순수한 형태의 철은 쉽게 가공할 수 있는 연성이 있는 회색 금속입니다. 그러나 인간의 경우 Fe 원소는 강철 및 주철과 같은 금속 합금을 형성하는 탄소 및 기타 불순물과 결합하여 더 실용적입니다. 95% - 이는 지구상에서 생산되는 모든 금속 제품 중 철이 주성분으로 포함되어 있는 양입니다.

철: 역사

인간이 만든 최초의 철 제품은 기원전 4천년에 과학자들에 의해 연대가 결정되었습니다. 즉, 연구에 따르면 니켈 함량이 5-30%인 유성 철이 생산에 사용된 것으로 나타났습니다. 흥미롭지만 인류가 Fe를 제련하여 추출하는 방법을 터득하기 전까지 철은 금보다 더 가치가 있었습니다. 이는 구리와 청동보다 더 강하고 안정적인 강철이 도구와 무기 제조에 훨씬 더 적합하다는 사실에 의해 설명되었습니다.

고대 로마인들은 최초의 주철을 생산하는 방법을 배웠습니다: 그들의 용광로는 광석의 온도를 1400oC까지 올릴 수 있었고, 주철의 온도는 1100-1200oC이면 충분했습니다.그 후 그들은 또한 녹는점인 순수한 강철을 얻었습니다. 알려진 바와 같이 섭씨 1535도입니다.

Fe의 화학적 성질

철은 무엇과 상호 작용합니까? 철은 산소와 상호작용하여 산화물이 형성됩니다. 산소가 있는 상태에서 물로; 황산 및 염산 사용:

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

또한 철은 강한 산화제가 녹아 있는 경우에만 알칼리와 반응합니다. 철은 상온에서는 산화제와 반응하지 않지만, 온도가 높아지면 항상 반응하기 시작합니다.

건축에 철을 사용하다

오늘날 건설 산업에서 철의 사용은 과대평가될 수 없습니다. 왜냐하면 금속 구조물은 절대적으로 모든 현대식 건물의 기초이기 때문입니다. 이 분야에서 Fe는 일반강, 주철, 연철에 사용됩니다. 이 요소는 중요한 구조물부터 앵커 볼트 및 못까지 모든 곳에서 발견됩니다.

강철로 만든 건물 구조물의 건설은 훨씬 저렴하며 건설 비용도 더 높습니다. 이로 인해 건설 분야에서 철의 사용이 눈에 띄게 증가하는 동시에 업계 자체에서는 새롭고 보다 효율적이며 신뢰할 수 있는 Fe 기반 합금의 사용을 수용하고 있습니다.

산업에서의 철 사용

철과 그 합금(주철 및 강철)의 사용은 현대 공작 기계, 항공기, 장비 제작 및 기타 장비 제조의 기초입니다. Fe 시안화물 및 산화물 덕분에 페인트 및 바니시 산업이 기능하고 황산철은 수처리에 사용됩니다. Fe+C 기반 합금을 사용하지 않으면 중공업은 전혀 상상할 수 없습니다. 한마디로 철은 대체 불가능하지만 동시에 접근 가능하고 상대적으로 저렴한 금속으로 합금의 일부로서 적용 범위가 거의 무제한입니다.

의학에서 철의 사용

모든 성인은 최대 4g의 철분을 함유하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 이 요소는 신체 기능, 특히 순환계(적혈구의 헤모글로빈) 건강에 매우 중요합니다. 철결핍성 빈혈의 발병을 예방하기 위해 Fe 수치를 높일 수 있는 철 기반 약물이 많이 있습니다.

철- 산업 및 일상 생활에서의 사용에는 사실상 경계가 없는 금속. 세계 금속 생산에서 철이 차지하는 비중은 약 95%입니다. 다른 재료와 마찬가지로 그 용도는 특정 특성에 따라 결정됩니다.

철은 인류 문명의 발전에 큰 역할을 했습니다. 원시인은 기원전 수천년 동안 철 도구를 사용하기 시작했습니다. 당시 이 금속의 유일한 공급원은 상당히 순수한 철을 함유한 지구에 떨어진 운석이었습니다. 이것은 철의 천상의 기원에 대한 많은 사람들 사이에 전설을 불러 일으켰습니다.

기원전 2천년 중반. 이집트에서는 철광석에서 철을 추출하는 방법을 마스터했습니다. 이는 인류 역사상 석기시대와 청동기 시대를 대체한 철기 시대의 시작을 의미한다고 믿어집니다. 그러나 이미 3-4 천년 전에 북부 흑해 지역의 주민들 인 Cimmerians는 늪 광석에서 철을 제련했습니다.

철은 오늘날까지도 그 중요성을 잃지 않았습니다. 이것은 현대 기술의 가장 중요한 금속입니다. 강도가 낮기 때문에 철은 실제로 순수한 형태로 사용되지 않습니다. 그러나 일상생활에서는 철강이나 주철 제품을 '철'이라고 부르는 경우가 많다. 결국 중요한 구조 재료인 강철과 주철은 철과 탄소의 합금입니다. 그것들로 다양한 아이템이 만들어집니다.

블라디미르 왕자 기념비의 팔각형 받침대는 벽돌로 지어졌으며 주철이 늘어서 있습니다.

브뤼셀에 있는 아토미움의 거대한 구조의 원형은 철 결정 격자의 모델이었습니다. 재건 후 Atomium은 다시 대중에게 공개됩니다. 각 240m2 공의 원래 덮개는 720개의 삼각형 알루미늄 판으로 만들어졌습니다. 이제 48개의 스테인리스 강판으로 교체되었습니다.

또한 철은 니켈과 같은 다른 금속을 기반으로 한 합금의 구성 요소가 될 수 있습니다. 자성 합금에는 철도 포함되어 있습니다.

고온 및 저온, 진공 및 고압을 견딜 수 있는 철 기반 재료가 만들어졌습니다. 공격적인 환경, 교류 전압, 방사성 방사선 등을 성공적으로 견뎌냅니다.

철과 그 합금의 생산은 지속적으로 증가하고 있습니다. 이러한 재료는 보편적이고, 기술적으로 진보되었으며, 접근 가능하고 대량으로 저렴합니다. 철의 원료 기반은 상당히 큽니다. 이미 탐사된 철광석 매장량은 최소 2세기 동안 지속될 것입니다. 그러므로 철은 오랫동안 문명의 “기초”로 남을 것입니다.

철은 오랫동안 이집트, 메소포타미아, 인도 등지에서 예술의 재료로 사용되어 왔습니다. 중세 이후 철 합금으로 만든 예술성이 뛰어난 수많은 제품이 보존되었습니다. 현대 예술가들도 철합금을 널리 사용합니다. 사이트의 자료

많은 예술 작품 중에서 우크라이나 거장들의 예술 작품인 "Palm of Mertsalov"가 눈에 띄지 않을 수 없습니다. 1886년 Yuzovsky Metallurgical Plant에서 Aleksey Mertsalov에 의해 단조되었습니다. 그녀는 니즈니 노브고로드에서 열린 전 러시아 산업 및 예술 전시회 그랑프리에 합당한 것으로 인정 받았습니다. 1900년 Yuzovsky 공장 박람회의 일환으로 "Palma Mertsalova"가 파리 세계 박람회에서 최고상을 받았습니다.

그리고 21세기에는. 철을 사용하지 않는 산업을 찾기는 어렵습니다. 많은 금속 기능이 화학 산업에서 생성된 합성 물질로 전환되어도 그 중요성은 줄어들지 않았습니다.

수업 목표:

• 철이 나타내는 산화 정도와 산화제의 성질에 따라 철의 물리적, 화학적 특성에 대한 아이디어를 형성합니다.
• 학생들의 이론적 사고와 구조에 대한 지식을 바탕으로 물질의 특성을 예측하는 능력을 개발합니다.
• 분석, 비교, 일반화, 체계화와 같은 작업에 대한 개념적 사고를 개발합니다.
• 객관성, 간결성 및 명확성, 자제력 및 활동과 같은 사고 특성을 개발하십시오.

수업 목표:

• "원자의 구조"라는 주제에 대한 학생들의 지식을 업데이트합니다.
• 학습 과제 설정부터 최종 결과까지 학생들의 공동 작업을 구성합니다(수업에 대한 참조 다이어그램 작성).
• "금속"이라는 주제에 대한 자료를 요약하고 철의 특성과 그 응용을 고려합니다.
• 철의 화학적 특성을 연구하기 위해 독립적인 연구 작업을 쌍으로 구성합니다.
• 수업에서 학생들의 상호 통제를 조직합니다.

수업 유형:새로운 자료를 학습합니다.

시약 및 장비:

• 다리미(분말, 접시, 클립),
• 황,
• 염산,
• 구리(II) 황산염
• 철 결정 격자,
• 게임 포스터,
• 자석,
• 주제에 대한 다양한 일러스트레이션,
• 시험관,
• 알코올 램프,
• 성냥,
• 가연성 물질을 태우는 숟가락,
• 지리적 지도.

수업 구조

1. 소개 부분.
2. 새로운 자료를 학습합니다.
3. 숙제 메시지.
4. 연구된 자료의 통합.

수업 중

1. 소개 부분

정리 시간.

학생의 가용성을 확인합니다.

수업 주제 메시지입니다. 주제를 칠판과 학생 노트에 기록하세요.

2. 새로운 자료 학습

– 오늘 수업의 주제는 무엇일 것이라고 생각하시나요?

1. 철의 모습인류 문명의 철기시대가 시작됐다.

고대인들은 철광석에서 철을 추출하는 방법을 아직 몰랐을 때 어디서 철을 얻었습니까? 수메르어로 번역된 철은 “하늘에서 떨어진” 금속입니다. 인류가 처음으로 만난 철은 운석에서 나온 철이었습니다. 1775년 러시아 과학자 P.S. 무게가 600kg에 달하는 천연 철 운석 블록을 상트페테르부르크로 가져온 궁전. 가장 큰 철운석은 1920년 남서아프리카에서 발견된 '고바(Goba)' 운석으로 무게가 약 60톤이다. 투탕카멘의 무덤인 금, 금을 기억해보자. 장엄한 작품은 즐거움을 주고, 그 광채는 눈을 부시게 합니다. 그러나 K. Kerram이 투탕카멘의 작은 철 부적에 대해 "신, 무덤, 과학자"라는 책에서 쓴 내용은 다음과 같습니다. 금, 문화사의 관점에서 볼 때 가장 큰 가치를 지닌 것은 이 작은 발견이었습니다.” 파라오의 무덤에서는 호루스 신의 철 부적, 철 칼날과 금 손잡이가 달린 작은 단검, 작은 철 의자 "우르스(Urs)" 등 몇 가지 철 품목만이 발견되었습니다.

과학자들은 철강 산업의 발상지가 히타이트 부족이 살았던 소아시아 국가라고 제안합니다. 철은 이미 기원전 1천년에 소아시아에서 유럽으로 왔습니다. 이것이 유럽에서 철기 시대가 시작된 방법입니다.

유명한 다마스크 강철(또는 다마스크 강철)은 아리스토텔레스(기원전 4세기) 시대에 동양에서 만들어졌습니다. 그러나 그 제조 기술은 수세기 동안 비밀로 유지되었습니다.

다른 종류의 슬픔을 꿈꿨어
회색 다마스커스 강철에 대해.
나는 강철이 어떻게 단련되는지를 보았다
어린 노예 중 하나처럼
그들은 그를 선택하고, 먹이를 주었고,
그리하여 그의 육체가 힘을 얻도록 하여라.
마감일을 기다렸다
그리고 붉게 달아오른 칼날
그들은 근육질의 육체 속으로 뛰어 들었고,
완성된 칼날을 꺼냈습니다.
강철보다 강하고 동양은 본 적이 없고
강철보다 강하고 슬픔보다 쓰다.

다마스크강은 경도와 탄성이 매우 높은 강이기 때문에 이를 사용하여 만든 제품은 날을 갈아도 무뎌지지 않는 특성을 가지고 있습니다. 러시아 야금학자 P.P.가 다마스크강의 비밀을 밝혔습니다. Anosov. 그는 특정 온도로 가열된 특수 기술 오일 용액에서 뜨거운 강철을 매우 천천히 냉각했습니다. 냉각 과정에서 강철이 단조되었습니다.

(그림 시연.)

철은 은회색 금속이다.	철은 은회색 금속이다.
이 못은 철로 만들어져 있어요	철강은 자동차 산업에 사용됩니다.
강철은 의료기기를 만드는 데 사용됩니다.	강철은 기관차를 만드는 데 사용됩니다.
	모든 금속은 부식되기 쉽습니다.
모든 금속은 부식되기 쉽습니다.

2. PSHEM에서 철의 위치.

우리는 PSCEM에서 철의 위치, 핵의 전하 및 원자 내 전자의 분포를 알아냅니다.

3. 철의 물리적 성질.

– 철의 어떤 물리적 특성을 알고 있나요?

철은 녹는점이 1539oC인 은백색 금속입니다. 연성이 매우 높기 때문에 가공, 단조, 압연, 스탬핑이 쉽습니다. 철은 자화 및 감자되는 능력을 가지고 있으므로 다양한 전기 기계 및 장치의 전자석 코어로 사용됩니다. 예를 들어 경화 및 압연과 같은 열적 및 기계적 방법을 통해 더 큰 강도와 경도를 부여할 수 있습니다.

화학적으로 순수한 철과 상업적으로 순수한 철이 있습니다. 기술적으로 순수한 철은 본질적으로 저탄소강으로, 0.02~0.04%의 탄소를 포함하고 산소, 황, 질소 및 인은 더 적게 포함합니다. 화학적으로 순수한 철에는 0.01% 미만의 불순물이 포함되어 있습니다. 화학적으로 순수한 철 -은회색의 빛나는 금속으로 외관상 백금과 매우 유사합니다. 화학적으로 순수한 철은 부식에 강하고(부식이 무엇인지 기억하십니까? 부식성 못의 시연) 산에 잘 견딥니다. 그러나 미량의 불순물로 인해 이러한 귀중한 특성이 상실됩니다.

4. 철의 화학적 성질.

금속의 화학적 성질에 대한 지식을 바탕으로 철이 어떤 화학적 성질을 가질 것이라고 생각하십니까?

실험 시연.

• 철과 황의 상호 작용.

실무.

• 철과 염산의 상호 작용.
• 철과 황산구리(II)의 상호작용.

5. 철분의 사용.

질문에 대한 대화:

– 자연 속 철분의 분포는 어떤 것이라고 생각하시나요?

철은 자연에서 가장 흔한 원소 중 하나입니다. 지각에서 질량 분율은 5.1%이며, 이 지표에 따르면 산소, 실리콘 및 알루미늄에 이어 두 번째입니다. 스펙트럼 분석에 따르면 천체에서도 많은 철분이 발견됩니다. 루나 자동정류장에서 전달된 달 토양 샘플에서 철은 산화되지 않은 상태로 발견되었습니다.

철광석은 지구상에 꽤 널리 퍼져 있습니다. 우랄 산의 이름은 Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya와 같이 스스로를 말합니다. 농화학자들은 토양에서 철 화합물을 발견합니다.

– 철은 자연에서 어떤 형태로 발생하나요?

철은 대부분의 암석의 구성 요소입니다. 철을 얻기 위해서는 철 함량이 30~70% 이상인 철광석을 사용한다. 주요 철광석은 다음과 같습니다: 자철광 - Fe 3 O 4에는 철 72%가 포함되어 있으며, 남부 우랄 지역, 쿠르스크 자기 이상 지역에서 퇴적물이 발견됩니다. 적철광 - Fe 2 O 3에는 최대 65%의 철이 포함되어 있으며 이러한 퇴적물은 Krivoy Rog 지역에서 발견됩니다. 갈철석 – Fe 2 O 3 * nH 2 O에는 최대 60%의 철이 포함되어 있으며, 퇴적물은 크리미아에서 발견됩니다. 황철석 - FeS 2에는 약 47%의 철이 포함되어 있으며, 우랄 지역에서 퇴적물이 발견됩니다. (등고선 지도 작업).

– 인간과 식물의 삶에서 철의 역할은 무엇입니까?

생화학자들은 식물, 동물, 인간의 삶에서 철의 중요한 역할을 발견했습니다. 헤모글로빈이라는 매우 복잡한 유기 화합물의 일부인 철은 이 물질의 붉은 색을 결정하며, 이는 다시 인간과 동물의 혈액 색을 결정합니다. 성인의 몸에는 3g의 순철이 함유되어 있으며, 그 중 75%가 헤모글로빈의 일부입니다. 헤모글로빈의 주요 역할은 산소를 폐에서 조직으로, 반대 방향인 CO 2로 운반하는 것입니다.

식물에도 철분이 필요합니다. 그것은 세포질의 일부이며 광합성 과정에 참여합니다. 철분을 함유하지 않은 기질에서 자란 식물은 잎이 흰색입니다. 기판에 철을 조금 첨가하면 녹색으로 변합니다. 또한 철분을 함유 한 소금 용액으로 흰색 시트를 칠할 가치가 있으며 곧 얼룩진 부분이 녹색으로 변합니다.

따라서 같은 이유로 주스와 조직에 철분이 존재하므로 식물의 잎은 유쾌한 녹색으로 변하고 사람의 뺨은 밝게 붉어집니다.

인류가 사용하는 금속의 약 90%는 철 기반 합금입니다. 다른 금속은 말할 것도 없고 알루미늄보다 약 50배 더 ​​많은 철이 전 세계에서 제련됩니다. 철 기반 합금은 보편적이고 기술적으로 진보했으며 접근 가능하고 저렴합니다. 철은 여전히 ​​오랫동안 문명의 기초가 될 것입니다.

3. 집에 자료 게시하기

14, 예. 6, 8, 9 (O.S. Gabrielyan의 "Chemistry 9" 교과서 통합 문서 기반, 2003).

4. 연구 자료의 통합

1. 칠판에 적힌 참고 도표를 사용하여 철이란 무엇이며 철의 특성은 무엇인지 결론을 내리십시오.
2. 그래픽 받아쓰기(직선을 그린 종이를 미리 준비하고 8개 부분으로 나누고 받아쓰기 질문에 따라 번호를 매깁니다. 세그먼트에 올바른 것으로 간주되는 위치 번호를 오두막 "^"로 표시합니다).

옵션 1.

1. 철은 반응성 알칼리 금속입니다.
2. 철은 단조하기 쉽습니다.
3. 철은 청동 합금의 일부입니다.
4. 철 원자의 외부 에너지 준위에는 2개의 전자가 있습니다.
5. 철은 묽은 산과 반응합니다.
6. 할로겐과 함께 산화 상태가 +2인 할로겐화물을 형성합니다.
7. 철은 산소와 상호작용하지 않습니다.
8. 철은 용융된 철염을 전기분해하여 얻을 수 있다.

1	2	3	4	5	6	7	8

옵션 2.

1. 철은 은백색의 금속이다.
2. 철에는 자화되는 능력이 없습니다.
3. 철 원자는 산화 특성을 나타냅니다.
4. 철 원자의 외부 에너지 준위에는 1개의 전자가 있습니다.
5. 철은 염 용액에서 구리를 대체합니다.
6. 할로겐과 함께 산화 상태가 +3인 화합물을 형성합니다.
7. 황산 용액과 함께 황산철(III)을 형성합니다.
8. 철은 부식되지 않습니다.

1	2	3	4	5	6	7	8

과제를 완료한 후 학생들은 자신의 작품을 교환하고 확인합니다. (작품에 대한 답변은 칠판에 게시되거나 프로젝터를 통해 표시됩니다.)

표시 기준:

• “5” – 오류 0개,
• “4” – 1-2 오류,
• “3” – 3-4 오류,
• “2” – 5개 이상의 오류입니다.

중고 도서

1. 가브리엘리안 O.S. 화학 9학년. – M.: 버스타드, 2001.
2. 가브리엘리안 O.S. 교사를 위한 책. – M.: 버스타드, 2002.
3. 가브리엘리안 O.S. 화학 9학년. 학습장. – M.: 버스타드, 2003.
4. 교육산업. 기사 다이제스트. 문제 3. – M.: MGIU, 2002.
5. Malyshkina V. 재미있는 화학. – 상트페테르부르크, “트라이곤”, 2001.
6. 소프트웨어 및 방법론 자료. 화학 등급 8-11. – M.: 버스타드, 2001.
7. 스테핀 B.D., Alikberova L.Yu. 집에서 읽을 수 있는 화학 관련 책입니다. – M.: 화학, 1995.
8. 나는 화학 수업을 들으러 갈 거예요. 교사를 위한 책. – M.: “9월 1일”, 2000.

응용

그거 아시나요?

철 - 인생의 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 혈액에는 철분이 포함되어 있으며 이것이 혈액의 색과 주요 특성, 즉 산소를 결합하고 방출하는 능력을 결정합니다. 이 능력은 헤모글로빈 분자의 필수 부분인 복합 화합물인 헴(heme)에 의해 소유됩니다. 헤모글로빈 외에도 우리 몸에는 근육에 산소를 저장하는 단백질인 미오글로빈에 철분이 포함되어 있습니다. 철분 함유 효소도 있습니다.

인도 델리 근처에는 거의 2,800년이 되었지만 녹슬지 않은 철 기둥이 있습니다. 이것은 높이 약 7m, 무게 6.5톤의 유명한 쿠트브 기둥(Kutub Column)으로, 기둥에 새겨진 명문을 보면 이 기둥이 9세기에 건립되었음을 알 수 있습니다. 기원전 이자형. 철의 부식(메타수산화철의 형성)은 공기 중의 수분 및 산소와의 상호 작용과 관련이 있습니다.

그러나 이 반응은 철, 주로 탄소, 규소 및 황에 다양한 불순물이 없으면 발생하지 않습니다. 기둥은 매우 순수한 금속으로 만들어졌습니다. 기둥의 철은 99.72%로 밝혀졌습니다. 이것은 내구성과 내식성을 설명합니다.

1934년 광산저널(Mining Journal)에 “지중 녹슬어 철과 강철의 개량”이라는 기사가 실렸다. 철을 땅에 녹여 강철로 만드는 방법은 고대부터 사람들에게 알려져 왔습니다. 예를 들어, 코카서스의 체르케스인들은 스트립 쇠를 땅에 묻었고, 10~15년 후에 그것을 파낸 후 그것으로 세이버를 만들어 총신, 방패, 적의 뼈까지 잘라낼 수 있었습니다.

적철광

적철광 또는 적색 철광석 – 우리 시대의 주요 금속의 주요 광석 – 철. 철분 함량은 70%에 이릅니다. 적철석은 오랫동안 알려져 왔습니다. 바빌론과 고대 이집트에서는 장신구, 인장 제작에 사용되었으며, 칼세도니와 함께 조각석으로 가장 좋아하는 재료로도 사용되었습니다. 알렉산더 대왕은 적철광이 박힌 반지를 가지고 있었는데, 그는 이 반지가 자신을 전투에서 불사신으로 만들었다고 믿었습니다. 고대와 중세에는 적철광이 피를 멈추는 약으로 알려졌습니다. 이 광물의 분말은 고대부터 금은 제품에 사용되어 왔습니다.

광물의 이름은 그리스어에서 유래되었습니다. 세부– 이 광물 분말의 체리색 또는 왁스색과 관련된 혈액.

광물의 중요한 특징은 색상을 지속적으로 저장하고 최소한 적철석 혼합물을 포함하는 다른 광물로 색상을 전달하는 능력입니다. 성 이삭 대성당의 화강암 기둥의 분홍색은 장석의 색이며, 장석은 잘게 분산된 적철석에 의해 착색됩니다. 수도의 지하철역을 마감하는 데 사용된 벽옥의 그림 같은 패턴, 크리미아의 오렌지색과 분홍색 홍옥수, 소금 지층에 있는 산호색의 실바이트와 카르날라이트 층은 모두 적철광에서 유래한 것입니다.

빨간색 페인트는 오랫동안 적철광으로 만들어졌습니다. 15,000~20,000년 전에 만들어진 모든 유명한 프레스코화(알타미라 동굴의 멋진 들소와 유명한 케이프 동굴의 매머드)는 갈색 산화철과 수산화물로 만들어졌습니다.

자철광

자철석 또는 자성 철광석 – 철 72%를 함유한 광물. 이것은 가장 풍부한 철광석입니다. 이 광물의 놀라운 점은 천연 자성, 즉 이 광물이 발견된 특성입니다.

로마 과학자 플리니우스(Pliny)가 보고한 바와 같이, 자철광은 그리스 목자 마그네스의 이름을 따서 명명되었습니다. 마그네스는 강 위 언덕 근처에서 양떼를 돌보았습니다. 테살리아의 힌두교. 갑자기 쇠끝이 달린 지팡이와 못이 박힌 샌들이 단단한 회색 돌로 이루어진 산에 의해 끌려갔습니다. 광물 자철석은 자석, 자기장, 그리고 아리스토텔레스 시대부터 오늘날까지 면밀히 연구되어 온 신비로운 자기 현상 전체에 그 이름을 붙였습니다.

이 광물의 자기적 특성은 오늘날에도 주로 퇴적물을 찾는 데 사용됩니다. 이것이 바로 쿠르스크 자기이상(KMA) 지역에서 독특한 철광상이 발견된 방법입니다. 광물은 무겁습니다. 사과 크기의 자철석 샘플의 무게는 1.5kg입니다.

고대에는 자철광에 모든 종류의 치유력과 기적을 행하는 능력이 부여되었습니다. 그것은 상처에서 금속을 추출하는 데 사용되었으며 Ivan the Terrible은 다른 돌과 함께 그의 보물 사이에 눈에 띄지 않는 수정을 보관했습니다.

황철석(Pyrite)은 불 같은 광물이다.

황철석 - 보는 순간 "정말 그런 일이 일어났나요?"라고 외치고 싶은 광물 중 하나입니다. 손으로 만든 제품, 즉 황철석 크리스털에서 우리를 놀라게 하는 최고 수준의 커팅과 폴리싱이 자연의 관대한 선물이라는 것을 믿기 어렵습니다.

황철석(Pyrite)은 그리스어 "파이로스(pyros)"에서 그 이름을 얻었는데, 이는 강철 물체에 부딪혔을 때 스파크가 발생하는 특성과 관련이 있습니다. 이 아름다운 광물은 황금색과 거의 항상 깨끗한 가장자리의 밝은 빛으로 놀랍습니다. 그 특성으로 인해 황철석은 고대부터 알려져 왔으며 골드 러시 전염병 동안 석영 정맥의 황철석 반짝임이 하나 이상의 뜨거운 머리로 변했습니다. 지금도 초보 석재 애호가들은 황철석을 금으로 착각하는 경우가 많습니다.

황철석은 어디에나 존재하는 광물입니다. 마그마, 증기 및 용액, 심지어 퇴적물에서도 매번 특정 형태와 조합으로 형성됩니다. 수십 년에 걸쳐 광산에 빠진 광부의 몸이 황철석으로 변한 사례가 알려져 있습니다. 황철석에는 철분이 46.5%로 많이 포함되어 있지만 추출하는 데 비용이 많이 들고 수익성이 없습니다.

철은 잘 알려진 화학 원소입니다. 그것은 평균적인 화학적 활성을 갖는 금속에 속합니다. 이번 글에서는 철의 성질과 용도에 대해 알아보겠습니다.

자연의 보급

철을 함유한 미네랄은 상당히 많습니다. 우선, 자철석입니다. 72%가 철입니다. 화학식은 Fe 3 O 4 입니다. 이 광물은 자철광석이라고도 합니다. 연한 회색 색상을 띠고 때로는 짙은 회색, 심지어 검은색을 띠며 금속성 광택을 띠기도 합니다. CIS 국가 중 가장 큰 매장지는 우랄 지역에 있습니다.

철 함량이 높은 다음 광물은 적철광입니다. 적철광은 이 원소의 70%로 구성됩니다. 화학식은 Fe 2 O 3 입니다. 적철광석이라고도 불린다. 적갈색에서 적회색까지 다양한 색상을 가지고 있습니다. CIS 국가에서 가장 큰 예금은 Krivoy Rog에 있습니다.

철을 함유한 세 번째 광물은 갈철석입니다. 여기서 철은 전체 질량의 60%입니다. 이것은 결정질 수화물입니다. 즉, 물 분자가 결정 격자에 짜여져 있으며 화학식은 Fe 2 O 3 .H 2 O입니다. 이름에서 알 수 있듯이 이 광물은 황갈색을 띠고 때로는 갈색을 띕니다. 천연 황토의 주성분 중 하나로 안료로 사용됩니다. 갈철광석이라고도 합니다. 가장 큰 지역은 크리미아와 우랄 지역입니다.

소위 희형 철광석인 능철석은 48%의 페럼을 함유하고 있습니다. 화학식은 FeCO3이다. 그 구조는 이질적이며 회색, 연한 녹색, 회색-노란색, 갈색-노란색 등 서로 연결된 다양한 색상의 결정으로 구성됩니다.

자연에서 철 함량이 높은 마지막으로 흔히 발생하는 광물은 황철석입니다. 그것은 다음과 같은 화학식을 갖는다: FeS 2. 그것은 전체 질량의 46%를 철로 함유하고 있습니다. 황 원자 덕분에 이 광물은 황금빛 노란색을 띕니다.

논의된 많은 미네랄은 순수한 철을 얻는 데 사용됩니다. 또한 적철광은 천연석으로 보석을 만드는 데 사용됩니다. 청금석 주얼리에는 황철석 함유물이 존재할 수 있습니다. 또한 철분은 살아있는 유기체에서 자연적으로 발견되며 세포의 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 이 미량원소는 인체에 ​​충분한 양으로 공급되어야 합니다. 철의 치유력은 주로 이 화학 원소가 헤모글로빈의 기초라는 사실에 기인합니다. 따라서 페럼을 사용하면 혈액 상태, 즉 몸 전체에 좋은 영향을 미칩니다.

철: 물리적, 화학적 특성

이 두 개의 큰 섹션을 순서대로 살펴보겠습니다. 철은 외관, 밀도, 융점 등입니다. 즉, 물리학과 관련된 물질의 모든 독특한 특징입니다. 철의 화학적 성질은 다른 화합물과 반응하는 능력입니다. 첫 번째 것부터 시작하겠습니다.

철의 물리적 성질

정상적인 조건에서는 순수한 형태로 고체입니다. 은회색을 띠고 금속성 광택이 뚜렷합니다. 철의 기계적 특성에는 경도 수준 4(중간)가 포함됩니다. 철은 전기 전도성과 열 전도성이 좋습니다. 마지막 특징은 차가운 방에서 철제 물체를 만지면 느낄 수 있습니다. 이 소재는 열을 빠르게 전도하기 때문에 단시간에 피부에서 대부분 제거되어 추위를 느끼게 됩니다.

예를 들어 나무를 만지면 열전도율이 훨씬 낮다는 것을 알 수 있습니다. 철의 물리적 특성에는 녹는점과 끓는점이 포함됩니다. 첫 번째는 섭씨 1539도, 두 번째는 섭씨 2860도입니다. 철의 특징은 좋은 연성과 가용성이라는 결론을 내릴 수 있습니다. 하지만 그게 전부는 아닙니다.

또한 철의 물리적 특성에는 강자성이 포함됩니다. 그것은 무엇입니까? 매일 실제 사례를 통해 관찰할 수 있는 자기적 특성을 지닌 철은 이러한 독특한 특징을 지닌 유일한 금속입니다. 이는 이 물질이 자기장의 영향으로 자화될 수 있다는 사실로 설명됩니다. 그리고 후자의 작용이 끝난 후에도 자기 특성이 방금 형성된 철은 오랫동안 자석으로 남아 있습니다. 이 현상은 이 금속 구조에 이동할 수 있는 자유 전자가 많이 있다는 사실로 설명할 수 있습니다.

화학적 관점에서 보면

이 요소는 중간 활성 금속에 속합니다. 그러나 철의 화학적 성질은 다른 모든 금속에 일반적입니다(전기화학 계열에서 수소 오른쪽에 있는 금속은 제외). 이는 다양한 종류의 물질과 반응할 수 있습니다.

간단한 것부터 시작해보자

Ferrum은 산소, 질소, 할로겐(요오드, 브롬, 염소, 불소), 인 및 탄소와 상호 작용합니다. 가장 먼저 고려해야 할 것은 산소와의 반응입니다. 철이 연소되면 산화물이 형성됩니다. 반응 조건과 두 참가자 간의 비율에 따라 달라질 수 있습니다. 이러한 종류의 상호작용의 예로서 다음과 같은 반응식이 주어질 수 있습니다: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. 그리고 산화철의 특성(물리적, 화학적 모두)은 유형에 따라 다양할 수 있습니다. 이러한 유형의 반응은 고온에서 발생합니다.

다음은 질소와의 상호작용이다. 가열 조건에서만 발생할 수도 있습니다. 철 6몰과 질소 1몰을 섭취하면 질화철 2몰이 생성됩니다. 반응식은 다음과 같습니다: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

인과 상호작용하면 인화물이 형성됩니다. 반응을 수행하려면 다음 구성 요소가 필요합니다. 철 3몰 - 인 1몰에 대해 결과적으로 인화물 1몰이 형성됩니다. 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다: 3Fe + P = Fe 3 P.

또한, 단순물질과의 반응 중 황과의 상호작용도 구별할 수 있다. 이 경우 황화물을 얻을 수 있습니다. 이 물질의 형성 과정이 일어나는 원리는 위에서 설명한 것과 유사합니다. 즉, 부가반응이 일어난다. 이러한 종류의 모든 화학적 상호작용에는 특수한 조건(주로 고온, 덜 자주 촉매)이 필요합니다.

철과 할로겐 사이의 반응은 화학 산업에서도 흔히 발생합니다. 이것은 염소화, 브롬화, 요오드화, 불소화입니다. 반응명 자체에서 알 수 있듯이 이는 철 원자에 염소/브롬/요오드/불소 원자를 첨가하여 각각 염화물/브롬화물/요오드화물/불화물을 형성하는 과정입니다. 이 물질들은 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 또한 페럼은 고온에서 실리콘과 결합할 수 있습니다. 철의 다양한 화학적 특성으로 인해 화학 산업에서 자주 사용됩니다.

철 및 복합 물질

단순한 물질에서 분자가 두 개 이상의 서로 다른 화학 원소로 구성된 물질로 이동합니다. 가장 먼저 언급할 것은 철과 물의 반응이다. 이것이 철의 기본 특성이 나타나는 곳입니다. 물을 가열하면 철과 함께 형성됩니다(같은 물과 상호 작용하면 수산화물, 즉 염기를 형성하기 때문에 그렇게 불립니다). 따라서 두 구성 요소 중 1몰을 섭취하면 이산화철 및 수소와 같은 물질이 매운 냄새가 나는 가스 형태로 1:1 몰 비율로 형성됩니다. 이러한 유형의 반응에 대한 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다: Fe + H 2 O = FeO + H 2. 이 두 성분이 혼합되는 비율에 따라 이산화철 또는 삼산화철을 얻을 수 있습니다. 이 두 물질은 모두 화학 산업에서 매우 일반적이며 다른 많은 산업에서도 사용됩니다.

산과 염으로

철은 금속의 전기화학적 활성 계열에서 수소의 왼쪽에 위치하므로 화합물에서 이 원소를 대체할 수 있습니다. 이에 대한 예는 철을 산에 첨가할 때 관찰할 수 있는 치환 반응입니다. 예를 들어, 철과 중간 농도의 황산염(황산이라고도 함)을 같은 몰 비율로 혼합하면 결과적으로 황산철(II)과 수소가 같은 몰 비율로 생성됩니다. 이러한 반응의 방정식은 다음과 같습니다: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

염과 상호작용할 때 철의 환원성이 나타납니다. 즉, 소금에서 덜 활성인 금속을 분리하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 1몰과 같은 양의 철을 섭취하면 황산철(II)과 순수한 구리를 같은 몰 비율로 얻을 수 있습니다.

신체에 대한 중요성

지각의 가장 흔한 화학 원소 중 하나는 철입니다. 이미 살펴보았으니 이제 생물학적 관점에서 접근해 보겠습니다. Ferrum은 세포 수준과 전체 유기체 수준에서 매우 중요한 기능을 수행합니다. 우선, 철분은 헤모글로빈과 같은 단백질의 기초입니다. 혈액을 통해 폐에서 모든 조직, 기관, 신체의 모든 세포, 주로 뇌의 뉴런으로 산소를 운반하는 데 필요합니다. 따라서 철의 유익한 특성은 과대평가될 수 없습니다.

혈액 생성에 영향을 미치는 것 외에도 철은 갑상선의 완전한 기능에도 중요합니다(일부 사람들이 믿는 것처럼 요오드뿐만 아니라 요오드도 필요합니다). 철분은 또한 세포내 대사에 참여하고 면역력을 조절합니다. 페럼은 유해 물질을 중화시키는 데 도움이 되기 때문에 간 세포에서 특히 다량으로 발견됩니다. 이는 또한 우리 몸에 있는 다양한 종류의 효소의 주요 구성 요소 중 하나입니다. 사람의 일일 식단에는 이 미량원소가 10~20mg 포함되어야 합니다.

철분이 풍부한 식품

그들 중 다수가 있습니다. 그들은 식물과 동물 기원입니다. 첫 번째는 시리얼, 콩과 식물, 시리얼(특히 메밀), 사과, 버섯(흰색), 말린 과일, 장미 엉덩이, 배, 복숭아, 아보카도, 호박, 아몬드, 대추야자, 토마토, 브로콜리, 양배추, 블루베리, 블랙베리, 셀러리, 기타 두 번째는 간과 고기입니다. 철분이 많이 함유된 식품을 섭취하는 것은 임신 중에 특히 중요합니다. 왜냐하면 발달 중인 태아의 몸은 완전한 성장과 발달을 위해 다량의 철분 미량 원소를 필요로 하기 때문입니다.

신체의 철분 결핍 징후

페럼이 몸에 너무 적게 들어가면 피로, 손과 발의 지속적인 동결, 우울증, 부서지기 쉬운 머리카락과 손톱, 지적 활동 감소, 소화 장애, 성능 저하, 갑상선 기능 장애 등의 증상이 나타납니다. 이러한 증상 중 몇 가지가 발견되면 식단에서 철 함유 식품의 양을 늘리거나 철이 함유된 비타민이나 건강 보조 식품을 구입하는 것이 좋습니다. 이러한 증상이 너무 심각하게 느껴지면 의사와 상담해야 합니다.

산업에서의 철 사용

철의 용도와 특성은 밀접한 관련이 있습니다. 강자성 특성으로 인해 가정용 자석(기념품 냉장고 자석 등)에 사용되는 약한 자석과 산업용으로 사용되는 강한 자석을 만드는 데 사용됩니다. 문제의 금속은 강도와 ​​경도가 높기 때문에 고대부터 무기, 갑옷, 기타 군사 및 가정용 도구 제조에 사용되었습니다. 그런데 고대 이집트에서도 일반 금속보다 그 성질이 뛰어난 운석철이 알려져 있었습니다. 이 특수 철은 고대 로마에서도 사용되었습니다. 엘리트 무기는 그것으로 만들어졌습니다. 운석으로 만든 방패나 검은 아주 부유하고 고귀한 사람만이 소유할 수 있었습니다.

일반적으로 이 기사에서 고려하고 있는 금속은 이 그룹의 모든 물질 중에서 가장 다용도가 높습니다. 우선, 강철과 주철이 만들어지며 산업과 일상 생활에 필요한 모든 종류의 제품을 생산하는 데 사용됩니다.

주철은 철과 탄소의 합금으로, 탄소 함량이 1.7~4.5%입니다. 두 번째가 1.7% 미만인 경우 이러한 종류의 합금을 강철이라고 합니다. 구성에 약 0.02%의 탄소가 존재한다면 이것은 이미 일반적인 기술 철입니다. 합금에 탄소가 존재하면 강도, 내열성 및 녹 저항성이 향상됩니다.

또한 강철에는 불순물로 다른 많은 화학 원소가 포함될 수 있습니다. 여기에는 망간, 인, 실리콘이 포함됩니다. 또한 이러한 종류의 합금에는 크롬, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 및 기타 여러 화학 원소를 첨가하여 특정 품질을 부여할 수 있습니다. 변압기용 강재로는 규소 함유량이 많은(약 4%) 강 종류가 사용됩니다. 망간을 많이 함유한 망간(최대 12~14%)은 철도, 제분소, 파쇄기 및 기타 공구 부품 제조에 사용되며 그 부품은 빠르게 마모됩니다.

내열성을 높이기 위해 합금에 몰리브덴을 첨가하는데, 이러한 강은 공구강으로 사용됩니다. 또한 칼이나 기타 가정용 도구 형태로 일상생활에서 잘 알려져 있고 자주 사용되는 스테인레스강을 얻으려면 합금에 크롬, 니켈 및 티타늄을 첨가해야 합니다. 그리고 내충격성, 고강도, 연성 강철을 얻으려면 바나듐을 첨가하면 충분합니다. 조성물에 니오븀을 첨가하면 부식 및 화학적으로 공격적인 물질에 대한 높은 저항성을 얻을 수 있습니다.

기사 시작 부분에서 언급한 광물 자철광은 하드 드라이브, 메모리 카드 및 기타 이러한 유형의 장치를 제조하는 데 필요합니다. 철의 자기적 특성으로 인해 철은 변압기, 모터, 전자 제품 등에서 발견됩니다. 또한 페럼은 다른 금속 합금에 첨가되어 더 큰 강도와 기계적 안정성을 제공할 수 있습니다. 이 원소의 황산염은 해충 방제를 위해 원예에 사용됩니다(황산구리와 함께).

그들은 수질 정화에 없어서는 안될 요소입니다. 또한 자철광 분말은 흑백 프린터에도 사용됩니다. 황철석의 주요 용도는 황산을 얻는 것입니다. 이 과정은 실험실 조건에서 세 단계로 진행됩니다. 첫 번째 단계에서는 황철광을 연소하여 산화철과 이산화황을 생성합니다. 두 번째 단계에서는 산소의 참여로 이산화황이 삼산화물로 전환됩니다. 그리고 최종 단계에서 생성된 물질은 촉매 존재 하에 통과되어 황산을 생성합니다.

철분 얻기

이 금속은 주로 두 가지 주요 광물인 자철광과 적철광에서 채굴됩니다. 이는 코크스 형태의 탄소로 화합물에서 철을 환원함으로써 이루어집니다. 이것은 온도가 섭씨 2,000도에 달하는 용광로에서 이루어집니다. 또, 수소로 철을 환원하는 방법도 있다. 이렇게하려면 용광로가 필요하지 않습니다. 이 방법을 구현하기 위해 그들은 특수 점토를 가져다가 분쇄된 광석과 혼합하고 용광로에서 수소로 처리합니다.

결론

철의 성질과 용도는 다양합니다. 이것은 아마도 우리 삶에서 가장 중요한 금속일 것입니다. 인류에게 알려지면서 당시 모든 도구와 무기 제조의 주요 재료였던 청동을 대신했습니다. 강철과 주철은 물리적 특성과 기계적 응력에 대한 저항성 측면에서 구리와 주석의 합금보다 여러 면에서 우수합니다.

게다가 철은 다른 많은 금속보다 지구상에 더 풍부합니다. 지각의 거의 5%에 해당합니다. 자연에서 네 번째로 풍부한 화학 원소입니다. 또한이 화학 원소는 주로 헤모글로빈이 기본으로 만들어지기 때문에 동식물 신체의 정상적인 기능에 매우 중요합니다. 철분은 필수 미량 원소이며, 그 섭취는 장기의 건강과 정상적인 기능을 유지하는 데 중요합니다. 위의 것 외에도 독특한 자기 특성을 갖는 유일한 금속입니다. 페럼이 없는 우리의 삶을 상상하는 것은 불가능합니다.

철은 주요 구조 재료입니다. 금속은 로켓과 잠수함부터 수저류와 연철 그릴 장식에 이르기까지 문자 그대로 모든 곳에서 사용됩니다. 대체로 이것은 자연의 요소에 의해 촉진됩니다. 그러나 진짜 이유는 강도와 내구성 때문이다.

이 기사에서는 철을 금속으로 특성화하고 유용한 물리적, 화학적 특성을 나타냅니다. 별도로 철을 철금속이라고 부르는 이유와 다른 금속과 어떻게 다른지 알려드립니다.

이상하게도 철이 금속인지 비금속인지에 대한 의문이 여전히 제기되는 경우가 있습니다. 철은 D.I. Mendeleev 표의 4주기, 8족의 원소입니다. 분자량은 55.8로 상당히 높습니다.

이것은 은회색 금속으로 매우 부드럽고 연성이 있으며 자기 특성을 가지고 있습니다. 실제로 순수한 철은 화학적으로 활성을 갖고 다양한 반응을 일으키기 때문에 극히 드물게 발견되고 사용됩니다.

이 비디오에서는 철이 무엇인지 알려줍니다.

컨셉과 특징

철은 일반적으로 금속의 거의 모든 특성을 유지하는 최대 0.8%의 불순물이 적은 합금이라고 합니다. 널리 사용되는 옵션은 아니지만 강철과 주철입니다. 그들은 광석의 색상 인 검은 색 덕분에 철 금속, 철, 더 정확하게는 동일한 주철과 강철이라는 이름을 얻었습니다.

오늘날 철 합금은 강철, 주철, 페라이트, 망간, 때로는 크롬 등 철 금속이라고 합니다.

철은 매우 흔한 원소입니다. 지각의 함유량은 산소 다음으로 4위이며, 지구의 핵에는 철이 86% 함유되어 있고, 맨틀에는 14%만 들어있습니다. 해수에는 최대 0.02mg/l까지 매우 적은 양의 물질이 포함되어 있으며, 강물에는 약간 더 많은(최대 2mg/l) 함유되어 있습니다.

철은 전형적인 금속이며 매우 활동적입니다. 이는 묽은 산과 농축된 산과 반응하지만 매우 강한 산화제의 영향으로 제2철 염을 형성할 수 있습니다. 공기 중에서 철은 빠르게 산화막으로 덮여 추가 반응을 방지합니다.

그러나 습기가 있으면 산화막 대신 녹이 나타나며, 이는 느슨한 구조로 인해 추가 산화를 방지하지 못합니다. 습기가 있을 때 부식되는 이 특징은 철 합금의 주요 단점입니다. 불순물은 부식을 유발하는 반면 화학적으로 순수한 금속은 물에 강하다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

중요한 매개변수

순수한 금속 철은 연성이 매우 높아 단조가 쉽고 주조가 어렵습니다. 그러나 탄소의 작은 불순물은 경도와 취성을 크게 증가시킵니다. 이 품질은 청동 도구가 철 도구로 대체되는 이유 중 하나가되었습니다.

• 철 합금과 고대 세계에 알려진 합금을 비교하면 내식성과 내구성 측면에서 분명합니다. 그러나 대규모 규모로 인해 주석 광산이 고갈되었습니다. 그리고 에 비해 훨씬 적기 때문에 과거의 야금학자들은 교체 문제에 직면했습니다. 그리고 철이 청동을 대체했습니다. 후자는 강철이 등장했을 때 완전히 대체되었습니다. 청동은 경도와 탄력성의 조합을 제공하지 않습니다.
• 철은 코발트와 함께 철 삼합체를 형성합니다. 요소의 특성은 외부 레이어의 구조가 동일한 유사 요소의 특성보다 매우 가깝습니다. 모든 금속은 뛰어난 기계적 특성을 갖고 있습니다. 쉽게 가공하고, 압연하고, 인발할 수 있으며, 단조 및 스탬핑이 가능합니다. 코발트는 철보다 반응성이 낮고 부식에 더 강합니다. 그러나 이러한 원소의 함량이 낮기 때문에 철만큼 널리 사용할 수는 없습니다.
• 사용 영역 측면에서 하드웨어의 주요 "경쟁자"는 다음과 같습니다. 그러나 실제로 두 재료는 완전히 다른 특성을 가지고 있습니다. 철만큼 강하지도 않고, 뽑아내기도 어렵고, 단조도 불가능합니다. 반면에 금속은 무게가 훨씬 가볍기 때문에 구조가 훨씬 가볍습니다.

철의 전기 전도성은 매우 평균적인 반면, 이 표시기의 알루미늄은 은과 금에 이어 두 번째입니다. 철은 강자성체입니다. 즉, 자기장이 없어도 자화를 유지하고 자기장 안으로 끌어당겨집니다.

이러한 서로 다른 특성은 완전히 다른 적용 영역으로 이어지므로 건축 자재는 알루미늄 프로파일의 가벼움이 강철 프로파일의 강도와 대조되는 가구 생산과 ​​같이 거의 "싸움"하지 않습니다.

철의 장점과 단점은 아래에서 설명합니다.

장점과 단점

다른 구조용 금속에 비해 철의 주요 장점은 풍부하고 제련이 상대적으로 쉽다는 것입니다. 그러나 사용된 철의 양을 고려하면 이는 매우 중요한 요소입니다.

장점

금속의 장점에는 다른 특성도 포함됩니다.

• 탄성을 유지하면서 강도와 경도 - 화학적으로 순수한 철이 아니라 합금에 대해 이야기하는 것입니다. 또한 이러한 품질은 강의 등급, 열처리 방법, 생산 방법 등에 따라 매우 다양합니다.
• 다양한 강철과 페라이트를 사용하면 교량 프레임부터 절삭 공구까지 문자 그대로 모든 작업에 적합한 재료를 만들고 선택할 수 있습니다. 아주 적은 양의 불순물을 첨가하여 특정 특성을 얻을 수 있는 능력은 유난히 큰 장점입니다.
• 기계가공이 쉽기 때문에 막대, 파이프, 성형품, 빔, 강판 등 다양한 유형의 제품을 얻을 수 있습니다.
• 철의 자기 특성은 금속이 자기 드라이브 생산의 주요 재료가 되는 정도입니다.
• 물론 합금 비용은 구성에 따라 다르지만 강도 특성은 더 높지만 대부분의 비철 합금보다 여전히 훨씬 낮습니다.
• 철의 가단성은 재료에 매우 높은 장식적 능력을 제공합니다.

결함

철 합금의 단점은 상당합니다.

• 우선, 내식성이 부족합니다. 특별한 유형의 강철(스테인리스강)은 유용한 품질을 갖고 있지만 훨씬 더 비쌉니다. 훨씬 더 자주 금속은 금속 또는 폴리머 코팅을 사용하여 보호됩니다.
• 철은 전기를 저장할 수 있으므로 철 합금으로 만든 제품은 전기화학적 부식을 겪습니다. 기기 및 기계의 하우징, 파이프라인은 음극 보호, 희생 보호 등의 방식으로 보호되어야 합니다.
• 금속은 무겁기 때문에 철 구조물은 건물, 철도 객차, 해상 선박 등 건축 대상을 상당히 무겁게 만듭니다.

구성 및 구조

철은 격자 매개변수와 구조가 서로 다른 4가지 변형으로 존재합니다. 상의 존재는 제련에 매우 중요합니다. 왜냐하면 이 세계에서 야금 공정의 흐름을 보장하는 것은 상 전이와 합금 원소에 대한 의존성이기 때문입니다. 따라서 우리는 다음 단계에 대해 이야기하고 있습니다.

• α 상은 +769C까지 안정적이며 체심 입방 격자를 가지고 있습니다. α 상은 강자성체입니다. 즉, 자기장이 없어도 자화를 유지합니다. 769C의 온도는 금속의 퀴리점입니다.
• β상은 +769C에서 +917C까지 존재합니다. 변형의 구조는 동일하지만 격자 매개변수가 다소 다릅니다. 이 경우 자성을 제외한 거의 모든 물리적 특성이 보존됩니다. 즉 철은 상자성을 띠게 됩니다.
• γ 상은 +917 ~ +1394C 범위에서 나타납니다. 면심 입방 격자를 가지고 있습니다.
• δ 상은 +1394C의 온도 이상에서 존재하며 체심 입방 격자를 가지고 있습니다.

또한 특정 원소를 도핑한 결과뿐만 아니라 고압에서 나타나는 ε-수정도 있습니다. ε 위상은 밀집된 육각형 격자를 가지고 있습니다.

이 비디오에서는 철의 물리적, 화학적 특성에 대해 설명합니다.

속성 및 특성

순도에 따라 크게 달라집니다. 화학적으로 순수한 철과 일반 기술, 특히 합금강의 특성 간의 차이는 매우 중요합니다. 일반적으로 불순물 비율이 0.8%인 산업용 철에 대한 물리적 특성이 제공됩니다.

합금 첨가제와 유해한 불순물을 구별하는 것이 필요합니다. 예를 들어 첫 번째 황과 인은 경도나 기계적 저항을 증가시키지 않고 합금에 취성을 부여합니다. 강철의 탄소는 이러한 매개변수를 증가시킵니다. 즉, 유용한 구성요소입니다.

• 철의 밀도(g/cm3)는 상에 따라 어느 정도 달라집니다. 따라서 α-Fe의 밀도는 7.87g/입방미터입니다. 상온에서는 cm, 7.67g/cc입니다. cm(+600C). γ상의 밀도는 7.59g/입방으로 더 낮습니다. cm이고, δ상은 7.409g/cc로 훨씬 더 적습니다.
• 물질의 융점은 +1539C입니다. 철은 내화성이 중간 정도인 금속입니다.
• 끓는점 – +2862C
• 강도, 즉 압력, 인장, 굽힘 등 다양한 유형의 하중에 대한 저항은 강철, 주철 및 페라이트의 각 등급에 대해 규제되므로 일반적으로 이러한 지표에 대해 이야기하기가 어렵습니다. 따라서 고속도강의 굽힘 강도는 2.5~2.8GPa입니다. 그리고 일반 기술 철의 동일한 매개변수는 300MPa입니다.
• 모스 척도의 경도는 4-5입니다. 특수강과 화학적으로 순수한 철은 훨씬 더 높은 성능을 발휘합니다.
• 특정 전기 저항은 9.7·10-8 ohm·m입니다. 철은 구리나 알루미늄보다 전류를 훨씬 더 나쁘게 전도합니다.
• 열전도율도 이들 금속보다 낮으며 상 조성에 따라 달라집니다. 25C에서는 74.04W/(m·K), 1500C에서는 31.8[W/(m·K)]입니다.
• 철은 정상 온도와 높은 온도 모두에서 완벽하게 단조됩니다. 주철과 강철을 주조할 수 있습니다.
• 물질은 생물학적으로 불활성이라고 할 수 없습니다. 그러나 독성은 매우 낮습니다. 그러나 이것은 요소의 활동과 관련이 없지만 인체가 요소를 잘 흡수할 수 없다는 것과 관련이 있습니다. 최대치는 받은 복용량의 20%입니다.

철은 환경물질로 분류될 수 없습니다. 그러나 환경에 대한 주요 피해는 철이 매우 빨리 녹슬기 때문에 폐기물로 인해 발생하는 것이 아니라 생산 폐기물(슬래그 및 가스 방출)로 인해 발생합니다.

생산

철은 매우 흔한 원소이므로 큰 비용이 들지 않습니다. 광상은 노천 채굴 방식과 광산 방식을 모두 사용하여 개발됩니다. 실제로 모든 광산 광석에는 철이 포함되어 있지만 금속의 비율이 충분히 높은 것만 개발됩니다. 이들은 풍부한 광석(철분 함량이 최대 74%인 적색, 자성 및 갈색 철광석, 평균 함량의 광석(예: 백철석), 철분 함량이 최소 26%인 저등급 광석(철석)입니다.

풍부한 광석은 즉시 공장으로 보내집니다. 중간 및 낮은 함량의 암석이 풍부해졌습니다.

철 합금을 생산하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일반적으로 철강 제련에는 주철 생산이 포함됩니다. 이는 용광로에서 1600C의 온도로 제련됩니다. 충전물(응집체), 펠렛은 플럭스와 함께 용광로에 적재되고 뜨거운 공기로 불어넣어집니다. 이 경우 금속이 녹아 코크스가 연소되므로 불필요한 불순물을 태워 슬래그를 분리할 수 있습니다.

강철을 생산하려면 일반적으로 백주철이 사용됩니다. 그 안에서 탄소는 철과 화합물로 결합됩니다. 가장 일반적인 3가지 방법:

• 개방형 난로 - 탄소 함량을 줄이기 위해 광석과 스크랩을 추가하여 용융된 주철을 2000C에서 제련합니다. 추가 성분이 있는 경우 용융이 끝날 때 추가됩니다. 이 방법으로 최고 품질의 강철을 얻을 수 있습니다.
• 산소 변환기는 보다 생산적인 방법입니다. 로에서는 두께 26kg/sq의 공기로 주철의 두께를 불어넣는다. 참조 산소와 공기의 혼합물 또는 순수한 산소를 사용하여 강철의 특성을 향상시킬 수 있습니다.
• 전기 용해 – 특수 합금강을 생산하는 데 더 자주 사용됩니다. 주철은 2200C의 온도로 전기로에서 연소됩니다.

강철은 직접적인 방법으로도 얻을 수 있습니다. 이를 위해 철 함량이 높은 펠렛을 용광로에 넣고 1000C의 온도에서 수소로 퍼지합니다. 후자는 중간 단계 없이 산화물로부터 철을 감소시킵니다.

철 야금의 특성으로 인해 특정 철 함량을 함유한 광석이나 완제품(주철, 강철, 페라이트)이 판매됩니다. 그들의 가격은 매우 다양합니다. 2016년 철광석(원소 함량이 60% 이상인 풍부한 철광석)의 평균 가격은 톤당 50달러입니다.

철강 가격은 여러 요인에 따라 달라지며 때로는 가격 상승 및 하락을 완전히 예측할 수 없게 만듭니다. 2016년 가을에는 제련에 없어서는 안 될 원료인 원료탄 가격의 급격한 상승으로 인해 피팅과 열연 및 냉연강판 가격이 급격하게 상승했습니다. 11월에 유럽 회사들은 열간압연 강철 코일을 톤당 500유로에 제공했습니다.

적용분야

철 및 철 합금의 사용 범위는 엄청납니다. 금속이 사용되지 않는 부분을 표시하는 것이 더 쉽습니다.

• 건설 - 교량의 내력 프레임에서 아파트의 장식용 벽난로 프레임에 이르기까지 모든 유형의 프레임 건설은 다양한 등급의 강철 없이는 할 수 없습니다. 피팅, 로드, I-빔, 채널, 앵글, 파이프: 절대적으로 모든 형상 및 단면 제품이 건축에 사용됩니다. 판금에도 동일하게 적용됩니다. 지붕은 판금으로 만들어집니다.
• 기계 공학 - 강도와 내마모성 측면에서 강철과 비교할 수 있는 것이 거의 없으므로 대부분의 기계 본체 부품은 강철로 만들어집니다. 특히 장비가 고온 및 고압 조건에서 작동해야 하는 경우에는 더욱 그렇습니다.
• 도구 – 합금 원소와 경화의 도움으로 금속에 다이아몬드에 가까운 경도와 강도를 부여할 수 있습니다. 고속도강은 모든 가공 공구의 기초입니다.
• 전기 공학에서는 불순물이 이미 낮은 전기적 특성을 눈에 띄게 악화시키기 때문에 철의 사용이 더욱 제한됩니다. 그러나 금속은 전기 장비의 자기 부품 생산에 없어서는 안 될 요소입니다.
• 파이프라인 - 모든 종류 및 유형의 통신은 강철 및 주철로 만들어집니다. 난방, 물 공급 시스템, 메인 라인을 포함한 가스 파이프라인, 전원 케이블 피복, 송유관 등. 강철만이 이러한 엄청난 하중과 내부 압력을 견딜 수 있습니다.
• 가정용 – 강철은 부속품, 수저류부터 철제 문과 자물쇠까지 모든 곳에 사용됩니다. 금속의 강도와 내마모성은 대체할 수 없습니다.

철과 그 합금은 강도, 내구성 및 내마모성을 결합합니다. 또한, 금속은 생산 비용이 상대적으로 저렴하여 현대 국가 경제에 없어서는 안 될 소재입니다.

이 비디오에서는 비철금속 및 중철금속과의 철합금에 대해 설명합니다.

철은 선사 시대에 알려졌지만 자유 상태에서는 자연적으로 극히 드물고 특정 수준의 기술 개발에서만 광석 생산이 가능해졌기 때문에 훨씬 나중에 널리 사용되었습니다. 아마도 고대 민족의 언어로 된 이름에서 알 수 있듯이 처음으로 사람이 운석 철에 대해 알게되었을 것입니다. 고대 이집트의 "베니 애완 동물"은 "천국의 철"을 의미합니다. 고대 그리스 시데로스(sideros)는 별, 천체인 라틴어 sidus(sideris 속)와 관련이 있습니다. 기원전 14세기 히타이트 문헌에서. 이자형. 철은 하늘에서 떨어진 금속이라고 합니다. 로망스어에서는 로마인이 붙인 이름의 어근이 보존되었습니다(예: 프랑스어 fer, 이탈리아어 ferro).

광석에서 철을 얻는 방법은 기원전 2천년에 서아시아에서 발명되었습니다. 이자형.; 그 후 철의 사용은 바빌론, 이집트, 그리스로 퍼졌습니다. 청동기 시대는 철기 시대로 대체되었습니다. 호머(일리아스 23번째 노래)에서는 아킬레스가 원반 던지기 대회에서 우승자에게 철로 만든 원반을 수여했다고 말합니다. 유럽과 고대 러시아에서는 수세기 동안 치즈 제조 과정을 통해 철을 얻었습니다. 철광석은 구덩이에 지어진 대장간에서 숯으로 환원되었습니다. 풀무를 사용하여 공기를 단조로 주입하고, 해머 타격에 의해 환원 생성물인 크리차(kritsa)가 슬래그로부터 분리되어 다양한 제품이 단조되었습니다. 취입방법이 개선되고 난로의 높이가 높아짐에 따라 공정의 온도가 높아져 철의 일부가 침탄, 즉 주철이 얻어졌다. 이 상대적으로 깨지기 쉬운 제품은 생산 폐기물로 간주되었습니다. 따라서 주철 "선철", "선철"의 이름은 영어입니다. 선철. 나중에 철광석이 아닌 주철을 단조에 적재할 때 저탄소 철 크러스트도 얻어지고 이러한 2단계 공정이 치즈를 부는 공정보다 수익성이 더 높은 것으로 밝혀졌습니다. 12~13세기에는 비명을 지르는 방법이 이미 널리 보급되었습니다.

14세기에 주철은 추가 가공을 위한 중간 제품뿐만 아니라 다양한 제품을 주조하는 재료로도 제련되기 시작했습니다. 난로를 용광로("domnitsa")로 개조한 후 용광로로 개조한 것도 같은 시기로 거슬러 올라갑니다. 18세기 중반, 강철을 생산하는 도가니 공정이 유럽에서 사용되기 시작했는데, 이는 중세 초기 시리아에서 알려졌으나 나중에는 잊혀졌다. 이 방법을 사용하면 내화성이 높은 덩어리의 작은 용기(도가니)에서 금속 충전물을 녹여 강철을 생산할 수 있습니다. 18세기 후반, 불타는 반사로의 난로에서 주철을 철로 전환하는 웅덩이 과정이 발전하기 시작했습니다. 18세기와 19세기 초의 산업 혁명, 증기 기관의 발명, 철도, 대형 교량 및 증기선의 건설로 인해 철과 그 합금에 대한 수요가 엄청나게 늘어났습니다. 그러나 기존의 모든 철 생산 방법은 시장의 요구를 충족시킬 수 없었습니다. 강철의 대량 생산은 베서머(Bessemer), 토마스(Thomas) 및 노상 공정이 개발된 19세기 중반에야 시작되었습니다. 20세기에는 전기제강 공정이 등장해 널리 보급되어 고품질 철강을 생산하게 되었습니다.

자연 속의 철분 분포.암석권 내 함량(질량 기준 4.65%) 측면에서 철은 금속 중에서 2위를 차지합니다(알루미늄이 1위). 그것은 지각에서 활발하게 이동하여 약 300가지의 광물(산화물, 황화물, 규산염, 탄산염, 티탄산염, 인산염 등)을 형성합니다. 철은 다양한 유형의 철 침전물 형성과 관련된 마그마, 열수 및 초유전자 과정에 적극적으로 참여합니다. 철은 지구 깊은 곳에 있는 금속으로 마그마 결정화의 초기 단계, 초염기성(9.85%) 및 염기성(8.56%) 암석(화강암에서는 2.7%에 불과함)에 축적됩니다. 생물권에서 철은 많은 해양 및 대륙 퇴적물에 축적되어 퇴적 광석을 형성합니다.

철의 지구화학에서 중요한 역할은 산화환원 반응, 즉 2가 철이 3가 철로 또는 그 반대로 전환되는 것입니다. 생물권에서는 유기 물질이 존재하는 경우 Fe 3+가 Fe 2+로 환원되어 쉽게 이동하며, 대기 산소와 만나면 Fe 2+가 산화되어 철 수산화물이 축적됩니다. 널리 퍼진 철 화합물은 빨간색, 노란색, 갈색입니다. 이는 많은 퇴적암의 색상과 그 이름인 "적색층"(빨간색과 갈색의 양토 및 점토, 황사 등)을 결정합니다.

철의 물리적 특성.현대 기술에서 철의 중요성은 자연에 널리 분포되어 있을 뿐만 아니라 매우 귀중한 특성의 조합에 의해 결정됩니다. 그것은 플라스틱이며 차가운 상태와 가열된 상태 모두에서 쉽게 단조되며 압연, 스탬핑 및 인발이 가능합니다. 탄소 및 기타 원소를 용해하는 능력은 다양한 철 합금 생산의 기초가 됩니다.

철은 α 및 γ 체심 입방체(bcc)와 면심 입방체(fcc)의 두 가지 결정 격자 형태로 존재할 수 있습니다. 910°C 미만에서는 bcc 격자를 갖는 α-Fe가 안정적입니다(20°C에서 a = 2.86645Å). 910°C와 1400°C 사이에서 fcc 격자를 사용한 γ 변형은 안정적입니다(a = 3.64Å). 1400°C 이상에서는 bcc 격자 δ-Fe(a = 2.94Å)가 다시 형성되어 녹는점(1539°C)까지 안정적입니다. α-Fe는 최대 769°C(퀴리점)까지 강자성을 띕니다. γ-Fe 및 δ-Fe 변형은 상자성입니다.

가열 및 냉각 시 철과 강철의 다형성 변형은 1868년 D.K. 체르노프(D.K. Chernov)에 의해 발견되었습니다. 탄소는 철과 격자간 고용체를 형성하는데, 여기서 작은 원자 반경(0.77Å)을 갖는 C 원자는 더 큰 원자(원자 반경 Fe 1.26Å)로 구성된 금속 결정 격자의 간극에 위치합니다. γ-Fe의 탄소 고용체를 오스테나이트, α-Fe-페라이트라고 합니다. γ-Fe에 있는 탄소의 포화 고용체는 1130°C에서 2.0질량%의 C를 함유합니다. α-Fe는 723°C에서 0.02-0.04% C만 용해되고 실온에서는 0.01% 미만으로 용해됩니다. 따라서 오스테나이트가 경화되면 마르텐사이트가 형성됩니다. 이는 매우 단단하고 부서지기 쉬운 α-Fe의 탄소 과포화 고용체입니다. 경화와 템퍼링(내부 응력을 줄이기 위해 상대적으로 낮은 온도로 가열)을 결합하면 강철에 필요한 경도와 연성을 조합할 수 있습니다.

철의 물리적 특성은 순도에 따라 달라집니다. 산업용 철 재료에서 철에는 일반적으로 탄소, 질소, 산소, 수소, 황 및 인의 불순물이 동반됩니다. 매우 낮은 농도에서도 이러한 불순물은 금속의 특성을 크게 변화시킵니다. 따라서 황은 소위 적색 취성, 인 (심지어 10 -2 % P)-차가운 취성을 유발합니다. 탄소와 질소는 연성을 감소시키고, 수소는 철의 취약성(소위 수소 취성)을 증가시킵니다. 불순물 함량을 10 -7 - 10 -9%로 줄이면 금속 특성에 상당한 변화, 특히 연성이 증가합니다.

철의 물리적 특성은 다음과 같습니다. 주로 총 불순물 함량이 중량 기준 0.01% 미만인 금속을 말합니다.

원자 반경 1.26Å

이온 반경 Fe 2+ 0.80Å, Fe 3+ 0.67Å

밀도(20°C) 7.874g/cm 3

끓는점 약 3200°С

선팽창온도계수(20°C) 11.7·10 -6

열전도율(25°C) 74.04W/(m·K)

철의 열용량은 구조에 따라 달라지며 온도에 따라 복잡하게 변합니다. 평균 비열 용량(0-1000°C) 640.57 J/(kg K).

전기 저항률(20°C) 9.7 10 -8ohm·m

전기저항 온도계수 (0-100°C) 6.51·10 -3

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

영률의 온도계수 4·10 -6

전단 계수 84.0 10 3 MN/m 2

단기 인장 강도 170-210 MN/m2

신장 45-55%

브리넬 경도 350-450 Mn/m2

항복강도 100Mn/m2

충격강도 300 MN/m2

철의 화학적 성질.원자의 외부 전자 껍질의 구성은 3d 6 4s 2입니다. 철은 다양한 원자가를 나타냅니다(2가 및 3가 철의 화합물이 가장 안정적입니다). 산소와 함께 철은 산화물(II) FeO, 산화물(III) Fe 2 O 3 및 산화물(II,III) Fe 3 O 4(스피넬 구조를 갖는 Fe 2 O 3 와 FeO의 화합물)를 형성합니다. 상온의 습한 공기에서 철은 느슨한 녹(Fe 2 O 3 nH 2 O)으로 덮여 있습니다. 다공성으로 인해 녹은 산소와 습기가 금속에 접근하는 것을 막지 못하므로 추가 산화로부터 보호하지 못합니다. 다양한 유형의 부식으로 인해 매년 수백만 톤의 철이 손실됩니다. 철이 200°C 이상의 건조한 공기에서 가열되면 얇은 산화막으로 덮여 상온에서 금속이 부식되지 않도록 보호합니다. 이것이 아이언블루잉을 보호하는 기술적 방법의 기초이다. 수증기 속에서 가열되면 철은 산화되어 Fe 3 O 4(570°C 미만) 또는 FeO(570°C 이상)를 형성하고 수소를 방출합니다.

Fe(OH)2 수산화물은 수소 또는 질소 분위기에서 가성 알칼리 또는 암모니아가 Fe2+ 염 수용액에 작용할 때 흰색 침전 형태로 형성됩니다. Fe(OH) 2 는 공기와 접촉하면 먼저 녹색으로 변한 다음 검은색으로 변하고 최종적으로 빠르게 적갈색 수산화물 Fe(OH) 3 으로 변합니다. FeO 산화물은 기본적인 특성을 나타냅니다. Fe 2 O 3 산화물은 양쪽성이며 약한 산성 기능을 가지고 있습니다. 보다 기본적인 산화물 (예 : MgO와 반응하여 페라이트를 형성합니다. Fe 2 O 3 nMeO와 같은 화합물은 강자성 특성을 가지며 무선 전자 장치에 널리 사용됩니다. 산성 특성은 6가 철에서도 표현됩니다. 철산염 형태(예: K 2 FeO 4), 자유 상태에서 방출되지 않는 철산 염.

철은 할로겐 및 할로겐화수소와 쉽게 반응하여 염화물 FeCl 2 및 FeCl 3와 같은 염을 생성합니다. 철이 황과 함께 가열되면 황화물 FeS 및 FeS 2가 형성됩니다. 철 탄화물 - Fe 3 C(시멘타이트) 및 Fe 2 C(e-탄화물) - 냉각 시 철의 탄소 고용체로부터 침전됩니다. Fe 3 C는 또한 고농도 C의 액체 철에 있는 탄소 용액에서도 방출됩니다. 탄소와 마찬가지로 질소는 철과 격자간 고용체를 제공합니다. 질화물 Fe 4 N 및 Fe 2 N이 방출되며, 수소와 함께 철은 불안정한 수소화물만을 생성하며 그 조성은 정확하게 확립되지 않았습니다. 가열되면 철은 규소 및 인과 격렬하게 반응하여 규화물(예: Fe 3 Si 및 인화물(예: Fe 3 P))을 형성합니다.

결정 구조를 형성하는 많은 원소(O, S 및 기타)를 포함하는 철 화합물은 다양한 조성을 갖습니다(예를 들어, 단황화물의 황 함량은 50에서 53.3 at.%까지 다양할 수 있음). 이는 결정 구조의 결함 때문입니다. 예를 들어, 산화철(II)에서는 격자 부위의 Fe 2+ 이온 중 일부가 Fe 3+ 이온으로 대체됩니다. 전기적 중성을 유지하기 위해 Fe 2+ 이온에 속한 일부 격자 사이트는 비어 있습니다.

Fe = Fe 2+ + 2e 반응에 대한 염 수용액 내 철의 정상 전극 전위는 -0.44V이고, Fe = Fe 3+ + 3e 반응에 대한 철의 정상 전극 전위는 -0.036V입니다. 따라서 일련의 활동에서 철은 수소의 왼쪽에 있습니다. H 2 방출 및 Fe 2+ 이온 형성으로 묽은 산에 쉽게 용해됩니다. 철과 질산의 상호작용은 독특합니다. 농축된 HNO 3(밀도 1.45 g/cm 3)는 표면에 보호 산화막이 나타나 철을 부동태화합니다. 더 묽은 HNO 3는 철을 용해하여 Fe 2+ 또는 Fe 3+ 이온을 형성하고 NH 3 또는 N 2 및 N 2 O로 감소합니다. 공기 중 2가 철염 용액은 불안정합니다. Fe 2+는 점차 Fe 3+로 산화됩니다. 철염 수용액은 가수분해로 인해 산성 반응을 보입니다. Fe 3+ 염 용액에 티오시안산염 이온 SCN-을 첨가하면 Fe(SCN) 3이 형성되어 밝은 붉은색을 띠게 되며, 이는 약 10 6 에서 Fe 3+ 1부분의 존재를 발견할 수 있게 해줍니다. 물의 일부. 철은 복합 화합물을 형성하는 것이 특징입니다.

철분 얻기.순수한 철은 염 수용액을 전기분해하거나 산화물을 수소로 환원시켜 비교적 적은 양으로 얻습니다. 상대적으로 낮은 온도에서 수소, 천연가스 또는 석탄을 사용하여 광석 정광에서 철을 직접 환원함으로써 충분히 순수한 철의 생산량이 점차 증가하고 있습니다.

철의 응용.철은 현대 기술의 가장 중요한 금속입니다. 순수한 형태의 철은 강도가 낮기 때문에 실제로 사용되지 않지만 일상 생활에서는 강철 또는 주철 제품을 종종 "철"이라고 부릅니다. 대부분의 철은 구성과 특성이 매우 다른 합금 형태로 사용됩니다. 철합금은 전체 금속제품의 약 95%를 차지합니다. 탄소가 풍부한 합금(중량 기준 2% 이상)(주철)은 철이 풍부한 광석을 용광로에서 제련합니다. 다양한 등급의 강철(탄소 함량 2% 미만)은 과잉 탄소를 ​​산화(소각)하고 유해한 불순물(주로 S, P, O)을 제거하고 첨가함으로써 개방형 난로 및 전기로 및 전로에서 주철로부터 제련됩니다. 합금 원소. 고합금강(니켈, 크롬, 텅스텐 및 기타 원소 함량이 높음)은 전기 아크 및 유도로에서 제련됩니다. 특히 중요한 목적을 위해 강철 및 철 합금을 생산하려면 진공, 일렉트로슬래그 재용해, 플라즈마 및 전자빔 용해 등의 새로운 공정이 사용됩니다. 고품질 금속 및 공정 자동화를 보장하는 지속적으로 작동하는 장치에서 철강 제련을 위한 방법이 개발되고 있습니다.

철을 기반으로 고온 및 저온, 진공 및 고압, 공격적인 환경, 높은 교류 전압, 핵 방사선 등을 견딜 수 있는 재료가 만들어집니다. 철 및 그 합금의 생산은 지속적으로 증가하고 있습니다.

철은 고대부터 이집트, 메소포타미아, 인도 등지에서 예술재료로 사용되어 왔습니다. 중세 이후 유럽 국가(영국, 프랑스, ​​이탈리아, 러시아 등)에서는 단조 울타리, 문 경첩, 벽 브래킷, 풍향계, 가슴 부속품 및 조명 등 철로 만든 예술성이 뛰어난 수많은 제품이 보존되었습니다. 막대로 만든 단조 제품과 천공된 철판(종종 운모 라이닝 포함)으로 만든 제품은 평평한 모양, 선명한 선형 그래픽 실루엣으로 구별되며 밝은 공기 배경에서 효과적으로 보입니다. 20세기에는 철을 사용하여 그릴, 울타리, 개방형 내부 칸막이, 촛대, 기념물을 만들었습니다.

몸에 철분.철분은 모든 동물과 식물의 몸에 존재합니다(평균 약 0.02%). 주로 산소 대사와 산화 과정에 필요합니다. 이를 대량으로 축적할 수 있는 유기체(소위 농축기)가 있습니다(예: 철 박테리아 - 철의 최대 17-20%). 동물과 식물의 거의 모든 철분은 단백질과 결합되어 있습니다. 철분 결핍은 엽록소 형성 감소와 관련된 식물의 성장 지연 및 백화증을 유발합니다. 과도한 철분은 또한 식물 발달에 해로운 영향을 미치며, 예를 들어 벼꽃의 불임 및 백화증을 유발합니다. 알칼리성 토양에서는 식물 뿌리가 흡수할 수 없는 철 화합물이 형성되며, 식물은 이를 충분한 양으로 받아들이지 않습니다. 산성 토양에서 철은 과도한 양으로 가용성 화합물로 변합니다. 토양에 동화 가능한 철 화합물이 부족하거나 과잉일 경우 식물 질병이 넓은 지역에서 관찰될 수 있습니다.

철분은 음식과 함께 동물과 인간의 몸에 들어갑니다(가장 풍부한 공급원은 간, 고기, 계란, 콩류, 빵, 시리얼, 시금치, 사탕무입니다). 일반적으로 사람은 식단을 통해 60-110mg의 철분을 섭취하는데, 이는 일일 요구량을 크게 초과합니다. 음식에서 받은 철분의 흡수는 소장의 상부에서 일어나며, 그곳에서 단백질과 결합된 형태로 혈액으로 들어가고 혈액과 함께 다양한 기관과 조직으로 운반되어 철분 형태로 축적됩니다. 단백질 복합체 - 페리틴. 신체의 주요 철분 저장소는 간과 비장입니다. 페리틴으로 인해 신체의 모든 철 함유 화합물이 합성됩니다. 호흡 색소 헤모글로빈은 골수에서 합성되고 미오글로빈은 근육에서 합성되며 시토크롬 및 기타 철 함유 효소는 다양한 조직에서 합성됩니다. 철분은 주로 대장 벽을 통해 몸에서 배출되며(사람의 경우 하루 약 6~10mg), 소량은 신장을 통해 배출됩니다. 철분에 대한 신체의 필요량은 나이와 신체 상태에 따라 달라집니다. 체중 1kg당 철분은 어린이 0.6mg, 성인 0.1mg, 임산부 0.3mg이 필요합니다. 동물의 철분 요구량은 대략 (식이 건물 1kg 당)입니다. 젖소의 경우 - 최소 50mg, 어린 동물의 경우 - 30-50mg; 새끼 돼지의 경우 - 최대 200mg, 임신한 돼지의 경우 - 60mg.

인체에는 약 5g의 철분이 함유되어 있으며, 대부분(70%)이 혈액 헤모글로빈의 일부입니다.

물리적 특성

자유 상태에서 철은 칙칙한 색조를 띠는 은백색 금속입니다. 순수한 철은 연성이 있고 강자성 특성을 가지고 있습니다. 실제로는 일반적으로 철 합금(주철 및 강철)이 사용됩니다.

Fe는 VIII족 하위 그룹의 9개 d-금속 중 가장 중요하고 가장 풍부한 원소입니다. 코발트, 니켈과 함께 "철족"을 형성합니다.

다른 원소와 화합물을 형성할 때 전자 2~3개를 사용하는 경우가 많다(B = II, III).

VIII족의 거의 모든 d-원소와 마찬가지로 철은 그룹 번호와 동일한 더 높은 원자가를 나타내지 않습니다. 최대 원자가는 VI에 도달하며 극히 드물게 나타납니다.

가장 일반적인 화합물은 Fe 원자가 +2 및 +3 산화 상태에 있는 화합물입니다.

철분을 얻는 방법

1. 공업용 철(탄소 및 기타 불순물과 합금)은 다음 계획에 따라 천연 화합물의 탄소열 환원을 통해 얻습니다.

회복은 3단계로 점진적으로 이루어집니다.

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

2) Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

이 공정을 통해 생성된 주철에는 2% 이상의 탄소가 포함되어 있습니다. 그 후, 주철은 탄소 함량이 1.5% 미만인 강철-철 합금을 생산하는 데 사용됩니다.

2. 다음 방법 중 하나로 매우 순수한 철을 얻습니다.

a) Fe 펜타카르보닐의 분해

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

b) 순수한 FeO2를 수소로 환원

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

c) Fe +2 염 수용액의 전기분해

FeC2O4 = Fe + 2CO2

철(II) 옥살산염

화학적 특성

Fe는 중간 활성의 금속이며 금속 특유의 일반적인 특성을 나타냅니다.

독특한 특징은 습한 공기에서 "녹슬어지는" 능력입니다.

건조한 공기에 수분이 없으면 철은 T > 150°C에서만 눈에 띄게 반응하기 시작합니다. 하소하면 "철 스케일"Fe 3 O 4가 형성됩니다.

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

철은 산소가 없으면 물에 녹지 않습니다. 매우 높은 온도에서 Fe는 수증기와 반응하여 물 분자에서 수소를 대체합니다.

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

녹이 발생하는 메커니즘은 전기화학적 부식입니다. 녹 제품은 단순화된 형태로 제공됩니다. 실제로, 다양한 조성의 산화물과 수산화물 혼합물의 느슨한 층이 형성됩니다. Al 2 O 3 필름과 달리 이 층은 철이 더 이상 파괴되지 않도록 보호하지 않습니다.

부식의 종류

철을 부식으로부터 보호

1. 고온에서 할로겐 및 황과의 상호 작용.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

이온 결합 유형이 우세한 화합물이 형성됩니다.

2. 인, 탄소, 규소와의 상호 작용(철은 N2 및 H2와 직접 결합하지 않고 용해함).

Fe + P = Fe x Py

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

베르톨리드(결합의 공유 성질이 화합물에서 우세함)와 같은 다양한 구성의 물질이 형성됩니다.

3. "비산화" 산(HCl, H 2 SO 4 dil.)과의 상호작용

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Fe는 활동도 계열에서 수소 왼쪽(E° Fe/Fe 2+ = -0.44 V)에 위치하므로 일반 산에서 H 2를 대체할 수 있습니다.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

4. "산화" 산(HNO 3, H 2 SO 4 농도)과의 상호작용

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

농축된 HNO 3 및 H 2 SO 4는 철을 "부동태화"하므로 상온에서는 금속이 용해되지 않습니다. 강한 가열로 인해 천천히 용해됩니다(H 2 방출 없음).

섹션에서 HNO 3 철은 용해되어 Fe 3+ 양이온의 형태로 용액이 되고 산성 음이온은 NO*로 환원됩니다.

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

HCl과 HNO 3의 혼합물에 매우 잘 녹습니다.

5. 알칼리와의 관계

Fe는 알칼리 수용액에 용해되지 않습니다. 매우 높은 온도에서만 용융된 알칼리와 반응합니다.

6. 덜 활성인 금속염과의 상호작용

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

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

7. 기체 일산화탄소와의 반응 (t = 200°C, P)

Fe(분말) + 5CO(g) = Fe 0(CO) 5 철 펜타카르보닐

Fe(III) 화합물

Fe 2 O 3 - 산화철(III).

적갈색 분말, n. 아르 자형. H 2 O. 자연에서 - "적철광석".

획득 방법:

1) 수산화철(III)의 분해

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

2) 황철석 소성

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

3) 질산염 분해

화학적 특성

Fe 2 O 3 는 양쪽성의 징후가 있는 염기성 산화물입니다.

I. 주요 특성은 산과 반응하는 능력으로 나타납니다.

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

Fe2O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H2O

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

II. 약산성. Fe 2 O 3는 알칼리 수용액에 용해되지 않지만 고체 산화물, 알칼리 및 탄산염과 융합되면 페라이트가 형성됩니다.

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 - 야금에서 철 생산을 위한 공급원료:

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

Fe(OH) 3 - 수산화철(III)

획득 방법:

가용성 Fe 3+ 염에 대한 알칼리의 작용으로 얻음:

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

준비 당시 Fe(OH) 3 는 적갈색 점액성 무정형 퇴적물이었습니다.

Fe(III) 수산화물은 습한 공기에서 Fe와 Fe(OH) 2가 산화되는 동안에도 형성됩니다.

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

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

Fe(III) 수산화물은 Fe 3+ 염의 가수분해의 최종 생성물입니다.

화학적 특성

Fe(OH) 3 는 매우 약한 염기입니다(Fe(OH) 2 보다 훨씬 약함). 눈에 띄는 산성 특성을 보여줍니다. 따라서 Fe(OH) 3 는 양쪽성 특성을 갖습니다.

1) 산과의 반응이 쉽게 일어납니다.

2) Fe(OH)3의 새로운 침전물이 뜨거운 농축액에 용해됩니다. 수산화물 복합체를 형성하는 KOH 또는 NaOH 용액:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

알칼리성 용액에서 Fe(OH) 3는 철산염(철산 H 2 FeO 4의 염은 자유 상태에서 방출되지 않음)으로 산화될 수 있습니다.

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

Fe 3+ 염

가장 실질적으로 중요한 것은 다음과 같습니다: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - 노란색 혈액 염 = Fe 4 3 프러시안 블루(짙은 파란색 침전물)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 티오시아네이트 Fe(III) (혈색 용액)