējumi ar oglekli: tērauds (līdz 2,14 mas.% oglekļa) un čuguns (vairāk nekā 2,14 mas.% oglekļa), kā arī nerūsējošais (leģētais) tērauds ar leģēšanas piedevu. metāli (hroms, mangāns, niķelis utt.). Dzelzs un tā sakausējumu specifisko īpašību kombinācija padara to par “metālu Nr. 1” cilvēkiem.
Dabā dzelzs tīrā veidā ir sastopams reti, visbiežāk tas ir atrodams dzelzs-niķeļa meteorītos. Dzelzs daudzums zemes garozā ir 4,65% (4. vieta aiz O, Si, Al). Tiek uzskatīts, ka arī dzelzs veido lielāko daļu Zemes kodola.

Stāsts. Dzelzs kā instrumentāls materiāls ir pazīstams kopš seniem laikiem. Vecākie arheoloģisko izrakumu laikā atrastie dzelzs priekšmeti ir datēti ar 4. gadu tūkstoti pirms mūsu ēras. e. un pieder seno šumeru un seno ēģiptiešu civilizācijām. Tie ir izgatavoti no meteorīta dzelzs, tas ir, no dzelzs un niķeļa sakausējuma (pēdējā saturs svārstās no 5 līdz 30%), rotaslietas no Ēģiptes kapiem (apmēram 3800 BC) un duncis no Šumeru pilsētas Ūras (apmēram 3100. g.pmē.). e.). Acīmredzot viens no dzelzs nosaukumiem grieķu valodā un latīņu valodas: “sider” (kas nozīmē “zvaigžņots”).

Izstrādājumi, kas izgatavoti no dzelzs, kas iegūts kausējot, ir zināmi kopš āriešu cilšu apmešanās no Eiropas uz Āziju, Vidusjūras salām un tālāk (4. g. un 3. tūkstošgades beigas pirms mūsu ēras. Senākie zināmie dzelzs instrumenti ir tērauda asmeņi, kas atrasti Heopsa piramīdas akmens mūris Ēģiptē (celta ap 2530.g.pmē.).Kā liecina izrakumi Nūbijas tuksnesī, jau tolaik ēģiptieši, mēģinot atdalīt iegūto zeltu no smagajām magnetīta smiltīm, rūdu kalcinēja ar klijām un līdzīgām vielām, kas saturēja. ogleklis.Rezultātā uz izkausētā zelta virsmas uzpeldēja mīklas dzelzs slānis, kas tika apstrādāts atsevišķi.No šī dzelzs tika kalti instrumenti, arī tie, kas atrasti Heopsa piramīdā.Tomēr pēc Heopsa mazdēla Menkaure (2471) -2465. g. pirms mūsu ēras) Ēģiptē, satricinājumi: muižniecība dieva Ra priesteru vadībā gāza valdošo dinastiju, un sākās uzurpatoru lēciens, kas beidzās ar nākamās dinastijas faraona Userkar pievienošanos, kuru priesteri. pasludināts par paša dieva Ra dēlu un iemiesojumu (kopš tā laika tas ir kļuvis par oficiālo faraonu statusu). Šī satricinājuma laikā ēģiptiešu kultūras un tehniskās zināšanas krita, un, tāpat kā piramīdu celtniecības māksla degradējās, dzelzs ražošanas tehnoloģija tika zaudēta tiktāl, ka vēlāk, pētot Sinaja pussalu, meklējot varu. rūda, ēģiptieši nepievērsa nekādu uzmanību tur esošajām dzelzsrūdas atradnēm un saņēma dzelzi no kaimiņu hetiem un mitaniešiem.
Pirmais, kurš apguvis Hatti dzelzs kausēšanas metodi, uz to norāda senākā (2. gadu tūkstotī pirms mūsu ēras) dzelzs pieminēšana hetitu tekstos, kuri nodibināja savu impēriju hutu teritorijā (mūsdienu Anatolija Turcijā). Tādējādi hetu karaļa Anitas tekstā (apmēram 1800. g. pmē.) teikts:
Senatnē halibi bija pazīstami kā dzelzs izstrādājumu meistari. Leģenda par argonautiem (viņu kampaņa Kolhīdā notika apmēram 50 gadus pirms Trojas kara) stāsta, ka Kolhīdas karalis Ēts Džeisonam iedeva dzelzs arklu, lai viņš varētu uzart Āres lauku un viņa pavalstniekus Kalibrus. , ir aprakstīti:
Viņi near zemi, nestāda augļu kokus, negana ganāmpulkus bagātīgās pļavās; viņi iegūst rūdu un dzelzi no neapstrādātas zemes un apmaina pret to pārtiku. Diena viņiem nesākas bez smaga darba, viņi visu dienu pavada nakts tumsā un biezos dūmos...
Aristotelis aprakstīja savu tērauda ražošanas metodi: “Halibi vairākas reizes mazgāja savas valsts upes smiltis, tādējādi atbrīvojot melno koncentrātu (smago frakciju, kas sastāv galvenokārt no magnetīta un hematīta), un kausēja to krāsnīs; Tādējādi iegūtajam metālam bija sudraba krāsa un tas bija nerūsējošs.
Kā izejmateriāls tērauda kausēšanai tika izmantotas magnetīta smiltis, kas bieži sastopamas visā Melnās jūras piekrastē: šīs magnetīta smiltis sastāv no mazu magnetīta, titāna-magnetīta vai ilmenīta graudu maisījuma un citu iežu fragmentiem, tāpēc Halibu kausētais tērauds bija leģēts un tam bija izcilas īpašības. Šī unikālā dzelzs iegūšanas metode liecina, ka halibi izplatīja dzelzi tikai kā tehnoloģiskais materiāls, taču to metode nevarētu būt metode plaši izplatītai dzelzs izstrādājumu rūpnieciskai ražošanai. Tomēr to ražošana kalpoja par stimulu turpmākai dzelzs metalurģijas attīstībai.
Aleksandrijas Klements savā enciklopēdiskajā darbā "Stromata" piemin, ka saskaņā ar grieķu leģendām dzelzs (šķiet, kausēta no rūdas) tika atklāta Idas kalnā – tā sauca kalnu grēdu netālu no Trojas (Iliādā tas minēts kā Idas kalns). , no kuras Zevs vēroja cīņu starp grieķiem un trojiešiem). Tas notika 73 gadus pēc Deucalion plūdiem, un šie plūdi, saskaņā ar Parian Chronicle, notika 1528. gadā pirms mūsu ēras. e., tas ir, metode dzelzs kausēšanai no rūdas tika atklāta ap 1455. gadu pirms mūsu ēras. e. Tomēr no Klementa apraksta nav skaidrs, vai viņš runā par šo konkrēto kalnu Rietumāzijā (Frīģijas Ida Vergilija zīmē), vai par Idas kalnu Krētas salā, ko romiešu dzejnieks Vergilijs Eneidā raksta kā senču. Trojas zirgu mājas:
"Jupitera sala Krēta atrodas plašas jūras vidū,
Mūsu ciltij ir savs šūpulis tur, kur ceļas Ida..."
Visticamāk, ka Aleksandrijas Klements runā tieši par frīģiešu Idu netālu no Trojas, jo tur tika atrastas senās dzelzs raktuves un dzelzs ražošanas centri. Pirmās rakstiskās liecības par dzelzi atrodamas māla plāksnēs no Ēģiptes faraonu Amenhotepa III un Ehnatona arhīviem, un tās datētas ar to pašu laiku (1450.-1400.g.pmē.). Tajā pieminēta dzelzs ražošana Aizkaukāzijas dienvidos, ko grieķi sauca par Kolhīdu (un iespējams, ka vārds “kolhidos” var būt vārda “halibos” pārveidojums) – proti, ko Mitanni valsts karalis. un Armēnijas un Dienvidu Aizkaukāzijas valdnieks nosūtīja Ēģiptes faraonam Amenhotepam II kopā ar 318 konkubīnēm, dunčiem un gredzeniem, kas izgatavoti no labas dzelzs. Tādas pašas dāvanas heti sniedza arī faraoniem.
Ļoti senos laikos dzelzi vērtēja augstāk par zeltu, un pēc Strabona apraksta afrikāņu ciltis par 1 mārciņu dzelzs deva 10 mārciņas zelta, bet pēc vēsturnieka G. Aresjana pētījumiem – vara, sudraba, zelta izmaksas. un dzelzs seno hetu vidū bija attiecībā 1: 160 : 1280: 6400. Tajos laikos dzelzi izmantoja kā juvelierizstrādājumu metālu, no tā tika izgatavoti troņi un citas karaliskās varas regālijas, piemēram, Bībeles 5. Mozus grāmata. 3.11 apraksta Refaima ķēniņa Oga “dzelzs gultu”.
Tutanhamona (ap 1350.g.pmē.) kapā tika atrasts dzelzs duncis ar zelta rāmi, iespējams, hetu dāvinājums diplomātiskiem nolūkiem. Bet heti necentās pēc dzelzs un tās tehnoloģiju plašas izplatīšanas, kā tas redzams no sarakstes, kas līdz mums nonākusi starp Ēģiptes faraonu Tutanhamonu un viņa sievastēvu, hetu karali Hattusilu. Faraons lūdz atsūtīt vēl dzelzi, un hetu karalis izvairīgi atbild, ka dzelzs rezerves ir izsīkušas, un kalēji ir aizņemti ar lauksaimniecības darbiem, tāpēc viņš nevar izpildīt karaļa znots lūgumu un sūta tikai viens duncis, kas izgatavots no “labas dzelzs” (tas ir, tērauda). Kā redzat, heti centās izmantot savas zināšanas, lai sasniegtu militāras priekšrocības, un nedeva citiem iespēju viņus panākt. Acīmredzot tieši tāpēc dzelzs izstrādājumi kļuva plaši izplatīti tikai pēc Trojas kara un hetu varas krišanas, kad, pateicoties grieķu tirdzniecības aktivitātei, dzelzs tehnoloģija kļuva zināma daudziem, tika atklātas jaunas dzelzs atradnes un raktuves. Tātad “bronzas” laikmets tika aizstāts ar “dzelzs” laikmetu.
Saskaņā ar Homēra aprakstiem, lai gan Trojas kara laikā (apmēram 1250. g. p.m.ē.) ieroči galvenokārt tika izgatavoti no vara un bronzas, dzelzs jau bija labi pazīstams un ļoti pieprasīts, lai gan vairāk kā dārgmetāls. Piemēram, Iliādas 23. dziesmā Homērs stāsta, ka Ahillejs diska mešanas sacensībās uzvarētājam piešķīris no dzelzs izgatavotu disku. Ahajieši šo dzelzi ieguva no Trojas zirgiem un kaimiņu tautām (Iliāda 7.473), tostarp halibiem.
Iespējams, dzelzs bija viens no iemesliem, kas mudināja Ahaju grieķus pārcelties uz Mazāziju, kur viņi uzzināja tās ražošanas noslēpumus. Un izrakumi Atēnās parādīja, ka jau ap 1100.g.pmē. e. un vēlāk jau bija plaši izplatīti dzelzs zobeni, šķēpi, cirvji un pat dzelzs naglas. Bībeles grāmatā Jozuas 17:16 (sal. ar Soģu 14:4) ir aprakstīts, ka filistiešiem (bībeliski "PILISTIM", un tās bija grieķu protociltis, kas radniecīgas ar vēlākajiem hellēņiem, galvenokārt pelasgiem) bija daudz dzelzs ratu, tas ir, šajā Tajā laikā dzelzi jau plaši izmantoja lielos daudzumos.
Homērs dzelzi sauc par sarežģītu, jo senatnē galvenā tās ražošanas metode bija siera pūšanas process: speciālās krāsnīs (krāsnis - no senā “raga” - rags, caurule, sākotnēji tā bija kalcinēti dzelzsrūdas un kokogles slāņi). tikai zemē izrakta caurule, parasti horizontāli gravas nogāzē). Kurtuvē ar karstām oglēm dzelzs oksīdus reducē līdz metālam, kas atņem skābekli, oksidējoties līdz tvana gāzei, un šādas rūdas kalcinēšanas rezultātā ar akmeņoglēm tika iegūts mīklains (sūkļveida) dzelzs. Kritsa tika attīrīta no izdedžiem, kaljot, ar spēcīgiem āmura sitieniem izspiežot netīrumus. Pirmajiem kalumiem bija salīdzinoši zema temperatūra – manāmi zemāka par čuguna kušanas temperatūru, tāpēc dzelzs izrādījās salīdzinoši zema oglekļa satura. Lai iegūtu stipru tēraudu, bija nepieciešams daudzkārt kalcinēt un kalt dzelzs stieni ar akmeņoglēm, savukārt metāla virsmas slānis papildus tika piesātināts ar oglekli un rūdīts. Tā tika iegūts “labs dzelzis” - un, lai gan tas prasīja daudz darba, šādi iegūtie izstrādājumi bija ievērojami stiprāki un cietāki par bronzas izstrādājumiem.
Vēlāk viņi iemācījās izgatavot efektīvākas krāsnis (krieviski - domnas krāsns, domnitsa) tērauda ražošanai, un izmantoja plēšas, lai pievadītu krāsni gaisam. Jau romieši spēja paaugstināt temperatūru krāsnī līdz tērauda kausēšanai (apmēram 1400 grādi, un tīra dzelzs kūst 1535 grādos). Tādējādi tiek iegūts čuguns ar kušanas temperatūru 1100-1200 grādi, kas cietā stāvoklī ir ļoti trausls (pat nav kaļams) un tam nav tērauda elastības. Sākotnēji tas tika uzskatīts par kaitīgu blakusproduktu, bet pēc tam tika atklāts, ka, pārkausējot krāsnī, caur kuru pūš pastiprināts gaiss, čuguns pārvēršas tēraudā. laba kvalitāte, jo liekā ogleklis izdeg. Šis divpakāpju process tērauda ražošanai no čuguna izrādījās vienkāršāks un izdevīgāks par kritisko, un šis princips bez lielām izmaiņām tika izmantots daudzus gadsimtus, līdz mūsdienām saglabājot galveno dzelzs materiālu ražošanas metodi.

Izotopi

Dabiskā dzelzs sastāv no četriem stabiliem izotopiem: 54Fe (izotopu daudzums 5,845%), 56Fe (91,754%), 57Fe (2,119%) un 58Fe (0,282%). Ir zināmi arī vairāk nekā 20 nestabili dzelzs izotopi ar masas skaitļiem no 45 līdz 72, no kuriem stabilākie ir 60Fe (pussabrukšanas periods pēc 2009. gadā atjauninātajiem datiem ir 2,6 miljoni gadu), 55Fe (2,737 gadi), 59Fe (44,495). dienas) un 52Fe (8,275 stundas); citiem izotopiem pussabrukšanas periods ir mazāks par 10 minūtēm.
Dzelzs izotops 56Fe ir viens no stabilākajiem kodoliem: visi tālāk minētie elementi var samazināt saistīšanas enerģiju uz vienu nukleonu sabrukšanas rezultātā, un visi iepriekšējie elementi principā varētu samazināt saistīšanas enerģiju uz vienu nukleonu, izmantojot saplūšanu. Tiek uzskatīts, ka dzelzs beidz elementu sintēzes sēriju normālu zvaigžņu kodolos, un visi nākamie elementi var veidoties tikai supernovas sprādzienu rezultātā.

Dzelzs ģeoķīmija

Dzelzs ir viens no visizplatītākajiem elementiem Saules sistēma, īpaši uz sauszemes planētām, jo ​​īpaši uz Zemes. Ievērojama daļa sauszemes planētu dzelzs atrodas planētu kodolos, kur tās saturs tiek lēsts aptuveni 90%. Dzelzs saturs zemes garozā ir 5%, bet mantijā - aptuveni 12%. No metāliem dzelzs ir otrajā vietā aiz alumīnija, kas atrodas mizā. Tajā pašā laikā apmēram 86% no visa dzelzs atrodas kodolā un 14% - apvalkā. Dzelzs saturs ievērojami palielinās mafiskajos magmatiskos iežos, kur tas ir saistīts ar piroksēnu, amfibolu, olivīnu un biotītu. Dzelzs rūpnieciskā koncentrācijā uzkrājas gandrīz visu eksogēno un endogēno procesu laikā, kas notiek zemes garozā. Jūras ūdens satur dzelzi ļoti mazos daudzumos, 0,002-0,02 mg/l. Upju ūdenī tas ir nedaudz augstāks - 2 mg/l.

Dzelzs ģeoķīmiskās īpašības

Dzelzs vissvarīgākā ģeoķīmiskā iezīme ir vairāku oksidācijas stāvokļu klātbūtne. Dzelzs neitrālā formā - metāliskā - veido zemes kodolu, iespējams, atrodas mantijā un ļoti reti sastopams zemes garozā. Dzelzs dzelzs FeO ir galvenā dzelzs forma, kas atrodama apvalkā un garozā. Dzelzs oksīds Fe2O3 ir raksturīgs zemes garozas augstākajām, visvairāk oksidētajām daļām, jo ​​īpaši nogulumiežiem.
Pēc kristāla ķīmiskajām īpašībām Fe2+ jons ir tuvs Mg2+ un Ca2+ joniem – citiem galvenajiem elementiem, kas veido ievērojamu daļu no visiem zemes iežiem. Kristālu ķīmiskās līdzības dēļ daudzos silikātos dzelzs aizstāj magniju un daļēji kalciju. Šajā gadījumā dzelzs saturs mainīga sastāva minerālos parasti palielinās, pazeminoties temperatūrai.
Dzelzs minerāli. Dzelzs ir diezgan plaši izplatīts zemes garozā - tas veido aptuveni 4,1% no zemes garozas masas (4. vieta starp visiem elementiem, 2. starp metāliem). Mantijā un zemes garozā dzelzs koncentrējas galvenokārt silikātos, savukārt bāziskos un ultrabāziskos iežos tās saturs ir ievērojams, bet skābajos un starpiežos – zems.
Ir zināms liels skaits rūdu un minerālu, kas satur dzelzi. Vislielākā praktiskā nozīme ir sarkanajai dzelzsrūdai (hematīts, Fe2O3; satur līdz 70% Fe), magnētiskajai dzelzsrūdai (magnetīts, FeFe2O4, Fe3O4; satur 72,4% Fe), brūnajai dzelzsrūdai jeb limonītam (attiecīgi gētīts un hidrogoetīts, FeOOH un FeOOH nH2O). Gētīts un hidrogoetīts visbiežāk sastopami izturīgās garozās, veidojot tā sauktās “dzelzs cepures”, kuru biezums sasniedz vairākus simtus metru. Tie var būt arī nogulumiežu izcelsmes, izkrituši no koloidālajiem šķīdumiem ezeros vai jūru piekrastes zonās. Šajā gadījumā veidojas oolīta jeb pākšaugu dzelzs rūdas. Tajos bieži sastopams vivianīts Fe3(PO4)2·8H2O, veidojot melnus iegarenus kristālus un radiālus agregātus.
Arī dabā plaši izplatīti ir dzelzs sulfīdi - pirīts FeS2 (sērs jeb dzelzs pirīts) un pirotīts. Tās nav dzelzsrūdas – sērskābes iegūšanai izmanto pirītu, un pirotīts bieži satur niķeli un kobaltu.
Krievija ieņem pirmo vietu pasaulē pēc dzelzsrūdas rezervēm.
Dzelzs saturs jūras ūdenī ir 1·10–5–1·10–8%.
Citi bieži sastopami dzelzs minerāli:

• Siderīts - FeCO3 - satur aptuveni 35% dzelzs. Tam ir dzeltenīgi balta (piesārņojuma gadījumā ar pelēku vai brūnu nokrāsu) krāsa. Blīvums ir 3 g/cm³ un cietība ir 3,5-4,5 pēc Mosa skalas.
• Markazīts - FeS2 - satur 46,6% dzelzs. Tas notiek dzeltenu, misiņam līdzīgu, bipiramidālu rombveida kristālu veidā ar blīvumu 4,6–4,9 g/cm³ un cietību 5–6 pēc Mosa skalas.
• Löllingite – FeAs2 – satur 27,2% dzelzs un sastopams sudrabaini baltu bipiramidālu rombisku kristālu veidā. Blīvums ir 7-7,4 g/cm³, cietība 5-5,5 pēc Mosa skalas.
• Mispickel - FeAsS - satur 34,3% dzelzs. Tas notiek baltu monoklīnisku prizmu veidā ar blīvumu 5,6–6,2 g/cm³ un cietību 5,5–6 pēc Mosa skalas.
• Melanterīts - FeSO4 7H2O - dabā ir retāk sastopams un ir zaļi (vai piemaisījumu dēļ pelēki) monoklīniski kristāli ar stiklveida spīdumu un trausli. Blīvums ir 1,8-1,9 g/cm³.
• Vivianīts - Fe3(PO4)2 8H2O - sastopams zili pelēku vai zaļi pelēku monoklīnisku kristālu veidā ar blīvumu 2,95 g/cm³ un cietību 1,5-2 pēc Mosa skalas.

Galvenie noguldījumi

Saskaņā ar ASV Ģeoloģijas dienesta aprēķiniem (2011. gada aprēķins), pasaulē pierādītās dzelzsrūdas rezerves ir aptuveni 178 miljardi tonnu. Galvenās dzelzs atradnes atrodas Brazīlijā (1. vieta), Austrālijā, ASV, Kanādā, Zviedrijā, Venecuēlā, Libērijā, Ukrainā, Francijā, Indijā. Krievijā dzelzi iegūst Kurskas magnētiskajā anomālijā (KMA), Kolas pussalā, Karēlijā un Sibīrijā, Ukrainā - Krivbasā, Poltavas apgabalā, Kerčas pussalā. Pēdējā laikā nozīmīgu lomu ieguvušas okeāna dibena atradnes, kurās dzelzs kopā ar mangānu un citiem vērtīgiem metāliem atrodas mezgliņos.

Kvīts. Rūpnieciski dzelzi iegūst no dzelzsrūdas, galvenokārt hematīta (Fe2O3) un magnetīta (FeO Fe2O3).

Ir dažādi veidi, kā iegūt dzelzi no rūdām. Visizplatītākais ir domēna process.
Pirmais ražošanas posms ir dzelzs reducēšana ar oglekli domnā 2000 °C temperatūrā. Domnas krāsnī ogleklis koksa veidā, dzelzs rūda aglomerāta vai granulu veidā un plūsma (piemēram, kaļķakmens) tiek padots no augšas, un tās saskaras ar piespiedu karstā gaisa plūsmu no apakšas.
Krāsnī ogleklis koksa veidā tiek oksidēts līdz oglekļa monoksīdam. Šis oksīds veidojas degšanas laikā skābekļa trūkuma gadījumā:

Savukārt oglekļa monoksīds samazina dzelzi no rūdas. Lai šī reakcija noritētu ātrāk, uzkarsēts oglekļa monoksīds tiek izvadīts caur dzelzs (III) oksīdu:

Flux tiek pievienots, lai atbrīvotos no nevēlamiem piemaisījumiem (galvenokārt silikātiem; piemēram, kvarca) iegūtajā rūdā. Tipiska plūsma satur kaļķakmeni (kalcija karbonātu) un dolomītu (magnija karbonātu). Lai noņemtu citus piemaisījumus, tiek izmantotas citas plūsmas.
Plūsmas (šajā gadījumā kalcija karbonāta) iedarbība ir tāda, ka, karsējot, tā sadalās līdz oksīdam:

Kalcija oksīds savienojas ar silīcija dioksīdu, veidojot izdedžus - kalcija metasilikātu:

Izdedži, atšķirībā no silīcija dioksīda, tiek izkausēti krāsnī. Izdedži, vieglāki par dzelzi, peld uz virsmas - šī īpašība ļauj atdalīt izdedžus no metāla. Pēc tam izdedžus var izmantot celtniecībā un lauksaimniecībā. Domnas krāsnī ražotais izkausētais dzelzs satur diezgan daudz oglekļa (čuguna). Izņemot gadījumus, kad čuguns tiek izmantots tieši, tam nepieciešama turpmāka apstrāde.
Lieko oglekli un citus piemaisījumus (sēru, fosforu) no čuguna atdala, oksidējot martena krāsnīs vai pārveidotājos. Leģēto tēraudu kausēšanai izmanto arī elektriskās krāsnis.
Papildus domnas procesam ir izplatīts arī tiešās dzelzs ražošanas process. Šajā gadījumā iepriekš sasmalcinātu rūdu sajauc ar īpašu mālu, veidojot granulas. Granulas tiek apdedzinātas un apstrādātas šahtas krāsnī ar karstiem metāna konversijas produktiem, kas satur ūdeņradi. Ūdeņradis viegli samazina dzelzi:
,
šajā gadījumā dzelzs nekļūst piesārņots ar tādiem piemaisījumiem kā sērs un fosfors, kas ir izplatīti akmeņogļu piemaisījumi. Dzelzi iegūst cietā veidā un pēc tam izkausē elektriskās krāsnīs.
Ķīmiski tīru dzelzi iegūst tās sāļu šķīdumu elektrolīzē.

Fizikālās īpašības

Dzelzs ir tipisks metāls, brīvā stāvoklī tas ir sudrabaini baltā krāsā ar pelēcīgu nokrāsu. Tīrs metāls ir plastisks, dažādi piemaisījumi (īpaši ogleklis) palielina tā cietību un trauslumu. Tam ir izteiktas magnētiskās īpašības. Bieži tiek izdalīta tā sauktā "dzelzs triāde" - grupa trīs metāli(dzelzs Fe, kobalts Co, niķelis Ni), kam ir līdzīgi fizikālās īpašības, atomu rādiusi un elektronegativitātes vērtības.
Dzelzi raksturo polimorfisms, tai ir četras kristāliskas modifikācijas:

• līdz 769 °C ir α-Fe (ferīts) ar uz ķermeni centrētu kubisko režģi un feromagnētiskām īpašībām (769 °C ≈ 1043 K — dzelzs Kirī punkts);
• temperatūras diapazonā 769–917 °C ir β-Fe, kas no α-Fe atšķiras tikai ar ķermeni centrētā kubiskā režģa parametriem un paramagnēta magnētiskajām īpašībām;
• temperatūras diapazonā 917–1394 °C ir γ-Fe (austenīts) ar seju centrētu kubisko režģi;
• virs 1394 °C δ-Fe ar ķermeni centrētu kubisko režģi ir stabils.

Metalurģija neatšķir β-Fe kā atsevišķu fāzi un uzskata to par α-Fe šķirni. Kad dzelzi vai tēraudu karsē virs Kirī punkta (769 °C ≈ 1043 K), jonu termiskā kustība izjauc griešanās orientāciju. magnētiskie momenti elektroniem, feromagnēts kļūst paramagnētisks - notiek otrās kārtas fāzes pāreja, bet pirmās kārtas fāzes pāreja ar kristālu pamata fizikālo parametru izmaiņām nenotiek.
Tīram dzelzs normālā spiedienā no metalurģijas viedokļa ir šādas stabilas modifikācijas:

• no absolūtās nulles līdz 910 °C, α-modifikācija ar ķermeni centrētu kubisko (bcc) kristālrežģi ir stabila;
• no 910 līdz 1400 °C γ-modifikācija ar seju centrētu kubisko (fcc) kristālrežģi ir stabila;
• no 1400 līdz 1539 °C δ modifikācija ar uz ķermeni centrētu kubisko (bcc) kristāla režģi ir stabila.

Oglekļa un leģējošo elementu klātbūtne tēraudā būtiski maina fāzu pāreju temperatūras (skat. dzelzs-oglekļa fāzes diagrammu).Cietu oglekļa šķīdumu α- un δ-dzelzs sauc par ferītu. Dažreiz tiek nošķirts augstas temperatūras δ-ferīts un zemas temperatūras α-ferīts (vai vienkārši ferīts), lai gan to atomu struktūras ir vienādas. Cietu oglekļa šķīdumu γ-dzelzs sauc par austenītu.

• Teritorijā augsts spiediens(virs 13 GPa, 128,3 tūkst. atm.) parādās ε-dzelzs modifikācija ar sešstūrainu cieši saspiestu (hcp) režģi.

Polimorfisma fenomens ir ārkārtīgi svarīgs tērauda metalurģijā. Pateicoties α-γ pārejām kristāla režģī, notiek tērauda termiskā apstrāde. Bez šīs parādības dzelzs kā tērauda pamats nebūtu tik plaši izmantots.
Dzelzs ir vidēji ugunsizturīgs metāls. Standarta elektrodu potenciālu sērijā dzelzs stāv pirms ūdeņraža un viegli reaģē ar atšķaidītām skābēm. Tādējādi dzelzs pieder pie vidējas aktivitātes metāliem.
Dzelzs kušanas temperatūra ir 1539 °C, viršanas temperatūra ir 2862 °C.

Ķīmiskās īpašības

Raksturīgie oksidācijas stāvokļi

Dzelzi raksturo dzelzs oksidācijas pakāpes - +2 un +3.
Oksidācijas pakāpe +2 atbilst melnajam oksīdam FeO un zaļajam hidroksīdam Fe(OH)2. Tie ir elementāri. Sāļos Fe(+2) ir kā katjons. Fe(+2) ir vājš reducētājs.
Oksidācijas pakāpe +3 atbilst sarkanbrūnam oksīdam Fe2O3 un brūnajam hidroksīdam Fe(OH)3. Tiem ir amfotērs raksturs, lai gan tie ir skābi, un to pamata īpašības ir vāji izteiktas. Tādējādi Fe3+ joni tiek pilnībā hidrolizēti pat skābā vidē. Fe(OH)3 izšķīst (un pat tad ne pilnībā) tikai koncentrētos sārmos. Fe2O3 reaģē ar sārmiem tikai saplūšanas laikā, veidojot ferītus (skābes HFeO2 formālos sāļus, kas brīvā formā nepastāv):

Dzelzs (+3) visbiežāk uzrāda vājas oksidējošas īpašības.
Oksidācijas stāvokļi +2 un +3 viegli mainās viens ar otru, mainoties redoksēšanas apstākļiem.
Turklāt ir oksīds Fe3O4, dzelzs formālais oksidācijas stāvoklis ir +8/3. Tomēr šo oksīdu var uzskatīt arī par dzelzs (II) ferītu Fe+2(Fe+3O2)2.
Ir arī oksidācijas pakāpe +6. Atbilstošais oksīds un hidroksīds brīvā formā nepastāv, bet tiek iegūti sāļi - ferāti (piemēram, K2FeO4). Dzelzs (+6) tajos atrodas anjona veidā. Ferrāti ir spēcīgi oksidētāji.

Dzelzs(II) savienojumi

Dzelzs(II) oksīdam FeO ir pamata īpašības, tam atbilst bāze Fe(OH)2. Dzelzs (II) sāļiem ir gaiši zaļa krāsa. Uzglabājot, īpaši mitrā gaisā, tie kļūst brūni oksidēšanās dēļ līdz dzelzs (III). Tas pats process notiek, uzglabājot dzelzs(II) sāļu ūdens šķīdumus:

No dzelzs(II) sāļiem visstabilākais ūdens šķīdumos ir Mora sāls — dubultamonija un dzelzs(II) sulfāts (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O.
Kālija heksacianoferāts(III) K3 (sarkanais asins sāls) var kalpot kā reaģents Fe2+ joniem šķīdumā. Kad Fe2+ un 3− joni mijiedarbojas, izgulsnējas kālija dzelzs (II) heksacianoferāta (III) (Prūsijas zilā) nogulsnes:

kas intramolekulāri pārkārtojas par kālija dzelzs (III) heksacianoferātu (II):

Dzelzs (II) kvantitatīvai noteikšanai šķīdumā izmanto fenantrolīnu Phen, kas veido sarkanu kompleksu FePhen3 ar dzelzi (II) (maksimālā gaismas absorbcija - 520 nm) plašā pH diapazonā (4-9).

Dzelzs(III) savienojumi

Dzelzs(III) oksīds Fe2O3 ir vāji amfotērisks, tam ir vēl vājāka bāze nekā Fe(OH)2, Fe(OH)3, kas reaģē ar skābēm:

Fe3+ sāļi ir pakļauti kristālisku hidrātu veidošanās procesam. Tajās Fe3+ jonu parasti ieskauj sešas ūdens molekulas. Šie sāļi ir rozā vai purpursarkanā krāsā.
Fe3+ jons tiek pilnībā hidrolizēts pat skābā vidē. Ja pH > 4, šis jons gandrīz pilnībā izgulsnējas Fe(OH)3 formā:

Ar daļēju Fe3+ jonu hidrolīzi veidojas daudzkodolu okso- un hidroksokācijas, kādēļ šķīdumi kļūst brūni.
Dzelzs(III) hidroksīda Fe(OH)3 pamatīpašības ir izteiktas ļoti vāji. Tas spēj reaģēt tikai ar koncentrētiem sārmu šķīdumiem:

Iegūtie dzelzs (III) hidrokso kompleksi ir stabili tikai stipri sārmainos šķīdumos. Šķīdumus atšķaidot ar ūdeni, tie tiek iznīcināti, un Fe(OH)3 izgulsnējas.
Leģējot ar sārmiem un citu metālu oksīdiem, Fe2O3 veido dažādus ferītus:

Dzelzs(III) savienojumus šķīdumos reducē metāliskais dzelzs:

Dzelzs(III) spēj veidot dubultsulfātus ar atsevišķi uzlādētiem katjoniem, piemēram, alaunu, piemēram, KFe(SO4)2 - dzelzs-kālija alauns, (NH4)Fe(SO4)2 - dzelzs-amonija alauns utt.
Dzelzs(III) savienojumu kvalitatīvai noteikšanai šķīdumā izmantojiet kvalitatīva reakcija Fe3+ joni ar neorganiskiem tiocianātiem SCN−. Šajā gadījumā veidojas spilgti sarkanu tiocianāta dzelzs kompleksu 2+, +, Fe(SCN)3, - maisījums. Maisījuma sastāvs (un līdz ar to arī tā krāsas intensitāte) ir atkarīgs no dažādiem faktoriem, tāpēc šī metode nav izmantojama precīzai dzelzs kvalitatīvai noteikšanai.
Vēl viens augstas kvalitātes reaģents Fe3+ joniem ir kālija heksacianoferāts(II) K4 (dzeltenais asins sāls). Fe3+ un 4− jonu mijiedarbībā veidojas spilgti zilas kālija dzelzs (III) heksacianoferāta (II) nogulsnes:

Fe3+ jonus kvantitatīvi nosaka sarkano (viegli skābā vidē) vai dzelteno (viegli sārmainā vidē) kompleksu veidošanās ar sulfosalicilskābi. Šī reakcija prasa pareizu buferu atlasi, jo daži anjoni (īpaši acetāts) veido jauktus kompleksus ar dzelzi un sulfosalicilskābi ar savām optiskajām īpašībām.

Dzelzs(VI) savienojumi

Ferrāti ir dzelzs skābes H2FeO4 sāļi, kas brīvā formā nepastāv. Tie ir savienojumi violets, kas pēc oksidatīvajām īpašībām atgādina permanganātus un pēc šķīdības sulfātus. Ferātus iegūst, gāzveida hloram vai ozonam iedarbojoties uz Fe(OH)3 suspensiju sārmā:

Ferātus var iegūt arī ar 30% sārma šķīduma elektrolīzi uz dzelzs anoda:

Ferrāti ir spēcīgi oksidētāji. Skābā vidē tie sadalās, izdalot skābekli:

Ferātu oksidējošās īpašības tiek izmantotas ūdens dezinfekcijai.

Pieteikums

Dzelzs ir viens no visvairāk izmantotajiem metāliem, kas veido līdz pat 95% no pasaules metalurģijas ražošanas.

• Dzelzs ir galvenā tērauda un čuguna sastāvdaļa - vissvarīgākie konstrukcijas materiāli.
• Dzelzs var būt daļa no sakausējumiem, kuru pamatā ir citi metāli, piemēram, niķelis.
• Magnētiskais dzelzs oksīds (magnetīts) ir svarīgs materiāls datoru ilgtermiņa atmiņas ierīču ražošanā: cietie diski, disketes utt.
• Īpaši smalks magnetīta pulveris tiek izmantots daudzos melnbaltos lāzerprinteros, kas sajaukti ar polimēru granulām kā toneri. Tas izmanto gan magnetīta melno krāsu, gan tā spēju pielipt pie magnetizētā pārneses veltņa.
• Vairāku dzelzs sakausējumu unikālās feromagnētiskās īpašības veicina to plašo izmantošanu elektrotehnikā transformatoru un elektromotoru magnētiskajiem serdeņiem.
• Dzelzs(III) hlorīds (dzelzs hlorīds) tiek izmantots radioamatieru praksē kodināšanai iespiedshēmu plates.
• Dzelzs sulfāta heptātu (dzelzs sulfātu), kas sajaukts ar vara sulfātu, izmanto kaitīgo sēņu apkarošanai dārzkopībā un celtniecībā.
• Dzelzs tiek izmantots kā anods dzelzs-niķeļa akumulatoros un dzelzs-gaisa akumulatoros.
• Dzelzs un dzelzs hlorīdu, kā arī tā sulfātu ūdens šķīdumi tiek izmantoti kā koagulanti dabisko un Notekūdeņi rūpniecības uzņēmumu ūdens attīrīšanā.

Stāsts

Dzelzs kā instrumentāls materiāls ir pazīstams kopš seniem laikiem. Vecākie arheoloģisko izrakumu laikā atrastie dzelzs priekšmeti ir datēti ar 4. gadu tūkstoti pirms mūsu ēras. e. un pieder seno šumeru un seno ēģiptiešu civilizācijām. Tie ir izgatavoti no meteorīta dzelzs, tas ir, no dzelzs un niķeļa sakausējuma (pēdējā saturs svārstās no 5 līdz 30%), rotaslietas no Ēģiptes kapiem (apmēram 3800 BC) un duncis no Šumeru pilsētas Ūras (apmēram 3100. g.pmē.). e.). Acīmredzot viens no dzelzs nosaukumiem grieķu un latīņu valodā cēlies no meteorīta dzelzs debesu izcelsmes: “sider” (kas nozīmē “zvaigzne”).

Izstrādājumi no dzelzs, kas iegūts kausējot, ir pazīstami kopš āriešu cilšu apmešanās no Eiropas uz Āziju, Vidusjūras salām un tālāk (4. un 3. gadu tūkstotī pirms mūsu ēras). Vecākie zināmie dzelzs instrumenti ir tērauda asmeņi, kas atrasti Ēģiptes Heopsa piramīdas (celta ap 2530.g.pmē.) mūrē. Kā liecina izrakumi Nūbijas tuksnesī, jau tajos laikos ēģiptieši, mēģinot atdalīt iegūto zeltu no smagajām magnetīta smiltīm, rūdu kalcinēja ar klijām un līdzīgām oglekli saturošām vielām. Rezultātā uz zelta kausējuma virsmas uzpeldēja mīklas dzelzs slānis, kas tika apstrādāts atsevišķi. No šī dzelzs tika kalti instrumenti, tostarp tie, kas atrasti Heopsa piramīdā. Taču pēc Heopsa Menkaura (2471.-2465.g.pmē.) mazdēla Ēģiptē sākās satricinājumi: muižniecība dieva Ra priesteru vadībā gāza valdošo dinastiju, sākās uzurpatoru lēciens, kas beidzās ar 1. nākamās dinastijas faraons Userkars, kuru priesteri pasludināja par dēlu un iemiesojumu par pašu dievu Ra (kopš tā laika tas ir kļuvis par oficiālo faraonu statusu). Šī satricinājuma laikā ēģiptiešu kultūras un tehniskās zināšanas krita, un, tāpat kā piramīdu celtniecības māksla degradējās, dzelzs ražošanas tehnoloģija tika zaudēta tiktāl, ka vēlāk, pētot Sinaja pussalu, meklējot varu. rūda, ēģiptieši nepievērsa nekādu uzmanību tur esošajām dzelzsrūdas atradnēm un saņēma dzelzi no kaimiņu hetiem un mitaniešiem.

Pirmie dzelzs ražošanu apguva huti, uz to norāda senākā (2. tūkst.pmē.) dzelzs pieminēšana hetitu tekstos, kuri nodibināja savu impēriju hutu teritorijā (mūsdienu Anatolija Turcijā). Tādējādi hetu karaļa Anitas tekstā (apmēram 1800. g. pmē.) teikts:

Kad es devos kampaņā uz Puruskhandas pilsētu, vīrietis no Puruskhandas pilsētas pienāca man paklanīties (...?), un viņš man uzdāvināja 1 dzelzs troni un 1 dzelzs scepteri (?) kā padevības zīmi. (?)...

(avots: Giorgadze G.G.// Ziņnesis seno vēsturi. 1965. № 4.)

Senatnē halibi bija pazīstami kā dzelzs izstrādājumu meistari. Leģenda par argonautiem (viņu kampaņa Kolhīdā notika apmēram 50 gadus pirms Trojas kara) stāsta, ka Kolhīdas karalis Ēts Džeisonam iedeva dzelzs arklu, lai viņš varētu uzart Āres lauku un viņa pavalstniekus Kalibrus. , ir aprakstīti:

Viņi near zemi, nestāda augļu kokus, negana ganāmpulkus bagātīgās pļavās; viņi iegūst rūdu un dzelzi no neapstrādātas zemes un apmaina pret to pārtiku. Diena viņiem nesākas bez smaga darba, viņi visu dienu pavada nakts tumsā un biezos dūmos...

Aristotelis aprakstīja savu tērauda ražošanas metodi: “Halibi vairākas reizes mazgāja savas valsts upes smiltis, tādējādi atbrīvojot melno koncentrātu (smago frakciju, kas sastāv galvenokārt no magnetīta un hematīta), un kausēja to krāsnīs; Tādējādi iegūtajam metālam bija sudraba krāsa un tas bija nerūsējošs.

Kā izejmateriāls tērauda kausēšanai tika izmantotas magnetīta smiltis, kas bieži sastopamas visā Melnās jūras piekrastē: šīs magnetīta smiltis sastāv no mazu magnetīta, titānomagnetīta vai ilmenīta graudu maisījuma un citu iežu fragmentiem, tāpēc ka halibanu kausētais tērauds bija leģēts un tam bija izcilas īpašības. Šī unikālā dzelzs iegūšanas metode liek domāt, ka halibi dzelzi izplatīja tikai kā tehnoloģisku materiālu, taču viņu metode nevarēja būt metode plaši izplatītai dzelzs izstrādājumu rūpnieciskai ražošanai. Tomēr to ražošana kalpoja par stimulu turpmākai dzelzs metalurģijas attīstībai.

Senatnē dzelzi vērtēja augstāk par zeltu, un pēc Strabona apraksta afrikāņu ciltis par 1 mārciņu dzelzs deva 10 mārciņas zelta, bet pēc vēsturnieka G. Aresjana pētījumiem – vara, sudraba, zelta un dzelzs seno hetu vidū bija attiecībā 1:160 :1280:6400. Tajos laikos dzelzi izmantoja kā juvelierizstrādājumu metālu, no tā darināja troņus un citas karaliskās varas regālijas: piemēram, Bībeles 5. Mozus grāmatas 3.11. apraksta Refaimu ķēniņa Oga “dzelzs gultu”.

Tutanhamona (ap 1350.g.pmē.) kapā tika atrasts dzelzs duncis zelta rāmī – iespējams, hetu dāvana diplomātiskiem nolūkiem. Taču heti necentās pēc dzelzs un tās tehnoloģiju plašas izplatības, par ko liecina Ēģiptes faraona Tutanhamona un viņa sievastēva Hetu ķēniņa Hattusila sarakste. Faraons lūdz atsūtīt vēl dzelzi, un hetu karalis izvairīgi atbild, ka dzelzs rezerves ir izsīkušas, un kalēji ir aizņemti ar lauksaimniecības darbiem, tāpēc viņš nevar izpildīt karaļa znots lūgumu un sūta tikai viens duncis, kas izgatavots no “labas dzelzs” (tas ir, tērauda). Kā redzat, heti centās izmantot savas zināšanas, lai sasniegtu militāras priekšrocības, un nedeva citiem iespēju viņus panākt. Acīmredzot tieši tāpēc dzelzs izstrādājumi kļuva plaši izplatīti tikai pēc Trojas kara un hetu varas krišanas, kad, pateicoties grieķu tirdzniecības aktivitātei, dzelzs tehnoloģija kļuva zināma daudziem, tika atklātas jaunas dzelzs atradnes un raktuves. Tātad “bronzas” laikmets tika aizstāts ar “dzelzs” laikmetu.

Saskaņā ar Homēra aprakstiem, lai gan Trojas kara laikā (apmēram 1250. g. p.m.ē.) ieroči galvenokārt tika izgatavoti no vara un bronzas, dzelzs jau bija labi pazīstama un ļoti pieprasīta, lai gan vairāk kā dārgmetāls. Piemēram, Iliādas 23. dziesmā Homērs stāsta, ka Ahillejs diska mešanas sacensībās uzvarētājam piešķīris no dzelzs izgatavotu disku. Ahajieši ieguva šo dzelzi no Trojas zirgiem un kaimiņu tautām (Iliāda 7.473), tostarp halibiem, kuri karoja Trojas zirgu pusē:

"Citi ahaju vīri pirka vīnu ar barteru,
Viņi tos iemainīja pret zvanošu varu, pret pelēko dzelzi,
Tie, kas paredzēti vēršu ādai vai vēršiem ar stāviem ragiem,
Tie par to pilnajiem. Un priecīgi svētki ir sarūpēti..."

Iespējams, dzelzs bija viens no iemesliem, kas mudināja Ahaju grieķus pārcelties uz Mazāziju, kur viņi uzzināja tās ražošanas noslēpumus. Un izrakumi Atēnās parādīja, ka jau ap 1100.g.pmē. e. un vēlāk jau bija plaši izplatīti dzelzs zobeni, šķēpi, cirvji un pat dzelzs naglas. Bībeles grāmatā Jozuas 17:16 (sal. ar Soģu 14:4) ir aprakstīts, ka filistiešiem (bībeliski "PILISTIM", un tās bija grieķu protociltis, kas radniecīgas ar vēlākajiem hellēņiem, galvenokārt pelasgiem) bija daudz dzelzs ratu, tas ir, šajā Tajā laikā dzelzi jau plaši izmantoja lielos daudzumos.

Homērs Iliādā un Odisijā dzelzi sauc par "cieto metālu" un apraksta instrumentu rūdīšanu:

"Efektīvais viltnieks, izgatavojis cirvi vai cirvi,
Metāls ūdenī, uzsildot to tā, lai tas dubultotos
Viņam bija cietoksnis, viņš iegremdē ... "

Homērs dzelzi sauc par sarežģītu, jo senatnē galvenais tās iegūšanas paņēmiens bija jēlpūšanas process: speciālās krāsnīs (kalumos – no senā “Raga” – rags, pīpe, kalcinēja pārmaiņus dzelzsrūdas un ogles slāņus, sākotnēji tā bija tikai caurule, kas izrakta zemē, parasti horizontāli gravas nogāzē). Kurtuvē ar karstām oglēm dzelzs oksīdus reducē līdz metālam, kas atņem skābekli, oksidējoties līdz tvana gāzei, un šādas rūdas kalcinēšanas rezultātā ar akmeņoglēm tika iegūts mīklains (sūkļveida) dzelzs. Kritsa tika attīrīta no izdedžiem, kaljot, ar spēcīgiem āmura sitieniem izspiežot netīrumus. Pirmajiem pavardiem bija salīdzinoši zema temperatūra – manāmi zemāka par čuguna kušanas temperatūru, tāpēc dzelzs izrādījās salīdzinoši zema oglekļa satura. Lai iegūtu stipru tēraudu, bija nepieciešams daudzkārt kalcinēt un kalt dzelzs stieni ar akmeņoglēm, savukārt metāla virsmas slānis papildus tika piesātināts ar oglekli un rūdīts. Tādā veidā tika iegūts “labs dzelzis” - un, lai gan tas prasīja daudz darba, šādi iegūtie izstrādājumi bija ievērojami stiprāki un cietāki par bronzas izstrādājumiem.

Vēlāk viņi iemācījās izgatavot efektīvākas krāsnis (krieviski - domnas, domnitsa) tērauda ražošanai un izmantoja kažokādas, lai kurtuvei pievadītu gaisu. Jau romieši spēja paaugstināt temperatūru krāsnī līdz tērauda kausēšanai (apmēram 1400 grādi, un tīra dzelzs kūst 1535 grādos). Šajā gadījumā tiek veidots čuguns ar kušanas temperatūru 1100–1200 grādi, kas cietā stāvoklī ir ļoti trausls (pat nav pakļauts kalšanai) un tam nav tērauda elastības. Sākotnēji tas tika uzskatīts par kaitīgu blakusproduktu. čuguna, krieviski čuguns, lietņi, no kurienes patiesībā cēlies vārds čuguns), bet tad atklājās, ka pārkausējot krāsnī, kam cauri pūš pastiprināts gaiss, čuguns pārvēršas par labas kvalitātes tēraudu, jo liekā ogleklis izdeg. Šis divpakāpju process tērauda ražošanai no čuguna izrādījās vienkāršāks un izdevīgāks par kritisko, un šis princips bez lielām izmaiņām tika izmantots daudzus gadsimtus, līdz mūsdienām saglabājot galveno dzelzs materiālu ražošanas metodi.

Bibliogrāfija: Kārlis Bakss. Zemes interjera bagātība. M.: Progress, 1986, 244. lpp., nodaļa “Dzelzs”

vārda izcelsme

Ir vairākas versijas par slāvu vārda “dzelzs” izcelsmi (baltkrievu zaleza, ukraiņu zalizo, vecslāvu. dzelzs, bulgāru valoda Željazo, Serbohorvs. žejezo, poļu valoda żelazo, čehu železo, slovēņu valoda. železo).

Viena no etimoloģijām saista Praslavu. *želězo ar grieķu vārdu χαλκός , kas nozīmēja dzelzi un varu, saskaņā ar citu versiju *želězo līdzīgs vārdiem *žely"bruņurupucis" un *stikls“akmens”, ar vispārīgo sememu “akmens”. Trešā versija liecina par senu aizguvumu no nezināmas valodas.

Ģermāņu valodas aizņēmās nosaukumu dzelzs (gotika. eisarn, Angļu dzelzs, vācu Eizens, Nīderlande ijzer, dat. jern, zviedru järn) no Celtic.

Pirmsķeltu vārds *isarno-(> OE iarn, OE Bret hoiarn), iespējams, atgriežas pie Proto-IE. *h 1 esh 2 r-no- "asiņains" ar semantisko attīstību "asiņains" > "sarkans" > "dzelzs". Saskaņā ar citu hipotēzi šis vārds atgriežas pra-i.e. *(H)ish 2 ro- "spēcīgs, svēts, kam ir pārdabisks spēks".

Sengrieķu vārds σίδηρος , iespējams, aizgūts no tā paša avota, kur slāvu, ģermāņu un baltu sudraba vārdi.

Dabiskā dzelzs karbonāta (siderīta) nosaukums cēlies no lat. sidereus- zvaigžņots; Patiešām, pirmais dzelzs, kas nonāca cilvēku rokās, bija meteorītu izcelsmes. Varbūt šī sakritība nav nejauša. Jo īpaši sengrieķu vārds sideros (σίδηρος) par dzelzi un latīņu valodu sidus, kas nozīmē "zvaigzne", iespējams, ir kopīga izcelsme.

Izotopi

Dabiskā dzelzs sastāv no četriem stabiliem izotopiem: 54 Fe (izotopu daudzums 5,845%), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) un 58 Fe (0,282%). Ir zināmi arī vairāk nekā 20 nestabili dzelzs izotopi ar masas skaitļiem no 45 līdz 72, no kuriem stabilākie ir 60 Fe (pussabrukšanas periods pēc 2009. gadā atjauninātajiem datiem ir 2,6 miljoni gadu), 55 Fe (2,737 gadi), 59 Fe (44,495 dienas) un 52 Fe (8,275 stundas); atlikušo izotopu pussabrukšanas periods ir mazāks par 10 minūtēm.

Dzelzs izotops 56 Fe ir viens no stabilākajiem kodoliem: visi tālāk minētie elementi sabrukšanas rezultātā var samazināt saistīšanas enerģiju uz vienu nukleonu, un visi iepriekšējie elementi principā varētu samazināt saistīšanas enerģiju uz vienu nukleonu, izmantojot saplūšanu. Tiek uzskatīts, ka dzelzs beidz elementu sintēzes sēriju normālu zvaigžņu kodolos (sk. Dzelzs zvaigzne), un visi nākamie elementi var veidoties tikai supernovas sprādzienu rezultātā.

Dzelzs ģeoķīmija

Hidrotermālais avots ar dzelžainu ūdeni. Dzelzs oksīdi krāso ūdeni brūnā krāsā.

Dzelzs ir viens no visizplatītākajiem elementiem Saules sistēmā, īpaši uz sauszemes planētām, jo ​​īpaši uz Zemes. Ievērojama daļa sauszemes planētu dzelzs atrodas planētu kodolos, kur tās saturs tiek lēsts aptuveni 90%. Dzelzs saturs zemes garozā ir 5%, bet mantijā - aptuveni 12%. No metāliem dzelzs ir otrajā vietā aiz alumīnija, kas atrodas mizā. Tajā pašā laikā apmēram 86% no visa dzelzs atrodas kodolā un 14% - apvalkā. Dzelzs saturs ievērojami palielinās mafiskajos magmatiskos iežos, kur tas ir saistīts ar piroksēnu, amfibolu, olivīnu un biotītu. Dzelzs rūpnieciskā koncentrācijā uzkrājas gandrīz visu eksogēno un endogēno procesu laikā, kas notiek zemes garozā. Jūras ūdens satur dzelzi ļoti mazos daudzumos, 0,002-0,02 mg/l. Upju ūdenī tas ir nedaudz augstāks - 2 mg/l.

Dzelzs ģeoķīmiskās īpašības

Dzelzs vissvarīgākā ģeoķīmiskā iezīme ir vairāku oksidācijas stāvokļu klātbūtne. Dzelzs neitrālā formā - metāliskā - veido zemes kodolu, iespējams, atrodas mantijā un ļoti reti sastopams zemes garozā. Dzelzs dzelzs FeO ir galvenā dzelzs forma, kas atrodama apvalkā un garozā. Dzelzs oksīds Fe 2 O 3 ir raksturīgs zemes garozas augstākajām, visvairāk oksidētajām daļām, jo ​​īpaši nogulumiežiem.

Pēc kristāla ķīmiskajām īpašībām Fe 2+ jons ir tuvs Mg 2+ un Ca 2+ joniem - citiem galvenajiem elementiem, kas veido ievērojamu daļu no visiem zemes iežiem. Kristālu ķīmiskās līdzības dēļ daudzos silikātos dzelzs aizstāj magniju un daļēji kalciju. Šajā gadījumā dzelzs saturs mainīga sastāva minerālos parasti palielinās, pazeminoties temperatūrai.

Dzelzs minerāli

Ir zināms liels skaits rūdu un minerālu, kas satur dzelzi. Vislielākā praktiskā nozīme ir sarkanajai dzelzsrūdai (hematīts, Fe 2 O 3; satur līdz 70% Fe), magnētiskajai dzelzsrūdai (magnetīts, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; satur 72,4% Fe), brūnajai dzelzsrūdai vai limonīts (gētīts un hidrogoetīts, attiecīgi FeOOH un FeOOH·nH 2 O). Gētīts un hidrogoetīts visbiežāk sastopami izturīgās garozās, veidojot tā sauktās “dzelzs cepures”, kuru biezums sasniedz vairākus simtus metru. Tie var būt arī nogulumiežu izcelsmes, izkrituši no koloidālajiem šķīdumiem ezeros vai jūru piekrastes zonās. Šajā gadījumā veidojas oolīta jeb pākšaugu dzelzs rūdas. Tajos bieži sastopams vivianīts Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, kas veido melnus iegarenus kristālus un radiālus agregātus.

Arī dabā plaši izplatīti ir dzelzs sulfīdi - pirīts FeS 2 (sērs jeb dzelzs pirīts) un pirotīts. Tās nav dzelzsrūdas – sērskābes iegūšanai izmanto pirītu, un pirotīts bieži satur niķeli un kobaltu.

Krievija ieņem pirmo vietu pasaulē pēc dzelzsrūdas rezervēm. Dzelzs saturs jūras ūdenī ir 1·10–5 -1·10–8%.

Citi bieži sastopami dzelzs minerāli:

• Siderīts - FeCO 3 - satur aptuveni 35% dzelzs. Tam ir dzeltenīgi balta (piesārņojuma gadījumā ar pelēku vai brūnu nokrāsu) krāsa. Blīvums ir 3 g/cm³ un cietība ir 3,5-4,5 pēc Mosa skalas.
• Markazīts – FeS 2 – satur 46,6% dzelzs. Tas notiek dzeltenu, piemēram, misiņa, bipiramidālu rombveida kristālu veidā ar blīvumu 4,6–4,9 g / cm³ un cietību 5–6 pēc Mosa skalas.
• Lollingīts – FeAs 2 – satur 27,2% dzelzs un sastopams sudrabbaltu bipiramidālu rombisku kristālu veidā. Blīvums ir 7-7,4 g / cm³, cietība ir 5-5,5 pēc Mosa skalas.
• Mispikel - FeAsS - satur 34,3% dzelzs. Tas notiek baltu monoklīnisku prizmu veidā ar blīvumu 5,6–6,2 g / cm³ un cietību 5,5–6 pēc Mosa skalas.
• Melanterīts - FeSO 4 · 7H 2 O - dabā ir retāk sastopams un ir zaļi (vai piemaisījumu dēļ pelēki) monoklīniski kristāli ar stiklveida spīdumu un trausli. Blīvums ir 1,8-1,9 g/cm³.
• Vivianīts - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - sastopams zili pelēku vai zaļi pelēku monoklīnisku kristālu veidā ar blīvumu 2,95 g/cm³ un cietību 1,5-2 pēc Mosa skalas.

Papildus iepriekš aprakstītajiem dzelzs minerāliem ir, piemēram:

Galvenie noguldījumi

Saskaņā ar ASV Ģeoloģijas dienesta aprēķiniem (2011. gada aprēķins), pasaulē pierādītās dzelzsrūdas rezerves ir aptuveni 178 miljardi tonnu. Galvenās dzelzs atradnes atrodas Brazīlijā (1. vieta), Austrālijā, ASV, Kanādā, Zviedrijā, Venecuēlā, Libērijā, Ukrainā, Francijā, Indijā. Krievijā dzelzi iegūst Kurskas magnētiskajā anomālijā (KMA), Kolas pussalā, Karēlijā un Sibīrijā. Pēdējā laikā nozīmīgu lomu ieguvušas okeāna dibena atradnes, kurās dzelzs kopā ar mangānu un citiem vērtīgiem metāliem atrodas mezgliņos.

Kvīts

Rūpniecībā dzelzi iegūst no dzelzsrūdas, galvenokārt no hematīta (Fe 2 O 3) un magnetīta (FeO Fe 2 O 3).

Ir dažādi veidi, kā iegūt dzelzi no rūdām. Visizplatītākais ir domēna process.

Pirmais ražošanas posms ir dzelzs reducēšana ar oglekli domnā 2000 °C temperatūrā. Domnas krāsnī ogleklis koksa veidā, dzelzsrūda aglomerāta vai granulu veidā un plūsma (piemēram, kaļķakmens) tiek padots no augšas, un no apakšas tos sagaida piespiedu karstā gaisa plūsma.

Krāsnī ogleklis koksa veidā tiek oksidēts līdz oglekļa monoksīdam. Šis oksīds veidojas degšanas laikā skābekļa trūkuma gadījumā:

Savukārt oglekļa monoksīds samazina dzelzi no rūdas. Lai šī reakcija noritētu ātrāk, uzkarsēts oglekļa monoksīds tiek izvadīts caur dzelzs (III) oksīdu:

Kalcija oksīds savienojas ar silīcija dioksīdu, veidojot izdedžus - kalcija metasilikātu:

Izdedži, atšķirībā no silīcija dioksīda, tiek izkausēti krāsnī. Izdedži, vieglāki par dzelzi, peld uz virsmas - šī īpašība ļauj atdalīt izdedžus no metāla. Pēc tam izdedžus var izmantot celtniecībā un lauksaimniecībā. Domnas krāsnī ražotais kausētais dzelzs satur diezgan daudz oglekļa (čuguna). Izņemot gadījumus, kad čuguns tiek izmantots tieši, tam nepieciešama turpmāka apstrāde.

Lieko oglekli un citus piemaisījumus (sēru, fosforu) no čuguna atdala, oksidējot martena krāsnīs vai pārveidotājos. Leģēto tēraudu kausēšanai izmanto arī elektriskās krāsnis.

Papildus domnas procesam ir izplatīts arī tiešās dzelzs ražošanas process. Šajā gadījumā iepriekš sasmalcinātu rūdu sajauc ar īpašu mālu, veidojot granulas. Granulas tiek apdedzinātas un apstrādātas šahtas krāsnī ar karstiem metāna konversijas produktiem, kas satur ūdeņradi. Ūdeņradis viegli samazina dzelzi:

,

savukārt dzelzs nav piesārņots ar piemaisījumiem, piemēram, sēru un fosforu, kas ir parastie piemaisījumi akmeņoglēm. Dzelzi iegūst cietā veidā un pēc tam izkausē elektriskās krāsnīs.

Ķīmiski tīru dzelzi iegūst tās sāļu šķīdumu elektrolīzē.

Fizikālās īpašības

Polimorfisma fenomens ir ārkārtīgi svarīgs tērauda metalurģijā. Pateicoties kristāla režģa α-γ pārejām, notiek tērauda termiskā apstrāde. Bez šīs parādības dzelzs kā tērauda pamats nebūtu tik plaši izmantots.

Dzelzs ir vidēji ugunsizturīgs metāls. Standarta elektrodu potenciālu sērijā dzelzs stāv pirms ūdeņraža un viegli reaģē ar atšķaidītām skābēm. Tādējādi dzelzs pieder pie vidējas aktivitātes metāliem.

Dzelzs kušanas temperatūra ir 1539 °C, viršanas temperatūra ir 2862 °C.

Ķīmiskās īpašības

Raksturīgie oksidācijas stāvokļi

• Skābe brīvā formā neeksistē – ir iegūti tikai tās sāļi.

Dzelzs ir raksturīgas dzelzs oksidācijas pakāpes - +2 un +3.

Oksidācijas pakāpe +2 atbilst melnajam oksīdam FeO un zaļajam hidroksīdam Fe(OH) 2 . Tie ir elementāri. Sāļos Fe(+2) ir kā katjons. Fe(+2) ir vājš reducētājs.

Oksidācijas pakāpe +3 atbilst sarkanbrūnajam oksīdam Fe 2 O 3 un brūnajam hidroksīdam Fe(OH) 3. Tiem ir amfotērs raksturs, lai gan tie ir skābi, un to pamata īpašības ir vāji izteiktas. Tādējādi Fe 3+ joni tiek pilnībā hidrolizēti pat skābā vidē. Fe(OH) 3 izšķīst (un pat tad ne pilnībā) tikai koncentrētos sārmos. Fe 2 O 3 reaģē ar sārmiem tikai saplūšanas laikā, veidojot ferītus (skābes HFeO 2 formālos skābos sāļus, kas brīvā formā nepastāv):

Dzelzs (+3) visbiežāk uzrāda vājas oksidējošas īpašības.

Oksidācijas stāvokļi +2 un +3 viegli mainās viens ar otru, mainoties redoksēšanas apstākļiem.

Turklāt ir oksīds Fe 3 O 4, dzelzs formālais oksidācijas stāvoklis ir +8/3. Tomēr šo oksīdu var uzskatīt arī par dzelzs (II) ferītu Fe +2 (Fe +3 O 2) 2.

Ir arī oksidācijas pakāpe +6. Atbilstošais oksīds un hidroksīds brīvā formā nepastāv, bet tiek iegūti sāļi - ferāti (piemēram, K 2 FeO 4). Dzelzs (+6) tajos atrodas anjona veidā. Ferrāti ir spēcīgi oksidētāji.

Vienkāršas vielas īpašības

Uzglabājot gaisā temperatūrā līdz 200 °C, dzelzs pakāpeniski pārklājas ar blīvu oksīda plēvi, kas novērš tālāku metāla oksidēšanos. Mitrā gaisā dzelzs pārklājas ar irdenu rūsas slāni, kas netraucē skābekļa un mitruma piekļuvi metālam un tā iznīcināšanu. Rūsai nav nemainīga ķīmiskā sastāva, aptuveni tās ķīmisko formulu var uzrakstīt kā Fe 2 O 3 xH 2 O.

Dzelzs(II) savienojumi

Dzelzs(II) oksīdam FeO ir pamata īpašības, tam atbilst bāze Fe(OH) 2. Dzelzs (II) sāļiem ir gaiši zaļa krāsa. Uzglabājot, īpaši mitrā gaisā, tie kļūst brūni oksidēšanās dēļ līdz dzelzs (III). Tas pats process notiek, uzglabājot dzelzs(II) sāļu ūdens šķīdumus:

No dzelzs(II) sāļiem ūdens šķīdumos visstabilākais ir Mora sāls - dubultais amonijs un dzelzs(II) sulfāts (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.

Kālija heksacianoferāts(III) K3 (sarkanais asins sāls) var kalpot kā reaģents Fe 2+ joniem šķīdumā. Kad Fe 2+ un 3− joni mijiedarbojas, veidojas Turnboole zilas nogulsnes:

Dzelzs (II) kvantitatīvai noteikšanai šķīdumā izmanto fenantrolīnu Phen, kas veido sarkanu kompleksu FePhen 3 ar dzelzi (II) (maksimālā gaismas absorbcija - 520 nm) plašā pH diapazonā (4-9).

Dzelzs(III) savienojumi

Dzelzs(III) savienojumus šķīdumos reducē metāliskais dzelzs:

Dzelzs(III) spēj veidot dubultsulfātus ar atsevišķi uzlādētiem katjoniem, piemēram, alaunu, piemēram, KFe(SO 4) 2 - dzelzs-kālija alauns, (NH 4)Fe(SO 4) 2 - dzelzs-amonija alauns utt. .

Dzelzs(III) savienojumu kvalitatīvai noteikšanai šķīdumā izmanto Fe 3+ jonu kvalitatīvu reakciju ar SCN − tiocianāta joniem. Fe 3+ joniem mijiedarbojoties ar SCN − anjoniem, veidojas spilgti sarkanu dzelzs tiocianāta kompleksu 2+ , + , Fe(SCN) 3 , - maisījums. Maisījuma sastāvs (un līdz ar to arī tā krāsas intensitāte) ir atkarīgs no dažādiem faktoriem, tāpēc šī metode nav izmantojama precīzai dzelzs kvalitatīvai noteikšanai.

Vēl viens augstas kvalitātes reaģents Fe 3+ joniem ir kālija heksacianoferāts(II) K 4 (dzeltenais asins sāls). Kad Fe 3+ un 4− joni mijiedarbojas, veidojas spilgti zilas Prūsijas zilās nogulsnes:

Dzelzs(VI) savienojumi

Ferātu oksidējošās īpašības tiek izmantotas ūdens dezinfekcijai.

Dzelzs savienojumi VII un VIII

Ir ziņojumi par dzelzs (VIII) savienojumu elektroķīmisko sagatavošanu. , , , tomēr nav neatkarīgu pētījumu, kas apstiprinātu šos rezultātus.

Pieteikums

Dzelzs rūda

Dzelzs ir viens no visvairāk izmantotajiem metāliem, kas veido līdz pat 95% no pasaules metalurģijas ražošanas.

• Dzelzs ir galvenā tēraudu un čuguna sastāvdaļa - svarīgākie konstrukcijas materiāli.
• Dzelzs var būt daļa no sakausējumiem, kuru pamatā ir citi metāli, piemēram, niķelis.
• Magnētiskais dzelzs oksīds (magnetīts) ir svarīgs materiāls datoru ilgtermiņa atmiņas ierīču ražošanā: cietie diski, disketes utt.
• Īpaši smalks magnetīta pulveris tiek izmantots daudzos melnbaltos lāzerprinteros, kas sajaukti ar polimēru granulām kā toneri. Tas izmanto gan magnetīta melno krāsu, gan tā spēju pielipt pie magnetizētā pārneses veltņa.
• Vairāku dzelzs sakausējumu unikālās feromagnētiskās īpašības veicina to plašo izmantošanu elektrotehnikā transformatoru un elektromotoru magnētiskajiem serdeņiem.
• Dzelzs(III) hlorīds (dzelzs hlorīds) tiek izmantots radioamatieru praksē iespiedshēmu plates kodināšanai.
• Dzelzs sulfāta heptātu (dzelzs sulfātu), kas sajaukts ar vara sulfātu, izmanto kaitīgo sēņu apkarošanai dārzkopībā un celtniecībā.
• Dzelzs tiek izmantots kā anods dzelzs-niķeļa akumulatoros un dzelzs-gaisa akumulatoros.
• Dzelzs un dzelzs hlorīdu, kā arī tā sulfātu ūdens šķīdumi tiek izmantoti kā koagulanti dabas un notekūdeņu attīrīšanas procesos rūpniecības uzņēmumu ūdens attīrīšanā.

Dzelzs bioloģiskā nozīme

Dzīvos organismos dzelzs ir svarīgs mikroelements, kas katalizē skābekļa apmaiņas (elpošanas) procesus. Pieauguša cilvēka organismā ir aptuveni 3,5 grami dzelzs (apmēram 0,02%), no kuriem 78% ir galvenais asins hemoglobīna aktīvais elements, pārējais ir daļa no citu šūnu enzīmiem, katalizējot elpošanas procesus šūnās. Dzelzs deficīts izpaužas kā organisma slimība (hloroze augiem un anēmija dzīvniekiem).

Parasti dzelzs iekļūst fermentos kompleksa veidā, ko sauc par hemu. Jo īpaši šis komplekss atrodas hemoglobīnā, kas ir vissvarīgākais proteīns, kas nodrošina skābekļa transportēšanu asinīs uz visiem cilvēku un dzīvnieku orgāniem. Un tieši viņš krāso asinis tai raksturīgajā sarkanajā krāsā.

Dzelzs kompleksi, kas nav hēms, ir atrodami, piemēram, enzīmā metāna monooksigenāze, kas oksidē metānu līdz metanolam, svarīgajā enzīmā ribonukleotīdu reduktāzē, kas ir iesaistīta DNS sintēzē.

Neorganiskie dzelzs savienojumi ir atrodami dažās baktērijās, un dažreiz tās izmanto, lai fiksētu gaisa slāpekli.

Dzelzs dzīvnieku un cilvēku organismā nonāk ar pārtiku (bagātīgākās tajā ir aknas, gaļa, olas, pākšaugi, maize, graudaugi, bietes). Interesanti, ka spināti savulaik kļūdas dēļ tika iekļauti šajā sarakstā (analīzes rezultātu drukas kļūdas dēļ - tika pazaudēta “papildu” nulle pēc komata).

Pārmērīgai dzelzs devai (200 mg vai lielāka) var būt toksiska iedarbība. Dzelzs pārdozēšana nomāc organisma antioksidantu sistēmu, tāpēc veseliem cilvēkiem nav ieteicams lietot dzelzs preparātus.

Piezīmes

1. Ķīmiskā enciklopēdija: 5 sējumos / Redakciju kolēģija: Knunyants I. L. (galvenais redaktors). - M.: Padomju enciklopēdija, 1990. - T. 2. - P. 140. - 671 lpp. - 100 000 eksemplāru.
2. Karapetjants M. Kh., Drakins S. I. Vispārējā un neorganiskā ķīmija: mācību grāmata universitātēm. - 4. izdevums, dzēsts. - M.: Ķīmija, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, lpp. 529
3. M. Vasmers. Krievu valodas etimoloģiskā vārdnīca. - Progress. - 1986. - T. 2. - P. 42-43.
4. Trubačovs O.N. Slāvu etimoloģijas. // Slāvu valodniecības jautājumi, 1957. gada 2. nr.
5. Boriss V. Słownik etymologicny języka polskiego. - Krakova: Wydawnictwo Literackie. - 2005. - P. 753-754.
6. Valds A. Lateinisches etymologisches Wörterbuch. - Kārļa Vintera Universitätsbuchhandlung. - 1906. - 285. lpp.
7. Meie A.Ģermāņu valodu grupas galvenās iezīmes. - URSS. - 2010. - 141. lpp.
8. Matasovičs R.Ķeltu proto etimoloģiskā vārdnīca. - Brils. - 2009. - 172. lpp.
9. Mallory, J.P., Adams, D.Q. Indoeiropiešu kultūras enciklopēdija. - Ficrojs-Dīrborns. - 1997. - 314. lpp.
10. "Jauns 60 Fe pusperioda mērījums". Fiziskās apskates vēstules 103 : 72502. DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.072502 .
11. G. Audi, O. Bersilons, J. Blahots un A. H. Vapstra (2003). "NUBASE kodolenerģijas un sabrukšanas īpašību novērtējums." Kodolfizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
12. Ju. M. Širokovs, N. P. Judins. Kodolfizika. Maskava: Nauka, 1972. Nodaļa Kodoltelpas fizika.
13. R. Ripāns, I. Četjanu. Neorganiskā ķīmija // Nemetālu ķīmija = Chimia metalelor. - Maskava: Mir, 1972. - T. 2. - P. 482-483. - 871 lpp.
14. Zelts un dārgmetāli
15. Metalurģija un tērauda termiskā apstrāde. Atsauce ed. 3 sējumos / Red. M. L. Beršteins, A. G. Rahštate. - 4. izdevums, pārskatīts. un papildu T. 2. Termiskās apstrādes pamati. 2 grāmatās. Grāmata 1. M.: Metalurģija, 1995. 336 lpp.
16. T. Takahashi & W.A. Bassett, "Dzelzs augstspiediena polimorfs", Zinātne, sēj. 145 #3631, 1964. gada 31. jūlijs, 483.–486. lpp.
17. Šilts A. 1,10-fenantrolīna un saistīto savienojumu analītiskais pielietojums. Oksforda, Pergamon Press, 1969.
18. Lurie Yu. Yu. Analītiskās ķīmijas rokasgrāmata. M., Ķīmija, 1989. 297. lpp.
19. Lurie Yu. Yu. Analītiskās ķīmijas rokasgrāmata. M., Ķīmija, 1989, 315. lpp.
20. Brouwer G. (red.) Neorganiskās sintēzes rokasgrāmata. sēj. 5. M., Mir, 1985. 1757.-1757.lpp.
21. Remijs G. Neorganiskās ķīmijas kurss. 2. sēj. M., Mir, 1966. 309. lpp.
22. Kiseļevs Ju.M., Kopeļevs N.S., Špicins V.I., Martiņenko L.I. Okvalentais dzelzs // Dokl. PSRS Zinātņu akadēmija. 1987. T.292. 628.-631.lpp
23. Perfilyev Yu. D., Kopelev N. S., Kiselev Yu. M., Spitsyn V. I. Mössbauer pētījums par astoņvērtīgo dzelzi // Dokl. PSRS Zinātņu akadēmija. 1987. T.296. C.1406-1409
24. Kopeļevs N.S., Kiseļevs Ju.M., Perfiļjevs Ju.D. Mossbauer spektroskopija oksokompleksu dzelzs augstākos oksidācijas stāvokļos // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1992. V.157. R.401-411.
25. “Enerģijas un barības vielu fizioloģisko vajadzību normas dažādām Krievijas Federācijas iedzīvotāju grupām” MR 2.3.1.2432-08

Avoti (sadaļā Vēsture)

• G. G. Giorgadze."Anitas teksts" un daži jautājumi par hetu agrīno vēsturi
• R. M. Abramišvili. Jautājumā par dzelzs attīstību Austrumdžordžijas teritorijā, VGMG, XXII-B, 1961.g.
• Khakhutaishvili D.A. Par senās Kolčas dzelzs metalurģijas vēsturi. Senās vēstures jautājumi (Kaukāza-Tuvo Austrumu kolekcija, 4. izdevums). Tbilisi, 1973. gads.
• Hērodots."Vēsture", 1:28.
• Homērs."Iliāda", "Odiseja".
• Virgilijs."Eneida", 3:105.
• Aristotelis."Par neticamām baumām", II, 48. VDI, 1947, Nr. 2, 327. lpp.
• Lomonosovs M.V. Pirmie metalurģijas pamati.

Skatīt arī

• Kategorija: Dzelzs savienojumi

Saites

• Slimības, ko izraisa dzelzs deficīts un pārpalikums cilvēka organismā

D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskā sistēma
																						Fe

Tas ir viens no visizplatītākajiem elementiem zemes garozā.

Dzelzs fizikālās īpašības.

Dzelzs- kaļams metāls sudrabaini baltā krāsā ar augstu ķīmisko izturību. Tas labi panes augstu temperatūru un mitrumu. Ātri izbalē (rūsē) gaisā un ūdenī. Ļoti elastīgs, viegli kaļams un velmējams. Tam ir laba siltuma un elektriskā vadītspēja, un tas ir lielisks feromagnēts.

Dzelzs ķīmiskās īpašības.

Dzelzs pārejas metāls. Tam var būt +2 un +3 oksidācijas pakāpe. Reaģē ar ūdens tvaikiem:

3 Fe + 4 H 2 O = Fe 3 O 4 + 4 H 2 .

Bet mitruma klātbūtnē dzelzs rūsē:

4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Fe(Ak!) 3 .

2 Fe + 3 Cl 2 = 2 FeCl 3 .

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 .

Koncentrētas skābes aukstumā pasīvā dzelzi, bet karsējot izšķīst:

2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Dzelzs hidroksīds (II) tiek iegūts, sārmam iedarbojoties uz dzelzs (II) sāļiem bez skābekļa pieejamības:

F 2 SO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 + Na 2 SO 4.

Veidojas baltas nogulsnes, kas ātri oksidējas gaisā:

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

Šis hidroksīds ir amfotērisks; karsējot, tas izšķīst sārmos, veidojot heksahidroferātu:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3.

Dzelzs formas divi kompleksie dzelzs sāļi:

• Dzeltenais asins sāls K 4 [ Fe(CN) 6 ];
• Sarkanais asins sāls K 3 [ Fe(CN) 6 ].

Šie savienojumi ir kvalitatīvi dzelzs jonu noteikšanai. Savienojums Prūšu zils:

K 4 + Fe 2+ = KFe III + 2K +.

Dzelzs izmantošana.

Dzelzs ir būtiska elpošanas procesa sastāvdaļa. Tas ir daļa no asins hemoglobīna un ir iesaistīts skābekļa pārnešanā no plaušām uz audiem. Dabā dzelzs ir atrodams rūdās un minerālos.