Общие сведения о железе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общие сведения о железе

2. Нахождение железа в природе

3. Свойства простого вещества: физические и химические

4. Соединения железа, их физические и химические свойства

5. Получение железа

6. Биологическая роль железа

7. Применение железа

Список использованной литературы



Введение

Железо - один из самых важных металлов. В таблице Менделеева трудно найти другой металл, с которым была бы так неразрывно связанна история цивилизации.

Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV - V тысячелетиях до н. э.) , в Египте и Месопотамии.

Первобытный человек стал использовать железные орудия за несколько тысячелетий до нашей эры. Тогда единственным источником этого металла были упавшие на Землю метеориты, которые содержат довольно чистое железо. Это породило у многих народов легенды, дошедшие до наших дней, о небесном происхождении железа.

На древнеегипетском языке железо звучит как «бени-пет» и означает «небесное железо», древнегреческое название «sideros» происходит от латинского «sidus», что означает «небесное тело», хеттинские тексты XIV века до нашей эры вспоминают о железе, как о металле, упавшем с неба.

В середине II тысячелетия до н.э. в Египте была освоена металлургия железа - получение его из железных руд. Это положило начало железному веку в истории человечества, который пришел на смену каменному и бронзовому векам. На территории нашей страны начало железного века относят к рубежу II и I тысячелетий до н. э.

Железо сыграло большую роль в развитии человеческого общества и не потеряло своего значения и в настоящее время: из всех металлов оно наиболее широко используется в современной промышленности.

железо руда химический



1. Общие сведения о железе

‹‹Железо Fe - элемент побочной подгруппы VIII группы и 4-го периода Периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер этого элемента - 26,а массовое число равно 56,847. Атомы железа устроены несколько отличительно от атомов главных подгрупп: он имеет 4 энергетических уровня, но заполняется у них не последний, а предпоследний, третий от ядра, уровень. На последнем уровне атомы железа содержат два электрона. На предпоследнем уровне, который может вместить 18 электронов, у атома железа находятся 14. Следовательно, распределение электронов по уровням в атомах железа таково: 2е, 8е, 14е, 2е.››[5]

Электронно-графическая формула:

Электронная формула 1s2 2s2 2p6 3d6 4s2.

Ценным его свойством является способность легко окисляться и восстанавливаться, образовывать сложные соединения со значительно отличающимися биохимическими свойствами. При химических взаимодействиях атом железа может отдать не только два электрона последнего уровня, но и электрон предпоследнего. Таким образом, основными валентностями атома железа могут быть +2 и +3 иногда +6.

‹‹Ниже приводятся свойства Железа, относящиеся в основном к металлу с общим содержанием примесей менее 0,01% по массе:

*Атомный радиус 1,26

*Ионные радиусы Fe2+O,80 , Fe3+O,67

*Плотность (20oC) 7,874 г/см3

*tпл 1539°С

*tkип около 3200оС

*Температурный коэффициент линейного расширения (20°С) 11,7·10-6

*Теплопроводность (25°С) 74,04 вт/(м·К)[0,177 (кал/см·сек·град)]

Теплоёмкость Железа зависит от его структуры и сложным образом изменяется с температурой; средняя удельная теплоёмкость (0-1000oC) 640,57 дж/(кг·К) [0,153 кал/ (г·град)].

*Удельное электрическое сопротивление (20°С)9,7·10-8ом·м [9,7·10-6ом·см]

*Температурный коэффициент электрического сопротивления(0-100°С) 6,51·10-3

*Модуль Юнга 190--210·103Мн/м.2 (19-21·103кгс/мм2)

*Температурный коэффициент модуля Юнга 4·10-6

*Модуль сдвига 84,0·103Мн/м2 [8,4·103кгс/мм2]

*Кратковременная прочность на разрыв 170-210Мн/м2[17-21кгс/мм2]

*Относительное удлинение 45--55%

*Твёрдость по Бринеллю 350--450 Мн/м2 [35--45 кгс/мм2]

*Предел текучести 100Мн/м2[10 кгс/мм2]

*Ударная вязкость 300 Мн/м2 [30 кгс/мм2]\››[7]

2. Нахождение железа в природе

Железо - один из самых распространенных в природе элементов. В земной коре его массовая доля составляет 5,10%, и оно уступает лишь кислороду, кремнию и алюминию. Много железа содержится и в небесных телах, что установлено методом спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила советская автоматическая станция "Луна", обнаружено железо в неокисленном металлическом состоянии. Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70%. Однако с развитием техники становится возможным использование горных пород и с меньшим содержанием железа.

Основными железными рудами являются :

-магнитный железняк (основной компонент - магнетит Ре3О4)

- красный железняк (содержит гематит Ре2О3)

- бурый железняк (содержит различные гидроксиды железа (III), например гидрогетит Ре3О3-Н2О)

- шпатовый железняк (содержит минерал сидерит РеСО3).

Россия занимает первое место в мире по запасам железных руд. Железорудные месторождения имеются на всей территории нашей страны. Наиболее богатые месторождения в европейской части России:

Бакчарское железорудное месторождение

Это месторождение является одним из крупнейших подобных месторождений железной руды в России и мире. Оно находится на территории Томской области в междуречье рек Андорма и Икса. Месторождение было открыто случайно при разведке нефтяных месторождений в 1960-х годах.

Бакчаровское железорудное месторождение занимает площадь в 16 тысяч кмІ. Железорудные образования находятся на глубине от 190 до 220 метров. Руды содержат до 57 % железа, а также примеси других химических элементов (фосфора, ванадия, палладия, золота и платины). Содержание железа в обогащённой руде достигает 95-97 %. Запасы железной руды на данной территории оцениваются в 28,7 миллиардов тонн.

Абагасское железорудное месторождение

Абагасское железорудное месторождение располагается в Красноярском крае в 186 км к западу от города Абакан на территории Минусинской котловины и Кузнецкого Алатау. Руды здесь в основном магнетитовые, высокоглинозёмистые, магнезиальные.

Главным рудным минералом здесь является магнетит, а второстепенные -- мушкетовит, гематит, пирит.

Абагасское железорудное месторождение делят на две зоны: Южная (длина свыше 2600 м) и Северная (2300 м). Балансовые запасы железных руд составляют свыше 73 миллионов тонн. Разработка ведётся открытым способом. Суммарная среднегодовая добыча 4,4 миллионов тонн руды с содержанием железа 28,4%.

Абаканское железорудное месторождение

Абаканское железорудное месторождение располагается в Хакасии, у города Абаза. Располагается в северо-восточных отрогах Западного Саяна. Открыто в 1856 году, первоначально носило название «Абаканская благодать».

Абаканское -- месторождение магнетитовых руд. Здесь содержится: магнетит, актинолит, хлорит, кальцит, андезит и кобальтосодержащий пирит.

Разведанные запасы руды со средним содержанием железа 41,7 -- 43,4% с примесью цинка и серы составляют 140 миллионов тонн. Среднегодовая добыча 2,4 миллионов тонн. Промышленный продукт содержит около 47,5% железа. Центры добычи и переработки -- города Абаза, Абакан, Новокузнецк.

Курская магнитная аномалия

Курская магнитная аномалия самый мощный в мире железорудный бассейн. Залежи руды на её территории оцениваются в 200--210 миллиардов тонн, что составляет около 50 % железорудных запасов на планете. Она располагается в основном на территории Курской, Белгородской и Орловской областей.

В настоящее время границы Курской магнитной аномалии охватывают площадь размером свыше 160 тысяч кмІ, захватывая территории девяти областей Центра и Юга страны. Перспективные запасы богатых железных руд уникального бассейна составляют многие миллиарды тонн, а железистых кварцитов -- практически неисчерпаемы.

Площадь около 120 тысяч кмІ. Руды: магнетитовые кварциты, богатые железные руды в коре выветривания железистых кварцитов. Запасы железистых кварцитов свыше 25 миллиардов тонн с содержанием железа 32-37 % и свыше 30 миллиардов тонн богатых руд (52-66 % железа). Месторождения разрабатываются как открытым, так и подземным способами.

В состав Курской магнитной аномалии входят Приоскольское железорудное месторождение и Чернянское железорудное месторождение.

Крупнейшие зарубежные месторождения железных руд

США - Основной железорудной базой черной металлургии является район озера Верхнего, который дает около 80 % добываемой в стране руды.

Канада - Главные месторождения находятся в провинциях Квебек, Ньюфаундленд (остров Ньюфаундленд, месторождение Вабана) . Запасы основных месторождений Канады оцениваются в 5,5 млрд. т, из которых около 3 млрд. т находится в районе Квебек - Лабрадор. Руды этого месторождения содержат около 53 % Fе,

Венесуэла - обладает большими запасами качественных руд, которые оцениваются в 2,2 млрд. т. Руды гематитовые, с очень высоким содержанием железа (63--68 %), не содержат серу и фосфор.

Бразилия -Запасы в штате Минас - Жераис (месторождения Итабири, Итабирита) оцениваются в 16 млрд. т и содержат 50--60 % Fе. Кусковая руда содержит 66--69 % Fе .

Австралия - Основные месторождения расположены в Западной Австралии, вблизи побережья. В наиболее крупном месторождении Брокен сосредоточено около 8 млрд. т гематитовой и гематито-лимонитовой руды, содержащей 54--69 % железа.

Индия - Основные месторождения расположены на 300 км западнее г. Калькутты в штатах Бихар, Орисса и Мадхъя-Прадеш, образуют в комплексе так называемый Железный пояс с общими запасами 8 млрд. т богатых гематитовых руд. Они содержат 60--68 % Fе.

‹‹Железо входит в состав следующих минералов :

- магнетит (магнитный железняк) Fе3О4 (содержит до 72% железа)

- гематит (красный железняк) Fe2О3 (содержит до 65% железа)

- лимонит (бурый железняк) Fe2О3 * nH2O (содержит до 60% железа)

- сидерит (шпатовый железняк) FeСО3 (содержит до 35% Железа)

В природе встречаются так же мышьяковистые и сернистые соединения железа:

- Арсенопирит(мышьяковый колчедан)FeAsS

- Пирит (железный колчедан) FeS2.››[3]

3. Свойства простого вещества: физические и химические

Физические свойства

Железо -- типичный металл, в свободном состоянии -- серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Элемент в природе состоит из четырёх стабильных изотопов: 54Fe (5,84%), 56Fe (91,68%), 57Fe (2,17%) и 58Fe (0,31%).

Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности -- углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую «триаду железа» -- группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.

Для железа характерен полиморфизм, он имеет четыре кристаллические модификации:

- до 769 °C существует б-Fe (феррит) с объёмноцентрированной кубической решёткой и свойствами ферромагнетика (769 °C ? 1043 K -- точка Кюри для железа)

- в температурном интервале 769--917 °C существует в-Fe, который отличается от б-Fe только параметрами объёмноцентрированной кубической решётки и магнитными свойствами парамагнетика

- в температурном интервале 917--1394 °C существует г-Fe (аустенит) с гранецентрированной кубической решёткой

-выше 1394 °C устойчиво д-Fe с объёмоцентрированной кубической решёткой.

Металловедение не выделяет в-Fe как отдельную фазу[5], и рассматривает её как разновидность б-Fe. При нагреве железа или стали выше точки Кюри (769 °C ? 1043 K) тепловое движение ионов расстраивает ориентацию спиновых магнитных моментов электронов, ферромагнетик становится парамагнетиком -- происходит фазовый переход второго рода, но фазового перехода первого рода с изменением основных физических параметров кристаллов не происходит.

Для чистого железа при нормальном давлении, с точки зрения металловедения, существуют следующие устойчивые модификации:

- от абсолютного нуля до 910 °C устойчива б-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой;

- от 910 до 1400 °C устойчива г-модификация с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической решёткой;

- от 1400 до 1539 °C устойчива д-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой.

Наличие в стали углерода и легирующих элементов существенным образом изменяет температуры фазовых переходов .Твёрдый раствор углерода в б- и д-железе называется ферритом. Иногда различают высокотемпературный д-феррит и низкотемпературный б-феррит (или просто феррит), хотя их атомные структуры одинаковы. Твёрдый раствор углерода в г-железе называется аустенитом.

- в области высоких давлений (свыше 13 ГПа, 128,3 тыс) возникает модификация е-железа с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решёткой.

Явление полиморфизма чрезвычайно важно для металлургии стали. Именно благодаря б--г переходам кристаллической решётки происходит термообработка стали. Без этого явления железо как основа стали не получило бы такого широкого применения.

Железо относится к умеренно тугоплавким металлам. В ряду стандартных электродных потенциалов железо стоит до водорода и легко реагирует с разбавленными кислотами. Таким образом, железо относится к металлам средней активности.

Температура плавления железа 1539 °C, температура кипения -- 2862 °C.

Химические свойства

Атомы железа в реакциях отдают электроны и проявляют степени окисления +2,+3 и иногда +6.

Fe0 - 2e Fe+2, Fe0 - 3e Fe+3

В реакциях железо является восстановителем. Однако при обычной

температуре оно не взаимодействует даже с самыми активными окислителями(галогенами, кислородом, серой), но при нагревании становится активным и реагирует с ними:

2Fe + 3Cl2 t = 2FeCl3 Хлорид железа (III)

3Fe + 2O2 t = Fe3O4(FeO . Fe 2O3) Оксид железа (II,III)

Fe + S t= FeS Сульфид железа (II)

При очень высокой температуре железо реагирует с углеродом, кремнием и фосфором:

3Fe + C t= Fe3C Карбид железа (цементит)

3Fe + Si t= Fe3Si Силицид железа

3Fe + 2P t= Fe3P2 Фосфид железа (II)

Железо реагирует со сложными веществами.

Во влажном воздухе железо быстро окисляется (корродирует):

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

O

Fe (OH)3 Fe

O - H + H2O

Ржавчина

Железо находится в середине электрохимического ряда напряжений

металлов, поэтому является металлом средней активности. Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных, щелочноземельных металлов и у алюминия. Только при высокой температуре раскаленное железо реагирует с водой:

3Fe + 4H2O = Fe 3O4+ 4H 2

Железо реагирует с разбавленными серной и соляной кислотами, вытесняя из кислот водород:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H 2SO4 = FeSO4 + H2

Fe0 + 2H+ = Fe2+ + H20

При обычной температуре железо не взаимодействует с концентрированной

серной кислотой, так как пассивируется ею. При нагревании концентрированная H2SO4 окисляет железо до сульфита железа (III):

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

Разбавленная азотная кислота окисляет железо до нитрата железа (III):

Fe + 4HNO3 = Fe (NO3)3 + NO + 2H2O

Концентрированная азотная кислота пассивирует железо.

Из растворов солей железо вытесняет металлы, которые расположены правее его в электрохимическом ряду напряжений:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu , Fe0 + Cu2+ = Fe2++ Сu0

4. Соединения железа, их физические и химические свойства

‹‹В своих соединениях железо проявляет главным образом степени окисления 2+ и 3+.Производными двухвалентного железа являются : оксид FeO, гидроксид этого оксида Fe(OH)2 ,а так же соли многочисленных кислот .Наиболее важным из них являются сульфат ,кристаллизующийся с 7 молекулами воды FeSO4.7H2O(железный купорос).Производными трехвалентного железа являются оксид Fe2O3 и его гидроксид Fe(OH)3.››[2]

Соединения железа (II)

Оксид железа (II) FeO - черное кристаллическое вещество, нерастворимое в воде. Оксид железа (II) получают восстановлением оксида железа(II,III) оксидом углерода (II):

Fe3O4 + CO t= 3FeO + CO2

Оксид железа (II) - основной оксид, легко реагирует с кислотами, при этом образуются соли железа(II):

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O

FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O

‹‹Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 - образуется в виде белого хлопьевидного осадка при действии щелочи на водные растворы солей железа (II).Не растворяется в воде:

FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4

Fe2++ 2OH = Fe(OH)2 ››[8]

Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 проявляет свойства основания, легко реагирует с кислотами:

Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O

Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2O

При нагревании гидроксид железа (II) разлагается:

Fe(OH)2 = FeO + H2O

Соединения со степенью окисления железа +2 проявляют восстановительные свойства, так как Fe+2 легко окисляются до Fe+3:

Fe+2 - 1e = Fe+3

Так, свежеполученный Fe(OH)2 на воздухе очень быстро изменяет окраску. Крайне интенсивно поглощая кислород , окрашиваясь во все более темный граязновато -зеленый цвет и ,наконец, переходя в красно-бурый цвет гидроксид железа (III).

Тое есть, изменение окраски объясняется окислением Fe(OH)2 в Fe(OH)3 кислородом воздуха:

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

Восстановительные свойства проявляют и соли двухвалентного железа, особенно при действии окислителей в кислотной среде. Например, сульфат железа (II) восстанавливает перманганат калия в сернокислотной среде до сульфата марганца (II):

10Fe+2SO4 + 2KMn+7O4 + 8H2SO4 = 5Fe2+3(SO4)3 + 2Mn+2SO4 + K2SO4 + 8H2O.

Качественная реакция на катион железа (II).

Реактивом для определения катиона железа Fe2+ является гексациано (III) феррат калия (красная кровяная соль) K3[Fe(CN)6]:

3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4

При взаимодействии ионов [Fe(CN)6]3- с катионами железа Fe2+ образуется темно-синий осадок - турнбулева синь:

3Fe2+ +2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2

Соединения железа (III)

Оксид железа (III) Fe2O3 - порошок бурого цвета, не растворяется в воде. Оксид железа (III) получают: разложением гидроксида железа (III):

2Fe(OH)3 t= Fe2O3 + 3H2O

2. окислением пирита (FeS2):

4Fe+2S2-1 + 11O20 = 2Fe2+3O3-2 + 8S+4O2-2

4 11e Fe+2 - 1e Fe+3

2S-1 - 10e 2S+4

11 4e O20 + 4e 2O-2

Оксид железа (III) проявляет амфотерные свойства:

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O

Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O

Взаимодействует с твердыми щелочами NaOH и KOH и с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:

Fe2O3 + 2NaOH t= 2NaFeO2 + H2O

Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2

Феррит натрия

‹‹Гидроксид железа (III) встречается в природе в виде бурой железной руды(бурый железняк).Получают из солей железа (III) при взаимодействии их со щелочами:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl

Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3 ›› [9]

Гидроксид железа (III) является более слабым основанием, чем Fe(OH)2, и проявляет амфотерные свойства (с преобладанием основных). При взаимодействии с разбавленными кислотами Fe(OH)3 легко образует соответствующие соли:

Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + H2O

2Fe(OH)3 + 3H3SO4 Fe2(SO4)3 + 6H2O

Fe(OH)3 + 3H+ Fe3+ + 3H2O

Реакции с концентрированными растворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании. При этом получаются устойчивые гидрокомплексы с координационным числом 4 или 6:

Fe(OH)3 + NaOH t= Na[Fe(OH)4],

Fe(OH)3 + OH- = [Fe(OH)4]-

Fe(OH)3 + 3NaOH = Na3[Fe(OH)6]

Fe(OH)3 + 3OH- = [Fe(OH)6]3-

Соединения со степенью окисления железа +3 проявляют окислительные свойства, так как под действием восстановителей Fe+3 превращается в Fe+2:

Fe+3 + 1e = Fe+2.

Так, например, хлорид железа (III) окисляет йодид калия до свободного йода:

2Fe+3Cl3 + 2KI = 2Fe+2Cl2 + 2KCl + I20

Качественные реакции на катион железа (III)

1.‹‹ Реактивом для обнаружения катиона Fe3+ является гексациано (II) феррат калия (желтая кровяная соль) K2[Fe(CN)6].

При взаимодействии ионов [Fe(CN)6]4- с ионами Fe3+ образуется темно-синий осадок - берлинская лазурь:

4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)]6 = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3

Катионы Fe3+ легко обнаруживаются с помощью роданида аммония (NH4CNS). В результате взаимодействия ионов CNS-1 с катионами железа (III) Fe3+ образуется малодиссоциирующий роданид железа (III) кроваво-красного цвета:

FeCl3 + 3NH4CNS Fe(CNS)3 + 3NH 4Cl

Fe3+ + 3CNS1- Fe(CNS)3 ››[4]

Соединения железа (VI)

Ферраты -- соли не существующей в свободном виде железной кислоты H2FeO4. Это соединения фиолетового цвета, по окислительным свойствам напоминающие перманганаты, а по растворимости -- сульфаты. Получают ферраты при действии газообразного хлора или озона на взвесь Fe(OH)3 в щелочи:

2Fe(OH)3 + 3Cl2 + 10KOH 2K2FeO4 + 6Cl + 8H2O

Ферраты также можно получить электролизом 30%-ного раствора щелочи на железном аноде:

Fe + 2KOH + 2H2O K2FeO4 + 3H2



Ферраты -- сильные окислители. В кислой среде разлагаются с выделением кислорода»:[11]

4FeO42- + 2OH+ 4Fe3+ + 3O2 + 10H2O

Окислительные свойства ферратов используют для обеззараживания воды.

5. Получение железа

1. Чистое железо можно получить электролитическим восстановлением солей железа.

FeCl2 = Fe2+ + 2Cl-

2. Восстановление оксидов железа Fe2O3 и Fe3O4 при алюминотермии:

8Al + 3Fe3O4 = 9Fe + 4Al2O3

3. ‹‹Основная масса железа используется не в чистом виде, а виде сплавов с углеродом (чугуна и стали) и другими элементами. Основная масса железа вырабатывается в доменных печах. Восстановливая его из железных руд углеродом (коксом) и оксидом углерода (II).

Общая схема:

Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe

1.Превращение кокса в СО :

C + O2 t= CO2

CO2 + C t= 2CO

2.СО восстанавливает руду : СО - восстановитель

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

FeO + CO = Fe + CO2

FeO + C = Fe + CO

При высокой t частично идут реакции :

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2

3Fe + C = Fe3C карбид железа ››[4]

6. Биологическая роль железа

За исключением нескольких бактерий, железо, как микроэлемент, играет одну из важнейших ролей в протекании жизнедеятельности всех живых организмов. У животных железо можно встретить в составе многих белков и ферментов, которые участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, в основном в процессе дыхания. Железо, как правило, входит в состав ферментов в виде ‹‹хелатного комплекса железа (II)под названием гем-комплекс порфирина с Fe(II) :



Рис. 1 Гем-комплексное соединение порфирина и железа

Гем входит в состав гемоглобина выполняющего в организме функцию переносчика кислорода. Активным центром в процессе связывания кислорода является атом железа (II) гема. Процесс присоединения кислорода обратим : в легких, где парциальное давление кислорода высокое ,молекула O2 присоединяется к атому железа (II) , а в тканях ,где парциальное давление кислорода низкое ,кислород освобождается. Именно гемоглобин окрашивает кровь в характерный для нее красный цвет.››[1]

В организме здорового человека содержится примерно 5 грамм железа. Более половины этого железа (57%) приходится на гемоглобин в крови, 16% на тканевые ферменты, 7% на миоглобин мышечной ткани, ну и 20 % отлаживается в таких органах как печень, почки, селезенка и костный мозг в качестве запаса.

Те комплексы железа, которые отличны от гема, встречаются, к примеру, в очень важном ферменте рибонуклеотид-редуктаза, участвующем в синтезе ДНК, в ферменте метан-моноксигеназа, превращающим метан в метанол. Неорганические соединения железа встречаются в некоторых представителях царства бактерий, в некоторых случаях они используют железо для связывания азота из воздуха.

Ежесуточная потребность человека в железе составляет примерно 15 миллиграмм. Много железа содержится в сливовом соке, изюме, орехах, кураге, подсолнечных и тыквенных семечках. В проросшей пшенице содержание железа составяляет 1 миллиграмм на 10 грамм веса. Богат железом также и хлеб: с отрубями, хлебные изделия грубого помола и т.д. Следует понимать, что из всего потребляемого с пищей железа, организмом усваивается лишь 20 процентов. Пищевые продукты и витамины растительного происхождения помогают усваиванию железа. Железо совершенно не всасывается, если в пище присутствует фитиновая или щавелевая кислоты.

Если организм испытывает недостаток железа, начинают использовать специальные медицинские препараты на основе лекарственных растений. Когда-то для подобных целей широко применялись обыкновенные железные опилки. История оставила упоминание о том, что граф Бестужев-Рюмин (года жизни 1693-1766) в качестве возбуждающего и общеукрепляющего средства предложил специальные капли, которые являлись ни чем иным, как раствором трихлорида железа, в смеси с этанолом и этиловым эфиром. Такие капли даже получили название от своего создателя «бестужевские капли».В современной медицине для устранения недостатка железа в организме используются препараты в таблетках и капсулах с содержанием железного порошка, а также лекарства на основе ферроцена.

7. Применение железа

Железо - важнейший металл современной техники. В чистом виде железо из-за его низкой прочности практически не используется, хотя в быту "железными" часто называют стальные или чугунные изделия. Основная масса железа применяется в виде весьма различных по составу и свойствам сплавов.

Сплавы железа:

В природе чистое железо не существует. Оно входит в состав ряда минералов. К ним относятся:

*магнитный железняк (магнетит) Fe3O4

* красный железняк (гематит) Fe2O3

*бурый железняк (лимонит) 2Fe 2O3 .3H2O.

Все эти минералы используются в чёрной металлургии для производства чугуна и стали.

Чугун - это сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4% углерода, а так же марганец, кремний, фосфор, и серу. Чугун значительно твёрже железа, но обычно он очень хрупкий, не куётся, а при ударе разбивается. Различают два вида чугуна, к которым относятся серый и белый сплавы.

Серый чугун содержит 1,7-4,3% углерода, 1,25-4,0% кремния и до 1,5% марганца. Это сравнительно мягкий и поддающийся механической обработке материал. Углерод находится в этом сплаве в свободном состоянии и придаёт ему мягкость. Серый чугун используется для производства литых деталей.

Белый чугун содержит в себе 1,7-4,3% углерода, более 4% марганца, но очень мало кремния. Углерод в этом сплаве содержится в основном в виде цементита - карбида железа Fe3Cl, который твердость и хрупкость. Белый чугун используется для переработке стали.

Сталь - сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали разделяют на углеродистую и легированную.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также марганца, кремния, фосфора и серы гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие, средние и твёрдые, причём, чем больше в сплаве углерода, тем она твёрже. Из мягкой и средней твёрдости сталей делают детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки и т. д., а из твёрдой - различные инструменты.

Легированная сталь - это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены ещё специальные добавки, такие как хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др. Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии. Такие стали применяются в строительстве, а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Хромомолибденовые и хромованадиевые стали очень твёрдые, прочные и жаростойкие. Они используются для изготовления трубопроводов, компрессоров, двигателей и многих других деталей машин современной техники. Хромовольфрамовые стали сохраняют большую твердость при очень высоких температурах и служат конструкционным материалом для быстрорежущих инструментов.

Чугун и сталь - более прочные материалы, чем само железо. Эти сплавы - основа развития техники и важнейший материал искусства.

Существует ещё одно природное соединение железа - железный, или серный, колчедан (пирит) FeS2. Он не служит железной рудой для получения металла, но применяется для производства серной кислоты.

На долю сплавов Железа приходится примерно 95% всей металлической продукции. Богатые углеродом сплавы (свыше 2% по массе) - чугуны, выплавляют в доменных печах из обогащенных железом руд. Сталь различных марок (содержание углерода менее 2% по массе) выплавляют из чугуна в мартеновских и электрических печах и конвертерах путем окисления (выжигания) излишнего углерода, удаления вредных примесей (главным образом S, P, О) и добавления легирующих элементов. Высоколегированные стали (с большим содержанием никеля, хрома, вольфрама и других элементов) выплавляют в электрических дуговых и индукционных печах. Для производства сталей и сплавов Железа особо ответственного назначения служат новые процессы - вакуумный, электрошлаковый переплав, плазменная и электронно-лучевая плавка и другие. Разрабатываются способы выплавки стали в непрерывно действующих агрегатах, обеспечивающих высокое качество металла и автоматизацию процесса.

На основе Железа создаются материалы, способные выдерживать воздействие высоких и низких температур, вакуума и высоких давлений, агрессивных сред, больших переменных напряжений, ядерных излучений и т. п. Производство Железа и его сплавов постоянно растет.

Так же , хлорид железа (III) FeCl3 применяется для очистки воды. В органическом синтезе FeCl3 применяется как катализатор. Нитрат железа Fe(NO3)3 · 9H2O используют при окраске тканей.

Железо как художественный материал использовалось с древности в Египте, Месопотамии, Индии. Со времен средневековья сохранились многочисленные высокохудожественные изделия из Железа в странах Европы (Англии, Франции, Италии, России и других) - кованые ограды, дверные петли, настенные кронштейны, флюгера, оковки сундуков, светцы. Кованые сквозные изделия из прутьев и изделия из просечного листового Железа (часто со слюдяной подкладкой) отличаются плоскостными формами, четким линейно-графическим силуэтом и эффектно просматриваются на световоздушном фоне. В 20 веке Железо используется для изготовления решеток, оград, ажурных интерьерных перегородок, подсвечников, монументов.



Список использованной литературы

1. Ахметов Н.С.Общая и неорганическая химия.М.:Высш.шк.,2008.С.639

2. Г.Реми Курс неорганической химии т. II.Перевод с немецкого.c 263.

3. Петров М.М.,Михалев Л.А. , Кукушкин Ю.Н.Неорганическая химия .Изд.2-е,пер. и доп.Под ред.проф.Ю.Н.Кукушкина .Л.‹‹Химия››,1976.

4. Железо. А.С. Егоров. Пособие-репетитор.С.

5. Металловедение и термическая обработка стали.Справ.изд. В 3-х./Под ред.М.Л.Берштейна.А.Г.Рахштадта -4-изд.перераб.и доп. Т.2. Основы термической обработки .в 2-х кн.Кн.1.м:Металлургия,1995.3

6. Лахтин Ю.М.,Леонтьева В.П.Материалаведение :учебник для высших технических учебных заведений .-4-е изд.переработанное .-М:ООО ‹‹издательский дом Альянс››2009.118с.

7. В 30т.-М:‹‹Советская энциклопедия ›› 1969-1978/

8. Г.Реми Курс неорганической химии т. II.Перевод с немецкого.c 269

9. Г.Реми Курс неорганической химии т. II.Перевод с немецкого.c 270.

Размещено на Allbest.ru

...