Właściwości chemiczne i fizyczne żelaza, zastosowanie

Żelazo jest uważane za jeden z najczęstszych metali w skorupie ziemskiej po aluminium. Jego właściwości fizyczne i chemiczne są takie, że ma doskonałe przewodnictwo elektryczne, przewodność cieplną i ciągliwość, ma srebrzystobiały kolor i wysoką reaktywność chemiczną, aby szybko korodować w wysokiej wilgotności lub wysokich temperaturach. Będąc w stanie drobno rozproszonym, płonie czystym tlenem i samozapłonem w powietrzu.

Początek historii żelaza

W trzecim tysiącleciu pne. e. ludzie zaczęli kopać i nauczyli się, jak przetwarzać brąz i miedź. Nie otrzymały one powszechnego użytku ze względu na wysokie ceny. Kontynuowano poszukiwanie nowego metalu. Historia żelaza rozpoczęła się w pierwszym wieku pne. e. W naturze można go znaleźć tylko w postaci związków z tlenem. Aby uzyskać czysty metal, konieczne jest oddzielenie ostatniego elementu. Żelazo nie mogło się topić przez długi czas, ponieważ musiało być ogrzane do 1539 stopni. I dopiero wraz z pojawieniem się pieców do wypalania sera w pierwszym tysiącleciu przed naszą erą zaczęto otrzymywać ten metal. Początkowo był kruchy, zawierał dużo żużli. Wraz z pojawieniem się kuźni jakość żelaza znacznie się poprawiła. Dalsza obróbka odbyła się w kowalu, w którym żużel został oddzielony uderzeniami młota. Kucie stało się jednym z głównych rodzajów obróbki metalu, a kowalstwo jest niezbędną gałęzią przemysłu. Czyste żelazo jest bardzo miękkim metalem. Zasadniczo jest on stosowany w stopie z węglem. Dodatek ten poprawia właściwości fizyczne żelaza, takie jak twardość. Tanie materiały wkrótce przeniknęły szeroko we wszystkie sfery ludzkiej działalności i dokonały rewolucji w rozwoju społeczeństwa. Rzeczywiście, w czasach starożytnych produkty żelazne były pokryte grubą warstwą złota. Miał wysoką cenę w porównaniu do metalu szlachetnego.

Żelazo z natury

Jedno aluminium w litosferze zawiera więcej niż żelazo. W naturze można go znaleźć tylko w postaci związków. Żelazo trójwartościowe, gdy reaguje, farbuje glebę na brązowo i nadaje jej żółtawy odcień. Tlenki i siarczki żelaza są rozproszone w skorupie ziemskiej, czasami obserwuje się nagromadzenia minerałów, z których następnie wydobywa się metal. Zawartość żelaza żelazawego w niektórych źródłach mineralnych nadaje wodzie szczególny smak. Zardzewiała woda wypływająca ze starych rur wodnych, pomalowana trójwartościowym metalem. Jego atomy znajdują się w ludzkim ciele. Są zawarte w hemoglobinie (białku zawierającym żelazo) krwi, która dostarcza organizmowi tlenu i usuwa go dwutlenek węgla. Niektóre meteoryty zawierają czyste żelazo, czasami są całe bary.

Jakie właściwości fizyczne ma żelazo?

Jest to plastyczny, srebrzystobiały metal o szarawym zabarwieniu, mający metaliczny połysk. Jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego i ciepła. Ze względu na plastyczność jest idealnie kuty i walcowany. Żelazo nie rozpuszcza się w wodzie, ale skrapla się w rtęci, topi się w temperaturze 1539 i wrze w temperaturze 2862 stopni Celsjusza, ma gęstość 7,9 g / cm ³. Cechą fizycznych właściwości żelaza jest to, że metal jest przyciągany przez magnes i po zniesieniu zewnętrznego pola magnetycznego przechowuje namagnesowanie. Korzystając z tych właściwości, można go wykorzystać do tworzenia magnesów.

Właściwości chemiczne

Żelazo ma następujące właściwości:

• na powietrzu iw wodzie jest łatwo utleniony, pokryty przez rdzę;
• w atmosferze gorącego drutu płonie (wytwarza się kamień w postaci tlenku żelaza);
• w temperaturach 700-900 stopni Celsjusza reaguje z parą wodną;
• reaguje z niemetalami po podgrzaniu (chlor, siarka, brom);
• reaguje z rozcieńczonymi kwasami, dając w wyniku sole żelaza i wodór;
• nie rozpuszcza się w alkaliach;
• zdolne do wypierania metali z roztworów ich soli (żelazny gwóźdź, w roztworze) siarczan miedzi, pokryte czerwonym nalotem - miedź się wyróżnia);
• w stężonych alkaliach podczas gotowania objawia się żelazna amfoteryczność.

Funkcja Feature

Jedną z fizycznych właściwości żelaza jest ferromagnetyka. W praktyce magnetyczne właściwości tego materiału występują często. Jest to jedyny metal, który posiada tak rzadką cechę. Pod działaniem pola magnetycznego zachodzi namagnesowanie żelaza. Formowane właściwości magnetyczne metalu przez długi czas i oszczędzają się pozostają magnesem. Takie wyjątkowe zjawisko tłumaczy się tym, że struktura żelaza zawiera dużą liczbę wolnych elektronów zdolnych do poruszania się.

Rezerwy i produkcja

Jednym z najbardziej powszechnych elementów na Ziemi jest żelazo. Zgodnie z treścią skorupy ziemskiej zajmuje czwarte miejsce. Jest wiele rud, które ją zawierają, na przykład rudy magnetyczne i rudy żelaza. Metal w przemyśle wytwarzany jest głównie z rud hematytu i magnetytu w procesie wielkopiecowym. Początkowo jest on redukowany węglem w piecu o wysokiej temperaturze 2000 stopni Celsjusza. Do tego w górę wielki piec służyć rudy żelaza, koks i strumień, a strumień gorącego powietrza jest wstrzykiwany od dołu. Również stosowany i bezpośredni proces uzyskiwania żelaza. Zmiażdżoną rudę miesza się ze specjalną gliną, otrzymując peletki. Następnie są spalane i traktowane wodorem w piecu szybowym, gdzie można go łatwo odzyskać. Otrzymują żelazo w postaci stałej, a następnie topią je w piecach elektrycznych. Czysty metal jest redukowany z tlenków przez elektrolizę wodnych roztworów soli.

Żelazne zalety

Podstawowe właściwości fizyczne żelaznej substancji nadają jej i stopom następujące zalety w stosunku do innych metali:

• Posiada jędrność i trwałość, zachowując elastyczność. Różne właściwości tych stopów nie są takie same i zależą od dodatków stopowych, metod produkcji i obróbki cieplnej.
• Szeroka gama żeliwa i stali umożliwia wykorzystanie ich do wszelkich potrzeb w gospodarce narodowej.
• Wysokie właściwości magnetyczne metalu są niezbędne do wytwarzania obwodów magnetycznych.
• Możliwość łatwej obróbki, ze względu na fizyczne właściwości żelaza, umożliwia wytwarzanie arkuszy, prętów, belek, rur, kształtowników ze stopów.
• Duża plastyczność materiału pozwala na stosowanie go w produktach dekoracyjnych.
• Stopy niskobudżetowe.

Wady

Oprócz dużej liczby pozytywnych właściwości, istnieje wiele negatywnych właściwości metalu:

• Produkty narażone na korozję. Aby wyeliminować ten niepożądany efekt, stale nierdzewne uzyskuje się przez domieszkowanie, aw innych przypadkach wykonuje się specjalną antykorozyjną obróbkę konstrukcji i części.
• Żelazo się kumuluje elektryczność statyczna dlatego zawierające ją produkty ulegają korozji elektrochemicznej i wymagają dodatkowej obróbki.
• Ciężar właściwy metalu wynosi 7,13 g / cm³. Ta fizyczna właściwość żelaza zwiększa ciężar struktur i części.

Skład i struktura

Krystaliczne żelazo ma cztery modyfikacje, które różnią się strukturą i parametrami sieci krystalicznej. Do wytopu stopów niezbędna jest obecność przejść fazowych i dodatków stopowych. Wyróżnia się następujące stany:

• Faza alfa. Utrzymuje się do 769 stopni Celsjusza. W tym stanie żelazo zachowuje właściwości ferromagnetyka i ma skupioną na ciele sześcienną kratę.
• Faza beta. Występuje w temperaturach od 769 do 917 stopni Celsjusza. Ma nieco inne parametry sieci niż w pierwszym przypadku. Wszystkie fizyczne właściwości żelaza pozostają takie same, z wyjątkiem magnetycznego, traci je.
• Faza gamma. Struktura kratownicy staje się skupiona na twarzy. Ta faza pojawia się w zakresie 917-1394 stopni Celsjusza.
• Faza omega. Ten stan metalu pojawia się w temperaturach powyżej 1394 stopni Celsjusza. Różni się od pierwszego jedynie parametrami sieci.

Żelazo jest najbardziej poszukiwanym metalem na świecie. Ponad 90 procent całej produkcji metalurgicznej spada na nią.

Aplikacja

Ludzie zaczęli najpierw stosować żelazo meteorytowe, które było cenione ponad złotem. Od tego czasu zakres tego metalu się rozszerzył. Poniżej przedstawiono zastosowanie żelaza, w oparciu o jego właściwości fizyczne:

• Tlenki ferromagnetyczne są używane do produkcji materiałów magnetycznych: zakładów przemysłowych, lodówek, pamiątek;
• tlenki żelaza są stosowane jako farby mineralne;
• chlorek żelaza jest niezbędny w amatorskiej praktyce radiowej;
• siarczany żelaza są stosowane w przemyśle włókienniczym;
• magnetyczny tlenek żelaza jest jednym z ważnych materiałów do produkcji długoterminowych urządzeń pamięci komputera;
• ultra-drobny proszek żelaza stosowany jest w czarno-białych drukarkach laserowych;
• siła metalu pozwala ci tworzyć broń i zbroję;
• żeliwo odporne na zużycie może być wykorzystywane do produkcji hamulców, tarcz sprzęgła, a także części do pomp;
• żaroodporny - do pieców dmuchowych, termicznych, otwartych;
• odporny na wysoką temperaturę - do sprężarek, silników wysokoprężnych;
• Stal nierdzewna jest używana do gazociągów, kotłów grzewczych, suszarek, pralek i zmywarek.

Wniosek

Żelazo często nie ma oznaczać samego metalu, ale jego stop - niskoemisyjną stal elektryczną. Produkcja czystego żelaza jest dość skomplikowanym procesem, dlatego jest wykorzystywana tylko do produkcji materiałów magnetycznych. Jak już wspomniano, wyjątkową właściwością fizyczną prostej substancji żelaza jest ferromagnetyzm, tj. Zdolność do namagnesowania w obecności pola magnetycznego. Magnetyczne właściwości czystego metalu są do 200 razy wyższe niż właściwości stali technicznej. Na tę właściwość wpływa ziarno metalu. Im większe ziarno, tym wyższe właściwości magnetyczne. Do pewnego stopnia pod wpływem obróbki mechanicznej. Takie czyste żelazo spełniające te wymagania jest wykorzystywane do wytwarzania materiałów magnetycznych.