Jern i sin rene form er et duktilt grått metall som lett kan bearbeides. Og likevel, for mennesker, er Fe-elementet mer praktisk i kombinasjon med karbon og andre urenheter som tillater dannelse av metallegeringer - stål og støpejern. 95% - dette er nøyaktig hvor mye av alle metallprodukter produsert på planeten inneholder jern som hovedelement.

Jern: historie

De første jernproduktene laget av mennesker er datert av forskere i det 4. årtusen f.Kr. e., og studier har vist at meteorisk jern, som er preget av 5-30 prosent nikkelinnhold, ble brukt til produksjonen. Det er interessant, men inntil menneskeheten mestret utvinningen av Fe ved å smelte den, ble jern verdsatt mer enn gull. Dette ble forklart med det faktum at sterkere og mer pålitelig stål var mye mer egnet for fremstilling av verktøy og våpen enn kobber og bronse.

De gamle romerne lærte hvordan de skulle produsere det første støpejernet: ovnene deres kunne heve malmens temperatur til 1400 o C, mens 1100-1200 o C var nok for støpejern. Deretter fikk de også rent stål, smeltepunktet for som, som kjent, er 1535 grader Celsius.

Kjemiske egenskaper til Fe

Hva interagerer jern med? Jern interagerer med oksygen, som er ledsaget av dannelsen av oksider; med vann i nærvær av oksygen; med svovelsyre og saltsyre:

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

Dessuten reagerer jern på alkalier bare hvis de er smelter av sterke oksidasjonsmidler. Jern reagerer ikke med oksidasjonsmidler ved normale temperaturer, men begynner alltid å reagere når det øker.

Bruk av jern i konstruksjon

Bruken av jern i byggebransjen i dag kan ikke overvurderes, fordi metallkonstruksjoner er grunnlaget for absolutt enhver moderne bygning. I dette området brukes Fe i vanlige stål, støpejern og smijern. Dette elementet finnes overalt, fra kritiske strukturer til ankerbolter og spiker.

Konstruksjonen av bygningskonstruksjoner laget av stål er mye billigere, og vi kan også snakke om høyere konstruksjonspriser. Dette øker bruken av jern i bygg og anlegg markant, samtidig som industrien selv omfavner bruken av nye, mer effektive og pålitelige Fe-baserte legeringer.

Bruk av jern i industrien

Bruken av jern og dets legeringer - støpejern og stål - er grunnlaget for moderne maskinverktøy, fly, instrumentproduksjon og produksjon av annet utstyr. Takket være Fe-cyanider og oksider fungerer malings- og lakkindustrien; jernsulfater brukes i vannbehandling. Tung industri er helt utenkelig uten bruk av Fe+C-baserte legeringer. I et ord er jern et uerstattelig, men samtidig tilgjengelig og relativt billig metall, som, som en del av legeringene, har et nesten ubegrenset bruksområde.

Bruk av jern i medisin

Det er kjent at hver voksen inneholder opptil 4 gram jern. Dette elementet er ekstremt viktig for kroppens funksjon, spesielt for helsen til sirkulasjonssystemet (hemoglobin i røde blodlegemer). Det er mange jernbaserte medisiner som kan øke Fe-nivået for å forhindre utvikling av jernmangelanemi.

Jern- metall, hvis bruk i industrien og hverdagen har praktisk talt ingen grenser. Andelen jern i verdens metallproduksjon er omtrent 95 %. Bruken, som alle andre materialer, bestemmes av visse egenskaper.

Jern spilte en stor rolle i utviklingen av menneskelig sivilisasjon. Det primitive mennesket begynte å bruke jernverktøy flere årtusener f.Kr. På den tiden var den eneste kilden til dette metallet meteoritter som falt til jorden, som inneholdt ganske rent jern. Dette ga opphav til legender blant mange folkeslag om den himmelske opprinnelsen til jern.

I midten av det 2. årtusen f.Kr. I Egypt mestret man utvinningen av jern fra jernmalm. Det antas at dette markerte begynnelsen på jernalderen i menneskehetens historie, som erstattet stein- og bronsealderen. Men allerede for 3-4 tusen år siden smeltet innbyggerne i den nordlige Svartehavsregionen - Cimmerians - jern fra sumpmalm.

Jern har ikke mistet sin betydning den dag i dag. Dette er det viktigste metallet i moderne teknologi. På grunn av sin lave styrke, brukes jern praktisk talt ikke i sin rene form. Men i hverdagen kalles stål- eller støpejernsprodukter ofte "jern". Tross alt er viktige konstruksjonsmaterialer - stål og støpejern - legeringer av jern og karbon. Et bredt utvalg av gjenstander er laget av dem.

Den åttekantede pidestallen til monumentet til prins Vladimir er bygget av murstein og foret med støpejern.

Prototypen på den gigantiske strukturen til Atomium i Brussel var en modell av et jernkrystallgitter. Etter gjenoppbygging er Atomium igjen åpent for publikum. Det originale dekket til hver 240 m2 ball var laget av 720 trekantede aluminiumsplater. Nå er de erstattet av 48 rustfrie stålplater.

I tillegg kan jern være en komponent i legeringer basert på andre metaller, for eksempel nikkel. Magnetiske legeringer inneholder også jern.

Det lages jernbaserte materialer som tåler høye og lave temperaturer, vakuum og høye trykk. De tåler med suksess aggressive miljøer, vekselspenning, radioaktiv stråling, etc.

Produksjonen av jern og dets legeringer vokser stadig. Disse materialene er universelle, teknologisk avanserte, tilgjengelige og billige i store mengder. Råvarebasen av jern er ganske stor. De allerede utforskede reservene av jernmalm vil vare i minst to århundrer. Derfor vil jern lenge forbli "fundamentet" for sivilisasjonen.

Jern har lenge vært brukt som et kunstnerisk materiale i Egypt, Mesopotamia og India. Siden middelalderen har en rekke svært kunstneriske produkter laget av jernlegeringer blitt bevart. Moderne kunstnere bruker også mye jernlegeringer. Materiale fra siden

Blant de mange kunstneriske produktene kan man ikke utelate "Palm of Mertsalov" - et kunstverk av ukrainske mestere. Det ble smidd av Aleksey Mertsalov ved Yuzovsky Metallurgical Plant i 1886. Hun ble anerkjent som verdig Grand Prix til den all-russiske industri- og kunstutstillingen i Nizhny Novgorod. I 1900 mottok "Palma Mertsalova", som en del av utstillingen av Yuzovsky-anlegget, den høyeste prisen på verdensutstillingen i Paris.

Og i det 21. århundre. Det er vanskelig å finne en industri som ikke bruker jern. Dens betydning har ikke blitt mindre med overgangen til mange metallfunksjoner til syntetiske materialer laget av den kjemiske industrien.

Leksjonens mål:

• danne en idé om de fysiske og kjemiske egenskapene til jern avhengig av graden av oksidasjon det viser og arten av oksidasjonsmidlet;
• utvikle studentenes teoretiske tenkning og deres evne til å forutsi egenskapene til et stoff basert på kunnskap om dets struktur;
• utvikle konseptuell tenkning av slike operasjoner som analyse, sammenligning, generalisering, systematisering;
• utvikle slike egenskaper ved tenkning som objektivitet, konsisthet og klarhet, selvkontroll og aktivitet.

Leksjonens mål:

• oppdatere studentenes kunnskap om emnet: "Struktur av atomet";
• organisere det kollektive arbeidet til elevene fra å sette en læringsoppgave til det endelige resultatet (lag et referansediagram for leksjonen);
• oppsummer materialet om emnet: "Metaller" og vurder egenskapene til jern og dets anvendelse;
• organisere uavhengig forskningsarbeid i par for å studere de kjemiske egenskapene til jern;
• organisere gjensidig kontroll av elevene i timen.

Leksjonstype: lære nytt materiale.

Reagenser og utstyr:

• jern (pulver, tallerken, binders),
• svovel,
• saltsyre,
• kobber(II)sulfat
• jernkrystallgitter,
• spillplakater,
• magnet,
• et utvalg illustrasjoner om emnet,
• prøverør,
• alkohollampe,
• fyrstikker,
• skje for brenning av brennbare stoffer,
• geografiske kart.

Leksjonsstruktur

1. Innledende del.
2. Lære nytt stoff.
3. Leksemelding.
4. Konsolidering av det studerte materialet.

I løpet av timene

1. Innledende del

Organisering av tid.

Sjekke tilgjengeligheten til studenter.

Leksjonsemnemelding. Noter emnet på tavlen og i elevenes notatbøker.

2. Lære nytt stoff

– Hva tror du temaet for leksjonen vår i dag vil være?

1. Utseendet til jern markerte begynnelsen på jernalderen i menneskets sivilisasjon.

Hvor fikk de gamle menneskene jern fra i en tid da de ennå ikke visste hvordan de skulle utvinne det fra malm? Jern, oversatt fra det sumeriske språket, er et metall som «falt ned fra himmelen, himmelsk». Det første jernet menneskeheten møtte var jern fra meteoritter. For første gang ble det bevist at «jernsteiner faller ned fra himmelen» i 1775 av den russiske forskeren P.S. Palace, som brakte til St. Petersburg en blokk med innfødt jernmeteoritt som veide 600 kg. Den største jernmeteoritten er "Goba"-meteoritten, som ble funnet i Sørvest-Afrika i 1920 og veide rundt 60 tonn. La oss huske graven til Tutankhamon: gull, gull. Storslått arbeid gleder, glansen blender øynene. Men her er hva K. Kerram skriver i boken «Gods, Tombs, Scientists» om den lille jernamuletten til Tutankhamon: «Amuletten er et av de tidligste produktene i Egypt, og ... i en grav fylt nesten til siste plass med gull, det var dette beskjedne funnet som hadde størst verdi fra et kulturhistorisk synspunkt.» Bare noen få jerngjenstander ble funnet i faraoens grav, blant dem en jernamulett av guden Horus, en liten dolk med et jernblad og et gullhåndtak, og en liten jernkrakk "Urs".

Forskere antyder at det var landene i Lilleasia, hvor de hettittiske stammene bodde, som var opprinnelsesstedet for jern- og stålindustrien. Jern kom til Europa fra Lilleasia allerede i det 1. årtusen f.Kr.; Slik begynte jernalderen i Europa.

Det berømte damaskstålet (eller damaskstålet) ble laget i Østen tilbake i tiden til Aristoteles (IV århundre f.Kr.). Men teknologien for produksjonen ble holdt hemmelig i mange århundrer.

Jeg drømte om en annen type tristhet
Om grått Damaskus-stål.
Jeg så hvordan stålet var herdet
Som en av de unge slavene
De valgte ham, matet ham,
Slik at hans kjød får styrke.
Ventet på forfallsdatoen
Og så det glødende bladet
De stupte ned i det muskuløse kjøttet,
Det ferdige bladet ble tatt ut.
Sterkere enn stål har østen ikke sett,
Sterkere enn stål og bitre enn sorg.

Siden damaskstål er et stål med svært høy hardhet og elastisitet, har produkter laget av det evnen til å ikke bli matt når de er slipt. Den russiske metallurgen P.P. avslørte hemmeligheten bak damaskstål. Anosov. Han avkjølte veldig sakte det varme stålet i en spesiell løsning av teknisk olje oppvarmet til en viss temperatur; Under kjøleprosessen ble stålet smidd.

(Demonstrasjon av tegninger.)

Jern er et sølvgrå metall	Jern er et sølvgrå metall
Disse neglene er laget av jern	Stål brukes i bilindustrien
Stål brukes til å lage medisinske instrumenter	Stål brukes til å lage lokomotiver
	Alle metaller er utsatt for korrosjon
Alle metaller er utsatt for korrosjon

2. Plassering av jern i PSHEM.

Vi finner ut plasseringen av jern i PSCEM, ladningen til kjernen og fordelingen av elektroner i atomet.

3. Fysiske egenskaper til jern.

– Hvilke fysiske egenskaper ved jern kjenner du til?

Jern er et sølvhvitt metall med et smeltepunkt på 1539 o C. Det er veldig duktilt, derfor er det lett bearbeidet, smidd, rullet, stemplet. Jern har evnen til å magnetiseres og avmagnetiseres, derfor brukes det som elektromagnetkjerner i forskjellige elektriske maskiner og enheter. Den kan gis større styrke og hardhet ved termiske og mekaniske metoder, for eksempel ved herding og valsing.

Det er kjemisk rent og kommersielt rent jern. Teknisk rent jern er i hovedsak lavkarbonstål; det inneholder 0,02-0,04% karbon, og enda mindre oksygen, svovel, nitrogen og fosfor. Kjemisk rent jern inneholder mindre enn 0,01 % urenheter. Kjemisk rent jern - sølvgrå, skinnende metall, veldig lik platina i utseende. Kjemisk rent jern er motstandsdyktig mot korrosjon (husk hva korrosjon er? Demonstrasjon av en etsende spiker) og motstår syrer godt. Men ubetydelige mengder urenheter fratar den disse dyrebare egenskapene.

4. Kjemiske egenskaper til jern.

Basert på din kunnskap om de kjemiske egenskapene til metaller, hvilke kjemiske egenskaper tror du jern vil ha?

Demonstrasjon av eksperimenter.

• Interaksjon av jern med svovel.

Praktisk jobb.

• Interaksjon av jern med saltsyre.
• Interaksjon av jern med kobber(II)sulfat.

5. Bruk av jern.

Samtale om spørsmål:

– Hva tror du er fordelingen av jern i naturen?

Jern er et av de vanligste grunnstoffene i naturen. I jordskorpen er massefraksjonen 5,1%, ifølge denne indikatoren er den bare nest etter oksygen, silisium og aluminium. Mye jern finnes også i himmellegemer, bestemt ved spektralanalyse. I prøver av månejord levert av Luna automatiske stasjon ble det funnet jern i uoksidert tilstand.

Jernmalm er ganske utbredt på jorden. Navnene på fjellene i Ural taler for seg selv: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Agrokjemikere finner jernforbindelser i jordsmonn.

– I hvilken form forekommer jern i naturen?

Jern er en del av de fleste bergarter. For å få jern brukes jernmalm med et jerninnhold på 30-70 % eller mer. De viktigste jernmalmene er: magnetitt - Fe 3 O 4 inneholder 72% jern, avsetninger finnes i Sør-Ural, Kursk magnetisk anomali; hematitt - Fe 2 O 3 inneholder opptil 65% jern, slike forekomster finnes i Krivoy Rog-regionen; limonite – Fe 2 O 3 * nH 2 O inneholder opptil 60% jern, avleiringer finnes på Krim; pyritt - FeS 2 inneholder omtrent 47% jern, avleiringer finnes i Ural. (Jobber med konturkart).

– Hvilken rolle har jern i livet til mennesker og planter?

Biokjemikere har oppdaget jernets viktige rolle i livet til planter, dyr og mennesker. Som en del av en ekstremt kompleks organisk forbindelse kalt hemoglobin, bestemmer jern den røde fargen på dette stoffet, som igjen bestemmer fargen på blod fra mennesker og dyr. Kroppen til en voksen inneholder 3 g rent jern, hvorav 75% er en del av hemoglobin. Hovedrollen til hemoglobin er å transportere oksygen fra lungene til vevet, og i motsatt retning - CO 2.

Planter trenger også jern. Det er en del av cytoplasmaet og deltar i prosessen med fotosyntese. Planter dyrket på et underlag som ikke inneholder jern har hvite blader. Et lite tilskudd av jern til underlaget og de blir grønne. Dessuten er det verdt å smøre et hvitt ark med en løsning av salt som inneholder jern, og snart blir det utsmurte området grønt.

Så av samme grunn - tilstedeværelsen av jern i juice og vev - blir bladene til plantene muntert grønne og en persons kinn rødmer.

Omtrent 90 % av metallene som brukes av menneskeheten er jernbaserte legeringer. Det smeltes mye jern i verden, omtrent 50 ganger mer enn aluminium, for ikke å snakke om andre metaller. Jernbaserte legeringer er universelle, teknologisk avanserte, tilgjengelige og billige. Jern vil fortsatt være grunnlaget for sivilisasjonen i lang tid.

3. Legg ut hjemmemateriell

14, eks. nr. 6, 8, 9 (basert på arbeidsboken for læreboken til O.S. Gabrielyan “Chemistry 9”, 2003).

4. Konsolidering av studert materiale

1. Bruk referansediagrammet skrevet på tavlen og trekk en konklusjon: hva er jern og hva er dets egenskaper?
2. Grafisk diktat (forbered på forhånd papirark med tegnet rett linje, delt i 8 segmenter og nummerert i henhold til diktatspørsmålene. Merk med en hytte «^» på segmentet nummeret på posisjonen som anses som riktig).

Valg 1.

1. Jern er et reaktivt alkalimetall.
2. Jern er lett å smi.
3. Jern er en del av bronselegeringen.
4. Det ytre energinivået til jernatomet har 2 elektroner.
5. Jern reagerer med fortynnede syrer.
6. Med halogener danner det halogenider med en oksidasjonstilstand på +2.
7. Jern interagerer ikke med oksygen.
8. Jern kan oppnås ved elektrolyse av smeltet jernsalt.

1	2	3	4	5	6	7	8

Alternativ 2.

1. Jern er et sølvhvitt metall.
2. Jern har ikke evnen til å magnetiseres.
3. Jernatomer har oksiderende egenskaper.
4. Det er 1 elektron i det ytre energinivået til jernatomet.
5. Jern fortrenger kobber fra løsninger av dets salter.
6. Med halogener danner det forbindelser med en oksidasjonstilstand på +3.
7. Med en løsning av svovelsyre danner den jern(III)sulfat.
8. Jern korroderer ikke.

1	2	3	4	5	6	7	8

Etter å ha fullført oppgaven, utveksler elevene sine verk og sjekker dem (svar på arbeidene legges ut på tavlen, eller vises gjennom projektoren).

Markeringskriterier:

• "5" - 0 feil,
• "4" - 1-2 feil,
• "3" - 3-4 feil,
• "2" - 5 eller flere feil.

Brukte bøker

1. Gabrielyan O.S. Kjemi 9. klasse. – M.: Bustard, 2001.
2. Gabrielyan O.S. Bok for lærere. – M.: Bustard, 2002.
3. Gabrielyan O.S. Kjemi 9. klasse. Arbeidsbok. – M.: Bustard, 2003.
4. Utdanningsindustrien. Sammendrag av artikler. Utgave 3. – M.: MGIU, 2002.
5. Malyshkina V. Underholdende kjemi. – St. Petersburg, «Trigon», 2001.
6. Programvare og metodisk materiale. Kjemi klassetrinn 8-11. – M.: Bustard, 2001.
7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. En bok om kjemi for hjemmelesing. – M.: Kjemi, 1995.
8. Jeg skal på kjemitime. Bok for lærere. – M.: «Første september», 2000.

applikasjoner

Visste du at?

Jern - en av de viktigste elementene i livet. Blod inneholder jern, og det er dette som bestemmer fargen på blodet, så vel som dets hovedegenskap - evnen til å binde og frigjøre oksygen. Denne evnen er besatt av en kompleks forbindelse - hem - en integrert del av hemoglobinmolekylet. I tillegg til hemoglobin, inneholder kroppen vår også jern i myoglobin, et protein som lagrer oksygen i musklene. Det finnes også jernholdige enzymer.

Nær Delhi i India er det en jernsøyle uten den minste flekk av rust, selv om dens alder er nesten 2800 år. Dette er den berømte Kutub-søylen, omtrent syv meter høy og veier 6,5 tonn.Inskripsjonen på søylen indikerer at den ble reist på 900-tallet. f.Kr e. Rusten av jern - dannelsen av jernmetahydroksid - er assosiert med dets interaksjon med fuktighet og oksygen i luften.

Imidlertid skjer ikke denne reaksjonen i fravær av ulike urenheter i jern, først og fremst karbon, silisium og svovel. Søylen var laget av veldig rent metall: jern i søylen viste seg å være 99,72%. Dette forklarer dens holdbarhet og korrosjonsbestandighet.

I 1934 dukket artikkelen «Forbedring av jern og stål gjennom ... rusting i bakken» i Mining Journal. Metoden for å gjøre jern til stål gjennom rust i bakken har vært kjent for folk siden antikken. For eksempel begravde sirkasserne i Kaukasus stripejern i bakken, og etter å ha gravd det opp 10-15 år senere, smidde de sablene sine fra det, som til og med kunne skjære gjennom en pistolløp, skjold eller fiendtlige bein.

Hematitt

Hematitt, eller rød jernmalm – hovedmalmen i vår tids hovedmetall – jern. Jerninnholdet i den når 70%. Hematitt har vært kjent i lang tid. I Babylon og det gamle Egypt ble det brukt i smykker, for å lage sel, og sammen med kalsedon tjente det som et favorittmateriale som en utskåret stein. Alexander den store hadde en ring innlagt med hematitt, som han mente gjorde ham usårbar i kamp. I antikken og middelalderen var hematitt kjent som en medisin som stoppet blod. Pulver fra dette mineralet har blitt brukt til gull- og sølvgjenstander siden antikken.

Navnet på mineralet kommer fra gresk detaljer– blod, som er assosiert med den kirsebær- eller voksrøde fargen på pulveret av dette mineralet.

En viktig egenskap ved mineralet er evnen til vedvarende å lagre farge og overføre den til andre mineraler som inneholder minst en liten blanding av hematitt. Den rosa fargen på granittsøylene i St. Isak-katedralen er fargen på feltspat, som igjen er farget av fint spredt hematitt. De pittoreske mønstrene av jaspis som ble brukt til etterbehandling av metrostasjonene i hovedstaden, oransje og rosa karneoler på Krim, korallrøde lag av sylvitt og karnallitt i saltlag - alle skylder fargen sin til hematitt.

Rød maling har lenge vært laget av hematitt. Alle de berømte freskene laget for 15-20 tusen år siden - den fantastiske bisonen i Altamira-hulen og mammutene fra den berømte Cape Cave - ble laget med brune jernoksider og hydroksider.

Magnetitt

Magnetitt, eller magnetisk jernmalm – et mineral som inneholder 72 % jern. Dette er den rikeste jernmalmen. Det bemerkelsesverdige med dette mineralet er dets naturlige magnetisme - egenskapen som det ble oppdaget på grunn av.

Som rapportert av den romerske vitenskapsmannen Plinius, er magnetitt oppkalt etter den greske hyrden Magnes. Magnes passet flokken sin nær bakken over elva. Hindu i Thessaly. Plutselig ble en stav med jernspiss og sandaler foret med spiker trukket mot seg selv av et fjell laget av solid gråstein. Mineralet magnetitt ga på sin side navn til magneten, magnetfeltet og hele det mystiske fenomenet magnetisme, som har blitt nøye studert siden Aristoteles tid og frem til i dag.

De magnetiske egenskapene til dette mineralet brukes fortsatt i dag, først og fremst for å lete etter forekomster. Dette er hvordan unike jernforekomster ble oppdaget i området Kursk Magnetic Anomaly (KMA). Mineralet er tungt: en prøve av magnetitt på størrelse med et eple veier 1,5 kg.

I antikken var magnetitt utstyrt med alle slags helbredende egenskaper og evnen til å utføre mirakler. Den ble brukt til å trekke ut metall fra sår, og Ivan den grusomme beholdt sine umerkelige krystaller blant sine skatter sammen med andre steiner.

Pyritt er et ildlignende mineral

Pyritt - et av de mineralene som du, når du ser det, vil utbryte: "Er det virkelig det som skjedde?" Det er vanskelig å tro at den høyeste klassen av skjæring og polering som overrasker oss i håndlagde produkter, i pyrittkrystaller, er en sjenerøs naturgave.

Pyritt har fått navnet sitt fra det greske ordet "pyros" - brann, som er assosiert med egenskapen til gnister når den blir truffet av stålgjenstander. Dette vakre mineralet overrasker med sin gylne farge og lyse glans på nesten alltid klare kanter. På grunn av egenskapene har pyritt vært kjent siden antikken, og under gullrushepidemiene gnistrer pyritt i en kvartsåre mer enn ett varmt hode. Selv nå forveksler nybegynnere av steinelskere ofte pyritt for gull.

Pyritt er et allestedsnærværende mineral: det dannes fra magma, fra damper og løsninger, og til og med fra sedimenter, hver gang i spesifikke former og kombinasjoner. Det er et kjent tilfelle hvor liket av en gruvearbeider som falt i en gruve i løpet av flere tiår ble til pyritt. Det er mye jern i pyritt - 46,5%, men å utvinne det er dyrt og ulønnsomt.

Jern er et velkjent kjemisk grunnstoff. Det tilhører metaller med gjennomsnittlig kjemisk aktivitet. Vi vil se på egenskapene og bruken av jern i denne artikkelen.

Utbredelse i naturen

Det er et ganske stort antall mineraler som inneholder ferrum. Først av alt er det magnetitt. Det er syttito prosent jern. Dens kjemiske formel er Fe 3 O 4. Dette mineralet kalles også magnetisk jernmalm. Den har en lys grå farge, noen ganger med mørkegrå, til og med svart, med en metallisk glans. Dens største forekomst blant CIS-landene ligger i Ural.

Det neste mineralet med høyt jerninnhold er hematitt - det består av sytti prosent av dette elementet. Dens kjemiske formel er Fe 2 O 3. Det kalles også rød jernmalm. Den har en farge som spenner fra rødbrun til rødgrå. Den største forekomsten i CIS-landene ligger i Krivoy Rog.

Det tredje mineralet som inneholder ferrum er limonitt. Her er jern seksti prosent av den totale massen. Dette er et krystallinsk hydrat, det vil si at vannmolekyler er vevd inn i dets krystallgitter, dens kjemiske formel er Fe 2 O 3 .H 2 O. Som navnet tilsier, har dette mineralet en gul-brunaktig farge, noen ganger brun. Det er en av hovedkomponentene i naturlig oker og brukes som pigment. Det kalles også brun jernmalm. De største stedene er Krim og Ural.

Siderite, den såkalte jernmalmen, inneholder førtiåtte prosent ferrum. Dens kjemiske formel er FeCO 3. Strukturen er heterogen og består av krystaller av forskjellige farger koblet sammen: grå, blekgrønn, grå-gul, brun-gul, etc.

Det siste vanlig forekommende mineralet med høyt ferruminnhold i naturen er pyritt. Den har følgende kjemiske formel: FeS 2. Den inneholder jern førtiseks prosent av den totale massen. Takket være svovelatomer har dette mineralet en gyllen-gul farge.

Mange av de omtalte mineralene brukes til å oppnå rent jern. I tillegg brukes hematitt til fremstilling av smykker fra naturstein. Pyrittinneslutninger kan være til stede i lapis lazuli-smykker. I tillegg finnes jern i naturen i levende organismer - det er en av de viktigste komponentene i cellene. Dette mikroelementet må tilføres menneskekroppen i tilstrekkelige mengder. De helbredende egenskapene til jern skyldes i stor grad det faktum at dette kjemiske elementet er grunnlaget for hemoglobin. Derfor har bruk av ferrum en god effekt på blodets tilstand, og dermed hele kroppen som helhet.

Jern: fysiske og kjemiske egenskaper

La oss se på disse to store delene i rekkefølge. jern er dets utseende, tetthet, smeltepunkt osv. Det vil si alle de særegne egenskapene til et stoff som er assosiert med fysikk. De kjemiske egenskapene til jern er dets evne til å reagere med andre forbindelser. La oss starte med de første.

Fysiske egenskaper av jern

I sin rene form under normale forhold er det et fast stoff. Den har en sølvgrå farge og en uttalt metallisk glans. De mekaniske egenskapene til jern inkluderer et hardhetsnivå på fire (middels). Jern har god elektrisk og termisk ledningsevne. Den siste funksjonen kan føles ved å berøre en jerngjenstand i et kaldt rom. Fordi dette materialet leder varme raskt, fjerner det mesteparten av det fra huden din på kort tid, og det er derfor du føler deg kald.

Hvis du berører for eksempel tre, vil du merke at dens varmeledningsevne er mye lavere. De fysiske egenskapene til jern inkluderer dets smelte- og kokepunkt. Den første er 1539 grader Celsius, den andre er 2860 grader Celsius. Vi kan konkludere med at de karakteristiske egenskapene til jern er god duktilitet og smelteevne. Men det er ikke alt.

Også de fysiske egenskapene til jern inkluderer dets ferromagnetisme. Hva det er? Jern, hvis magnetiske egenskaper vi kan observere i praktiske eksempler hver dag, er det eneste metallet som har et så unikt særpreg. Dette forklares av det faktum at dette materialet er i stand til magnetisering under påvirkning av et magnetfelt. Og etter slutten av virkningen av sistnevnte, forblir jernet, hvis magnetiske egenskaper nettopp er dannet, en magnet i lang tid. Dette fenomenet kan forklares med det faktum at i strukturen til dette metallet er det mange frie elektroner som er i stand til å bevege seg.

Fra et kjemisk synspunkt

Dette elementet tilhører metallene med middels aktivitet. Men de kjemiske egenskapene til jern er typiske for alle andre metaller (unntatt de som er til høyre for hydrogen i den elektrokjemiske serien). Det er i stand til å reagere med mange klasser av stoffer.

La oss starte med de enkle

Ferrum interagerer med oksygen, nitrogen, halogener (jod, brom, klor, fluor), fosfor og karbon. Det første du bør vurdere er reaksjoner med oksygen. Når ferrum brennes, dannes dets oksider. Avhengig av reaksjonsbetingelsene og proporsjonene mellom de to deltakerne kan de varieres. Som et eksempel på denne typen interaksjon kan følgende reaksjonsligninger gis: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 302 = 2Fe203; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. Og egenskapene til jernoksid (både fysisk og kjemisk) kan varieres, avhengig av typen. Disse typer reaksjoner skjer ved høye temperaturer.

Det neste er interaksjon med nitrogen. Det kan også bare oppstå under oppvarming. Hvis vi tar seks mol jern og en mol nitrogen, får vi to mol jernnitrid. Reaksjonsligningen vil se slik ut: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

Ved interaksjon med fosfor dannes fosfid. For å utføre reaksjonen er følgende komponenter nødvendig: for tre mol ferrum - en mol fosfor, som et resultat dannes en mol fosfid. Ligningen kan skrives som følger: 3Fe + P = Fe 3 P.

I tillegg, blant reaksjoner med enkle stoffer, kan interaksjon med svovel også skilles. I dette tilfellet kan sulfid oppnås. Prinsippet hvorved prosessen med dannelse av dette stoffet skjer, ligner de som er beskrevet ovenfor. Det oppstår nemlig en addisjonsreaksjon. Alle kjemiske interaksjoner av denne typen krever spesielle forhold, hovedsakelig høye temperaturer, sjeldnere katalysatorer.

Reaksjoner mellom jern og halogener er også vanlig i kjemisk industri. Disse er klorering, bromering, jodering, fluorering. Som det fremgår av navnene på selve reaksjonene, er dette prosessen med å tilsette klor/brom/jod/fluor-atomer til ferrum-atomer for å danne henholdsvis klorid/bromid/jodid/fluorid. Disse stoffene er mye brukt i ulike bransjer. I tillegg er ferrum i stand til å kombinere med silisium ved høye temperaturer. På grunn av de varierte kjemiske egenskapene til jern, brukes det ofte i kjemisk industri.

Ferrum og komplekse stoffer

Fra enkle stoffer går vi videre til de hvis molekyler består av to eller flere forskjellige kjemiske elementer. Det første å nevne er reaksjonen av ferrum med vann. Det er her de grunnleggende egenskapene til jern vises. Når vann varmes opp, dannes det sammen med jern (det kalles det fordi når det samhandler med det samme vannet danner det et hydroksid, med andre ord en base). Så hvis du tar en mol av begge komponentene, dannes stoffer som ferrumdioksid og hydrogen i form av en gass med en skarp lukt - også i en til en molare proporsjoner. Ligningen for denne typen reaksjon kan skrives som følger: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Avhengig av proporsjonene som disse to komponentene er blandet i, kan jerndi- eller trioksid oppnås. Begge disse stoffene er svært vanlige i kjemisk industri og brukes også i mange andre industrier.

Med syrer og salter

Siden ferrum er lokalisert til venstre for hydrogen i den elektrokjemiske aktivitetsserien av metaller, er den i stand til å fortrenge dette elementet fra forbindelser. Et eksempel på dette er fortrengningsreaksjonen som kan observeres når jern tilsettes til en syre. For eksempel, hvis du blander jern og sulfatsyre (også kjent som svovelsyre) med middels konsentrasjon i like molare proporsjoner, blir resultatet jern (II) sulfat og hydrogen i like molare proporsjoner. Ligningen for en slik reaksjon vil se slik ut: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

Ved interaksjon med salter vises de reduserende egenskapene til jern. Det vil si at den kan brukes til å isolere et mindre aktivt metall fra salt. For eksempel, hvis du tar en mol og samme mengde ferrum, kan du få jern(II)sulfat og rent kobber i samme molare proporsjoner.

Betydning for kroppen

Et av de vanligste kjemiske grunnstoffene i jordskorpen er jern. Vi har allerede sett på det, la oss nå nærme oss det fra et biologisk synspunkt. Ferrum utfører svært viktige funksjoner både på cellenivå og på nivå med hele organismen. Først av alt er jern grunnlaget for et slikt protein som hemoglobin. Det er nødvendig for transport av oksygen gjennom blodet fra lungene til alle vev, organer, til hver celle i kroppen, først og fremst til nevronene i hjernen. Derfor kan de gunstige egenskapene til jern ikke overvurderes.

I tillegg til å påvirke bloddannelsen, er ferrum også viktig for full funksjon av skjoldbruskkjertelen (dette krever ikke bare jod, som noen tror). Jern deltar også i intracellulær metabolisme og regulerer immunitet. Ferrum finnes også i spesielt store mengder i leverceller, da det bidrar til å nøytralisere skadelige stoffer. Det er også en av hovedkomponentene i mange typer enzymer i kroppen vår. En persons daglige diett bør inneholde fra ti til tjue milligram av dette mikroelementet.

Jernrik mat

Det er mange av dem. De er av både plante- og animalsk opprinnelse. De første er frokostblandinger, belgfrukter, frokostblandinger (spesielt bokhvete), epler, sopp (hvit), tørket frukt, nyper, pærer, fersken, avokado, gresskar, mandler, dadler, tomater, brokkoli, kål, blåbær, bjørnebær, selleri, osv. De andre er lever og kjøtt. Inntak av mat med mye jern er spesielt viktig under graviditet, siden kroppen til det utviklende fosteret krever store mengder av dette sporelementet for full vekst og utvikling.

Tegn på jernmangel i kroppen

Symptomer på for lite ferrum som kommer inn i kroppen er tretthet, konstant frysing av hender og føtter, depresjon, sprøtt hår og negler, nedsatt intellektuell aktivitet, fordøyelsessykdommer, lav ytelse og skjoldbrusk dysfunksjon. Hvis du merker flere av disse symptomene, kan det være verdt å øke mengden jernholdig mat i kostholdet ditt eller kjøpe inn vitaminer eller kosttilskudd som inneholder ferrum. Du bør også oppsøke lege hvis du føler noen av disse symptomene for akutt.

Bruk av ferrum i industrien

Brukene og egenskapene til jern er nært beslektet. På grunn av sin ferromagnetiske natur brukes den til å lage magneter - både svakere til husholdningsformål (souvenir kjøleskapsmagneter, etc.) og sterkere til industrielle formål. På grunn av det faktum at det aktuelle metallet har høy styrke og hardhet, har det blitt brukt siden antikken til fremstilling av våpen, rustninger og andre militære og husholdningsverktøy. Forresten, selv i det gamle Egypt var meteorittjern kjent, hvis egenskaper var overlegne de av vanlig metall. Dette spesielle jernet ble også brukt i det gamle Roma. Elitevåpen ble laget av den. Et skjold eller sverd laget av meteorittmetall kunne bare eies av en veldig rik og edel person.

Generelt er metallet som vi vurderer i denne artikkelen det mest allsidige blant alle stoffene i denne gruppen. Først av alt lages stål og støpejern av det, som brukes til å produsere alle slags produkter som trengs både i industrien og i hverdagen.

Støpejern er en legering av jern og karbon, hvor sistnevnte er tilstede fra 1,7 til 4,5 prosent. Hvis den andre er mindre enn 1,7 prosent, kalles denne typen legering stål. Hvis omtrent 0,02 prosent karbon er tilstede i sammensetningen, er dette allerede vanlig teknisk jern. Tilstedeværelsen av karbon i legeringen er nødvendig for å gi den større styrke, varmebestandighet og rustmotstand.

I tillegg kan stål inneholde mange andre kjemiske elementer som urenheter. Dette inkluderer mangan, fosfor og silisium. Også krom, nikkel, molybden, wolfram og mange andre kjemiske elementer kan tilsettes denne typen legeringer for å gi den visse kvaliteter. Ståltyper som inneholder store mengder silisium (omtrent fire prosent) brukes som transformatorstål. De som inneholder mye mangan (opptil tolv til fjorten prosent) brukes til fremstilling av deler til jernbaner, møller, knusere og andre verktøy, hvor deler er utsatt for rask slitasje.

Molybden tilsettes legeringen for å gjøre den mer varmebestandig; slike stål brukes som verktøystål. I tillegg er det nødvendig å tilsette krom, nikkel og titan til legeringen for å få tak i rustfritt stål, som er velkjent og ofte brukt i hverdagen i form av kniver og andre husholdningsverktøy. Og for å oppnå slagfast, høyfast, duktilt stål, er det nok å tilsette vanadium. Ved å tilsette niob til sammensetningen kan høy motstand mot korrosjon og kjemisk aggressive stoffer oppnås.

Mineralet magnetitt, som ble nevnt i begynnelsen av artikkelen, er nødvendig for produksjon av harddisker, minnekort og andre enheter av denne typen. På grunn av sine magnetiske egenskaper kan jern finnes i transformatorer, motorer, elektroniske produkter osv. I tillegg kan ferrum tilsettes legeringer av andre metaller for å gi dem større styrke og mekanisk stabilitet. Sulfatet til dette elementet brukes i hagearbeid for skadedyrbekjempelse (sammen med kobbersulfat).

De er uunnværlige for vannrensing. I tillegg brukes magnetittpulver i sort/hvitt-skrivere. Hovedbruken av pyritt er å få svovelsyre fra den. Denne prosessen skjer under laboratorieforhold i tre trinn. I det første trinnet brennes ferrumkis for å produsere jernoksid og svoveldioksid. På det andre trinnet skjer omdannelsen av svoveldioksid til trioksid med deltakelse av oksygen. Og på det siste stadiet føres det resulterende stoffet gjennom i nærvær av katalysatorer, og produserer derved svovelsyre.

Får jern

Dette metallet utvinnes hovedsakelig fra de to hovedmineralene: magnetitt og hematitt. Dette gjøres ved å redusere jern fra dets forbindelser med karbon i form av koks. Dette gjøres i masovner, hvor temperaturen når to tusen grader Celsius. I tillegg er det en metode for å redusere ferrum med hydrogen. For å gjøre dette er det ikke nødvendig å ha en masovn. For å implementere denne metoden tar de spesiell leire, blander den med knust malm og behandler den med hydrogen i en sjaktovn.

Konklusjon

Egenskapene og bruken av jern er varierte. Dette er kanskje det viktigste metallet i livene våre. Etter å ha blitt kjent for menneskeheten, tok den plassen til bronse, som på den tiden var hovedmaterialet for produksjon av alle verktøy, så vel som våpen. Stål og støpejern er på mange måter overlegne legeringer av kobber og tinn når det gjelder deres fysiske egenskaper og motstand mot mekanisk påkjenning.

I tillegg er jern mer rikelig på planeten vår enn mange andre metaller. den er nesten fem prosent i jordskorpen. Det er det fjerde mest tallrike kjemiske elementet i naturen. Også dette kjemiske elementet er veldig viktig for normal funksjon av kroppen til dyr og planter, først og fremst fordi hemoglobin er bygget på dets grunnlag. Jern er et essensielt sporelement, hvis inntak er viktig for å opprettholde helse og normal funksjon av organer. I tillegg til ovennevnte er dette det eneste metallet som har unike magnetiske egenskaper. Det er umulig å forestille seg livet vårt uten ferrum.

Jern er det viktigste strukturelle materialet. Metall brukes bokstavelig talt overalt - fra raketter og ubåter til bestikk og smijernsgrilldekorasjoner. I stor grad tilrettelegges dette av et element i naturen. Den virkelige grunnen er imidlertid dens styrke og holdbarhet.

I denne artikkelen vil vi karakterisere jern som et metall og indikere dets nyttige fysiske og kjemiske egenskaper. Separat forteller vi deg hvorfor jern kalles jernholdig metall og hvordan det skiller seg fra andre metaller.

Merkelig nok oppstår fortsatt spørsmålet om jern er et metall eller et ikke-metall. Jern er et element i gruppe 8, periode 4 i D.I. Mendeleevs tabell. Molekylvekten er 55,8, noe som er ganske høyt.

Dette er et sølvgrått metall, ganske mykt, formbart og har magnetiske egenskaper. Faktisk finnes og brukes rent jern ekstremt sjelden, siden metallet er kjemisk aktivt og gjennomgår en rekke reaksjoner.

Denne videoen vil fortelle deg hva jern er:

Konsept og funksjoner

Jern kalles vanligvis en legering med en liten andel urenheter - opptil 0,8%, som beholder nesten alle egenskapene til metallet. Det er ikke engang dette alternativet som er mye brukt, men stål og støpejern. De fikk navnet sitt - jernholdig metall, jern, eller mer nøyaktig, det samme støpejernet og stålet - takket være malmens farge - svart.

I dag kalles jernlegeringer jernholdige metaller: stål, støpejern, ferritt, samt mangan, og noen ganger krom.

Jern er et veldig vanlig element. Når det gjelder innhold i jordskorpen, ligger den på 4. plass, dårligere enn oksygen, og. Jordens kjerne inneholder 86 % jern, og bare 14 % er i mantelen. Sjøvann inneholder svært lite av stoffet - opptil 0,02 mg/l; elvevann inneholder litt mer - opptil 2 mg/l.

Jern er et typisk metall, og også ganske aktivt. Den reagerer med fortynnede og konsentrerte syrer, men under påvirkning av svært sterke oksidasjonsmidler kan den danne salter av jernsyre. I luft blir jern raskt dekket med en oksidfilm, noe som forhindrer ytterligere reaksjon.

Men i nærvær av fuktighet vises rust i stedet for en oksidfilm, som på grunn av sin løse struktur ikke forhindrer ytterligere oksidasjon. Denne funksjonen, korrosjon i nærvær av fuktighet, er den største ulempen med jernlegeringer. Det er verdt å merke seg at urenheter provoserer korrosjon, mens kjemisk rent metall er motstandsdyktig mot vann.

Viktige parametere

Rent metalljern er ganske formbart, lett smidd og vanskelig å støpe. Små urenheter av karbon øker imidlertid hardheten og sprøheten betydelig. Denne egenskapen ble en av grunnene til at bronseverktøy ble fortrengt av jern.

• Hvis vi sammenligner jernlegeringer og, fra de som var kjent i den antikke verden, er det åpenbart at både når det gjelder korrosjonsbestandighet, og derfor i holdbarhet. Imidlertid førte den massive skalaen til utarming av tinngruver. Og siden det er betydelig mindre enn , ble fortidens metallurger møtt med spørsmålet om utskifting. Og jern erstattet bronse. Sistnevnte ble fullstendig erstattet da stål dukket opp: bronse gir ikke en slik kombinasjon av hardhet og elastisitet.
• Jern danner en jerntriade med kobolt. Egenskapene til elementene er veldig nære, nærmere enn de til deres analoger med samme struktur i det ytre laget. Alle metaller har utmerkede mekaniske egenskaper: de kan enkelt bearbeides, rulles, trekkes og kan smides og stemples. Kobolt er både mindre reaktivt og mer motstandsdyktig mot korrosjon enn jern. Den lavere forekomsten av disse elementene tillater imidlertid ikke at de brukes like mye som jern.
• Den viktigste "konkurrenten" til maskinvare når det gjelder bruksområde er. Men i virkeligheten har begge materialene helt forskjellige kvaliteter. Den er ikke på langt nær så sterk som jern, den trekkes mindre lett ut og lar seg ikke smi. På den annen side er metall mye lettere i vekt, noe som gjør strukturen mye lettere.

Den elektriske ledningsevnen til jern er veldig gjennomsnittlig, mens aluminium i denne indikatoren er nest etter sølv og gull. Jern er ferromagnetisk, det vil si at det beholder magnetisering i fravær av et magnetfelt, og trekkes inn i et magnetfelt.

Slike forskjellige egenskaper fører til helt forskjellige bruksområder, så byggematerialer "kamper" svært sjelden, for eksempel i produksjon av møbler, hvor lettheten til en aluminiumsprofil kontrasteres med styrken til en stålprofil.

Fordelene og ulempene med jern diskuteres nedenfor.

Fordeler og ulemper

Den største fordelen med jern sammenlignet med andre strukturelle metaller er dets overflod og relative enkle smelting. Men gitt mengden jern som brukes, er dette en svært viktig faktor.

Fordeler

Fordelene med metall inkluderer andre kvaliteter.

• Styrke og hardhet samtidig som elastisiteten opprettholdes - vi snakker ikke om kjemisk rent jern, men om legeringer. Dessuten varierer disse egenskapene ganske mye avhengig av stålkvalitet, varmebehandlingsmetode, produksjonsmetode og så videre.
• Variasjonen av stål og ferritt lar deg lage og velge et materiale for bokstavelig talt enhver oppgave - fra en broramme til et skjæreverktøy. Evnen til å oppnå spesifiserte egenskaper ved å tilsette svært små urenheter er en uvanlig stor fordel.
• Den enkle bearbeidingen gjør det mulig å få produkter av en rekke forskjellige typer: stenger, rør, formede produkter, bjelker, platejern og så videre.
• De magnetiske egenskapene til jern er slik at metallet er hovedmaterialet i produksjonen av magnetiske stasjoner.
• Kostnaden for legeringer avhenger selvfølgelig av sammensetningen, men er fortsatt betydelig lavere enn de fleste ikke-jernholdige legeringer, om enn med høyere styrkeegenskaper.
• Smidbarheten til jern gir materialet svært høye dekorative egenskaper.

Feil

Ulempene med jernlegeringer er betydelige.

• Først av alt er dette utilstrekkelig korrosjonsbestandighet. Spesielle typer stål - rustfritt stål - har denne nyttige kvaliteten, men er også mye dyrere. Mye oftere er metall beskyttet ved hjelp av et belegg - metall eller polymer.
• Jern er i stand til å lagre elektrisitet, så produkter laget av legeringene er utsatt for elektrokjemisk korrosjon. Husene til instrumenter og maskiner, rørledninger må beskyttes på en eller annen måte - katodisk beskyttelse, offerbeskyttelse, og så videre.
• Metall er tungt, så jernkonstruksjoner tynger konstruksjonsobjektet betydelig - en bygning, en jernbanevogn, et sjøfartøy.

Sammensetning og struktur

Jern finnes i 4 forskjellige modifikasjoner, som skiller seg fra hverandre i gitterparametere og struktur. Tilstedeværelsen av faser er virkelig avgjørende for smelting, siden det er faseoverganger og deres avhengighet av legeringselementer som sikrer selve flyten av metallurgiske prosesser i denne verden. Så vi snakker om følgende faser:

• α-fasen er stabil opp til +769 C og har et kroppssentrert kubisk gitter. α-fasen er ferromagnetisk, det vil si at den beholder magnetisering i fravær av et magnetisk felt. En temperatur på 769 C er Curie-punktet for metallet.
• β-fasen eksisterer fra +769 C til +917 C. Strukturen til modifikasjonen er den samme, men gitterparametrene er noe forskjellige. I dette tilfellet er nesten alle fysiske egenskaper bevart med unntak av magnetiske: jern blir paramagnetisk.
• γ-fasen vises i området fra +917 til +1394 C. Den har et ansiktssentrert kubisk gitter.
• δ-fasen eksisterer over en temperatur på +1394 C og har et kroppssentrert kubisk gitter.

Det er også en ε-modifikasjon, som vises ved høyt trykk, samt som følge av doping med visse elementer. ε-fasen har et tettpakket sekskantet gitter.

Denne videoen vil fortelle deg om de fysiske og kjemiske egenskapene til jern:

Egenskaper og egenskaper

Veldig mye avhengig av dens renhet. Forskjellen mellom egenskapene til kjemisk rent jern og vanlig teknisk, og enda mer legert stål, er svært betydelig. Som regel er det gitt fysiske egenskaper for teknisk jern med en urenhetsfraksjon på 0,8 %.

Det er nødvendig å skille skadelige urenheter fra legeringstilsetningsstoffer. Den første - svovel og fosfor, for eksempel, gir sprøhet til legeringen uten å øke hardheten eller mekanisk motstand. Karbon i stål øker disse parameterne, det vil si at det er en nyttig komponent.

• Tettheten av jern (g/cm3) avhenger til en viss grad av fasen. Dermed har α-Fe en tetthet på 7,87 g/kubikkmeter. cm ved normal temperatur og 7,67 g/cc. cm ved +600 C. Tettheten til γ-fasen er lavere - 7,59 g/kubikk. cm, og δ-fasen er enda mindre - 7,409 g/cc.
• Smeltepunktet for stoffet er +1539 C. Jern er et moderat ildfast metall.
• Kokepunkt - +2862 C.
• Styrke, det vil si motstand mot ulike typer belastninger - trykk, strekk, bøying, er regulert for hver klasse stål, støpejern og ferritt, så det er vanskelig å snakke om disse indikatorene generelt. Dermed har høyhastighetsstål en bøyestyrke på 2,5–2,8 GPa. Og den samme parameteren til vanlig teknisk jern er 300 MPa.
• Hardhet på Mohs-skalaen er 4–5. Spesialstål og kjemisk rent jern oppnår mye høyere ytelse.
• Spesifikk elektrisk motstand er 9,7·10-8 ohm·m. Jern leder strømmen mye dårligere enn kobber eller aluminium.
• Termisk ledningsevne er også lavere enn for disse metallene og avhenger av fasesammensetningen. Ved 25 C er det 74,04 W/(m K), ved 1500 C er det 31,8 [W/(m K)].
• Jern er perfekt smidd, både ved normale og høye temperaturer. Støpejern og stål kan støpes.
• Et stoff kan ikke kalles biologisk inert. Imidlertid er toksisiteten svært lav. Dette er imidlertid ikke så mye forbundet med aktiviteten til elementet, men med menneskekroppens manglende evne til å assimilere det godt: maksimum er 20% av dosen som mottas.

Jern kan ikke klassifiseres som et miljøstoff. Den største skaden på miljøet er imidlertid ikke forårsaket av avfallet, siden jern ruster ganske raskt, men av produksjonsavfall - slagg og gasser som frigjøres.

Produksjon

Jern er et veldig vanlig element, så det krever ikke store utgifter. Forekomster utvikles ved bruk av både dagbrudds- og gruvemetoder. Faktisk inneholder alle gruvemalmer jern, men bare de hvor andelen metall er stor nok utvikles. Dette er rike malmer – rød, magnetisk og brun jernmalm med en jernandel på opptil 74 %, malmer med gjennomsnittlig innhold – for eksempel markasitt, og lavgradige malmer med en jernandel på minst 26 % – sideritt.

Den rike malmen sendes umiddelbart til anlegget. Bergarter med middels og lavt innhold er anriket.

Det finnes flere metoder for å produsere jernlegeringer. Som regel innebærer smelting av ethvert stål produksjon av støpejern. Det smeltes i en masovn ved en temperatur på 1600 C. Ladningen - agglomerat, pellets, lastes sammen med fluss inn i ovnen og blåses med varmluft. I dette tilfellet smelter metallet og koks brenner, noe som lar deg brenne ut uønskede urenheter og skille slagget.

For å produsere stål brukes vanligvis hvitt støpejern - i det er karbon bundet til en kjemisk forbindelse med jern. De tre vanligste metodene:

• åpen ildsted - smeltet støpejern med tilsetning av malm og skrap smeltes ved 2000 C for å redusere karboninnholdet. Ytterligere ingredienser, hvis noen, tilsettes på slutten av smelten. På denne måten oppnås stål av høyeste kvalitet.
• oksygenomformer er en mer produktiv metode. I ovnen blåses tykkelsen på støpejernet med luft under et trykk på 26 kg/kvm. se. En blanding av oksygen og luft eller rent oksygen kan brukes for å forbedre egenskapene til stål;
• elektrisk smelting - oftere brukt til å produsere spesiallegert stål. Støpejern brennes i en elektrisk ovn ved en temperatur på 2200 C.

Stål kan også oppnås ved den direkte metoden. For å gjøre dette blir pellets med høyt jerninnhold lastet inn i en sjaktovn og spylt med hydrogen ved en temperatur på 1000 C. Sistnevnte reduserer jern fra oksidet uten mellomtrinn.

På grunn av spesifikasjonene til jernholdig metallurgi, selges enten malm med et visst jerninnhold eller ferdige produkter - støpejern, stål, ferritt. Prisene deres varierer veldig. Den gjennomsnittlige kostnaden for jernmalm i 2016 – rik, med et elementinnhold på mer enn 60 % – er $50 per tonn.

Prisen på stål avhenger av mange faktorer, noe som noen ganger gjør prisstigninger og -fall helt uforutsigbare. Høsten 2016 økte kostnadene for beslag og varm- og kaldvalset stål kraftig på grunn av en like kraftig prisvekst på kokskull, en uunnværlig aktør i smelting. I november tilbyr europeiske selskaper varmvalsede stålspiraler til 500 Euro per tonn.

Bruksområde

Bruksomfanget av jern og jernlegeringer er enormt. Det er lettere å angi hvor metall ikke brukes.

• Konstruksjon - konstruksjonen av alle typer rammer, fra den bærende rammen til en bro til rammen av en dekorativ peis i en leilighet, kan ikke klare seg uten stål av forskjellige kvaliteter. Beslag, stenger, I-bjelker, kanaler, vinkler, rør: absolutt alle formede og profilerte produkter brukes i konstruksjonen. Det samme gjelder for metallplater: taktekking er laget av det, og så videre.
• Maskinteknikk - med tanke på styrke og slitestyrke er det svært lite som kan måle seg med stål, så kroppsdelene til de aller fleste maskiner er laget av stål. Spesielt i tilfeller der utstyret må fungere under forhold med høye temperaturer og trykk.
• Verktøy – ved hjelp av legeringselementer og herding kan metallet gis hardhet og styrke nær diamanter. Høyhastighetsstål er grunnlaget for ethvert maskineringsverktøy.
• I elektroteknikk er bruken av jern mer begrenset, nettopp fordi urenheter merkbart forverrer dets elektriske egenskaper, som allerede er lave. Men metall er uunnværlig i produksjonen av magnetiske deler av elektrisk utstyr.
• Rørledning - kommunikasjon av alle slag og typer er laget av stål og støpejern: oppvarming, vannforsyningssystemer, gassrørledninger, inkludert hovedledninger, kappe for strømkabler, oljerørledninger, og så videre. Bare stål tåler slike enorme belastninger og innvendig trykk.
• Husholdningsbruk – stål brukes overalt: fra beslag og bestikk til jerndører og låser. Metallets styrke og slitestyrke gjør det uerstattelig.

Jern og dets legeringer kombinerer styrke, holdbarhet og slitestyrke. I tillegg er metall relativt billig å produsere, noe som gjør det til et uunnværlig materiale for den moderne nasjonale økonomien.

Denne videoen vil fortelle deg om jernlegeringer med ikke-jernholdige og tunge jernholdige metaller:

Jern var kjent i forhistorisk tid, men det fant utbredt bruk mye senere, siden det er ekstremt sjeldent i naturen i en fri stat, og produksjonen fra malm ble mulig først på et visst nivå av teknologisk utvikling. Sannsynligvis ble en person for første gang kjent med meteorittjern, som det fremgår av navnene på språkene til eldgamle folk: det gamle egyptiske "beni-pet" betyr "himmelsk jern"; Den gamle greske sideros er assosiert med den latinske sidus (slekten sideris) - stjerne, himmellegeme. I hettittiske tekster fra 1300-tallet f.Kr. e. Jern er nevnt som et metall som falt ned fra himmelen. På romanske språk er roten til navnet gitt av romerne bevart (for eksempel fransk fer, italiensk ferro).

Metoden for å skaffe jern fra malm ble oppfunnet i det vestlige Asia i det 2. årtusen f.Kr. e.; etter det spredte bruken av jern seg til Babylon, Egypt og Hellas; Bronsealderen ble erstattet av jernalderen. Homer (i den 23. sangen til Iliaden) sier at Akilles tildelte en diskos laget av jern til vinneren i en diskoskastkonkurranse. I Europa og det gamle Russland ble jern oppnådd gjennom ysteprosessen i mange århundrer. Jernmalm ble redusert med trekull i en smie bygget i en grop; Luft ble pumpet inn i smia med belg, reduksjonsproduktet, kritsa, ble skilt fra slagget ved hammerslag og forskjellige produkter ble smidd fra det. Etter hvert som blåsemetodene ble forbedret og høyden på ildstedet økte, økte temperaturen i prosessen og en del av jernet ble karburert, det vil si at det ble oppnådd støpejern; dette relativt skjøre produktet ble ansett som produksjonsavfall. Derav navnet på støpejern "pigjern", "pig iron" - engelsk. råjern. Senere ble det lagt merke til at når man lastet støpejern i stedet for jernmalm i smia, ble det også oppnådd en lavkarbonjernskorpe, og en slik to-trinns prosess viste seg å være mer lønnsom enn osteblåsingsprosessen. På 1100-1200-tallet var skrikemetoden allerede utbredt.

På 1300-tallet begynte man å smelte støpejern ikke bare som et mellomprodukt for videre bearbeiding, men også som et materiale for støping av ulike produkter. Rekonstruksjonen av ildstedet til en sjaktovn ("domnitsa"), og deretter til en masovn, går også tilbake til samme tid. På midten av 1700-tallet begynte smeltedigelprosessen for å produsere stål å bli brukt i Europa, som var kjent i Syria i tidlig middelalder, men som senere ble glemt. Med denne metoden ble stål produsert ved å smelte en metallladning i små kar (digler) fra en svært ildfast masse. I siste fjerdedel av 1700-tallet begynte puddlingsprosessen med å omdanne støpejern til jern på ildstedet til en brennende etterklangsovn å utvikle seg. Den industrielle revolusjonen på 1700- og begynnelsen av 1800-tallet, oppfinnelsen av dampmaskinen, bygging av jernbaner, store broer og dampflåten skapte et enormt behov for jern og dets legeringer. Imidlertid kunne ikke alle eksisterende metoder for å produsere jern tilfredsstille markedets behov. Masseproduksjon av stål begynte først på midten av 1800-tallet, da prosessene Bessemer, Thomas og åpen ild ble utviklet. På 1900-tallet dukket den elektriske stålfremstillingsprosessen opp og ble utbredt, og produserte stål av høy kvalitet.

Distribusjon av jern i naturen. Når det gjelder innhold i litosfæren (4,65 % av massen), er jern nummer to blant metaller (aluminium rangerer først). Den migrerer kraftig i jordskorpen og danner rundt 300 mineraler (oksider, sulfider, silikater, karbonater, titanater, fosfater osv.). Jern deltar aktivt i magmatiske, hydrotermiske og supergene prosesser, som er forbundet med dannelsen av ulike typer jernavsetninger. Jern er et metall fra jordens dyp; det akkumuleres i de tidlige stadiene av magmakrystallisering, i ultrabasiske (9,85%) og grunnleggende (8,56%) bergarter (i granitter er det bare 2,7%). I biosfæren akkumuleres jern i mange marine og kontinentale sedimenter, og danner sedimentære malmer.

En viktig rolle i geokjemien til jern spilles av redoksreaksjoner - overgangen av 2-valent jern til 3-valent jern og omvendt. I biosfæren, i nærvær av organiske stoffer, reduseres Fe 3+ til Fe 2+ og migrerer lett, og når den møter atmosfærisk oksygen, oksideres Fe 2+ og danner ansamlinger av hydroksyder av jernholdig jern. Utbredte forbindelser av jernholdig jern er røde, gule og brune. Dette bestemmer fargen på mange sedimentære bergarter og navnet deres - "rød formasjon" (rød og brun leire og leire, gul sand, etc.).

Fysiske egenskaper av jern. Betydningen av jern i moderne teknologi bestemmes ikke bare av dets brede distribusjon i naturen, men også av en kombinasjon av svært verdifulle egenskaper. Den er plast, lett smidd både i kald og oppvarmet tilstand, og kan rulles, stemples og tegnes. Evnen til å løse opp karbon og andre elementer tjener som grunnlag for produksjon av en rekke jernlegeringer.

Jern kan eksistere i form av to krystallgitter: α- og γ-kroppssentrert kubikk (bcc) og ansiktssentrert kubikk (fcc). Under 910°C er α-Fe med et bcc-gitter stabilt (a = 2,86645Å ved 20°C). Mellom 910 °C og 1400 °C er γ-modifikasjonen med et fcc-gitter stabil (a = 3,64 Å). Over 1400°C dannes bcc-gitteret δ-Fe (a = 2,94Å) igjen, stabilt opp til smeltetemperaturen (1539°C). α-Fe er ferromagnetisk opp til 769 °C (Curie-punkt). γ-Fe- og δ-Fe-modifikasjonene er paramagnetiske.

De polymorfe transformasjonene av jern og stål ved oppvarming og avkjøling ble oppdaget i 1868 av D.K. Chernov. Karbon danner interstitielle faste løsninger med jern, der C-atomer, med en liten atomradius (0,77 Å), befinner seg i mellomrommene i metallets krystallgitter, bestående av større atomer (atomradius på Fe 1,26 Å). Den faste løsningen av karbon i γ-Fe kalles austenitt, og i α-Fe - ferritt. En mettet fast løsning av karbon i y-Fe inneholder 2,0 % C ved 1130 °C; α-Fe løser bare 0,02-0,04 % C ved 723 °C, og mindre enn 0,01 % ved romtemperatur. Derfor, når austenitt herdes, dannes martensitt - en overmettet fast løsning av karbon i α-Fe, veldig hard og sprø. Kombinasjonen av herding og herding (oppvarming til relativt lave temperaturer for å redusere indre spenninger) gjør at stål kan gis den nødvendige kombinasjonen av hardhet og duktilitet.

De fysiske egenskapene til jern avhenger av dets renhet. I industrielle jernmaterialer er jern vanligvis ledsaget av urenheter av karbon, nitrogen, oksygen, hydrogen, svovel og fosfor. Selv ved svært lave konsentrasjoner endrer disse urenhetene i stor grad egenskapene til metallet. Således forårsaker svovel såkalt rød sprøhet, fosfor (selv 10 -2% P) - kald sprøhet; karbon og nitrogen reduserer duktiliteten, og hydrogen øker skjørheten til jern (såkalt hydrogensprøhet). Å redusere urenhetsinnholdet til 10 -7 - 10 -9 % fører til betydelige endringer i metallets egenskaper, spesielt til en økning i duktiliteten.

Følgende er de fysiske egenskapene til jern, og refererer først og fremst til et metall med et totalt urenhetsinnhold på mindre enn 0,01 vekt%:

Atomradius 1,26Å

Ioniske radier Fe 2+ 0,80Å, Fe 3+ 0,67Å

Tetthet (20°C) 7,874 g/cm3

kokepunkt ca 3200 ° С

Temperaturkoeffisient for lineær ekspansjon (20°C) 11,7·10 -6

Termisk ledningsevne (25°C) 74,04 W/(m K)

Varmekapasiteten til jern avhenger av strukturen og endres på en kompleks måte med temperaturen; gjennomsnittlig spesifikk varmekapasitet (0-1000°C) 640,57 J/(kg K).

Elektrisk resistivitet (20°C) 9,7 10 -8 ohm m

Temperaturkoeffisient for elektrisk motstand (0-100°C) 6,51·10 -3

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

Temperaturkoeffisienten til Youngs modul 4·10 -6

Skjærmodul 84,0 10 3 MN/m 2

Kortvarig strekkfasthet 170-210 MN/m2

Forlengelse 45-55 %

Brinell hardhet 350-450 Mn/m2

Flytegrense 100 Mn/m2

Slagfasthet 300 MN/m2

Kjemiske egenskaper av jern. Konfigurasjonen av det ytre elektronskallet til atomet er 3d 6 4s 2. Jern viser variabel valens (forbindelser av 2- og 3-valent jern er de mest stabile). Med oksygen danner jern oksid (II) FeO, oksid (III) Fe 2 O 3 og oksid (II, III) Fe 3 O 4 (en forbindelse av FeO med Fe 2 O 3 som har en spinellstruktur). I fuktig luft ved vanlige temperaturer blir jern dekket med løs rust (Fe 2 O 3 nH 2 O). På grunn av sin porøsitet hindrer ikke rust tilgang av oksygen og fuktighet til metallet og beskytter det derfor ikke mot ytterligere oksidasjon. Millioner av tonn jern går tapt årlig som følge av ulike typer korrosjon. Når jern varmes opp i tørr luft over 200 °C, blir det dekket med en tynn oksidfilm, som beskytter metallet mot korrosjon ved normale temperaturer; dette er grunnlaget for den tekniske metoden for å beskytte Iron - blåning. Når det varmes opp i vanndamp, oksiderer jern og danner Fe 3 O 4 (under 570 °C) eller FeO (over 570 °C) og frigjør hydrogen.

Fe(OH)2-hydroksid dannes i form av et hvitt bunnfall når kaustiske alkalier eller ammoniakk virker på vandige løsninger av Fe2+-salter i en atmosfære av hydrogen eller nitrogen. Ved kontakt med luft blir Fe(OH) 2 først grønn, deretter svart, og blir til slutt raskt til rødbrunt hydroksid Fe(OH) 3. FeO-oksid viser grunnleggende egenskaper. Fe 2 O 3 oksid er amfotert og har en svak sur funksjon; reagerer med mer basiske oksider (for eksempel med MgO, danner det ferritter - forbindelser som Fe 2 O 3 nMeO, som har ferromagnetiske egenskaper og er mye brukt i radioelektronikk. Sure egenskaper uttrykkes også i seksverdig jern, som finnes i form av ferrater, for eksempel K 2 FeO 4, salter av jernsyre som ikke frigjøres i fri tilstand.

Jern reagerer lett med halogener og hydrogenhalogenider, og gir salter som kloridene FeCl 2 og FeCl 3. Når jern varmes opp med svovel, dannes sulfidene FeS og FeS 2. Jernkarbider - Fe 3 C (sementitt) og Fe 2 C (e-karbid) - utfelles fra faste løsninger av karbon i jern ved avkjøling. Fe 3 C frigjøres også fra løsninger av karbon i flytende jern ved høye konsentrasjoner av C. Nitrogen, som karbon, gir interstitielle faste løsninger med jern; De frigjøres nitridene Fe 4 N og Fe 2 N. Med hydrogen produserer Jern kun ustabile hydrider, hvis sammensetning ikke er nøyaktig fastslått. Ved oppvarming reagerer jern kraftig med silisium og fosfor, og danner silicider (for eksempel Fe 3 Si og fosfider (for eksempel Fe 3 P).

Jernforbindelser med mange elementer (O, S og andre), som danner en krystallinsk struktur, har en variabel sammensetning (for eksempel kan svovelinnholdet i monosulfid variere fra 50 til 53,3 at.%). Dette skyldes defekter i krystallstrukturen. For eksempel, i jern(II)oksid er noen av Fe 2+ ionene på gittersteder erstattet med Fe 3+ ioner; for å opprettholde elektrisk nøytralitet forblir noen gittersteder som tilhørte Fe 2+ -ioner tomme.

Det normale elektrodepotensialet til jern i vandige løsninger av dets salter for reaksjonen Fe = Fe 2+ + 2e er -0,44 V, og for reaksjonen er Fe = Fe 3+ + 3e -0,036 V. I rekken av aktiviteter er således jern til venstre for hydrogen. Det løses lett opp i fortynnede syrer med frigjøring av H 2 og dannelse av Fe 2+ ioner. Samspillet mellom jern og salpetersyre er særegent. Konsentrert HNO 3 (tetthet 1,45 g/cm 3) passiviserer jern på grunn av utseendet til en beskyttende oksidfilm på overflaten; mer fortynnet HNO 3 løser opp jern for å danne Fe 2+ eller Fe 3+ ioner, reduseres til NH 3 eller N 2 og N 2 O. Løsninger av toverdige jernsalter i luft er ustabile - Fe 2+ oksideres gradvis til Fe 3+. Vandige løsninger av jernsalter har en sur reaksjon på grunn av hydrolyse. Tilsetning av tiocyanationer SCN- til løsninger av Fe 3+ salter gir en lys blodrød farge på grunn av dannelsen av Fe(SCN) 3, noe som gjør det mulig å oppdage tilstedeværelsen av 1 del Fe 3+ i ca. 10 6 deler av vann. Jern er preget av dannelsen av komplekse forbindelser.

Får jern. Rent jern oppnås i relativt små mengder ved elektrolyse av vandige løsninger av dets salter eller ved reduksjon av dets oksider med hydrogen. Produksjonen av tilstrekkelig rent jern øker gradvis ved direkte reduksjon av det fra malmkonsentrater med hydrogen, naturgass eller kull ved relativt lave temperaturer.

Påføring av jern. Jern er det viktigste metallet i moderne teknologi. Jern i sin rene form brukes praktisk talt ikke på grunn av sin lave styrke, selv om stål- eller støpejernsprodukter ofte kalles "jern". Hovedtyngden av jern brukes i form av legeringer som er svært forskjellige i sammensetning og egenskaper. Jernlegeringer utgjør omtrent 95 % av alle metallprodukter. Karbonrike legeringer (over 2 vekt%) - støpejern - smeltes i masovner fra jernanriket malm. Ulike stålkvaliteter (karboninnhold mindre enn 2 vekt%) smeltes fra støpejern i åpen ildsted og elektriske ovner og omformere ved å oksidere (brenne ut) overflødig karbon, fjerne skadelige urenheter (hovedsakelig S, P, O) og tilsette legeringselementer. Høylegerte stål (med høyt innhold av nikkel, krom, wolfram og andre elementer) smeltes i lysbue- og induksjonsovner. For produksjon av stål og jernlegeringer for spesielt kritiske formål brukes nye prosesser - vakuum, elektroslaggomsmelting, plasma- og elektronstrålesmelting og andre. Det utvikles metoder for stålsmelting i kontinuerlige enheter som sikrer høy kvalitet på metall og automatisering av prosessen.

Basert på Jern lages materialer som tåler høye og lave temperaturer, vakuum og høye trykk, aggressive miljøer, høye vekselspenninger, kjernefysisk stråling etc. Produksjonen av Jern og dets legeringer vokser stadig.

Jern som et kunstnerisk materiale har blitt brukt siden antikken i Egypt, Mesopotamia og India. Siden middelalderen har mange svært kunstneriske produkter laget av jern blitt bevart i europeiske land (England, Frankrike, Italia, Russland og andre) - smidde gjerder, dørhengsler, veggbraketter, værvinger, brystbeslag og lys. Gjennomsmidde produkter laget av stenger og produkter laget av perforerte jernplater (ofte med glimmerfôr) utmerker seg med flate former, en tydelig lineær-grafisk silhuett og er effektivt synlige mot en lett luftbakgrunn. På 1900-tallet ble jern brukt til å lage rister, gjerder, gjennombrutte innvendige skillevegger, lysestaker og monumenter.

Jern i kroppen. Jern er tilstede i kroppen til alle dyr og i planter (i gjennomsnitt ca. 0,02%); det er hovedsakelig nødvendig for oksygenmetabolisme og oksidative prosesser. Det er organismer (såkalte konsentratorer) som er i stand til å samle det i store mengder (for eksempel jernbakterier - opptil 17-20% av jern). Nesten alt jernet i dyr og planter er bundet til proteiner. Jernmangel forårsaker veksthemming og klorose hos planter assosiert med redusert klorofylldannelse. Overskudd av jern har også en skadelig effekt på planteutviklingen, forårsaker for eksempel sterilitet av risblomster og klorose. I alkalisk jord dannes jernforbindelser som er utilgjengelige for absorpsjon av planterøtter, og planter mottar det ikke i tilstrekkelige mengder; i sur jord blir jern til oppløselige forbindelser i overflødige mengder. Når det er mangel eller overskudd av assimilerbare jernforbindelser i jorda, kan plantesykdommer observeres over store områder.

Jern kommer inn i kroppen til dyr og mennesker med mat (de rikeste kildene i det er lever, kjøtt, egg, belgfrukter, brød, frokostblandinger, spinat og rødbeter). Normalt mottar en person 60-110 mg jern i kosten, noe som betydelig overstiger det daglige behovet. Absorpsjon av jern mottatt fra mat skjer i den øvre delen av tynntarmen, hvorfra det kommer inn i blodet i proteinbundet form og føres med blodet til ulike organer og vev, hvor det avsettes i form av et jern- proteinkompleks - ferritin. Hoveddepotet av jern i kroppen er leveren og milten. På grunn av ferritin oppstår syntesen av alle jernholdige forbindelser i kroppen: det respiratoriske pigmentet hemoglobin syntetiseres i benmargen, myoglobin syntetiseres i muskler, cytokromer og andre jernholdige enzymer syntetiseres i forskjellige vev. Jern frigjøres fra kroppen hovedsakelig gjennom tykktarmens vegg (hos mennesker, ca. 6-10 mg per dag) og i liten grad av nyrene. Kroppens behov for jern endres med alder og fysisk form. Per 1 kg vekt trenger barn 0,6, voksne 0,1 og gravide 0,3 mg jern per dag. Hos dyr er kravet til jern omtrent (per 1 kg tørrstoff i dietten): for melkekyr - minst 50 mg, for unge dyr - 30-50 mg; for smågriser - opptil 200 mg, for drektige griser - 60 mg.

Menneskekroppen inneholder omtrent 5 g jern, det meste (70%) er en del av hemoglobin i blodet.

Fysiske egenskaper

I sin frie tilstand er jern et sølvhvitt metall med en gråaktig fargetone. Rent jern er formbart og har ferromagnetiske egenskaper. I praksis brukes vanligvis jernlegeringer - støpejern og stål.

Fe er det viktigste og mest tallrike elementet av de ni d-metallene i gruppe VIII-undergruppen. Sammen med kobolt og nikkel danner den "jernfamilien".

Når man danner forbindelser med andre grunnstoffer, bruker den ofte 2 eller 3 elektroner (B = II, III).

Jern, som nesten alle d-elementer i gruppe VIII, viser ikke en høyere valens lik gruppetallet. Dens maksimale valens når VI og vises ekstremt sjelden.

De mest typiske forbindelsene er de der Fe-atomene er i oksidasjonstilstander +2 og +3.

Metoder for å skaffe jern

1. Teknisk jern (legert med karbon og andre urenheter) oppnås ved karbotermisk reduksjon av dets naturlige forbindelser i henhold til følgende skjema:

Gjenoppretting skjer gradvis, i 3 stadier:

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

Støpejernet fra denne prosessen inneholder mer enn 2 % karbon. Deretter brukes støpejern til å produsere stål - jernlegeringer som inneholder mindre enn 1,5 % karbon.

2. Veldig rent jern oppnås på en av følgende måter:

a) dekomponering av Fe pentakarbonyl

Fe(CO)5 = Fe + 5СО

b) reduksjon av ren FeO med hydrogen

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

c) elektrolyse av vandige løsninger av Fe+2-salter

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

jern(II)oksalat

Kjemiske egenskaper

Fe er et metall med middels aktivitet og har generelle egenskaper som er karakteristiske for metaller.

En unik funksjon er evnen til å "ruste" i fuktig luft:

I fravær av fuktighet med tørr luft, begynner jern å reagere merkbart bare ved T > 150°C; ved kalsinering dannes "jernavleiring" Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Jern løses ikke opp i vann i fravær av oksygen. Ved svært høye temperaturer reagerer Fe med vanndamp og fortrenger hydrogen fra vannmolekyler:

3Fe + 4H20(g) = 4H2

Mekanismen for rust er elektrokjemisk korrosjon. Rustproduktet presenteres i en forenklet form. Faktisk dannes et løst lag av en blanding av oksider og hydroksider med variabel sammensetning. I motsetning til Al 2 O 3-filmen, beskytter ikke dette laget jern mot ytterligere ødeleggelse.

Typer korrosjon

Beskytter jern mot korrosjon

1. Interaksjon med halogener og svovel ved høye temperaturer.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Det dannes forbindelser der den ioniske typen binding dominerer.

2. Interaksjon med fosfor, karbon, silisium (jern kombineres ikke direkte med N2 og H2, men løser dem opp).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Det dannes stoffer med variabel sammensetning, for eksempel berthollider (bindingens kovalente natur dominerer i forbindelsene)

3. Interaksjon med "ikke-oksiderende" syrer (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Siden Fe ligger i aktivitetsserien til venstre for hydrogen (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), er den i stand til å fortrenge H 2 fra vanlige syrer.

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

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

4. Interaksjon med "oksiderende" syrer (HNO 3, H 2 SO 4 kons.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Konsentrert HNO 3 og H 2 SO 4 "passiverer" jern, så ved vanlige temperaturer løses ikke metallet i dem. Ved sterk oppvarming skjer langsom oppløsning (uten å frigjøre H 2).

I seksjonen HNO 3 jern løses opp, går i løsning i form av Fe 3+ kationer og syreanionet reduseres til NO*:

Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Meget løselig i en blanding av HCl og HNO3

5. Forholdet til alkalier

Fe oppløses ikke i vandige løsninger av alkalier. Det reagerer med smeltede alkalier bare ved svært høye temperaturer.

6. Interaksjon med salter av mindre aktive metaller

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

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

7. Reaksjon med gassformig karbonmonoksid (t = 200°C, P)

Fe (pulver) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 jernpentakarbonyl

Fe(III) forbindelser

Fe 2 O 3 - jern(III)oksid.

Rødbrunt pulver, n. R. i H 2 O. I naturen - "rød jernmalm".

Metoder for å oppnå:

1) dekomponering av jern(III)hydroksid

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2) pyrittfyring

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

3) nitratnedbrytning

Kjemiske egenskaper

Fe 2 O 3 er et basisk oksid med tegn på amfoterisitet.

I. Hovedegenskapene manifesteres i evnen til å reagere med syrer:

Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + ZH2O

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

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

II. Svake syreegenskaper. Fe 2 O 3 løses ikke opp i vandige løsninger av alkalier, men når det smeltes sammen med faste oksider, alkalier og karbonater, dannes ferritter:

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

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

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

III. Fe 2 O 3 - råstoff for produksjon av jern i metallurgi:

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

Fe(OH)3 - jern(III)hydroksid

Metoder for å oppnå:

Oppnådd ved virkningen av alkalier på løselige Fe 3+ salter:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl

Ved fremstillingstidspunktet er Fe(OH) 3 et rødbrunt slimete-amorft sediment.

Fe(III)-hydroksid dannes også under oksidasjon av Fe og Fe(OH) 2 i fuktig luft:

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

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

Fe(III)-hydroksid er sluttproduktet av hydrolysen av Fe 3+-salter.

Kjemiske egenskaper

Fe(OH) 3 er en veldig svak base (mye svakere enn Fe(OH) 2). Viser merkbare sure egenskaper. Dermed har Fe(OH) 3 en amfoter karakter:

1) reaksjoner med syrer oppstår lett:

2) friskt bunnfall av Fe(OH) 3 løses opp i varm kons. løsninger av KOH eller NaOH med dannelse av hydroxokomplekser:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3

I en alkalisk løsning kan Fe(OH) 3 oksideres til ferrater (salter av jernsyre H 2 FeO 4 frigjøres ikke i fri tilstand):

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

Fe 3+ salter

De mest praktisk viktige er: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - gult blodsalt = Fe 4 3 prøyssisk blått (mørkeblått bunnfall)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiocyanat Fe(III) (blodrød løsning)