آهن به شکل خالص یک فلز خاکستری شکل پذیر است که به راحتی قابل پردازش است. و با این حال، برای انسان، عنصر Fe در ترکیب با کربن و سایر ناخالصی‌ها که امکان تشکیل آلیاژهای فلزی - فولاد و چدن را فراهم می‌کند، کاربردی‌تر است. 95٪ - این دقیقاً همان مقدار است که از تمام محصولات فلزی تولید شده در کره زمین حاوی آهن به عنوان عنصر اصلی است.

آهن: تاریخ

اولین محصولات آهنی ساخته شده توسط انسان توسط دانشمندان به هزاره چهارم قبل از میلاد می رسد. e.، و مطالعات نشان داده است که آهن شهاب سنگی که با محتوای نیکل 5-30 درصد مشخص می شود، برای تولید آنها استفاده شده است. جالب است، اما تا زمانی که بشر در استخراج آهن با ذوب آن تسلط پیدا کرد، ارزش آهن بیشتر از طلا بود. این با این واقعیت توضیح داده شد که فولاد قوی تر و قابل اطمینان تر برای ساخت ابزار و سلاح بسیار مناسب تر از مس و برنز بود.

رومیان باستان یاد گرفتند که چگونه اولین چدن را تولید کنند: کوره های آنها می توانست دمای سنگ معدن را تا 1400 درجه سانتیگراد افزایش دهد، در حالی که 1100-1200 درجه سانتیگراد برای چدن کافی بود. متعاقباً آنها فولاد خالص را نیز بدست آوردند که نقطه ذوب آن بود. که همانطور که مشخص است 1535 درجه سانتیگراد است.

خواص شیمیایی آهن

آهن با چه چیزی تعامل دارد؟ آهن با اکسیژن تعامل دارد که با تشکیل اکسیدها همراه است. با آب در حضور اکسیژن؛ با اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک:

• 3Fe+2O2 = Fe3O4
• 4Fe+3O 2 +6H 2 O = 4Fe(OH) 3
• Fe+H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
• Fe+2HCl = FeCl2+H2

همچنین، آهن تنها در صورتی به قلیایی ها واکنش نشان می دهد که ذوبی از عوامل اکسید کننده قوی باشند. آهن در دمای معمولی با عوامل اکسید کننده واکنش نشان نمی دهد، اما همیشه با افزایش آن شروع به واکنش می کند.

استفاده از آهن در ساختمان سازی

امروزه استفاده از آهن در صنعت ساخت و ساز را نمی توان دست بالا گرفت، زیرا سازه های فلزی اساس مطلقاً هر ساختمان مدرن هستند. در این منطقه از آهن در فولادهای معمولی، چدن و ​​فرفورژه استفاده می شود. این عنصر در همه جا یافت می شود، از سازه های حیاتی گرفته تا پیچ و مهره ها و میخ ها.

ساخت سازه های ساختمانی از فولاد بسیار ارزان تر است و همچنین می توان در مورد نرخ ساخت و ساز بالاتر صحبت کرد. این امر به طور قابل توجهی استفاده از آهن را در ساخت و ساز افزایش می دهد، در حالی که خود صنعت استفاده از آلیاژهای جدید، کارآمدتر و قابل اعتمادتر مبتنی بر آهن را پذیرفته است.

استفاده از آهن در صنعت

استفاده از آهن و آلیاژهای آن - چدن و ​​فولاد - اساس ماشین آلات مدرن، هواپیما، ابزارسازی و ساخت سایر تجهیزات است. به لطف سیانیدها و اکسیدهای آهن، صنعت رنگ و لاک عمل می کند؛ سولفات آهن در تصفیه آب استفاده می شود. صنعت سنگین بدون استفاده از آلیاژهای مبتنی بر Fe+C کاملا غیرقابل تصور است. در یک کلام، آهن یک فلز غیرقابل جایگزین، اما در عین حال در دسترس و نسبتاً ارزان است که به عنوان بخشی از آلیاژهای آن، دامنه کاربرد تقریباً نامحدودی دارد.

استفاده از آهن در پزشکی

مشخص است که هر فرد بالغ تا 4 گرم آهن دارد. این عنصر برای عملکرد بدن، به ویژه برای سلامت سیستم گردش خون (هموگلوبین در گلبول های قرمز) بسیار مهم است. بسیاری از داروهای مبتنی بر آهن وجود دارند که می توانند سطح آهن را برای جلوگیری از ایجاد کم خونی فقر آهن افزایش دهند.

اهن- فلزی که استفاده از آن در صنعت و زندگی روزمره عملاً هیچ حد و مرزی ندارد. سهم آهن در تولید فلزات جهانی حدود 95 درصد است. استفاده از آن، مانند هر ماده دیگری، با خواص خاصی تعیین می شود.

آهن نقش بزرگی در توسعه تمدن بشری ایفا کرد. انسان بدوی چندین هزار سال قبل از میلاد شروع به استفاده از ابزار آهنی کرد. در آن زمان، تنها منبع این فلز، شهاب‌سنگ‌هایی بود که به زمین سقوط کردند و حاوی آهن نسبتاً خالص بودند. این امر باعث ایجاد افسانه هایی در میان بسیاری از مردمان در مورد منشاء بهشتی آهن شد.

در اواسط هزاره دوم ق.م. در مصر، استخراج آهن از سنگ آهن به طور کامل انجام شد. اعتقاد بر این است که این آغاز عصر آهن در تاریخ بشریت بود که جایگزین عصر حجر و برنز شد. با این حال، در حال حاضر 3-4 هزار سال پیش، ساکنان منطقه شمال دریای سیاه - Cimmerians - آهن را از سنگ معدن باتلاق ذوب کردند.

آهن تا به امروز اهمیت خود را از دست نداده است. این مهمترین فلز تکنولوژی مدرن است. به دلیل استحکام کم، آهن عملاً به صورت خالص استفاده نمی شود. با این حال، در زندگی روزمره، محصولات فولادی یا چدنی اغلب "آهن" نامیده می شوند. از این گذشته، مواد مهم ساختاری - فولادها و چدن ها - آلیاژهای آهن و کربن هستند. طیف گسترده ای از اقلام از آنها ساخته می شود.

پایه هشت ضلعی بنای یادبود شاهزاده ولادیمیر از آجر ساخته شده و با چدن اندود شده است.

نمونه اولیه ساختار غول پیکر اتمیوم در بروکسل مدلی از شبکه کریستال آهنی بود. پس از بازسازی، Atomium دوباره برای عموم باز است. پوشش اولیه هر توپ 240 متر مربعی از 720 صفحه آلومینیومی مثلثی ساخته شده بود. اکنون 48 صفحه فولادی ضد زنگ جایگزین آنها شده است.

علاوه بر این، آهن می تواند جزئی از آلیاژهای مبتنی بر فلزات دیگر مانند نیکل باشد. آلیاژهای مغناطیسی نیز حاوی آهن هستند.

موادی بر پایه آهن ایجاد می شوند که می توانند دماهای بالا و پایین، خلاء و فشارهای بالا را تحمل کنند. آنها با موفقیت در برابر محیط های تهاجمی، ولتاژ متناوب، تشعشعات رادیواکتیو و غیره مقاومت می کنند.

تولید آهن و آلیاژهای آن به طور مداوم در حال رشد است. این مواد جهانی، از نظر فناوری پیشرفته، در دسترس و ارزان در مقادیر زیاد هستند. پایه مواد خام آهن بسیار بزرگ است. ذخایر سنگ آهن که قبلا اکتشاف شده است حداقل برای دو قرن دوام خواهد داشت. بنابراین، آهن برای مدت طولانی "پایه" تمدن باقی خواهد ماند.

آهن از دیرباز به عنوان یک ماده هنری در مصر، بین النهرین و هند مورد استفاده قرار می گرفته است. از قرون وسطی، بسیاری از محصولات بسیار هنری ساخته شده از آلیاژهای آهن حفظ شده است. هنرمندان مدرن نیز به طور گسترده از آلیاژهای آهن استفاده می کنند. مطالب از سایت

در میان بسیاری از محصولات هنری، نمی توان "نخل مرتسالوف" - یک اثر هنری از استادان اوکراینی را از نظر دور داشت. این توسط الکسی مرتسالوف در کارخانه متالورژی یوزوفسکی در سال 1886 ساخته شد. او به عنوان شایسته جایزه بزرگ نمایشگاه صنعتی و هنری همه روسیه در نیژنی نووگورود شناخته شد. در سال 1900، "Palma Mertsalova" به عنوان بخشی از نمایشگاه کارخانه یوزوفسکی، بالاترین جایزه را در نمایشگاه جهانی پاریس دریافت کرد.

و در قرن 21. سخت است صنعتی را پیدا کنید که از آهن استفاده نکند. اهمیت آن با انتقال بسیاری از عملکردهای فلزی به مواد مصنوعی ایجاد شده توسط صنایع شیمیایی کاهش نیافته است.

اهداف درس:

• بسته به درجه اکسیداسیون و ماهیت عامل اکسید کننده، ایده ای از خواص فیزیکی و شیمیایی آهن ایجاد کنید.
• توسعه تفکر نظری دانش آموزان و توانایی آنها برای پیش بینی خواص یک ماده بر اساس دانش ساختار آن؛
• توسعه تفکر مفهومی از عملیات هایی مانند تجزیه و تحلیل، مقایسه، تعمیم، سیستم سازی.
• ویژگی های تفکر مانند عینیت، مختصر و وضوح، خودکنترلی و فعالیت را توسعه دهید.

اهداف درس:

• به روز رسانی دانش دانش آموزان در موضوع: "ساختار اتم"؛
• کار جمعی دانش آموزان را از تعیین تکلیف یادگیری تا نتیجه نهایی سازماندهی کنید (یک نمودار مرجع برای درس تهیه کنید).
• مطالب مربوط به موضوع: "فلزات" را خلاصه کنید و خواص آهن و کاربرد آن را در نظر بگیرید.
• سازماندهی کار تحقیقاتی مستقل به صورت جفت برای مطالعه خواص شیمیایی آهن؛
• سازماندهی کنترل متقابل دانش آموزان در درس.

نوع درس:یادگیری مطالب جدید

معرف ها و تجهیزات:

• آهن (پودر، بشقاب، گیره کاغذ)،
• گوگرد،
• اسید هیدروکلریک،
• سولفات مس (II).
• شبکه کریستال آهنی،
• پوسترهای بازی،
• آهن ربا،
• مجموعه ای از تصاویر در مورد موضوع،
• لوله های آزمایش،
• لامپ الکلی،
• مسابقات،
• قاشق برای سوزاندن مواد قابل اشتعال،
• نقشه های جغرافیایی

ساختار درس

1. بخش مقدماتی.
2. یادگیری مطالب جدید.
3. پیام تکلیف.
4. تلفیق مطالب مورد مطالعه.

در طول کلاس ها

1. بخش مقدماتی

زمان سازماندهی

بررسی در دسترس بودن دانش آموزان

پیام موضوع درس موضوع را روی تخته و در دفتر دانش آموزان یادداشت کنید.

2. یادگیری مطالب جدید

- فکر می کنید موضوع درس امروز ما چه خواهد بود؟

1. ظاهر آهنآغاز عصر آهن در تمدن بشری بود.

مردم باستان آهن را در زمانی که هنوز نمی دانستند چگونه از سنگ معدن استخراج کنند، از کجا می آوردند؟ آهن که از زبان سومری ترجمه شده است، فلزی است که "از آسمان فرو ریخته است، بهشتی". اولین آهنی که بشر با آن مواجه شد آهن شهاب سنگ ها بود. برای اولین بار در سال 1775 توسط دانشمند روسی P.S. ثابت شد که "سنگ های آهن از آسمان می افتند". کاخ، که بلوکی از شهاب سنگ آهنی بومی به وزن 600 کیلوگرم را به سن پترزبورگ آورد. بزرگترین شهاب سنگ آهنی شهاب سنگ "گوبا" است که در سال 1920 در جنوب غربی آفریقا یافت شد و وزن آن حدود 60 تن بود. بگذارید آرامگاه توتانخ آمون را به یاد بیاوریم: طلا، طلا. کار باشکوه لذت می برد، درخشندگی چشم ها را خیره می کند. اما این چیزی است که K. Kerram در کتاب "خدایان، مقبره ها، دانشمندان" در مورد حرز کوچک آهنی توت عنخ آمون می نویسد: "طلسم یکی از اولین محصولات مصر است و ... در مقبره ای که تقریباً به اندازه ظرفیت آن پر شده است. طلا، این یافته ساده بود که از نظر تاریخ فرهنگی بیشترین ارزش را داشت.» در مقبره فرعون فقط چند اقلام آهنی یافت شد که در میان آنها یک طلسم آهنی خدای هوروس، یک خنجر کوچک با تیغه آهنی و یک دسته طلایی و یک چهارپایه آهنی کوچک "اورس" یافت شد.

دانشمندان معتقدند که کشورهای آسیای صغیر که قبایل هیتی در آن زندگی می کردند، محل پیدایش صنعت آهن و فولاد بوده است. آهن در هزاره اول قبل از میلاد از آسیای صغیر به اروپا آمد. اینگونه بود که عصر آهن در اروپا آغاز شد.

فولاد دمشق معروف (یا فولاد داماسک) در شرق در زمان ارسطو (قرن چهارم قبل از میلاد) ساخته شد. اما فناوری ساخت آن برای قرن ها مخفی نگه داشته شد.

خواب غم دیگری را دیدم
درباره فولاد خاکستری دمشق.
من دیدم که فولاد چگونه تلطیف شد
مثل یکی از غلامان جوان
آنها او را انتخاب کردند، به او غذا دادند،
تا گوشت او قوت یابد.
منتظر موعد مقرر شد
و سپس تیغه داغ
آنها در گوشت عضلانی فرو رفتند،
تیغه تمام شده خارج شد.
قوی تر از فولاد، شرق ندیده است،
قوی تر از فولاد و تلخ تر از غم.

از آنجایی که فولاد داماسک فولادی با سختی و خاصیت ارتجاعی بسیار بالا است، محصولات ساخته شده از آن این قابلیت را دارند که هنگام تراشیدن کدر نشوند. متالورژیست روسی P.P. راز فولاد داماس را فاش کرد. آنوسوف. او به آرامی فولاد داغ را در محلول ویژه ای از روغن فنی که تا دمای معینی گرم شده بود خنک کرد. در طی فرآیند خنک سازی، فولاد آهنگری شد.

(نمایش نقاشی.)

آهن یک فلز خاکستری نقره ای است	آهن یک فلز خاکستری نقره ای است
این میخ ها از آهن ساخته شده اند	از فولاد در صنعت خودرو استفاده می شود
از فولاد برای ساخت ابزار پزشکی استفاده می شود	از فولاد برای ساخت لوکوموتیو استفاده می شود
	تمام فلزات در معرض خوردگی هستند
تمام فلزات در معرض خوردگی هستند

2. موقعیت آهن در PSHEM.

ما موقعیت آهن را در PSCEM، بار هسته و توزیع الکترون ها در اتم را می یابیم.

3. خواص فیزیکی آهن.

- چه خواص فیزیکی آهن را می دانید؟

آهن یک فلز سفید نقره ای با نقطه ذوب 1539 درجه سانتیگراد است. بسیار انعطاف پذیر است، بنابراین به راحتی پردازش، آهنگری، نورد، مهر و موم می شود. آهن قابلیت مغناطیسی شدن و مغناطیس زدایی را دارد به همین دلیل از آن به عنوان هسته آهنربا در ماشین ها و دستگاه های الکتریکی مختلف استفاده می شود. می توان با روش های حرارتی و مکانیکی استحکام و سختی بیشتری به آن داد، مثلاً با سخت شدن و نورد.

آهن خالص شیمیایی و خالص تجاری وجود دارد. آهن از نظر فنی خالص اساساً فولاد کم کربن است؛ حاوی 0.02-0.04 درصد کربن و حتی اکسیژن، گوگرد، نیتروژن و فسفر کمتر است. آهن خالص شیمیایی حاوی کمتر از 0.01 درصد ناخالصی است. آهن شیمیایی خالص -نقره ای خاکستری، فلز براق، از نظر ظاهری بسیار شبیه به پلاتین است. آهن خالص از نظر شیمیایی در برابر خوردگی مقاوم است (به یاد داشته باشید خوردگی چیست؟ نشان دادن میخ خورنده) و به خوبی در برابر اسیدها مقاومت می کند. با این حال، مقادیر ناچیز ناخالصی آن را از این خواص گرانبها محروم می کند.

4. خواص شیمیایی آهن.

با توجه به شناختی که از خواص شیمیایی فلزات دارید، فکر می کنید آهن چه خواص شیمیایی خواهد داشت؟

نمایش آزمایشات

• برهمکنش آهن با گوگرد.

کار عملی.

• برهمکنش آهن با اسید هیدروکلریک
• برهمکنش آهن با سولفات مس (II).

5. استفاده از آهن.

گفتگو در مورد سوالات:

- به نظر شما توزیع آهن در طبیعت چگونه است؟

آهن یکی از رایج ترین عناصر در طبیعت است. در پوسته زمین، کسر جرمی آن 5.1٪ است، بر اساس این شاخص، پس از اکسیژن، سیلیکون و آلومینیوم در رتبه دوم قرار دارد. همانطور که با تجزیه و تحلیل طیفی مشخص می شود، مقدار زیادی آهن نیز در اجرام آسمانی یافت می شود. در نمونه‌هایی از خاک ماه که توسط ایستگاه خودکار لونا تحویل داده شد، آهن در حالت اکسید نشده یافت شد.

سنگ آهن در زمین بسیار گسترده است. نام کوه های اورال برای خود صحبت می کند: Vysokaya، Magnitnaya، Zheleznaya. شیمیدان های کشاورزی ترکیبات آهن را در خاک پیدا می کنند.

- آهن در طبیعت به چه صورت وجود دارد؟

آهن جزء اکثر سنگها است. برای به دست آوردن آهن، از سنگ آهن با محتوای آهن 30-70٪ یا بیشتر استفاده می شود. سنگ معدن اصلی آهن عبارتند از: مگنتیت - Fe 3 O 4 حاوی 72٪ آهن است، رسوبات در اورال جنوبی، ناهنجاری مغناطیسی کورسک یافت می شود. هماتیت - Fe 2 O 3 حاوی حداکثر 65٪ آهن است، چنین رسوباتی در منطقه Krivoy Rog یافت می شود. لیمونیت - Fe 2 O 3 * nH 2 O حاوی 60٪ آهن است، رسوبات در کریمه یافت می شود. پیریت - FeS 2 حاوی تقریباً 47٪ آهن است، رسوبات در اورال یافت می شود. (کار با نقشه های کانتور).

- نقش آهن در زندگی انسان و گیاه چیست؟

بیوشیمی دانان به نقش مهم آهن در زندگی گیاهان، حیوانات و انسان پی برده اند. آهن که بخشی از یک ترکیب آلی بسیار پیچیده به نام هموگلوبین است، رنگ قرمز این ماده را تعیین می کند که به نوبه خود رنگ خون انسان و حیوان را تعیین می کند. بدن یک فرد بالغ حاوی 3 گرم آهن خالص است که 75 درصد آن بخشی از هموگلوبین است. نقش اصلی هموگلوبین انتقال اکسیژن از ریه ها به بافت ها و در جهت مخالف - CO 2 است.

گیاهان نیز به آهن نیاز دارند. بخشی از سیتوپلاسم است و در فرآیند فتوسنتز شرکت می کند. گیاهانی که روی بستری بدون آهن رشد می کنند، برگ های سفید دارند. مقدار کمی آهن به زیرلایه اضافه شده و سبز می شوند. علاوه بر این، ارزش دارد که یک ورقه سفید را با محلول نمک حاوی آهن آغشته کنید و به زودی ناحیه لکه دار سبز می شود.

بنابراین، به همین دلیل - وجود آهن در آب میوه ها و بافت ها - برگ های گیاهان به خوبی سبز می شوند و گونه های فرد به شدت سرخ می شود.

تقریباً 90 درصد از فلزات مورد استفاده بشر از آلیاژهای مبتنی بر آهن تشکیل شده است. مقدار زیادی آهن در جهان ذوب می شود، حدود 50 برابر بیشتر از آلومینیوم، غیر از فلزات دیگر. آلیاژهای مبتنی بر آهن جهانی، از نظر فناوری پیشرفته، در دسترس و ارزان هستند. آهن هنوز برای مدت طولانی پایه و اساس تمدن خواهد بود.

3. مطالب خانه را ارسال کنید

14، سابق شماره 6، 8، 9 (بر اساس کتاب کار برای کتاب درسی توسط O.S. Gabrielyan "شیمی 9"، 2003).

4. تلفیق مطالب مورد مطالعه

1. با استفاده از نمودار مرجع نوشته شده بر روی تخته، نتیجه گیری کنید: آهن چیست و چه خواصی دارد؟
2. دیکته گرافیکی (از قبل برگه های کاغذی را با یک خط مستقیم ترسیم شده آماده کنید که به 8 قسمت تقسیم شده و با توجه به سؤالات دیکته شماره گذاری شده است. تعداد موقعیتی که درست در نظر گرفته می شود را با کلبه "^" روی قسمت علامت بزنید).

انتخاب 1.

1. آهن یک فلز قلیایی واکنش پذیر است.
2. آهن به راحتی جعل می شود.
3. آهن بخشی از آلیاژ برنز است.
4. سطح انرژی بیرونی اتم آهن دارای 2 الکترون است.
5. آهن با اسیدهای رقیق واکنش می دهد.
6. با هالوژن هالیدهایی با حالت اکسیداسیون +2 تشکیل می دهد.
7. آهن با اکسیژن تعامل ندارد.
8. آهن را می توان با الکترولیز نمک آهن مذاب به دست آورد.

1	2	3	4	5	6	7	8

گزینه 2.

1. آهن یک فلز نقره ای مایل به سفید است.
2. آهن قابلیت مغناطیسی شدن را ندارد.
3. اتم های آهن خاصیت اکسید کنندگی از خود نشان می دهند.
4. در سطح انرژی بیرونی اتم آهن 1 الکترون وجود دارد.
5. آهن مس را از محلول نمک هایش جابجا می کند.
6. با هالوژن ها ترکیباتی با حالت اکسیداسیون +3 تشکیل می دهد.
7. با محلول اسید سولفوریک سولفات آهن (III) را تشکیل می دهد.
8. آهن خوردگی نمی کند.

1	2	3	4	5	6	7	8

پس از اتمام کار، دانش آموزان آثار خود را مبادله می کنند و آنها را بررسی می کنند (پاسخ آثار بر روی تخته قرار می گیرد یا از طریق پروژکتور نشان داده می شود).

معیارهای علامت گذاری:

• "5" - 0 خطا،
• "4" - 1-2 خطا،
• "3" - 3-4 خطا،
• "2" - 5 یا بیشتر خطا.

کتاب های استفاده شده

1. گابریلیان او.اس. شیمی پایه نهم. - M.: Bustard، 2001.
2. گابریلیان او.اس. کتاب برای معلمان - M.: Bustard، 2002.
3. گابریلیان او.اس. شیمی پایه نهم. کتاب کار. - M.: Bustard، 2003.
4. صنعت آموزش و پرورش. خلاصه مقالات شماره 3. - M.: MGIU، 2002.
5. Malyshkina V. شیمی سرگرم کننده. – سن پترزبورگ، «تریگون»، 2001.
6. نرم افزار و مواد روش شناختی. شیمی پایه های 8-11. - M.: Bustard، 2001.
7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. کتاب شیمی برای مطالعه خانگی. - م.: شیمی، 1995.
8. من دارم میرم کلاس شیمی کتاب برای معلمان - م.: "اول سپتامبر"، 2000.

برنامه های کاربردی

آیا می دانید که؟

اهن - یکی از مهمترین عناصر زندگی. خون حاوی آهن است و این است که رنگ خون و همچنین خاصیت اصلی آن - توانایی اتصال و آزاد کردن اکسیژن را تعیین می کند. این توانایی توسط یک ترکیب پیچیده - هم - بخشی جدایی ناپذیر از مولکول هموگلوبین است. علاوه بر هموگلوبین، بدن ما همچنین حاوی آهن در میوگلوبین است، پروتئینی که اکسیژن را در ماهیچه ها ذخیره می کند. آنزیم های حاوی آهن نیز وجود دارد.

در نزدیکی دهلی در هند ستونی آهنی وجود دارد که کوچکترین لکه زنگی ندارد، اگرچه قدمت آن تقریباً 2800 سال است. این ستون معروف کوتوب با ارتفاع حدود هفت متر و وزن 6.5 تن است که کتیبه روی ستون نشان می دهد که در قرن نهم ساخته شده است. قبل از میلاد مسیح ه. زنگ زدگی آهن - تشکیل متا هیدروکسید آهن - با برهمکنش آن با رطوبت و اکسیژن موجود در هوا همراه است.

با این حال، این واکنش در غیاب ناخالصی های مختلف در آهن، در درجه اول کربن، سیلیکون و گوگرد رخ نمی دهد. ستون از فلز بسیار خالص ساخته شده بود: آهن موجود در ستون معلوم شد که 99.72٪ است. این امر دوام و مقاومت در برابر خوردگی آن را توضیح می دهد.

در سال 1934، مقاله "بهبود آهن و فولاد از طریق ... زنگ زدگی در زمین" در مجله معدن منتشر شد. روش تبدیل آهن به فولاد از طریق زنگ زدن در زمین از زمان های قدیم برای مردم شناخته شده است. برای مثال، چرکس‌ها در قفقاز آهن نواری را در زمین دفن می‌کردند و 10-15 سال بعد آن را حفر می‌کردند، شمشیرهای خود را از آن جعل می‌کردند که حتی می‌توانست لوله تفنگ، سپر یا استخوان‌های دشمن را برش دهد.

هماتیت

هماتیت یا سنگ آهن قرمز - سنگ معدن اصلی فلز اصلی زمان ما - آهن. میزان آهن موجود در آن به 70 درصد می رسد. هماتیت برای مدت طولانی شناخته شده است. در بابل و مصر باستان از آن در جواهرات، برای ساختن مهر و موم استفاده می شد و همراه با کلسدونی، به عنوان یک ماده مورد علاقه به عنوان سنگ تراشیده شده استفاده می شد. اسکندر مقدونی حلقه ای داشت که با هماتیت منبت کاری شده بود، که به اعتقاد او او را در جنگ آسیب ناپذیر می کرد. در دوران باستان و قرون وسطی، هماتیت به عنوان دارویی که خون را متوقف می کند، شناخته می شد. پودر حاصل از این ماده معدنی از زمان های قدیم برای اقلام طلا و نقره استفاده می شده است.

نام این ماده معدنی از یونانی گرفته شده است جزئیات– خون که با رنگ گیلاسی یا قرمز مومی پودر این ماده معدنی همراه است.

یکی از ویژگی های مهم این ماده معدنی توانایی ذخیره مداوم رنگ و انتقال آن به سایر مواد معدنی است که حداقل دارای مخلوط کمی از هماتیت هستند. رنگ صورتی ستون های گرانیتی کلیسای جامع سنت اسحاق به رنگ فلدسپات است که به نوبه خود توسط هماتیت ریز پراکنده رنگ می شود. الگوهای زیبای جاسپر که در تکمیل ایستگاه‌های متروی پایتخت استفاده می‌شود، کارنالیان نارنجی و صورتی کریمه، لایه‌های مرجانی قرمز سیلویت و کارنالیت در لایه‌های نمک - همه رنگ خود را مدیون هماتیت هستند.

رنگ قرمز از دیرباز از هماتیت ساخته شده است. تمام نقاشی های دیواری معروفی که 15 تا 20 هزار سال پیش ساخته شده اند - گاومیش کوهان دار شگفت انگیز غار آلتامیرا و ماموت های غار معروف کیپ - با اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن قهوه ای ساخته شده اند.

مگنتیت

مگنتیت یا سنگ آهن مغناطیسی - یک ماده معدنی حاوی 72 درصد آهن. این غنی ترین سنگ آهن است. نکته قابل توجه در مورد این کانی، خاصیت مغناطیسی طبیعی آن است - خاصیتی که به واسطه آن کشف شد.

همانطور که توسط دانشمند رومی پلینی گزارش شده است، مگنتیت به نام مگنس چوپان یونانی نامگذاری شده است. مگنس از گله خود در نزدیکی تپه بالای رودخانه نگهداری می کرد. هندو در تسالی ناگهان عصایی با نوک آهنی و صندل های میخ پوشیده شده توسط کوهی که از سنگ خاکستری یکپارچه ساخته شده بود به سمت خود کشیده شد. مگنتیت معدنی به نوبه خود نام خود را به آهنربا، میدان مغناطیسی و کل پدیده اسرارآمیز مغناطیس داد که از زمان ارسطو تا به امروز از نزدیک مورد مطالعه قرار گرفته است.

خواص مغناطیسی این ماده معدنی امروزه نیز عمدتاً برای جستجوی ذخایر مورد استفاده قرار می گیرد. اینگونه بود که ذخایر آهن منحصر به فرد در ناحیه ناهنجاری مغناطیسی کورسک (KMA) کشف شد. این ماده معدنی سنگین است: نمونه ای از مگنتیت به اندازه یک سیب 1.5 کیلوگرم وزن دارد.

در دوران باستان، مگنتیت دارای انواع خواص درمانی و توانایی معجزه بود. از آن برای استخراج فلز از زخم ها استفاده می شد و ایوان مخوف کریستال های بی نظیر آن را همراه با سنگ های دیگر در میان گنجینه های خود نگهداری می کرد.

پیریت یک کانی آتش مانند است

پیریت - یکی از آن مواد معدنی که وقتی آن را می بینید، می خواهید فریاد بزنید: "آیا واقعاً این اتفاق افتاده است؟" سخت است باور کنیم که بالاترین کلاس برش و پرداخت که در محصولات دست ساز، در کریستال های پیریت، ما را شگفت زده می کند، هدیه سخاوتمندانه طبیعت است.

پیریت نام خود را از کلمه یونانی "pyros" گرفته است - آتش، که با خاصیت جرقه در هنگام برخورد با اشیاء فولادی مرتبط است. این ماده معدنی زیبا با رنگ طلایی و درخشش درخشان بر لبه های تقریباً همیشه شفاف خود شگفت زده می شود. پیریت به دلیل خواصی که دارد از زمان های قدیم شناخته شده بوده است و در طی همه گیری های عجله طلا، پیریت در رگ کوارتز بیش از یک سر داغ می درخشد. حتی در حال حاضر، عاشقان سنگ مبتدی اغلب پیریت را با طلا اشتباه می گیرند.

پیریت یک کانی در همه جا است: از ماگما، از بخارات و محلول‌ها و حتی از رسوبات، هر بار به شکل‌ها و ترکیب‌های خاصی تشکیل می‌شود. یک مورد شناخته شده وجود دارد که در طی چندین دهه، جسد یک معدنچی که در معدن سقوط کرده بود به پیریت تبدیل شد. آهن زیادی در پیریت وجود دارد - 46.5٪، اما استخراج آن پرهزینه و بی سود است.

آهن یک عنصر شیمیایی شناخته شده است. متعلق به فلزات با فعالیت شیمیایی متوسط ​​است. در این مقاله به بررسی خواص و کاربرد آهن خواهیم پرداخت.

شیوع در طبیعت

تعداد بسیار زیادی از مواد معدنی حاوی فروم وجود دارد. اول از همه، مگنتیت است. هفتاد و دو درصد آن آهن است. فرمول شیمیایی آن Fe 3 O 4 است. به این ماده معدنی سنگ آهن مغناطیسی نیز می گویند. دارای رنگ خاکستری روشن، گاهی با خاکستری تیره، حتی سیاه، با براق فلزی است. بزرگترین ذخایر آن در بین کشورهای CIS در اورال واقع شده است.

ماده معدنی بعدی با محتوای آهن بالا هماتیت است - هفتاد درصد از این عنصر را تشکیل می دهد. فرمول شیمیایی آن Fe 2 O 3 است. به آن سنگ آهن قرمز نیز می گویند. رنگ آن از قرمز قهوه ای تا قرمز خاکستری متغیر است. بزرگترین سپرده در کشورهای مستقل مشترک المنافع در Krivoy Rog واقع شده است.

سومین ماده معدنی حاوی فروم لیمونیت است. در اینجا آهن شصت درصد کل جرم است. این یک هیدرات کریستالی است، یعنی مولکول های آب در شبکه کریستالی آن بافته می شود، فرمول شیمیایی آن Fe 2 O 3 .H 2 O است. همانطور که از نام آن پیداست، این ماده معدنی دارای رنگ زرد مایل به قهوه ای، گاهی اوقات قهوه ای است. یکی از اجزای اصلی اخرای طبیعی است و به عنوان رنگدانه استفاده می شود. به آن سنگ آهن قهوه ای نیز می گویند. بزرگترین مکان ها کریمه و اورال هستند.

سیدریت، به اصطلاح سنگ آهن اسپار، حاوی چهل و هشت درصد فروم است. فرمول شیمیایی آن FeCO 3 است. ساختار آن ناهمگن است و متشکل از کریستال هایی با رنگ های مختلف است که به یکدیگر متصل شده اند: خاکستری، سبز کم رنگ، خاکستری-زرد، قهوه ای-زرد و غیره.

آخرین ماده معدنی رایج با محتوای آهن بالا در طبیعت پیریت است. دارای فرمول شیمیایی زیر است: FeS 2. چهل و شش درصد از کل جرم را شامل می شود. به لطف اتم های گوگرد، این ماده معدنی دارای رنگ زرد طلایی است.

بسیاری از مواد معدنی مورد بحث برای به دست آوردن آهن خالص استفاده می شود. علاوه بر این، هماتیت در ساخت جواهرات از سنگ های طبیعی استفاده می شود. آخال های پیریت ممکن است در جواهرات لاجورد وجود داشته باشد. علاوه بر این، آهن در طبیعت در موجودات زنده یافت می شود - یکی از مهم ترین اجزای سلول ها است. این ریز عنصر باید به مقدار کافی در اختیار بدن انسان قرار گیرد. خواص درمانی آهن تا حد زیادی به این دلیل است که این عنصر شیمیایی اساس هموگلوبین است. بنابراین، استفاده از فروم تأثیر خوبی بر وضعیت خون و در نتیجه کل بدن به طور کلی دارد.

آهن: خواص فیزیکی و شیمیایی

بیایید به ترتیب به این دو بخش بزرگ نگاه کنیم. آهن ظاهر، چگالی، نقطه ذوب و غیره آن است. یعنی تمام ویژگی های متمایز یک ماده که با فیزیک مرتبط است. خواص شیمیایی آهن توانایی آن در واکنش با سایر ترکیبات است. بیایید با اولین ها شروع کنیم.

خواص فیزیکی آهن

در حالت خالص در شرایط عادی جامد است. رنگ خاکستری نقره ای و درخشندگی متالیک مشخصی دارد. خواص مکانیکی آهن شامل درجه سختی چهار (متوسط) است. آهن رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی دارد. آخرین ویژگی را می توان با لمس یک جسم آهنی در اتاق سرد احساس کرد. از آنجایی که این ماده گرما را به سرعت هدایت می کند، در مدت زمان کوتاهی بیشتر آن را از پوست شما پاک می کند و به همین دلیل احساس سرما می کنید.

اگر مثلاً چوب را لمس کنید، متوجه خواهید شد که رسانایی حرارتی آن بسیار کمتر است. خواص فیزیکی آهن شامل نقطه ذوب و جوش آن است. اولی 1539 درجه سانتیگراد، دومی 2860 درجه سانتیگراد است. می‌توان نتیجه گرفت که ویژگی‌های مشخصه آهن شکل‌پذیری و گداختگی خوب است. اما این همه ماجرا نیست.

همچنین از خواص فیزیکی آهن می توان به فرومغناطیس بودن آن اشاره کرد. آن چیست؟ آهن که خواص مغناطیسی آن را می توانیم هر روز در نمونه های عملی مشاهده کنیم، تنها فلزی است که چنین ویژگی متمایز منحصر به فردی دارد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که این ماده می تواند تحت تأثیر میدان مغناطیسی مغناطیسی شود. و پس از پایان عمل دومی، آهن، که خواص مغناطیسی آن به تازگی شکل گرفته است، برای مدت طولانی آهنربا باقی می ماند. این پدیده را می توان با این واقعیت توضیح داد که در ساختار این فلز الکترون های آزاد زیادی وجود دارد که قادر به حرکت هستند.

از دیدگاه شیمیایی

این عنصر متعلق به فلزات با فعالیت متوسط ​​است. اما خواص شیمیایی آهن برای تمام فلزات دیگر معمول است (به جز آنهایی که در سمت راست هیدروژن در سری الکتروشیمیایی قرار دارند). قادر به واکنش با بسیاری از کلاس های مواد است.

بیایید با موارد ساده شروع کنیم

فروم با اکسیژن، نیتروژن، هالوژن ها (ید، برم، کلر، فلوئور)، فسفر و کربن تعامل دارد. اولین چیزی که باید در نظر گرفت واکنش با اکسیژن است. هنگامی که فروم می سوزد، اکسیدهای آن تشکیل می شود. بسته به شرایط واکنش و نسبت‌های بین دو شرکت‌کننده، می‌توان آنها را تغییر داد. به عنوان نمونه ای از این نوع تعامل، معادلات واکنش زیر را می توان ارائه داد: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. و خواص اکسید آهن (هم فیزیکی و هم شیمیایی) بسته به نوع آن می تواند متفاوت باشد. این نوع واکنش ها در دمای بالا رخ می دهد.

مورد بعدی تعامل با نیتروژن است. همچنین فقط در شرایط گرمایش می تواند رخ دهد. اگر شش مول آهن و یک مول نیتروژن بگیریم دو مول نیترید آهن به دست می آید. معادله واکنش به این صورت خواهد بود: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

هنگام تعامل با فسفر، فسفید تشکیل می شود. برای انجام واکنش، اجزای زیر مورد نیاز است: برای سه مول فروم - یک مول فسفر، در نتیجه، یک مول فسفید تشکیل می شود. معادله را می توان به صورت زیر نوشت: 3Fe + P = Fe 3 P.

علاوه بر این، در میان واکنش های با مواد ساده، برهمکنش با گوگرد نیز قابل تشخیص است. در این صورت می توان سولفید را بدست آورد. اصلی که فرآیند تشکیل این ماده اتفاق می افتد مشابه مواردی است که در بالا توضیح داده شد. یعنی یک واکنش اضافه رخ می دهد. همه فعل و انفعالات شیمیایی از این نوع نیاز به شرایط ویژه ای دارند، عمدتاً دماهای بالا و کمتر کاتالیزورها.

واکنش بین آهن و هالوژن نیز در صنایع شیمیایی رایج است. اینها عبارتند از کلر زنی، برم، ید زایی، فلوریداسیون. همانطور که از نام خود واکنش ها مشخص است، این فرآیند افزودن اتم های کلر / برم / ید / فلوئور به اتم های فرو برای تشکیل کلرید / برمید / یدید / فلوراید است. این مواد در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارند. علاوه بر این، فروم قادر است در دماهای بالا با سیلیکون ترکیب شود. به دلیل خواص شیمیایی متنوع آهن، اغلب در صنایع شیمیایی استفاده می شود.

فروم و مواد پیچیده

از مواد ساده به موادی می رویم که مولکول های آنها از دو یا چند عنصر شیمیایی مختلف تشکیل شده است. اولین چیزی که باید به آن اشاره کرد واکنش فروم با آب است. اینجاست که خواص اساسی آهن ظاهر می شود. هنگامی که آب گرم می شود، همراه با آهن تشکیل می شود (به این دلیل نامیده می شود که وقتی با همان آب برهمکنش می کند یک هیدروکسید، به عبارت دیگر، یک پایه تشکیل می دهد). بنابراین، اگر یک مول از هر دو جزء را مصرف کنید، موادی مانند دی اکسید فرو و هیدروژن به شکل گازی با بوی تند - همچنین به نسبت یک به یک مولی - تشکیل می شوند. معادله این نوع واکنش را می توان به صورت زیر نوشت: Fe + H 2 O = FeO + H 2. بسته به نسبت هایی که این دو جزء با هم مخلوط می شوند، می توان دی یا تری اکسید آهن به دست آورد. هر دوی این مواد در صنایع شیمیایی بسیار رایج هستند و در بسیاری از صنایع دیگر نیز استفاده می شوند.

با اسید و نمک

از آنجایی که فروم در سمت چپ هیدروژن در سری فعالیت الکتروشیمیایی فلزات قرار دارد، قادر است این عنصر را از ترکیبات جابجا کند. نمونه ای از این واکنش جابجایی است که می توان با افزودن آهن به اسید مشاهده کرد. به عنوان مثال، اگر آهن و اسید سولفات (همچنین به عنوان اسید سولفوریک شناخته می شود) با غلظت متوسط ​​به نسبت مولی مساوی مخلوط کنید، نتیجه سولفات آهن (II) و هیدروژن به نسبت مولی یکسان است. معادله چنین واکنشی به این صورت خواهد بود: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

هنگام تعامل با نمک ها، خواص کاهنده آهن ظاهر می شود. یعنی می توان از آن برای جداسازی یک فلز کمتر فعال از نمک استفاده کرد. به عنوان مثال، اگر یک مول و همان مقدار فروم را مصرف کنید، می توانید سولفات آهن (II) و مس خالص را به همان نسبت مولی بدست آورید.

اهمیت برای بدن

یکی از رایج ترین عناصر شیمیایی در پوسته زمین آهن است. ما قبلاً به آن نگاه کرده ایم، اکنون بیایید از دیدگاه بیولوژیکی به آن نزدیک شویم. فروم عملکردهای بسیار مهمی را هم در سطح سلولی و هم در سطح کل ارگانیسم انجام می دهد. اول از همه، آهن اساس پروتئینی مانند هموگلوبین است. برای انتقال اکسیژن از طریق خون از ریه ها به تمام بافت ها، اندام ها، به تمام سلول های بدن، در درجه اول به نورون های مغز، ضروری است. بنابراین، نمی توان خواص مفید آهن را دست بالا گرفت.

فروم علاوه بر تأثیر بر تشکیل خون، برای عملکرد کامل غده تیروئید نیز مهم است (آنطور که برخی معتقدند این نه تنها به ید نیاز دارد). آهن همچنین در متابولیسم داخل سلولی شرکت می کند و ایمنی را تنظیم می کند. فروم همچنین در مقادیر زیاد در سلول های کبد یافت می شود، زیرا به خنثی کردن مواد مضر کمک می کند. همچنین یکی از اجزای اصلی بسیاری از انواع آنزیم ها در بدن ما است. رژیم غذایی روزانه یک فرد باید شامل ده تا بیست میلی گرم از این عنصر میکرو باشد.

غذاهای غنی از آهن

تعداد زیادی از آنها وجود دارد. آنها منشا گیاهی و حیوانی دارند. اولین آنها غلات، حبوبات، غلات (به ویژه گندم سیاه)، سیب، قارچ (سفید)، میوه های خشک، گل رز، گلابی، هلو، آووکادو، کدو تنبل، بادام، خرما، گوجه فرنگی، کلم بروکلی، کلم، زغال اخته، شاه توت، کرفس، و غیره دومی جگر و گوشت است. مصرف غذاهای سرشار از آهن در دوران بارداری بسیار مهم است، زیرا بدن جنین در حال رشد به مقادیر زیادی از این عنصر برای رشد و نمو کامل نیاز دارد.

علائم کمبود آهن در بدن

علائم ورود کم فروم به بدن عبارتند از: خستگی، یخ زدن مداوم دست ها و پاها، افسردگی، شکنندگی مو و ناخن، کاهش فعالیت فکری، اختلالات گوارشی، عملکرد پایین و اختلال عملکرد تیروئید. اگر متوجه چندین مورد از این علائم شدید، ممکن است ارزش آن را داشته باشد که مقدار غذاهای حاوی آهن را در رژیم غذایی خود افزایش دهید یا ویتامین ها یا مکمل های غذایی حاوی فروم بخرید. همچنین اگر هر یک از این علائم را خیلی حاد احساس کردید، باید با پزشک مشورت کنید.

استفاده از فروم در صنعت

کاربردها و خواص آهن ارتباط نزدیکی با هم دارند. به دلیل ماهیت فرومغناطیسی از آن برای ساخت آهن ربا استفاده می شود - هم آهنرباهای ضعیف تر برای مصارف خانگی (مگنت های یخچال سوغاتی و غیره) و هم قوی تر برای مصارف صنعتی. با توجه به اینکه فلز مورد بحث از استحکام و سختی بالایی برخوردار است، از قدیم الایام برای ساخت اسلحه، زره و سایر ابزارهای نظامی و خانگی استفاده می شده است. به هر حال، حتی در مصر باستان، آهن شهاب سنگی شناخته شده بود که خواص آن نسبت به فلز معمولی برتر بود. این آهن مخصوص در روم باستان نیز مورد استفاده قرار می گرفت. سلاح های نخبه از آن ساخته شد. یک سپر یا شمشیر ساخته شده از فلز شهاب سنگ فقط می تواند متعلق به یک شخص بسیار ثروتمند و نجیب باشد.

به طور کلی، فلزی که در این مقاله مد نظر ماست، پرکاربردترین فلزی است که در بین تمام مواد این گروه وجود دارد. ابتدا فولاد و چدن از آن ساخته می شود که برای تولید انواع محصولات مورد نیاز چه در صنعت و چه در زندگی روزمره استفاده می شود.

چدن آلیاژی از آهن و کربن است که در آن دومی از 1.7 تا 4.5 درصد وجود دارد. اگر دومی کمتر از 1.7 درصد باشد، این نوع آلیاژ فولاد نامیده می شود. اگر حدود 0.02 درصد کربن در ترکیب وجود داشته باشد، آنگاه این آهن فنی معمولی است. وجود کربن در آلیاژ برای استحکام بیشتر، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر زنگ زدگی لازم است.

علاوه بر این، فولاد ممکن است حاوی بسیاری از عناصر شیمیایی دیگر به عنوان ناخالصی باشد. این شامل منگنز، فسفر و سیلیکون است. همچنین کروم، نیکل، مولیبدن، تنگستن و بسیاری از عناصر شیمیایی دیگر را می توان به این نوع آلیاژ اضافه کرد تا کیفیت خاصی به آن بدهد. از انواع فولادهای حاوی مقدار زیادی سیلیکون (حدود چهار درصد) به عنوان فولادهای ترانسفورماتور استفاده می شود. آنهایی که حاوی مقدار زیادی منگنز هستند (تا دوازده تا چهارده درصد) در ساخت قطعات راه آهن، آسیاب، سنگ شکن و ابزارهای دیگر استفاده می شود که قسمت هایی از آنها در معرض ساییدگی سریع قرار می گیرند.

مولیبدن به آلیاژ اضافه می شود تا آن را در برابر حرارت مقاوم کند؛ چنین فولادهایی به عنوان فولاد ابزار استفاده می شوند. علاوه بر این، برای به دست آوردن فولادهای ضد زنگ، که بسیار شناخته شده هستند و اغلب در زندگی روزمره به شکل چاقو و سایر ابزارهای خانگی مورد استفاده قرار می گیرند، باید کروم، نیکل و تیتانیوم را به آلیاژ اضافه کرد. و برای به دست آوردن فولاد مقاوم در برابر ضربه، استحکام بالا و انعطاف پذیر، کافی است وانادیوم را به آن اضافه کنید. با افزودن نیوبیم به ترکیب، می توان مقاومت بالایی در برابر خوردگی و مواد شیمیایی تهاجمی بدست آورد.

مگنتیت معدنی که در ابتدای مقاله به آن اشاره شد، برای ساخت هارد دیسک، کارت حافظه و سایر دستگاه ها از این نوع مورد نیاز است. به دلیل خواص مغناطیسی، آهن را می توان در ترانسفورماتورها، موتورها، محصولات الکترونیکی و غیره یافت. علاوه بر این، آهن را می توان به آلیاژهای دیگر فلزات اضافه کرد تا به آنها استحکام و پایداری مکانیکی بیشتری بدهد. از سولفات این عنصر در باغبانی برای مبارزه با آفات (همراه با سولفات مس) استفاده می شود.

آنها برای تصفیه آب ضروری هستند. علاوه بر این، پودر مگنتیت در چاپگرهای سیاه و سفید استفاده می شود. کاربرد اصلی پیریت بدست آوردن اسید سولفوریک از آن است. این فرآیند در شرایط آزمایشگاهی در سه مرحله انجام می شود. در مرحله اول فروم پیریت برای تولید اکسید آهن و دی اکسید گوگرد سوزانده می شود. در مرحله دوم، تبدیل دی اکسید گوگرد به تری اکسید آن با مشارکت اکسیژن اتفاق می افتد. و در مرحله نهایی، ماده به دست آمده در حضور کاتالیزورها عبور داده می شود و در نتیجه اسید سولفوریک تولید می شود.

گرفتن آهن

این فلز عمدتاً از دو کانی اصلی خود استخراج می شود: مگنتیت و هماتیت. این کار با کاهش آهن از ترکیبات آن با کربن به شکل کک انجام می شود. این کار در کوره های بلند انجام می شود که دمای آن به دو هزار درجه سانتیگراد می رسد. علاوه بر این، روشی برای کاهش فروم با هیدروژن وجود دارد. برای این کار نیازی به کوره بلند نیست. برای اجرای این روش، خاک رس مخصوص را می گیرند و با سنگ معدن خرد شده مخلوط می کنند و در کوره محوری با هیدروژن تصفیه می کنند.

نتیجه

خواص و کاربرد آهن متفاوت است. این شاید مهمترین فلز در زندگی ما باشد. پس از شناخته شدن برای بشر، جای برنز را گرفت که در آن زمان ماده اصلی برای ساخت همه ابزارها و همچنین سلاح ها بود. فولاد و چدن از بسیاری جهات بر آلیاژ مس و قلع از نظر خواص فیزیکی و مقاومت در برابر تنش مکانیکی برتری دارند.

علاوه بر این، آهن در سیاره ما بیشتر از بسیاری از فلزات دیگر است. تقریباً پنج درصد در پوسته زمین قرار دارد. این عنصر چهارمین عنصر شیمیایی فراوان در طبیعت است. همچنین، این عنصر شیمیایی برای عملکرد طبیعی بدن حیوانات و گیاهان بسیار مهم است، در درجه اول به این دلیل که هموگلوبین بر اساس آن ساخته شده است. آهن یک عنصر کمیاب ضروری است که مصرف آن برای حفظ سلامت و عملکرد طبیعی اندام ها مهم است. علاوه بر موارد فوق، این تنها فلزی است که خواص مغناطیسی منحصر به فردی دارد. تصور زندگی ما بدون فروم غیرممکن است.

آهن ماده اصلی ساختاری است. فلز به معنای واقعی کلمه در همه جا استفاده می شود - از موشک و زیردریایی گرفته تا کارد و چنگال و تزئینات کوره آهنی. تا حد زیادی، این توسط یک عنصر در طبیعت تسهیل می شود. با این حال، دلیل واقعی استحکام و دوام آن است.

در این مقاله آهن را به عنوان یک فلز توصیف می کنیم و خواص فیزیکی و شیمیایی مفید آن را نشان می دهیم. به طور جداگانه به شما می گوییم که چرا آهن را فلز آهنی می نامند و چه تفاوتی با سایر فلزات دارد.

به اندازه کافی عجیب، این سوال که آیا آهن یک فلز است یا غیرفلز، هنوز گاهی اوقات مطرح می شود. آهن عنصری از گروه 8، دوره 4 جدول D.I. Mendeleev است. وزن مولکولی 55.8 است که بسیار بالاست.

این فلز خاکستری نقره ای، کاملا نرم، انعطاف پذیر و دارای خواص مغناطیسی است. در واقع، آهن خالص بسیار نادر یافت می شود و مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا این فلز از نظر شیمیایی فعال است و تحت واکنش های مختلفی قرار می گیرد.

این ویدیو به شما می گوید آهن چیست:

مفهوم و ویژگی ها

آهن معمولاً آلیاژی با نسبت کمی از ناخالصی ها - تا 0.8٪ - نامیده می شود که تقریباً تمام خواص فلز را حفظ می کند. حتی این گزینه نیست که به طور گسترده استفاده می شود، بلکه فولاد و چدن است. آنها نام خود را - فلز آهنی، آهن، یا به طور دقیق تر، همان چدن و ​​فولاد - به لطف رنگ سنگ معدن - سیاه گرفتند.

امروزه آلیاژهای آهن را فلزات آهنی می نامند: فولاد، چدن، فریت و همچنین منگنز و گاهی کروم.

آهن یک عنصر بسیار رایج است. از نظر محتوای در پوسته زمین، رتبه 4، پایین تر از اکسیژن، و. هسته زمین حاوی 86 درصد آهن است و تنها 14 درصد آن در گوشته است. آب دریا حاوی مقدار بسیار کمی از این ماده است - تا 0.02 میلی گرم در لیتر؛ آب رودخانه حاوی کمی بیشتر - تا 2 میلی گرم در لیتر است.

آهن یک فلز معمولی و همچنین کاملا فعال است. با اسیدهای رقیق و غلیظ واکنش می دهد، اما تحت تأثیر عوامل اکسید کننده بسیار قوی می تواند نمک های اسید فریک را تشکیل دهد. در هوا، آهن به سرعت با یک فیلم اکسید پوشیده می شود و از واکنش بیشتر جلوگیری می کند.

اما در صورت وجود رطوبت، زنگ زدگی به جای یک فیلم اکسیدی ظاهر می شود که به دلیل ساختار شل، مانع از اکسیداسیون بیشتر نمی شود. این ویژگی، خوردگی در مجاورت رطوبت، عیب اصلی آلیاژهای آهن است. شایان ذکر است که ناخالصی ها باعث خوردگی می شوند، در حالی که فلز خالص شیمیایی در برابر آب مقاوم است.

پارامترهای مهم

آهن فلزی خالص کاملاً انعطاف پذیر است، به راحتی آهنگری می شود و ریخته گری دشوار است. با این حال، ناخالصی های کوچک کربن به طور قابل توجهی سختی و شکنندگی آن را افزایش می دهد. این کیفیت یکی از دلایل جابجایی ابزارهای برنزی توسط آهنی شد.

• اگر آلیاژهای آهن را با آلیاژهایی که در دنیای باستان شناخته شده بود مقایسه کنیم، مشخص می شود که هم از نظر مقاومت در برابر خوردگی و هم از نظر دوام. با این حال، مقیاس عظیم منجر به تخلیه معادن قلع شد. و از آنجایی که به طور قابل توجهی کمتر از 2017 است، متالورژیست های گذشته با مسئله جایگزینی مواجه بودند. و آهن جایگزین برنز شد. وقتی فولاد ظاهر شد، دومی کاملاً جایگزین شد: برنز چنین ترکیبی از سختی و کشش را ارائه نمی دهد.
• آهن یک سه گانه آهن با کبالت تشکیل می دهد. خواص عناصر بسیار نزدیک است، نزدیکتر از آنالوگ های آنها با همان ساختار لایه بیرونی. همه فلزات دارای خواص مکانیکی عالی هستند: آنها را می توان به راحتی پردازش کرد، نورد کرد، کشید، و می توان آنها را جعل کرد و مهر زد. کبالت نسبت به آهن واکنش کمتری دارد و در برابر خوردگی مقاومت بیشتری دارد. با این حال، فراوانی کمتر این عناصر اجازه نمی دهد که آنها به اندازه آهن مورد استفاده قرار گیرند.
• اصلی ترین "رقیب" سخت افزار از نظر حوزه استفاده است. اما در واقعیت، هر دو ماده کیفیت کاملاً متفاوتی دارند. به اندازه آهن قوی نیست، به راحتی خارج می شود و نمی توان آن را جعل کرد. از طرف دیگر، فلز از نظر وزن بسیار سبک تر است که باعث می شود ساختار بسیار سبک تر شود.

هدایت الکتریکی آهن بسیار متوسط ​​است، در حالی که آلومینیوم در این شاخص پس از نقره و طلا در رتبه دوم قرار دارد. آهن فرومغناطیسی است، یعنی در غیاب میدان مغناطیسی خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند و به میدان مغناطیسی کشیده می شود.

چنین ویژگی های متفاوتی منجر به کاربردهای کاملاً متفاوت می شود، بنابراین مصالح ساختمانی به ندرت "مبارزه" می کنند، به عنوان مثال، در تولید مبلمان، جایی که سبکی یک پروفیل آلومینیومی با استحکام فولاد در تضاد است.

مزایا و معایب آهن در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

مزایا و معایب

مزیت اصلی آهن نسبت به سایر فلزات ساختاری فراوانی و سهولت نسبی ذوب آن است. اما، با توجه به مقدار آهن مصرفی، این یک عامل بسیار مهم است.

مزایای

از مزایای فلز می توان به کیفیت های دیگری نیز اشاره کرد.

• استحکام و سختی با حفظ خاصیت ارتجاعی - ما در مورد آهن خالص شیمیایی صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد آلیاژها صحبت می کنیم. علاوه بر این، این کیفیت ها بسته به درجه فولاد، روش عملیات حرارتی، روش تولید و غیره بسیار متفاوت است.
• انواع فولادها و فریت ها به شما امکان می دهد موادی را برای هر کاری ایجاد و انتخاب کنید - از قاب پل گرفته تا ابزار برش. توانایی به دست آوردن خواص مشخص شده با افزودن ناخالصی های بسیار جزئی یک مزیت غیرمعمول بزرگ است.
• سهولت ماشینکاری این امکان را فراهم می کند تا محصولاتی از انواع مختلف بدست آورید: میله، لوله، محصولات شکل دار، تیرآهن، ورق آهن و غیره.
• خواص مغناطیسی آهن به گونه ای است که فلز ماده اصلی در تولید درایوهای مغناطیسی است.
• هزینه آلیاژها البته به ترکیب بستگی دارد، اما هنوز به طور قابل توجهی کمتر از اکثر آلیاژهای غیر آهنی است، البته با ویژگی های استحکام بالاتر.
• چکش خواری آهن قابلیت تزئینی بسیار بالایی را به این ماده می دهد.

ایرادات

معایب آلیاژهای آهن قابل توجه است.

• اول از همه، این مقاومت در برابر خوردگی کافی نیست. انواع خاص فولاد - فولاد ضد زنگ - دارای این کیفیت مفید هستند، اما قیمت بسیار بالاتری نیز دارند. بیشتر اوقات ، فلز با استفاده از یک پوشش - فلز یا پلیمر محافظت می شود.
• آهن قادر به ذخیره الکتریسیته است، بنابراین محصولات ساخته شده از آلیاژهای آن در معرض خوردگی الکتروشیمیایی هستند. محفظه ابزار و ماشین آلات، خطوط لوله باید به نحوی محافظت شود - حفاظت کاتدی، حفاظت قربانی و غیره.
• فلز سنگین است، بنابراین سازه های آهنی به طور قابل توجهی جسم ساختمانی را سنگین می کند - یک ساختمان، یک واگن راه آهن، یک کشتی دریایی.

ترکیب و ساختار

آهن در 4 تغییر مختلف وجود دارد که در پارامترهای شبکه و ساختار با یکدیگر متفاوت هستند. وجود فازها واقعاً برای ذوب بسیار مهم است، زیرا این انتقال فاز و وابستگی آنها به عناصر آلیاژی است که جریان فرآیندهای متالورژی را در این جهان تضمین می کند. بنابراین، ما در مورد مراحل زیر صحبت می کنیم:

• فاز α تا 769+ درجه سانتیگراد پایدار است و یک شبکه مکعبی در مرکز بدنه دارد. فاز α فرومغناطیسی است، یعنی در غیاب میدان مغناطیسی، مغناطش را حفظ می کند. دمای 769 درجه سانتیگراد نقطه کوری برای فلز است.
• فاز β از 769+ تا 917+ درجه سانتی گراد وجود دارد. ساختار اصلاح یکسان است، اما پارامترهای شبکه تا حدودی متفاوت هستند. در این حالت، تقریباً تمام خواص فیزیکی به استثنای خواص مغناطیسی حفظ می شود: آهن به پارامغناطیس تبدیل می شود.
• فاز γ در محدوده 917+ تا 1394+ درجه سانتیگراد ظاهر می شود. دارای یک شبکه مکعبی وجه محور است.
• فاز δ بالاتر از دمای 1394+ درجه سانتیگراد وجود دارد و دارای یک شبکه مکعبی در مرکز بدن است.

همچنین یک تغییر ε وجود دارد که در فشار بالا و همچنین در نتیجه دوپینگ با عناصر خاص ظاهر می شود. فاز ε دارای یک شبکه شش ضلعی بسته بندی شده است.

این ویدئو در مورد خواص فیزیکی و شیمیایی آهن به شما می گوید:

خواص و خصوصیات

بسیار به خلوص آن بستگی دارد. تفاوت بین خواص آهن خالص شیمیایی و فنی معمولی و حتی بیشتر از آن فولاد آلیاژی بسیار قابل توجه است. به عنوان یک قاعده، مشخصات فیزیکی برای آهن فنی با کسر ناخالصی 0.8٪ داده می شود.

تشخیص ناخالصی های مضر از افزودنی های آلیاژی ضروری است. اول - به عنوان مثال، گوگرد و فسفر بدون افزایش سختی یا مقاومت مکانیکی به آلیاژ شکنندگی می دهند. کربن موجود در فولاد این پارامترها را افزایش می دهد، یعنی جزء مفیدی است.

• چگالی آهن (g/cm3) تا حدی به فاز بستگی دارد. بنابراین، α-Fe دارای چگالی 7.87 گرم بر متر مکعب است. سانتی متر در دمای معمولی و 7.67 گرم بر سی سی. سانتی متر در +600 درجه سانتی گراد. چگالی فاز γ کمتر است - 7.59 گرم در مکعب. سانتی متر، و فاز δ حتی کمتر است - 7.409 گرم در سی سی.
• نقطه ذوب ماده 1539+ درجه سانتیگراد است. آهن فلزی نسبتاً نسوز است.
• نقطه جوش – +2862 C.
• استحکام، یعنی مقاومت در برابر انواع مختلف بارها - فشار، کشش، خمش، برای هر درجه فولاد، چدن و ​​فریت تنظیم می شود، بنابراین صحبت در مورد این شاخص ها به طور کلی دشوار است. بنابراین، فولاد پرسرعت دارای مقاومت خمشی 2.5-2.8 GPa است. و همین پارامتر اتو فنی معمولی 300 مگاپاسکال است.
• سختی در مقیاس Mohs 4-5 است. فولادهای ویژه و آهن خالص شیمیایی عملکرد بسیار بالاتری دارند.
• مقاومت الکتریکی ویژه 9.7 · 10-8 اهم · متر است. آهن جریان را بسیار بدتر از مس یا آلومینیوم هدایت می کند.
• هدایت حرارتی نیز کمتر از این فلزات است و به ترکیب فاز بستگی دارد. در 25 درجه سانتیگراد 74.04 W/(m K) و در 1500 C 31.8 [W/(m K)] است.
• آهن هم در دمای معمولی و هم در دمای بالا کاملا آهنگری است. چدن و ​​فولاد را می توان ریخته گری کرد.
• یک ماده را نمی توان از نظر بیولوژیکی بی اثر نامید. با این حال، سمیت آن بسیار کم است. با این حال، این نه چندان با فعالیت عنصر، بلکه با ناتوانی بدن انسان در جذب خوب آن مرتبط است: حداکثر 20٪ از دوز دریافتی است.

آهن را نمی توان به عنوان یک ماده محیطی طبقه بندی کرد. با این حال، آسیب اصلی به محیط زیست ناشی از ضایعات آن نیست، زیرا آهن به سرعت زنگ می‌زند، بلکه از زباله‌های تولید - سرباره و گازهای آزاد شده است.

تولید

آهن یک عنصر بسیار رایج است، بنابراین نیازی به هزینه های زیادی ندارد. کانسارها با استفاده از هر دو روش روباز و معدن توسعه می یابند. در واقع، همه سنگ‌های معدنی حاوی آهن هستند، اما فقط آنهایی که نسبت فلز به اندازه کافی زیاد است، توسعه می‌یابند. اینها عبارتند از سنگ معدن غنی - سنگ آهن قرمز، مغناطیسی و قهوه ای با سهم آهن تا 74٪، سنگ معدن با محتوای متوسط ​​- به عنوان مثال مارکازیت، و سنگ معدن کم عیار با سهم آهن حداقل 26٪ - سیدریت.

سنگ معدن غنی بلافاصله به کارخانه فرستاده می شود. سنگ هایی با محتوای متوسط ​​و کم غنی می شوند.

روش های مختلفی برای تولید آلیاژهای آهن وجود دارد. به عنوان یک قاعده، ذوب هر فولادی شامل تولید چدن است. در کوره بلند در دمای 1600 درجه سانتیگراد ذوب می شود. بار - آگلومرا، گلوله، همراه با شار در کوره بارگذاری می شود و با هوای گرم دمیده می شود. در این حالت، فلز ذوب می شود و کک می سوزد، که به شما امکان می دهد ناخالصی های ناخواسته را بسوزانید و سرباره را جدا کنید.

برای تولید فولاد، معمولاً از چدن سفید استفاده می شود - در آن، کربن به یک ترکیب شیمیایی با آهن متصل می شود. رایج ترین 3 روش:

• کوره باز - چدن مذاب با افزودن سنگ معدن و ضایعات در دمای 2000 درجه سانتیگراد ذوب می شود تا محتوای کربن کاهش یابد. در صورت وجود مواد اضافی در انتهای مذاب اضافه می شود. به این ترتیب بالاترین کیفیت فولاد به دست می آید.
• مبدل اکسیژن روشی پربازده است. در کوره، ضخامت چدن با هوا تحت فشار 26 کیلوگرم بر مربع دمیده می شود. مخلوطی از اکسیژن و هوا یا اکسیژن خالص می تواند برای بهبود خواص فولاد استفاده شود.
• ذوب الکتریکی - اغلب برای تولید فولادهای آلیاژی خاص استفاده می شود. چدن در کوره الکتریکی در دمای 2200 درجه سانتیگراد پخته می شود.

فولاد را می توان با روش مستقیم نیز بدست آورد. برای انجام این کار، گلوله هایی با محتوای آهن بالا در یک کوره شفت بارگذاری شده و با هیدروژن در دمای 1000 درجه سانتیگراد تصفیه می شوند. دومی آهن را از اکسید بدون مراحل میانی کاهش می دهد.

با توجه به ویژگی های متالورژی آهنی، سنگ معدن با محتوای آهن خاص یا محصولات نهایی - چدن، فولاد، فریت - فروخته می شود. قیمت آنها بسیار متفاوت است. میانگین هزینه سنگ آهن در سال 2016 - غنی، با محتوای عنصر بیش از 60٪ - 50 دلار در هر تن است.

قیمت تمام شده فولاد به عوامل زیادی بستگی دارد که گاهی افزایش و کاهش قیمت را کاملا غیرقابل پیش بینی می کند. در پاییز 2016، هزینه اتصالات و فولاد نورد سرد و گرم به دلیل افزایش به همان اندازه شدید قیمت زغال سنگ کک، که یکی از شرکت کنندگان ضروری در ذوب است، به شدت افزایش یافت. در ماه نوامبر، شرکت های اروپایی کویل های فولادی نورد گرم را با قیمت 500 یورو در هر تن ارائه می دهند.

منطقه برنامه

دامنه استفاده از آهن و آلیاژهای آهن بسیار زیاد است. نشان دادن جایی که از فلز استفاده نمی شود آسان تر است.

• ساخت و ساز - ساخت انواع قاب ها، از قاب باربر پل گرفته تا قاب شومینه تزئینی در یک آپارتمان، بدون فولاد با درجه های مختلف امکان پذیر نیست. اتصالات، میله‌ها، تیرهای I، کانال‌ها، نبشی‌ها، لوله‌ها: کاملاً تمام محصولات شکل‌دار و مقطعی در ساخت‌وساز استفاده می‌شوند. همین امر در مورد ورق فلز نیز صدق می کند: سقف از آن ساخته می شود و غیره.
• مهندسی مکانیک - از نظر استحکام و مقاومت در برابر سایش، موارد بسیار کمی با فولاد قابل مقایسه هستند، بنابراین قسمت‌های بدنه اکثریت قریب به اتفاق ماشین‌ها از فولاد ساخته شده‌اند. به خصوص در مواردی که تجهیزات باید تحت شرایط دما و فشار بالا کار کنند.
• ابزار - با کمک عناصر آلیاژی و سخت شدن می توان به فلز سختی و استحکامی نزدیک به الماس داد. فولادهای پرسرعت اساس هر ابزار ماشینکاری هستند.
• در مهندسی برق، استفاده از آهن محدودتر است، دقیقاً به این دلیل که ناخالصی ها به طور قابل توجهی خواص الکتریکی آن را بدتر می کنند که در حال حاضر کم است. اما فلز در تولید قطعات مغناطیسی تجهیزات الکتریکی ضروری است.
• خط لوله - ارتباطات از هر نوع و نوعی از فولاد و چدن ساخته می شود: گرمایش، سیستم های تامین آب، خطوط لوله گاز، از جمله خطوط اصلی، غلاف برای کابل های برق، خطوط لوله نفت و غیره. فقط فولاد می تواند چنین بارهای عظیم و فشار داخلی را تحمل کند.
• مصارف خانگی – فولاد در همه جا استفاده می شود: از یراق آلات و کارد و چنگال گرفته تا درها و قفل های آهنی. استحکام فلز و مقاومت در برابر سایش آن را غیر قابل تعویض می کند.

آهن و آلیاژهای آن استحکام، دوام و مقاومت در برابر سایش را با هم ترکیب می کنند. علاوه بر این، تولید فلز نسبتاً ارزان است، که آن را به یک ماده ضروری برای اقتصاد ملی مدرن تبدیل می کند.

این ویدیو در مورد آلیاژهای آهن با فلزات غیرآهنی و سنگین آهنی به شما می گوید:

آهن در دوران ماقبل تاریخ شناخته شده بود، اما بعداً استفاده گسترده ای پیدا کرد، زیرا در طبیعت در حالت آزاد بسیار نادر است و تولید آن از سنگ معدن تنها در سطح معینی از توسعه فناوری امکان پذیر شد. احتمالاً برای اولین بار شخصی با شهاب سنگ آهن آشنا شد ، همانطور که از نام آن در زبان های مردم باستان مشهود است: مصر باستان "بنی پت" به معنای "آهن آسمانی" است. سیدروس یونان باستان با لاتین sidus (جنس sideris) - ستاره، جسم آسمانی مرتبط است. در متون هیتی قرن چهاردهم قبل از میلاد. ه. از آهن به عنوان فلزی یاد شده است که از آسمان به زمین افتاده است. در زبان های رومی، ریشه نامی که رومی ها داده اند حفظ شده است (مثلاً fer فرانسوی، ferro ایتالیایی).

روش به دست آوردن آهن از سنگ معدن در غرب آسیا در هزاره دوم قبل از میلاد ابداع شد. ه. پس از آن، استفاده از آهن به بابل، مصر و یونان گسترش یافت. عصر برنز با عصر آهن جایگزین شد. هومر (در بیست و سومین آهنگ ایلیاد) می گوید که آشیل در مسابقه پرتاب دیسک، دیسکی از آهن را به برنده اهدا کرد. در اروپا و روسیه باستان، برای قرن‌ها، آهن از طریق فرآیند پنیرسازی به دست می‌آمد. سنگ آهن با زغال سنگ در فورج ساخته شده در یک گودال کاهش یافت. هوا با دم به داخل فورج پمپ می شد؛ محصول احیا، کریتسا، با ضربات چکش از سرباره جدا می شد و محصولات مختلفی از آن جعل می شد. با بهبود روش های دمیدن و افزایش ارتفاع اجاق، دمای فرآیند افزایش یافت و بخشی از آهن کربوره شد، یعنی چدن به دست آمد. این محصول نسبتاً شکننده به عنوان ضایعات تولید در نظر گرفته شد. از این رو نام چدن "چدن خوک"، "آهن خوک" - انگلیسی است. آهن خام. بعداً متوجه شد که هنگام بارگیری چدن به جای سنگ آهن در آهنگری، پوسته آهن کم کربن نیز به دست آمد و چنین فرآیند دو مرحله ای سودآورتر از فرآیند دمیدن پنیر بود. در قرن 12-13، روش فریاد در حال حاضر گسترده بود.

در قرن چهاردهم، چدن نه تنها به عنوان یک محصول میانی برای پردازش بیشتر، بلکه به عنوان ماده ای برای ریخته گری محصولات مختلف شروع به ذوب کرد. بازسازی کوره به یک کوره شفت ("domnitsa") و سپس به یک کوره بلند نیز به همان زمان باز می گردد. در اواسط قرن هجدهم، فرآیند بوته برای تولید فولاد در اروپا آغاز شد که در اوایل قرون وسطی در سوریه شناخته شده بود، اما بعداً فراموش شد. با این روش، فولاد با ذوب یک بار فلزی در ظروف کوچک (بوته) از یک توده بسیار نسوز تولید می شد. در ربع آخر قرن هجدهم، فرآیند پودینگ تبدیل چدن به آهن در کوره آتشین طنین انداز شروع به توسعه کرد. انقلاب صنعتی قرن 18 و اوایل قرن 19، اختراع ماشین بخار، ساخت راه‌آهن، پل‌های بزرگ و ناوگان بخار نیاز زیادی به آهن و آلیاژهای آن ایجاد کرد. اما تمام روش های موجود برای تولید آهن نتوانست نیاز بازار را برآورده کند. تولید انبوه فولاد تنها در اواسط قرن 19 آغاز شد، زمانی که فرآیندهای بسمر، توماس و اجاق باز توسعه یافتند. در قرن بیستم، فرآیند فولادسازی الکتریکی ظهور کرد و رواج یافت و فولاد با کیفیت بالا تولید کرد.

توزیع آهن در طبیعتاز نظر محتوای لیتوسفر (65/4 درصد جرمی)، آهن در میان فلزات در رتبه دوم قرار دارد (آلومینیوم رتبه اول را دارد). به شدت در پوسته زمین مهاجرت می کند و حدود 300 ماده معدنی (اکسیدها، سولفیدها، سیلیکات ها، کربنات ها، تیتانات ها، فسفات ها و غیره) را تشکیل می دهد. آهن در فرآیندهای ماگمایی، هیدروترمال و سوپرژن که با تشکیل انواع مختلف رسوبات آهن همراه است، نقش فعالی دارد. آهن فلزی از اعماق زمین است؛ در مراحل اولیه تبلور ماگما، در سنگ های اولترابازیک (9.85%) و بازی (8.56%) (در گرانیت ها فقط 2.7%) تجمع می یابد. در زیست کره، آهن در بسیاری از رسوبات دریایی و قاره ای تجمع می یابد و سنگ معدن های رسوبی را تشکیل می دهد.

نقش مهمی در ژئوشیمی آهن توسط واکنش های ردوکس ایفا می شود - انتقال آهن 2 ظرفیتی به آهن 3 ظرفیتی و بالعکس. در بیوسفر، در حضور مواد آلی، Fe 3+ به Fe 2+ کاهش می یابد و به راحتی مهاجرت می کند و هنگامی که با اکسیژن اتمسفر مواجه می شود، Fe 2+ اکسید می شود و تجمعات هیدروکسیدهای آهن آهن را تشکیل می دهد. ترکیبات گسترده آهن آهن قرمز، زرد و قهوه ای است. این رنگ بسیاری از سنگ های رسوبی و نام آنها را تعیین می کند - "تشکیل قرمز" (لوم ها و رس های قرمز و قهوه ای، ماسه های زرد و غیره).

خواص فیزیکی آهناهمیت آهن در فناوری مدرن نه تنها با توزیع گسترده آن در طبیعت، بلکه با ترکیبی از خواص بسیار ارزشمند تعیین می شود. پلاستیکی است که هم در حالت سرد و هم در حالت گرم به راحتی جعل می شود و می توان آن را رول کرد، مهر زد و کشید. توانایی انحلال کربن و سایر عناصر به عنوان پایه ای برای تولید انواع آلیاژهای آهن عمل می کند.

آهن می تواند به شکل دو شبکه کریستالی وجود داشته باشد: α- و γ-مکعب بدن محور (bcc) و مکعب وجه محور (fcc). زیر 910 درجه سانتیگراد، α-Fe با شبکه bcc پایدار است (a = 2.866645Å در 20 درجه سانتیگراد). بین 910 درجه سانتیگراد و 1400 درجه سانتیگراد، اصلاح γ با یک شبکه fcc پایدار است (a = 3.64 Å). در بالای 1400 درجه سانتیگراد، شبکه bcc δ-Fe (a = 2.94Å) دوباره تشکیل می شود که تا دمای ذوب (1539 درجه سانتیگراد) پایدار است. α-Fe تا دمای 769 درجه سانتیگراد (نقطه کوری) فرومغناطیسی است. تغییرات γ-Fe و δ-Fe پارامغناطیس هستند.

دگرگونی های چندشکل آهن و فولاد در هنگام گرم کردن و سرد شدن در سال 1868 توسط D.K. Chernov کشف شد. کربن محلول های جامد بینابینی را با آهن تشکیل می دهد که در آن اتم های C با شعاع اتمی کوچک (0.77 Å)، در بین شبکه های بلوری فلز، متشکل از اتم های بزرگتر (شعاع اتمی Fe 1.26 A) قرار دارند. محلول جامد کربن در γ-Fe آستنیت و در α-Fe فریت نامیده می شود. محلول جامد اشباع شده کربن در γ-Fe حاوی 2.0% جرم C در دمای 1130 درجه سانتیگراد است. α-Fe تنها 0.02-0.04% C در دمای 723 درجه سانتیگراد و کمتر از 0.01% در دمای اتاق حل می شود. بنابراین، هنگامی که آستنیت سخت می شود، مارتنزیت تشکیل می شود - محلول جامد فوق اشباع کربن در α-Fe، بسیار سخت و شکننده. ترکیب سخت شدن و تمپر (گرمایش تا دماهای نسبتاً پایین برای کاهش تنش های داخلی) به فولاد اجازه می دهد تا ترکیب مورد نیاز سختی و شکل پذیری را داشته باشد.

خواص فیزیکی آهن به خلوص آن بستگی دارد. در مواد آهن صنعتی، آهن معمولاً با ناخالصی های کربن، نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن، گوگرد و فسفر همراه است. حتی در غلظت های بسیار کم، این ناخالصی ها خواص فلز را به شدت تغییر می دهند. بنابراین، گوگرد باعث به اصطلاح شکنندگی قرمز، فسفر (حتی 10-2٪ P) - شکنندگی سرد می شود. کربن و نیتروژن شکل پذیری را کاهش می دهند و هیدروژن شکنندگی آهن را افزایش می دهد (به اصطلاح شکنندگی هیدروژنی). کاهش محتوای ناخالصی به 10 -7 - 10 -9٪ منجر به تغییرات قابل توجهی در خواص فلز، به ویژه افزایش شکل پذیری می شود.

خواص فیزیکی آهن که عمدتاً به فلزی با ناخالصی کل کمتر از 0.01 درصد وزنی اشاره دارد، به شرح زیر است:

شعاع اتمی 1.26A

شعاع یونی Fe 2+ 0.80Å، Fe 3+ 0.67Å

چگالی (20 درجه سانتی گراد) 7.874 گرم بر سانتی متر 3

نقطه جوش حدود 3200 درجه سانتیگراد

ضریب دمای انبساط خطی (20 درجه سانتیگراد) 11.7·10 -6

هدایت حرارتی (25 درجه سانتی گراد) 74.04 W/(m K)

ظرفیت گرمایی آهن به ساختار آن بستگی دارد و به شکل پیچیده ای با دما تغییر می کند. میانگین ظرفیت گرمایی ویژه (0-1000 درجه سانتیگراد) 640.57 J/(kg K).

مقاومت الکتریکی (20 درجه سانتیگراد) 9.7 10 -8 اهم متر

ضریب دمایی مقاومت الکتریکی (0-100 درجه سانتیگراد) 6.51·10 -3

مدول یانگ 190-210 10 3 MN/m 2 (19-21 10 3 kgf/mm 2)

ضریب دمایی مدول یانگ 4·10 -6

مدول برشی 84.0 10 3 MN/m2

استحکام کششی کوتاه مدت 170-210 MN/m2

ازدیاد طول 45-55%

سختی برینل 350-450 Mn/m2

قدرت تسلیم 100 Mn/m2

مقاومت ضربه 300 MN/m2

خواص شیمیایی آهنپیکربندی لایه الکترونی بیرونی اتم 3d 6 4s 2 است. آهن ظرفیت متغیری را نشان می دهد (ترکیبات آهن 2 و 3 ظرفیتی پایدارترین هستند). آهن با اکسیژن، اکسید (II) FeO، اکسید (III) Fe 2 O 3 و اکسید (II، III) Fe 3 O 4 (ترکیبی از FeO با Fe 2 O 3 که ساختار اسپینلی دارد) تشکیل می دهد. در هوای مرطوب در دمای معمولی، آهن با زنگ شل پوشیده می شود (Fe 2 O 3 nH 2 O). زنگ زدگی به دلیل تخلخل، مانع از دسترسی اکسیژن و رطوبت به فلز نمی شود و در نتیجه آن را از اکسیداسیون بیشتر محافظت نمی کند. سالانه میلیون ها تن آهن در نتیجه انواع مختلف خوردگی از بین می رود. هنگامی که آهن در هوای خشک بالای 200 درجه سانتیگراد گرم می شود، با یک لایه اکسید نازک پوشیده می شود که از فلز در برابر خوردگی در دمای معمولی محافظت می کند. این اساس روش فنی محافظت از آهن - آبی است. هنگامی که در بخار آب گرم می شود، آهن اکسید می شود و Fe 3 O 4 (زیر 570 درجه سانتیگراد) یا FeO (بالای 570 درجه سانتیگراد) تشکیل می دهد و هیدروژن آزاد می کند.

هیدروکسید Fe(OH)2 به شکل یک رسوب سفید تحت تأثیر قلیایی های سوزاننده یا آمونیاک بر روی محلول های آبی نمک های Fe2+ در اتمسفر هیدروژن یا نیتروژن تشکیل می شود. هنگام تماس با هوا، Fe(OH) 2 ابتدا سبز می شود، سپس سیاه می شود و در نهایت به سرعت به هیدروکسید قرمز قهوه ای Fe(OH) 3 تبدیل می شود. اکسید FeO خواص اساسی را نشان می دهد. اکسید Fe 2 O 3 آمفوتریک است و عملکرد اسیدی ضعیفی دارد. در واکنش با اکسیدهای پایه بیشتر (به عنوان مثال، با MgO، فریت ها را تشکیل می دهد - ترکیباتی مانند Fe 2 O 3 nMeO که دارای خواص فرومغناطیسی هستند و به طور گسترده در الکترونیک رادیویی استفاده می شوند. خواص اسیدی نیز در آهن شش ظرفیتی بیان می شود که در آهن وجود دارد. شکلی از فرات ها، به عنوان مثال K2 FeO 4، نمک های اسید آهن که در حالت آزاد آزاد نشده اند.

آهن به راحتی با هالوژن ها و هالیدهای هیدروژن واکنش می دهد و نمک هایی مانند کلرید FeCl 2 و FeCl 3 می دهد. هنگامی که آهن با گوگرد گرم می شود، سولفیدهای FeS و FeS 2 تشکیل می شوند. کاربیدهای آهن - Fe 3 C (سیمنتیت) و Fe 2 C (کاربید الکترونیکی) - پس از سرد شدن از محلول های جامد کربن در آهن رسوب می کنند. Fe 3 C نیز از محلول های کربن موجود در آهن مایع با غلظت های بالای C آزاد می شود. نیتریدهای Fe 4 N و Fe 2 N از آنها آزاد می شوند. آهن با هیدروژن فقط هیدریدهای ناپایدار تولید می کند که ترکیب آنها به طور دقیق مشخص نشده است. هنگام گرم شدن، آهن به شدت با سیلیکون و فسفر واکنش می دهد و سیلیسیدها را تشکیل می دهد (به عنوان مثال Fe 3 Si و فسفیدها (مثلا Fe 3 P).

ترکیبات آهن با عناصر بسیاری (O، S و سایرین)، که ساختار کریستالی را تشکیل می دهند، دارای ترکیب متغیری هستند (به عنوان مثال، محتوای گوگرد در مونو سولفید می تواند از 50 تا 53.3 در٪ متغیر باشد). این به دلیل نقص در ساختار کریستالی است. برای مثال، در اکسید آهن (II)، برخی از یون‌های Fe 2+ در محل‌های شبکه با یون‌های Fe 3+ جایگزین می‌شوند. برای حفظ خنثی الکتریکی، برخی از سایت های شبکه که به یون های Fe 2+ تعلق داشتند خالی می مانند.

پتانسیل نرمال الکترود آهن در محلول های آبی نمک های آن برای واکنش Fe = Fe 2+ + 2e 0.44- ولت و برای واکنش Fe = Fe 3+ + 3e 0.036- ولت است. بنابراین، در مجموعه فعالیت ها، آهن در سمت چپ هیدروژن قرار دارد. با آزاد شدن H 2 و تشکیل یون Fe 2 + به راحتی در اسیدهای رقیق حل می شود. برهمکنش آهن با اسید نیتریک عجیب است. HNO 3 غلیظ (چگالی 1.45 گرم بر سانتی متر مکعب) آهن را به دلیل ظاهر شدن یک لایه اکسید محافظ روی سطح آن غیرفعال می کند. HNO 3 رقیق تر، آهن را حل می کند و یون های Fe 2+ یا Fe 3+ را تشکیل می دهد و به NH 3 یا N 2 و N 2 O تقلیل می یابد. محلول های نمک های آهن دو ظرفیتی در هوا ناپایدار هستند - Fe 2+ به تدریج به Fe 3+ اکسید می شود. محلول های آبی نمک های آهن در اثر هیدرولیز واکنش اسیدی دارند. افزودن یون‌های تیوسیانات SCN- به محلول‌های نمک‌های Fe 3+ به دلیل تشکیل Fe(SCN) 3 رنگ قرمز خونی روشن می‌دهد که امکان کشف حضور 1 قسمت Fe 3+ را در تقریباً 106 فراهم می‌کند. بخش هایی از آب آهن با تشکیل ترکیبات پیچیده مشخص می شود.

گرفتن آهنآهن خالص در مقادیر نسبتاً کم از الکترولیز محلولهای آبی نمکهای آن یا از احیای اکسیدهای آن با هیدروژن بدست می آید. تولید آهن به اندازه کافی خالص به تدریج با کاهش مستقیم آن از کنسانتره سنگ معدن با هیدروژن، گاز طبیعی یا زغال سنگ در دماهای نسبتا پایین افزایش می یابد.

کاربرد آهن.آهن مهمترین فلز تکنولوژی مدرن است. آهن به صورت خالص به دلیل استحکام کم عملاً مورد استفاده قرار نمی گیرد، اگرچه در زندگی روزمره محصولات فولادی یا چدنی اغلب "آهن" نامیده می شود. عمده آهن به شکل آلیاژهایی استفاده می شود که از نظر ترکیب و خواص بسیار متفاوت هستند. آلیاژهای آهن تقریباً 95 درصد از کل محصولات فلزی را تشکیل می دهند. آلیاژهای غنی از کربن (بیش از 2٪ وزنی) - چدن - در کوره بلند از سنگ معدن غنی شده با آهن ذوب می شوند. درجات مختلف فولاد (میزان کربن کمتر از 2 درصد وزنی) از چدن در کوره‌ها و مبدل‌های برقی و باز با اکسید کردن (سوختن) کربن اضافی، حذف ناخالصی‌های مضر (عمدتاً S، P، O) و افزودن ذوب می‌شوند. عناصر آلیاژی فولادهای پر آلیاژ (با محتوای بالای نیکل، کروم، تنگستن و سایر عناصر) در کوره های قوس الکتریکی و القایی ذوب می شوند. برای تولید فولادها و آلیاژهای آهن برای مقاصد حیاتی، از فرآیندهای جدید استفاده می شود - خلاء، ذوب مجدد الکتروسرباره، ذوب پلاسما و پرتو الکترونی و غیره. روش‌هایی برای ذوب فولاد در واحدهایی که دائماً کار می‌کنند در حال توسعه هستند که فلز با کیفیت بالا و اتوماسیون فرآیند را تضمین می‌کنند.

بر اساس آهن، موادی ساخته می شوند که می توانند در برابر دماهای بالا و پایین، خلاء و فشار بالا، محیط های تهاجمی، ولتاژهای متناوب بالا، تشعشعات هسته ای و غیره مقاومت کنند. تولید آهن و آلیاژهای آن به طور مداوم در حال رشد است.

آهن به عنوان یک ماده هنری از دوران باستان در مصر، بین النهرین و هند مورد استفاده قرار گرفته است. از قرون وسطی، محصولات بسیار هنری بسیار ساخته شده از آهن در کشورهای اروپایی (انگلیس، فرانسه، ایتالیا، روسیه و دیگران) حفظ شده است - نرده های آهنگری، لولاهای درب، براکت های دیواری، پره های هوا، اتصالات سینه، و چراغ ها. محصولات ساخته شده از میله ها و محصولات ساخته شده از ورقه های آهن سوراخ دار (اغلب با روکش میکا) با اشکال صاف، یک شبح گرافیکی خطی واضح متمایز می شوند و به طور موثر در پس زمینه هوای روشن قابل مشاهده هستند. در قرن بیستم از آهن برای ساخت کوره ها، نرده ها، پارتیشن های داخلی روباز، شمعدان ها و بناهای تاریخی استفاده می شد.

آهن در بدن.آهن در بدن همه حیوانات و گیاهان وجود دارد (به طور متوسط ​​حدود 0.02٪). عمدتاً برای متابولیسم اکسیژن و فرآیندهای اکسیداتیو ضروری است. ارگانیسم هایی (به اصطلاح متمرکز کننده) وجود دارند که می توانند آن را در مقادیر زیاد جمع کنند (به عنوان مثال، باکتری های آهن - تا 17-20٪ آهن). تقریباً تمام آهن موجود در حیوانات و گیاهان به پروتئین ها متصل است. کمبود آهن باعث کندی رشد و کلروز در گیاهان می شود که با کاهش تشکیل کلروفیل همراه است. آهن اضافی نیز بر رشد گیاه اثر مضری دارد و به عنوان مثال باعث عقیمی گل برنج و کلروز می شود. در خاک های قلیایی، ترکیبات آهنی تشکیل می شود که برای جذب توسط ریشه گیاه غیرقابل دسترس است و گیاهان به مقدار کافی آن را دریافت نمی کنند. در خاک های اسیدی، آهن به مقدار زیاد به ترکیبات محلول تبدیل می شود. هنگامی که کمبود یا بیش از حد ترکیبات آهن قابل جذب در خاک وجود دارد، بیماری های گیاهی را می توان در مناطق وسیعی مشاهده کرد.

آهن با غذا وارد بدن حیوانات و انسان می شود (غنی ترین منابع موجود در آن جگر، گوشت، تخم مرغ، حبوبات، نان، غلات، اسفناج و چغندر است). به طور معمول، یک فرد 60 تا 110 میلی گرم آهن در رژیم غذایی خود دریافت می کند که به طور قابل توجهی بیشتر از نیاز روزانه او است. جذب آهن دریافتی از غذا در قسمت فوقانی روده کوچک اتفاق می‌افتد، از آنجا که به شکل متصل به پروتئین وارد خون می‌شود و همراه خون به اندام‌ها و بافت‌های مختلف منتقل می‌شود و در آنجا به شکل آهن رسوب می‌کند. مجتمع پروتئین - فریتین. ذخیره اصلی آهن در بدن کبد و طحال است. به دلیل فریتین، سنتز تمام ترکیبات حاوی آهن بدن اتفاق می افتد: هموگلوبین رنگدانه تنفسی در مغز استخوان سنتز می شود، میوگلوبین در ماهیچه ها سنتز می شود، سیتوکروم ها و سایر آنزیم های حاوی آهن در بافت های مختلف سنتز می شوند. آهن از بدن عمدتاً از طریق دیواره روده بزرگ (در انسان حدود 6-10 میلی گرم در روز) و به میزان کمی توسط کلیه ها آزاد می شود. نیاز بدن به آهن با افزایش سن و شرایط فیزیکی تغییر می کند. به ازای هر 1 کیلوگرم وزن، کودکان 0.6، بزرگسالان 0.1 و زنان باردار 0.3 میلی گرم آهن در روز نیاز دارند. در حیوانات، نیاز به آهن تقریباً (به ازای هر 1 کیلوگرم ماده خشک جیره) است: برای گاوهای شیری - حداقل 50 میلی گرم، برای حیوانات جوان - 30-50 میلی گرم. برای خوک ها - تا 200 میلی گرم، برای خوک های باردار - 60 میلی گرم.

بدن انسان حاوی حدود 5 گرم آهن است که بیشتر آن (70٪) بخشی از هموگلوبین خون است.

مشخصات فیزیکی

در حالت آزاد، آهن فلزی به رنگ سفید مایل به نقره ای با رنگ مایل به خاکستری است. آهن خالص شکل پذیر است و خاصیت فرومغناطیسی دارد. در عمل معمولاً از آلیاژهای آهن - چدن و ​​فولاد - استفاده می شود.

آهن مهمترین و فراوان ترین عنصر از 9 d-فلز زیر گروه هشتم است. همراه با کبالت و نیکل "خانواده آهن" را تشکیل می دهد.

هنگام تشکیل ترکیبات با عناصر دیگر، اغلب از 2 یا 3 الکترون (B = II, III) استفاده می کند.

آهن، تقریباً مانند تمام عناصر d گروه هشت، ظرفیت بالاتری برابر با عدد گروه نشان نمی دهد. حداکثر ظرفیت آن به VI می رسد و به ندرت ظاهر می شود.

معمولی ترین ترکیبات آنهایی هستند که در آنها اتم های آهن در حالت اکسیداسیون +2 و +3 هستند.

روشهای بدست آوردن آهن

1. آهن فنی (آلیاژ شده با کربن و سایر ناخالصی ها) از احیای کربوترمی ترکیبات طبیعی آن طبق طرح زیر بدست می آید:

بهبودی به تدریج و در 3 مرحله انجام می شود:

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

چدن حاصل از این فرآیند حاوی بیش از 2 درصد کربن است. متعاقباً از چدن برای تولید آلیاژهای فولاد - آهن با کمتر از 1.5 درصد کربن استفاده می شود.

2. آهن بسیار خالص به یکی از روش های زیر بدست می آید:

الف) تجزیه پنتاکاربونیل آهن

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

ب) کاهش FeO خالص با هیدروژن

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

ج) الکترولیز محلولهای آبی نمکهای Fe +2

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

اگزالات آهن (II).

خواص شیمیایی

آهن یک فلز با فعالیت متوسط ​​است و خواص عمومی مشخصه فلزات را نشان می دهد.

یک ویژگی منحصر به فرد توانایی "زنگ زدن" در هوای مرطوب است:

در غیاب رطوبت با هوای خشک، آهن فقط در دمای T> 150 درجه سانتیگراد شروع به واکنش قابل توجهی می کند. پس از تکلیس، "مقیاس آهن" Fe 3 O 4 تشکیل می شود:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

آهن در غیاب اکسیژن در آب حل نمی شود. در دماهای بسیار بالا، آهن با بخار آب واکنش می دهد و هیدروژن را از مولکول های آب جابجا می کند:

3 Fe + 4H 2 O(g) = 4H 2

مکانیسم زنگ زدگی، خوردگی الکتروشیمیایی است. محصول زنگ زدگی به شکل ساده ارائه شده است. در واقع یک لایه شل از مخلوطی از اکسیدها و هیدروکسیدها با ترکیب متغیر تشکیل می شود. برخلاف فیلم Al 2 O 3، این لایه از آهن در برابر تخریب بیشتر محافظت نمی کند.

انواع خوردگی

محافظت از آهن در برابر خوردگی

1. تعامل با هالوژن و گوگرد در دماهای بالا.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

ترکیباتی تشکیل می شود که در آنها نوع یونی پیوند غالب است.

2. برهمکنش با فسفر، کربن، سیلیکون (آهن مستقیماً با N2 و H2 ترکیب نمی شود، بلکه آنها را حل می کند).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

موادی با ترکیب متغیر تشکیل می شوند، مانند برتولیدها (ماهیت کووالانسی پیوند در ترکیبات غالب است)

3. برهمکنش با اسیدهای "غیر اکسید کننده" (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

از آنجایی که Fe در سری فعالیت در سمت چپ هیدروژن قرار دارد (E°Fe/Fe 2+ = -0.44 V)، قادر است H2 را از اسیدهای معمولی جابجا کند.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

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

4. برهمکنش با اسیدهای "اکسید کننده" (HNO 3، H 2 SO 4 conc.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

HNO 3 غلیظ و H 2 SO 4 آهن را "غیرفعال" می کنند، بنابراین در دمای معمولی فلز در آنها حل نمی شود. با حرارت دادن قوی، انحلال آهسته رخ می دهد (بدون آزاد شدن H2).

در بخش آهن HNO 3 حل می شود، به صورت کاتیون های Fe 3+ وارد محلول می شود و آنیون اسید به NO* کاهش می یابد:

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

بسیار محلول در مخلوطی از HCl و HNO 3

5. ارتباط با قلیاها

آهن در محلول های آبی قلیاها حل نمی شود. فقط در دماهای بسیار بالا با قلیاهای مذاب واکنش نشان می دهد.

6. برهمکنش با نمک فلزات کمتر فعال

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

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

7. واکنش با مونوکسید کربن گازی (t = 200 درجه سانتیگراد، P)

Fe (پودر) + 5CO (گرم) = Fe 0 (CO) 5 پنتاکاربونیل آهن

ترکیبات Fe(III).

Fe 2 O 3 - اکسید آهن (III).

پودر قهوه ای قرمز، n. آر. در H 2 O. در طبیعت - "سنگ آهن قرمز".

روشهای بدست آوردن:

1) تجزیه هیدروکسید آهن (III).

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

2) پخت پیریت

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

3) تجزیه نیترات

خواص شیمیایی

Fe 2 O 3 یک اکسید بازی با علائم آمفوتریسیته است.

I. خواص اصلی در توانایی واکنش با اسیدها آشکار می شود:

Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3 + + ZN 2 O

Fe 2 O 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 6HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O

II. خواص اسیدی ضعیف Fe 2 O 3 در محلول های آبی قلیاها حل نمی شود، اما هنگامی که با اکسیدهای جامد، قلیاها و کربنات ها ذوب می شود، فریت ها تشکیل می شوند:

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 - مواد اولیه برای تولید آهن در متالورژی:

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

Fe(OH) 3 - هیدروکسید آهن (III).

روشهای بدست آوردن:

از اثر قلیایی ها بر روی نمک های محلول Fe 3 + به دست می آید:

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

در زمان آماده سازی، Fe(OH) 3 یک رسوب مخاطی آمورف قرمز قهوه ای است.

هیدروکسید Fe(III) همچنین در طی اکسیداسیون Fe و Fe(OH) 2 در هوای مرطوب تشکیل می شود:

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

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

هیدروکسید Fe(III) محصول نهایی هیدرولیز نمک های Fe 3+ است.

خواص شیمیایی

Fe(OH) 3 یک باز بسیار ضعیف است (بسیار ضعیف تر از Fe(OH) 2). خواص اسیدی قابل توجهی را نشان می دهد. بنابراین، Fe(OH) 3 دارای یک ویژگی آمفوتریک است:

1) واکنش با اسیدها به راحتی رخ می دهد:

2) رسوب تازه Fe(OH) 3 در محلول داغ حل می شود. محلول های KOH یا NaOH با تشکیل کمپلکس های هیدروکسی:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

در یک محلول قلیایی، Fe(OH) 3 می تواند به فرات ها اکسید شود (نمک های اسید آهن H 2 FeO 4 که در حالت آزاد آزاد نمی شوند):

2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

نمک Fe 3+

مهمترین آنها از نظر عملی عبارتند از: Fe 2 (SO 4) 3، FeCl 3، Fe(NO 3) 3، Fe(SCN) 3، K 3 4 - نمک خون زرد = Fe 4 3 آبی پروس (رسوب آبی تیره)

ب) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 تیوسیانات Fe(III) (محلول قرمز خون)