Темір таза күйінде оңай өңделетін икемді сұр металл болып табылады. Дегенмен, адамдар үшін Fe элементі көміртегімен және металл қорытпаларының - болат пен шойынның пайда болуына мүмкіндік беретін басқа қоспалармен үйлесімде неғұрлым практикалық. 95% - дәл осы планетада өндірілетін барлық металл өнімдерінің негізгі элементі ретінде темір бар.

Темір: тарих

Адам жасаған алғашқы темір бұйымдарын ғалымдар б.з.б. е., және зерттеулер оларды өндіру үшін 5-30 пайыздық никельмен сипатталатын метеорлық темір пайдаланылғанын көрсетті. Бұл қызық, бірақ адамзат Fe-ны балқыту арқылы алуды меңгергенше, темір алтыннан да жоғары бағаланды. Бұл мыс пен қоладан гөрі берік және сенімді болат құралдар мен қару-жарақ жасау үшін әлдеқайда қолайлы екендігімен түсіндірілді.

Ежелгі римдіктер алғашқы шойын алуды үйренді: олардың пештері руданың температурасын 1400oC-қа дейін көтере алатын, ал шойын үшін 1100-1200oС жеткілікті болатын.Кейіннен олар сондай-ақ таза болатты, балқу температурасын алды. ол, белгілі болғандай, Цельсий бойынша 1535 градус.

Fe химиялық қасиеттері

Темір немен әрекеттеседі? Темір оттегімен әрекеттеседі, ол оксидтердің пайда болуымен бірге жүреді; оттегі бар сумен; күкірт және тұз қышқылдарымен:

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

Сондай-ақ темір күшті тотықтырғыштардың балқымалары болған жағдайда ғана сілтілермен әрекеттеседі. Темір қалыпты температурада тотықтырғыштармен әрекеттеспейді, бірақ ол жоғарылағанда әрқашан әрекеттесе бастайды.

Темірді құрылыста қолдану

Бүгінгі күні құрылыс индустриясында темірді пайдалануды асыра бағалау мүмкін емес, өйткені металл конструкциялары кез келген заманауи ғимараттың негізі болып табылады. Бұл аймақта Fe қарапайым болаттарда, шойындарда және соғылған шойындарда қолданылады. Бұл элемент сыни құрылымдардан анкерлік болттар мен шегелерге дейін барлық жерде кездеседі.

Болаттан жасалған құрылыс конструкцияларының құрылысы әлдеқайда арзан, сонымен қатар құрылыстың жоғары қарқыны туралы айтуға болады. Бұл құрылыста темірді пайдалануды айтарлықтай арттырады, ал өнеркәсіптің өзі Fe негізіндегі жаңа, тиімдірек және сенімді қорытпаларды қолдануды қолға алады.

Темірдің өнеркәсіпте қолданылуы

Шойын мен оның қорытпаларын – шойын мен болатты пайдалану қазіргі станок жасаудың, ұшақ жасаудың, прибор жасаудың және басқа да құрал-жабдықтарды жасаудың негізі болып табылады. Fe цианидтері мен оксидтерінің арқасында бояу және лак өнеркәсібі жұмыс істейді, темір сульфаттары суды тазартуда қолданылады. Fe+C негізіндегі қорытпаларды қолданбай ауыр өнеркәсіпті мүлдем елестету мүмкін емес. Бір сөзбен айтқанда, темір алмастырылмайтын, бірақ сонымен бірге қол жетімді және салыстырмалы түрде арзан металл, оның қорытпаларының бір бөлігі ретінде қолданылу аясы шексіз.

Темірдің медицинада қолданылуы

Әрбір ересек адамда 4 грамға дейін темір болатыны белгілі. Бұл элемент ағзаның жұмыс істеуі үшін, атап айтқанда қан айналымы жүйесінің денсаулығы үшін (эритроциттердегі гемоглобин) өте маңызды. Темір тапшылығы анемиясының дамуын болдырмау үшін Fe деңгейін жоғарылататын көптеген темір негізіндегі дәрілер бар.

Темір- өнеркәсіпте және күнделікті өмірде пайдалану іс жүзінде ешқандай шекарасы жоқ металл. Темірдің әлемдік металл өндірісіндегі үлесі шамамен 95% құрайды. Оны пайдалану, кез келген басқа материал сияқты, белгілі бір қасиеттермен анықталады.

Темір адамзат өркениетінің дамуында үлкен рөл атқарды. Қарабайыр адамдар темір құралдарды біздің дәуірімізге дейінгі бірнеше мыңжылдықтарда қолдана бастады. Ол кезде бұл металдың жалғыз көзі Жерге құлаған метеориттер болды, олардың құрамында жеткілікті таза темір бар. Бұл көптеген халықтар арасында темірдің көктегі пайда болуы туралы аңыздардың пайда болуына себеп болды.

2 мыңжылдықтың ортасында. Египетте темір рудаларынан темір алу игерілді. Бұл адамзат тарихында тас және қола дәуірлерін алмастырған темір дәуірінің басталуы болды деп есептеледі. Алайда, осыдан 3-4 мың жыл бұрын Солтүстік Қара теңіз аймағының тұрғындары – киммерийлер батпақ кенінен темір балқытқан.

Темір бүгінгі күнге дейін өз маңызын жойған жоқ. Бұл заманауи технологияның ең маңызды металы. Төмен беріктікке байланысты темір таза түрінде іс жүзінде қолданылмайды. Дегенмен, күнделікті өмірде болат немесе шойын өнімдері жиі «темір» деп аталады. Өйткені, маңызды құрылымдық материалдар - болаттар мен шойындар - темір мен көміртектің қорытпалары. Олардан алуан түрлі бұйымдар жасалады.

Князь Владимир ескерткішінің сегіз қырлы тұғыры кірпіштен тұрғызылған және шойынмен қапталған.

Брюссельдегі атомның алып құрылымының прототипі темір кристалдық тордың үлгісі болды. Қайта құрудан кейін Atomium қайтадан жұртшылық үшін ашық. Әрбір 240 м2 шардың түпнұсқа жабыны 720 үшбұрышты алюминий пластиналарынан жасалған. Енді олардың орнына тот баспайтын болаттан жасалған 48 тақтайша ауыстырылды.

Сонымен қатар, темір никель сияқты басқа металдар негізіндегі қорытпалардың құрамдас бөлігі болуы мүмкін. Магниттік қорытпалардың құрамында темір де бар.

Жоғары және төмен температураға, вакуумға және жоғары қысымға төтеп бере алатын темір негізіндегі материалдар жасалады. Олар агрессивті ортаға, айнымалы кернеуге, радиоактивті сәулеленуге және т.б.

Темір және оның қорытпаларының өндірісі үнемі өсіп келеді. Бұл материалдар әмбебап, технологиялық жетілдірілген, қол жетімді және көп мөлшерде арзан. Темірдің шикізат базасы айтарлықтай үлкен. Темір рудасының барланған қоры кемінде екі ғасырға жетеді. Сондықтан темір ұзақ уақыт өркениеттің «іргетасы» болып қала бермек.

Темір ежелден Египетте, Месопотамияда және Үндістанда көркем материал ретінде қолданылған. Орта ғасырлардан бері темір қорытпаларынан жасалған көптеген жоғары көркем бұйымдар сақталған. Қазіргі суретшілер де темір қорытпаларын кеңінен пайдаланады. Сайттан алынған материал

Көптеген көркем бұйымдардың ішінде украиндық шеберлердің өнер туындысы «Мерцалов пальмасы» назардан тыс қалмайды. Оны 1886 жылы Юзовский металлургиялық зауытында Алексей Мерцалов соққан. Ол Нижний Новгородтағы Бүкілресейлік өнеркәсіп және өнер көрмесінің Гран-приіне лайық деп танылды. 1900 жылы «Пальма Мерцалова» Юзовский зауытының экспозициясының бөлігі ретінде Париждегі Дүниежүзілік көрмеде жоғары марапатқа ие болды.

Ал 21 ғасырда. Темірді пайдаланбайтын саланы табу қиын. Оның маңыздылығы көптеген металл функцияларының химия өнеркәсібі жасаған синтетикалық материалдарға ауысуымен де төмендеген жоқ.

Сабақтың мақсаттары:

• темірдің тотығу дәрежесіне және тотықтырғыштың табиғатына байланысты оның физикалық және химиялық қасиеттері туралы түсінік қалыптастыру;
• оқушылардың теориялық ой-өрісін және оның құрылымы туралы білім негізінде заттың қасиеттерін болжау қабілеттерін дамыту;
• талдау, салыстыру, жалпылау, жүйелеу сияқты операциялардың тұжырымдамалық ойлауын дамыту;
• объективтілік, жинақылық пен анықтық, өзін-өзі бақылау және белсенділік сияқты ойлау қасиеттерін дамыту.

Сабақтың мақсаттары:

• «Атом құрылысы» тақырыбы бойынша оқушылардың білімдерін пысықтау;
• оқушылардың оқу тапсырмасын қоюдан соңғы нәтижеге дейінгі ұжымдық жұмысын ұйымдастыру (сабаққа тірек сызбасын құрастыру);
• «Металдар» тақырыбы бойынша материалды қорытындылау және темірдің қасиеттері мен оның қолданылуын қарастыру;
• темірдің химиялық қасиеттерін зерттеу бойынша жұппен өздік зерттеу жұмысын ұйымдастыру;
• сабақта оқушылардың өзара бақылауын ұйымдастыру.

Сабақтың түрі:жаңа материалды меңгерту.

Реагенттер мен жабдықтар:

• үтік (ұнтақ, табақ, қағаз қыстырғыш),
• күкірт,
• тұз қышқылы,
• мыс (II) сульфаты
• темір кристалдық тор,
• ойын плакаттары,
• магнит,
• тақырып бойынша иллюстрациялар таңдауы,
• пробиркалар,
• алкоголь шамы,
• сіріңкелер,
• жанғыш заттарды жағуға арналған қасық,
• географиялық карталар.

Сабақтың құрылымы

1. Кіріспе бөлім.
2. Жаңа материалды меңгерту.
3. Үй тапсырмасы туралы хабарлама.
4. Оқыған материалды бекіту.

Сабақтар кезінде

1. Кіріспе бөлім

Ұйымдастыру уақыты.

Оқушылардың қолжетімділігін тексеру.

Сабақтың тақырыбы туралы хабарлама. Тақырыпты тақтаға және оқушылардың дәптеріне жазып алу.

2. Жаңа материалды меңгеру

- Бүгінгі сабағымыздың тақырыбы қандай болады деп ойлайсыңдар?

1. Темірдің пайда болуыадамзат өркениетінде темір дәуірінің басталуын белгіледі.

Ежелгі адамдар темірді кенден алуды әлі білмеген кезде қайдан алды? Шумер тілінен аударғанда темір – «аспаннан түскен, көктен түскен» металл. Адамзат алғаш рет кездескен темір метеориттерден алынған темір болды. «Темір тастардың аспаннан түсетінін» алғаш рет 1775 жылы орыс ғалымы П.С. Петербургке салмағы 600 кг жергілікті темір метеорит блогын әкелген сарай. Ең үлкен темір метеорит – 1920 жылы Оңтүстік-Батыс Африкада табылған, салмағы 60 тоннаға жуық «Гоба» метеориті.Тутанхамонның қабірін еске түсірейік: алтын, алтын. Керемет жұмыс қуантады, жылтырлығы көзді таң қалдырады. Бірақ міне, К.Керрам «Құдайлар, қабірлер, ғалымдар» кітабында Тутанхамонның кішкентай темір тұмары туралы былай деп жазады: «Тұмар Египеттің ең ертедегі бұйымдарының бірі болып табылады және ... сыйымдылығы дерлік толтырылған қабірде. алтын, дәл осы қарапайым олжа мәдени тарих тұрғысынан ең үлкен құндылыққа ие болды ». Перғауынның қабірінен тек бірнеше темір бұйымдар табылды, олардың арасында Хорус құдайының темір тұмары, темір жүзі мен алтын сабы бар кішкентай қанжар және «Урс» шағын темір нәжіс болды.

Ғалымдар шойын мен болат өнеркәсібінің пайда болған жері Хет тайпалары өмір сүрген Кіші Азия елдері болған деп болжайды. Темір Еуропаға Кіші Азиядан біздің дәуірімізге дейінгі 1 мыңжылдықта келді; Еуропада темір дәуірі осылай басталды.

Атақты дамаск болаты (немесе дамаск болаты) Шығыста Аристотель заманында (б.з.б. IV ғ.) жасалған. Бірақ оны жасау технологиясы ғасырлар бойы құпия сақталды.

Мен басқа бір мұңды армандадым
Сұр Дамаск болаты туралы.
Мен болаттың қалай шыңдалғанын көрдім
Жас құлдардың бірі сияқты
Олар оны таңдады, тамақтандырды,
Сондықтан оның еті күш алады.
Мерзімін күтті
Содан кейін қызыл-ыстық жүз
Олар бұлшық еттің ішіне кірді,
Дайын пышақ шығарылды.
Болаттан күшті, Шығыс көрмеген,
Болаттан күшті, қайғыдан ащы.

Дамаск болат қаттылығы мен серпімділігі өте жоғары болат болғандықтан, одан жасалған бұйымдар қайраған кезде күңгірт болмайтын қасиеті бар. Дамаск болатының сырын ашқан ресейлік металлург П.П. Аносов. Ол белгілі бір температураға дейін қыздырылған техникалық майдың арнайы ерітіндісінде ыстық болатты өте баяу салқындатты; Салқындату процесінде болат соғылды.

(Сызбаларды көрсету.)

Темір – күміс сұр түсті металл	Темір – күміс сұр түсті металл
Бұл шегелер темірден жасалған	Болат автомобиль өнеркәсібінде қолданылады
Болат медициналық аспаптар жасау үшін қолданылады	Болат локомотив жасау үшін қолданылады
	Барлық металдар коррозияға ұшырайды
Барлық металдар коррозияға ұшырайды

2. Темірдің PSHEM-дегі орны.

Біз темірдің PSCEM-дегі орнын, ядроның зарядын және атомдағы электрондардың таралуын анықтаймыз.

3. Темірдің физикалық қасиеттері.

– Темірдің қандай физикалық қасиеттерін білесіңдер?

Темір – күмістей ақ түсті металл, балқу температурасы 1539 o C. Ол өте икемді, сондықтан оңай өңделеді, соғылады, илемделеді, штампталады. Темірдің магниттелу және магнитсіздену қабілеті бар, сондықтан ол әртүрлі электр машиналары мен құрылғыларында электромагниттік өзек ретінде қолданылады. Оған үлкен беріктік пен қаттылықты термиялық және механикалық әдістермен, мысалы, шынықтыру және илемдеу арқылы беруге болады.

Химиялық таза және коммерциялық таза темір бар. Техникалық таза темір негізінен төмен көміртекті болат болып табылады, оның құрамында 0,02-0,04% көміртегі, одан да аз оттегі, күкірт, азот және фосфор бар. Химиялық таза темірдің құрамында 0,01%-дан аз қоспалар бар. Химиялық таза темір -күміс сұр, жылтыр металл, сыртқы түрі платинаға өте ұқсас. Химиялық таза темір коррозияға төзімді (коррозия деген не екенін есте сақтаңыз? Коррозиялық шегенің демонстрациясы) және қышқылдарға жақсы қарсы тұрады. Дегенмен, аз мөлшердегі қоспалар оны осы асыл қасиеттерден айырады.

4. Темірдің химиялық қасиеттері.

Металдардың химиялық қасиеттері туралы білімдеріңізге сүйене отырып, темірдің қандай химиялық қасиеттері болады деп ойлайсыз?

Эксперименттерді көрсету.

• Темірдің күкіртпен әрекеттесуі.

Практикалық жұмыс.

• Темірдің тұз қышқылымен әрекеттесуі.
• Темірдің мыс (II) сульфатымен әрекеттесуі.

5. Темірді қолдану.

Сұрақтар бойынша әңгіме:

– Темірдің табиғатта таралуы қандай деп ойлайсыңдар?

Темір - табиғатта кең таралған элементтердің бірі. Жер қыртысында оның массалық үлесі 5,1% құрайды, бұл көрсеткіш бойынша ол оттегі, кремний және алюминийден кейін екінші орында. Аспан денелерінде де темірдің көп мөлшері спектрлік талдау арқылы анықталады. Луна автоматты станциясы жеткізген ай топырағының үлгілерінде темір тотықпаған күйде табылды.

Темір рудалары жер бетінде өте кең таралған. Оралдағы таулардың атаулары өз алдына: Высокая, Магнитная, Железная. Агрохимиктер топырақтан темір қосылыстарын табады.

– Темір табиғатта қандай күйде кездеседі?

Темір көптеген тау жыныстарының құрамдас бөлігі болып табылады. Темір алу үшін құрамында темірі 30-70% және одан жоғары темір рудалары қолданылады. Негізгі темір рудалары: магнетит – Fe 3 O 4 құрамында 72% темір бар, кен орындары Оңтүстік Оралда, Курск магниттік аномалиясында кездеседі; гематит - Fe 2 O 3 құрамында 65% дейін темір бар, мұндай кен орындары Кривой Рог облысында кездеседі; лимонит – Fe 2 O 3 * nH 2 O құрамында 60% дейін темір бар, кен орындары Қырымда кездеседі; пирит - FeS 2 құрамында шамамен 47% темір бар, кен орындары Оралда кездеседі. (Контурлық картамен жұмыс).

– Темірдің адам мен өсімдіктер өміріндегі маңызы қандай?

Биохимиктер темірдің өсімдіктер, жануарлар және адамдар өміріндегі маңызды рөлін анықтады. Гемоглобин деп аталатын өте күрделі органикалық қосылыстың бөлігі бола отырып, темір бұл заттың қызыл түсін анықтайды, ал ол адам мен жануарлардың қанының түсін анықтайды. Ересек адамның денесінде 3 г таза темір бар, оның 75% гемоглобиннің бір бөлігі. Гемоглобиннің негізгі рөлі - өкпеден тіндерге оттегін тасымалдау, ал кері бағытта - СО 2.

Өсімдіктерге де темір қажет. Ол цитоплазманың бір бөлігі болып табылады және фотосинтез процесіне қатысады. Құрамында темірі жоқ субстратта өсірілген өсімдіктердің ақ жапырақтары бар. Субстратқа кішкене темір қосылып, олар жасылға айналады. Оның үстіне ақ парақты құрамында темірі бар тұз ерітіндісімен жағу керек, көп ұзамай жағылған жер жасылға айналады.

Сонымен, сол себепті - шырындар мен тіндерде темірдің болуы - өсімдіктердің жапырақтары көңілді жасылға айналады және адамның беті қызарып кетеді.

Адамзат пайдаланатын металдардың шамамен 90% -ы темір негізіндегі қорытпалар. Дүние жүзінде көптеген темір балқытылады, басқа металдарды айтпағанда, алюминийден шамамен 50 есе көп. Темір негізіндегі қорытпалар әмбебап, технологиялық жағынан жетілдірілген, қолжетімді және арзан. Темір әлі де ұзақ уақыт өркениеттің негізі болады.

3. Үйге арналған материалды жариялау

14, мысалы. No 6, 8, 9 (О.С. Габриелянның «Химия 9», 2003 ж. оқулығына арналған жұмыс дәптері негізінде).

4. Оқыған материалды бекіту

1. Тақтада жазылған тірек сызбаны пайдаланып, қорытынды жасаңыз: темір дегеніміз не және оның қасиеттері қандай?
2. Графикалық диктант (алдын ала 8 кесіндіге бөлінген және диктант сұрақтарына сәйкес нөмірленген түзу сызық сызылған парақтарды дайындаңыз. Сегментте дұрыс деп саналатын позицияның нөмірін «^» белгісімен белгілеңіз).

1 нұсқа.

1. Темір - реактивті сілтілі металл.
2. Темірді соғу оңай.
3. Темір қола қорытпасының бөлігі болып табылады.
4. Темір атомының сыртқы энергетикалық деңгейінде 2 электрон бар.
5. Темір сұйылтылған қышқылдармен әрекеттеседі.
6. Галогендермен +2 тотығу дәрежесі бар галогенидтер түзеді.
7. Темір оттегімен әрекеттеспейді.
8. Темірді балқытылған темір тұзын электролиздеу арқылы алуға болады.

1	2	3	4	5	6	7	8

2-нұсқа.

1. Темір – күмістей ақ түсті металл.
2. Темірдің магниттелу қабілеті жоқ.
3. Темір атомдары тотықтырғыш қасиет көрсетеді.
4. Темір атомының сыртқы энергетикалық деңгейінде 1 электрон бар.
5. Темір мысты оның тұздарының ерітінділерінен ығыстырып шығарады.
6. Галогендермен +3 тотығу дәрежесі бар қосылыстар түзеді.
7. Күкірт қышқылының ерітіндісімен темір (III) сульфатын түзеді.
8. Темір тот баспайды.

1	2	3	4	5	6	7	8

Тапсырманы орындағаннан кейін оқушылар жұмыстарын алмасып, тексереді (жұмыстардың жауаптары тақтаға ілінеді, немесе проектор арқылы көрсетіледі).

Белгілеу критерийлері:

• «5» – 0 қате,
• «4» – 1-2 қате,
• «3» – 3-4 қате,
• «2» – 5 немесе одан да көп қателер.

Қолданылған кітаптар

1. Габриелян О.С. Химия 9 сынып. – М.: Тоқаш, 2001 ж.
2. Габриелян О.С. Мұғалімдерге арналған кітап. – М.: Тоқаш, 2002 ж.
3. Габриелян О.С. Химия 9 сынып. Жұмыс дәптері. – М.: Тоқаш, 2003 ж.
4. Білім саласы. Еңбектердің жинағы. 3-шығарылым. – М.: МГИУ, 2002 ж.
5. Малышкина В. Көңілді химия. – Санкт-Петербург, «Тригон», 2001 ж.
6. Бағдарламалық және әдістемелік материалдар. Химия 8-11 сыныптар. – М.: Тоқаш, 2001 ж.
7. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Үйде оқуға арналған химиядан кітап. – М.: Химия, 1995 ж.
8. Мен химия сабағына барамын. Мұғалімдерге арналған кітап. – М.: «Бірінші қыркүйек», 2000 ж.

Қолданбалар

Сіз мұны білесіз бе?

Темір - өмірдің маңызды элементтерінің бірі. Қанның құрамында темір бар және дәл осы қанның түсін анықтайды, сонымен қатар оның негізгі қасиеті - оттегін байланыстыру және босату мүмкіндігі. Бұл қабілетке гемоглобин молекуласының құрамдас бөлігі – гем – күрделі қосылыс ие. Гемоглобиннен басқа, біздің денемізде миоглобиндегі темір де бар, бұл бұлшықеттерде оттегін сақтайтын ақуыз. Құрамында темірі бар ферменттер де бар.

Үндістандағы Делиге жақын маңда оның жасы 2800 жылға жуық болса да, тот сызығы жоқ темір бағана бар. Бұл биіктігі жеті метрдей, салмағы 6,5 тоннаға жететін әйгілі Құтуб бағанасы.Бағандағы жазу оның 9 ғасырда салынғанын көрсетеді. BC e. Темірдің тот басуы – темір метагидроксидінің түзілуі – оның ауадағы ылғалмен және оттегімен әрекеттесуімен байланысты.

Бірақ бұл реакция темірде әртүрлі қоспалар, ең алдымен көміртегі, кремний және күкірт болмаған кезде болмайды. Колонна өте таза металдан жасалған: колоннадағы темір 99,72% болып шықты. Бұл оның беріктігі мен коррозияға төзімділігін түсіндіреді.

1934 жылы Mining Journal журналында «Жердегі тот басу арқылы темір мен болатты жақсарту» мақаласы шықты. Топырақта тот басу арқылы темірді болатқа айналдыру әдісі адамдарға ерте заманнан белгілі. Мысалы, Кавказдағы черкестер жолақ темірді жерге көміп, оны 10-15 жылдан кейін қазып алып, одан қылыштарын соғып алды, олар тіпті мылтық ұңғысын, қалқанын немесе жаудың сүйектерін кесіп өтетін.

Гематит

Гематит немесе қызыл темір кені – біздің заманымыздың негізгі металлының негізгі кені – темір. Ондағы темір мөлшері 70% жетеді. Гематит ұзақ уақыт бойы белгілі. Вавилонда және Ежелгі Египетте ол зергерлік бұйымдарда, мөрлерді жасау үшін қолданылған және халцедонмен бірге ойылған тас ретінде сүйікті материал ретінде қызмет еткен. Ескендір Зұлқарнайынның гематитпен көмкерілген сақинасы болды, ол оны шайқаста қорғансыз етеді деп есептеді. Ежелгі дәуірде және орта ғасырларда гематит қанды тоқтататын дәрі ретінде белгілі болды. Бұл минералдан алынған ұнтақ ежелгі дәуірден бері алтын және күміс бұйымдарына қолданылған.

Минералдың атауы грек тілінен шыққан егжей– қан, ол осы минерал ұнтағының шие немесе балауыз-қызыл түсімен байланысты.

Минералдың маңызды ерекшелігі - түсті тұрақты сақтау және оны кем дегенде гематиттің аздаған қоспасы бар басқа минералдарға беру мүмкіндігі. Исаак соборының гранит бағандарының қызғылт түсі дала шпаттарының түсі, олар өз кезегінде майда дисперсті гематитпен боялған. Елорданың метро станцияларын әрлеуде пайдаланылған яшманың көркем өрнектері, Қырымның қызғылт сары және қызғылт түсті карнелиялары, тұз қабаттарындағы сильвит пен карналлиттің маржан қызыл қабаттары - барлығы гематитке байланысты.

Қызыл бояу бұрыннан гематиттен жасалған. 15-20 мың жыл бұрын жасалған барлық атақты фрескалар – Альтамира үңгірінің тамаша бизоны және әйгілі Кейп үңгіріндегі мамонттар – қоңыр темір оксидтері мен гидроксидтері арқылы жасалған.

Магнетит

Магнетит немесе магнитті темір рудасы – құрамында 72% темір бар минерал. Бұл ең бай темір кені. Бұл минералдың таңғаларлық қасиеті - оның табиғи магнетизмі - оның ашылған қасиеті.

Рим ғалымы Плиний хабарлағандай, магнетит грек шопан Магнестің атымен аталған. Магнес өз отарын өзеннің үстіндегі төбенің жанында бақты. Фессалиядағы индустар. Кенет тырнақпен қапталған сандалдар мен ұшы темір таяқты тұтас сұр тастан жасалған тау өзіне қарай тартты. Магнетит минералы өз кезегінде магнитке, магнит өрісіне және Аристотель заманынан бүгінгі күнге дейін мұқият зерттелген магнетизмнің бүкіл жұмбақ құбылысына өз атын берді.

Бұл минералдың магниттік қасиеттері бүгінгі күнге дейін, ең алдымен, кен орындарын іздеу үшін қолданылады. Курск магниттік аномалиясы (КМА) аймағында бірегей темір кен орындары осылайша ашылды. Минерал ауыр: алманың көлеміндей магнетит үлгісінің салмағы 1,5 кг.

Ежелгі уақытта магнетит барлық емдік қасиеттермен және кереметтер жасау қабілетімен қамтамасыз етілген. Ол жаралардан металды алу үшін пайдаланылды, ал Иван Грозный басқа тастармен бірге өзінің байлықтарының арасында оның ерекше кристалдарын сақтады.

Пирит – от тәрізді минерал

Пирит - оны көргенде: «Шынымен солай болды ма?» деп айқайлағыңыз келетін минералдардың бірі. Қолдан жасалған бұйымдарда, пирит кристалдарында бізді таң қалдыратын кесу мен жылтыратудың ең жоғары класы табиғаттың жомарт сыйы екеніне сену қиын.

Пирит өз атауын гректің «pyros» - от сөзінен алады, ол болат заттармен соқтығысқан кезде ұшқын шығару қасиетімен байланысты. Бұл әдемі минерал өзінің алтын түсімен және әрдайым дерлік анық шеттерде жарқын жылтырлығымен таң қалдырады. Өзінің қасиеттеріне байланысты пирит көне заманнан бері белгілі және алтын шапшаңдық эпидемиялары кезінде кварц тамырындағы пирит ұшқындары бір емес, бірнеше ыстық басына айналды. Тіпті қазірдің өзінде жаңадан шыққан тас әуесқойлары пиритті алтынға жиі қателеседі.

Пирит - барлық жерде кездесетін минерал: ол магмадан, булар мен ерітінділерден, тіпті шөгінділерден әр жолы белгілі бір формалар мен комбинацияларда түзіледі. Бірнеше ондаған жылдар ішінде шахтаға құлаған кеншінің денесі пиритке айналғаны белгілі. Пиритте темір көп – 46,5%, бірақ оны алу қымбат және тиімсіз.

Темір - белгілі химиялық элемент. Ол орташа химиялық белсенділіктегі металдарға жатады. Біз осы мақалада темірдің қасиеттері мен қолданылуын қарастырамыз.

Табиғатта таралуы

Құрамында темір бар минералдардың өте көп саны бар. Ең алдымен, бұл магнетит. Ол жетпіс екі пайыз темірден тұрады. Оның химиялық формуласы Fe 3 O 4. Бұл минерал магнитті темір рудасы деп те аталады. Оның ашық сұр түсі бар, кейде қара сұр, тіпті қара, металл жылтырлығы бар. Оның ТМД елдері арасындағы ең ірі кен орны Оралда орналасқан.

Темір мөлшері жоғары келесі минерал гематит болып табылады - ол осы элементтің жетпіс пайызынан тұрады. Оның химиялық формуласы Fe 2 O 3. Оны қызыл темір кені деп те атайды. Оның түсі қызыл-қоңырдан қызыл-сұрға дейін өзгереді. ТМД елдеріндегі ең ірі кен орны Кривой Рогта орналасқан.

Құрамында темір бар үшінші минерал - лимонит. Мұнда темір жалпы массаның алпыс пайызын құрайды. Бұл кристалды гидрат, яғни су молекулалары оның кристалдық торына тоқылған, оның химиялық формуласы Fe 2 O 3 .H 2 O. Аты айтып тұрғандай, бұл минерал сары-қоңыр, кейде қоңыр түсті болады. Бұл табиғи очердің негізгі компоненттерінің бірі және пигмент ретінде қолданылады. Оны қоңыр темір кені деп те атайды. Ең үлкен жерлер - Қырым мен Орал.

Сидерит, шпат темір рудасы деп аталатын, қырық сегіз пайыз темірден тұрады. Оның химиялық формуласы FeCO 3. Оның құрылымы гетерогенді және бір-бірімен байланысқан түрлі түсті кристалдардан тұрады: сұр, бозғылт жасыл, сұр-сары, қоңыр-сары және т.б.

Табиғатта темірдің жоғары мөлшері бар соңғы жиі кездесетін минерал - пирит. Оның келесі химиялық формуласы бар: FeS 2. Оның құрамында жалпы массаның қырық алты пайызы темір бар. Күкірт атомдарының арқасында бұл минерал алтын-сары түске ие.

Талқыланған минералдардың көпшілігі таза темір алу үшін қолданылады. Сонымен қатар, гематит табиғи тастардан зергерлік бұйымдар жасауда қолданылады. Пирит қосындылары лапис лазули зергерлік бұйымдарында болуы мүмкін. Сонымен қатар, темір табиғатта тірі организмдерде кездеседі - ол жасушалардың маңызды құрамдастарының бірі болып табылады. Бұл микроэлемент адам ағзасына жеткілікті мөлшерде жеткізілуі керек. Темірдің емдік қасиеттері көбінесе бұл химиялық элемент гемоглобиннің негізі болып табылатындығына байланысты. Сондықтан темірді пайдалану қанның күйіне, демек, тұтастай алғанда бүкіл денеге жақсы әсер етеді.

Темір: физикалық және химиялық қасиеттері

Осы екі үлкен бөлімді ретімен қарастырайық. темір - оның сыртқы түрі, тығыздығы, балқу температурасы және т.б. Яғни, физикамен байланысты заттың барлық ерекше белгілері. Темірдің химиялық қасиеттері оның басқа қосылыстармен әрекеттесу қабілеті болып табылады. Біріншілерден бастайық.

Темірдің физикалық қасиеттері

Қалыпты жағдайда оның таза түрінде ол қатты зат болып табылады. Оның күміс-сұр түсі және айқын металл жылтырлығы бар. Темірдің механикалық қасиеттері төрт (орташа) қаттылық деңгейін қамтиды. Темір жақсы электр және жылу өткізгіштікке ие. Соңғы мүмкіндікті суық бөлмедегі темір затты ұстау арқылы сезінуге болады. Бұл материал жылуды тез өткізетіндіктен, оның көп бөлігін қысқа уақыт ішінде теріңізден алып тастайды, сондықтан сіз суық сезінесіз.

Егер сіз, мысалы, ағашты ұстасаңыз, оның жылу өткізгіштігі әлдеқайда төмен екенін байқайсыз. Темірдің физикалық қасиеттеріне оның балқу және қайнау температуралары жатады. Біріншісі - 1539 градус, екіншісі - 2860 градус Цельсий. Темірдің сипатты қасиеттері жақсы икемділік пен балқығыштық деп қорытынды жасауға болады. Бірақ бұл бәрі емес.

Сондай-ақ темірдің физикалық қасиеттеріне оның ферромагнетизмі жатады. Бұл не? Магниттік қасиеттерін біз күн сайын практикалық мысалдарда байқайтын темір - осындай ерекше ерекше қасиетке ие жалғыз металл. Бұл бұл материалдың магнит өрісінің әсерінен магниттелуге қабілетті екендігімен түсіндіріледі. Ал соңғысының әрекеті аяқталғаннан кейін магниттік қасиеті енді ғана қалыптасқан темір ұзақ уақыт бойы магнит болып қалады. Бұл құбылысты осы металдың құрылымында қозғалуға қабілетті көптеген бос электрондардың болуымен түсіндіруге болады.

Химиялық тұрғыдан

Бұл элемент активтілігі орташа металдарға жатады. Бірақ темірдің химиялық қасиеттері барлық басқа металдарға тән (электрохимиялық қатардағы сутегінің оң жағында орналасқандардан басқа). Ол заттардың көптеген кластарымен әрекеттесуге қабілетті.

Қарапайымдардан бастайық

Феррум оттегімен, азотпен, галогендермен (йод, бром, хлор, фтор), фосфор және көміртекпен әрекеттеседі. Ең алдымен оттегімен реакцияларды қарастыру керек. Темірді өртеген кезде оның оксидтері түзіледі. Реакция жағдайларына және екі қатысушы арасындағы пропорцияларға байланысты олар әртүрлі болуы мүмкін. Мұндай әрекеттесудің мысалы ретінде келесі реакция теңдеулерін келтіруге болады: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. Ал темір оксидінің қасиеттері (физикалық және химиялық) оның түріне байланысты әртүрлі болуы мүмкін. Мұндай реакциялар жоғары температурада жүреді.

Келесі нәрсе - азотпен әрекеттесу. Ол сондай-ақ жылыту жағдайында ғана пайда болуы мүмкін. Егер алты моль темір мен бір моль азот алсақ, екі моль темір нитриді шығады. Реакция теңдеуі келесідей болады: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

Фосформен әрекеттескенде фосфид түзіледі. Реакцияны жүргізу үшін келесі компоненттер қажет: үш моль темір үшін - бір моль фосфор, нәтижесінде бір моль фосфид түзіледі. Теңдеуді былай жазуға болады: 3Fe + P = Fe 3 P.

Сонымен қатар, қарапайым заттармен реакциялардың ішінде күкіртпен әрекеттесуді де ажыратуға болады. Бұл жағдайда сульфидті алуға болады. Бұл заттың қалыптасу процесі жүретін принцип жоғарыда сипатталғандарға ұқсас. Дәлірек айтқанда, қосу реакциясы пайда болады. Осы түрдегі барлық химиялық әрекеттесулер ерекше жағдайларды, негізінен жоғары температураны, сирек катализаторларды қажет етеді.

Темір мен галогендер арасындағы реакциялар химия өнеркәсібінде де жиі кездеседі. Бұл хлорлау, бромдау, йодтау, фторлау. Реакциялардың атауларынан көрініп тұрғандай, бұл тиісінше хлор/бромид/йодид/фторид түзу үшін темір атомдарына хлор/бром/йод/фтор атомдарын қосу процесі. Бұл заттар әртүрлі салаларда кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, феррум жоғары температурада кремниймен біріктіруге қабілетті. Темірдің әртүрлі химиялық қасиеттеріне байланысты ол химия өнеркәсібінде жиі қолданылады.

Темір және күрделі заттар

Қарапайым заттардан молекулалары екі немесе одан да көп әртүрлі химиялық элементтерден тұратын заттарға көшеміз. Бірінші айта кететін нәрсе - темірдің сумен реакциясы. Бұл жерде темірдің негізгі қасиеттері пайда болады. Суды қыздырғанда, ол темірмен бірге түзіледі (оны осылай атайды, өйткені ол бір сумен әрекеттескенде гидроксид, басқаша айтқанда, негіз түзеді). Сонымен, егер сіз екі компоненттің бір мольін алсаңыз, темір диоксиді мен сутегі сияқты заттар өткір иісі бар газ түрінде - сондай-ақ бір молярлық пропорцияда түзіледі. Реакцияның бұл түрінің теңдеуін былай жазуға болады: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Осы екі компоненттің араласқан пропорцияларына байланысты темірдің ди- немесе триоксидін алуға болады. Бұл заттардың екеуі де химия өнеркәсібінде өте кең таралған және көптеген басқа салаларда да қолданылады.

Қышқылдармен және тұздармен

Темір металдардың электрохимиялық белсенділік қатарында сутегінің сол жағында орналасқандықтан, ол бұл элементті қосылыстардан ығыстыруға қабілетті. Бұған темірді қышқылға қосқанда байқалатын орын ауыстыру реакциясы мысал бола алады. Мысалы, орташа концентрациядағы темір мен сульфат қышқылын (күкірт қышқылы деп те аталады) бірдей молярлық пропорцияда араластырсаңыз, нәтижесінде темір (II) сульфаты мен сутегі бірдей молярлық пропорцияда болады. Мұндай реакция теңдеуі келесідей болады: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

Тұздармен әрекеттескенде темірдің тотықсыздандырғыш қасиеті пайда болады. Яғни, оны тұздан белсенділігі төмен металды бөліп алу үшін қолдануға болады. Мысалы, бір моль және бірдей мөлшерде темір алсаңыз, бірдей молярлық пропорцияда темір (II) сульфаты мен таза мысты алуға болады.

Ағза үшін маңызы

Жер қыртысында кең тараған химиялық элементтердің бірі – темір. Біз бұған дейін қарадық, енді оған биологиялық тұрғыдан қарайық. Феррум жасушалық деңгейде де, бүкіл ағза деңгейінде де өте маңызды функцияларды орындайды. Ең алдымен, темір гемоглобин сияқты ақуыздың негізі болып табылады. Ол оттегін қан арқылы өкпеден барлық ұлпаларға, мүшелерге, дененің әрбір жасушасына, ең алдымен мидың нейрондарына тасымалдау үшін қажет. Сондықтан темірдің пайдалы қасиеттерін асыра бағалау мүмкін емес.

Қан түзілуіне әсер етумен қатар, темір қалқанша безінің толық жұмыс істеуі үшін де маңызды (бұл кейбіреулердің пікірінше, йодты ғана қажет етпейді). Темір сонымен қатар жасушаішілік метаболизмге қатысады және иммунитетті реттейді. Феррум әсіресе бауыр жасушаларында өте көп мөлшерде кездеседі, өйткені ол зиянды заттарды бейтараптандыруға көмектеседі. Ол сондай-ақ біздің ағзамыздағы көптеген ферменттердің негізгі компоненттерінің бірі болып табылады. Адамның күнделікті рационында осы микроэлемент оннан жиырма миллиграмға дейін болуы керек.

Темірге бай тағамдар

Олардың көпшілігі бар. Олар өсімдік және жануар текті. Біріншісі – жарма, бұршақ, жарма (әсіресе қарақұмық), алма, саңырауқұлақ (ақ), кептірілген жемістер, итмұрын, алмұрт, шабдалы, авокадо, асқабақ, бадам, құрма, қызанақ, брокколи, қырыққабат, көкжидек, қаражидек, балдыркөк, т.б.екіншілері – бауыр мен ет. Жүктілік кезінде темірі жоғары тағамдарды тұтыну әсіресе маңызды, өйткені дамып келе жатқан ұрықтың денесі толық өсу мен даму үшін осы микроэлементтің көп мөлшерін қажет етеді.

Денедегі темір тапшылығының белгілері

Темірдің денеге тым аз түсуінің белгілері - шаршау, қолдар мен аяқтардың үнемі мұздауы, депрессия, шаш пен тырнақтың сынуы, интеллектуалдық белсенділіктің төмендеуі, ас қорыту жүйесінің бұзылуы, төмен өнімділік және қалқанша безінің дисфункциясы. Егер сіз осы белгілердің бірнешеуін байқасаңыз, диетаңызда темірі бар тағамдардың мөлшерін көбейту немесе құрамында темірі бар витаминдер немесе тағамдық қоспаларды сатып алу қажет болуы мүмкін. Сондай-ақ, осы белгілердің кез келгенін тым өткір сезінсеңіз, дәрігермен кеңесу керек.

Темірдің өнеркәсіпте қолданылуы

Темірдің қолданылуы мен қасиеттері бір-бірімен тығыз байланысты. Өзінің ферромагниттік қасиетіне байланысты ол магниттерді – тұрмыстық мақсаттағы әлсіздері де (сувенирлік тоңазытқыш магниттері және т.б.) және өнеркәсіптік мақсаттағы күштіректерді жасау үшін қолданылады. Қарастырылып отырған металдың беріктігі мен қаттылығы жоғары болғандықтан, ол ежелден қару-жарақ, сауыт-сайман және басқа да әскери және тұрмыстық құралдар жасау үшін қолданылған. Айтпақшы, тіпті Ежелгі Египетте метеорит темірі белгілі болды, оның қасиеттері қарапайым металдан жоғары болды. Бұл ерекше темір Ежелгі Римде де қолданылған. Одан элиталық қарулар жасалды. Метеорит металынан жасалған қалқан немесе қылыш тек өте бай және асыл адамның иелігінде болуы мүмкін.

Жалпы, біз осы мақалада қарастыратын металл осы топтағы барлық заттардың ішінде ең әмбебап болып табылады. Одан ең алдымен болат пен шойын жасалады, олар өнеркәсіпте де, күнделікті тұрмыста да қажетті өнімнің барлық түрін өндіруге пайдаланылады.

Шойын - бұл темір мен көміртектің қорытпасы, онда соңғысы 1,7-ден 4,5 пайызға дейін болады. Егер екіншісі 1,7 пайыздан аз болса, онда мұндай қорытпа болат деп аталады. Егер композицияда көміртектің шамамен 0,02 пайызы болса, онда бұл қарапайым техникалық темір. Қорытпада көміртектің болуы оған үлкен беріктік, ыстыққа төзімділік және тотқа төзімділік беру үшін қажет.

Сонымен қатар, болат қоспалар ретінде көптеген басқа химиялық элементтерді қамтуы мүмкін. Бұған марганец, фосфор және кремний кіреді. Сондай-ақ, мұндай қорытпаға белгілі бір қасиеттер беру үшін хром, никель, молибден, вольфрам және басқа да көптеген химиялық элементтерді қосуға болады. Трансформаторлық болаттар ретінде құрамында кремнийдің көп мөлшері (шамамен төрт пайыз) бар болат түрлері қолданылады. Құрамында марганеці көп (он екі-он төрт пайызға дейін) темір жолдарға, диірмендерге, ұсақтағыштарға және бөліктері тез тозуға ұшырайтын басқа құралдарға арналған бөлшектерді жасауда қолданылады.

Ыстыққа төзімді болу үшін қорытпаға молибден қосылады, мұндай болаттар аспаптық болаттар ретінде қолданылады. Сонымен қатар, күнделікті өмірде пышақ және басқа да тұрмыстық құралдар түрінде жиі қолданылатын тот баспайтын болаттарды алу үшін қорытпаға хром, никель, титан қосу керек. Ал соққыға төзімді, берік, иілгіш болат алу үшін оған ванадий қосса жеткілікті. Композицияға ниобийді қосу арқылы коррозияға және химиялық агрессивті заттарға жоғары төзімділікке қол жеткізуге болады.

Мақаланың басында айтылған магнетит минералы қатты дискілерді, жад карталарын және осы типтегі басқа құрылғыларды өндіру үшін қажет. Магниттік қасиеттеріне байланысты темірді трансформаторларда, қозғалтқыштарда, электронды бұйымдарда және т.б. табуға болады.Сонымен қатар темірді басқа металдардың қорытпаларына үлкен беріктік пен механикалық тұрақтылық беру үшін қосуға болады. Бұл элементтің сульфаты зиянкестермен күресу үшін көгалдандыруда қолданылады (мыс сульфатымен бірге).

Олар суды тазарту үшін таптырмас. Сонымен қатар, магнетит ұнтағы қара және ақ принтерлерде қолданылады. Пириттің негізгі қолданылуы одан күкірт қышқылын алу болып табылады. Бұл процесс зертханалық жағдайда үш кезеңде жүреді. Бірінші кезеңде темір оксиді мен күкірт диоксиді алу үшін темір пириті жағылады. Екінші кезеңде күкірт диоксидінің оның триоксидіне айналуы оттегінің қатысуымен жүреді. Ал соңғы кезеңде алынған зат катализаторлардың қатысуымен өтеді, сол арқылы күкірт қышқылы түзіледі.

Темір алу

Бұл металл негізінен оның екі негізгі минералынан өндіріледі: магнетит және гематит. Бұл темірді оның қосылыстарынан кокс түріндегі көміртегімен тотықсыздандыру арқылы жасалады. Бұл температура Цельсий бойынша екі мың градусқа жететін домна пештерінде жасалады. Сонымен қатар темірді сутегімен тотықсыздандыру әдісі бар. Ол үшін домна пешінің болуы міндетті емес. Бұл әдісті жүзеге асыру үшін арнайы сазды алып, оны ұсақталған кенмен араластырып, шахталы пеште сутегімен өңдейді.

Қорытынды

Темірдің қасиеттері мен қолданылуы әртүрлі. Бұл біздің өміріміздегі ең маңызды металл болуы мүмкін. Адамзатқа белгілі бола отырып, ол сол кезде барлық құралдарды, сондай-ақ қару-жарақ жасау үшін негізгі материал болған қоланың орнын алды. Болат пен шойын өзінің физикалық қасиеттері мен механикалық әсерге төзімділігі жағынан мыс пен қалайы қорытпасынан көп жағынан жоғары.

Сонымен қатар, темір көптеген басқа металдарға қарағанда біздің планетамызда көбірек. ол жер қыртысында бес пайызға жуық. Бұл табиғатта ең көп таралған төртінші химиялық элемент. Сондай-ақ, бұл химиялық элемент жануарлар мен өсімдіктердің денесінің қалыпты жұмыс істеуі үшін өте маңызды, ең алдымен гемоглобин оның негізінде салынған. Темір маңызды микроэлемент болып табылады, оны тұтыну денсаулықты сақтау және органдардың қалыпты жұмыс істеуі үшін маңызды. Жоғарыда айтылғандардан басқа, бұл бірегей магниттік қасиеттерге ие жалғыз металл. Біздің өмірімізді темірсіз елестету мүмкін емес.

Темір негізгі құрылымдық материал болып табылады. Металл барлық жерде қолданылады - зымырандар мен суасты қайықтарынан ас құралдары мен соғылған темір гриль әшекейлеріне дейін. Көбінесе бұған табиғаттағы элемент ықпал етеді. Дегенмен, оның нақты себебі - оның беріктігі мен беріктігі.

Бұл мақалада біз темірді металл ретінде сипаттап, оның пайдалы физикалық және химиялық қасиеттерін көрсетеміз. Темірді неліктен қара металл деп атайтынын және оның басқа металдардан айырмашылығын бөлек айтамыз.

Бір қызығы, темір метал немесе бейметалл деген сұрақ әлі де кейде туындайды. Темір – Д.И.Менделеев кестесінің 4 периодының 8-топ элементі. Молекулярлық салмағы 55,8, бұл айтарлықтай жоғары.

Бұл күміс-сұр металл, өте жұмсақ, иілгіш және магниттік қасиетке ие. Шындығында, таза темір өте сирек кездеседі және пайдаланылады, өйткені металл химиялық белсенді және әртүрлі реакцияларға ұшырайды.

Бұл бейне сізге темірдің не екенін айтады:

Тұжырымдама және ерекшеліктері

Темір әдетте металдың барлық дерлік қасиеттерін сақтайтын қоспалардың аздаған үлесі бар қорытпа деп аталады - 0,8% дейін. Бұл тіпті бұл опция кең таралған емес, болат пен шойын. Олар өз атауын алды - қара металл, темір, немесе дәлірек айтқанда, бірдей шойын мен болат - руданың түсі - қара түсті арқасында.

Бүгінгі таңда темір қорытпалары қара металдар деп аталады: болат, шойын, феррит, сонымен қатар марганец, кейде хром.

Темір - өте кең таралған элемент. Жер қыртысындағы құрамы жағынан ол 4-орында, оттегінен төмен және. Жердің ядросында темірдің 86%, ал мантияда тек 14% бар. Теңіз суында зат өте аз – 0,02 мг/л дейін, өзен суында аздап көп – 2 мг/л дейін.

Темір әдеттегі металл, сонымен қатар өте белсенді. Ол сұйылтылған және концентрлі қышқылдармен әрекеттеседі, бірақ өте күшті тотықтырғыштардың әсерінен темір қышқылының тұздарын түзе алады. Ауада темір тез арада оксидті қабықпен жабылып, одан әрі реакцияға жол бермейді.

Дегенмен, ылғал болған кезде тотық пленкасының орнына тот пайда болады, ол бос құрылымына байланысты одан әрі тотығуды болдырмайды. Бұл ерекшелік, ылғал болған кезде коррозия, темір қорытпаларының негізгі кемшілігі болып табылады. Айта кету керек, қоспалар коррозияны тудырады, ал химиялық таза металл суға төзімді.

Маңызды параметрлер

Таза металдан жасалған шойын өте икемді, оңай соғылған және құйылуы қиын. Дегенмен, көміртектің кішкене қоспалары оның қаттылығы мен сынғыштығын айтарлықтай арттырады. Бұл қасиет қола құралдарды темірге ығыстыру себептерінің бірі болды.

• Егер темір қорытпаларын және ежелгі әлемде белгілі болғандарды салыстыратын болсақ, коррозияға төзімділігі жағынан да, демек, беріктігі жағынан да анық. Алайда, жаппай масштаб қалайы шахталарының таусылуына әкелді. Және ол айтарлықтай аз болғандықтан, бұрынғы металлургтердің алдында ауыстыру мәселесі тұрды. Ал темір қоланы ауыстырды. Соңғысы болат пайда болған кезде толығымен ауыстырылды: қола қаттылық пен серпімділіктің мұндай үйлесімін қамтамасыз етпейді.
• Темір кобальтпен темір триадасын құрайды. Элементтердің қасиеттері өте жақын, сыртқы қабаттың бірдей құрылымы бар аналогтарына қарағанда жақынырақ. Барлық металдардың тамаша механикалық қасиеттері бар: оларды оңай өңдеуге, илемдеуге, тартуға, соғуға және штамптауға болады. Кобальт темірге қарағанда аз реактивті және коррозияға төзімді. Дегенмен, бұл элементтердің аз мөлшері оларды темір сияқты кеңінен қолдануға мүмкіндік бермейді.
• Қолдану аймағы бойынша аппараттық құралдардың негізгі «бәсекелесі» болып табылады. Бірақ шын мәнінде, екі материалдың да мүлдем басқа қасиеттері бар. Ол темірдей берік емес, ол оңай тартылмайды және соғуға болмайды. Екінші жағынан, металдың салмағы әлдеқайда жеңіл, бұл құрылымды әлдеқайда жеңіл етеді.

Темірдің электр өткізгіштігі өте орташа, ал алюминий бұл көрсеткіште күміс пен алтыннан кейін екінші орында. Темір ферромагниттік, яғни магнит өрісі болмаған кезде магниттелуді сақтайды және магнит өрісіне тартылады.

Мұндай әртүрлі қасиеттер қолданудың мүлдем басқа салаларына әкеледі, сондықтан құрылыс материалдары өте сирек «күреседі», мысалы, жиһаз өндірісінде, алюминий профилінің жеңілдігі болаттың беріктігіне қарама-қайшы келеді.

Темірдің артықшылықтары мен кемшіліктері төменде талқыланады.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

Басқа құрылымдық металдармен салыстырғанда темірдің басты артықшылығы оның көптігі және балқытудың салыстырмалы жеңілдігі болып табылады. Бірақ пайдаланылған темір мөлшерін ескере отырып, бұл өте маңызды фактор.

Артықшылықтары

Металлдың артықшылықтарына басқа да қасиеттер жатады.

• Серпімділікті сақтай отырып, беріктік пен қаттылық - біз химиялық таза темір туралы емес, қорытпалар туралы айтып отырмыз. Сонымен қатар, бұл қасиеттер болаттың маркасына, термиялық өңдеу әдісіне, өндіру әдісіне және т.б. байланысты айтарлықтай өзгереді.
• Болаттар мен ферриттердің әртүрлілігі кез келген тапсырма үшін материалды жасауға және таңдауға мүмкіндік береді - көпір жақтауынан кесетін құралға дейін. Өте аз қоспаларды қосу арқылы көрсетілген қасиеттерді алу мүмкіндігі әдеттен тыс үлкен артықшылық болып табылады.
• Өңдеудің қарапайымдылығы әртүрлі түрдегі бұйымдарды алуға мүмкіндік береді: шыбықтар, құбырлар, пішінді бұйымдар, арқалықтар, қаңылтыр және т.б.
• Темірдің магниттік қасиеттері металдың магниттік жетектерді өндірудегі негізгі материал болып табылатындығы.
• Қорытпалардың құны, әрине, құрамға байланысты, бірақ әлі де көптеген түсті қорытпаларға қарағанда, беріктік сипаттамалары жоғары болса да, айтарлықтай төмен.
• Темірдің иілгіштігі материалды өте жоғары сәндік мүмкіндіктермен қамтамасыз етеді.

Кемшіліктер

Темір қорытпаларының кемшіліктері айтарлықтай.

• Ең алдымен, бұл коррозияға төзімділіктің жеткіліксіздігі. Болаттың арнайы түрлері - тот баспайтын болат - бұл пайдалы сапаға ие, бірақ сонымен бірге әлдеқайда қымбат. Көбінесе металл жабынның көмегімен қорғалады - металл немесе полимер.
• Темір электр энергиясын сақтауға қабілетті, сондықтан оның қорытпаларынан жасалған бұйымдар электрохимиялық коррозияға ұшырайды. Аспаптар мен станоктардың, құбырлардың корпустары қандай да бір түрде қорғалуы керек - катодтық қорғаныс, құрбандық қорғанысы және т.б.
• Металл ауыр, сондықтан темір құрылымдар құрылыс объектісіне - ғимаратқа, теміржол вагонына, теңіз кемесіне айтарлықтай салмақ түсіреді.

Құрамы және құрылымы

Темір бір-бірінен тор параметрлері мен құрылымы бойынша ерекшеленетін 4 түрлі модификацияда болады. Фазалардың болуы балқыту үшін өте маңызды, өйткені бұл фазалық ауысулар және олардың легирленген элементтерге тәуелділігі осы әлемдегі металлургиялық процестердің ағынын қамтамасыз етеді. Сонымен, біз келесі кезеңдер туралы айтып отырмыз:

• α фазасы +769 С дейін тұрақты және денеге бағытталған текше торы бар. α фазасы ферромагниттік, яғни магнит өрісі болмаған кезде магниттелуді сақтайды. 769 С температура металл үшін Кюри нүктесі болып табылады.
• β-фаза +769 С-тан +917 С-қа дейін бар. Модификацияның құрылымы бірдей, бірақ тордың параметрлері біршама ерекшеленеді. Бұл жағдайда магниттік қасиеттерден басқа физикалық қасиеттердің барлығы дерлік сақталады: темір парамагниттік болады.
• γ фазасы +917-ден +1394 C-қа дейінгі диапазонда пайда болады. Оның беттік орталықтандырылған текше торы бар.
• δ фазасы +1394 С температурада бар және денеге бағытталған текше торға ие.

Сондай-ақ жоғары қысымда, сондай-ақ белгілі бір элементтермен допинг нәтижесінде пайда болатын ε-модификациясы бар. ε фазасы тығыз орналасқан алтыбұрышты торға ие.

Бұл бейнеде темірдің физикалық және химиялық қасиеттері туралы айтылады:

Қасиеттер мен сипаттамалар

Оның тазалығына көп нәрсе байланысты. Химиялық таза темір мен қарапайым техникалық, одан да легирленген болат қасиеттерінің айырмашылығы өте маңызды. Әдетте, физикалық сипаттамалар қоспалар үлесі 0,8% техникалық темір үшін берілген.

Зиянды қоспаларды легирленген қоспалардан ажырату қажет. Біріншісі - күкірт пен фосфор, мысалы, қаттылықты немесе механикалық төзімділікті арттырмай, қорытпаға сынғыштық береді. Болаттағы көміртегі бұл параметрлерді арттырады, яғни бұл пайдалы компонент.

• Темірдің тығыздығы (г/см3) белгілі бір дәрежеде фазаға байланысты. Осылайша, α-Fe тығыздығы 7,87 г/куб. см қалыпты температурада және 7,67 г/кк. см +600 С. γ-фазаның тығыздығы төмен – 7,59 г/куб. см, ал δ-фаза одан да аз – 7,409 г/кк.
• Заттың балқу температурасы +1539 С. Темір – орташа балқитын металл.
• Қайнау температурасы – +2862 С.
• Беріктік, яғни жүктемелердің әртүрлі түрлеріне төзімділік - қысым, кернеу, иілу болаттың, шойынның және ферриттің әрбір маркасы үшін реттеледі, сондықтан бұл көрсеткіштер туралы жалпы айту қиын. Осылайша, жоғары жылдамдықты болат 2,5-2,8 ГПа иілу күші бар. Ал қарапайым техникалық темірдің бірдей параметрі 300 МПа.
• Мох шкаласы бойынша қаттылық 4-5. Арнайы болаттар мен химиялық таза темір әлдеқайда жоғары өнімділікке қол жеткізеді.
• Меншікті электр кедергісі 9,7·10-8 Ом·м. Темір токты мыс немесе алюминийден әлдеқайда нашар өткізеді.
• Жылу өткізгіштігі де осы металдарға қарағанда төмен және фазалық құрамға байланысты. 25 С температурада 74,04 Вт/(м К), 1500 С температурада 31,8 [Вт/(м К)] болады.
• Темір қалыпты және жоғары температурада жақсы соғылған. Шойын мен болат құйылуы мүмкін.
• Затты биологиялық инертті деп атауға болмайды. Дегенмен, оның уыттылығы өте төмен. Бұл, алайда, элементтің белсенділігімен емес, адам ағзасының оны жақсы сіңіре алмауымен байланысты: максимум қабылданған дозаның 20% құрайды.

Темірді қоршаған ортаға әсер ететін зат ретінде жіктеуге болмайды. Дегенмен, қоршаған ортаға негізгі зиян оның қалдықтарынан емес, өйткені темір өте тез тот басады, бірақ өндіріс қалдықтары - қож мен газдар бөлінеді.

Өндіріс

Темір - өте кең таралған элемент, сондықтан ол үлкен шығындарды қажет етпейді. Кен орындары ашық әдіспен де, шахталық әдіспен де игеріледі. Шын мәнінде, барлық тау-кен рудаларында темір бар, бірақ металдың үлесі жеткілікті үлкен болғандар ғана игеріледі. Бұл бай кендер – темір үлесі 74%-ға дейінгі қызыл, магнитті және қоңыр темір рудалары, орташа мөлшері бар рудалар – мысалы, марказит және темір үлесі кемінде 26% төмен сұрыпты кендер – сидерит.

Бай кен бірден комбинатқа жөнелтіледі. Құрамы орташа және төмен тау жыныстары байытылған.

Темір қорытпаларын алудың бірнеше әдістері бар. Әдетте, кез келген болатты балқыту шойын өндіруді қамтиды. Оны домна пешінде 1600 С температурада балқытады. Шихта – агломерат, түйіршіктер, флюспен бірге пешке тиеледі және ыстық ауамен үрленеді. Бұл жағдайда металл ериді және кокс жанып кетеді, бұл қажетсіз қоспаларды жағуға және шлактарды бөлуге мүмкіндік береді.

Болат өндіру үшін әдетте ақ шойын пайдаланылады - онда көміртегі темірмен химиялық қосылыспен байланысады. Ең көп таралған 3 әдіс:

• ошақ – көміртекті азайту мақсатында кен және сынықтар қосылған балқытылған шойын 2000 С балқытады. Қосымша ингредиенттер, егер бар болса, балқыманың соңында қосылады. Осылайша ең жоғары сапалы болат алынады.
• оттегі түрлендіргіші неғұрлым өнімді әдіс болып табылады. Пеште шойынның қалыңдығы 26 кг/кв қысыммен ауамен үрленеді. Қараңыз: болаттың қасиеттерін жақсарту үшін оттегі мен ауа қоспасын немесе таза оттегін пайдалануға болады;
• электрлік балқыту – арнайы легирленген болаттарды алу үшін жиі қолданылады. Шойын 2200 С температурада электр пешінде күйдіріледі.

Болатты тікелей әдіспен де алуға болады. Ол үшін құрамында темірі жоғары түйіршіктерді шахталы пешке тиеп, 1000 С температурада сутегімен тазартады. Соңғысы темірді оксидтен аралық сатысыз төмендетеді.

Қара металлургияның ерекшелігіне байланысты не құрамында белгілі бір темір бар руда, не дайын өнімдер – шойын, болат, феррит сатылады. Олардың бағасы айтарлықтай өзгереді. 2016 жылы бай, элементтердің мөлшері 60%-дан астам темір рудасының орташа құны тоннасына $50 құрайды.

Болаттың құны көптеген факторларға байланысты, бұл кейде бағаның көтерілуі мен төмендеуін мүлдем болжау мүмкін емес етеді. 2016 жылдың күзінде балқытудың таптырмас қатысушысы кокстелетін көмір бағасының бірдей күрт өсуіне байланысты арматура мен ыстық және суықтай илектелген болаттың құны күрт өсті. Қараша айында еуропалық компаниялар тоннасына 500 еуродан ыстықтай илектелген болат орамдарды ұсынады.

Қолдану саласы

Темір мен темір қорытпаларын қолдану аясы орасан зор. Металл пайдаланылмайтын жерде көрсету оңайырақ.

• Құрылыс - көпірдің жүк көтергіш жақтауынан пәтердегі сәндік каминнің жақтауына дейін рамалардың барлық түрлерінің құрылысы әртүрлі маркалы болатсыз жасай алмайды. Құрылыста фитингтер, штангалар, I-арқалықтар, арналар, бұрыштар, құбырлар: мүлде барлық пішінді және секциялық бұйымдар қолданылады. Бұл қаңылтырға да қатысты: шатыр жабыны одан жасалған және т.б.
• Машина жасау - беріктігі мен тозуға төзімділігі бойынша болатпен салыстыруға болатын өте аз, сондықтан машиналардың басым көпшілігінің корпус бөліктері болаттан жасалған. Әсіресе жабдық жоғары температура мен қысым жағдайында жұмыс істеуі керек жағдайларда.
• Құралдар – легірлеуші ​​элементтердің және қатайтудың көмегімен металға алмазға жақын қаттылық пен беріктік беруге болады. Жоғары жылдамдықты болаттар кез келген өңдеу құралдарының негізі болып табылады.
• Электротехникада темірді пайдалану шектелген, дәлірек айтқанда, қоспалар оның электрлік қасиеттерін айтарлықтай нашарлатады, олар қазірдің өзінде төмен. Бірақ металл электр жабдықтарының магниттік бөліктерін өндіруде таптырмас.
• Құбыр құбыры - болат пен шойыннан кез келген түрдегі және түрдегі коммуникациялар: жылу, сумен жабдықтау жүйелері, газ құбырлары, соның ішінде магистральдық желілер, электр кабельдерінің қабықтары, мұнай құбырлары және т.б. Мұндай орасан зор жүктемелер мен ішкі қысымға тек болат төтеп бере алады.
• Тұрмыстық қолданыс – болат барлық жерде қолданылады: арматура мен ас құралдарынан темір есіктер мен құлыптарға дейін. Металлдың беріктігі мен тозуға төзімділігі оны алмастырылмайтын етеді.

Темір және оның қорытпалары беріктік, беріктік және тозуға төзімділікті біріктіреді. Сонымен қатар, металды өндіру салыстырмалы түрде арзан, бұл оны қазіргі заманғы ұлттық экономика үшін таптырмас материал етеді.

Бұл бейнеде түсті және ауыр қара металдармен темір қорытпалары туралы айтылады:

Темір ерте замандарда белгілі болған, бірақ ол табиғатта өте сирек кездесетіндіктен, еркін күйде және оны рудалардан өндіру белгілі бір технологиялық даму деңгейінде ғана мүмкін болғандықтан, ол әлдеқайда кейінірек кеңінен қолданыла бастады. Мүмкін, адам алғаш рет Метеорит Темірмен танысты, оны ежелгі халықтардың тілдеріндегі атаулары дәлелдейді: ежелгі мысырлық «бени-пет» «аспандағы темір» дегенді білдіреді; Ежелгі грек тіліндегі sideros латын тіліндегі sidus (т. sideris) – жұлдыз, аспан денесімен байланысты. 14 ғасырдағы хет мәтіндерінде. e. Темір аспаннан түскен металл ретінде айтылады. Роман тілдерінде римдіктер берген атау түбірі сақталған (мысалы, француз фер, итальяндық ферро).

Кендерден темір алу әдісі Батыс Азияда біздің дәуірімізге дейінгі 2 мыңжылдықта ойлап табылған. д.; бұдан кейін темірді пайдалану Вавилонға, Мысырға және Грецияға тарады; Қола дәуірінің орнына темір дәуірі келді. Гомер (Илиаданың 23-әнінде) Ахиллестің диск лақтыру жарысында жеңімпазға темірден жасалған дискі сыйлағанын айтады. Еуропада және Ежелгі Ресейде көптеген ғасырлар бойы темір ірімшік жасау арқылы алынды. Темір рудасы шұңқырға салынған ұстаханада көмірмен азайтылды; Ұстаға сильфонмен ауа жіберілді, балғамен соққылар арқылы редукциялық өнім, крица қождан бөлініп, одан әртүрлі бұйымдар соғылды. Үрлеу әдістері жетілдіріліп, ошақтың биіктігі өскен сайын процестің температурасы көтеріліп, темірдің бір бөлігі көмірлендірілді, яғни шойын алынды; бұл салыстырмалы түрде нәзік өнім өндіріс қалдықтары болып саналды. Шойынның атауы «шойын», «шойын» - ағылшын. шойын. Кейіннен ұстаханаға темір рудасынан гөрі шойын тиегенде көміртекті темір қыртысының да алынатыны, ірімшік үрлеуге қарағанда мұндай екі сатылы процесс тиімдірек болып шыққаны байқалды. 12-13 ғасырларда айқайлау әдісі қазірдің өзінде кең таралған.

14 ғасырда шойын одан әрі өңдеуге арналған жартылай өнім ретінде ғана емес, әртүрлі бұйымдарды құюға арналған материал ретінде де балқытыла бастады. Ошақты шахталы пешке («домница»), сосын домна пешіне айналдыру да сол уақыттан басталады. 18 ғасырдың ортасында болат өндіруге арналған тигель процесі Еуропада қолданыла бастады, ол Сирияда ерте орта ғасырларда белгілі болды, бірақ кейінірек ұмытылды. Бұл әдіспен болат жоғары отқа төзімді массадан шағын ыдыстарда (тигельдерде) металл шихтасын балқыту арқылы өндірілді. 18 ғасырдың соңғы ширегінде шойынның шойынға айналуының отты жаңғырық пештің ошағында лужа процесі дами бастады. 18-19 ғасырдың басындағы өнеркәсіптік революция, бу машинасының ойлап табылуы, темір жолдардың, үлкен көпірлердің және бу флотының салынуы темір мен оның қорытпаларына үлкен қажеттілікті тудырды. Дегенмен, темір өндірудің барлық қолданыстағы әдістері нарық сұранысын қанағаттандыра алмады. Болаттың жаппай өндірісі 19 ғасырдың ортасында Бессемер, Томас және мартен процестері дамыған кезде ғана басталды. 20 ғасырда жоғары сапалы болат өндіретін электрлік болат балқыту процесі пайда болды және кең тарады.

Темірдің табиғатта таралуы.Литосферадағы құрамы бойынша (масса бойынша 4,65%) темір металдар арасында екінші орында (алюминий бірінші орында). Ол 300-ге жуық минералды (оксидтер, сульфидтер, силикаттар, карбонаттар, титанаттар, фосфаттар, т.б.) түзіп, жер қыртысында қарқынды қоныс аударады. Темір магмалық, гидротермиялық және супергендік процестерге белсенді қатысады, олар әртүрлі типтегі темір кен орындарының түзілуімен байланысты. Темір – жер қойнауындағы металл, ол магманың кристалдануының бастапқы кезеңдерінде, ультранегізді (9,85%) және негіздік (8,56%) жыныстарда (граниттерде ол бар болғаны 2,7%) жиналады. Биосферада темір көптеген теңіз және континенттік шөгінділерде жиналып, шөгінді кендер түзеді.

Темірдің геохимиясында маңызды рөлді тотығу-тотықсыздану реакциялары атқарады – 2 валентті темірдің 3 валентті темірге ауысуы және керісінше. Биосферада органикалық заттардың қатысуымен Fe 3+ Fe 2+ дейін тотықсызданады және оңай қоныс аударады, ал атмосфералық оттегімен кездескенде Fe 2+ тотығады, темір темір гидроксидтерінің жинақталуын түзеді. Темірдің кең таралған қосылыстары қызыл, сары және қоңыр. Бұл көптеген шөгінді жыныстардың түсін және олардың атауын анықтайды - «қызыл формация» (қызыл және қоңыр саздар мен саздар, сары құмдар және т.б.).

Темірдің физикалық қасиеттері.Темірдің заманауи технологиядағы маңыздылығы оның табиғатта кең таралуымен ғана емес, сонымен қатар өте құнды қасиеттердің жиынтығымен де анықталады. Ол пластиктен жасалған, суықта да, қыздырылған күйде де оңай соғылған, оны илеуге, штамптауға және тартуға болады. Көміртекті және басқа элементтерді еріту қабілеті әртүрлі темір қорытпаларын алу үшін негіз болады.

Темір екі кристалдық тор түрінде болуы мүмкін: α- және γ-денеге центрленген текше (bcc) және бет центрленген текше (fcc). 910°C-тан төмен, bcc торы бар α-Fe тұрақты (20°C кезінде a = 2,86645Å). 910 °C және 1400 °C аралығында fcc торымен γ модификациясы тұрақты (a = 3,64 Å). 1400°C жоғары, bcc торы δ-Fe (a = 2,94Å) балқу температурасына дейін тұрақты (1539°C) қайтадан түзіледі. α-Fe 769 °C дейін ферромагниттік (Кюри нүктесі). γ-Fe және δ-Fe модификациялары парамагниттік болып табылады.

Шойын мен болаттың қыздыру және салқындату кезіндегі полиморфты түрленуін 1868 жылы Д.К.Чернов ашты. Көміртек Темірмен интерстициалды қатты ерітінділер түзеді, онда кіші атомдық радиусы (0,77 Å) бар С атомдары үлкенірек атомдардан тұратын (атомдық радиусы Fe 1,26 Å) металдың кристалдық торының аралықтарында орналасады. γ-Fe-дегі көміртектің қатты ерітіндісі аустенит, ал α-Fe-де - феррит деп аталады. γ-Fe құрамындағы көміртектің қаныққан қатты ерітіндісі 1130 °C температурада массалық 2,0% С құрайды; α-Fe 723 °C температурада тек 0,02-0,04% C, ал бөлме температурасында 0,01% аз ериді. Сондықтан аустенитті қатайтқанда мартенсит түзіледі - көміртектің α-Fe-дегі аса қаныққан қатты ерітіндісі, өте қатты және сынғыш. Шынықтыру мен шынықтыру комбинациясы (ішкі кернеулерді азайту үшін салыстырмалы түрде төмен температураға дейін қыздыру) болатқа қажетті қаттылық пен икемділік комбинациясын беруге мүмкіндік береді.

Темірдің физикалық қасиеттері оның тазалығына байланысты. Өнеркәсіптік темір материалдарында темір әдетте көміртегі, азот, оттегі, сутегі, күкірт және фосфор қоспаларымен бірге жүреді. Бұл қоспалар өте төмен концентрацияларда да металдың қасиеттерін қатты өзгертеді. Осылайша, күкірт қызыл морттылық деп аталатынды тудырады, фосфор (тіпті 10 -2% P) - суық сынғыштық; көміртек пен азот икемділікті төмендетеді, ал сутегі Темірдің сынғыштығын арттырады (сутегі сынғыштығы деп аталады). Қоспаның құрамын 10 -7 - 10 -9%-ға дейін төмендету металдың қасиеттерінің айтарлықтай өзгеруіне, атап айтқанда иілгіштігінің жоғарылауына әкеледі.

Төменде жалпы қоспасы салмағы бойынша 0,01%-дан аз металға қатысты темірдің физикалық қасиеттері берілген:

Атом радиусы 1,26Å

Иондық радиустар Fe 2+ 0,80Å, Fe 3+ 0,67Å

Тығыздығы (20°C) 7,874 г/см 3

қайнау температурасы шамамен 3200 ° C

Сызықтық кеңеюдің температуралық коэффициенті (20°С) 11,7·10 -6

Жылу өткізгіштік (25°C) 74,04 Вт/(м К)

Темірдің жылу сыйымдылығы оның құрылымына байланысты және температураға байланысты күрделі түрде өзгереді; орташа меншікті жылу сыйымдылығы (0-1000°С) 640,57 Дж/(кг К).

Электр кедергісі (20°С) 9,7 10 -8 Ом м

Электр кедергісінің температуралық коэффициенті (0-100°С) 6,51·10 -3

Янг модулі 190-210 10 3 МН/м 2 (19-21 10 3 кгс/мм 2)

Янг модулінің температуралық коэффициенті 4·10 -6

Ығысу модулі 84,0 10 3 МН/м 2

Қысқа мерзімді созылу беріктігі 170-210 МН/м2

Ұзару 45-55%

Бринелл қаттылығы 350-450 Мн/м2

Шығымдылық күші 100 Мн/м2

Соққыға төзімділігі 300 МН/м2

Темірдің химиялық қасиеттері.Атомның сыртқы электрондық қабатының конфигурациясы 3d 6 4s 2. Темір өзгермелі валенттілікті көрсетеді (2 және 3 валентті темірдің қосылыстары ең тұрақты). Оттегімен темір оксид (II) FeO, оксид (III) Fe 2 O 3 және оксид (II, III) Fe 3 O 4 (шпинель құрылымы бар FeO 2 O 3 қосылысы) түзеді. Ылғалды ауада қарапайым температурада темір борпылдақ тотпен жабылады (Fe 2 O 3 nH 2 O). Кеуектілігіне байланысты тот металға оттегі мен ылғалдың түсуіне кедергі жасамайды, сондықтан оны одан әрі тотығудан қорғамайды. Әр түрлі коррозияның нәтижесінде жыл сайын миллиондаған тонна темір жоғалады. Темірді құрғақ ауада 200 °C-тан жоғары қыздырғанда, ол металды қалыпты температурада коррозиядан қорғайтын жұқа оксидті пленкамен жабылады; бұл темірді қорғаудың техникалық әдісінің негізі - көгерту. Су буында қыздырғанда темір тотығады және Fe 3 O 4 (570 ° C төмен) немесе FeO (570 ° C жоғары) түзеді және сутегін бөледі.

Fe(OH)2 гидроксиді сутегі немесе азот атмосферасындағы Fe2+ тұздарының судағы ерітінділеріне күйдіргіш сілтілер немесе аммиак әсерінен ақ тұнба түрінде түзіледі. Ауамен жанасқанда Fe(OH) 2 алдымен жасыл түске боялады, содан кейін қара түске боялады, соңында тез қызыл-қоңыр гидроксид Fe(OH) 3-ке айналады. FeO оксиді негізгі қасиеттерді көрсетеді. Fe 2 O 3 оксиді амфотерлі және әлсіз қышқылдық қызмет атқарады; негізгі оксидтермен әрекеттесе отырып (мысалы, MgO-мен ферриттерді – Fe 2 O 3 nMeO сияқты қосылыстар түзеді, олар ферромагниттік қасиетке ие және радиоэлектроникада кеңінен қолданылады. Қышқылдық қасиет сонымен қатар құрамында бар алты валентті темірде көрсетіледі. ферраттардың түрі, мысалы, K 2 FeO 4, бос күйде бөлінбейтін темір қышқылының тұздары.

Темір галогендермен және галогенсутектермен оңай әрекеттеседі, FeCl 2 және FeCl 3 хлоридтері сияқты тұздар береді. Темірді күкіртпен қыздырғанда FeS және FeS 2 сульфидтері түзіледі. Темір карбидтері - Fe 3 C (цементит) және Fe 2 C (е-карбид) - салқындаған кезде темірдегі көміртегінің қатты ерітінділерінен тұнба. Fe 3 C сұйық темірдегі көміртегі ерітінділерінен де С жоғары концентрацияда бөлінеді. Азот, көміртегі сияқты, темірмен аралық қатты ерітінділер береді; Олардан Fe 4 N және Fe 2 N нитридтері бөлінеді.Сутегімен темір тек тұрақсыз гидридтерді түзеді, олардың құрамы дәл анықталмаған. Қыздырған кезде темір кремниймен және фосформен қарқынды әрекеттеседі, силицидтер түзеді (мысалы, Fe 3 Si және фосфидтер (мысалы, Fe 3 P).

Кристалды құрылымды құрайтын көптеген элементтері бар темір қосылыстары (O, S және т.б.), өзгермелі құрамға ие (мысалы, моносульфидтегі күкірт мөлшері 50-ден 53,3% дейін өзгеруі мүмкін). Бұл кристалдық құрылымдағы ақауларға байланысты. Мысалы, темір (II) оксидінде тор учаскелеріндегі Fe 2+ иондарының бір бөлігі Fe 3+ иондарымен ауыстырылады; электрлік бейтараптылықты сақтау үшін Fe 2+ иондарына жататын кейбір торлар бос қалады.

Темірдің оның тұздарының сулы ерітінділеріндегі қалыпты электродтық потенциалы Fe = Fe 2+ + 2e реакциясы үшін -0,44 В, ал Fe = Fe 3+ + 3e реакциясы үшін -0,036 В. Осылайша, әрекеттер қатарында Темір сутегінің сол жағында. Н 2 бөлінуімен және Fe 2+ иондарының түзілуімен сұйылтылған қышқылдарда оңай ериді. Темірдің азот қышқылымен әрекеттесуі ерекше. Концентрлі HNO 3 (тығыздығы 1,45 г/см 3) бетінде қорғаныш оксидті қабықтың пайда болуына байланысты темірді пассивтендіреді; көбірек сұйылтылған HNO 3 темірді ерітіп, Fe 2+ немесе Fe 3+ иондарын түзеді, NH 3 немесе N 2 және N 2 O дейін тотықсызданады. Екі валентті темір тұздарының ауадағы ерітінділері тұрақсыз - Fe 2+ біртіндеп Fe 3+ дейін тотығады. Темір тұздарының судағы ерітінділері гидролизге байланысты қышқылдық реакцияға ие. Fe 3+ тұздарының ерітінділеріне SCN- тиоцианат иондарын қосу Fe(SCN) 3 түзілуіне байланысты ашық қан қызыл түс береді, бұл шамамен 10 6-да Fe 3+ 1 бөлігінің болуын анықтауға мүмкіндік береді. су бөліктері. Темір күрделі қосылыстардың түзілуімен сипатталады.

Темір алу.Таза темір салыстырмалы түрде аз мөлшерде оның тұздарының сулы ерітінділерін электролиздеу немесе оның оксидтерін сутегімен тотықсыздандыру арқылы алынады. Жеткілікті таза темірді өндіру оны салыстырмалы түрде төмен температурада сутегімен, табиғи газбен немесе көмірмен руда концентраттарынан тікелей тотықсыздандыру арқылы біртіндеп өсуде.

Темірді қолдану.Темір - заманауи технологияның ең маңызды металы. Күнделікті өмірде болат немесе шойын бұйымдары көбінесе «темір» деп аталады, дегенмен оның таза түрінде темір оның беріктігі төмен болғандықтан іс жүзінде қолданылмайды. Темірдің негізгі бөлігі құрамы мен қасиеттері жағынан өте әр түрлі болатын қорытпалар түрінде қолданылады. Темір қорытпалары барлық металл өнімдерінің шамамен 95% құрайды. Көміртекке бай қорытпалар (салмағы бойынша 2%-дан жоғары) – шойындар – домна пештерінде темірмен байытылған кендерден балқытылады. Мартен және электр пештерінде және конвертерлерде артық көміртекті тотықтыру (жану), зиянды қоспаларды (негізінен S, P, O) кетіру және қосу арқылы әр түрлі маркалы болат (көміртегі салмағы 2%-дан аз) шойыннан балқытылады. легирленген элементтер. Жоғары легирленген болаттар (құрамында никель, хром, вольфрам және басқа элементтер көп) электр доғалық және индукциялық пештерде балқытылады. Ерекше маңызды мақсаттарға арналған болаттар мен темір қорытпаларын өндіру үшін жаңа процестер қолданылады - вакуумда, электрошлакты қайта балқыту, плазмалық және электронды сәулелік балқыту және т.б. Металдың жоғары сапасын және процесті автоматтандыруды қамтамасыз ететін үздіксіз жұмыс істейтін қондырғыларда болат балқыту әдістері әзірленуде.

Темір негізінде жоғары және төмен температураға, вакуум мен жоғары қысымға, агрессивті ортаға, жоғары айнымалы кернеуге, ядролық сәулеленуге т.б. төтеп бере алатын материалдар жасалады. Темір және оның қорытпаларының өндірісі үнемі өсіп келеді.

Темір ежелден Египетте, Месопотамияда және Үндістанда көркем материал ретінде қолданылған. Орта ғасырлардан бастап Еуропа елдерінде (Англия, Франция, Италия, Ресей және т.б.) темірден жасалған көптеген көркем бұйымдар сақталған - соғылған қоршаулар, есік топсалары, қабырға кронштейндері, флюгерлер, кеудеге арналған фитингтер, шамдар. Өзекшелерден жасалған бұйымдар мен перфорацияланған темір қаңылтырлардан жасалған бұйымдар (көбінесе слюда төсемі бар) жалпақ пішіндерімен, айқын сызықты-графикалық силуэтімен ерекшеленеді және жеңіл ауа фонында тиімді көрінеді. 20 ғасырда темір торлар, қоршаулар, ашық ішкі қалқалар, шырағдандар мен ескерткіштер жасау үшін пайдаланылды.

Денедегі темір.Темір барлық жануарлардың денесінде және өсімдіктерде болады (орта есеппен шамамен 0,02%); ол негізінен оттегі алмасуы және тотығу процестері үшін қажет. Оны көп мөлшерде жинақтауға қабілетті организмдер (концентраторлар деп аталатын) бар (мысалы, темір бактериялары - темірдің 17-20% дейін). Жануарлар мен өсімдіктердегі темірдің барлығы дерлік ақуыздармен байланысады. Темір тапшылығы өсімдіктерде өсудің тежелуі мен хлорофилл түзілуінің төмендеуіне байланысты хлорозды тудырады. Артық темір сонымен қатар өсімдіктің дамуына зиянды әсер етеді, мысалы, күріш гүлдерінің стерильділігін және хлорозды тудырады. Сілтілі топырақта өсімдік тамырларымен сіңірілмейтін темір қосылыстары түзіледі, ал өсімдіктер оны жеткілікті мөлшерде алмайды; қышқыл топырақта темір артық мөлшерде еритін қосылыстарға айналады. Топырақта сіңімді темір қосылыстары жетіспесе немесе артық болса, үлкен аумақтарда өсімдік аурулары байқалуы мүмкін.

Темір жануарлар мен адам ағзасына тамақпен бірге түседі (оның ең бай көздері - бауыр, ет, жұмыртқа, бұршақ дақылдары, нан, жарма, шпинат, қызылша). Әдетте адам өз рационында 60-110 мг темір алады, бұл оның күнделікті қажеттілігінен айтарлықтай асып түседі. Тамақтан алынған темірдің сіңуі аш ішектің жоғарғы бөлігінде жүреді, одан қанға белокпен байланысқан күйде түседі және қанмен бірге әртүрлі мүшелер мен тіндерге тасымалданады, онда темір түрінде шөгеді. ақуыз кешені – ферритин. Денедегі темірдің негізгі қоймасы - бауыр мен көкбауыр. Ферритиннің арқасында организмнің барлық темірі бар қосылыстарының синтезі жүреді: тыныс алу пигменті гемоглобин сүйек кемігінде, миоглобин бұлшықеттерде синтезделеді, цитохромдар және басқа да темір бар ферменттер әртүрлі ұлпаларда синтезделеді. Темір организмнен негізінен тоқ ішек қабырғасы арқылы (адамда тәулігіне 6-10 мг шамасында) және аз мөлшерде бүйрек арқылы шығарылады. Дененің темірге деген қажеттілігі жасына және физикалық жағдайына байланысты өзгереді. 1 кг салмаққа балаларға күніне 0,6, ересектерге 0,1 және жүкті әйелдерге 0,3 мг темір қажет. Жануарларда Темірге деген қажеттілік шамамен (1 кг рационның құрғақ затына): сауын сиырларға – кемінде 50 мг, жас малға – 30-50 мг; торайлар үшін – 200 мг дейін, буаз шошқалар үшін – 60 мг.

Адам ағзасында шамамен 5 г темір бар, оның көп бөлігі (70%) қан гемоглобинінің бөлігі болып табылады.

Физикалық қасиеттері

Бос күйінде темір сұр реңкті күмістей ақ түсті металл. Таза темір иілгіш және ферромагниттік қасиетке ие. Іс жүзінде әдетте темір қорытпалары - шойын мен болат қолданылады.

Fe - VIII топшаның тоғыз d-металдарының ең маңызды және ең көп таралған элементі. Кобальт пен никельмен бірге «темір отбасын» құрайды.

Басқа элементтермен қосылыстар түзген кезде көбінесе 2 немесе 3 электрон (В = II, III) пайдаланады.

Темір, VIII топтың барлық дерлік d-элементтері сияқты, топ нөміріне тең жоғары валенттілігін көрсетпейді. Оның максималды валенттілігі VI-ға жетеді және өте сирек кездеседі.

Ең типтік қосылыстарға Fe атомдары +2 және +3 тотығу күйінде болатын қосылыстар жатады.

Темірді алу әдістері

1. Техникалық темір (көміртекпен және басқа қоспалармен легирленген) оның табиғи қосылыстарын келесі схема бойынша карботермиялық тотықсыздандыру арқылы алады:

Қалпына келтіру бірте-бірте жүреді, 3 кезеңде:

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

Осы процестің нәтижесінде пайда болатын шойынның құрамында 2%-дан астам көміртегі бар. Кейіннен шойын құрамында 1,5%-дан аз көміртегі бар болат – темір қорытпаларын өндіру үшін пайдаланылады.

2. Өте таза темір келесі жолдардың бірімен алынады:

а) Fe пентакарбонилінің ыдырауы

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

б) таза FeO-ның сутегімен тотықсыздануы

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

в) Fe +2 тұздарының сулы ерітінділерінің электролизі

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

темір (II) оксалаты

Химиялық қасиеттері

Fe – активтілігі орташа метал және металдарға тән жалпы қасиеттерді көрсетеді.

Бірегей ерекшелігі - ылғалды ауада «тоттану» мүмкіндігі:

Құрғақ ауамен ылғал болмаған жағдайда, темір тек T > 150 ° C температурада айтарлықтай әрекет ете бастайды; күйдіру кезінде Fe 3 O 4 «темір шкаласы» түзіледі:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Темір оттегісіз суда ерімейді. Өте жоғары температурада Fe су буымен әрекеттеседі, сутекті су молекулаларынан ығыстырады:

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

Тот басу механизмі – электрохимиялық коррозия. Тот өнімі жеңілдетілген түрде ұсынылған. Іс жүзінде өзгермелі құрамды оксидтер мен гидроксидтер қоспасының борпылдақ қабаты түзіледі. Al 2 O 3 пленкасынан айырмашылығы, бұл қабат темірді одан әрі жойылудан қорғамайды.

Коррозияның түрлері

Темірді коррозиядан қорғау

1. Жоғары температурада галогендермен және күкіртпен әрекеттесу.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Байланыстың иондық түрі басым болатын қосылыстар түзіледі.

2. Фосформен, көміртегімен, кремниймен әрекеттесуі (темір N2 және Н2-мен тікелей қосылмайды, бірақ оларды ерітеді).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Құрамы өзгермелі заттар түзіледі, мысалы, бертоллидтер (қосылыстарда байланыстың коваленттік сипаты басым)

3. «Тотықтырмайтын» қышқылдармен әрекеттесу (HCl, H 2 SO 4 дил.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Fe сутегінің сол жағындағы белсенділік қатарында орналасқандықтан (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 В), ол қарапайым қышқылдардан H 2 ығыстыруға қабілетті.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

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

4. «Тотықтырғыш» қышқылдармен әрекеттесуі (HNO 3, H 2 SO 4 конц.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Концентрлі HNO 3 және H 2 SO 4 темірді «пассивтейді», сондықтан қарапайым температурада металл оларда ерімейді. Күшті қыздыру кезінде баяу еру жүреді (H 2 шығармайды).

Бөлімде HNO 3 темір ериді, Fe 3+ катиондары түрінде ерітіндіге түседі және қышқыл анион NO*-ға дейін тотықсызданады:

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

HCl және HNO 3 қоспасында өте ериді

5. Сілтілерге қатысы

Fe сілтілердің сулы ерітінділерінде ерімейді. Ол балқыған сілтілермен өте жоғары температурада ғана әрекеттеседі.

6. Белсенділігі аз металдардың тұздарымен әрекеттесу

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

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

7. Газ тәріздес көміртегі тотығымен реакциясы (t = 200°C, P)

Fe (ұнтақ) + 5CO (г) = Fe 0 (CO) 5 темір пентакарбонил

Fe(III) қосылыстары

Fe 2 O 3 - темір (III) оксиді.

Қызыл-қоңыр ұнтақ, n. Р. in H 2 O. Табиғатта – «қызыл темір кені».

Алу әдістері:

1) темір (III) гидроксидінің ыдырауы

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

2) пиритпен атқылау

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

3) нитраттардың ыдырауы

Химиялық қасиеттері

Fe 2 O 3 – амфотерлік белгілері бар негіздік оксид.

I. Негізгі қасиеттері қышқылдармен әрекеттесу қабілетінде көрінеді:

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. Әлсіз қышқылдық қасиеттері. Fe 2 O 3 сілтілердің сулы ерітінділерінде ерімейді, бірақ қатты оксидтермен, сілтілермен және карбонаттармен балқығанда ферриттер түзіледі:

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 – металлургиядағы темір өндіруге арналған шикізат:

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

Fe(OH) 3 - темір (III) гидроксиді

Алу әдістері:

Сілтілердің еритін Fe 3+ тұздарына әсерінен алынған:

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

Дайындау кезінде Fe(OH) 3 қызыл-қоңыр шырышты-аморфты тұнба болып табылады.

Fe(III) гидроксиді ылғалды ауада Fe және Fe(OH) 2 тотығуы кезінде де түзіледі:

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

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

Fe(III) гидроксиді – Fe 3+ тұздарының гидролизінің соңғы өнімі.

Химиялық қасиеттері

Fe(OH) 3 өте әлсіз негіз (Fe(OH) 2-ден әлдеқайда әлсіз). Айтарлықтай қышқылдық қасиеттерді көрсетеді. Осылайша, Fe(OH) 3 амфотерлік сипатқа ие:

1) қышқылдармен реакциялар оңай жүреді:

2) Fe(OH) 3 жаңа тұнба ыстық конс. КОН немесе NaOH ерітінділері гидроксо комплекс түзеді:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

Сілтілік ерітіндіде Fe(OH) 3 ферраттарға дейін тотыға алады (бос күйде бөлінбейтін H 2 FeO 4 темір қышқылының тұздары):

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

Fe 3+ тұздары

Ең практикалық маңыздылары: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - сары қан тұзы = Fe 4 3 Пруссия көк (қара көк тұнба)

б) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 тиоцианат Fe(III) (қан қызыл ерітіндісі)