Tabel lei - fier (ferrum)

Structura cristalului:
cub centrat pe cub

Fierul (ferrum latin), adică un element chimic al grupului sistemului periodic al lui 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 pentru prima oară când o persoană a întâlnit meteoritul G., după cum o demonstrează numele în limbile vechilor popoare: vechiul egiptean "Beni-pet" înseamnă "fier ceresc"; 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.). G. participă activ la procesele ignifuge, hidrotermale și hipergenice, care sunt asociate cu formarea diferitelor tipuri de depozite. 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+ și ușor migreaza și la întâlnirea 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. Aceasta determină colorarea multor roci sedimentare și a denumirii lor - "formarea în roșu" (argilă roșie și brună, argile, 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 sub forma a două laturi cristaline: a - și g - centrată pe corp cubică (bcc) și cubică centrat pe față (fcc). Până la 910 ° C, a - fe este stabil cu o latură bcc (a = 2,86645 å la 20 ° C). Între 910 ° C și 1400 ° C, modificarea g cu o latură fcc este stabilă (a = 3,64 å). Peste 1400 ° C, o latură bcc d -fe (a = 2,94 å), stabilă până la punctul de topire (1539 ° C). a-fe este feromagnetic până la 769 ° C (punctul Curie). Modificările g -fe și d -fe sunt paramagnetice.

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) - fragilitate 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 å

Radiții ionice fe 2+ o, 80 å, fe 3+ o, 67 å

Densitate (20 ° C) 7,84 g / cm3

t la aproximativ 3200 ° C

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; căldura specifică medie (0-1000 o c) 640,57 J / (kg · K) [0,153 cal / (g · deg)].

Rezistență electrică specifică (20 ° C)

Coeficientul de rezistență electrică

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

Elongația relativă de 45-55%

Duritatea Brinell este de 350-450 MN / m 2

Puterea de randament de 100 MN / m 2 [10 kgf / mm 2]

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

Configurația carcasei de electroni exterioare a atomului este fe 3 d 6 4s 2. G. prezintă valență variabilă (compușii cei mai stabili sunt G. și 3-valenți). Oxigenul formează oxigen, oxigen, fe2O3 și oxid de oxid fe3o4 (un compus feo cu fe2o3 având structură de spinel). În aerul umed, la temperatura obișnuită, fierul este acoperit cu rugina vărsat (fe 2 o 3 n h 2 o). 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, diferite tipuri de coroziune milioane de tone J. G. Atunci când încălzirea în aer uscat se pierd anual peste 200 ° C, este acoperit cu cel mai subțire pelicula de oxid, care protejează metalul de coroziune la temperaturi obișnuite; aceasta este baza metodei tehnice de protejare a lui J. - Bloom. Când se încălzește în vapori de apă, fierul se oxidează pentru a forma fe 3 o 4 (sub 570 ° C) sau feo (peste 570 ° C) și eliberarea de hidrogen.







Hidroxizi fe (oh) 2 este format ca un precipitat alb prin acțiunea alcaline caustice sau amoniac în soluții apoase fe 2+ săruri într-o atmosferă de hidrogen sau azot. In contact cu aerul fe (oh) 2 primul verde, apoi se închide la culoare în sfârșit rapid și devine roșu-brun hidroxid fe (oh) 3. nitros feo prezintă proprietăți de bază. Oxid de cel puțin 3 amfoteric și are o funcție slabă exprimată a acidului; reacția cu mai mulți oxizi de bază (de exemplu, MgO), se formează din ferită - compuși de tip fe 2 o 3 · n meo, având proprietăți feromagnetice și este utilizat pe scară largă în domeniul electronicii. Proprietățile acide sunt exprimate și 6-valent J. existente sub formă de ferat, de exemplu k 2 feo 4. Sărurile nu sunt izolate într-un fier stare de acid liber.

J. reacționează ușor cu halogeni și halogenuri de hidrogen, care dau săruri, de exemplu cloruri de FeCh FeCI2 și 3. Când este încălzit cu sulf J. fes format sulfurilor și carburilor fes 2. J. - fe c 3 (cementita) și fe 2 c (e - carbură) - renunțarea la soluții solide de carbon în fier la răcire. fe 3 c este de asemenea eliberat din soluții de carbon în fier lichid la concentrații ridicate C. Azot, ca și carbonul, dă soluții solide cu soluții solide; din care se disting nitrurile fe 4 n și fe 2 n. Cu hidrogen, J dă numai hidruri cu stabilitate scăzută, a căror compoziție nu este exact stabilită. Când este încălzit J. reacționează puternic cu siliciu și fosfor, formând o siliciură (de exemplu, fe 3 si) si fosfuri (de exemplu, fe 3 p).

Interacțiunea fierului cu acidul azotic este particulară. Hno 3 concentrat (densitate 1,45 g / cm3) pasivează H. ca urmare a apariției pe suprafața sa a unui film de oxid de protecție; un hno 3 mai diluat dizolvă H. cu formarea ionilor de Fe 2+ sau Fe 3+. restabilind la mh 3 sau n 2 o și n 2.

Soluțiile de săruri ale fierului 2-valenți în aer sunt instabile - fe2 + este oxidată treptat la fe3 +. Soluțiile apoase ale sărurilor lui G. datorate hidrolizei au o reacție acidă. Adăugarea la soluție o sare tiocianat ioni Fe3 + NCS - sânge dă o culoare roșie strălucitoare datorită apariției fe (NCS) 3. care permite deschiderea în prezența a 1 parte fe 3+ 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 cauzează o întârziere în creșterea și cloroza 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. Dacă există lipsă sau exces în solurile compușilor asimilați, boala plantelor poate fi observată în zone mari.

La animale si om J. provine din alimente (cel mai bogat în ficat lor, carne, ouă, fasole, pâine, cereale, spanac, sfecla). În mod normal, o persoană primește 60-110 mg de grăsimi cu o dietă care depășește în mod semnificativ necesarul zilnic. 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 măduva osoasă pigment respirator hemoglobina, mușchi - mioglobina, citocromii în diferite țesuturi și alte enzime cu conținut de fier .. Excretați J. din organism, în principal prin peretele intestinului gros (la oameni aproximativ 6-10 mg pe zi) și într-o mică măsură prin rinichi. Nevoia organismului de schimbare a oxigenului cu vârsta și starea fizică. Este necesară o greutate de 1 kg pentru copii - 0,6, pentru adulți - 0,1 și pentru gravide - 0,3 mg de grăsimi pe zi. 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 200 mg, 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, fe 55 și 59 fe) sunt utilizate ca indicatori 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; prieten j. n. fier în antichitate, l., 1926; franc e. b. franceză de fier vechi, camb. (masă), 1950; lister r. lucrări decorative din fier forjat în Marea Britanie, l. 1960.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: