Raud puhtal kujul on plastiline hall metall, mida saab kergesti töödelda. Ja veel, inimese jaoks on Fe element praktilisem koos süsiniku ja muude lisanditega, mis võimaldavad moodustada metallisulameid - terast ja malmi. 95% – täpselt nii palju kõigist planeedil toodetud metalltoodetest sisaldab peamise elemendina rauda.

Raud: ajalugu

Esimesed inimese valmistatud raudtooted on teadlaste poolt dateeritud 4. aastatuhandel eKr. e. ja uuringud on näidanud, et nende tootmiseks kasutati meteoorirauda, ​​mida iseloomustab 5-30-protsendiline niklisisaldus. See on huvitav, kuid kuni inimkond omandas Fe ekstraheerimise selle sulatamise teel, hinnati rauda rohkem kui kulda. Seda seletati asjaoluga, et tugevam ja töökindlam teras sobis tööriistade ja relvade valmistamiseks palju paremini kui vask ja pronks.

Vanad roomlased õppisid tootma esimest malmi: nende ahjud suutsid tõsta maagi temperatuuri 1400 o C-ni, malmi jaoks piisas 1100-1200 o C. Seejärel saadi ka puhast terast, mille sulamistemperatuur oli mis teatavasti on 1535 kraadi Celsiuse järgi.

Fe keemilised omadused

Millega raud suhtleb? Raud interakteerub hapnikuga, millega kaasneb oksiidide moodustumine; veega hapniku juuresolekul; väävel- ja vesinikkloriidhappega:

• 3Fe+2O2 = Fe3O4
• 4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH) 3
• Fe+H2SO4 = FeSO4+H2
• Fe+2HCl = FeCl2+H2

Samuti reageerib raud leelistele ainult siis, kui need on tugevate oksüdeerivate ainete sulamid. Raud ei reageeri normaalsel temperatuuril oksüdeerivate ainetega, kuid hakkab alati reageerima, kui see suureneb.

Raua kasutamine ehituses

Raua kasutamist ehitustööstuses ei saa tänapäeval üle hinnata, sest metallkonstruktsioonid on absoluutselt iga kaasaegse hoone aluseks. Selles piirkonnas kasutatakse Fe tavalistes terastes, malmis ja sepis. Seda elementi leidub kõikjal, alates kriitilistest struktuuridest kuni ankrupoltide ja naelteni.

Terasest ehituskonstruktsioonide ehitamine on tunduvalt odavam, samuti saab rääkida kõrgemast ehitustariifist. See suurendab märkimisväärselt raua kasutamist ehituses, samas kui tööstus ise võtab kasutusele uued, tõhusamad ja töökindlamad Fe-põhised sulamid.

Raua kasutamine tööstuses

Raua ja selle sulamite – malmi ja terase – kasutamine on kaasaegse tööpinkide, lennukite, instrumentide valmistamise ja muude seadmete valmistamise aluseks. Tänu Fe tsüaniididele ja oksiididele toimib värvi- ja lakitööstus, raudsulfaate kasutatakse veetöötluses. Rasketööstus on täiesti mõeldamatu ilma Fe+C-põhiste sulamite kasutamiseta. Ühesõnaga, raud on asendamatu, kuid samas ligipääsetav ja suhteliselt odav metall, millel on sulamite osana peaaegu piiramatu kasutusala.

Raua kasutamine meditsiinis

Teatavasti sisaldab iga täiskasvanu kuni 4 grammi rauda. See element on äärmiselt oluline keha toimimiseks, eriti vereringesüsteemi tervise jaoks (hemoglobiin punastes verelibledes). On palju rauapõhiseid ravimeid, mis võivad suurendada Fe taset, et vältida rauavaegusaneemia teket.

Raud- metall, mille kasutamisel tööstuses ja igapäevaelus pole praktiliselt piire. Raua osakaal maailma metallitootmises on umbes 95%. Selle, nagu iga teise materjali, kasutamise määravad teatud omadused.

Raud mängis inimtsivilisatsiooni arengus tohutut rolli. Ürginimene hakkas rauast tööriistu kasutama mitu aastatuhandet eKr. Tol ajal olid selle metalli ainsaks allikaks Maale langenud meteoriidid, mis sisaldasid üsna puhast rauda. See tekitas paljude rahvaste seas legende raua taevase päritolu kohta.

2. aastatuhande keskel eKr. Egiptuses valdati rauamaakidest raua ekstraheerimist. Arvatakse, et sellega algas inimkonna ajaloos rauaaeg, mis asendas kivi- ja pronksiaja. Kuid juba 3-4 tuhat aastat tagasi sulatasid Musta mere põhjaosa elanikud - kimmerlased - soomaagist rauda.

Raud pole oma tähtsust kaotanud tänapäevani. See on kaasaegse tehnoloogia kõige olulisem metall. Madala tugevuse tõttu ei kasutata rauda puhtal kujul praktiliselt. Kuid igapäevaelus nimetatakse terasest või malmist tooteid sageli "rauaks". Olulised konstruktsioonimaterjalid – teras ja malm – on ju raua ja süsiniku sulamid. Nendest valmistatakse väga erinevaid esemeid.

Vürst Vladimiri mälestussamba kaheksanurkne postament on ehitatud tellistest ja vooderdatud malmiga.

Brüsseli Aatomiumi hiiglasliku struktuuri prototüüp oli raudkristallvõre mudel. Pärast rekonstrueerimist on Atomium taas avalikkusele avatud. Iga 240 m2 palli esialgne kate valmistati 720 kolmnurksest alumiiniumplaadist. Nüüd on need asendatud 48 roostevabast terasest plaadiga.

Lisaks võib raud olla teiste metallide, näiteks nikli, baasil valmistatud sulamite koostisosa. Magnetsulamid sisaldavad ka rauda.

Luuakse rauapõhised materjalid, mis taluvad kõrget ja madalat temperatuuri, vaakumit ja kõrget rõhku. Nad taluvad edukalt agressiivset keskkonda, vahelduvpinget, radioaktiivset kiirgust jne.

Raua ja selle sulamite tootmine kasvab pidevalt. Need materjalid on universaalsed, tehnoloogiliselt arenenud, ligipääsetavad ja suurtes kogustes odavad. Raua toorainebaas on üsna suur. Juba uuritud rauamaagi varud jätkuvad vähemalt kaheks sajandiks. Seetõttu jääb raud kauaks tsivilisatsiooni "vundamendiks".

Rauda on pikka aega kasutatud kunstilise materjalina Egiptuses, Mesopotaamias ja Indias. Alates keskajast on säilinud arvukalt väga kunstipäraseid rauasulamitest valmistatud tooteid. Kaasaegsed kunstnikud kasutavad laialdaselt ka rauasulameid. Materjal saidilt

Paljude kunstitoodete hulgast ei saa jätta tähelepanuta Mertsalovi palmi - Ukraina meistrite kunstiteost. Selle sepis Aleksei Mertsalov Juzovski metallurgiatehases 1886. aastal. Ta tunnistati Nižni Novgorodis toimunud ülevenemaalise tööstus- ja kunstinäituse Grand Prix vääriliseks. Aastal 1900 sai "Palma Mertsalova" Juzovski tehase ekspositsiooni osana Pariisi maailmanäitusel kõrgeima auhinna.

Ja 21. sajandil. Raske on leida tööstust, mis ei kasutaks rauda. Selle tähtsus ei ole vähenenud paljude metallifunktsioonide üleminekuga keemiatööstuses loodud sünteetilistele materjalidele.

Tunni eesmärgid:

• kujundada ettekujutus raua füüsikalistest ja keemilistest omadustest sõltuvalt selle oksüdatsiooniastmest ja oksüdeeriva aine olemusest;
• arendada õpilaste teoreetilist mõtlemist ja võimet ennustada aine omadusi, tuginedes teadmistele selle struktuuri kohta;
• arendada kontseptuaalset mõtlemist sellistest operatsioonidest nagu analüüs, võrdlemine, üldistamine, süstematiseerimine;
• arendada selliseid mõtlemise omadusi nagu objektiivsus, kokkuvõtlikkus ja selgus, enesekontroll ja aktiivsus.

Tunni eesmärgid:

• täiendada õpilaste teadmisi teemal: “Aatomi ehitus”;
• korraldada õpilaste kollektiivset tööd alates õpiülesande püstitamisest kuni lõpptulemuseni (koostada tunni viiteskeem);
• võtta kokku materjal teemal: “Metallid” ning kaaluda raua omadusi ja selle kasutamist;
• korraldada iseseisvat uurimistööd paarides raua keemiliste omaduste uurimiseks;
• korraldada tunnis õpilaste vastastikust kontrolli.

Tunni tüüp: uue materjali õppimine.

Reaktiivid ja seadmed:

• raud (pulber, taldrik, kirjaklamber),
• väävel,
• vesinikkloriidhape,
• vask(II)sulfaat
• raudkristallvõre,
• mängu plakatid,
• magnet,
• valik selleteemalisi illustratsioone,
• katseklaasid,
• alkoholi lamp,
• tikud,
• lusikas tuleohtlike ainete põletamiseks,
• geograafilised kaardid.

Tunni struktuur

1. Sissejuhatav osa.
2. Uue materjali õppimine.
3. Kodutöö sõnum.
4. Õpitud materjali koondamine.

Tundide ajal

1. Sissejuhatav osa

Aja organiseerimine.

Õpilaste saadavuse kontrollimine.

Tunni teema sõnum. Kirjutage teema tahvlile ja õpilaste vihikutesse.

2. Uue materjali õppimine

– Mis te arvate, mis saab olema meie tänase tunni teema?

1. Raua välimus tähistas rauaaja algust inimtsivilisatsioonis.

Kust said vanainimesed rauda ajal, mil nad veel ei teadnud, kuidas seda maagist ammutada? Sumeri keelest tõlgitud raud on metall, mis "taevast kukkus, taevane". Esimene raud, millega inimkond kokku puutus, oli meteoriitidest saadud raud. Esimest korda tõestas, et "raudkivid langevad taevast" 1775. aastal vene teadlase P.S. Palace, kes tõi Peterburi 600 kg kaaluva loodusliku raudmeteoriidi ploki. Suurim raudmeteoriit on Edela-Aafrikast 1920. aastal leitud meteoriit “Goba”, mis kaalub umbes 60 tonni.Meenutagem Tutanhamoni hauda: kulda, kulda. Suurejooneline töö rõõmustab, sära pimestab silmi. Siin on aga see, mida K. Kerram kirjutab raamatus “Gods, Tombs, Scientists” Tutanhamoni väikese rauast amuleti kohta: “Amulett on üks Egiptuse varasemaid tooteid ja ... hauakambris, mis on peaaegu täidisega täidetud. kuld, just sellel tagasihoidlikul leiul oli kultuurilooliselt suurim väärtus. Vaarao hauakambrist leiti vaid üksikuid raudesemeid, nende hulgas jumal Horuse rauast amulett, väike raudtera ja kuldse käepidemega pistoda ning väike rauast taburet “Urs”.

Teadlased oletavad, et just Väike-Aasia maad, kus elasid hetiitide hõimud, olid raua- ja terasetööstuse päritolukohad. Euroopasse jõudis raud Väike-Aasiast juba 1. aastatuhandel eKr; Nii algas Euroopas rauaaeg.

Kuulus damaskiteras (või damaskiteras) valmistati idas Aristotelese ajal (IV sajand eKr). Kuid selle valmistamise tehnoloogiat hoiti salajas palju sajandeid.

Unistasin teistsugusest kurbusest
Hallist Damaskuse terasest.
Nägin, kuidas terast karastati
Nagu üks noortest orjadest
Nad valisid ta, toitsid teda,
Et tema liha saaks jõudu.
Ootas tähtpäeva
Ja siis tulikuum tera
Nad sukeldusid lihasesse lihasse,
Valmis tera võeti välja.
Terasest tugevamat pole ida näinud,
Tugevam kui teras ja kibedam kui kurbus.

Kuna damaskiteras on väga kõrge kõvaduse ja elastsusega teras, on sellest valmistatud toodetel võime teritamisel mitte tuhmuda. Vene metallurg P.P paljastas damaskiterase saladuse. Anosov. Ta jahutas kuuma terast väga aeglaselt teatud temperatuurini kuumutatud tehnilise õli erilahuses; Jahutusprotsessi käigus sepistati terast.

(Jooniste demonstreerimine.)

Raud on hõbehall metall	Raud on hõbehall metall
Need küüned on valmistatud rauast	Terast kasutatakse autotööstuses
Terast kasutatakse meditsiiniinstrumentide valmistamiseks	Terast kasutatakse vedurite valmistamiseks
	Kõik metallid on korrosioonile alluvad
Kõik metallid on korrosioonile alluvad

2. Raua asend PSHEM-is.

Saame teada raua asukoha PSCEM-is, tuuma laengu ja elektronide jaotuse aatomis.

3. Raua füüsikalised omadused.

– Milliseid raua füüsikalisi omadusi te teate?

Raud on hõbevalge metall sulamistemperatuuriga 1539 o C. See on väga plastiline, seetõttu kergesti töödeldav, sepistatud, valtsitav, stantsitav. Raual on võime magnetiseerida ja demagnetiseerida, seetõttu kasutatakse seda elektromagneti südamikuna erinevates elektrimasinates ja -seadmetes. Sellele saab anda suurema tugevuse ja kõvaduse termiliste ja mehaaniliste meetoditega, näiteks karastamise ja valtsimise teel.

On keemiliselt puhast ja kaubanduslikult puhast rauda. Tehniliselt puhas raud on sisuliselt madala süsinikusisaldusega teras, see sisaldab 0,02–0,04% süsinikku ning veelgi vähem hapnikku, väävlit, lämmastikku ja fosforit. Keemiliselt puhas raud sisaldab vähem kui 0,01% lisandeid. Keemiliselt puhas raud - hõbehall, läikiv metall, välimuselt väga sarnane plaatinaga. Keemiliselt puhas raud on korrosioonikindel (mäletate, mis on korrosioon? Korrodeeriva naela demonstreerimine) ja peab hästi vastu hapetele. Kuid ebaolulised lisandid jätavad selle nendest väärtuslikest omadustest ilma.

4. Raua keemilised omadused.

Millised on teie arvates raua keemilised omadused, tuginedes teie teadmistele metallide keemiliste omaduste kohta?

Katsete demonstreerimine.

• Raua koostoime väävliga.

Praktiline töö.

• Raua koostoime vesinikkloriidhappega.
• Raua koostoime vask(II)sulfaadiga.

5. Raua kasutamine.

Vestlus küsimuste üle:

– Milline on teie arvates raua levik looduses?

Raud on looduses üks levinumaid elemente. Maakoores on selle massiosa 5,1%, selle näitaja järgi on ta hapniku, räni ja alumiiniumi järel teisel kohal. Palju rauda leidub ka taevakehades, nagu on kindlaks tehtud spektraalanalüüsiga. Luna automaatjaama tarnitud Kuu pinnase proovides leiti rauda oksüdeerimata olekus.

Rauamaagid on Maal üsna laialt levinud. Uuralite mägede nimed räägivad enda eest: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Agrokeemikud leiavad muldadest rauaühendeid.

– Millises vormis raud looduses esineb?

Raud on enamiku kivimite koostisosa. Raua saamiseks kasutatakse rauamaake, mille rauasisaldus on 30-70% või rohkem. Peamised rauamaagid on: magnetiit - Fe 3 O 4 sisaldab 72% rauda, ​​leiukohti leidub Lõuna-Uuralites, Kurski magnetanomaalia; hematiit - Fe 2 O 3 sisaldab kuni 65% rauda, ​​selliseid hoiuseid leidub Krivoy Rogi piirkonnas; limoniit – Fe 2 O 3 * nH 2 O sisaldab kuni 60% rauda, ​​maardlaid leidub Krimmis; püriit - FeS 2 sisaldab umbes 47% rauda, ​​ladestusi leidub Uuralites. (Töö kontuurkaartidega).

– Milline on raua roll inimeste ja taimede elus?

Biokeemikud on avastanud raua olulise rolli taimede, loomade ja inimeste elus. Olles osa äärmiselt keerulisest orgaanilisest ühendist, mida nimetatakse hemoglobiiniks, määrab raud selle aine punase värvuse, mis omakorda määrab inimese ja looma vere värvuse. Täiskasvanu keha sisaldab 3 g puhast rauda, ​​millest 75% on osa hemoglobiinist. Hemoglobiini peamine roll on hapniku transportimine kopsudest kudedesse ja vastupidises suunas - CO 2.

Taimed vajavad ka rauda. See on osa tsütoplasmast ja osaleb fotosünteesi protsessis. Rauda mittesisaldaval substraadil kasvanud taimedel on valged lehed. Väike raua lisamine aluspinnale ja need muutuvad roheliseks. Pealegi tasub valget lina määrida rauda sisaldava soola lahusega ja peagi muutub määritud koht roheliseks.

Nii et samal põhjusel - raua olemasolu mahlades ja kudedes - muutuvad taimede lehed rõõmsalt roheliseks ja inimese põsed õhetavad.

Ligikaudu 90% inimkonna poolt kasutatavatest metallidest on rauapõhised sulamid. Maailmas sulatatakse palju rauda, ​​umbes 50 korda rohkem kui alumiiniumi, muudest metallidest rääkimata. Rauapõhised sulamid on universaalsed, tehnoloogiliselt arenenud, juurdepääsetavad ja odavad. Raud jääb tsivilisatsiooni vundamendiks veel kauaks ajaks.

3. Postitage kodumaterjal

14, nt. nr 6, 8, 9 (O.S. Gabrielyani õpiku “Keemia 9” töövihiku alusel, 2003).

4. Õpitud materjali koondamine

1. Kasutades tahvlile kirjutatud võrdlusskeemi, tehke järeldus: mis on raud ja millised on selle omadused?
2. Graafiline dikteerimine (ettevalmistada paberilehed, millel on tõmmatud sirgjoon, mis on jagatud 8 segmendiks ja nummerdatud vastavalt dikteerimisküsimustele. Märgi onniga “^” segmendile õigeks peetud positsiooni number).

Valik 1.

1. Raud on reaktiivne leelismetall.
2. Rauda on lihtne sepistada.
3. Raud on osa pronksisulamist.
4. Raua aatomi välisenergia tasemel on 2 elektroni.
5. Raud reageerib lahjendatud hapetega.
6. Halogeenidega moodustab see halogeniide, mille oksüdatsiooniaste on +2.
7. Raud ei suhtle hapnikuga.
8. Rauda võib saada sula rauasoola elektrolüüsil.

1	2	3	4	5	6	7	8

2. võimalus.

1. Raud on hõbevalge metall.
2. Raud ei oma magnetiseerumisvõimet.
3. Raua aatomitel on oksüdeerivad omadused.
4. Raua aatomi välisel energiatasemel on 1 elektron.
5. Raud tõrjub vase oma soolade lahustest välja.
6. Halogeenidega moodustab see ühendeid, mille oksüdatsiooniaste on +3.
7. Väävelhappe lahusega moodustab see raud(III)sulfaadi.
8. Raud ei korrodeeru.

1	2	3	4	5	6	7	8

Pärast ülesande täitmist vahetavad õpilased oma töid ja kontrollivad neid (tööde vastused pannakse tahvlile või näidatakse läbi projektori).

Märgistamise kriteeriumid:

• "5" – 0 viga,
• "4" - 1-2 viga,
• "3" – 3-4 viga,
• “2” – 5 või enam viga.

Kasutatud Raamatud

1. Gabrielyan O.S. Keemia 9. klass. – M.: Bustard, 2001.
2. Gabrielyan O.S. Raamat õpetajatele. – M.: Bustard, 2002.
3. Gabrielyan O.S. Keemia 9. klass. Töövihik. – M.: Bustard, 2003.
4. Haridustööstus. Artiklite kokkuvõte. 3. number – M.: MGIU, 2002.
5. Malõškina V. Meelelahutuslik keemia. – Peterburi, “Trigon”, 2001. a.
6. Tarkvara ja metoodilised materjalid. Keemia 8-11 klass. – M.: Bustard, 2001.
7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. Keemia raamat koduseks lugemiseks. – M.: Keemia, 1995.
8. Ma lähen keemia klassi. Raamat õpetajatele. – M.: “Esimene september”, 2000.

Rakendused

Kas sa tead seda?

Raud - üks elu tähtsamaid elemente. Veri sisaldab rauda ja just see määrab nii vere värvi kui ka selle peamise omaduse - võime siduda ja vabastada hapnikku. Seda võimet omab keeruline ühend - heem - hemoglobiini molekuli lahutamatu osa. Meie kehas leidub lisaks hemoglobiinile ka rauda müoglobiinis – valku, mis talletab hapnikku lihastesse. Samuti on rauda sisaldavad ensüümid.

Indias Delhi lähedal on raudsammas, millel pole vähimatki roostelaiku, kuigi selle vanus on peaaegu 2800 aastat. See on kuulus, umbes seitsme meetri kõrgune ja 6,5 ​​tonni kaaluv Kutubi sammas, mille kiri sambale viitab, et see püstitati 9. sajandil. eKr e. Raua roostetamist – raudmetahüdroksiidi teket – seostatakse selle vastasmõjuga õhu niiskuse ja hapnikuga.

Kuid see reaktsioon ei toimu, kui rauas puuduvad erinevad lisandid, peamiselt süsinik, räni ja väävel. Kolonn oli valmistatud väga puhtast metallist: rauda kolonnis osutus 99,72%. See seletab selle vastupidavust ja korrosioonikindlust.

1934. aastal ilmus ajakirjas Mining Journal artikkel “Raua ja terase parandamine maapinnas roostetamise kaudu”. Maapinnas roostetamise teel raua teraseks muutmise meetod on inimestele teada juba iidsetest aegadest. Näiteks tšerkessid Kaukaasias matsid triibulise raua maasse ja 10–15 aastat hiljem välja kaevanud sepistasid sellest oma mõõgad, mis võisid läbi lõigata isegi relvatoru, kilbi või vaenlase luud.

Hematiit

Hematiit ehk punane rauamaak – meie aja peamise metalli – raua – peamine maak. Rauasisaldus selles ulatub 70% -ni. Hematiit on tuntud juba pikka aega. Babüloonias ja Vana-Egiptuses kasutati seda ehetes, pitserite valmistamiseks ning koos kaltsedooniga oli see lemmikmaterjal nikerdatud kivina. Aleksander Suurel oli hematiidiga inkrusteeritud sõrmus, mis tema arvates muutis ta lahingus haavamatuks. Iidsetel aegadel ja keskajal tunti hematiiti kui verd peatava ravimina. Sellest mineraalist saadud pulbrit on kulla- ja hõbetoodete valmistamiseks kasutatud iidsetest aegadest.

Mineraali nimi pärineb kreeka keelest üksikasjad– veri, mis on seotud selle mineraali pulbri kirsi- või vahapunase värvusega.

Mineraali oluline omadus on võime säilitada püsivalt värvi ja kanda seda üle teistele mineraalidele, mis sisaldavad vähemalt vähesel määral hematiidi lisandit. Iisaku katedraali graniidist sammaste roosa värv on päevakivide värv, mida omakorda värvib peendispersne hematiit. Pealinna metroojaamade viimistlemisel kasutatud jaspise maalilised mustrid, Krimmi oranžid ja roosad karneoolid, korallipunased silviidi ja karnalliidi kihid soolakihtides – kõik võlgnevad oma värvi hematiidile.

Punast värvi on pikka aega valmistatud hematiidist. Kõik kuulsad 15-20 tuhat aastat tagasi tehtud freskod – Altamira koopa imeline piison ja kuulsast neemekoopast pärit mammutid – olid tehtud pruunide raudoksiidide ja -hüdroksiididega.

Magnetiit

Magnetiit ehk magnetiline rauamaak – 72% rauda sisaldav mineraal. See on rikkaim rauamaak. Selle mineraali puhul on tähelepanuväärne selle loomulik magnetism – omadus, mille tõttu see avastati.

Nagu teatas Rooma teadlane Plinius, on magnetiit oma nime saanud Kreeka lambakoera Magnesi järgi. Magnes hoidis oma karja jõe kohal asuva mäe lähedal. Hindu Tessaalias. Järsku tõmbas soliidsest hallist kivist laotud mägi enda poole raudotsa ja naeltega vooderdatud sandaalidega saua. Mineraalmagnetiit andis omakorda oma nime magnetile, magnetväljale ja kogu salapärasele magnetismi nähtusele, mida on Aristotelese ajast kuni tänapäevani tähelepanelikult uuritud.

Selle mineraali magnetilisi omadusi kasutatakse ka tänapäeval, eelkõige maardlate otsimiseks. Nii avastati Kurski magnetilise anomaalia (KMA) piirkonnas ainulaadsed rauamaardlad. Mineraal on raske: õuna suurune magnetiidi proov kaalub 1,5 kg.

Iidsetel aegadel anti magnetiidile kõikvõimalikud raviomadused ja võime teha imesid. Seda kasutati haavadest metalli eraldamiseks ja Ivan Julm hoidis selle tähelepanuväärseid kristalle oma aarete hulgas koos teiste kividega.

Püriit on tuletaoline mineraal

Püriit - üks neist mineraalidest, mida nähes tahaks hüüda: "Kas see tõesti juhtus?" Raske uskuda, et kõrgeim lõike- ja poleerimisklass, mis meid käsitsi valmistatud toodetes, püriidikristallides hämmastab, on helde looduse kingitus.

Püriit on saanud oma nime kreekakeelsest sõnast "pyros" - tuli, mida seostatakse selle omadusega tekitada sädemeid, kui see tabab terasest esemeid. See kaunis mineraal hämmastab oma kuldse värvi ja särava säraga peaaegu alati selgetel servadel. Oma omaduste tõttu on püriiti tuntud juba iidsetest aegadest ning kullapalaviku epideemiate ajal keeras kvartsisoones sädelev püriit rohkem kui ühe kuuma pea. Ka praegu peavad algajad kivisõbrad püriiti sageli kullaks.

Püriit on kõikjal leiduv mineraal: see moodustub magmast, aurudest ja lahustest ning isegi setetest, iga kord kindlas vormis ja kombinatsioonis. On teada juhtum, kui mitme aastakümne jooksul kaevandusse kukkunud kaevuri surnukeha muutus püriidiks. Püriidis on palju rauda - 46,5%, kuid selle kaevandamine on kallis ja kahjumlik.

Raud on hästi tuntud keemiline element. See kuulub keskmise keemilise aktiivsusega metallide hulka. Selles artiklis käsitleme raua omadusi ja kasutusalasid.

Levimus looduses

Seal on üsna palju mineraale, mis sisaldavad rauda. Esiteks on see magnetiit. See on seitsekümmend kaks protsenti rauda. Selle keemiline valem on Fe3O4. Seda mineraali nimetatakse ka magnetiliseks rauamaagiks. Sellel on helehall värv, mõnikord tumehall, isegi must, metallilise läikega. Selle suurim maardla SRÜ riikide seas asub Uuralites.

Järgmine kõrge rauasisaldusega mineraal on hematiit – see koosneb seitsmekümnest protsendist sellest elemendist. Selle keemiline valem on Fe2O3. Seda nimetatakse ka punaseks rauamaagiks. Selle värvus varieerub punakaspruunist punakashallini. SRÜ riikide suurim maardla asub Krivoy Rogis.

Kolmas ferrumit sisaldav mineraal on limoniit. Siin moodustab raud kuuskümmend protsenti kogumassist. See on kristalne hüdraat, see tähendab, et veemolekulid on kootud selle kristallvõresse, selle keemiline valem on Fe 2 O 3 .H 2 O. Nagu nimigi ütleb, on see mineraal kollakaspruuni värvusega, mõnikord pruun. See on loodusliku ookri üks põhikomponente ja seda kasutatakse pigmendina. Seda nimetatakse ka pruuniks rauamaagiks. Suurimad asukohad on Krimm ja Uuralid.

Sideriit, niinimetatud rauamaak, sisaldab nelikümmend kaheksa protsenti rauda. Selle keemiline valem on FeCO 3. Selle struktuur on heterogeenne ja koosneb omavahel ühendatud erinevat värvi kristallidest: hallid, kahvaturohelised, hallikaskollased, pruunikaskollased jne.

Viimane looduses sageli esinev kõrge rauasisaldusega mineraal on püriit. Sellel on järgmine keemiline valem: FeS 2. See sisaldab rauda nelikümmend kuus protsenti kogu massist. Tänu väävliaatomitele on sellel mineraalil kuldkollane värvus.

Paljusid käsitletud mineraale kasutatakse puhta raua saamiseks. Lisaks kasutatakse hematiiti looduslikest kividest ehete valmistamisel. Lapis lazuli ehetes võivad esineda püriidi kandmised. Lisaks leidub rauda looduses elusorganismides – see on rakkude üks tähtsamaid komponente. Seda mikroelementi tuleb inimkehale piisavas koguses tarnida. Raua raviomadused on suuresti tingitud sellest, et see keemiline element on hemoglobiini aluseks. Seetõttu mõjub raua kasutamine hästi vere seisundile ja seega ka kogu organismile tervikuna.

Raud: füüsikalised ja keemilised omadused

Vaatame neid kahte suurt osa järjekorras. raud on selle välimus, tihedus, sulamistemperatuur jne. See tähendab, et kõik aine eripärad, mis on seotud füüsikaga. Raua keemilised omadused seisnevad selle võimes reageerida teiste ühenditega. Alustame esimestest.

Raua füüsikalised omadused

Puhtal kujul on see tavatingimustes tahke aine. Sellel on hõbehall värv ja väljendunud metalliline läige. Raua mehaaniliste omaduste hulka kuulub kõvadusaste neli (keskmine). Raual on hea elektri- ja soojusjuhtivus. Viimast tunnust on tunda külmas ruumis raudeseme puudutamisel. Kuna see materjal juhib soojust kiiresti, eemaldab see suurema osa sellest teie nahalt lühikese aja jooksul, mistõttu tunnete end külmana.

Kui puudutate näiteks puitu, märkate, et selle soojusjuhtivus on palju madalam. Raua füüsikalised omadused hõlmavad selle sulamis- ja keemistemperatuure. Esimene on 1539 kraadi Celsiuse järgi, teine ​​on 2860 kraadi Celsiuse järgi. Võime järeldada, et raua iseloomulikud omadused on hea plastilisus ja sulavus. Kuid see pole veel kõik.

Samuti hõlmavad raua füüsikalised omadused selle ferromagnetismi. Mis see on? Raud, mille magnetilisi omadusi võime praktilistes näidetes iga päev jälgida, on ainus metall, millel on nii ainulaadne eripära. Seda seletatakse asjaoluga, et see materjal on magnetvälja mõjul võimeline magnetiseeruma. Ja pärast viimase toime lõppu jääb raud, mille magnetilised omadused on just tekkinud, veel kauaks magnetiks. Seda nähtust saab seletada asjaoluga, et selle metalli struktuuris on palju vabu elektrone, mis on võimelised liikuma.

Keemilisest vaatenurgast

See element kuulub keskmise aktiivsusega metallide hulka. Kuid raua keemilised omadused on tüüpilised kõigile teistele metallidele (välja arvatud need, mis asuvad elektrokeemilises seerias vesinikust paremal). See on võimeline reageerima paljude aineklassidega.

Alustame lihtsatest

Ferrum interakteerub hapniku, lämmastiku, halogeenide (jood, broom, kloor, fluor), fosfori ja süsinikuga. Esimene asi, mida tuleb arvestada, on reaktsioonid hapnikuga. Raua põletamisel tekivad selle oksiidid. Sõltuvalt reaktsioonitingimustest ja kahe osaleja vahekordadest võib neid muuta. Sellise interaktsiooni näitena võib tuua järgmised reaktsioonivõrrandid: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. Ja raudoksiidi omadused (nii füüsikalised kui keemilised) võivad olenevalt selle tüübist olla erinevad. Seda tüüpi reaktsioonid toimuvad kõrgetel temperatuuridel.

Järgmine asi on koostoime lämmastikuga. See võib ilmneda ka ainult kuumutamise tingimustes. Kui võtame kuus mooli rauda ja ühe mooli lämmastikku, saame kaks mooli raudnitriidi. Reaktsioonivõrrand näeb välja selline: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

Fosforiga suhtlemisel moodustub fosfiid. Reaktsiooni läbiviimiseks on vaja järgmisi komponente: kolme mooli ferrumi kohta - üks mool fosforit, mille tulemusena moodustub üks mool fosfiidi. Võrrandi saab kirjutada järgmiselt: 3Fe + P = Fe 3 P.

Lisaks võib lihtsate ainetega toimuvate reaktsioonide hulgas eristada ka koostoimet väävliga. Sel juhul võib saada sulfiidi. Selle aine moodustumise põhimõte on sarnane ülalkirjeldatule. Nimelt tekib liitumisreaktsioon. Kõik sedalaadi keemilised vastasmõjud nõuavad eritingimusi, peamiselt kõrgeid temperatuure, harvemini katalüsaatoreid.

Raua ja halogeenide vahelised reaktsioonid on levinud ka keemiatööstuses. Need on kloorimine, broomimine, jodimine, fluorimine. Nagu reaktsioonide endi nimedest selgub, on see protsess, mille käigus lisatakse raua aatomitele kloori/broomi/joodi/fluori aatomid, et moodustada vastavalt kloriid/bromiid/jodiid/fluoriid. Neid aineid kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes. Lisaks on ferrum võimeline ühinema räniga kõrgetel temperatuuridel. Raua erinevate keemiliste omaduste tõttu kasutatakse seda sageli keemiatööstuses.

Ferrum ja kompleksained

Lihtainetelt liigume edasi nende juurde, mille molekulid koosnevad kahest või enamast erinevast keemilisest elemendist. Esimese asjana tuleb mainida ferrumi reaktsiooni veega. Siin ilmnevad raua põhiomadused. Kui vett kuumutatakse, moodustub see koos rauaga (seda nimetatakse nn, sest sama veega suhtlemisel moodustab see hüdroksiidi, teisisõnu aluse). Seega, kui võtta mõlemast komponendist üks mool, moodustuvad sellised ained nagu rauddioksiid ja vesinik terava lõhnaga gaasi kujul - ka molaarsetes vahekordades üks kuni üks. Seda tüüpi reaktsiooni võrrandi saab kirjutada järgmiselt: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Sõltuvalt nende kahe komponendi segamise vahekorrast võib saada rauddi- või trioksiidi. Mõlemad ained on keemiatööstuses väga levinud ja neid kasutatakse ka paljudes teistes tööstusharudes.

Hapete ja sooladega

Kuna raud asub metallide elektrokeemilise aktiivsuse seerias vesinikust vasakul, on see võimeline selle elemendi ühenditest välja tõrjuma. Selle näiteks on nihkumisreaktsioon, mida võib täheldada raua lisamisel happele. Näiteks kui segate keskmise kontsentratsiooniga rauda ja sulfaathapet (tuntud ka kui väävelhape) võrdses molaarses vahekorras, on tulemuseks raud(II)sulfaat ja vesinik võrdses molaarsuhtes. Sellise reaktsiooni võrrand näeb välja järgmine: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

Sooladega suhtlemisel ilmnevad raua redutseerivad omadused. See tähendab, et seda saab kasutada vähem aktiivse metalli eraldamiseks soolast. Näiteks kui võtta üks mool ja sama kogus ferrumit, saate raud(II)sulfaati ja puhast vaske samas molaarses vahekorras.

Tähtsus kehale

Üks levinumaid keemilisi elemente maakoores on raud. Oleme seda juba vaadanud, nüüd läheneme sellele bioloogilisest vaatenurgast. Ferrum täidab väga olulisi funktsioone nii rakutasandil kui ka kogu organismi tasandil. Esiteks on raud sellise valgu nagu hemoglobiin aluseks. See on vajalik hapniku transportimiseks läbi vere kopsudest kõikidesse kudedesse, organitesse, igasse keharakku, eelkõige aju neuronitesse. Seetõttu ei saa raua kasulikke omadusi üle hinnata.

Lisaks vereloome mõjutamisele on raud oluline ka kilpnäärme täielikuks funktsioneerimiseks (selleks pole vaja ainult joodi, nagu mõned arvavad). Raud osaleb ka rakusiseses ainevahetuses ja reguleerib immuunsust. Ferrumi leidub eriti suures koguses ka maksarakkudes, kuna see aitab neutraliseerida kahjulikke aineid. See on ka üks meie keha mitut tüüpi ensüümide põhikomponente. Inimese igapäevane toit peaks sisaldama seda mikroelementi kümme kuni kakskümmend milligrammi.

Rauarikkad toidud

Neid on palju. Need on nii taimset kui loomset päritolu. Esimesed on teraviljad, kaunviljad, teraviljad (eriti tatar), õunad, seened (valged), kuivatatud puuviljad, kibuvitsamarjad, pirnid, virsikud, avokaadod, kõrvits, mandlid, datlid, tomatid, spargelkapsas, kapsas, mustikad, murakad, seller, jne. Teised on maks ja liha. Eriti oluline on kõrge rauasisaldusega toitude tarbimine raseduse ajal, kuna areneva loote keha vajab täielikuks kasvuks ja arenguks seda mikroelementi suurtes kogustes.

Märgid rauapuudusest organismis

Liiga vähese rauasisalduse kehasse sattumise sümptomiteks on väsimus, pidev käte ja jalgade külmetamine, depressioon, rabedad juuksed ja küüned, intellektuaalse aktiivsuse vähenemine, seedehäired, vähene jõudlus ja kilpnäärme talitlushäired. Kui märkate mitut neist sümptomitest, võib olla mõtet suurendada oma dieedis rauda sisaldavate toitude hulka või osta rauda sisaldavaid vitamiine või toidulisandeid. Samuti peaksite konsulteerima arstiga, kui tunnete mõnda neist sümptomitest liiga ägedalt.

Raua kasutamine tööstuses

Raua kasutusalad ja omadused on omavahel tihedalt seotud. Tänu oma ferromagnetilisusele valmistatakse sellest magneteid - nii nõrgemaid majapidamises (suveniiri külmikumagnetid jne) kui ka tugevamaid tööstuslikuks otstarbeks. Kuna kõnealusel metallil on kõrge tugevus ja kõvadus, on seda iidsetest aegadest kasutatud relvade, soomuste ja muude sõjaliste ja majapidamistööriistade valmistamiseks. Muide, isegi Vana-Egiptuses tunti meteoriitrauda, ​​mille omadused olid paremad kui tavalisel metallil. Seda spetsiaalset rauda kasutati ka Vana-Roomas. Sellest valmistati eliitrelvi. Meteoriidimetallist kilp või mõõk võis olla ainult väga rikka ja aatelise inimese oma.

Üldiselt on metall, mida selles artiklis käsitleme, selle rühma kõigi ainete hulgast kõige mitmekülgsem. Esiteks valmistatakse sellest terast ja malmi, millest toodetakse kõikvõimalikke nii tööstuses kui ka igapäevaelus vajalikke tooteid.

Malm on raua ja süsiniku sulam, milles viimast on 1,7–4,5 protsenti. Kui teine ​​on alla 1,7 protsendi, nimetatakse seda tüüpi sulamit teraseks. Kui koostises on süsinikku umbes 0,02 protsenti, siis on see juba tavaline tehniline raud. Süsiniku olemasolu sulamis on vajalik, et anda sellele suurem tugevus, kuumuskindlus ja roostekindlus.

Lisaks võib teras lisanditena sisaldada palju muid keemilisi elemente. See hõlmab mangaani, fosforit ja räni. Samuti võib sellisele sulamile teatud omaduste andmiseks lisada kroomi, niklit, molübdeeni, volframi ja paljusid muid keemilisi elemente. Trafoterastena kasutatakse teraseliike, mis sisaldavad suures koguses räni (umbes neli protsenti). Palju mangaani (kuni kaksteist kuni neliteist protsenti) sisaldavaid kasutatakse raudteede, veskite, purustite ja muude tööriistade osade valmistamisel, mille osad on kiirelt kuluvad.

Sulamile lisatakse molübdeeni, et muuta see kuumakindlamaks, selliseid terasid kasutatakse tööriistaterastena. Lisaks on üldtuntud ja igapäevaelus sageli nugade ja muude majapidamistööriistade näol kasutatavate roostevabade teraste saamiseks vaja sulamile lisada kroomi, niklit ja titaani. Ja löögikindla, ülitugeva plastilise terase saamiseks piisab, kui lisada sellele vanaadiumi. Lisades kompositsioonile nioobiumi, on võimalik saavutada kõrge vastupidavus korrosioonile ja keemiliselt agressiivsetele ainetele.

Artikli alguses mainitud mineraalne magnetiit on vajalik kõvaketaste, mälukaartide ja muude seda tüüpi seadmete valmistamiseks. Tänu oma magnetilistele omadustele võib rauda leida trafodes, mootorites, elektroonikatoodetes jne. Lisaks saab rauda lisada muude metallide sulamitele, et anda neile suurem tugevus ja mehaaniline stabiilsus. Selle elemendi sulfaati kasutatakse aianduses kahjurite tõrjeks (koos vasksulfaadiga).

Need on vee puhastamiseks asendamatud. Lisaks kasutatakse mustvalgetes printerites magnetiidipulbrit. Püriidi peamine kasutusala on saada sellest väävelhapet. See protsess toimub laboritingimustes kolmes etapis. Esimeses etapis põletatakse raudpüriit raudoksiidi ja vääveldioksiidi saamiseks. Teises etapis toimub vääveldioksiidi muundamine selle trioksiidiks hapniku osalusel. Ja viimases etapis lastakse saadud aine katalüsaatorite juuresolekul läbi, tekitades seeläbi väävelhapet.

Raua saamine

Seda metalli kaevandatakse peamiselt selle kahest peamisest mineraalist: magnetiidist ja hematiidist. Selleks redutseeritakse rauda selle ühenditest koksi kujul oleva süsinikuga. Seda tehakse kõrgahjudes, mille temperatuur ulatub kahe tuhande kraadini Celsiuse järgi. Lisaks on olemas meetod ferrumi redutseerimiseks vesinikuga. Selleks ei ole kõrgahju vaja. Selle meetodi rakendamiseks võtavad nad spetsiaalse savi, segatakse purustatud maagiga ja töödeldakse šahtahjus vesinikuga.

Järeldus

Raua omadused ja kasutusalad on erinevad. See on võib-olla kõige olulisem metall meie elus. Inimkonnale tuntuks saanud, asendas see pronksi, mis oli sel ajal kõigi tööriistade ja ka relvade valmistamise peamine materjal. Teras ja malm on oma füüsikaliste omaduste ja vastupidavuse poolest mehaanilisele pingele paljuski paremad kui vase ja tina sulam.

Lisaks on rauda meie planeedil rohkem kui palju teisi metalle. seda on maapõues peaaegu viis protsenti. See on looduses leviku poolest neljas keemiline element. Samuti on see keemiline element väga oluline loomade ja taimede keha normaalseks toimimiseks, eelkõige seetõttu, et hemoglobiin on selle baasil üles ehitatud. Raud on hädavajalik mikroelement, mille tarbimine on oluline tervise säilitamiseks ja elundite normaalseks talitluseks. Lisaks ülaltoodule on see ainuke metall, millel on ainulaadsed magnetilised omadused. Meie elu on võimatu ette kujutada ilma ferrumita.

Raud on peamine ehitusmaterjal. Metalli kasutatakse sõna otseses mõttes kõikjal – alates rakettidest ja allveelaevadest kuni söögiriistade ja sepistatud grilli kaunistusteni. Suurel määral soodustab seda looduses leiduv element. Tegelik põhjus on aga selle tugevus ja vastupidavus.

Käesolevas artiklis kirjeldame rauda kui metalli ning näitame selle kasulikke füüsikalisi ja keemilisi omadusi. Eraldi räägime teile, miks rauda nimetatakse mustmetalliks ja kuidas see erineb teistest metallidest.

Kummalisel kombel tekib mõnikord ikkagi küsimus, kas raud on metall või mittemetall. Raud on D.I. Mendelejevi tabeli 8. rühma, 4. perioodi element. Molekulmass on 55,8, mis on üsna kõrge.

See on hõbehall metall, üsna pehme, plastiline ja sellel on magnetilised omadused. Tegelikult leitakse ja kasutatakse puhast rauda äärmiselt harva, kuna metall on keemiliselt aktiivne ja läbib mitmesuguseid reaktsioone.

See video ütleb teile, mis on raud:

Kontseptsioon ja omadused

Rauda nimetatakse tavaliselt sulamiks, milles on väike osa lisandeid - kuni 0,8%, mis säilitab peaaegu kõik metalli omadused. Laialdaselt ei kasutata isegi seda võimalust, vaid terast ja malmi. Nad said oma nime - mustmetall, raud või, täpsemalt, sama malm ja teras - tänu maagi värvile - must.

Tänapäeval nimetatakse rauasulameid raudmetallideks: teras, malm, ferriit, aga ka mangaan ja mõnikord ka kroom.

Raud on väga levinud element. Maakoore sisalduse poolest on see 4. kohal, jäädes alla hapnikule ja. Maa tuum sisaldab 86% rauda ja ainult 14% on vahevöös. Merevesi sisaldab ainet väga vähe - kuni 0,02 mg/l, jõevesi veidi rohkem - kuni 2 mg/l.

Raud on tüüpiline metall ja ka üsna aktiivne. See reageerib lahjendatud ja kontsentreeritud hapetega, kuid väga tugevate oksüdeerivate ainete mõjul võib moodustada raudhappe sooli. Õhus kattub raud kiiresti oksiidkilega, mis takistab edasist reaktsiooni.

Niiskuse juuresolekul tekib aga oksiidkile asemel rooste, mis oma lahtise struktuuri tõttu ei takista edasist oksüdeerumist. See omadus, korrosioon niiskuse juuresolekul, on rauasulamite peamine puudus. Väärib märkimist, et lisandid provotseerivad korrosiooni, samas kui keemiliselt puhas metall on veekindel.

Olulised parameetrid

Puhas metallist raud on üsna plastiline, kergesti sepitav ja raskesti valatav. Väikesed süsiniku lisandid suurendavad aga oluliselt selle kõvadust ja haprust. See kvaliteet sai üheks põhjuseks, miks pronksist tööriistad asendati rauast tööriistadega.

• Kui võrrelda rauasulamid ja iidses maailmas tuntud rauasulamid, on ilmne, et nii korrosioonikindluse kui ka vastupidavuse poolest. Massiivne ulatus tõi aga kaasa tinakaevanduste ammendumise. Ja kuna see on oluliselt väiksem kui , seisid mineviku metallurgid silmitsi asendamise küsimusega. Ja raud asendas pronksi. Viimane tõrjuti terase ilmumisel täielikult välja: pronks ei anna sellist kõvaduse ja elastsuse kombinatsiooni.
• Raud moodustab koobaltiga rauast triaadi. Elementide omadused on väga lähedased, lähedasemad kui nende analoogidel, millel on sama väliskihi struktuur. Kõikidel metallidel on suurepärased mehaanilised omadused: neid saab hõlpsasti töödelda, valtsida, tõmmata, sepistada ja tembeldada. Koobalt on vähem reaktiivne ja korrosioonikindlam kui raud. Nende elementide väiksem rohkus ei võimalda neid aga nii laialdaselt kasutada kui rauda.
• Peamine riistvara "konkurent" kasutusvaldkonnas on. Kuid tegelikult on mõlemal materjalil täiesti erinevad omadused. See ei ole peaaegu nii tugev kui raud, seda on kergem välja tõmmata ja seda ei saa sepistada. Teisest küljest on metall palju kergem, mis muudab konstruktsiooni palju kergemaks.

Raua elektrijuhtivus on väga keskmine, samas kui alumiinium on selles näitajas hõbeda ja kulla järel teisel kohal. Raud on ferromagnetiline, see tähendab, et see säilitab magnetiseerituse magnetvälja puudumisel ja tõmmatakse magnetvälja.

Sellised erinevad omadused toovad kaasa täiesti erinevad kasutusvaldkonnad, mistõttu ehitusmaterjalid “kaklevad” väga harva näiteks mööbli valmistamisel, kus alumiiniumprofiili kergusele vastandub terase tugevus.

Raua eeliseid ja puudusi käsitletakse allpool.

Eelised ja miinused

Raua peamine eelis võrreldes teiste konstruktsioonimetallidega on selle rohkus ja suhteline sulatuslihtsus. Kuid kasutatud raua kogust arvestades on see väga oluline tegur.

Eelised

Metalli eelised hõlmavad muid omadusi.

• Tugevus ja kõvadus elastsust säilitades – me ei räägi keemiliselt puhtast rauast, vaid sulamitest. Pealegi on need omadused üsna erinevad, olenevalt terase klassist, kuumtöötlusmeetodist, tootmismeetodist jne.
• Terase ja ferriitide mitmekesisus võimaldab teil luua ja valida materjali sõna otseses mõttes iga ülesande jaoks - sillaraamist lõikeriistani. Võimalus saada kindlaksmääratud omadusi väga väikeste lisandite lisamisega on ebatavaliselt suur eelis.
• Töötlemise lihtsus võimaldab saada väga erinevat tüüpi tooteid: vardad, torud, vormitud tooted, talad, lehtraud jne.
• Raua magnetilised omadused on sellised, et metall on magnetajamite valmistamisel peamine materjal.
• Sulamite maksumus sõltub muidugi koostisest, kuid on siiski oluliselt madalam kui enamikul värvilistel sulamitel, ehkki kõrgemate tugevusomadustega.
• Raua tempermalmistavus annab materjalile väga kõrge dekoratiivse võime.

Puudused

Rauasulamite puudused on märkimisväärsed.

• Esiteks on see ebapiisav korrosioonikindlus. Spetsiaalsetel terastel – roostevabal terasel – on see kasulik kvaliteet, kuid need on ka palju kallimad. Palju sagedamini kaitstakse metalli kattekihiga - metalli või polümeeriga.
• Raud on võimeline salvestama elektrit, mistõttu selle sulamitest valmistatud tooted on elektrokeemilise korrosiooni all. Instrumentide ja masinate korpused, torustikud peavad olema kuidagi kaitstud - katoodkaitse, ohverduskaitse jne.
• Metall on raske, mistõttu raudkonstruktsioonid koormavad oluliselt ehitusobjekti - hoonet, raudteevagunit, merelaeva.

Koostis ja struktuur

Raud on 4 erinevas modifikatsioonis, mis erinevad üksteisest võre parameetrite ja struktuuri poolest. Faaside olemasolu on sulatamisel tõesti ülioluline, kuna just faasisiirded ja nende sõltuvus legeerivatest elementidest tagavad selles maailmas metallurgiliste protsesside kulgemise. Niisiis, me räägime järgmistest etappidest:

• α-faas on stabiilne kuni +769 C ja sellel on kehakeskne kuupvõre. α-faas on ferromagnetiline, see tähendab, et see säilitab magnetiseerituse magnetvälja puudumisel. Metalli Curie punkt on temperatuur 769 C.
• β-faas eksisteerib vahemikus +769 C kuni +917 C. Modifikatsiooni struktuur on sama, kuid võre parameetrid on mõnevõrra erinevad. Sel juhul säilivad peaaegu kõik füüsikalised omadused, välja arvatud magnetilised: raud muutub paramagnetiliseks.
• γ-faas esineb vahemikus +917 kuni +1394 C. Sellel on näokeskne kuupvõre.
• δ faas eksisteerib temperatuuril +1394 C ja sellel on kehakeskne kuupvõre.

Samuti on ε-modifikatsioon, mis ilmneb kõrge rõhu korral, samuti teatud elementidega dopingu tulemusena. ε faasil on tihedalt pakitud kuusnurkne võre.

See video räägib teile raua füüsikalistest ja keemilistest omadustest:

Omadused ja omadused

Väga palju sõltub selle puhtusest. Erinevus keemiliselt puhta raua ja tavalise tehnilise ja veelgi enam legeerterase omaduste vahel on väga märkimisväärne. Reeglina on füüsikalised omadused antud tehnilisele rauale, mille lisandifraktsioon on 0,8%.

Kahjulikke lisandeid on vaja eristada legeerivatest lisanditest. Esimene – näiteks väävel ja fosfor – annavad sulamile rabeduse, suurendamata kõvadust või mehaanilist vastupidavust. Terases sisalduv süsinik suurendab neid parameetreid, see tähendab, et see on kasulik komponent.

• Raua tihedus (g/cm3) oleneb mingil määral faasist. Seega on α-Fe tihedus 7,87 g kuupmeetri kohta. cm normaaltemperatuuril ja 7,67 g/cc. cm temperatuuril +600 C. γ-faasi tihedus on väiksem - 7,59 g/kuubiku kohta. cm ja δ-faas on veelgi väiksem - 7,409 g/cc.
• Aine sulamistemperatuur on +1539 C. Raud on mõõdukalt tulekindel metall.
• Keemistemperatuur - +2862 C.
• Tugevus, see tähendab vastupidavus erinevat tüüpi koormustele - surve, pinge, painutamine, on reguleeritud iga terase, malmi ja ferriidi klassi jaoks, seega on nendest näitajatest üldiselt raske rääkida. Seega on kiirterase paindetugevus 2,5–2,8 GPa. Ja tavalise tehnilise raua sama parameeter on 300 MPa.
• Kõvadus Mohsi skaalal on 4–5. Spetsiaalsed terased ja keemiliselt puhas raud saavutavad palju suurema jõudluse.
• Elektriline eritakistus on 9,7·10-8 oomi·m. Raud juhib voolu palju halvemini kui vask või alumiinium.
• Soojusjuhtivus on samuti madalam kui nendel metallidel ja sõltub faasi koostisest. 25 C juures on see 74,04 W/(m K), 1500 C juures 31,8 [W/(m K)].
• Raud on täiuslikult sepistatud nii normaalsel kui ka kõrgendatud temperatuuril. Malmi ja terast saab valada.
• Ainet ei saa nimetada bioloogiliselt inertseks. Selle mürgisus on aga väga madal. See on aga seotud mitte niivõrd elemendi aktiivsusega, kuivõrd inimkeha võimetusega seda hästi omastada: maksimum on 20% saadud annusest.

Rauda ei saa klassifitseerida keskkonnaaineks. Peamist kahju keskkonnale ei põhjusta aga mitte selle jäätmed, kuna raud roostetab üsna kiiresti, vaid tootmisjäätmed - eralduvad räbu ja gaasid.

Tootmine

Raud on väga levinud element, mistõttu see ei nõua suuri kulutusi. Maardlate arendamine toimub nii ava- kui ka kaevandusmeetodil. Tegelikult sisaldavad rauda kõik kaevandusmaagid, kuid arendatud on ainult need, kus metalli osakaal on piisavalt suur. Need on rikkalikud maagid - punane, magnetiline ja pruun rauamaak rauasisaldusega kuni 74%, keskmise sisaldusega maagid - näiteks marksiit ja madala kvaliteediga maagid, mille rauasisaldus on vähemalt 26% - sideriit.

Rikkalik maak saadetakse kohe tehasesse. Rikastuvad keskmise ja madala sisaldusega kivimid.

Rauasulamite tootmiseks on mitu meetodit. Reeglina hõlmab mis tahes terase sulatamine malmi tootmist. See sulatatakse kõrgahjus temperatuuril 1600 C. Laeng - aglomeraat, graanulid, laaditakse koos räbustiga ahju ja puhutakse kuuma õhuga. Sel juhul metall sulab ja koks põleb, mis võimaldab soovimatud lisandid välja põletada ja räbu eraldada.

Terase tootmiseks kasutatakse tavaliselt valget malmi – selles seotakse süsinik rauaga keemiliseks ühendiks. Kõige tavalisemad 3 meetodit:

• lahtine kolle - sulamalm koos maagi ja vanaraua lisandiga sulatatakse 2000 C juures süsinikusisalduse vähendamiseks. Täiendavad koostisosad, kui neid on, lisatakse sulatamise lõpus. Nii saadakse kõrgeima kvaliteediga teras.
• hapnikumuundur on produktiivsem meetod. Ahjus puhutakse malmi paksus õhuga rõhul 26 kg/sq. vt Terase omaduste parandamiseks võib kasutada hapniku ja õhu segu või puhast hapnikku;
• elektriline sulatus – kasutatakse sagedamini spetsiaalsete legeerteraste tootmiseks. Malm põletatakse elektriahjus temperatuuril 2200 C.

Terast saab ka otsemeetodil. Selleks laaditakse suure rauasisaldusega graanulid šahtahju ja puhutakse läbi vesinikuga temperatuuril 1000 C. Viimane redutseerib oksiidist rauda ilma vahepealsete etappideta.

Mustmetallurgia spetsiifikast tulenevalt müüakse kas kindla rauasisaldusega maaki või valmistooteid - malmi, terast, ferriiti. Nende hinnad on väga erinevad. Rauamaagi keskmine maksumus 2016. aastal – rikkalik, elementide sisaldusega üle 60% – on 50 dollarit tonni kohta.

Terase maksumus sõltub paljudest teguritest, mis muudab mõnikord hinnatõusud ja -langused täiesti ettearvamatuks. 2016. aasta sügisel tõusid liitmike ning kuum- ja külmvaltsitud terase maksumus järsult tänu samaväärselt järsule sulatamisel osaleva koksisöe hinnatõusule. Novembris pakuvad Euroopa ettevõtted kuumvaltsitud terasrulle hinnaga 500 eurot tonni kohta.

Kasutusala

Raua ja rauasulamite kasutusala on tohutu. Lihtsam on märkida, kus metalli ei kasutata.

• Ehitus - igasuguste karkasside konstruktsioon, alates silla kanderaamist kuni korteri dekoratiivkamina karkassini, ei saa läbi ilma erineva klassi teraseta. Liitmikud, vardad, I-talad, kanalid, nurgad, torud: ehituses kasutatakse absoluutselt kõiki kuju- ja sektsioontooteid. Sama kehtib ka pleki kohta: sellest tehakse katusekate jne.
• Masinaehitus - tugevuse ja kulumiskindluse osas on terasega võrreldav väga vähe, seega on enamiku masinate kereosad valmistatud terasest. Eriti juhtudel, kui seadmed peavad töötama kõrge temperatuuri ja rõhu tingimustes.
• Tööriistad – legeerivate elementide ja karastamise abil saab metallile anda teemantilähedase kõvaduse ja tugevuse. Kiirteras on kõigi töötlemistööriistade aluseks.
• Elektrotehnikas on raua kasutamine piiratum just seetõttu, et lisandid halvendavad märgatavalt selle elektrilisi omadusi, mis on niigi madalad. Kuid metall on elektriseadmete magnetosade tootmisel asendamatu.
• Torustik - terasest ja malmist on valmistatud mis tahes tüüpi ja tüüpi side: kütte-, veevarustussüsteemid, gaasijuhtmed, sealhulgas magistraalliinid, toitekaablite ümbrised, naftajuhtmed jne. Ainult teras talub selliseid tohutuid koormusi ja siserõhku.
• Kodukasutus – terast kasutatakse kõikjal: furnituurist ja söögiriistadest rauduste ja lukkudeni. Metalli tugevus ja kulumiskindlus muudavad selle asendamatuks.

Raud ja selle sulamid ühendavad endas tugevuse, vastupidavuse ja kulumiskindluse. Lisaks on metalli suhteliselt odav toota, mistõttu on see tänapäevase rahvamajanduse jaoks asendamatu materjal.

See video räägib teile värviliste ja raskete raudmetallidega rauasulamitest:

Raud oli tuntud juba eelajaloolistel aegadel, kuid laialdast kasutamist leidis see palju hiljem, kuna vabas olekus on see looduses äärmiselt haruldane ja selle tootmine maakidest sai võimalikuks alles tehnoloogilise arengu teatud tasemel. Tõenäoliselt tutvus inimene esimest korda meteoriidi Rauaga, mida tõendavad selle nimed iidsete rahvaste keeltes: Vana-Egiptuse "beni-pet" tähendab "taevarauda"; Vana-Kreeka sideros on seotud ladina sidus (perekond sideris) - täht, taevakeha. Hetiidi tekstides 14. sajandil eKr. e. Rauda mainitakse kui taevast alla kukkunud metalli. Romaani keeltes on säilinud roomlaste antud nimetüvi (näiteks prantsuse fer, itaalia ferro).

Maagidest raua saamise meetod leiutati Lääne-Aasias 2. aastatuhandel eKr. e.; pärast seda levis raua kasutamine Babüloni, Egiptusesse ja Kreekasse; Pronksiaeg asendus rauaajaga. Homeros (Iliase 23. laulus) räägib, et Achilleus autasustas kettaheitevõistlusel võitjat rauast kettaga. Euroopas ja Vana-Venemaal saadi sajandeid rauda juustu valmistamise protsessis. Rauamaaki redutseeriti süvendisse ehitatud sepikojas; Lõõtsaga pumbati sepikusse õhku, haamrilöökidega eraldati räbust redutseerimisprodukt kritsa ja sepistati sellest erinevaid tooteid. Puhumismeetodite paranedes ja kolde kõrguse kasvades tõusis protsessi temperatuur ja osa rauast karboniseeriti ehk saadi malm; seda suhteliselt habrast toodet peeti tootmisjäätmeteks. Sellest ka malmi nimetus “malm”, “malm” - inglise keel. Malm. Hiljem märgati, et sepikojasse pigem malmi kui rauamaaki laadides saadi ka madala süsinikusisaldusega rauakoorik ning selline kaheetapiline protsess osutus tulusamaks kui juustupuhumisprotsess. 12.-13. sajandil oli karjumise meetod juba laialt levinud.

14. sajandil hakati malmi sulatama mitte ainult vaheproduktina edasiseks töötlemiseks, vaid ka materjalina erinevate toodete valamisel. Samast ajast pärineb ka kolde ümberehitamine šahtahjuks ("domnitsa") ja seejärel kõrgahjuks. 18. sajandi keskpaigas hakati Euroopas kasutama terase tootmise tiigli protsessi, mis oli Süürias tuntud varakeskajal, kuid hiljem unustati. Selle meetodiga valmistati terast metallilaengu sulatamisel väikestes anumates (tiiglites) väga tulekindlast massist. 18. sajandi viimasel veerandil hakkas tulise kajaahju koldes arenema malmi rauaks muutmise lombiprotsess. 18. sajandi ja 19. sajandi alguse tööstusrevolutsioon, aurumasina leiutamine, raudteede ehitamine, suured sillad ja aurulaevastik tekitasid tohutu vajaduse raua ja selle sulamite järele. Kuid kõik olemasolevad raua tootmismeetodid ei suutnud turu vajadusi rahuldada. Terase masstootmine algas alles 19. sajandi keskpaigas, kui töötati välja Bessemeri, Thomase ja avatud kolde protsessid. 20. sajandil tekkis ja levis laialdaselt elektriline terase valmistamise protsess, mis toodab kvaliteetset terast.

Raua levik looduses. Litosfääri sisalduse poolest (4,65 massiprotsenti) on raud metallide seas teisel kohal (alumiinium). Ta rändab jõuliselt maakoores, moodustades umbes 300 mineraali (oksiidid, sulfiidid, silikaadid, karbonaadid, titanaadid, fosfaadid jne). Raud osaleb aktiivselt magma-, hüdrotermilistes ja supergeenilistes protsessides, mis on seotud erinevat tüüpi rauasademete tekkega. Raud on maakera sügavuste metall, see akumuleerub magma kristalliseerumise algstaadiumis ülialuselistes (9,85%) ja aluselistes (8,56%) kivimites (graniitides vaid 2,7%). Biosfääris koguneb raud paljudesse mere- ja mandrisetetesse, moodustades settemaake.

Raua geokeemias mängivad olulist rolli redoksreaktsioonid - 2-valentse raua üleminek 3-valentsele rauale ja vastupidi. Biosfääris redutseerub Fe 3+ orgaaniliste ainete juuresolekul Fe 2+-ks ja kergesti migreerub ning atmosfäärihapnikuga kokku puutudes Fe 2+ oksüdeerub, moodustades raudraudhüdroksiidide akumulatsioone. Laialt levinud rauaühendid on punane, kollane ja pruun. See määrab paljude settekivimite värvi ja nende nimetuse - "punane moodustis" (punased ja pruunid liivsavi ja savid, kollased liivad jne).

Raua füüsikalised omadused. Raua tähtsuse kaasaegses tehnoloogias ei määra mitte ainult selle laialdane levik looduses, vaid ka väga väärtuslike omaduste kombinatsioon. See on plastist, kergesti sepistatud nii külmas kui ka kuumutatud olekus ning seda saab rullida, tembeldada ja tõmmata. Süsiniku ja muude elementide lahustamise võime on mitmesuguste rauasulamite tootmise aluseks.

Raud võib eksisteerida kahe kristallvõre kujul: α- ja γ-kehakeskne kuup (bcc) ja näokeskne kuup (fcc). Alla 910 °C on bcc-võrega α-Fe stabiilne (a = 2,86645Å temperatuuril 20 °C). Temperatuurivahemikus 910 °C kuni 1400 °C on fcc-võrega γ modifikatsioon stabiilne (a = 3,64 Å). Üle 1400°C moodustub uuesti bcc võre δ-Fe (a = 2,94Å), mis on stabiilne kuni sulamistemperatuurini (1539°C). α-Fe on ferromagnetiline kuni 769 °C (Curie punkt). γ-Fe ja δ-Fe modifikatsioonid on paramagnetilised.

Raua ja terase polümorfsed muundumised kuumutamisel ja jahutamisel avastas 1868. aastal D. K. Tšernov. Süsinik moodustab rauaga interstitsiaalseid tahkeid lahuseid, milles väikese aatomiraadiusega (0,77 Å) C-aatomid paiknevad metalli suurematest aatomitest koosneva kristallvõre vahekohtades (Fe aatomiraadius 1,26 Å). Süsiniku tahket lahust γ-Fe-s nimetatakse austeniidiks ja α-Fe-s ferriidiks. Süsiniku küllastunud tahke lahus γ-Fe-s sisaldab temperatuuril 1130 °C 2,0 massiprotsenti C; α-Fe lahustub temperatuuril 723 °C ainult 0,02–0,04% C ja toatemperatuuril vähem kui 0,01%. Seetõttu moodustub austeniidi kõvenemisel martensiit – üleküllastunud tahke süsiniku lahus α-Fe-s, väga kõva ja rabe. Karastamise ja karastamise kombinatsioon (kuumutamine suhteliselt madalatele temperatuuridele sisepingete vähendamiseks) võimaldab anda terasele vajaliku kõvaduse ja elastsuse kombinatsiooni.

Raua füüsikalised omadused sõltuvad selle puhtusest. Tööstuslikes rauamaterjalides on rauaga tavaliselt kaasas süsiniku, lämmastiku, hapniku, vesiniku, väävli ja fosfori lisandid. Isegi väga madalatel kontsentratsioonidel muudavad need lisandid oluliselt metalli omadusi. Seega põhjustab väävel nn punast rabedust, fosfor (isegi 10 -2% P) - külmahaprust; süsinik ja lämmastik vähendavad plastilisust ning vesinik suurendab Raua haprust (nn vesiniku haprust). Lisandite sisalduse vähendamine 10 -7 - 10 -9%-ni toob kaasa olulisi muutusi metalli omadustes, eelkõige plastilisuse suurenemise.

Järgmised on raua füüsikalised omadused, mis viitavad peamiselt metallile, mille lisandite kogusisaldus on alla 0,01 massiprotsenti:

Aatomi raadius 1,26Å

Ioonraadiused Fe 2+ 0,80Å, Fe 3+ 0,67Å

Tihedus (20°C) 7,874 g/cm3

keemistemperatuur umbes 3200°C

Temperatuuri lineaarpaisumise koefitsient (20°C) 11,7·10 -6

Soojusjuhtivus (25°C) 74,04 W/(m K)

Raua soojusmahtuvus sõltub selle struktuurist ja muutub kompleksselt koos temperatuuriga; keskmine erisoojusvõimsus (0-1000°C) 640,57 J/(kg K).

Elektriline eritakistus (20°C) 9,7 10 -8 oomi m

Elektritakistuse temperatuuritegur (0-100°C) 6,51·10 -3

Youngi moodul 190-210 10 3 MN/m 2 (19-21 10 3 kgf/mm 2)

Youngi mooduli temperatuuritegur 4·10 -6

Nihkemoodul 84,0 10 3 MN/m 2

Lühiajaline tõmbetugevus 170-210 MN/m2

Venivus 45-55%

Brinelli kõvadus 350-450 Mn/m2

Tootmispiir 100 Mn/m2

Löögitugevus 300 MN/m2

Raua keemilised omadused. Aatomi välise elektronkihi konfiguratsioon on 3d 6 4s 2. Raud on muutuva valentsiga (kõige stabiilsemad on 2- ja 3-valentse raua ühendid). Hapnikuga moodustab raud oksiidi (II) FeO, oksiidi (III) Fe 2 O 3 ja oksiidi (II, III) Fe 3 O 4 (FeO ühend Fe 2 O 3-ga, millel on spinellstruktuur). Niiskes õhus tavatemperatuuril kattub raud lahtise roostega (Fe 2 O 3 nH 2 O). Oma poorsuse tõttu ei takista rooste hapniku ja niiskuse ligipääsu metallile ega kaitse seetõttu edasise oksüdeerumise eest. Miljonid tonnid rauda kaotatakse igal aastal erinevate korrosiooniliikide tagajärjel. Kui rauda kuumutatakse kuivas õhus üle 200 °C, kaetakse see õhukese oksiidkilega, mis kaitseb metalli normaaltemperatuuril korrosiooni eest; see on Raua kaitse tehnilise meetodi – sinistamise – aluseks. Veeaurus kuumutamisel raud oksüdeerub, moodustades Fe 3 O 4 (alla 570 °C) või FeO (üle 570 °C) ja vabastab vesinikku.

Fe(OH)2 hüdroksiid moodustub valge sademe kujul söövitavate leeliste või ammoniaagi toimel Fe2+ soolade vesilahustel vesiniku või lämmastiku atmosfääris. Õhuga kokkupuutel muutub Fe(OH)2 esmalt roheliseks, seejärel mustaks ja lõpuks kiiresti punakaspruuniks hüdroksiidiks Fe(OH)3. FeO oksiidil on põhilised omadused. Fe 2 O 3 oksiid on amfoteerne ja nõrga happelise funktsiooniga; reageerides aluselisemate oksiididega (näiteks MgO-ga moodustab ferriite – ferromagnetiliste omadustega ühendeid nagu Fe 2 O 3 nMeO, mida kasutatakse laialdaselt raadioelektroonikas. Happelisi omadusi väljendab ka kuuevalentne raud, mis esineb ferraatide kujul, näiteks K 2 FeO 4, raudhappe soolad, mis ei vabane vabas olekus.

Raud reageerib kergesti halogeenide ja vesinikhalogeniididega, moodustades soolad, nagu kloriidid FeCl2 ja FeCl3. Raua kuumutamisel väävliga tekivad sulfiidid FeS ja FeS 2. Raudkarbiidid - Fe 3 C (tsementiit) ja Fe 2 C (e-karbiid) - sadestuvad raua tahketest süsinikulahustest jahutamisel. Fe 3 C vabaneb ka süsiniku lahustest vedelas rauas kõrge C kontsentratsiooni korral. Lämmastik, nagu süsinik, annab rauaga interstitsiaalseid tahkeid lahuseid; Nendest eralduvad nitriidid Fe 4 N ja Fe 2 N. Vesinikuga toodab Raud ainult ebastabiilseid hüdriide, mille koostist pole täpselt kindlaks tehtud. Kuumutamisel reageerib raud jõuliselt räni ja fosforiga, moodustades silitsiide (näiteks Fe 3 Si ja fosfiide (näiteks Fe 3 P).

Rauaühendid, milles on palju elemente (O, S ja teised), mis moodustavad kristalse struktuuri, on muutuva koostisega (näiteks võib monosulfiidi väävlisisaldus varieeruda vahemikus 50 kuni 53,3 at.%). Selle põhjuseks on kristalli struktuuri defektid. Näiteks raud(II)oksiidis asendatakse osa Fe 2+ ioonidest võrekohtades Fe 3+ ioonidega; elektrilise neutraalsuse säilitamiseks jäävad mõned Fe 2+ ioonidele kuulunud võrekohad tühjaks.

Raua normaalne elektroodi potentsiaal tema soolade vesilahustes reaktsioonil Fe = Fe 2+ + 2e on -0,44 V ja reaktsiooni Fe = Fe 3+ + 3e korral -0,036 V. Seega on tegevuste sarjas Raud vesinikust vasakul. See lahustub kergesti lahjendatud hapetes koos H 2 vabanemisega ja Fe 2+ ioonide moodustumisega. Raua koostoime lämmastikhappega on omapärane. Kontsentreeritud HNO 3 (tihedus 1,45 g/cm 3) passiveerib rauda, ​​kuna selle pinnale tekib kaitsva oksiidkile; vedelam HNO 3 lahustab rauda, ​​moodustades Fe 2+ või Fe 3+ ioonid, redutseerides NH 3 või N 2 ja N 2 O. Kahevalentse raua soolade lahused õhus on ebastabiilsed - Fe 2+ oksüdeerub järk-järgult Fe 3+-ks. Rauasoolade vesilahustel tekib hüdrolüüsi tõttu happeline reaktsioon. Tiotsüanaadi ioonide SCN- lisamine Fe 3+ soolade lahustele annab Fe(SCN) 3 moodustumise tõttu ereda veripunase värvuse, mis võimaldab avastada 1 osa Fe 3+ olemasolu ligikaudu 10 6 vee osad. Rauda iseloomustab kompleksühendite moodustumine.

Raua saamine. Puhast rauda saadakse suhteliselt väikestes kogustes selle soolade vesilahuste elektrolüüsil või selle oksiidide redutseerimisel vesinikuga. Piisavalt puhta raua tootmine suureneb järk-järgult selle otsesel redutseerimisel maagikontsentraatidest vesiniku, maagaasi või kivisöega suhteliselt madalatel temperatuuridel.

Raua pealekandmine. Raud on kaasaegse tehnoloogia kõige olulisem metall. Puhtal kujul rauda selle vähese tugevuse tõttu praktiliselt ei kasutata, kuigi igapäevaelus nimetatakse terasest või malmist tooteid sageli "rauaks". Põhiosa rauast kasutatakse sulamite kujul, mis on koostise ja omaduste poolest väga erinevad. Rauasulamid moodustavad ligikaudu 95% kõigist metalltoodetest. Süsinikurikkad sulamid (üle 2 massiprotsendi) – malmid – sulatatakse kõrgahjudes rauaga rikastatud maakidest. Erinevaid terase sorte (süsinikusisaldus alla 2 massiprotsendi) sulatatakse malmist lahtise kolde- ja elektriahjudes ning konverterites liigse süsiniku oksüdeerimise (põletamise läbi), kahjulike lisandite (peamiselt S, P, O) eemaldamise ja lisamise teel. legeerivad elemendid. Kõrglegeeritud terased (suure nikli, kroomi, volframi ja muude elementide sisaldusega) sulatatakse elektrikaare- ja induktsioonahjudes. Eriti kriitilistel eesmärkidel kasutatavate teraste ja rauasulamite tootmiseks kasutatakse uusi protsesse - vaakum, elektriräbu ümbersulatamine, plasma- ja elektronkiirega sulatamine jm. Töötatakse välja meetodid terase sulatamiseks pidevalt töötavates sõlmedes, mis tagavad kvaliteetse metalli ja protsessi automatiseerimise.

Raua baasil luuakse materjale, mis taluvad kõrget ja madalat temperatuuri, vaakumit ja kõrget rõhku, agressiivset keskkonda, kõrgeid vahelduvpingeid, tuumakiirgust jne. Raua ja selle sulamite tootmine kasvab pidevalt.

Rauda on kunstilise materjalina kasutatud iidsetest aegadest Egiptuses, Mesopotaamias ja Indias. Alates keskajast on Euroopa riikides (Inglismaal, Prantsusmaal, Itaalias, Venemaal jt) säilinud arvukalt ülimalt kunstipäraseid rauast valmistatud tooteid - sepistatud piirdeaiad, uksehinged, seinaklambrid, tuuleliibud, rindkere furnituurid, valgustid. Läbi varrastest valmistatud tooted ja perforeeritud raudlehtedest valmistatud tooted (sageli vilgukivist voodriga) eristuvad lameda kuju, selge lineaargraafilise silueti ja heleda õhu taustal hästi nähtavad. 20. sajandil valmistati rauast võre, piirdeaedu, ažuurseid sisevaheseinu, küünlajalgu ja monumente.

Raud kehas. Raud on kõigi loomade kehas ja taimedes (keskmiselt umbes 0,02%); see on vajalik peamiselt hapniku metabolismi ja oksüdatiivsete protsesside jaoks. On organisme (nn kontsentraatorid), mis on võimelised seda suurtes kogustes akumuleerima (näiteks rauabakterid - kuni 17-20% rauast). Peaaegu kogu loomades ja taimedes leiduv raud on seotud valkudega. Rauapuudus põhjustab taimede kasvupeetust ja kloroosi, mis on seotud klorofülli moodustumise vähenemisega. Liigne raud avaldab kahjulikku mõju ka taimede arengule, põhjustades näiteks riisilillede steriilsust ja kloroosi. Leeliselises pinnases tekivad rauaühendid, mis ei ole taimejuurte poolt imendumiseks ligipääsetavad ja taimed ei saa seda piisavas koguses; happelistes muldades muutub raud liigsetes kogustes lahustuvateks ühenditeks. Kui mullas on omastatavate rauaühendite puudus või liig, võib taimehaigusi täheldada suurtel aladel.

Raud satub loomade ja inimeste kehasse toiduga (rikkaimad allikad selles on maks, liha, munad, kaunviljad, leib, teravili, spinat ja peet). Tavaliselt saab inimene toiduga 60–110 mg rauda, ​​mis ületab oluliselt tema päevase vajaduse. Toiduga saadava raua imendumine toimub peensoole ülaosas, kust see siseneb valguga seotud kujul verre ja kandub koos verega erinevatesse organitesse ja kudedesse, kus see ladestub raua kujul. valgukompleks - ferritiin. Peamine raua depoo kehas on maks ja põrn. Tänu ferritiinile toimub kõigi organismi rauda sisaldavate ühendite süntees: luuüdis sünteesitakse hingamisteede pigmenti hemoglobiin, lihastes sünteesitakse müoglobiini, erinevates kudedes sünteesitakse tsütokroome ja teisi rauda sisaldavaid ensüüme. Raud vabaneb organismist peamiselt jämesoole seina kaudu (inimesel umbes 6-10 mg ööpäevas) ja vähesel määral neerude kaudu. Keha rauavajadus muutub vanuse ja füüsilise seisundiga. 1 kg kehakaalu kohta vajavad lapsed 0,6, täiskasvanud 0,1 ja rasedad naised 0,3 mg rauda päevas. Loomadel on raua vajadus ligikaudu (1 kg sööda kuivaine kohta): lüpsilehmadel - vähemalt 50 mg, noorloomadel - 30-50 mg; põrsastele - kuni 200 mg, tiinetele sigadele - 60 mg.

Inimkeha sisaldab umbes 5 g rauda, ​​suurem osa sellest (70%) on osa vere hemoglobiinist.

Füüsikalised omadused

Raud on vabas olekus hõbevalge hallika varjundiga metall. Puhas raud on plastiline ja sellel on ferromagnetilised omadused. Praktikas kasutatakse tavaliselt rauasulameid - malmi ja terast.

Fe on VIII rühma alarühma üheksa d-metalli kõige olulisem ja kõige rikkalikum element. Koos koobalti ja nikliga moodustab see "raua perekonna".

Teiste elementidega ühendite moodustamisel kasutab see sageli 2 või 3 elektroni (B = II, III).

Raud, nagu peaaegu kõik VIII rühma d-elemendid, ei näita rühma numbriga võrdset kõrgemat valentsust. Selle maksimaalne valents ulatub VI-ni ja ilmub äärmiselt harva.

Kõige tüüpilisemad on need ühendid, milles Fe aatomid on oksüdatsiooniastmetes +2 ja +3.

Raua saamise meetodid

1. Tehniline raud (süsiniku ja muude lisanditega legeeritud) saadakse selle looduslike ühendite karbotermilise redutseerimise teel vastavalt järgmisele skeemile:

Taastumine toimub järk-järgult, kolmes etapis:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

Selle protsessi tulemusena saadud malm sisaldab rohkem kui 2% süsinikku. Seejärel kasutatakse malmi terase tootmiseks - rauasulamid, mis sisaldavad vähem kui 1,5% süsinikku.

2. Väga puhast rauda saadakse ühel järgmistest viisidest:

a) Fe-pentakarbonüüli lagunemine

Fe(CO)5 = Fe + 5СО

b) puhta FeO redutseerimine vesinikuga

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

c) Fe +2 soolade vesilahuste elektrolüüs

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

raud(II)oksalaat

Keemilised omadused

Fe on keskmise aktiivsusega metall ja sellel on metallidele iseloomulikud üldised omadused.

Ainulaadne omadus on võime "roostetada" niiskes õhus:

Kuiva õhuga niiskuse puudumisel hakkab raud märgatavalt reageerima alles temperatuuril T > 150°C; kaltsineerimisel moodustub rauakivi Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Raud ei lahustu vees hapniku puudumisel. Väga kõrgetel temperatuuridel reageerib Fe veeauruga, tõrjudes veemolekulidest välja vesiniku:

3Fe + 4H20(g) = 4H2

Roostetamise mehhanism on elektrokeemiline korrosioon. Roostetoode on esitatud lihtsustatud kujul. Tegelikult moodustub muutuva koostisega oksiidide ja hüdroksiidide segu lahtine kiht. Erinevalt Al 2 O 3 kilest ei kaitse see kiht rauda edasise hävimise eest.

Korrosiooni tüübid

Raua kaitse korrosiooni eest

1. Koostoime halogeenide ja väävliga kõrgel temperatuuril.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Tekivad ühendid, milles domineerib ioonse sideme tüüp.

2. Koostoime fosfori, süsiniku, räniga (raud ei ühine otseselt N2 ja H2-ga, vaid lahustab need).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Tekivad muutuva koostisega ained, näiteks bertoliidid (ühendites domineerib sideme kovalentne olemus)

3. Koostoime "mitteoksüdeerivate" hapetega (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H+ → Fe 2+ + H2

Kuna Fe asub aktiivsusreas vesinikust vasakul (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), on see võimeline H 2 tavalistest hapetest välja tõrjuma.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. Koostoime "oksüdeerivate" hapetega (HNO 3, H 2 SO 4 konts.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Kontsentreeritud HNO 3 ja H 2 SO 4 “passiveerivad” rauda, ​​mistõttu tavatemperatuuril metall neis ei lahustu. Tugeva kuumutamise korral toimub aeglane lahustumine (ilma H 2 vabastamata).

Jaotises HNO 3 raud lahustub, lahustub Fe 3+ katioonidena ja happeanioon redutseeritakse NO*-ks:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Väga hästi lahustuv HCl ja HNO 3 segus

5. Seos leelistega

Fe ei lahustu leeliste vesilahustes. See reageerib sula leelistega ainult väga kõrgetel temperatuuridel.

6. Koostoime vähemaktiivsete metallide sooladega

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Reaktsioon gaasilise süsinikmonooksiidiga (t = 200°C, P)

Fe (pulber) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 raudpentakarbonüül

Fe(III) ühendid

Fe 2 O 3 - raud(III)oksiid.

Punakaspruun pulber, n. R. H 2 O-s. Looduses - “punane rauamaak”.

Omandamise meetodid:

1) raud(III)hüdroksiidi lagunemine

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2) püriidi põletamine

4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) nitraatide lagunemine

Keemilised omadused

Fe 2 O 3 on aluseline oksiid, millel on amfoteersuse tunnused.

I. Peamised omadused avalduvad võimes reageerida hapetega:

Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + ZN2O

Fe2O3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2O

Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O

II. Nõrgad happelised omadused. Fe 2 O 3 ei lahustu leeliste vesilahustes, kuid tahkete oksiidide, leeliste ja karbonaatidega sulatamisel moodustuvad ferriidid:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg(FeO 2) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - lähteaine raua tootmiseks metallurgias:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO või Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH)3 - raud(III)hüdroksiid

Omandamise meetodid:

Saadakse leeliste toimel lahustuvatele Fe 3+ sooladele:

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

Valmistamise ajal on Fe(OH) 3 punakaspruun lima-amorfne sete.

Fe(III)hüdroksiid tekib ka Fe ja Fe(OH)2 oksüdeerumisel niiskes õhus:

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

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

Fe(III)hüdroksiid on Fe 3+ soolade hüdrolüüsi lõpp-produkt.

Keemilised omadused

Fe(OH)3 on väga nõrk alus (palju nõrgem kui Fe(OH)2). Näitab märgatavaid happelisi omadusi. Seega on Fe(OH)3 amfoteerne iseloom:

1) reaktsioonid hapetega tekivad kergesti:

2) värske Fe(OH) 3 sade lahustub kuumas konts. KOH või NaOH lahused hüdroksokomplekside moodustumisega:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3

Aluselises lahuses saab Fe(OH) 3 oksüdeerida ferraadiks (raudhappe H 2 FeO 4 soolad, mis ei eraldu vabas olekus):

2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O

Fe 3+ soolad

Praktiliselt olulisemad on: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - kollane veresool = Fe 4 3 Preisi sinine (tumesinine sade)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiotsüanaat Fe(III) (verepunane lahus)