Залізо (Ферум)

Залізо (Ферум)

1. Поширення Феруму в природі.

  За поширенням у природі Феруму належить четверте місце, а серед металічних елементів – друге. Проста речовина залізо зустрічається переважно в уламках метеоритів, що досягли поверхні Землі.

  Поклади залізних руд утворюють мінерали магнетит ( магнітний залізняк) Fe₃O₄, лимоніт (бурий залізняк) Fe₂O₃ ∙ nH₂O, гематит (червоний залізняк) Fe₂O₃, сидерит( залізний шпат) FeCO₃, пірит (залізний колчедан) FeS₂.

  На території України знаходяться  великі поклади залізних руд. Найбільші родовища відкриті в Криворізькому, Кременчуцькому та Білогірському залізорудних басейнах.

2.    Положення в періодичній системі

Охарактеризуйте положення феруму у періодичній системі (порядковий номер, група, підгрупа, період)

3.    Будова атома

Замалюйте схему будови атома феруму, його електронну формулу, розподіл електронів по орбіталях.

4.    Фізичні властивості заліза.

Чисте залізо – сріблясто – білий метал, досить м’який, ковкий, має сильні магнітні властивості. Густина заліза становить 7870 кг/м³, температура плавлення - 1539°С.

 Залізо та його сплави притягуються магнітом і легко намагнічуються в магнітному полі, є добрими провідниками струму й тепла.

5.    Хімічні властивості заліза.

   Залізо з високим ступенем чистоти малоактивне й не піддається корозії. В Індії в 415 році була побудована залізна колона на честь царя Чандрагупта ІІ, який помер у 413 році. Спочатку вона знаходилась у місті Матхура, а у 1050 році перенесена в Делі. Висота колони 7,21 м, маса – 6,5 т. За 1600 років вона залишилась неушкоджена корозією. На той час наявність такого великого залізного виробу символізувало велике багатство держави. Колона виготовлена із окремих шматків заліза масою 36 кг, зварених між собою. Колона є об’єктом культового поклоніння.

1. Взаємодія заліза з киснем.

Горіння заліза відбувається при прокалюванні заліза на повітрі, при цьому утворюється залізна окалина:

3Fe + 2O2 = Fe3O4

Залізна окалина Fe₃O₄ – змішаний або подвійний оксид FeO ∙ Fe₂O₃.

     2. Взаємодія заліза з сіркою

Fe + S = FeS

3. Взаємодія заліза з хлором

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

4. Взаємодія заліза з кислотами

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑

Концентровані сульфатна та нітратна кислоти із залізом не реагують за звичайних умов. Тому їх можна транспортувати залізницею в сталевих цистернах.

5. Взаємодія заліза з водою

Під час пропускання парів води над нагрітим порошком заліза відбувається реакція, що супроводжується утворенням подвійного оксиду Fe₃O₄ і водню:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H2↑

6. Взаємодія заліза із солями

       Fe + СuSO₄ = FeSO₄ + Cu

6.    Добування

У промисловості залізо отримують із залізної руди, в основному з гематиту (Fe₂O₃), також з піриту та магнетиту (Fe₂O₃) і магнетиту (FeO · Fe₂O₃).

Існують різні способи отримання заліза з руд. Найпоширенішим є доменний процес.

Перший етап виробництва — відновлення заліза вуглецем у доменній печі за температури 2000 °C. У доменну піч вуглець (у вигляді коксу), залізна руда (у вигляді агломерату або окатишів) і флюс (наприклад, вапняк) подаються зверху, а знизу нагнітається гаряче повітря.

У печі вуглець у вигляді коксу окислюється до монооксиду вуглецю. Цей оксид утворюється під час горіння в умовах нестачі кисню:

2С + О₂ = 2СО

У свою чергу, монооксид вуглецю відновлює залізо з руди. Щоб реакція йшла швидше, нагрітий чадний газ пропускають через оксид заліза(III):

3СО + Fe₂O₃ = 2Fe + 3CO₂

7.    Застосування

Чисте залізо має досить обмежене застосування. Його використовують при виготовленні сердечників електромагнітів та якорів електромашин, як каталізатор хімічних процесів, для виготовлення анодних пластин залізо-нікелевих акумуляторів.

Залізовуглецеві сплави чавун і сталь — основний конструкційний матеріал, що застосовується у всіх галузях промисловості. Виробництво заліза та його сплавів становить більше 90% виробництва всіх металів і утворює окрему галузь промисловості — чорну металургію.

Сталі містять до 2,14% карбону, чавун — понад 2,14%. Фундаментом науки про сталь і чавун, як сплави заліза з вуглецем є діаграма стану сплавів залізо-вуглець — графічне відображення фазового стану сплавів заліза з вуглецем в залежності від їх хімічного складу і температури.

Панорама Парижу. Клікніть по фото