Fierul - masa lui Mendeleev - catalogul elementelor chimice - masa lui Mendeleev

Fierul (Ferrum latin), Fe, un element chimic al grupului VIII al sistemului periodic Mendeleyev; numărul atomic 26, greutatea atomică 55.847; strălucitor metal alb argintiu. Elementul în natură este format din patru izotopi stabili: 54 Fe (5,84%), 56 Fe (91,68%), 57 Fe (2,17%) și 58 Fe (0,31%).







Istoric istoric. Jacques era cunoscut în timpurile preistorice, dar utilizarea pe scară largă a găsit mult mai târziu, adică. A. în stare liberă se găsește în natură sunt extrem de rare, si obtinerea-l din minereuri a devenit posibilă numai la un anumit nivel de dezvoltare tehnologică. Probabil prima persoana sa întâlnit cu Jean de meteoriți așa cum reiese numele în limbile popoarelor antice: antic egiptean „Beni animale de companie“ înseamnă „fier cerului“; Siderosurile grecești vechi sunt asociate cu sidusul latin (genitive case sideris) - o stea, un corp ceresc. În textele hititice din secolul al XIV-lea. BC. e. este menționat despre J. ca un metal căzut de pe cer. În Romance limbi a păstrat rădăcina numele dat de romani (de exemplu, franceză! Fer, Ferro italiană).

Prevalența în natură. Conform conținutului în litosferă (4,65% din masă), Zh este al doilea dintre metale (pe primul aluminiu). Migrează viguros în crusta, formând aproximativ 300 de minerale (oxizi, sulfuri, silicați, carbonați, titanați, fosfați și alții asemenea. D.). J. ia parte activă în procesele magmatice, supragenice și hidrotermale, care sunt asociate cu formarea de diferite tipuri de domeniile sale (sm.Zheleznye minereu). Zh - adâncimi de metal pământ, se acumulează etapele de cristalizare, în ultrabasic (9.85%) și mai mare (8,56%) roci (în granitului ea doar 2,7%). În biosferă, G. se acumulează în multe sedimente marine și continentale, formând minereuri sedimentare.

Un rol important este jucat în geochimie J. reacții redox - tranziția 2-valent Zh 3-valent și înapoi. În biosferă, în prezența substanțelor organice Fe 3+ se reduce la Fe 2+ si usor migreaza, iar atunci când se ocupă cu Fe 2+ este oxidat de oxigenul din aer, formând acumulări hidroxizi 3-valent J. larg 3-valent compuși comuni J. au roșu, galben, maro culoare. Acest lucru determină culoarea multor roci sedimentare și numele lor - „formarea de culoare roșie“ (roșu și lutoase maro și argilă, nisip galben, etc ...).

Proprietăți fizice și chimice. Valoarea fierului în tehnologia modernă este determinată nu numai de distribuția sa largă în natură, ci și de o combinație de proprietăți foarte valoroase. Este din material plastic, ușor de forjat atât în ​​stare rece, cât și în stare de încălzire, este supus laminării, ștanțării și desenării. Abilitatea de a dizolva carbon și alte elemente servește ca bază pentru obținerea unei varietăți de aliaje de fier.

G. poate exista ca două laturi cristaline: corpul cubic centrat pe corpul a și g și cubul centrat pe față (fcc). Până la 910 ° C, a-Fe este stabil cu o rețea de bcc (a = 2,86645 ° la 20 ° C). Între 910 ° C și 1400 ° C, modificarea g este stabilă cu o rețea fcc (a = 3,64). La peste 1400 ° C, se formează din nou banda dc-bcc (a = 2,94), stabilă la punctul de topire (1539 ° C). a - Fe este feromagnetic până la 769 ° C (punctul Curie). Modificarea g-Fe și d-Fe este paramagnetic.

Proprietățile fizice ale minereului de fier depind de puritatea sa. În fierul industrial, fierul este, în general, însoțit de impurități de carbon, azot, oxigen, hidrogen, sulf și fosfor. Chiar și la concentrații foarte scăzute, aceste impurități modifică puternic proprietățile metalului. Deci, sulful provoacă așa-numitele. fragilității. fosfor (chiar 10 - 20% P) - gâtul la rece; carbon și azot reduc ductilitatea. și hidrogenul mărește fragilitatea fierului (așa-numita fragilitate a hidrogenului). Reducerea conținutului de impurități la 10 - 7 - 10 - 9% duce la modificări semnificative ale proprietăților metalului, în special la o creștere a ductilității.

Raza atomică 1.26

Ratiuni ionice de Fe 2+ O, 80. Fe 3+ O, 67

Densitate (20 ° C) 7,84 g / cm3

tkip aproximativ 3200 o С

Coeficient de temperatură de expansiune liniară (20 ° C) 11,7 · 10 -6

Conductivitate termică (25 ° C) 74.04 W / (m · K)

Capacitatea de căldură a fierului depinde de structura sa și variază în mod complex cu temperatura; caldura specifica medie (0-1000 ° C) 640,57 J / (kg · K) [0,153 cal / (g · deg)].

Rezistență electrică specifică (20 ° C)

9,7 · 10 -8 Ω · m [9,7 · 10 -6 Ω · cm]

Coeficientul de rezistență electrică

(0-100 ° C) 6,51 · 10-3

Modulul lui Young este de 190-210 · 10 3 MN / m. 2

Coeficientul de temperatură al modulului Young

Modulul de forfecare este 84,0 · 10 3 MN / m 2 [8,4 · 10 3 kgf / mm 2]

Rezistență la tracțiune pe termen scurt

170-210MN / m 2 [17-21 kg / mm2]

Elongația relativă de 45-55%

Duritatea Brinell este de 350-450 MN / m 2

? Rezistența la randament de 100MN / m 2 [10 kgf / mm 2]

Rezistența la impact 300 MN / m 2 [30 kgs / mm 2]

Configurația carcasei de electroni exterioare a Fe 3d 6 4s 2 atom. G. prezintă valență variabilă (compușii cei mai stabili sunt G. și 3-valenți). Oxigenul formează oxigenul cu FeO, oxidul de Fe2O3 și oxidul de oxid Fe3O4 (un compus FeO cu Fe2O3, având o structură de spinel). În aerul umed, la temperatura obișnuită, G este acoperit cu rugină neuniformă (Fe2O3 · nH2O). Datorită porozității sale, rugina nu împiedică accesul oxigenului și a umezelii la metal și, prin urmare, nu îl împiedică de o oxidare ulterioară. Ca urmare a diferitelor tipuri de coroziune, milioane de tone de fier se pierd anual (vezi Coroziunea metalelor). Când fierul este încălzit în aer uscat peste 200 ° C, acesta este acoperit cu o peliculă de oxid foarte subțire, care protejează metalul împotriva coroziunii la temperaturi obișnuite; aceasta este baza metodei tehnice de protejare a lui J. - Bloom. Când este încălzit în vapori de apă, fierul se oxidează pentru a forma Fe3O4 (sub 570 ° C) sau FeO (peste 570 ° C) și eliberarea de hidrogen.







Hidroxidul Fe (OH) 2 este format ca un precipitat alb sub acțiunea alcalinelor caustice sau a amoniacului pe soluții apoase de săruri de Fe 2+ într-o atmosferă de hidrogen sau azot. Când vine în contact cu aerul, Fe (OH) 2 devine mai întâi verde, apoi devine negru și, în cele din urmă, trece rapid în hidrogenul roșu-roșu (OH) 3. Oxidul de FeO prezintă proprietăți de bază. Oxidul de Fe2O3 este amfoteric și are o funcție slab exprimată a acidului; reacționând cu mai mulți oxizi de bază (de exemplu, cu MgO), formează ferită - compuși de tip Fe2O3 · n MeO, care au proprietăți feromagnetice și sunt utilizate pe scară largă în electronica radio. Proprietățile acide sunt, de asemenea, exprimate într-un fier 6-valent, existent sub formă de ferați, de exemplu, K2 FeO4. săruri care nu sunt izolate în stare liberă de acid feric.

G. reacționează ușor cu halogeni și halogenuri de hidrogen, dând săruri, de exemplu, cloruri de FeCI2 și FeCI3. Atunci când Si și Si sunt încălzite, se formează sulfuri FeS și FeS2. Carbidele G - Fe3C (cementite) și Fe2C (e-carbură) - se scot din soluții solide de carbon în fier prin răcire. De asemenea, Fe3C este eliberat din soluții de carbon în fier lichid la concentrații ridicate. C. Azot, ca și carbonul, dă soluții solide cu soluții solide; Dintre acestea, se separă nitrurile Fe4N și Fe2N. Numai hidrurile cu stabilitate scăzută cu hidrogen sunt date cu hidrogen, a cărui compoziție nu este exact stabilită. Când este încălzit, J reacționează puternic cu siliciu și fosfor, formând siliciuri (de exemplu Fe3Si) și fosfide (de exemplu, Fe3P).

Potențialul electrodului normal în soluțiile apoase ale sărurilor sale pentru reacție

este -0,44 V, și pentru reacție

este egală cu 0,036 v. Astfel. în seria de activități, J. este la stânga hidrogenului. Se dizolvă ușor în acizii diluați cu evoluția H2 și formarea ionilor de Fe2 +.

Interacțiunea fierului cu acidul azotic este particulară. HNO3 concentrat (densitate 1,45 g / cm3) pasivează H. ca urmare a apariției pe suprafața sa a unui film de oxid de protecție; HNO3 mai diluat dizolvă fierul cu formarea ionilor de Fe 2+ sau Fe 3+. se recuperează până la MH3 sau N2O și N2.

Soluțiile sărurilor de fier 2-valenți în aer sunt instabile - Fe 2+ este oxidat treptat la Fe 3+. Soluțiile apoase ale sărurilor lui G. datorate hidrolizei au o reacție acidă. Adăugarea de ioni tiocianat SCN la soluțiile de săruri Fe 3+ dă o culoare roșie sanguină luminată datorită apariției Fe (SCN) 3. care permite descoperirea prezenței a 1 parte Fe 3+ în aproximativ 10 6 părți apă. Formarea compușilor complexi este caracteristică fierului.

Recepție și aplicare. Fierul pur este produs în cantități relativ mici prin electroliza soluțiilor apoase ale sărurilor sale sau prin reducerea oxizilor cu hidrogen. Se dezvoltă o metodă de producere directă a fierului din minereuri prin electroliza topiturilor. Treptat, producția de fier suficient de pur se mărește prin reducerea directă a concentrațiilor de minereu de hidrogen, gaz natural sau cărbune la temperaturi relativ scăzute.

Pe baza materialelor, se creează materiale care pot rezista la temperaturi ridicate și joase, presiuni în vid și presiuni ridicate, medii agresive, tensiuni alternante ridicate, radiații nucleare etc. Producția de fier și aliajele sale crește constant. În 1971, 89,3 milioane de tone de fontă și 121 milioane de tone de oțel au fost topite în URSS.

? L. A. Shvartsman, L. V. Vanyukova.

Fier ca material artistic folosit încă din antichitate în Egipt (suport pentru capul lui Tutankhamon despre Fives, la mijlocul secolului al 14-lea. Muzeul î.Hr. Ashmolean E., Oxford), Mesopotamia (pumnale găsit lângă Carchemișului 500 î.Hr. E. British Museum , Londra), India (coloana de fier din Delhi, 415). Inca din Evul Mediu au supraviețuit numeroase produse extrem de artistice de J. în Europa (Anglia, Franța, Italia, Rusia, și altele.) - gard din fier forjat, usi balamale, console de perete, weathervanes, lăzi din fier forjat, svettsy. Forjata prin produse din tije și articole de tablă striată J. (adesea cu o captuseala micacee) forme diferite plane, o siluetă grafică liniară clară și ecranate în mod eficient pentru fundal aer lumină. În secolul XX. G. Utilizat pentru a realiza grătare, garduri, pereți despărțitori interiori, sfeșnice, monumente.

Fier în corp. G. este prezent în organismele tuturor animalelor și plantelor (în medie aproximativ 0,02%); este necesară în special pentru schimbul de oxigen și procesele oxidative. Există organisme (așa-numitele concentratori) care o pot acumula în cantități mari (de exemplu, bacterii de fier - până la 17-20% fier). Aproape toate animalele din organismele animalelor și plantelor sunt asociate cu proteine. Lipsa de fier provoacă o întârziere a creșterii și fenomenul de cloroză a plantelor. asociată cu o formare redusă de clorofilă. Un efect dăunător asupra dezvoltării plantelor este, de asemenea, exercitat de excesul de G. cauzând, de exemplu, sterilitatea florilor de orez și a clorozei. În solurile alcaline, compușii Zh sunt inaccesibili pentru asimilarea prin rădăcini de plante, iar plantele nu o primesc în cantități suficiente; în solurile acide J. se transformă în compuși solubili în exces. Atunci când există o lipsă sau un exces în solurile compușilor asimilați, boala plantelor poate fi observată în zone semnificative (vezi provinciile biogeochimice).

La animale si om J. provine din alimente (cel mai bogat în ficat lor, carne, ouă, fasole, pâine, cereale, spanac, sfecla). In mod normal, o persoană primește o rație de 60-110 mg J. depășește cu mult cerința zilnică. Absorbția de alimente care intră J. apare în partea superioară a intestinului subțire, în cazul în care este în formele legate de proteine ​​intră în sânge și este transportat de sânge la diferite organe și țesuturi, unde depozitate sub forma unui ZH.- complex de proteine ​​- feritina. Depozitul principal din organism este ficatul și splina. Due J. feritina este sintetizat tot corpul compusi de fier: este sintetizat în pigmentgemoglobin respirație de măduvă osoasă. în mușchi - mioglobină. în diferite țesuturi de citocromi, etc. enzime conținând fier. Cu condiția J. excretată în principal prin peretele intestinului gros (la om, de aproximativ 6-10 mg pe zi) și într-o mică măsură, prin rinichi. Nevoia organismului de schimbare a oxigenului cu vârsta și starea fizică. 1 kg de greutate necesare pentru copii - 0,6, adulți - 0.1 și gestante - 0,3 mg pe zi. Zh Animalele au nevoie de Zh este de aproximativ (1 kg dietă materie uscată): pentru vacile de lapte - cel puțin 50 mg, pentru creștere - 30-50 mg pentru purcei - până la 200mg, pentru gestanți porcine - 60 mg.

In medicina, produse farmaceutice, J. (J. redus lactat glicerofosfat J. sulfat 2-valent comprimat J. Blo, soluție malic J. Feramid, gemostimulin și colab.) Este utilizat în tratamentul bolilor care implică J. dezavantaj în organism (deficit de fier anemie ), precum și ca mijloace de recuperare (după bolile infecțioase transferate, etc.). Izotopi Zh (52 Fe, 55 Fe și 59 Fe) este utilizat ca un indicator atunci când cercetarea biomedicală și diagnosticarea tulburărilor sanguine (anemie, leucemie, policitemia și colab.).

??Lit.: General Metalurgie, Moscova, 1967; Nekrasov B. V. Fundamentele Chimiei Generale, vol. 3, M. 1970; Remi G. Curs chimie anorganică, trans. cu el. t. 2, M. 1966; Brief Enciclopedia Chemică, vol. 2, M. 1963; Levinson, NR [Articole din metale neferoase și din metale feroase], în carte. Artă decorativă rusă, vol. 1-3, M. 1962-65; Vernadsky VI Eseuri biogeochimice. 1922-1932, M. - L. 1940; Granik S. Schimb de fier la animale și plante, în colecție: oligoelemente, per. cu engleza. M. 1962; Dickson M. Webb F. Enzymes, trans. cu engleza. M. 1966; Neogi P. Fier în India antică, Calcutta, 1914; Prietenul J. N. Iron în antichitate, L., 1926; Frank E. B. Vechimea franceză veche, Camb. (Mass.), 1950; Lister R. Foi decorative din fier forjat în Marea Britanie, L. 1960.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: