Молярна залоза. Феррум та складні речовини

Залізо – хімічний елемент

1. Положення заліза в періодичній таблиці хімічних елементів та будова його атома

Залізо - це d-елемент VIII групи; порядковий номер – 26; атомна маса Ar (Fe ) = 56; склад атома: 26-протонів; 30 – нейтронів; 26 – електронів.

Схема будови атома:

Електронна формула: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Метал середньої активності, відновник:

Fe 0 -2 e - → Fe +2 , окислюється відновник

Fe 0 -3 e - → Fe +3 , окислюється відновник

Основні ступені окислення: +2, +3

2. Поширеність заліза

Залізо – один із найпоширеніших елементів у природі . У земній корі його масова частка становить 5,1%, за цим показником воно поступається тільки кисню, кремнію та алюмінію. Багато заліза знаходиться і в небесних тілах, що встановлено за даними спектрального аналізу. У зразках місячного ґрунту, які доставила автоматична станція “Місяць”, виявлено залізо у неокисленому стані.

Залізні руди досить поширені Землі. Назви гір на Уралі говорять самі за себе: Висока, Магнітна, Залізна. Агрохіміки у ґрунтах знаходять сполуки заліза.

Залізо входить до складу більшості гірських порід. Для отримання заліза використовують залізні руди із вмістом заліза 30-70% і більше.

Основними залізними рудами є :

магнетит(магнітний залізняк) - Fe 3 O 4містить 72% заліза, родовища зустрічаються на Південному Уралі, Курській магнітній аномалії:

гематит(залізний блиск, кривавик) - Fe 2 O 3містить до 65% заліза, такі родовища зустрічаються у Криворізькому районі:

лимоніт(Бурий залізняк) - Fe 2 O 3* nH 2 Oмістить до 60% заліза, родовища зустрічаються у Криму:

пірит(сірчаний колчедан, залізний колчедан, котяче золото) – FeS 2містить приблизно 47% заліза, родовища зустрічаються на Уралі.

3. Роль заліза в житті людини та рослин

Біохіміки відкрили важливу роль заліза в житті рослин, тварин та людини. Входячи до складу надзвичайно складно побудованої органічної сполуки, яка називається гемоглобіном, залізо обумовлює червоне забарвлення цієї речовини, від якої у свою чергу залежить колір крові людини і тварин. В організмі дорослої людини міститься 3 г чистого заліза, 75% якого входить до складу гемоглобіну. Основна роль гемоглобіну – перенесення кисню з легких до тканин, а зворотному напрямку – CO 2 .

Залізо необхідне і для рослин. Воно входить до складу цитоплазми, бере участь у процесі фотосинтезу. Рослини, вирощені на субстраті, що не містить заліза, мають біле листя. Маленька добавка заліза до субстрату – і вони набувають зеленого кольору. Більш того, варто білий лист змастити розчином солі, що містить залізо, і незабаром змащене місце зеленіє.

Так від однієї і тієї ж причини - наявності заліза в соках і тканинах - весело зеленіє листя рослин і яскраво рум'яняться щоки людини.

4. Фізичні властивості заліза.

Залізо – це сріблясто-білий метал із температурою плавлення 1539 про С. Дуже пластичний, тому легко обробляється, кується, прокочується, штампується. Залізо має здатність намагнічуватися і розмагнічуватися, тому застосовується як осердя електромагнітів у різних електричних машинах і апаратах. Йому можна надати більшу міцність і твердість методами термічного та механічного впливу, наприклад, за допомогою загартування та прокатки.

Розрізняють хімічно чисте та технічно чисте залізо. Технічно чисте залізо, по суті, є низьковуглецевою сталь, воно містить 0,02 -0,04% вуглецю, а кисню, сірки, азоту та фосфору – ще менше. Хімічно чисте залізо містить менше 0,01% домішок. Хімічно чисте залізосріблясто-сірий, блискучий, на вигляд дуже схожий на платину метал. Хімічно чисте залізо стійке до корозії і добре чинить опір дії кислот. Однак мізерні частки домішок позбавляють його цих дорогоцінних властивостей.

5. Отримання заліза

Відновленням з оксидів вугіллям або оксидом вуглецю (II), а також воднем:

FeO + C = Fe + CO

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Досвід "Отримання заліза алюмінотермією"

6. Хімічні властивості заліза

Як елемент побічної підгрупи залізо може виявляти кілька ступенів окиснення. Ми розглянемо лише сполуки, у яких залізо виявляє ступеня окислення +2 і +3. Таким чином, можна говорити, що у заліза є два ряди сполук, в яких воно дво-і тривалентно.

1) На повітрі залізо легко окислюється у присутності вологи (іржавіння):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

2) Розжарений залізний дріт горить у кисні, утворюючи окалину - оксид заліза (II,III) - речовина чорного кольору:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Cкиснем у вологому повітрі утворюється Fe 2 O 3 * nH 2 O

Досвід "Взаємодія заліза з киснем"

3) За високої температури (700–900°C) залізо реагує з парами води:

3Fe + 4H 2 O t˚C → Fe 3 O 4 + 4H 2

4) Залізо реагує з неметалами при нагріванні:

Fe + S t˚C → FeS

5) Залізо легко розчиняється в соляній та розведеній сірчаній кислотах за звичайних умов:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 (розб.) = FeSO 4 + H 2

6) У концентрованих кислотах – окислювачах залізо розчиняється лише при нагріванні

2Fe + 6H 2 SO 4 (кінець .) t˚C → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (кінець .) t˚C → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 OЗалізо (III)

7. Застосування заліза.

Основна частина одержуваного у світі заліза використовується для отримання чавуну та сталі - сплавів заліза з вуглецем та іншими металами. Чавуни містять близько 4% вуглецю. Сталі містять вуглецю менше 1,4%.

Чавуни необхідні для виробництва різних виливків – станин важких машин тощо.

Вироби з чавуну

Сталі використовуються для виготовлення машин, різних будівельних матеріалів, балок, листів, прокату, рейок, інструменту та безлічі інших виробів. Для виробництва різних сортів сталей застосовують звані легуючі добавки, якими служать різні метали: М

Тренажер №2 - Генетичний ряд Fe 3+

Тренажер №3 - Рівняння реакцій заліза з простими та складними речовинами

Завдання для закріплення

№1. Складіть рівняння реакцій отримання заліза з його оксидів Fe 2 O 3 і Fe 3 O 4 , використовуючи як відновник:
а) водень;
б) алюміній;
в) оксид вуглецю (ІІ).
Для кожної реакції складіть електронний баланс.

№2. Здійсніть перетворення за схемою:
Fe 2 O 3 -> Fe - + H2O, t -> X - + CO, t -> Y - + HCl -> Z
Назвіть продукти X, Y, Z?

Залізо – основний конструкційний матеріал. Метал використовується буквально скрізь – від ракет та підводних човнів до столових приладів та кованих прикрас на ґратах. Неабиякою мірою цьому сприяє елемент у природі. Однак справжньою причиною є все ж таки його міцність і довговічність.

У цій статті нами буде дано характеристику заліза як металу, вказано його корисні фізичні та хімічні властивості. Окремо ми розповідаємо чому залізо називають чорним металом, чим воно відрізняється від інших металів.

Як не дивно, але досі іноді виникає питання про те, залізо це метал або неметал. Залізо – елемент 8 групи, 4 періоди таблиці Д. І. Менделєєва. Молекулярна маса 558, що досить багато.

Це метал сріблясто-сірого кольору, досить м'який, пластичний, що має магнітні властивості. Насправді чисте залізо зустрічається і використовується вкрай рідко, оскільки метал хімічно активний і входить у різноманітні реакції.

Про те, що таке залізо, розповість це відео:

Поняття та особливості

Залізом зазвичай називають сплав із невеликою часткою домішок – до 0,8%, який зберігає практично всі властивості металу. Повсюдне застосування знаходить навіть цей варіант, а сталь і чавун. Своє найменування – чорний метал, залізо, а, точніше кажучи, той самий чавун і сталь, отримали завдяки кольору руди – чорному.

Сьогодні чорними металами називають сплави заліза: сталь, чавун, ферит, а також марганець, і іноді хром.

Залізо дуже поширений елемент. За вмістом у земній корі він займає 4 місце, поступаючись кисню, та . У ядрі Землі перебуває 86% заліза, і лише 14% – у мантії. У морській воді речовини міститься дуже мало – до 0,02 мг/л, у річковій воді трохи більше – до 2 мг/л.

Залізо – типовий метал, причому досить активний. Він взаємодіє з розведеними та концентрованими кислотами, але під дією дуже сильних окислювачів може утворити солі залізної кислоти. На повітрі залізо швидко покривається оксидною плівкою, що запобігає подальшій реакції.

Однак у присутності вологи замість оксидної плівки з'являється іржа, яка завдяки пухкій структурі подальшого окислення не перешкоджає. Ця особливість – кородування у присутності вологи, є основним недоліком металевих сплавів. Слід зазначити, що провокують корозії домішки, тоді як хімічно чистий метал стійкий до води.

Важливі параметри

Чистий метал залізо досить пластичний, добре піддається ковці та погано лиття. Однак невеликі домішки вуглецю значно збільшують його твердість та крихкість. Ця якість стала однією з причин витіснення бронзових знарядь праці залізними.

• Якщо порівняти залізні сплави і , з тих, що були відомі в стародавньому світі, очевидно, що , і за корозійною стійкістю, а значить, і за довговічністю. Однак масове призвело до виснаження олов'яних копалень. А оскільки значно менше, ніж , перед металургами минулого залишалося питання про заміну. І залізо замінило бронзу. Цілком остання була витіснена, коли з'явилися сталі: такого поєднання твердості та пружності, бронза не дає.
• Залізо утворює з кобальтом та тріаду заліза. Властивості елементів дуже близькі, ближче, ніж у їх аналогів з такою ж будовою зовнішнього шару. Всі метали мають чудові механічні властивості: легко обробляються, прокочуються, простягаються, їх можна кувати і штампувати. Кобальт і настільки реакційноздатні і стійкіші до корозії, ніж залізо. Однак менша поширеність цих елементів не дозволяє використовувати їх так само широко, як залізо.
• Головним «конкурентом» залозу в галузі використання виступає . Але насправді обидва матеріали мають зовсім різні якості. далеко не настільки міцний, як залізо, гірше витягується, не піддається кування. З іншого боку, метал відрізняється значно меншою вагою, що помітно полегшує конструкції.

Електропровідність заліза дуже середня, тоді як алюміній за цим показником поступається лише сріблу та золоту. Залізо є феромагнетиком, тобто зберігає намагніченість за відсутності магнітного поля, а й втягується в магнітне поле.

Такі різні властивості обумовлюють абсолютно різні сфери застосування, так що «борються» конструкційні матеріали дуже рідко, наприклад, у виробництві меблів, де легкість алюмінієвого профілю протиставляється міцності сталевого.

Переваги та недоліки заліза розглянуті далі.

Плюси і мінуси

Головна перевага заліза в порівнянні з іншими конструкційними металами – поширеність та відносна простота виплавки. Але, враховуючи в якій кількості використовується залізо, це дуже важливий фактор.

Переваги

До плюсів металу відносять інші якості.

• Міцність і твердість при збереженні пружності – не про хімічно чистому залозі, йдеться про сплавах. Причому ці якості варіюються в досить широких межах залежно від марки сталі, способу термообробки, методу отримання і так далі.
• Різноманітність сталей та феритів дозволяє створити та підібрати матеріал буквально для будь-якого завдання – від каркаса моста до ріжучого інструменту. Можливість отримання заданих властивостей при додаванні дуже незначних домішок – надзвичайно велика перевага.
• Легкість механічної обробки дозволяє отримати продукцію різного виду: прутки, труби, фасонні вироби, балки, листове залізо і таке інше.
• Магнітні властивості заліза такі, що метал є основним матеріалом для отримання магнитоприводов.
• Вартість сплавів залежить, звичайно, від складу, але все одно значно нижча, ніж у більшості кольорових, нехай і з вищими характеристиками міцності.
• Ковкість заліза забезпечує матеріалу дуже високі декоративні можливості.

Недоліки

Мінуси металевих сплавів значні.

• Насамперед це недостатня корозійна стійкість. Спеціальні види сталей – нержавіючі, мають цю корисну якість, але й коштують набагато дорожче. Значно частіше метал захищають за допомогою покриття – металевого чи полімерного.
• Залізо здатне накопичувати електрику, тому вироби з його сплавів зазнають електрохімічної корозії. Корпуси приладів та машин, трубопроводи повинні якимось чином захищатися – катодна захист, протекторна тощо.
• Метал важкий, тому залізні конструкції помітно ускладнюють об'єкт будівництва – будинок, залізничний вагон, морське судно.

Склад та структура

Залізо існує в 4 різних модифікаціях, що відрізняються один від одного параметрами решітки та структурою. Наявність фаз має дійсно вирішальне значення для виплавки, оскільки саме фазові переходи та їх залежність від легуючих елементів забезпечує саму течію металургійних процесів у цьому світі. Отже, йдеться про наступні фази:

• α-фаза стійка до +769 С, має об'ємно-центровані кубічні грати. α-фаза є феромагнетиком, тобто зберігає намагніченість у відсутності магнітного поля. Температура 769 С є точкою Кюрі для металу.
• β-фаза існує від +769 до +917 С. Структура модифікації та ж, але параметри решітки дещо інші. При цьому зберігаються практично всі фізичні властивості за винятком магнітних: залізо стає парамагнетиком.
• γ - фаза з'являється в діапазоні від +917 до +1394 С. Для неї характеру гранецентровані кубічні грати.
• δ-фаза існує вище температури +1394 С, має об'ємно-центровані кубічні грати.

Вирізняють також ε-модифікацію, яка з'являється при високому тиску, а також у результаті легування деякими елементами. ε-фаза має щільноупаковані гексагонічні грати.

Про фізичні та хімічні властивості заліза розповість цей відеоролик:

Властивості та характеристики

Дуже сильно залежить від його чистоти. Різниця між властивостями хімічно чистого заліза та звичайного технічного, а тим більше легованої сталі, дуже суттєва. Як правило, фізичні характеристики наводять для технічного заліза з часткою домішок 0,8%.

Необхідно відрізняти шкідливі домішки від добавок, що легують. Перші – сірка та фосфор, наприклад, надають сплаву крихкості, не збільшуючи твердість або механічну стійкість. Вуглець у сталі збільшує ці параметри, тобто є корисним компонентом.

• Щільність заліза (г/см3) певною мірою залежить від фази. Так, α-Fe має густину рівну 7,87 г/куб. см при нормальній температурі та 7,67 г/куб. см при +600 С. Щільність -фази нижче - 7,59 г/куб. див. а -фази ще менше - 7,409 г/куб.см.
• Температура плавлення речовини - 1539 С. Залізо відноситься до помірно тугоплавких металів.
• Температура кипіння - 2862 С.
• Міцність, тобто стійкість до різного роду навантажень – тиск, розтяг, вигин, регламентується для кожної марки сталі, чавуну і фериту, так що про ці показники говорити загалом складно. Так, швидкорізальні сталі має межу міцності на вигин рівний 2,5-2,8 ГПа. А той самий параметр звичайного технічного заліза становить 300 МПА.
• Твердість за шкалою Мооса – 4-5. Спеціальні сталі та хімічно чисте залізо досягають куди вищих показників.
• Питомий електричний опір 9,7 · 10-8 ом · м. Залізо проводить струм куди гірше за мідь або алюміній.
• Теплопровідність також нижча, ніж у цих металів і залежить від фазового складу. При 25°С становить 74,04 Вт/(м·К)., при 1500°С — 31,8 [Вт/(м.К)].
• Залізо чудово кується, причому як за нормальної, і підвищеної температурі. Чавун та сталь піддаються лиття.
• Біологічно інертну речовину назвати не можна. Однак його токсичність дуже низька. Пов'язано це, щоправда, й не так з активністю елемента, як із нездатністю людського організму добре його засвоїти: максимум становить 20% від отримуваної дози.

До екологічних речовин залізо віднести не можна. Однак основну шкоду навколишньому середовищу завдає не його відходів, оскільки залізо іржавіє і досить швидко, а відходи виробництва – шлаки, гази, що виділяються.

Виробництво

Залізо належить до дуже поширених елементів, отже й вимагає великих витрат. Розробляються родовища як відкритим, і шахтним методом. По суті, всі гірські руди включають до складу залізо, але розробляють лише ті, де частка металу досить велика. Це багаті руди – червоний, магнітний і бурий залізняк із часткою залізо до 74 %, руди із середнім вмістом – марказит, наприклад, і бідні руди із часткою заліза щонайменше 26% – сидерит.

Багата руда одразу ж вирушає на завод. Породи із середнім та низьким вмістом збагачуються.

Існує кілька методів одержання залізних сплавів. Як правило, виплавка будь-якої сталі включає одержання чавуну. Його виплавляють у доменній печі при температурі 1600 С. Шихту – агломерат, котуни, завантажують разом із флюсом у піч і продувають гарячим повітрям. При цьому метал плавиться, а кокс горить, що дозволяє випалити небажані домішки та відокремити шлак.

Для одержання сталі зазвичай використовують білий чавун – у ньому вуглець зв'язаний у хімічну сполуку із залізом. Найбільш поширені 3 способи:

• мартенівський - розплавлений чавун з добавкою руди і скрапу плавлять при 2000 З тим, щоб зменшити вміст вуглецю. Додаткові інгредієнти, якщо вони є, додають наприкінці плавки. Таким чином одержують саму високоякісну сталь.
• киснево-конвертерний - найбільш продуктивний метод. У печі товщу чавуну продувають повітрям під тиском 26 кг/кв. см. Може використовуватися суміш кисню з повітрям або чистий кисень з метою покращення якості сталі;
• електроплавильний – найчастіше застосовується для отримання спеціальних легованих сталей. Чавун палять в електричній печі при температурі 2200 С.

Сталь можна одержати і прямим методом. Для цього в шахтну піч завантажують котуни з великим вмістом заліза і при температурі 1000 С продують воднем. Останній відновлює залізо із оксиду без проміжних стадій.

У зв'язку зі специфікою чорної металургії продаж потрапляє або руда з певним вмістом заліза, або готова продукція – чавун, сталь, ферит. Ціна їх дуже відрізняється. Середня вартість залізняку в 2016 році – багатої, з вмістом елементів понад 60%, становить 50$ за тонну.

Вартість сталі залежить від безлічі факторів, що часом робить злети та падіння цін скоєно непередбачувано. Восени 2016 року вартість арматури, гаряче- та холоднокатаної сталі різко зросла завдяки не менш різкому підйому цін на коксівне вугілля – неодмінного учасника виплавки. У листопаді європейські компанії пропонує рулон гарячекатаної сталі по 500 євро за т.д.

Галузь застосування

Сфера використання заліза та залізних сплавів величезна. Простіше вказати, де метал не застосовується.

• Будівництво – спорудження всіх видів каркасів, від каркаса моста, що несе, до коробки декоративного каміна в квартирі, не може обійтися без сталі різних сортів. Арматура, прутки, двотаври, швелери, куточки, труби: абсолютно вся фасонна та сортова продукція використовується у будівництві. Те саме стосується і листового прокату: з нього виготовляють покрівлю, і так далі.
• Машинобудування – за міцністю та стійкістю до зносу зі сталлю дуже мало, що може зрівнятися, так що деталі корпусу абсолютної більшості машин виготовляються зі сталей. Тим більше у тих випадках, коли обладнання має працювати в умовах високих температур та тиску.
• Інструменти – за допомогою легуючих елементів та загартування металу можна надати твердість та міцність близьку до алмазів. Швидкорізальні сталі – основа будь-яких обробних інструментів.
• В електротехніці використання заліза більш обмежене, саме тому, що домішки помітно погіршують його електричні властивості, а вони й так невеликі. Зате метал незамінний у виробництві магнітних частин електроустаткування.
• Трубопровід – із сталі та чавуну виготовляють комунікації будь-якого роду та виду: опалення, водопроводи, газопроводи, включаючи магістральні, оболонки для силових кабелів, нафтопроводи тощо. Тільки сталь здатна витримувати такі величезні навантаження і внутрішній тиск.
• Побутове використання – сталь застосовується скрізь: від фурнітури та столових приладів до залізних дверей та замків. Міцність металу та зносостійкість роблять його незамінним.

Залізо та його сплави поєднують у собі міцність, довговічністю стійкість до зносу. Крім того, метал відносно дешевий у виробництві, що робить його незамінним матеріалом для сучасного народного господарства.

Про сплави заліза з кольоровими металами та важкими чорними розповість це відео:

Конвертер довжини та відстані Конвертер маси Конвертер мір об'єму сипучих продуктів та продуктів харчування Конвертер площі Конвертер об'єму та одиниць вимірювання в кулінарних рецептах Конвертер температури Конвертер тиску, механічного напруження, модуля Юнга Конвертер енергії та роботи Конвертер сили Конвертер сили Конвертер часу теплової ефективності та паливної економічності Конвертер чисел у різних системах числення Конвертер одиниць вимірювання кількості інформації Курси валют Розміри жіночого одягу та взуття Розміри чоловічого одягу та взуття Конвертер кутової швидкості та частоти обертання Конвертер прискорення Конвертер кутового прискорення Конвертер густини Конвертер питомого об'єму Конвертер Конвертер обертального моменту Конвертер питомої теплоти згоряння (за масою) Конвертер щільності енергії та питомої теплоти згоряння палива (за об'ємом) Конвертер різниці температур Конвертер коефіцієнта теплового розширення Конвертер термічного опору Конвертер коефіцієнта тепловіддачі Конвертер об'ємної витрати Конвертер масової витрати Конвертер молярної витрати Конвертер щільності потоку маси Конвертер молярної концентрації Конвертер масової концентрації в розчині Конвертер динамічної (абсолютної) в'язкості Конвертер кінематичної в'язкості Конвертер поверхневого натягу Конвертер чутливості мікрофонів Конвертер рівня звукового тиску (SPL) Конвертер рівня звукового тиску з можливістю вибору опорного тиску Конвертер яскравості Конвертер сили світла Конвертер освітленості Конвертер роздільної здатності в комп'ютерній графіці Конвертер частоти та довжини хвилі Оптична сила в діоптріях та фокусна відстань Оптична сила в діоптріях та збільшення Конвертер електричного заряду Конвертер лінійної щільності заряду Конвертер поверхневої щільності заряду Конвертер об'ємної щільності заряду Конвертер електричного струму Конвертер лінійної щільності струму Конвертер напруженості електричного поля ділової електричної провідності Електрична ємність Конвертер індуктивності Конвертер Американського калібру проводів Рівні в dBm (дБм або дБмВт), dBV (дБВ), ватах та ін. одиницях Конвертер магніторушійної сили Конвертер напруженості магнітного поля Конвертер магнітного потоку Конвертер магнітної індукції Радіація. Конвертер потужності поглиненої дози іонізуючого випромінювання Радіоактивність. Конвертер радіоактивного розпаду Радіація. Конвертер експозиційної дози. Конвертер поглиненої дози Конвертер десяткових приставок Передача даних Конвертер одиниць типографіки та обробки зображень Конвертер одиниць вимірювання об'єму лісоматеріалів Обчислення молярної маси Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва

Хімічна формула

Молярна маса Fe 2 O 3 , оксид заліза (III) 159.6882 г/моль

55,845·2+15,9994·3

Масові частки елементів у поєднанні

Використання калькулятора молярної маси

• Хімічні формули потрібно вводити з урахуванням регістру
• Індекси вводяться як звичайні числа
• Точка на середній лінії (знак множення), що застосовується, наприклад, у формулах кристалогідратів, замінюється звичайною точкою.
• Приклад: замість CuSO₄·5H₂O у конвертері для зручності введення використовується написання CuSO4.5H2O .

Калькулятор молярної маси

Міль

Усі речовини складаються з атомів та молекул. У хімії важливо точно вимірювати масу речовин, що вступають у реакцію і утворюються в результаті неї. За визначенням моль - це кількість речовини, яка містить стільки ж структурних елементів (атомів, молекул, іонів, електронів та інших частинок або їх груп), скільки міститься атомів у 12 грамах ізотопу вуглецю з відносною атомною масою 12. Це число називається постійною чи числом Авогадро і одно 6,02214129(27)×10²³ моль⁻¹.

Число Авогадро N A = 6.02214129(27)×10²³ моль⁻¹

Тобто моль - це кількість речовини, що дорівнює за масою сумі атомних мас атомів і молекул речовини, помножене на число Авогадро. Одиниця кількості речовини моль є одним із семи основних одиниць системи СІ і позначається моль. Оскільки назва одиниці та її умовне позначення збігаються, слід зазначити, що умовне позначення не схиляється на відміну від назви одиниці, яку можна схиляти за звичайними правилами російської мови. За визначенням один моль чистого вуглецю-12 дорівнює точно 12 г.

Молярна маса

Молярна маса - фізична властивість речовини, що визначається як відношення маси цієї речовини до кількості речовини в молях. Інакше кажучи, це маса одного молячи речовини. У системі СІ одиницею молярної маси є кілограм/моль (кг/моль). Однак хіміки звикли користуватися зручнішою одиницею г/моль.

молярна маса = г/моль

Молярна маса елементів та сполук

Сполуки - речовини, що складаються з різних атомів, які хімічно пов'язані один з одним. Наприклад, наведені нижче речовини, які можна знайти на кухні у будь-якої господині, є хімічними сполуками:

• сіль (хлорид натрію) NaCl
• цукор (сахароза) C₁₂H₂₂O₁₁
• оцет (розчин оцтової кислоти) CH₃COOH

Молярна маса хімічних елементів у грамах на моль чисельно збігається з масою атомів елемента, що у атомних одиницях маси (або дальтонах). Молярна маса сполук дорівнює сумі молярних мас елементів, у тому числі складається з'єднання, з урахуванням кількості атомів у соединении. Наприклад, молярна маса води (H₂O) приблизно дорівнює 2 × 2 + 16 = 18 г/моль.

Молекулярна маса

Молекулярна маса (стара назва – молекулярна вага) – це маса молекули, розрахована як сума мас кожного атома, що входить до складу молекули, помножених на кількість атомів у цій молекулі. Молекулярна маса є безрозмірнуфізичну величину, чисельно рівну молярної маси. Тобто молекулярна маса відрізняється від молярної маси розмірністю. Незважаючи на те, що молекулярна маса є безрозмірною величиною, вона все ж таки має величину, звану атомною одиницею маси (а.е.м.) або дальтоном (Так), і приблизно рівну масі одного протона або нейтрона. Атомна одиниця маси також чисельно дорівнює 1 г/моль.

Розрахунок молярної маси

Молярну масу розраховують так:

• визначають атомні маси елементів за таблицею Менделєєва;
Опублікуйте питання у TCTermsі протягом кількох хвилин ви отримаєте відповідь.

Історія

Залізо, як інструментальний матеріал, відоме з найдавніших часів. Найдавніші вироби із заліза, знайдені при археологічних розкопках, датуються 4-м тисячоліттям до н. е. і відносяться до давньошумерської та давньоєгипетської цивілізацій. Це виготовлені з метеоритного заліза, тобто сплаву заліза та нікелю (зміст останнього коливається від 5 до 30 %), прикраси з єгипетських гробниць (близько 3800 до н. е.) та кинджал з шумерського міста Ура (близько 3100 до н.е.). е.). Від небесного походження метеоритного заліза походить, мабуть, одна з назв заліза в грецькій та латинській мовах: «сидер» (що означає «зірковий»).

Вироби із заліза, отриманого виплавкою, відомі з часу розселення арійських племен з Європи в Азію, острови Середземного моря, і далі (кінець 4-го та 3-го тисячоліття до н.е.). Найдавніші залізні інструменти з відомих - сталеві леза, знайдені в кам'яній кладці піраміди Хеопса в Єгипті (побудована близько 2530 до н.е.). Як показали розкопки в Нубійській пустелі, вже в ті часи єгиптяни, намагаючись відокремити золото, що видобувається від важкого магнетитового піску, прожарювали руду з висівками і подібними речовинами, що містять вуглець. В результаті на поверхні розплаву золота випливав шар тістоподібного заліза, який обробляли окремо. З цього заліза кувалися гармати, зокрема знайдені у піраміді Хеопса. Однак після онука Хеопса Менкаура (2471-2465 рік до н. е..) в Єгипті настала смута: знати на чолі зі жерцями бога Ра скинула правлячу династію, і почалася чехарда узурпаторів, яка закінчилася зацарюванням фараона наступної династії Усеркара, самого бога Ра (з того часу це стало офіційним статусом фараонів). У ході цієї смути культурні та технічні знання єгиптян занепали, і, так само як деградувало мистецтво будівництва пірамід, технологія виробництва заліза була втрачена, аж до того, що пізніше, освоюючи в пошуках мідної руди Синайський півострів, єгиптяни не звернули жодної уваги на які були там поклади залізняку, а отримували залізо від сусідніх хетів і мітаннійців.

Перші освоїли виробництва заліза хати , цього вказує найдавніше (2-е тисячоліття е.) згадка заліза у текстах хетів , які заснували свою імперію біля хаттів (сучасної Анатолії Туреччини). Так, у тексті хетського царя Анітти (близько 1800 року до н.е.(наша ера)) говориться:

Коли на місто Пурусханду в похід я пішов, людина з міста Пурусханди до мене вклонитися прийшла (…?) і вона мені 1 залізний трон і 1 залізний скіпетр (?) на знак покірності (?) підніс…

(джерело: Гіоргадзе Г. Г.// Вісник давньої історії. 1965. № 4.)

У давнину майстрами залізних виробів мали славу халіби. У легенді про аргонавтів (їх похід у Колхіду відбувся приблизно за 50 років до троянської війни) розповідається, що цар Колхіди Еєт дав Ясону залізний плуг, щоб він зорав поле Ареса, і описуються його піддані халібери:

Вони не орють землю, не садять плодові дерева, не пасуть череди на опасистих луках; вони видобувають руду та залізо з необробленої землі та вимінюють на них продукти харчування. День не починається для них без тяжкої праці, у темряві ночі та густому диму проводять вони, працюючи весь день.

Аристотель описав їх спосіб одержання сталі: «халіби кілька разів промивали річковий пісок їхньої країни - цим виділяючи чорний шліх (важка фракція що складається переважно з магнетиту і гематиту), і плавили печах; отриманий таким чином метал мав сріблястий колір і був нержавіючий».

В якості сировини для виплавки стали використовувалися магнетитові піски, які часто зустрічаються по всьому узбережжю Чорного моря: ці магнетитові піски складаються з суміші дрібних зерен магнетиту, титано-магнетиту або ільменіту, і уламків інших порід, так що сплав, що виплавляється халібами, була легованою, і мала Чудові якості. Такий своєрідний спосіб отримання заліза свідчить, що халіби лише поширили залізо як технологічний матеріал, та його спосіб було методом повсюдного промислового виробництва залізних виробів. Проте їхнє виробництво послужило поштовхом для подальшого розвитку металургії заліза.

У найглибшої давнини залізо цінувалося дорожче золота, і за описом Страбона, в африканських племен за 1 фунт заліза давали 10 фунтів золота, а за дослідженнями історика Г. Арешяна вартості міді, срібла, золота та заліза у стародавніх хетів були у співвідношенні 1:1 : 1280: 6400. У ті часи залізо використовувалося як ювелірний метал, з нього робили трони та інші регалії царської влади: наприклад, у біблійній книзі Повторення Закону 3,11 описаний «одр залізний» рефаїмського царя Ога.

У гробниці Тутанхамона (близько 1350 року до зв. е.) було знайдено кинджалів із заліза у золотий оправі - можливо, подарований хетами з дипломатичних цілях. Але хети не прагнули широкого поширення заліза та його технологій, що видно і з листування єгипетського фараона Тутанхамона і його тестя Хаттусиля - царя хетів. Фараон просить надіслати більше заліза, а цар хетів ухильно відповідає, що запаси заліза вичерпалися, а ковалі зайняті на сільськогосподарських роботах, тому він не може виконати прохання царственого зятя, і посилає лише один кинджал з «хорошого заліза» (тобто стали). Як видно, хети намагалися використати свої знання для досягнення військових переваг, і не давали іншим можливості зрівнятися з ними. Мабуть, тому залізні вироби набули широкого поширення лише після Троянської війни та падіння держави хетів, коли завдяки торговій активності греків технологія заліза стала відомою багатьом, і було відкрито нові родовища заліза та рудники. Так на зміну «Бронзовому» віку настав вік «Залізний».

За описами Гомера, хоча під час Троянської війни (приблизно 1250 до н.е.(наша ера)) зброя була в основному з міді та бронзи, але залізо вже було добре відоме і користувалося великим попитом, хоча більше як дорогоцінний метал. Наприклад, у 23-й пісні «Іліади» Гомер розповідає, що Ахілл нагородив диском із залізного крику переможця у змаганні з метання диска. Це залізо ахейці добували у троянців та суміжних народів (Іліада 7,473), у тому числі у халібів, які воювали на боці троянців.

«Інші мужі ахейські міною вино купували,
Ті за дзвінку мідь, за сиве залізо міняли,
Ті за волові шкіри або волів круторігих,
Ті за своїх полонених. І бенкет приготовлений веселий ... »

Можливо, залізо було однією з причин, що спонукали греків-ахейців рушити до Малої Азії, де вони дізналися секрети його виробництва. А розкопки в Афінах показали, що вже близько 1100 до н. е. і пізніше вже були поширені залізні мечі, списи, сокири, і навіть залізні цвяхи. У біблійній книзі Ісуса Навина 17,16 (пор. Суддів 14,4) описується, що филистимляни (біблійні «PILISTIM», а це були протогрецькі племена, споріднені з пізніми еллінами, переважно пеласги) мали безліч залізних колісниць, тобто в це Залізо вже стало широко застосовуватися у великих кількостях.

Гомер в «Іліаді» та «Одіссеї» називає залізо «многотрудний метал», і описує загартування знарядь:

«Роспішний ковач, виготовивши сокиру чи сокиру,
У воду метал, розжаривши його, щоб подвійну
Він фортецю мав, занурює…»

Гомер називає залізо багатотрудним, тому що в давнину основним методом його отримання був сиродутний процес: шари залізної руди, що перемежовуються, і деревного вугілля прожарювалися в спеціальних печах (гірницях - від древнього «Horn» - ріг, труба, спочатку це була просто труба, вирита в землі зазвичай горизонтально в схилі яру). У горні окисли заліза відновлюються до металу розпеченим вугіллям, який відбирає кисень, окислюючись до окису вуглецю, і в результаті такого прожарювання руди з вугіллям виходило тістоподібне кричне залізо. Крицю очищали від шлаків куванням, вичавлюючи домішки сильними ударами молота. Перші горни мали порівняно низьку температуру - помітно менше температури плавлення чавуну, тому залізо виходило порівняно маловуглецевим. Щоб отримати міцну сталь, доводилося багато разів прожарювати і проковувати залізну крицю з вугіллям, при цьому поверхневий шар металу додатково насичувався вуглецем і зміцнювався. Так виходило «хороше залізо» - і це вимагало великих праць, вироби, отримані в такий спосіб, були значно міцнішими і твердими, ніж бронзові.

Надалі навчилися робити більш ефективні печі (у російській - домна, домниця) для виробництва сталі, і застосували хутра для подачі повітря в горн. Вже римляни вміли доводити температуру печі до плавлення сталі (близько 1400 градусів, а чисте залізо плавиться при 1535 градусах). При цьому утворюється чавун з температурою плавлення 1100-1200 градусів, дуже тендітний в твердому стані (навіть не піддається ковці) і не має пружності сталі. Спочатку його вважали шкідливим побічним продуктом (англ. pig iron, По-російськи, свинське залізо, чушки, звідки, власне, і походить слово чавун), але потім виявилося, що при повторній переплавці в печі з посиленим продуванням через нього повітря, чавун перетворюється на сталь гарної якості, так як зайвий вуглець вигоряє. Такий двостадійний процес виробництва сталі з чавуну виявився простішим і вигіднішим, ніж кричний, і цей принцип використовується без особливих змін багато століть, залишаючись і до наших днів основним способом виробництва залізних матеріалів.

Бібліографія: Карл Бакс.Багатства земних надр. М.: Прогрес, 1986, стор 244, глава «Залізо»

походження назви

Є кілька версій походження слов'янського слова «залізо» (білор. залізо, укр. залізо, ст.-слав. залізо, болг. залізо, сербохорв. Жезезо, польськ. żelazo, чеш. щоlezo, словенний. щоlezo).

Одна із етимологій пов'язує праслав. *žeліzo з грецьким словом χαλκός , що означало залізо та мідь, згідно з іншою версією *žeліzoспоріднений словами *žeли«черепаха» та *glazъ«скеля», із загальною симою «камінь». Третя версія передбачає давнє запозичення з невідомої мови.

Німецькі мови запозичили назву заліза (гот. eisarn, англ. ironнім. Eisenнідерл. ijzer, дат. jern, швед. järn) з кельтських.

Пракельтське слово *isarno-(> др.-ірл. iarn, др.-брет. hoiarn), ймовірно, сходить до пра-і. *h 1 esh 2 r-no- «кривавий» із семантичним розвитком «кривавий» > «червоний» > «залізо». Відповідно до іншої гіпотезі це слово перегукується з пра-и.е. *(H)ish 2 ro- «сильний, святий, що має надприродну силу» .

Давньогрецьке слово σίδηρος , можливо, було запозичено з того ж джерела, що й слов'янське, німецьке та балтійське слова для срібла.

Назва природного карбонату заліза (сидериту) походить від лат. sidereus- зірковий; дійсно, перше залізо, що потрапило до рук людей, було метеоритного походження. Можливо, цей збіг не випадковий. Зокрема давньогрецьке слово сидерос (σίδηρος)для заліза та латинське sidus, Що означає "зірка", ймовірно, мають загальне походження.

Ізотопи

Природне залізо складається з чотирьох стабільних ізотопів: 54 Fe (ізотопна поширеність 5,845%), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) та 58 Fe (0,282%). Також відомо більше 20 нестабільних ізотопів заліза з масовими числами від 45 до 72, найбільш стійкі з яких - 60 Fe (період напіврозпаду за уточненими в 2009 році даними становить 2,6 мільйона років), 55 Fe (2,737 року), 59 Fe ( 44,495 діб) та 52 Fe (8,275 години); інші ізотопи мають період напіврозпаду менше 10 хвилин.

Ізотоп заліза 56 Fe відноситься до найбільш стабільних ядра: всі наступні елементи можуть зменшити енергію зв'язку на нуклон шляхом розпаду, а всі попередні елементи, в принципі, могли б зменшити енергію зв'язку на нуклон за рахунок синтезу. Вважають, що залізом закінчується ряд синтезу елементів у ядрах нормальних зірок (див. Залізна зірка), проте наступні елементи можуть утворитися лише результаті вибухів наднових .

Геохімія заліза

Гідротермальне джерело із залізистою водою. Оксиди заліза фарбують воду у бурий колір

Залізо - один із найпоширеніших елементів у Сонячній системі, особливо на планетах земної групи, зокрема, на Землі. Значна частина заліза планет земної групи перебуває у ядрах планет, де його вміст, за оцінками, близько 90%. Вміст заліза у земній корі становить 5 %, а мантії близько 12 %. З металів залізо поступається за поширеністю в корі тільки алюмінію. При цьому в ядрі знаходиться близько 86% заліза, а в мантії 14%. Вміст заліза значно підвищується у вивержених породах основного складу, де він пов'язаний з піроксеном, амфіболом, олівіном та біотитом. У промислових концентраціях залізо накопичується протягом багатьох екзогенних і ендогенних процесів, що відбуваються в земній корі. У морській воді залізо міститься у дуже малих кількостях 0,002-0,02 мг/л. У річковій воді трохи вище – 2 мг/л.

Геохімічні властивості заліза

Найважливіша геохімічна особливість заліза - наявність у нього кількох ступенів окиснення. Залізо в нейтральній формі - металеве - складає ядро ​​землі, можливо, є в мантії і дуже рідко зустрічається в земній корі. Закисне залізо FeO - основна форма знаходження заліза в мантії та земній корі. Окисне залізо Fe 2 O 3 характерне для верхніх, найбільш окислених, частин земної кори, зокрема, осадових порід.

За кристалохімічними властивостями іон Fe 2+ близький до іонів Mg 2+ і Ca 2+ - інших основних елементів, що становлять значну частину всіх земних порід. В силу кристалохімічної подібності залізо заміняє магній і, частково, кальцій у багатьох силікатах. При цьому вміст заліза у мінералах змінного складу зазвичай збільшується із зменшенням температури.

Мінерали заліза

Відомо велика кількість руд та мінералів, що містять залізо. Найбільше практичне значення мають червоний залізняк (гематит, Fe 2 O 3 ; містить до 70 % Fe), магнітний залізняк (магнетит , FeFe 2 O 4 , Fe 3 O 4 ; містить 72,4 % Fe), бурий залізняк або лимоніт (гетит і гідрогетит, відповідно FeOOH та FeOOH·nH 2 O). Гетит і гідрогетит найчастіше зустрічаються в корах вивітрювання, утворюючи так звані «залізні капелюхи», потужність яких сягає кількох сотень метрів. Також вони можуть мати осадове походження, випадаючи з колоїдних розчинів в озерах або прибережних зонах морів. При цьому утворюються оолітові або бобові, залізні руди. Вони часто зустрічається вівіаніт Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O, що утворює чорні подовжені кристали і радіально-променисті агрегати .

У природі також поширені сульфіди заліза - пірит FeS 2 (сірчаний чи залізний колчедан) і пирротин . Вони не є залізною рудою – пірит використовують для отримання сірчаної кислоти, а пірротин часто містить нікель та кобальт.

За запасами залізняку Росія посідає перше місце у світі. Вміст заліза у морській воді - 1·10 −5 -1·10 −8 %.

Інші мінерали заліза, що часто зустрічаються:

• Сидерит – FeCO 3 – містить приблизно 35 % заліза. Має жовтувато-білий (з сірим або коричневим відтінком у разі забруднення) кольором. Щільність дорівнює 3 г/см і твердість 3,5-4,5 за шкалою Моосу.
• Марказит – FeS 2 – містить 46,6 % заліза. Зустрічається у вигляді жовтих, як латунь, біпірамідальних ромбічних кристалів із щільністю 4,6-4,9 г/см³ та твердістю 5-6 за шкалою Моосу.
• Леллінгіт – FeAs 2 – містить 27,2 % заліза і зустрічається у вигляді сріблясто-білих біпірамідальних ромбічних кристалів. Щільність дорівнює 7-7,4 г/см3, твердість 5-5,5 за шкалою Моосу.
• Міспікель – FeAsS – містить 34,3 % заліза. Зустрічається у вигляді білих моноклинних призм із щільністю 5,6-6,2 г/см³ та твердістю 5,5-6 за шкалою Моосу.
• Мелантерит - FeSO 4 ·7H 2 O - рідше зустрічається в природі і являє собою зелені (або сірі через домішки) моноклінні кристали, що мають скляний блиск, крихкі. Щільність дорівнює 1,8-1,9 г/см3.
• Вівіаніт - Fe 3 (PO 4) 2 ·8H 2 O - зустрічається у вигляді синьо-сірих або зелено-сірих моноклинних кристалів із щільністю 2,95 г/см³ та твердістю 1,5-2 за шкалою Моосу.

Крім вищеописаних мінералів заліза існують, наприклад:

Основні родовища

За даними Геологічної служби США (оцінка 2011 р.), світові розвідані запаси залізняку становлять близько 178 млрд тонн. Основні родовища заліза знаходяться у Бразилії (1 місце), Австралії, США, Канаді, Швеції, Венесуелі, Ліберії, Україні, Франції, Індії. У Росії її залізо видобувається на Курській магнітної аномалії (КМА), Кольському півострові, в Карелії й у Сибіру. Значну роль останнім часом набувають донні океанські родовища, у яких залізо разом із марганцем та інші цінними металами перебуває у конкреціях.

Отримання

У промисловості залізо отримують із залізної руди, в основному з гематиту (Fe 2 O 3) та магнетиту (FeO·Fe 2 O 3).

Існують різні способи вилучення заліза із руд. Найбільш поширеним є доменний процес.

Перший етап виробництва – відновлення заліза вуглецем у доменній печі при температурі 2000 °C. У доменній печі вуглець у вигляді коксу, залізна руда у вигляді агломерату або котунів і флюс (наприклад, вапняк) подаються зверху, а знизу їх зустрічає потік гарячого повітря, що нагнітається.

У печі вуглець як коксу окислюється до монооксиду вуглецю . Даний оксид утворюється при горінні в нестачі кисню:

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

Оксид кальцію з'єднується з діоксидом кремнію, утворюючи шлак - метасилікат кальцію:

Шлак, на відміну діоксиду кремнію, плавиться в печі. Більш легкий, ніж залізо, шлак плаває лежить на поверхні - це властивість дозволяє розділяти шлак від металу. Шлак потім може використовуватися при будівництві та сільському господарстві. Розплав заліза, отриманий в доменній печі містить досить багато вуглецю (чавун). Крім таких випадків, коли чавун використовується безпосередньо, він потребує подальшої переробки.

Надлишки вуглецю та інші домішки (сірка, фосфор) видаляють з чавуну окисленням у мартенівських печах або конвертерах. Електричні печі використовуються для виплавки легованих сталей.

Окрім доменного процесу, поширений процес прямого одержання заліза. У цьому випадку попередньо подрібнену руду змішують з особливою глиною, формуючи котуни. Окатиші обпалюють і обробляють у шахтній печі гарячими продуктами конверсії метану, які містять водень. Водень легко відновлює залізо:

при цьому не відбувається забруднення заліза такими домішками як сірка та фосфор, які є звичайними домішками в кам'яному куті. Залізо виходить у твердому вигляді, і надалі переплавляється в електричних печах.

Хімічно чисте залізо виходить електролізом розчинів його солей.

Фізичні властивості

Явище поліморфізму надзвичайно важливе для металургії сталі. Саме завдяки α-γ переходам кристалічних ґрат відбувається термообробка сталі . Без цього явища залізо як основа стали не набуло б такого широкого застосування.

Залізо відноситься до помірно тугоплавкого металу. Серед стандартних електродних потенціалів залізо стоїть до водню і легко реагує з розведеними кислотами. Таким чином, залізо відноситься до металів середньої активності.

Температура плавлення заліза 1539 °C, температура кипіння – 2862 °C.

Хімічні властивості

Характерні ступені окислення

• Кислота у вільному вигляді не існує - отримані лише її солі.

Для заліза характерні ступені окислення заліза - +2 та +3.

Ступеня окислення +2 відповідає чорний оксид FeO і зелений гідроксид Fe(OH) 2 . Вони мають основний характер. У солях Fe(+2) є у вигляді катіону. Fe(+2) – слабкий відновник.

Ступені окислення +3 відповідають червоно-коричневий оксид Fe 2 O 3 і коричневий гідроксид Fe(OH) 3 . Вони мають амфотерний характер, хоч і кислотні, і основні властивості у них виражені слабо. Так, іони Fe 3+ націло гідролізуються навіть у кислому середовищі. Fe(OH) 3 розчиняється (і то не повністю), тільки в концентрованих лугах. Fe 2 O 3 реагує з лугами тільки при сплавленні, даючи ферити (формальні солі кислоти неіснуючої у вільному вигляді кислоти HFeO 2):

Залізо (+3) найчастіше виявляє слабкі окисні властивості.

Ступені окислення +2 і +3 легко переходять між собою за зміни окислювально-відновних умов.

Крім того, існує оксид Fe 3 O 4 формальний ступінь окислення заліза в якому +8/3. Однак цей оксид можна розглядати як ферит заліза (II) Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .

Також існує ступінь окиснення +6. Відповідного оксиду та гідроксиду у вільному вигляді не існує, але отримані солі - ферати (наприклад, K 2 FeO 4). Залізо (+6) знаходиться у них у вигляді аніону. Феррат є сильними окислювачами.

Властивості простої речовини

При зберіганні повітря при температурі до 200 °C залізо поступово покривається щільною плівкою оксиду , що перешкоджає подальшому окисленню металу. У вологому повітрі залізо покривається пухким шаром іржі, який не перешкоджає доступу кисню та вологи до металу та його руйнуванню. Іржа не має постійного хімічного складу, приблизно її хімічну формулу можна записати як Fe 2 O 3 ·xH 2 O.

З'єднання заліза (II)

Оксид заліза(II) FeO має основні властивості, йому відповідає основа Fe(OH) 2 . Солі заліза (II) мають світло-зелений колір. При їх зберіганні, особливо у вологому повітрі, вони коричневіють за рахунок окиснення до заліза (III). Такий самий процес протікає при зберіганні водних розчинів солей заліза(II):

З солей заліза(II) у водних розчинах стійка сіль Мора - подвійний сульфат амонію та заліза(II) (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 ·6Н 2 O.

Реактивом на іони Fe 2+ у розчині може служити гексаціаноферрат(III) калію K 3 (червона кров'яна сіль). При взаємодії іонів Fe 2+ та 3− випадає осад турнбулевої сині:

Для кількісного визначення заліза (II) у розчині використовують фенантролін Phen, що утворює із залізом (II) червоний комплекс FePhen 3 (максимум світлопоглинання - 520 нм) у широкому діапазоні рН (4-9).

З'єднання заліза (III)

З'єднання заліза(III) у розчинах відновлюються металевим залізом:

Залізо(III) здатне утворювати подвійні сульфати з однозарядними катіонами типу галунів, наприклад, KFe(SO 4) 2 - залізокалієві галун, (NH 4)Fe(SO 4) 2 - залізоамонійні галун і т. д.

Для якісного виявлення у розчині сполук заліза(III) використовують якісну реакцію іонів Fe 3+ з тіоціанат-іонами SCN − . При взаємодії іонів Fe 3+ з аніонами SCN − утворюється суміш яскраво-червоних роданідних комплексів заліза 2+ , + , Fe(SCN) 3 , - . Склад суміші (а отже, і інтенсивність її забарвлення) залежить від різних факторів, тому для точного якісного визначення заліза цей метод не застосовується.

Іншим якісним реактивом на іони Fe 3+ є гексаціаноферрат(II) калію K 4 (жовта кров'яна сіль). При взаємодії іонів Fe 3+ та 4− випадає яскраво-синій осад берлінської блакиті:

З'єднання заліза (VI)

Окисні властивості ферратів використовують для знезараження води.

З'єднання заліза VII та VIII

Є повідомлення про електрохімічне одержання сполук заліза(VIII). , , , однак незалежних робіт, що підтверджують ці результати, немає.

Застосування

Залізна руда

Залізо - один із найбільш використовуваних металів, на нього припадає до 95% світового металургійного виробництва.

• Залізо є основним компонентом сталей та чавунів – найважливіших конструкційних матеріалів.
• Залізо може входити до складу сплавів на основі інших металів – наприклад, нікелевих.
• Магнітний окис заліза (магнетит) – важливий матеріал у виробництві пристроїв довгострокової комп'ютерної пам'яті: жорстких дисків, дискет тощо.
• Ультрадисперсний порошок магнетиту використовується у багатьох чорно-білих лазерних принтерах у суміші з полімерними гранулами як тонер. Тут одночасно використовується чорний колір магнетиту та його здатність прилипати до намагніченого валика перенесення.
• Унікальні феромагнітні властивості ряду сплавів на основі заліза сприяють їх широкому застосуванню в електротехніці для магнітопроводів трансформаторів та електродвигунів.
• Хлорид заліза (III) (хлорне залізо) використовується в радіоаматорській практиці для травлення друкованих плат.
• Семиводний сульфат заліза (залізний купорос) у суміші з мідним купоросом використовується для боротьби зі шкідливими грибками у садівництві та будівництві.
• Залізо застосовується як анод в залізо-нікелевих акумуляторах, залізо-повітряних акумуляторах.
• Водні розчини хлоридів двовалентного та тривалентного заліза, а також його сульфатів використовуються як коагулянти в процесах очищення природних та стічних вод на водопідготовці промислових підприємств.

Біологічне значення заліза

У живих організмах залізо є важливим мікроелементом, який каталізує процеси обміну киснем (дихання). В організмі дорослої людини міститься близько 3,5 г заліза (близько 0,02 %), з яких 78 % є головним діючим елементом гемоглобіну крові, решта входить до складу ферментів інших клітин, каталізуючи процеси дихання в клітинах. Нестача заліза проявляється як хвороба організму (хлороз у рослин та анемія у тварин).

Зазвичай залізо входить у ферменти як комплексу, званого гемом . Зокрема, цей комплекс присутній у гемоглобіні – найважливішому білку, що забезпечує транспорт кисню з кров'ю до всіх органів людини та тварин. І саме він забарвлює кров у характерний червоний колір.

Комплекси заліза, відмінні від гема, зустрічаються, наприклад, у ферменті метан-моноксигеназі, що окислює метан у метанол, у важливому ферменті рибонуклеотид-редуктазі, який бере участь у синтезі ДНК.

Неорганічні сполуки заліза зустрічаються в деяких бактеріях, іноді використовується для зв'язування азоту повітря.

В організм тварин і людини залізо надходить з їжею (найбагатші їм печінка, м'ясо, яйця, бобові, хліб, крупи, буряк). Цікаво, що колись шпинат помилково було внесено до цього списку (через друкарські помилки в результатах аналізу - було втрачено «зайвий» нуль після коми).

Надмірна доза заліза (200 мг і вище) може чинити токсичну дію. Передозування заліза гнітить антиоксидантну систему організму, тому вживати препарати заліза здоровим людям не рекомендується.

Примітки

1. Хімічна енциклопедія: в 5 т/Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. ред.). – М.: Радянська енциклопедія, 1990. – Т. 2. – С. 140. – 671 с. - 100 000 екз.
2. Карапетьянц М. Х., Дракін С. І.Загальна та неорганічна хімія: Підручник для вузів. - 4-те вид., Стер. - М: Хімія, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, с. 529
3. М. Фасмер.Етимологічний словник російської. - Прогрес. – 1986. – Т. 2. – С. 42-43.
4. Трубачов О. Н.Слов'янська етимологія. // Питання слов'янського мовознавства, № 2, 1957.
5. Boryś W. Słownik етимологічний zyzyka polskiego. - Краков: Wydawnictwo Literackie. – 2005. – С. 753-754.
6. Walde A. Lateinisches etymologisches Wörterbuch. - Carl Winter's Universitätsbuchhandlung. – 1906. – С. 285.
7. Мейє А.Основні особливості німецької групи мов. - УРСС. – 2010. – С. 141.
8. Matasović R. Etymological Dictionary of Proto-Celtic. - Brill. – 2009. – С. 172.
9. Mallory, J. P., Adams, D. Q. Encyclopedia of Indo-European Culture. - Fitzroy-Dearborn. – 1997. – P. 314.
10. "New Measurement of the 60 Fe Half-Life". Physical Review Letters 103 : 72502. DOI :10.1103/PhysRevLett.103.072502 .
11. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot та A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729 : 3–128. DOI: 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
12. Ю. М. Широков, Н. П. Юдін.Ядерна фізика. М: Наука, 1972. Глава Ядерна космофізика.
13. Р. Ріпан, І. Четяну.Неорганічна хімія // Хімія неметалів = Chimia metalelor. - Москва: Світ, 1972. - Т. 2. - С. 482-483. – 871 с.
14. Gold and Precious Metals
15. Металознавство та термічна обробка сталі. справ. вид. У 3-х т. / За ред. М. Л. Берштейна, А. Р. Рахштадта. - 4-те вид., перероб. та дод. Т. 2. Основи термічної обробки. У 2-х кн. Кн. 1. М: Металургія, 1995. 336 с.
16. T. Takahashi & W.A. Bassett, "High-Pressure Polymorph of Iron," Science, Vol. 145 # 3631, 31 Jul 1964, p 483-486.
17. Schilt A. Analytical Application of 1,10-phenantroline and Related Compounds. Oxford, Pergamon Press, 1969.
18. Лурье Ю. Ю. Довідник з аналітичної хімії. М., Хімія, 1989. З. 297.
19. Лурье Ю. Ю. Довідник з аналітичної хімії. М., Хімія, 1989, З. 315.
20. Брауер Р. (ред.) Посібник із неорганічного синтезу. т. 5. М., Світ, 1985. С. 1757-1757.
21. Ремі Г. Курс неорганічної хімії. т. 2. М., Світ, 1966. С. 309.
22. Кисельов Ю. М., Копєлєв Н. С., Спіцин В. І., Мартиненко Л. І. Восьмивалентне залізо // Докл. АН СРСР. 1987. Т.292. С.628-631
23. Перфільєв Ю. Д., Копєлєв Н. С., Кисельов Ю. М., Спіцин В. І. Месбауерівське дослідження восьмивалентного заліза // Докл. АН СРСР. 1987. T.296. С.1406-1409
24. Kopelev N.S., Kiselev Yu.M., Perfiliev Yu.D. Мосбауер spectroscopy ofoxocomplexes ірон в highher oxidation states // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1992. V.157. Р.401-411.
25. «Норми фізіологічних потреб у енергії та харчових речовин для різних груп населення Російської Федерації» МР 2.3.1.2432-08

Джерела (до розділу Історія)

• Г. Г. Гіоргадзе.«Текст Анітти» та деякі питання ранньої історії хетів
• Р. М. Абрамішвілі.До питання про освоєння заліза біля Східної Грузії, ВГМГ, XXII-В, 1961.
• Хахутайшвілі Д. А.До історії давньоколхської металургії заліза. Питання стародавньої історії (Кавказько-близькосхідний збірник, вип. 4). Тбілісі, 1973.
• Геродот."Історія", 1:28.
• Гомер."Іліада", "Одіссея".
• Вергілій."Енеїда", 3:105.
• Арістотель.«Про неймовірні чутки», II, 48. ВДІ, 1947 № 2, стор 327.
• Ломоносов М. В.Перші основи металургії.

Див. також

• Категорія:З'єднання заліза

Посилання

• Хвороби, спричинені недоліком та надлишком заліза в організмі людини

Залізо, Fe, хімічний елемент, атомна вага 55,84, порядковий номер 26; розташований у VIII групі періодичної системи в одному ряду з кобальтом та нікелем, температура плавлення – 1529°С, температура кипіння – 2450°С; у твердому стані має синювато-сріблястий колір. У вільному вигляді залізо зустрічається лише у метеоритах, які, однак, містять домішки Ni, Р, С та інших елементів. У природі сполуки заліза поширені повсюдно (грунт, мінерали, гемоглобін тварин, хлорофіл рослин), гол. обр. у вигляді оксидів, гідратів оксидів і сірчистих сполук, а також вуглекислого заліза, з яких складається більшість залізних руд.

Хімічно чисте залізо виходить шляхом нагрівання щавлевокислого заліза, причому при 440°С спочатку виходить матовий порошок закису заліза, що має здатність спалахувати повітря (т. зв. пірофоричне залізо); при подальшому відновленні цього закису порошок, що утворився, набуває сірого кольору і втрачає пірофоричні властивості, переходячи в металеве залізо. При відновленні закису заліза при 700°З виділяється залізо у вигляді дрібних кристалів, які потім сплавляються у вакуумі. Інший спосіб отримання хімічно чистого заліза полягає в електролізі розчину солей заліза, наприклад FeSО 4 або FeCl 3 в суміші з MgSО 4 СаСl 2 або NH 4 Cl (при температурі вище 100°С). Однак, при цьому залізо оцлюдує значну кількість електролітичного водню, внаслідок чого набуває твердості. При прожарюванні до 700 ° С водень виділяється, і залізо стає м'яким і ріжеться ножем, як свинець (твердість за шкалою Моса - 4,5). Дуже чисте залізо може бути одержано алюмінотермічним шляхом із чистого окису залізо. (Див. Алюмінотермія). Добре утворені кристали заліза трапляються рідко. У порожнинах великих шматків литого заліза іноді утворюються кристали октаедричної форми. Характерною властивістю заліза є його розм'якшення, тягучість і ковкість при температурі, значно нижчій, ніж температура плавлення. При дії на залізо міцної азотної кислоти (що не містить нижчих оксидів азоту), залізо покривається нальотом оксидів і стає нерозчинним азотної кислоти.

З'єднання заліза

Легко з'єднуючись з киснем, залізо утворює кілька оксидів: FeO - закис заліза, Fe 2 Про 3 - окис заліза, FeО 3 - ангідрид залізної кислоти і FeО 4 - ангідрид надзалізної кислоти. Крім того, залізо утворює ще оксид змішаного типу Fe 3 Про 4 - закис-окис заліза, т.з. залізну окалину. У сухому повітрі, проте, залізо не окислюється; іржа є водними окислами заліза, що утворюються за участю вологи повітря і СО 2 . Закису заліза FeO відповідає гідрат Fe(OH) 2 і цілий ряд солей двовалентного заліза, здатних при окисленні переходити в солі окису заліза, Fe 2 Про 3 , в якій залізо проявляє себе як тривалентний елемент; на повітрі гідрат закису заліза, що відрізняється сильними відновними властивостями, легко окислюється, переходячи в гідрат окису заліза. Гідрат закису заліза слабо розчиняється у воді, і цей розчин має виразно лужну реакцію, що свідчить про основний характер двовалентного заліза. Окис заліза зустрічається в природі (див. залізний сурик), штучно ж м. б. отримана у вигляді червоного порошку при прожарюванні залізного порошку та при випалюванні сірчаного колчедану для отримання сірчистого газу. Безводний окис заліза, Fе 2 O 3 м. б. отримана у двох модифікаціях, причому перехід однієї з них в іншу відбувається при нагріванні та супроводжується значним виділенням тепла (самонажарювання). При сильному прожарюванні Fe 2 Про 3 виділяє кисень і перетворюється на магнітний закис-окис, Fe 3 Про 4 . При дії лугів на розчини солей тривалентного заліза випадає осад гідрату Fe 4 Про 9 H 6 (2Fe 2 Про 3 ·3Н 2 Про); при кип'ятінні його з водою утворюється гідрат Fe 2 Про 3 ·Н 2 Про, що важко розчиняється в кислотах. Залізо утворює сполуки з різними металоїдами: З, Р, S, з галоїдами, а також і з металами, наприклад з Mn, Cr, W, Сu та ін.

Солі заліза поділяються на закисні – двовалентного заліза (феро-солі) та на окисні – тривалентного заліза (фері-солі).

Солі закисного заліза . Хлористе залізо, FeCl 2 виходить при дії сухого хлору на залізо, у вигляді безбарвних листочків; при розчиненні заліза в НСl хлористе залізо утворюється у вигляді гідрату FeCl 2 ·4H 2 O і застосовується у вигляді водних або спиртових розчинів у медицині. Йодисте залізо FeJ 2 виходить із заліза і йоду під водою у вигляді зелених листочків і застосовується в медицині (Sirupus ferri jodati); при подальшій дії йоду утворюється FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati).

Сірчанокисле закисне залізо, залізний купорос, FeSО 4 ·7H 2 Про (зелені кристали) утворюється в природі в результаті окислення піриту та сірчаних колчеданів; ця сіль утворюється також як побічний продукт при виробництві галунів; при вивітрюванні або при нагріванні до 300°С переходить у білу безводну сіль - FeSO 4 ; утворює також гідрати з 5, 4, 3, 2 та 1 частинками води; легко розчиняється у холодній воді (у гарячій до 300%); розчин має кислу реакцію внаслідок гідролізу; на повітрі окислюється, особливо легко в присутності іншої речовини, що окислюється, наприклад, щавлевокислих солей, які FeSО 4 залучає в сполучену реакцію окислення, знебарвлює КМnO 4 ; при цьому процес протікає за наступним рівнянням:

2KMnO 4 + 10FeSO 4 +8H 2 SO 4 = 2MnSО 4 + K 2 SО 4 + 5Fe 2 (SO 4) 2 + 8Н 2 О.

Для цієї мети, однак, застосовується більш постійна на повітрі подвійна сіль Мора (NH 4) 2 Fe(SО 4) 2 ·6Н 2 О. Залізний купорос застосовується в газовому аналізі для визначення окису азоту, що поглинається розчином FeSО 4 з утворенням пофарбованого темно -бурий колір комплексу (FeNО)SO4, а також для отримання чорнила (з дубильними кислотами), як протрава при фарбуванні, для зв'язування смердючих газів (H2S, NH3) у відхожих місцях і т.д.

Закисні солі заліза застосовуються у фотографії завдяки їх здатності відновлювати срібні з'єднання на прихованому зображенні, що зафіксовано на фотографічній платівці.

Вуглекисле залізо, FeCO 3 зустрічається в природі у вигляді сидериту або залізного шпату; одержуване осадженням водних розчинів закисних солей заліза карбонатами вуглекисле залізо легко втрачає 2 і окислюється на повітрі до Fe 2 Про 3 .

Бікарбонат заліза, H 2 Fe(CО 3) 2 розчинний у воді і зустрічається в природі в залізистих джерелах, з яких, окислюючись, виділяється на поверхні землі у вигляді гідрату окису заліза, Fe(OH) 3 , що переходить у бурий залізняк.

Фосфорнокисле залізо, Fе 3 (РО 4) 2 · 8Н 2 O, білий осад; зустрічається в природі злегка забарвлений, внаслідок окислення заліза, у блакитний колір, у вигляді вівіаніту.

Солі окисного заліза . Хлорне залізо FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), виходить при дії надлишку хлору на залізо у вигляді гексагональних червоних табличок; хлорне залізо повітря розпливається; з води кристалізується як FeCl 3 ·6Н 2 Про (жовті кристали); розчини мають кислу реакцію; при діалізі поступово гідролізується майже остаточно з утворенням колоїдного розчину гідрату Fe(OH) 3 . FeCl 3 розчиняється в спирті і суміші спирту з ефіром, при нагріванні FeCl 3 ·6H 2 Про розкладається на НСl і Fe 2 O 3 ; застосовується як протрава і як кровоспинний засіб (Liquor ferri sesquichlorati).

Сірчанокисле окисне залізо, Fe 2 (SO 4) 3 в безводному стані має жовтуватий колір, в розчині сильно гідролізується; під час нагрівання розчину випадають основні солі; залізні галун, MFe(SO 4) 2 ·12H 2 O, М - одновалентний лужний метал; найкраще кристалізуються амонійні галун, NH 4 Fe(SО 4) 2 ·12Н 2 Про.

Окисел FeО 3 - ангідрид залізної кислоти, так само як і гідрат цього оксиду H 2 FeО 4 - залізна кислота- у вільному стані не м. б. отримані через їхню крайню неміцність; але в лужних розчинах можуть існувати солі залізної кислоти, ферати (наприклад, K 2 FeО 4), що утворюються при розжарюванні залізного порошку з селітрою або КСlO 3 . Відома також малорозчинна барієва сіль залізної кислоти BaFeО 4 ; т. о., залізна кислота в деяких відносинах дуже нагадує сірчану та хромову кислоти. У 1926 р. київським хіміком Горалевичем описані сполуки оксиду восьмивалентного заліза. надзалізного ангідриду FeО 4 отримані при сплавленні Fe 2 Про 3 з селітрою або бертолетової сіллю у вигляді калієвої солі надзалізної кислоти K 2 FeО 5 ; FeО 4 - газоподібна речовина, що не утворює з водою надзалізної кислоти H 2 FeО 5 яка, однак, м. б. виділено у вільному стані розкладанням кислотами солі K 2 FeО 5 . Барієва сіль BaFeO 5 ·7Н 2 Про, а також кальцієва і стронцієва солі отримані Горалевичем у вигляді білих кристалів, що не розкладаються, що виділяють лише при 250-300°С воду і при цьому зеленіють.

Залізо дає сполуки: з азотом - азотисте залізо(нітрид) Fe 2 N при нагріванні порошку заліза в струмені NH 3 з вуглецем - карбід Fe 3 C при насиченні в електричній печі заліза вугіллям. Крім того, вивчений цілий ряд сполук заліза з окисом вуглецю. карбоніли заліза, наприклад, пентакарбоніл Fe(CO) 5 - злегка пофарбована рідина близько 102,9°С (при 749 мм, питома вага 1,4937), потім помаранчеве тверде тіло Fe 2 (CO) 9 , нерозчинне в ефірі і хлороформі, з питомою вагою 2,085.

Велике значення мають ціаністі сполуки заліза. Крім простих ціанідів Fe(CN) 2 і Fe(CN) 3 , залізо утворює цілу низку комплексних сполук з ціаністими солями, як, наприклад, солі залізистосинеродистої кислоти H 4 Fe(CN) 6 і солі залізосинеродистої кислоти H 3 Fe(CN) 6 , наприклад, червона кров'яна сіль, які, у свою чергу вступають у реакції обмінного розкладання з солями закисного та окисного заліза, утворюючи забарвлені в синій колір сполуки - берлінську блакитну і турнбулову синь. При заміні в солях залізистосинеродистої кислоти H 4 Fe(CN) 6 однієї групи CN на одновалентні групи (NO, NО 2 , NH 3 , SО 3 , СО) утворюються пруссо-солі, наприклад, нітропрусид натрію (нітрожелезистосинеродистий натрій) Na 2 ·2 2 О, одержуваний дією димної HNО 3 на K 4 Fe(CN) 6 з наступною нейтралізацією содою, у вигляді рубіново-червоних кристалів, що відокремлюються кристалізацією від утворюється одночасно селітри; відповідна нітрожелезистосинеродиста кислота H 2 кристалізується також у вигляді темно-червоних кристалів. Нітропрусид натрію застосовується як чутливий реактив на сірководень і сірчисті метали, з якими він дає криваво-червоне, що переходить потім у синє, фарбування. При дії мідного купоросу на нітропрусид натрію утворюється блідо-зелений нерозчинний у воді та в спирті осад, що застосовується для випробування ефірних олій.

Аналітично залізо виявляється дією з його солі, в лужному розчині, жовтої кров'яної солі. Солі тривалентного заліза утворюють у своїй синій осад берлінської блакиті. Солі двовалентного заліза утворюють синій осад турнбулла сині при дії на них червоної кров'яної солі. З роданистим амонієм NH 4 CNS солі тривалентного заліза утворюють розчинне у воді з криваво-червоним фарбуванням роданове залізо Fe(CNS) 3 ; з танніном солі окисного заліза утворюють чорнило. Інтенсивним забарвленням відрізняються також і мідні солі залізистосинеродистої кислоти, які знаходять собі застосування (увахромовий метод) у кольоровій фотографії. Зі сполук заліза, що застосовуються в медицині, крім згаданих галоїдних сполук заліза, мають значення: металеве залізо (F. hydrogenio reductum), лимоннокисле залізо (F. Citricum - 20% Fe), екстракт яблучнокислого заліза (Extractum ferri pomatum), залізний альбумінат Liquor ferri albuminatum), фератин - білкова сполука з 6% заліза; ферратоза – розчин ферратину, карніферрин – з'єднання заліза з нуклеїном (30% Fe); ферратоген з нуклеїну дріжджів (1% Fe), гематоген - 70%-ний розчин гемоглобіну в гліцерині, гемол - гемоглобін, відновлений цинковим пилом.

Фізичні властивості заліза

Існуючі літературі числові дані, що характеризують різні фізичні властивості заліза, коливаються внаслідок проблеми отримання заліза в хімічно чистому стані. Тому найдостовірнішими є дані, отримані для електролітичного заліза, в якому загальний вміст домішок (С, Si, Mn, S, Р) не перевищує 0,01-0,03%. Нижче наведені дані в більшості випадків і відносяться до такого заліза. Для нього температура плавлення дорівнює 1528 ± 3°С (Руер і Клеспер, 1914), a температура кипіння ≈ 2450°С. У твердому стані залізо існує у чотирьох різних модифікаціях - α, β, γ і δ, для яких досить точно встановлені такі температурні межі:

Перехід заліза з однієї модифікації в іншу виявляється на кривих охолодження та нагрівання критичними точками, для яких прийняті такі позначення:

Зазначені критичні точки представлені на фіг. 1 схематичними кривими нагрівання та охолодження. Існування модифікацій δ-, γ- і α-Fe вважається в даний час безперечним, самостійне існування β-Fe оспорюється внаслідок недостатньо різкої відмінності його властивостей від властивостей α-Fe. Всі модифікації заліза кристалізуються у формі куба, причому α, β і δ мають просторові ґрати центрованого куба, а γ-Fe - куба із центрованими гранями. Найбільш виразні кристалографічні характеристики модифікацій заліза отримані на спектрах рентгенівських, як це представлено на фіг. 2 (Вестгрін, 1929 р.). З наведених рентгенограм випливає, що для α-, β- і δ-Fe лінії рентгенівського спектру одні й ті самі; вони відповідають гратам центрованого куба з параметрами 2,87, 2,90 і 2,93 ?, а для γ-Fe спектр відповідає гратам куба з центрованими гранями і параметрами 3,63-3,68 А.

Питома вага заліза коливається не більше від 7,855 до 7,864 (Крос і Гілль, 1927 р.). При нагріванні питома вага заліза падає внаслідок теплового розширення, котрого коефіцієнти збільшуються з температурою, як свідчать дані табл. 1 (Дрізен, 1914 р.).

Зниження коефіцієнтів розширення в інтервалах 20-800°З, 20-900°З, 700-800°З 800- 900°З пояснюється аномаліями в розширенні при переході через критичні точки А С2 і А С3 . Цей перехід супроводжується стисненням, особливо різко вираженим у точці А С3 як показують криві стиснення і розширення на фіг. 3. Плавлення заліза супроводжується розширенням його на 4,4% (Гонда та Енда, 1926). Теплоємність заліза є досить значною порівняно з іншими металами і виражається для різних температурних інтервалів величинами від 0,11 до 0,20 Сal, як показують дані табл. 2 (Обергоффер і Гроссе, 1927) і побудована на підставі їх крива (фіг. 4).

У наведених даних перетворення А 2 А 3 А 4 і плавлення заліза виявляються настільки чітко, що для них легко обчислюються теплові ефекти: А 3 ... + 6,765 Сal, А 4 ... + 2,531 Сal, плавлення заліза... - 64,38 Сal (за С. Уміно, 1926, - 69,20 Сal).

Залізо характеризується приблизно у 6-7 разів меншою теплопровідністю, ніж срібло, та у 2 рази меншою, ніж алюміній; а саме, теплопровідність заліза дорівнює при 0°С - 0,2070, при 100°С - 0,1567, при 200°С - 0,1357 і при 275°С - 0,1120 Cal/см·сек·°С. Найбільш характерними властивостями заліза є магнітні, що виражаються цілим рядом магнітних констант, одержуваних за повного циклу намагнічування заліза. Ці константи для електролітичного заліза виражаються такими значеннями в Гаус (Гумліх, 1909 і 1918 рр.):

При переході через точку А с2 феромагнітні властивості заліза майже зникають і м. б. виявлені лише за дуже точних магнітних вимірах. Практично β-, γ- та δ-модифікації вважаються немагнітними. Електропровідність для заліза при 20°С дорівнює R -1 мом/мм 2 (де R - електричний опір заліза, що дорівнює 0,099 Ω мм 2 /м). Температурний коефіцієнт електроопору а0-100 ° х10 5 коливається в межах від 560 до 660 де

Холодна обробка (прокатка, кування, протяжка, штампування) дуже помітно відбивається на фізичних властивостях заліза. Так, %-ное зміна їх за холодної прокатці виражається такими цифрами (Геренс, 1911 р.): коэрцитивное напруга +323%, магнітний гістерезис +222%, електроопір + 2%, питома вага - 1%, магнітна проникність - 65%. Остання обставина робить зрозумілими ті значні коливання фізичних властивостей, які спостерігаються у різних дослідників: вплив домішок нерідко приєднується ще й вплив холодної механічної обробки.

Про механічні властивості чистого заліза відомо дуже мало. Електролітичне залізо, сплавлене в порожнечі, виявило: тимчасовий опір на розрив 25 кг/мм 2 подовження - 60%, стиснення поперечного перерізу - 85%, твердість по Брінеллю - від 60 до 70.

Структура заліза залежить від вмісту в ньому домішок (хоча б і в незначних кількостях) та попередньої обробки матеріалу. Мікроструктура заліза, як і інших чистих металів, складається з більш менш великих зерен (кристалітів), що носять тут назву фериту

Розміри та різкість їх обрисів залежать гол. обр. від швидкості охолодження заліза: що остання менше, то більше вписувалося розвинені зерна і тим різкіше їх контури. З поверхні зерна бувають пофарбовані найчастіше неоднаково внаслідок неоднакової кристалографії, орієнтування їх і неоднакової травлячої дії реактивів за різними напрямками в кристалі. Нерідко зерна бувають витягнуті в одному напрямку внаслідок механічної обробки. Якщо обробка відбувалася при невисоких температурах, то поверхні зерен з'являються лінії зрушень (лінії Неймана), як наслідок ковзання окремих частин кристаллітів по площинах їх спайности. Ці лінії є одним з ознак наклепу та тих змін у властивостях, про які було згадано вище.

Залізо у металургії

Термін залізо в сучасній металургії присвоюється лише зварювальному залізу, тобто маловуглецевому продукту, що отримується в тістоподібному стані при температурі, недостатній для плавлення заліза, але високої настільки, що окремі частинки його добре зварюються один з одним, даючи після проковування однорідний м'який продукт , не приймаючи загартування. Залізо (у зазначеному значенні слова) виходить: 1) безпосередньо з руди у тістоподібному стані сиродутним процесом; 2) таким же способом, але при нижчій температурі, недостатній для зварювання частинок заліза; 3) переділом чавуну кричним процесом; 4) переділом чавуну пудлінгуванням.

1) Сиродутний процес у наст. час застосовується лише малокультурними народами й у таких місцевостях, куди може (за відсутністю зручних шляхів сполучення) проникнути американське чи європейське залізо, одержуване сучасними способами. Процес ведеться у відкритих сиродутних горнах та печах. Вогкими матеріалами для нього служать залізна руда (звичайно бурий залізняк) та деревне вугілля. Вугілля засипається в горн у тій половині його, куди підводиться дуття, руда ж - купою, з протилежного боку. Окис вуглецю, що утворюється в товстому шарі вугілля, що горить, проходить через всю товщу руди і, маючи високу температуру, відновлює залізо. Відновлення руди відбувається поступово - з поверхні окремих шматків до серцевини. Починаючись з верхніх частин купи, воно прискорюється в міру просування руди в область вищої температури; окис заліза при цьому переходить спочатку в магнітний окис, потім у закис, і, нарешті, на поверхні шматків руди з'являється металеве залізо. У той же час землісті домішки руди (порожня порода) з'єднуються з ще не відновленим закисом заліза і утворюють легкоплавкий залізистий шлак, який витоплюється через щілини металевої оболонки, що утворює шкаралупу в кожному шматку руди. Будучи нагрітими до білокалільного жару, ці шкаралупки зварюються один з одним, утворюючи на дні горна губчасту масу заліза - крицю, пройняту шлаком. Для відокремлення від останнього вийняту з горна крицю розрубують на кілька частин, з яких кожну проковують, підварюючи, після охолодження в тому ж горні смуги або прямо в вироби (речі домашнього вжитку, зброя). В Індії сиродутний процес ведеться і тепер у сиродутних печах, які відрізняються від горнів лише дещо більшою висотою – близько 1,5 м. Стіни печей робляться з глиняної маси (не цегли) і служать лише одну плавку. Дуття подається в піч через одну фурму хутром, що рухається ногами або руками. У порожню піч завантажується деяка кількість деревного вугілля («холостий колоша»), а потім поперемінно, окремими шарами, руда і вугілля, причому кількість першої поступово збільшується до тих пір, поки не дійде до певного досвідом ставлення до вугілля; вага всієї засипаної руди визначається бажаною вагою криці, яка, взагалі кажучи, незначна. Процес відновлення йде так само, як і в горні; залізо теж повністю не відновлюється, і криця, що виходить на ліжі, містить у собі багато залозистого шлаку. Крицю виймають розламанням печі і розрубують на частини, в 2-3 кг вагою. Кожну з них нагрівають у ковальському горні та обробляють під молотом; в результаті виходить чудове м'яке залізо, що служить, між іншим, матеріалом для виготовлення індійської сталі «вуц» (булат). Склад його наступний (у%):

Незначний вміст елементів - домішок заліза - або їх відсутність пояснюється чистотою руди, неповнотою відновлення заліза і низькою температурою в печі. Витрата деревного вугілля завдяки малим розмірам горнів і печей та періодичності їхньої дії дуже великий. У Фінляндії, Швеції та на Уралі залізо виплавляли у сиродутній печі Хусгавеля, в якій можна було регулювати перебіг процесу відновлення та насичення заліза вуглецем; витрата вугілля у ній - до 1,1 на одиницю заліза, вихід якого сягав 90% вмісту їх у руді.

2) У майбутньому слід очікувати розвитку виробництва заліза безпосередньо з руди не застосуванням сиродутного процесу, а відновленням заліза за нормальної температури, недостатньої освіти шлаку і навіть спікання порожньої породи руди (1000°С). Переваги такого процесу – можливість застосування низькосортних видів палива, усунення флюсу та витрати тепла на плавлення шлаку.

3) Отримання зварювального заліза переділом чавуну кричним процесом ведеться в кричних горнах гол. обр. у Швеції (у нас – на Уралі). Для переділу виплавляють спеціальний чавун, т.з. ланкаширський, що дає найменший чад. У його складі: 0,3-0,45% Si, 0,5-0,6% Mn, 0,02 Р,<0,01% S. Такой чугун в изломе кажется белым или половинчатым. Горючим в кричных горнах может служить только древесный уголь.

Процес ведеться слід. обр.: горн, звільнений від крици, але з стиглим шлаком кінця процесу, що залишився на донній дошці, наповнюється вугіллям, гол. обр. сосновим, на який укладається підігрітий продуктами горіння чавун у кількості 165-175 кг (на 3/8 м 2 поперечного перерізу горна припадає 100 кг чавуну). Поворотом клапана в повітропроводі дуття прямує через труби, розташовані в підсвідовому просторі горна, і нагрівається тут до температури 150-200°С, прискорюючи т. о. плавлення чавуну. Чавун, що плаває, весь час підтримується (за допомогою ломів) на вугіллі вище фурм. При такій роботі вся маса чавуну піддається окислювальної дії кисню повітря та вуглекислоти, проходячи зону горіння у вигляді крапель. Велика поверхня їх сприяє швидкому окисленню заліза та його домішок – кремнію, марганцю та вуглецю. Зважаючи на вміст цих домішок, чавун більшою чи меншою мірою втрачає їх, перш ніж збереться на дні горна. Т. до. в шведському горні переробляється малокремнистий і маломарганцевий чавун, то, проходячи обрій фурм, він втрачає весь свій Si і Мn (окисли яких з закисом заліза утворюють основний шлак) і значну частину вуглецю. Плавлення чавуну триває 20-25 хв. Після закінчення цього процесу пускають у горн холодне дуття. Осілий на дно горна метал починає реагувати з стиглими шлаками, що містяться там же, що містять у собі великий надлишок (у порівнянні з кількістю кремнезему) оксидів заліза - Fe 3 Про 4 і FeO, що окислюють вуглець з виділенням окису вуглецю, що призводить в кипіння весь метал. Коли метал загусне (від втрати вуглецю) і «сяде товаром», останній піднімають ломами вище за фурми, пускають знову гаряче дуття і плавлять «товар».

Під час вторинного плавлення метал окислюється киснем як дуття, і шлаків, які з нього витоплюються. На дно горна після першого підйому падає метал досить м'який для того, щоб з окремих найбільш стиглих частин його збирати крицю. Але перш, при вживанні крем'янистих сортів чавуну, доводилося вдаватися до другого і навіть третього підйому товару, що, звичайно, зменшувало продуктивність горна, збільшувало витрату пального та чад заліза. На результати роботи впливали відстань фурм від донної дошки (глибина горна) і нахил фурм: чим крутіше поставлена ​​фурма і менше глибина горна, тим значніша дія окислювальної атмосфери на метал. Більш пологий нахил фурм, як і більша глибина горна, зменшує безпосередню дію кисню дуття, надаючи, тобто, велику роль дії шлаку на домішки заліза; окислення ними йде повільніше, зате без чаду заліза. За будь-яких даних умов найвигідніше становище фурм щодо донної дошки визначається досвідом; у сучасному шведському горні око фурми встановлюється з відривом 220 мм від донної дошки, а нахил фурм змінюється у межах - від 11 до 12°.

Виходить на дні горна криця містить у собі, на відміну від сиродутного, дуже мало механічно захопленого шлаку; що стосується хімічних домішок заліза, то Si, Мn і З м. б. повністю видалені (вказаний аналізами нікчемний вміст Si і Мn входить до складу механічної домішки - шлаку), а сірка - лише частково, окислюючись дмухом під час плавлення. У цей час окислюється і фосфор, йдучи в шлак як фосфорножелезной солі, але остання потім відновлюється вуглецем, і кінцевий метал може містити навіть відносно більше фосфору (від чаду заліза), ніж вихідний чавун. Ось чому для отримання першокласного металу для експорту у Швеції беруть у переділ виключно чистий щодо Р чавун. Вийняту з горна готову крицю розрубують на три частини (кожна 50-55 кг) і обжимають їх під молотом, надаючи вигляду паралелепіпеда.

Тривалість процесу переділу в шведському кричному горні – від 65 до 80 хв.; на добу виходить від 2,5 до 3,5 тонн обтиснутих шматків «на вогонь», при витраті деревного вугілля всього 0,32-0,40 на одиницю готового матеріалу і виході від 89 до 93,5% заданого в переділ чавуну. Останнім часом у Швеції були зроблені вдалі досліди переділу рідкого чавуну, взятого від доменних печей, та прискорення процесу кипіння перемішуванням металу за допомогою механічних граблів; при цьому чад знизився до 7%, а витрата вугілля - до 0,25.

Про хімічний склад шведського та південно-уральського заліза дають поняття такі дані (в %):

З усіх родів заліза, одержуваних промисловими способами, шведське кричне найбільше наближається до хімічно чистого і замість останнього застосовується в лабораторній практиці та дослідницьких роботах. Від сиродутного заліза воно відрізняється своєю однорідністю, як від м'якого мартеновского металу (литого заліза) відсутністю марганцю; йому властива вищий ступінь зварюваності, тягучості та ковкості. Шведське кричне залізо виявляє незначний тимчасовий опір на розрив - всього близько 30 кг/мм 2 при подовженні в 40% і зменшенні поперечного перерізу в 75%. Нині річна продуктивність кричного заліза Швеції впала до 50000 т, оскільки після війни 1914-18 гг. область промислових застосувань при цьому заліза сильно скоротилася. Найбільша кількість його йде на виготовлення (в Англії гол. зр. та в Німеччині) вищих сортів інструментальної та спеціальної сталей; у самій Швеції з нього роблять спеціальний дріт («квітковий»), підковні цвяхи, що добре куються в холодному стані, ланцюги та смугову заготовку для зварних труб. Для останніх двох цілей особливо важливими є властивості кричного заліза: надійна зварюваність, а для труб, крім того, вища стійкість проти іржавіння.

4) Розвиток виробництва заліза кричним процесом тягло у себе винищення лісів; після того як останні в різних країнах були взяті під захист закону, що обмежив їх вирубування річним приростом, Швеція, а потім і Росія - лісисті країни, що рясніють рудами високої якості, - стали головними постачальниками заліза на міжнародному ринку протягом всього 18 ст. У 1784 р. англієць Корт винайшов пудлінгування - процес переділу чавуну на поду вогненної печі, в топці якої спалювалося кам'яне вугілля. Після смерті Корта Роджерс і Голл ввели істотні поліпшення в конструкцію пудлінгової печі, що сприяло швидкому поширенню пудлінгування у всіх промислових країнах і змінило характер і розміри виробництва в них заліза протягом першої половини 19 століття. Цим процесом отримали масу металу, яка знадобилася для будівництва залізниць, залізниць, локомотивів, парових котлів і машин.

Паливом для пудлінгування служить довгопламенне кам'яне вугілля, але там, де його немає, доводилося вдаватися і до бурого вугілля, а в нас на Уралі - до дров. Соснові дрова дають довше полум'я, ніж кам'яне вугілля; воно добре гріє, але вміст вологи в дровах має перевищувати 12%. Згодом на Уралі було застосовано до пудлінгування регенеративну піч Сіменса. Нарешті, у США і в нас (у Волзькому та Камському басейнах) пудлінгові печі працювали на нафті, що розпорошується в робочий простір печі безпосередньо.

Для швидкості переділу та зменшення витрати палива бажано мати холодний пудлінговий чавун; при виплавці його на коксі, однак, у продукті виходить багато сірки (0,2 і навіть 0,3%), а при високому вмісті фосфору в руді – і фосфору. Для звичайних торгових сортів заліза такий чавун з низьким вмістом кремнію (менше 1%), під назвою переділового, виплавлявся насамперед у великій кількості. Деревнокутний чавун, який перероблявся на Уралі та в центральній Росії, не містив сірки і давав продукт, що йшов на виготовлення покрівельного заліза. В даний час пудлінгування служить для виробництва якісного металу за особливими специфікаціями, і тому в пудлінгові печі надходить не звичайний чавун передільний, а високоякісний, наприклад, марганцовий або «гематит» (малофосфористий), або, навпаки, сильнофосфористий для виробництва гайкового заліза. Нижче наведено вміст (в %) головних елементів у деяких сортах чавуну, що застосовуються для пудлінгування:

Пудлінгова піч після закінчення попередньої операції зазвичай має на поду нормальну кількість шлаку для роботи з наступним садом. При переробці кремністого чавуну шлаку залишається в печі багато, і його доводиться спускати; навпаки, білий чавун залишає під печі «сухим», і роботу доводиться починати закиданням на під потрібної кількості шлаку, який беруть з-під молота («стиглий», найбагатший на магнітний окис). На шлак закидається садок чавуну, підігрітий у чавунніку (250-300 кг у ординарних та 500-600 кг у подвійних печах); потім у топку закидають свіжу порцію пального, прочищають колосники, і печі встановлюється повна тяга. Протягом 25-35 хв. чавун плавиться, зазнаючи б. або м. значну зміну у своєму складі. Твердий чавун окислюється киснем полум'я, причому залізо, марганець і кремній дають подвійний силікат, що стікає під печі; чавун, що плавиться, оголює все нові і нові шари твердого чавуну, який теж окислюється і плавиться. В кінці періоду плавлення на поду виходять два рідких шари - чавуну і шлаку, на поверхні зіткнення яких відбувається, хоча і в слабкій мірі, процес окислення вуглецю магнітним окисом заліза, про що свідчать бульбашки окису вуглецю, що виділяються з ванни. Дивлячись за вмістом кремнію і марганцю в чавуні, в розплавленому металі їх залишається неоднакова кількість: в малокремнистому деревокутовому чавуні або білому - коксової плавки - кремній здебільшого вигоряє при плавленні повністю; іноді ж залишається кілька його у металі (0,3-0,25%), як і марганцю. Фосфор теж окислюється тим часом, переходячи у фосфорножелезную сіль. Від зменшення ваги металу при вигоранні названих домішок %-ное вміст вуглецю може навіть зрости, хоча кілька його безсумнівно спалюється киснем полум'я і шлаків, що покривають перші порції розплавленого металу.

Для прискорення вигоряння кількостей кремнію, марганцю і вуглецю вдаються до пудлінгування, тобто перемішування чавуну зі шлаком за допомогою ключки з загнутим під прямим кутом кінцем. Якщо метал рідкий (сірий чавун, сильно вуглецевий), то перемішування не досягає мети, і ванну попередньо роблять густою закиданням в неї холодного стиглого шлаку або зменшенням тяги встановлюють в печі неповне горіння, що супроводжується отриманням полум'я, що сильно копить (томлення). Через кілька хвилин, протягом яких проводять безперервне перемішування, на поверхні ванни з'являються рясні бульбашки окису вуглецю, що горить, - продукту окислення вуглецю чавуну киснем магнітного окису, розчиненого в основному залізистому шлаку. У міру ходу процесу окислення З посилюється і переходить у бурхливе «кипіння» всієї маси металу, яке супроводжується спучуванням її і таким значним збільшенням обсягу, що частина шлаку переливається через поріг робочих отворів. У міру вигоряння підвищується температура плавлення металу, і для того, щоб кипіння тривало, підвищують безперервно температуру в печі. Закінчене за низької температури кипіння дає сирий товар, т. е. високовуглецеву губчасту масу заліза, нездатну зварюватися; у гарячій печі «сідає» стиглий товар. Процес окислення домішок заліза в пудлінгової печі починається за рахунок кисню шлаку, що представляє сплав однокремнеземіка заліза (Fe 2 SiО 4) з магнітним окисом і закисом заліза змінного складу. В англійських печах склад суміші оксидів виражається формулою 5Fe 3 Про 4 ·5 FeО; після закінчення кипіння відношення оксидів у виснаженому шлаку виражається формулою Fe 3 Про 4 ·5FeО, тобто в процесі окислення бере участь 80% всього магнітного окису шлаку. Реакції окиснення м. б. представлені наступними термохімічними рівняннями:

Як видно з цих рівнянь, окислення Si, Р і Мn супроводжується виділенням тепла і, отже, нагріває ванну, тоді як окислення З при відновленні Fe 3 Про 4 FeO поглинає тепло і тому вимагає високої температури. Цим пояснюється порядок видалення домішок заліза і те, що вигоряння вуглецю закінчується швидше гарячої печі. Відновлення Fe 3 Про 4 до металу не відбувається, тому що для цього потрібно більш висока температура, ніж та, при якій йде кипіння.

Сів «товар», щоб стати залізом, що добре зварюється, потребує ще пропарювання: товар залишають на кілька хвилин у печі і час від часу перевертають ломами, причому нижні його частини кладуть нагору; під сукупною дією кисню полум'я та шлаків, що просочують всю масу заліза, вуглець у цей час продовжує вигоряти. Як тільки вийде деяка кількість металу, що добре зварюється, з нього, уникаючи зайвого окислення, починають накочувати криці. Усього накочують у міру встигання товару від 5 до 10 криць (не більше 50 кг кожна); криці витримують (пропарюють) біля порогу в області вищої температури і подають під молот для обтиснення, чим досягається виділення шлаку, і надання їм форми шматка (перетин від 10x10 до 15x15 см), зручної для прокатки у валках. На місце виданих криць переміщуються пересуванням вперед, що йдуть за ними, до останньої. Тривалість процесу при виробництві металу вищої якості (волокнисте залізо) із стиглого (високовуглецевого) деревокутового чавуну була на Уралі така: 1) посадка чавуну – 5 хв., 2) плавлення – 35 хв., 3) томлення – 25 хв., 4) пудлінгування (перемішування) – 20 хв.; 5) пропарювання товару – 20 хв.; 6) накатка та пропарювання криць – 40 хв.; всього – 165 хв. Працюючи на білому чавуні, на звичайне торгове залізо, тривалість процесу скорочувалася (у 3ападній Європі) до 100 і навіть 75 хв.

Що стосується результатів роботи, то в різних металургійних районах вони змінювалися залежно від роду палива, якості чавуну та сорту заліза, що виробляється. Уральські печі, що працювали на дровах, давали вихід придатного заліза на 1 м 3 дров від 0,25 до 0,3 т; витрата нафти в нас на одиницю заліза – 0,3З, кам'яного вугілля у європейських печах – від 0,75 до 1,1. Добова продуктивність великих печей (садка чавуну 600 кг) при роботі на сушених дровах була 4-5 т; вихід матеріалу, придатного для виробництва покрівельного заліза, становив 95-93% кількості чавуну, що надійшов у переділ. У Європі добова продуктивність звичайних печей (садка 250-300 кг) – близько 3,5 т при чаді у 9%, а для високоякісного заліза – 2,5 т при чаді у 11%.

За хімічним складом і фізичними властивостями пудлінгове залізо є набагато гіршим продуктом, ніж кричне, з одного боку, і мартенівське лите - з іншого. Звичайні сорти заліза, що виготовлялися раніше в 3ападній Європі, містили багато сірки і фосфору, тому що вироблялися з нечистих коксових чавунів, а обидві ці шкідливі домішки тільки частиною переходять в шлак; кількість шлаку в пудлінговому залозі - 3-6%, у якісному металі вона вбирається у 2%. Наявність шлаку сильно знижує результати механічних випробувань пудлінгового заліза. Нижче наведено деякі дані у %, що характеризують пудлінгове залізо - звичайне зап.-європейське і гарне уральське:

Цінною властивістю, заради якої і підтримується тепер виробництво пудлінгового заліза, є його чудова зварюваність, що іноді має особливе значення з точки зору безпеки. Специфікаціями ж.-д. товариств наказується виготовлення з пудлінгового заліза зчіпних пристроїв, тяг для перекладних стрілок та болтів. Завдяки кращому опору дії води, що роз'їдає, пудлінгове залізо йде також для виробництва водопровідних труб. З нього виготовляють гайки (фосфористий крупнозернистий метал) і високоякісне волокнисте залізо для заклепок і ланцюгів.

Будова зварювального заліза, що виявляється під мікроскопом навіть за слабкого збільшення, характерна присутністю на фотографічному зображенні чорних і світлих складових; перші належать шлаку, а другі - зернам чи волокнам заліза, отриманим при витяжці металу.

Залізо торгове

Металургійні заводи виготовляють потреб промисловості залізо двох основних видів: 1) листове і 2) сортове.

Листове залізо прокочується нині до 3 м ширини; при товщині 1-3 мм воно називається у нас тонкокатальним; від 3 мм і вище (зазвичай до 40 мм) – котельним, резервуарним, корабельним, дивлячись за призначенням, якому відповідають склад та механічні властивості матеріалу. Найбільш м'яким є котельне залізо; воно містить зазвичай 0,10-0,12% З, 0,4-0,5% Mn, Р і S - кожного трохи більше 0,05%; тимчасовий опір його на розрив не б. більше 41 кг/мм 2 (але й менше 34 кг/мм 2), подовження при розриві - близько 28%. Резервуарне залізо виробляється більш твердим та міцним; воно містить 0,12-0,15%; 0,5-0,7% Мn і трохи більше 0,06% як Р, і S; опір розриву 41-49 кг/мм 2 подовження 25-28%. Довжина листів котельного і резервуарного заліза встановлюється замовленням за розмірами виробу, що склепується з листів (уникаючи зайвих швів і обрізків), але зазвичай вона не перевищує 8 м, оскільки обмежується для тонких листів їх швидким охолодженням під час процесу прокатки, а для охолодження. .

Листове залізо менше 1 мм товщини називається чорною жерстю; воно служить виготовлення білої жерсті як покрівельний матеріал. Для останньої мети у СРСР прокочують листи розмірами 1422x711 мм, вагою 4-5 кг, за товщини 0,5-0,625 мм. Покрівельне залізо випускається заводами в пачках вагою 82 кг. За кордоном чорна бляха класифікується в торгівлі за номерами спеціального калібру - від 20-го до 30-го (нормальна товщина німецької жерсті від 0,875 до 0,22 мм, а англійської - від 1,0 до 0,31 мм). Жесть виготовляється з найм'якшого литого заліза, що містить 0,08-0,10% С, 0,3-0,35% Мn, якщо воно виготовляється з чавуну деревокутової плавки (у нас), і 0,4-0,5% Мn, якщо вихідним матеріалом є коксовий чавун; опір розриву - від 31 до 34 кг/мм 2 подовження - 28-30%. Різновидом листового заліза є хвилясте (гофроване) залізо. Воно поділяється характером хвиль на залізо з низькими і високими хвилями; у першому - відношення ширини хвилі до глибини коливається від 3 до 4, у другому 1-2. Хвилясте залізо роблять товщиною 0,75-2,0 мм і шириною листів 0,72-0,81 м (з низькими хвилями) та 0,4-0,6 м (з високими хвилями). Хвилясте залізо використовується для покрівель, стін легких споруд, жалюзі, а з високими хвилями, крім того, йде для будівництва безстропильних перекриттів.

Сортове залізо ділиться формою поперечного перерізу на два класи: звичайне сортове залізо і фасонне.

До першого класу відноситься залізо кругле (при діаметрі менше 10 мм зване дротом), квадратне, плоске або смугове. Останнє, своєю чергою, ділиться на: власне полосовое - шириною від 10 до 200 мм і товщиною понад 5 мм; обручне - тієї ж ширини, але товщиною від 5 до 1 мм, що вказується № калібру (від 3-го до 19-го нормального німецького та від 6-го до 20-го нового англійського калібру); шинне - від 38 до 51 мм завширшки і до 22 мм завтовшки; універсальне - від 200 до 1000 мм завширшки і не менше 6 мм завтовшки (прокатується в спеціальних валках - універсальних). Як шинне, і обручне залізо випускається заводами скатами, катана дріт - мотками; інші сорти - у вигляді прямих (правлених) смуг, зазвичай не більше 8 м завдовжки (нормально - від 4,5 до 6 м), але за спеціальним замовленням для бетонних конструкцій смуги нарізаються до 18 мм завдовжки, а іноді й більше.

Найголовніші види фасонного заліза: кутове (рівнобоке та нерівнобоке), коробчасте (швелерне), таврове, двотаврове (балки), колонне (квадратне) та зетове залізо; існують також деякі інші менш поширені види фасонного заліза. За нормальним метричним сортиментом розміри фасонного заліза вказуються № профілю (№ - число див. ширини полиці або найбільшої висоти профілю). Кутове нерівнобоке та таврове залізо мають подвійний №; напр., № 16/8 означає кутове з полицями в 16 і 8 см або таврове з полицею в 16 см і висотою тавра 8 см. Найбільш важкі профілі фасонного заліза, що катається у нас: № 15 - кутового, № 30 - коритного, № 40 - Двотавровий.

Склад звичайного сортового заліза, що зварюється: 0,12% С, 0,4% Мn, менше 0,05% Р і S - кожного; опір його розриву 34-40 кг/мм 2; але кругле залізо для заклепок виготовляється з більш м'якого матеріалу складу: менше 0,10%, 0,25-0,35% Мn, близько 0,03% Р і S - кожного. Опір розриву 32-35 кг/мм 2 а подовження 28-32%. Фасонне залізо, що не зварюється, а склепується («будівельна сталь») містить: 0,15 - 0,20% С, 0,5% Мn, до 0,06% Р і S - кожного; його опір розриву 40-50 кг/мм 2 подовження 25-20%. Для виробництва гайок виготовляється залізо (томасівське), що містить близько 0,1%, але від 0,3 до 0,5% Р (чим більше гайки, тим більше Р). За кордоном задоволення потреб спеціальних прокатних заводів у торгівлі звертається напівпродукт - квадратна заготівля, зазвичай 50 x 50 мм у поперечному перерізі.