Saf haliyle demir, kolayca işlenebilen sünek gri bir metaldir. Yine de insanlar için Fe elementi, karbon ve metal alaşımlarının (çelik ve dökme demir) oluşumuna izin veren diğer yabancı maddelerle kombinasyon halinde daha pratiktir. % 95 - bu, gezegende üretilen tüm metal ürünlerin tam olarak ne kadarının ana element olarak demir içerdiğidir.

Demir: tarih

İnsan tarafından yapılan ilk demir ürünleri, bilim adamları tarafından M.Ö. 4. binyılda tarihlenmektedir. ve çalışmalar, bunların üretiminde yüzde 5-30 oranında nikel içeriği ile karakterize edilen meteorik demirin kullanıldığını göstermiştir. İlginçtir, ancak insanlık Fe'yi eriterek çıkarma konusunda ustalaşana kadar demir, altından daha değerliydi. Bu, daha güçlü ve daha güvenilir çeliğin, alet ve silah üretimi için bakır ve bronzdan çok daha uygun olmasıyla açıklandı.

Eski Romalılar ilk dökme demirin nasıl üretileceğini öğrendiler: Fırınları cevherin sıcaklığını 1400 o C'ye çıkarabiliyorken, dökme demir için 1100-1200 o C yeterliydi.Daha sonra erime noktası olan saf çelik de elde ettiler. bilindiği gibi 1535 santigrat derecedir.

Fe'nin kimyasal özellikleri

Demir neyle etkileşime girer? Demir, oksit oluşumunun eşlik ettiği oksijenle etkileşime girer; oksijen varlığında su ile; sülfürik ve hidroklorik asitlerle:

• 3Fe+2O2 = Fe3O4
• 4Fe+3O2 +6H2O = 4Fe(OH)3
• Fe+H2S04 = FeS04 +H2
• Fe+2HCl = FeCl2 +H2

Ayrıca demir, alkalilerle yalnızca güçlü oksitleyici maddelerin erimiş olması durumunda reaksiyona girer. Demir, normal sıcaklıklarda oksitleyici maddelerle reaksiyona girmez, ancak her zaman arttığında reaksiyona girmeye başlar.

İnşaatta demir kullanımı

Bugün inşaat sektöründe demir kullanımı fazla tahmin edilemez çünkü metal yapılar kesinlikle herhangi bir modern binanın temelidir. Bu alanda Fe, adi çeliklerde, dökme demirde ve ferforjede kullanılmaktadır. Bu eleman kritik yapılardan ankraj cıvatalarına ve çivilere kadar her yerde bulunur.

Çelikten yapılan bina yapılarının inşaatı çok daha ucuzdur ve ayrıca daha yüksek inşaat oranlarından da söz edebiliriz. Bu, inşaatta demir kullanımını önemli ölçüde artırırken endüstrinin kendisi de yeni, daha verimli ve güvenilir Fe bazlı alaşımların kullanımını benimsiyor.

Demirin endüstride kullanımı

Demir ve alaşımlarının (dökme demir ve çelik) kullanımı modern takım tezgahlarının, uçakların, alet yapımının ve diğer ekipmanların imalatının temelidir. Fe siyanürler ve oksitler sayesinde boya ve vernik endüstrisinde işlev görür; demir sülfatlar su arıtımında kullanılır. Fe+C bazlı alaşımlar kullanılmadan ağır sanayi tamamen düşünülemez. Kısacası Demir, yeri doldurulamaz, ancak aynı zamanda erişilebilir ve nispeten ucuz bir metaldir ve alaşımlarının bir parçası olarak neredeyse sınırsız bir uygulama alanına sahiptir.

Demirin tıpta kullanımı

Her yetişkinin 4 grama kadar demir içerdiği bilinmektedir. Bu element vücudun işleyişi, özellikle dolaşım sisteminin (kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobin) sağlığı açısından son derece önemlidir. Demir eksikliği anemisinin gelişmesini önlemek için Fe düzeylerini artırabilen birçok demir bazlı ilaç vardır.

Ütü- endüstride ve günlük yaşamda kullanımı neredeyse sınırsız olan metal. Demirin dünya metal üretimindeki payı %95 civarındadır. Diğer malzemeler gibi kullanımı da belirli özelliklerle belirlenir.

Demir, insan uygarlığının gelişmesinde büyük rol oynadı. İlkel insan, MÖ birkaç bin yıl boyunca demir aletler kullanmaya başladı. O zamanlar bu metalin tek kaynağı Dünya'ya düşen ve oldukça saf demir içeren meteorlardı. Bu, birçok halk arasında demirin göksel kökeni hakkında efsanelerin ortaya çıkmasına neden oldu.

MÖ 2. binyılın ortasında. Mısır'da demir cevherlerinden demir çıkarılması konusunda uzmanlaştı. Bunun insanlık tarihinde Taş ve Tunç Çağlarının yerini alan Demir Çağı'nın başlangıcı olduğuna inanılıyor. Ancak, zaten 3-4 bin yıl önce, Kuzey Karadeniz bölgesinin sakinleri - Kimmerler - bataklık cevherinden demir eritiyordu.

Demir günümüze kadar önemini kaybetmemiştir. Bu, modern teknolojinin en önemli metalidir. Düşük mukavemeti nedeniyle demir pratikte saf haliyle kullanılmaz. Ancak günlük yaşamda çelik veya dökme demir ürünlere genellikle "demir" adı verilir. Sonuçta önemli yapısal malzemeler (çelik ve dökme demir) demir ve karbon alaşımlarıdır. Onlardan çok çeşitli ürünler yapılır.

Prens Vladimir anıtının sekizgen kaidesi tuğladan yapılmış ve dökme demirle kaplanmıştır.

Brüksel'deki Atomium'un devasa yapısının prototipi, demir kristal kafesin bir modeliydi. Yeniden inşanın ardından Atomium yeniden halka açıldı. Her 240 m2'lik topun orijinal kaplaması 720 adet üçgen alüminyum plakadan yapılmıştır. Şimdi bunların yerini 48 paslanmaz çelik plaka aldı.

Ayrıca demir, nikel gibi diğer metallere dayalı alaşımların bir bileşeni de olabilir. Manyetik alaşımlar ayrıca demir içerir.

Yüksek ve düşük sıcaklıklara, vakuma ve yüksek basınca dayanabilen demir bazlı malzemeler yaratılmıştır. Agresif ortamlara, alternatif voltaja, radyoaktif radyasyona vb. başarıyla dayanırlar.

Demir ve alaşımlarının üretimi sürekli artmaktadır. Bu malzemeler evrenseldir, teknolojik olarak gelişmiştir, erişilebilirdir ve büyük miktarlarda ucuzdur. Demirin hammadde tabanı oldukça geniştir. Halihazırda keşfedilmiş olan demir cevheri rezervleri en az iki yüzyıl dayanacaktır. Bu nedenle demir uzun süre medeniyetin “temeli” olarak kalacaktır.

Demir, Mısır, Mezopotamya ve Hindistan'da uzun zamandır sanatsal bir malzeme olarak kullanılmaktadır. Orta Çağ'dan beri demir alaşımlarından yapılmış çok sayıda sanatsal ürün korunmuştur. Modern sanatçılar da demir alaşımlarını yaygın olarak kullanıyor. Siteden materyal

Pek çok sanatsal ürün arasında, Ukraynalı ustaların sanat eseri olan “Mertsalov Palmiyesi” göz ardı edilemez. 1886 yılında Aleksey Mertsalov tarafından Yuzovsky Metalurji Fabrikasında dövüldü. Nijniy Novgorod'daki Tüm Rusya Sanayi ve Sanat Sergisi Büyük Ödülü'ne layık görüldü. 1900 yılında Yuzovsky fabrikasının sergisi kapsamında "Palma Mertsalova" Paris'teki Dünya Sergisinde en yüksek ödülü aldı.

Ve 21. yüzyılda. Demir kullanmayan sanayi bulmak zor. Pek çok metal fonksiyonunun kimya endüstrisinin yarattığı sentetik malzemelere geçmesiyle de önemi azalmamıştır.

Dersin Hedefleri:

• sergilediği oksidasyon derecesine ve oksitleyici maddenin doğasına bağlı olarak demirin fiziksel ve kimyasal özellikleri hakkında bir fikir oluşturmak;
• Öğrencilerin teorik düşünmelerini ve bir maddenin özelliklerini, yapısı hakkındaki bilgiye dayanarak tahmin etme yeteneklerini geliştirmek;
• analiz, karşılaştırma, genelleme, sistemleştirme gibi işlemlere ilişkin kavramsal düşünceyi geliştirmek;
• nesnellik, kısa ve netlik, öz kontrol ve etkinlik gibi düşünme niteliklerini geliştirin.

Dersin Hedefleri:

• öğrencilerin “Atomun yapısı” konusundaki bilgilerini güncellemek;
• bir öğrenme görevinin belirlenmesinden nihai sonuca kadar öğrencilerin kolektif çalışmasını organize etmek (ders için bir referans diyagramı hazırlamak);
• “Metaller” konusundaki materyali özetleyin ve demirin özelliklerini ve uygulamasını göz önünde bulundurun;
• demirin kimyasal özelliklerini incelemek için çiftler halinde bağımsız araştırma çalışmaları düzenlemek;
• Derste öğrencilerin karşılıklı kontrolünü organize etmek.

Ders türü: yeni materyal öğrenmek.

Reaktifler ve ekipmanlar:

• demir (toz, plaka, ataş),
• kükürt,
• hidroklorik asit,
• bakır(II) sülfat
• demir kristal kafes,
• oyun posterleri,
• mıknatıs,
• konuyla ilgili çeşitli resimler,
• test tüpleri,
• alkol lambası,
• maçlar,
• yanıcı maddeleri yakmak için kaşık,
• coğrafi Haritalar.

Ders yapısı

1. Giriş kısmı.
2. Yeni materyal öğrenme.
3. Ev ödevi mesajı.
4. Çalışılan materyalin konsolidasyonu.

Dersler sırasında

1. Giriş kısmı

Zamanı organize etmek.

Öğrencilerin müsaitlik durumu kontrol ediliyor.

Ders konusu mesajı. Konuyu tahtaya ve öğrencilerin not defterlerine kaydedin.

2. Yeni materyal öğrenmek

– Sizce bugünkü dersimizin konusu ne olacak?

1. Demirin görünümüİnsan uygarlığında Demir Çağı'nın başlangıcını işaret ediyordu.

Eski insanlar, cevherden nasıl çıkarılacağını henüz bilmedikleri bir zamanda demiri nereden aldılar? Sümer dilinden tercüme edilen demir, "gökten düşen" bir metaldir. İnsanlığın karşılaştığı ilk demir, meteorlardan elde edilen demirdi. İlk kez 1775 yılında Rus bilim adamı P.S. tarafından "gökten demir taşların düştüğü" kanıtlandı. St.Petersburg'a 600 kg ağırlığında bir yerli demir göktaşı bloğu getiren Saray. En büyük demir göktaşı, 1920 yılında Güney Batı Afrika'da bulunan ve yaklaşık 60 ton ağırlığındaki "Goba" göktaşıdır.Tutankhamun'un mezarını hatırlayalım: altın, altın. Muhteşem işler keyif verir, parlaklık gözleri kamaştırır. Ancak K. Kerram, “Tanrılar, Mezarlar, Bilim Adamları” kitabında Tutankhamun'un küçük demir muskası hakkında şunları yazıyor: “Muska, Mısır'ın en eski ürünlerinden biri ve ... neredeyse tamamen dolu bir mezarda. altın, kültür tarihi açısından en büyük değere sahip olan şey bu mütevazı buluntuydu.” Firavunun mezarında yalnızca birkaç demir eşya bulunmuştur; bunlar arasında tanrı Horus'un demir muskası, demir bıçaklı ve altın saplı küçük bir hançer ve küçük bir demir tabure "Urs" bulunmaktadır.

Bilim adamları, demir-çelik endüstrisinin kökeninin Hitit kabilelerinin yaşadığı Küçük Asya ülkeleri olduğunu öne sürüyorlar. Demir, Avrupa'ya Küçük Asya'dan MÖ 1. binyılda geldi; Avrupa'da Demir Çağı böyle başladı.

Ünlü şam çeliği (veya şam çeliği) Doğu'da Aristoteles zamanında (MÖ IV. Yüzyıl) yapılmıştır. Ancak üretim teknolojisi yüzyıllar boyunca gizli tutuldu.

Farklı türde bir üzüntü hayal ettim
Gri Şam çeliği hakkında.
Çeliğin nasıl temperlendiğini gördüm
Genç kölelerden biri gibi
Onu seçtiler, beslediler,
Böylece eti güç kazansın.
Son tarihi bekledim
Ve sonra kırmızı-sıcak bıçak
Kaslı ete daldılar,
Bitmiş bıçak çıkarıldı.
Çelikten daha güçlüyü Doğu görmedi,
Çelikten daha güçlü ve üzüntüden daha acı.

Şam çeliği sertliği ve esnekliği çok yüksek bir çelik olduğundan, ondan yapılan ürünler bilendiğinde matlaşmama özelliğine sahiptir. Rus metalurji uzmanı P.P. şam çeliğinin sırrını ortaya çıkardı. Anosov. Sıcak çeliği, belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılan özel bir teknik yağ çözeltisi içinde çok yavaş bir şekilde soğuttu; Soğutma işlemi sırasında çelik dövüldü.

(Çizimlerin gösterimi.)

Demir gümüş grisi bir metaldir	Demir gümüş grisi bir metaldir
Bu çiviler demirden yapılmış	Çelik otomotiv endüstrisinde kullanılıyor
Çelik tıbbi aletlerin yapımında kullanılır	Lokomotif yapımında çelik kullanılıyor
	Tüm metaller korozyona maruz kalır
Tüm metaller korozyona maruz kalır

2. PSHEM'de demirin konumu.

PSCEM'de demirin konumunu, çekirdeğin yükünü ve elektronların atomdaki dağılımını öğreniyoruz.

3. Demirin fiziksel özellikleri.

– Demirin hangi fiziksel özelliklerini biliyorsunuz?

Demir, erime noktası 1539 o C olan gümüşi beyaz bir metaldir. Çok sünektir, bu nedenle kolaylıkla işlenir, dövülür, haddelenir, damgalanır. Demir, mıknatıslanma ve manyetikliği giderme özelliğine sahip olduğundan çeşitli elektrikli makine ve cihazlarda elektromıknatıs çekirdeği olarak kullanılır. Termal ve mekanik yöntemlerle, örneğin sertleştirme ve yuvarlamayla daha fazla güç ve sertlik kazandırılabilir.

Kimyasal olarak saf ve ticari olarak saf demir vardır. Teknik olarak saf demir esasen düşük karbonlu çeliktir; %0,02-0,04 oranında karbon ve daha da az oksijen, kükürt, nitrojen ve fosfor içerir. Kimyasal olarak saf demir, %0,01'den az yabancı madde içerir. Kimyasal olarak saf demir - gümüş grisi, parlak metal, görünüş olarak platine çok benzer. Kimyasal olarak saf demir korozyona karşı dayanıklıdır (korozyonun ne olduğunu hatırlayın? Aşındırıcı bir çivinin gösterilmesi) ve asitlere karşı iyi direnç gösterir. Ancak önemsiz miktardaki yabancı maddeler onu bu değerli özelliklerden mahrum bırakır.

4. Demirin kimyasal özellikleri.

Metallerin kimyasal özelliklerine ilişkin bilginize dayanarak demirin hangi kimyasal özelliklere sahip olacağını düşünüyorsunuz?

Deneylerin gösterilmesi.

• Demirin kükürt ile etkileşimi.

Pratik iş.

• Demirin hidroklorik asit ile etkileşimi.
• Demirin bakır (II) sülfatla etkileşimi.

5. Demir kullanımı.

Sorular üzerine konuşma:

– Sizce demirin doğadaki dağılımı nasıldır?

Demir doğada en yaygın bulunan elementlerden biridir. Yer kabuğunda kütle oranı %5,1 olup, bu göstergeye göre oksijen, silikon ve alüminyumdan sonra ikinci sıradadır. Spektral analizle belirlendiği üzere gök cisimlerinde de bol miktarda demir bulunur. Luna otomatik istasyonu tarafından teslim edilen ay toprağı örneklerinde demir, oksitlenmemiş halde bulundu.

Demir cevherleri Dünya'da oldukça yaygındır. Urallardaki dağların isimleri kendi adına konuşuyor: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Ziraat kimyacıları toprakta demir bileşikleri buluyor.

– Demir doğada hangi formda bulunur?

Demir çoğu kayanın bir bileşenidir. Demir elde etmek için demir içeriği %30-70 veya daha fazla olan demir cevherleri kullanılır. Ana demir cevherleri şunlardır: manyetit - Fe3O4 %72 demir içerir, Güney Urallarda yataklar bulunur, Kursk manyetik anomalisi; hematit - Fe203% 65'e kadar demir içerir, bu tür birikintiler Krivoy Rog bölgesinde bulunur; limonit – Fe2O3 * nH2O %60'a kadar demir içerir, Kırım'da birikintiler bulunur; pirit - FeS 2 yaklaşık% 47 demir içerir, Urallarda birikintiler bulunur. (Kontur haritalarıyla çalışma).

– Demirin insan ve bitki yaşamındaki rolü nedir?

Biyokimyacılar demirin bitki, hayvan ve insan yaşamındaki önemli rolünü keşfettiler. Hemoglobin adı verilen son derece kompleks bir organik bileşiğin parçası olan demir, bu maddenin kırmızı rengini belirler, bu da insan ve hayvan kanının rengini belirler. Bir yetişkinin vücudu,% 75'i hemoglobinin bir parçası olan 3 g saf demir içerir. Hemoglobinin ana rolü, oksijeni akciğerlerden dokulara ve ters yönde - CO2'ye taşımaktır.

Bitkilerin de demire ihtiyacı vardır. Sitoplazmanın bir parçasıdır ve fotosentez sürecine katılır. Demir içermeyen bir alt tabaka üzerinde yetişen bitkilerin yaprakları beyazdır. Alt tabakaya küçük bir demir eklenmesiyle yeşile dönerler. Dahası, beyaz bir tabakayı demir içeren bir tuz çözeltisiyle sürmeye değer ve kısa süre sonra lekeli alan yeşile döner.

Yani, aynı nedenden dolayı - meyve sularında ve dokularda demir bulunması - bitkilerin yaprakları neşeyle yeşile döner ve kişinin yanakları parlak bir şekilde kızarır.

İnsanlığın kullandığı metallerin yaklaşık %90'ı demir bazlı alaşımlardır. Dünyada, diğer metallerden bahsetmeye bile gerek yok, alüminyumdan yaklaşık 50 kat daha fazla demir eritiliyor. Demir bazlı alaşımlar evrenseldir, teknolojik olarak gelişmiştir, erişilebilirdir ve ucuzdur. Demir, uzun bir süre daha medeniyetin temeli olmaya devam edecek.

3. Evdeki materyali yayınlayın

14, örneğin. No. 6, 8, 9 (O.S. Gabrielyan'ın “Kimya 9”, 2003 ders kitabının çalışma kitabına dayanmaktadır).

4. Çalışılan materyalin konsolidasyonu

1. Tahtaya yazılan referans diyagramını kullanarak bir sonuca varın: Demir nedir ve özellikleri nelerdir?
2. Grafik dikte (önceden düz bir çizgiyle çizilmiş, 8 parçaya bölünmüş ve dikte sorularına göre numaralandırılmış kağıt sayfaları hazırlayın. Doğru kabul edilen konumun numarasını segment üzerinde bir kulübe "^" ile işaretleyin).

Seçenek 1.

1. Demir reaktif bir alkali metaldir.
2. Demirin dövülmesi kolaydır.
3. Demir, bronz alaşımının bir parçasıdır.
4. Demir atomunun dış enerji seviyesinde 2 elektron bulunur.
5. Demir seyreltik asitlerle reaksiyona girer.
6. Halojenlerle oksidasyon durumu +2 olan halojenürler oluşturur.
7. Demir oksijenle etkileşime girmez.
8. Demir, erimiş demir tuzunun elektrolizi ile elde edilebilir.

1	2	3	4	5	6	7	8

Seçenek 2.

1. Demir gümüş-beyaz bir metaldir.
2. Demirin mıknatıslanma özelliği yoktur.
3. Demir atomları oksitleyici özellikler gösterir.
4. Demir atomunun dış enerji seviyesinde 1 elektron bulunmaktadır.
5. Demir, bakırı tuzlarının çözeltilerinden uzaklaştırır.
6. Halojenlerle oksidasyon durumu +3 olan bileşikler oluşturur.
7. Sülfürik asit çözeltisi ile demir (III) sülfat oluşur.
8. Demir paslanmaz.

1	2	3	4	5	6	7	8

Görevi tamamladıktan sonra öğrenciler çalışmalarını değiştirir ve kontrol ederler (çalışmaların yanıtları tahtaya asılır veya projektör aracılığıyla gösterilir).

İşaretleme kriterleri:

• “5” – 0 hata,
• “4” – 1-2 hata,
• “3” – 3-4 hata,
• “2” – 5 veya daha fazla hata.

İkinci El Kitaplar

1. Gabrielyan O.S. Kimya 9. sınıf. – M.: Bustard, 2001.
2. Gabrielyan O.S. Öğretmenler için kitap. – M.: Bustard, 2002.
3. Gabrielyan O.S. Kimya 9. sınıf. Çalışma kitabı. – M.: Bustard, 2003.
4. Eğitim endüstrisi. Makalelerin özeti. Sayı 3. – M.: MGIU, 2002.
5. Malyshkina V. Eğlenceli kimya. – St.Petersburg, “Trigon”, 2001.
6. Yazılım ve metodolojik materyaller. Kimya notları 8-11. – M.: Bustard, 2001.
7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. Evde okumak için kimya üzerine bir kitap. – M.: Kimya, 1995.
8. Kimya dersine gidiyorum. Öğretmenler için kitap. – M.: “1 Eylül”, 2000.

Uygulamalar

Bunu biliyor musun?

Ütü - yaşamın en önemli unsurlarından biri. Kan demir içerir ve kanın rengini ve ana özelliğini - oksijeni bağlama ve serbest bırakma yeteneğini - belirleyen de budur. Bu yeteneğe, hemoglobin molekülünün ayrılmaz bir parçası olan karmaşık bir bileşik - heme - sahiptir. Vücudumuzda hemoglobinin yanı sıra kaslarda oksijen depolayan bir protein olan miyoglobinde de demir bulunur. Demir içeren enzimler de vardır.

Hindistan'da Delhi yakınlarında, yaşı neredeyse 2800 olmasına rağmen en ufak bir pas lekesi bile olmayan bir demir sütun var. Bu, yaklaşık 7 metre yüksekliğinde ve 6,5 ton ağırlığındaki ünlü Kutub Sütunu'dur ve sütunun üzerindeki yazıt, onun 9. yüzyılda dikildiğini göstermektedir. M.Ö e. Demirin paslanması - demir metahidroksit oluşumu - havadaki nem ve oksijenle etkileşimi ile ilişkilidir.

Ancak bu reaksiyon demirde başta karbon, silikon ve kükürt olmak üzere çeşitli yabancı maddelerin yokluğunda gerçekleşmez. Sütun çok saf metalden yapılmıştı: sütundaki demirin %99,72 olduğu ortaya çıktı. Bu, dayanıklılığını ve korozyon direncini açıklar.

1934 yılında Maden Mecmuası'nda “Demir ve çeliğin toprakta paslanma yoluyla iyileştirilmesi” başlıklı makale çıktı. Demirin toprakta paslanarak çeliğe dönüştürülmesi yöntemi eski çağlardan beri insanlar tarafından bilinmektedir. Örneğin Kafkasya'daki Çerkesler şerit demiri toprağa gömdüler ve 10-15 yıl sonra kazarak ondan silah namlusunu, kalkanı veya düşman kemiklerini bile kesebilecek kılıçlar yaptılar.

Hematit

Hematit veya kırmızı demir cevheri – zamanımızın ana metalinin ana cevheri – demir. İçerisindeki demir içeriği %70'e ulaşır. Hematit uzun zamandır bilinmektedir. Babil ve Eski Mısır'da takılarda, mühür yapımında kullanılmış ve kalsedonla birlikte oyma taş olarak en sevilen malzeme olarak kullanılmıştır. Büyük İskender'in kendisini savaşta yenilmez kıldığına inandığı hematit kakmalı bir yüzüğü vardı. Antik çağlarda ve Orta Çağ'da hematitin kanı durduran bir ilaç olduğu biliniyordu. Bu mineralden elde edilen toz, eski çağlardan beri altın ve gümüş eşyalarda kullanılmaktadır.

Mineralin adı Yunancadan gelmektedir. detaylar– bu mineralin tozunun kiraz veya balmumu kırmızısı rengiyle ilişkilendirilen kan.

Mineralin önemli bir özelliği, rengi kalıcı olarak saklama ve onu en azından küçük bir hematit karışımı içeren diğer minerallere aktarma yeteneğidir. Aziz Isaac Katedrali'nin granit sütunlarının pembe rengi, ince dağılmış hematit ile renklenen feldspatların rengidir. Başkentin metro istasyonlarının dekorasyonunda kullanılan pitoresk jasper desenleri, Kırım'ın turuncu ve pembe carnelianları, tuz katmanlarındaki mercan kırmızısı silvit ve karnallit katmanları, renklerini hematite borçludur.

Kırmızı boya uzun zamandır hematitten yapılmıştır. 15-20 bin yıl önce yapılan tüm ünlü freskler - Altamira Mağarası'nın harika bizonu ve ünlü Cape Mağarası'ndaki mamutlar - kahverengi demir oksitler ve hidroksitlerden yapılmıştır.

Manyetit

Manyetit veya manyetik demir cevheri – %72 oranında demir içeren bir mineral. Bu en zengin demir cevheridir. Bu mineralin dikkat çekici özelliği doğal manyetizması, yani keşfedilmesine yol açan özelliktir.

Romalı bilim adamı Pliny'nin bildirdiğine göre manyetit, adını Yunan çoban Magnes'ten alıyor. Magnes nehrin yukarısındaki tepenin yakınında sürüsünü otlatıyordu. Teselya'da Hindu. Aniden, demir uçlu bir asa ve çivilerle kaplı sandaletler, masif gri taştan yapılmış bir dağ tarafından kendine doğru çekildi. Mineral manyetit ise adını mıknatısa, manyetik alana ve Aristoteles'in zamanından bu güne kadar yakından incelenen gizemli manyetizma olgusunun tamamına vermiştir.

Bu mineralin manyetik özellikleri bugün hala esas olarak yatak aramak için kullanılmaktadır. Kursk Manyetik Anomalisi (KMA) bölgesinde benzersiz demir yatakları bu şekilde keşfedildi. Mineral ağırdır: Elma büyüklüğündeki manyetit örneği 1,5 kg ağırlığındadır.

Antik çağda manyetit, her türlü iyileştirici özelliğe ve mucizeler yaratma yeteneğine sahipti. Yaralardan metal çıkarmak için kullanılıyordu ve Korkunç İvan, onun dikkat çekici kristallerini diğer taşlarla birlikte hazineleri arasında saklıyordu.

Pirit ateşe benzer bir mineraldir

Pirit - Gördüğünüzde şunu haykırmak isteyeceğiniz minerallerden biri: "Gerçekten olan bu mu?" El yapımı ürünlerde, pirit kristallerinde bizi hayrete düşüren en yüksek kesme ve cilalama sınıfının doğanın cömert bir armağanı olduğuna inanmak zor.

Pirit, adını çelik nesnelere çarptığında kıvılcım çıkarma özelliğiyle ilişkilendirilen Yunanca "pyros" - ateş kelimesinden alır. Bu güzel mineral, altın rengi ve neredeyse her zaman net kenarlardaki parlak parlaklığıyla dikkat çekiyor. Özellikleri nedeniyle, pirit eski çağlardan beri bilinmektedir ve altına hücum salgınları sırasında, kuvars damarındaki pirit kıvılcımları birden fazla sıcak baş döndürmüştür. Şimdi bile acemi taş severler sıklıkla piriti altın sanıyor.

Pirit her yerde bulunan bir mineraldir: magmadan, buharlardan ve çözeltilerden ve hatta tortulardan her biri belirli formlarda ve kombinasyonlarda oluşur. Birkaç on yıl boyunca madene düşen bir madencinin cesedinin pirite dönüştüğü bilinen bir durum var. Piritte çok fazla demir vardır -% 46,5, ancak onu çıkarmak pahalı ve kârsızdır.

Demir iyi bilinen bir kimyasal elementtir. Ortalama kimyasal aktiviteye sahip metallere aittir. Bu yazımızda demirin özelliklerine ve kullanım alanlarına bakacağız.

Doğada yaygınlık

Ferrum içeren oldukça fazla sayıda mineral vardır. Her şeyden önce manyetittir. Yüzde yetmiş iki demirdir. Kimyasal formülü Fe3O4'tür. Bu minerale manyetik demir cevheri de denir. Açık gri, bazen koyu gri, hatta siyah, metalik bir parlaklığa sahiptir. BDT ülkeleri arasındaki en büyük yatağı Urallarda bulunmaktadır.

Demir içeriği yüksek olan bir sonraki mineral hematittir - bu elementin yüzde yetmişini oluşturur. Kimyasal formülü Fe 2 O 3'tür. Kırmızı demir cevheri olarak da adlandırılır. Kırmızı-kahverengiden kırmızı-griye kadar değişen bir rengi vardır. BDT ülkelerindeki en büyük yatak Krivoy Rog'da bulunmaktadır.

Ferrum içeren üçüncü mineral ise limonittir. Burada demir toplam kütlenin yüzde altmışıdır. Bu kristalimsi bir hidrattır, yani su molekülleri kristal kafesine dokunmuştur, kimyasal formülü Fe203.H20'dur. Adından da anlaşılacağı gibi, bu mineral sarı-kahverengimsi, bazen kahverengi bir renge sahiptir. Doğal aşı boyasının ana bileşenlerinden biridir ve pigment olarak kullanılır. Aynı zamanda kahverengi demir cevheri olarak da adlandırılır. En büyük yerler Kırım ve Urallardır.

Sfer demir cevheri olarak adlandırılan Siderit, yüzde kırk sekiz ferrum içerir. Kimyasal formülü FeCO3’tür. Yapısı heterojendir ve birbirine bağlı farklı renkteki kristallerden oluşur: gri, soluk yeşil, gri-sarı, kahverengi-sarı vb.

Doğada yüksek ferrum içeriğine sahip son yaygın mineral pirittir. Aşağıdaki kimyasal formüle sahiptir: FeS 2. Toplam kütlenin yüzde kırk altısını demir içerir. Kükürt atomları sayesinde bu mineral altın sarısı bir renge sahiptir.

Tartışılan minerallerin çoğu saf demir elde etmek için kullanılır. Ayrıca doğal taşlardan takı imalatında hematit kullanılmaktadır. Lapis lazuli takılarda pirit kalıntıları mevcut olabilir. Ayrıca demir, doğada canlı organizmalarda bulunur - hücrelerin en önemli bileşenlerinden biridir. Bu mikro elementin insan vücuduna yeterli miktarlarda sağlanması gerekir. Demirin iyileştirici özellikleri büyük ölçüde bu kimyasal elementin hemoglobinin temeli olmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle ferrum kullanımının kanın durumu ve dolayısıyla bir bütün olarak tüm vücut üzerinde iyi bir etkisi vardır.

Demir: fiziksel ve kimyasal özellikler

Şimdi bu iki büyük bölüme sırasıyla bakalım. demir onun görünümü, yoğunluğu, erime noktası vb. Yani bir maddenin fizikle ilişkilendirilen tüm ayırt edici özellikleridir. Demirin kimyasal özellikleri diğer bileşiklerle reaksiyona girebilme yeteneğidir. İlk olanlardan başlayalım.

Demirin fiziksel özellikleri

Normal koşullar altında saf haliyle katıdır. Gümüş-gri bir renge ve belirgin bir metalik parlaklığa sahiptir. Demirin mekanik özellikleri arasında dört (orta) sertlik seviyesi bulunur. Demir iyi bir elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir. Son özellik, soğuk bir odada demir bir nesneye dokunulduğunda hissedilebilir. Bu malzeme ısıyı hızlı ilettiği için büyük bir kısmını kısa sürede cildinizden uzaklaştırır ve bu nedenle üşürsünüz.

Örneğin ahşaba dokunursanız ısı iletkenliğinin çok daha düşük olduğunu fark edeceksiniz. Demirin fiziksel özellikleri erime ve kaynama noktalarını içerir. Birincisi 1539 santigrat derece, ikincisi 2860 santigrat derece. Demirin karakteristik özelliklerinin iyi süneklik ve eriyebilirlik olduğu sonucuna varabiliriz. Ama hepsi bu değil.

Ayrıca demirin fiziksel özellikleri ferromanyetizmasını da içerir. Ne olduğunu? Manyetik özelliklerini her gün pratik örneklerde gözlemleyebildiğimiz demir, bu kadar eşsiz bir ayırt edici özelliğe sahip olan tek metaldir. Bu, bu malzemenin manyetik alanın etkisi altında mıknatıslanma kabiliyetine sahip olmasıyla açıklanmaktadır. Ve ikincisinin etkisinin sona ermesinden sonra, manyetik özellikleri henüz oluşmuş olan demir, uzun süre mıknatıs olarak kalır. Bu fenomen, bu metalin yapısında hareket edebilen çok sayıda serbest elektronun bulunmasıyla açıklanabilir.

Kimyasal açıdan

Bu element orta aktiviteli metallere aittir. Ancak demirin kimyasal özellikleri diğer tüm metaller için tipiktir (elektrokimyasal seride hidrojenin sağında yer alanlar hariç). Birçok madde sınıfıyla reaksiyona girme yeteneğine sahiptir.

Basit olanlarla başlayalım

Ferrum oksijen, nitrojen, halojenler (iyot, brom, klor, flor), fosfor ve karbon ile etkileşime girer. Dikkate alınması gereken ilk şey oksijenle reaksiyonlardır. Ferrum yakıldığında oksitleri oluşur. Reaksiyon koşullarına ve iki katılımcı arasındaki oranlara bağlı olarak bunlar değişebilir. Bu tür etkileşime örnek olarak aşağıdaki reaksiyon denklemleri verilebilir: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O2 = 2Fe203; 3Fe + 2O2 = Fe304. Ve demir oksidin özellikleri (hem fiziksel hem de kimyasal), türüne bağlı olarak değişebilir. Bu tür reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda meydana gelir.

Bir sonraki şey nitrojenle etkileşimdir. Ayrıca yalnızca ısıtma durumunda da meydana gelebilir. Altı mol demir ve bir mol nitrojen alırsak iki mol demir nitrür elde ederiz. Reaksiyon denklemi şu şekilde görünecektir: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

Fosfor ile etkileşime girdiğinde fosfit oluşur. Reaksiyonu gerçekleştirmek için aşağıdaki bileşenlere ihtiyaç vardır: üç mol ferrum için - bir mol fosfor, sonuç olarak bir mol fosfit oluşur. Denklem şu şekilde yazılabilir: 3Fe + P = Fe 3 P.

Ayrıca basit maddelerle reaksiyonlar arasında kükürt ile etkileşim de ayırt edilebilir. Bu durumda sülfür elde edilebilir. Bu maddenin oluşum sürecinin meydana gelme prensibi yukarıda açıklananlara benzer. Yani bir katılma reaksiyonu meydana gelir. Bu türden tüm kimyasal etkileşimler, çoğunlukla yüksek sıcaklıklar ve daha az sıklıkla katalizörler olmak üzere özel koşullar gerektirir.

Demir ve halojenler arasındaki reaksiyonlar kimya endüstrisinde de yaygındır. Bunlar klorlama, brominasyon, iyotlama, florlamadır. Reaksiyonların isimlerinden de anlaşılacağı gibi, bu, sırasıyla klorür/bromür/iyodür/florür oluşturmak üzere ferrum atomlarına klor/brom/iyot/flor atomlarının eklenmesi işlemidir. Bu maddeler çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca ferrum, yüksek sıcaklıklarda silikonla birleşebilmektedir. Demirin çeşitli kimyasal özellikleri nedeniyle kimya endüstrisinde sıklıkla kullanılır.

Ferrum ve kompleks maddeler

Basit maddelerden, molekülleri iki veya daha fazla farklı kimyasal elementten oluşan maddelere geçiyoruz. Bahsedilmesi gereken ilk şey ferrumun su ile reaksiyonudur. Demirin temel özellikleri burada ortaya çıkar. Su ısıtıldığında demir ile birlikte oluşur (aynı su ile etkileşime girdiğinde hidroksit yani baz oluşturduğu için bu adı almıştır). Yani, her iki bileşenden bir mol alırsanız, ferrum dioksit ve hidrojen gibi maddeler keskin kokulu bir gaz formunda oluşur - yine bire bir molar oranlarda. Bu tip reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılabilir: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Bu iki bileşenin karıştırıldığı oranlara bağlı olarak demir di- veya trioksit elde edilebilir. Bu maddelerin her ikisi de kimya endüstrisinde oldukça yaygındır ve diğer birçok endüstride de kullanılmaktadır.

Asitler ve tuzlar ile

Ferrum, metallerin elektrokimyasal aktivite dizisinde hidrojenin solunda yer aldığından, bu elementi bileşiklerden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir. Bunun bir örneği, bir aside demir eklendiğinde gözlemlenebilen yer değiştirme reaksiyonudur. Örneğin, orta konsantrasyondaki demir ve sülfat asidini (sülfürik asit olarak da bilinir) eşit molar oranlarda karıştırırsanız sonuç, eşit molar oranlarda demir (II) sülfat ve hidrojen olur. Böyle bir reaksiyonun denklemi şu şekilde görünecektir: Fe + H 2 SO 4 = FeS04 + H 2.

Tuzlarla etkileşime girdiğinde demirin indirgeyici özellikleri ortaya çıkar. Yani tuzdan daha az aktif bir metali izole etmek için kullanılabilir. Örneğin, bir mol ve aynı miktarda ferrum alırsanız, aynı molar oranlarda demir (II) sülfat ve saf bakır elde edebilirsiniz.

Vücut için önemi

Yer kabuğundaki en yaygın kimyasal elementlerden biri demirdir. Zaten baktık, şimdi biyolojik açıdan yaklaşalım. Ferrum hem hücresel düzeyde hem de tüm organizma düzeyinde çok önemli işlevleri yerine getirir. Her şeyden önce demir, hemoglobin gibi bir proteinin temelidir. Oksijenin akciğerlerden kan yoluyla tüm dokulara, organlara, başta beyindeki nöronlar olmak üzere vücudun her hücresine taşınması için gereklidir. Bu nedenle demirin faydalı özellikleri fazla tahmin edilemez.

Ferrum, kan oluşumunu etkilemesinin yanı sıra tiroid bezinin tam işleyişi için de önemlidir (bazılarının inandığı gibi bu sadece iyot gerektirmez). Demir ayrıca hücre içi metabolizmada rol alır ve bağışıklığı düzenler. Ferrum, zararlı maddelerin nötralize edilmesine yardımcı olduğundan karaciğer hücrelerinde de özellikle büyük miktarlarda bulunur. Aynı zamanda vücudumuzdaki birçok enzim türünün de ana bileşenlerinden biridir. Bir kişinin günlük diyeti bu mikro elementin on ila yirmi miligramını içermelidir.

Demir açısından zengin gıdalar

Bunlardan çok var. Hem bitki hem de hayvan kökenlidirler. Bunlardan ilki tahıllar, baklagiller, tahıllar (özellikle karabuğday), elma, mantar (beyaz), kurutulmuş meyveler, kuşburnu, armut, şeftali, avokado, kabak, badem, hurma, domates, brokoli, lahana, yaban mersini, böğürtlen, kereviz, vb. İkincisi ise karaciğer ve ettir. Demir içeriği yüksek gıdaların tüketimi hamilelik sırasında özellikle önemlidir, çünkü gelişmekte olan fetüsün vücudu, tam büyüme ve gelişme için bu eser elementin büyük miktarlarına ihtiyaç duyar.

Vücutta demir eksikliği belirtileri

Vücuda çok az ferrum girişinin belirtileri yorgunluk, el ve ayakların sürekli donması, depresyon, kırılgan saç ve tırnaklar, entelektüel aktivitede azalma, sindirim bozuklukları, düşük performans ve tiroid fonksiyon bozukluklarıdır. Bu semptomlardan birkaçını fark ederseniz, diyetinizdeki demir içeren gıdaların miktarını artırmanız veya ferrum içeren vitaminler veya diyet takviyeleri satın almanız faydalı olabilir. Ayrıca bu belirtilerden herhangi birini çok şiddetli hissediyorsanız bir doktora başvurmalısınız.

Demirin endüstride kullanımı

Demirin kullanım alanları ve özellikleri yakından ilişkilidir. Ferromanyetik doğası nedeniyle, hem ev amaçlı olarak daha zayıf olan (hediyelik buzdolabı mıknatısları vb.) hem de endüstriyel amaçlar için daha güçlü olan mıknatısların yapımında kullanılır. Söz konusu metalin yüksek mukavemet ve sertliğe sahip olması nedeniyle eski çağlardan beri silah, zırh ve diğer askeri ve ev aletlerinin imalatında kullanılmaktadır. Bu arada, özellikleri sıradan metalden üstün olan göktaşı demiri Eski Mısır'da bile biliniyordu. Bu özel demir Antik Roma'da da kullanılmıştır. Ondan elit silahlar yapıldı. Göktaşı metalinden yapılmış bir kalkan veya kılıca ancak çok zengin ve asil bir kişi sahip olabilir.

Genel olarak bu makalede ele aldığımız metal, bu gruptaki tüm maddeler arasında en çok yönlü olanıdır. Öncelikle hem sanayide hem de günlük hayatta ihtiyaç duyulan her türlü ürünün üretiminde kullanılan çelik ve dökme demir yapılmaktadır.

Dökme demir, demir ve karbonun yüzde 1,7 ila 4,5 arasında bulunduğu bir alaşımdır. İkincisi yüzde 1,7'den azsa bu tür alaşıma çelik denir. Bileşimde yaklaşık yüzde 0,02 oranında karbon mevcutsa, bu zaten sıradan bir teknik demirdir. Alaşımda karbonun varlığı, ona daha fazla güç, ısı direnci ve pas direnci kazandırmak için gereklidir.

Ayrıca çelik, yabancı madde olarak birçok başka kimyasal element de içerebilir. Buna manganez, fosfor ve silikon dahildir. Ayrıca bu tür alaşımlara belirli nitelikler kazandırmak için krom, nikel, molibden, tungsten ve diğer birçok kimyasal element eklenebilir. Transformatör çelikleri olarak büyük miktarda silikon (yaklaşık yüzde dört) içeren çelik türleri kullanılır. Çok fazla manganez içerenler (yüzde on iki ila on dörde kadar) demiryolları, değirmenler, kırıcılar ve parçaları hızlı aşınmaya maruz kalan diğer aletlerin imalatında kullanılır.

Isıya daha dayanıklı hale getirmek için alaşıma molibden eklenir; bu tür çelikler takım çelikleri olarak kullanılır. Ayrıca bıçak ve diğer ev aletleri şeklinde iyi bilinen ve günlük yaşamda sıklıkla kullanılan paslanmaz çeliklerin elde edilmesi için alaşıma krom, nikel ve titanyum eklenmesi gerekmektedir. Darbelere dayanıklı, yüksek mukavemetli, sünek çelik elde etmek için ise içine vanadyum eklenmesi yeterlidir. Bileşime niyobyum eklenerek korozyona ve kimyasal olarak agresif maddelere karşı yüksek direnç elde edilebilir.

Makalenin başında bahsedilen mineral manyetit, sabit disklerin, hafıza kartlarının ve bu tip diğer cihazların üretimi için gereklidir. Manyetik özellikleri nedeniyle demir, transformatörlerde, motorlarda, elektronik ürünlerde vb. bulunabilir. Ayrıca, diğer metallerin alaşımlarına daha fazla güç ve mekanik stabilite kazandırmak için ferrum eklenebilir. Bu elementin sülfatı bahçecilikte zararlıları kontrol etmek için kullanılır (bakır sülfatla birlikte).

Su arıtımı için vazgeçilmezdirler. Ayrıca siyah beyaz yazıcılarda manyetit tozu kullanılmaktadır. Piritin ana kullanımı ondan sülfürik asit elde etmektir. Bu süreç laboratuvar koşullarında üç aşamada gerçekleşir. İlk aşamada ferrum pirit yakılarak demir oksit ve kükürt dioksit üretilir. İkinci aşamada, oksijenin katılımıyla kükürt dioksitin trioksite dönüşümü gerçekleşir. Ve son aşamada, ortaya çıkan madde katalizörlerin varlığında geçirilir ve böylece sülfürik asit üretilir.

Demir almak

Bu metal esas olarak iki ana mineralden çıkarılır: manyetit ve hematit. Bu, demirin kok formundaki karbonla olan bileşiklerinden indirgenmesiyle yapılır. Bu, sıcaklığın iki bin santigrat dereceye ulaştığı yüksek fırınlarda yapılır. Ayrıca ferrumun hidrojenle indirgenmesine yönelik bir yöntem vardır. Bunu yapmak için yüksek fırına sahip olmak gerekli değildir. Bu yöntemi uygulamak için özel kil alıp, kırılmış cevherle karıştırıp, şaft fırınında hidrojenle işliyorlar.

Çözüm

Demirin özellikleri ve kullanım alanları çeşitlidir. Bu belki de hayatımızdaki en önemli metaldir. İnsanlığın bildiği hale geldikten sonra, o zamanlar silahların yanı sıra tüm aletlerin imalatında ana malzeme olan bronzun yerini aldı. Çelik ve dökme demir, fiziksel özellikleri ve mekanik strese karşı direnç açısından bakır ve kalay alaşımından birçok yönden üstündür.

Ayrıca demir gezegenimizde diğer birçok metalden daha fazla miktarda bulunur. yer kabuğunda neredeyse yüzde beştir. Doğada en çok bulunan dördüncü kimyasal elementtir. Ayrıca bu kimyasal element, hayvan ve bitki vücudunun normal işleyişi için çok önemlidir, çünkü öncelikle hemoglobin onun temelinde inşa edilmiştir. Demir, sağlığın korunması ve organların normal işleyişinin sürdürülmesi için tüketimi önemli olan önemli bir eser elementtir. Yukarıdakilere ek olarak, benzersiz manyetik özelliklere sahip olan tek metaldir. Ferrum olmadan hayatımızı hayal etmek imkansızdır.

Demir ana yapısal malzemedir. Metal, roketlerden denizaltılara, çatal bıçak takımlarından ferforje ızgara süslemelerine kadar kelimenin tam anlamıyla her yerde kullanılıyor. Bu büyük ölçüde doğadaki bir element tarafından kolaylaştırılmaktadır. Ancak asıl sebep, gücü ve dayanıklılığıdır.

Bu yazıda demiri bir metal olarak tanımlayacağız ve faydalı fiziksel ve kimyasal özelliklerini göstereceğiz. Ayrı olarak, demirin neden demirli metal olarak adlandırıldığını ve diğer metallerden nasıl farklı olduğunu anlatacağız.

İşin garibi, bazen demirin metal mi yoksa metal olmayan mı olduğu sorusu hala ortaya çıkıyor. Demir, D.I. Mendeleev'in tablosunun 8. grup, 4. periyodunun bir elementidir. Molekül ağırlığı 55,8 olup oldukça yüksektir.

Bu gümüş grisi bir metaldir, oldukça yumuşaktır, sünektir ve manyetik özelliklere sahiptir. Aslında saf demir, metalin kimyasal olarak aktif olması ve çeşitli reaksiyonlara uğraması nedeniyle son derece nadir bulunur ve kullanılır.

Bu video size demirin ne olduğunu anlatacak:

Konsept ve özellikler

Demir genellikle metalin neredeyse tüm özelliklerini koruyan% 0,8'e kadar az miktarda yabancı madde içeren bir alaşım olarak adlandırılır. Yaygın olarak kullanılan bu seçenek bile değil, çelik ve dökme demirdir. Cevherin siyah rengi sayesinde isimlerini - demirli metal, demir veya daha doğrusu aynı dökme demir ve çelik - aldılar.

Günümüzde demir alaşımlarına demir metalleri adı verilmektedir: çelik, dökme demir, ferrit, manganez ve bazen krom.

Demir çok yaygın bir elementtir. Yer kabuğundaki içerik açısından oksijenden daha düşük olan 4. sırada yer alır. Dünyanın çekirdeği %86 oranında demir içerir ve yalnızca %14'ü mantoda bulunur. Deniz suyu bu maddeden çok az miktarda içerir - 0,02 mg/l'ye kadar; nehir suyu biraz daha fazla - 2 mg/l'ye kadar içerir.

Demir tipik bir metaldir ve aynı zamanda oldukça aktiftir. Seyreltik ve konsantre asitlerle reaksiyona girer, ancak çok güçlü oksitleyici maddelerin etkisi altında ferrik asit tuzları oluşturabilir. Havada demir hızla bir oksit filmi ile kaplanır ve daha fazla reaksiyonu önler.

Bununla birlikte, nem varlığında, gevşek yapısı nedeniyle daha fazla oksidasyonu engellemeyen oksit filmi yerine pas ortaya çıkar. Bu özellik, nem varlığında korozyon, demir alaşımlarının temel dezavantajıdır. Kirliliğin korozyona neden olduğunu, kimyasal olarak saf metalin ise suya dayanıklı olduğunu belirtmekte fayda var.

Önemli parametreler

Saf metal demir oldukça sünektir, kolayca dövülür ve dökülmesi zordur. Bununla birlikte, karbonun küçük safsızlıkları sertliğini ve kırılganlığını önemli ölçüde artırır. Bu kalite, bronz aletlerin demir aletlerle yer değiştirmesinin nedenlerinden biri haline geldi.

• Demir alaşımlarını antik dünyada bilinenlerle karşılaştırırsak, hem korozyon direnci hem de dolayısıyla dayanıklılık açısından açıkça görülür. Ancak devasa ölçek, kalay madenlerinin tükenmesine yol açtı. Ve bu, önemli ölçüde daha az olduğundan, geçmişteki metalurjistler değiştirme sorunuyla karşı karşıya kaldılar. Ve bronzun yerini demir aldı. İkincisi, çelik ortaya çıktığında tamamen değiştirildi: bronz, böyle bir sertlik ve esneklik kombinasyonu sağlamaz.
• Demir, kobalt ile bir demir üçlüsü oluşturur. Elementlerin özellikleri, dış katmanın aynı yapısına sahip analoglarına göre çok yakındır. Tüm metaller mükemmel mekanik özelliklere sahiptir: kolayca işlenebilir, haddelenebilir, çekilebilir, dövülebilir ve damgalanabilir. Kobalt demire göre hem daha az reaktif hem de korozyona karşı daha dayanıklıdır. Ancak bu elementlerin bolluğu, bunların demir kadar yaygın olarak kullanılmasına izin vermez.
• Donanımın kullanım alanı açısından ana “rakibi” dir. Ancak gerçekte her iki malzemenin de tamamen farklı nitelikleri vardır. Demir kadar güçlü değildir, daha zor çekilir ve dövülemez. Öte yandan metalin ağırlığı çok daha hafif olduğundan yapıyı çok daha hafif hale getirir.

Demirin elektriksel iletkenliği oldukça ortalama olup, bu göstergedeki alüminyum yalnızca gümüş ve altından sonra ikinci sıradadır. Demir ferromanyetiktir, yani manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanmayı korur ve manyetik alana çekilir.

Bu tür farklı özellikler tamamen farklı uygulama alanlarına yol açar, bu nedenle inşaat malzemeleri çok nadiren "mücadele eder", örneğin alüminyum profilin hafifliğinin çelik profilin gücüyle kontrast oluşturduğu mobilya üretiminde.

Demirin avantajları ve dezavantajları aşağıda tartışılmaktadır.

Avantajlar ve dezavantajlar

Demirin diğer yapısal metallere göre temel avantajı, bolluğu ve göreceli olarak eritilmesinin kolaylığıdır. Ancak kullanılan demir miktarı göz önüne alındığında bu çok önemli bir faktördür.

Avantajları

Metalin avantajları diğer nitelikleri içerir.

• Esnekliği korurken güç ve sertlik - kimyasal olarak saf demirden değil, alaşımlardan bahsediyoruz. Üstelik bu nitelikler çeliğin kalitesine, ısıl işlem yöntemine, üretim yöntemine vb. bağlı olarak oldukça büyük farklılıklar gösterir.
• Çelik ve ferritlerin çeşitliliği, köprü çerçevesinden kesme aletine kadar her türlü görev için malzeme oluşturmanıza ve seçmenize olanak tanır. Çok küçük yabancı maddeler ekleyerek belirli özelliklerin elde edilebilmesi alışılmadık derecede büyük bir avantajdır.
• İşleme kolaylığı, çok çeşitli türlerde ürünlerin elde edilmesini mümkün kılar: çubuklar, borular, şekilli ürünler, kirişler, sac vb.
• Demirin manyetik özellikleri öyledir ki, manyetik tahriklerin üretiminde ana malzeme metaldir.
• Alaşımların maliyeti elbette bileşime bağlıdır, ancak daha yüksek mukavemet özelliklerine rağmen yine de çoğu demir dışı alaşımdan önemli ölçüde daha düşüktür.
• Demirin dövülebilirliği, malzemeye çok yüksek dekoratif yetenekler sağlar.

Kusurlar

Demir alaşımlarının dezavantajları önemlidir.

• Her şeyden önce, bu yetersiz korozyon direncidir. Özel çelik türleri - paslanmaz çelik - bu kullanışlı kaliteye sahiptir, ancak aynı zamanda çok daha pahalıdır. Çok daha sık olarak metal, bir kaplama - metal veya polimer kullanılarak korunur.
• Demir elektrik depolayabildiği için alaşımlarından yapılan ürünler elektrokimyasal korozyona maruz kalır. Aletlerin ve makinelerin muhafazaları, boru hatları bir şekilde korunmalıdır - katodik koruma, fedakarlık koruması vb.
• Metal ağırdır, bu nedenle demir yapılar inşaat nesnesine (bir bina, bir demiryolu vagonu, bir deniz gemisi) önemli ölçüde ağırlık verir.

Kompozisyon ve yapı

Demir, kafes parametreleri ve yapısı bakımından birbirinden farklı 4 farklı modifikasyonda mevcuttur. Fazların varlığı, eritme için gerçekten çok önemlidir, çünkü bu dünyadaki metalurjik süreçlerin akışını sağlayan faz geçişleri ve bunların alaşım elementlerine bağımlılığıdır. Yani aşağıdaki aşamalardan bahsediyoruz:

• α fazı +769 C'ye kadar stabildir ve vücut merkezli kübik bir kafese sahiptir. α fazı ferromanyetiktir, yani manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanmayı korur. 769 C sıcaklık metalin Curie noktasıdır.
• β-fazı +769 C ila +917 C arasında mevcuttur. Modifikasyonun yapısı aynıdır, ancak kafes parametreleri biraz farklıdır. Bu durumda, manyetik olanlar dışında neredeyse tüm fiziksel özellikler korunur: demir paramanyetik hale gelir.
• γ fazı +917 ila +1394 C aralığında görünür. Yüz merkezli kübik bir kafese sahiptir.
• δ fazı +1394 C'nin üzerinde bir sıcaklıkta bulunur ve vücut merkezli bir kübik kafese sahiptir.

Ayrıca, yüksek basınçta ve belirli elementlerle katkılamanın bir sonucu olarak ortaya çıkan bir ε-modifikasyonu da vardır. ε fazı sıkı paketlenmiş altıgen bir kafese sahiptir.

Bu video size demirin fiziksel ve kimyasal özelliklerini anlatacak:

Özellikler ve özellikler

Çok fazla saflığına bağlıdır. Kimyasal olarak saf demir ile sıradan teknik ve hatta alaşımlı çeliğin özellikleri arasındaki fark çok önemlidir. Kural olarak, teknik demir için safsızlık oranı% 0,8 olan fiziksel özellikler verilmektedir.

Zararlı safsızlıkları alaşım katkılarından ayırmak gerekir. Örneğin kükürt ve fosfor, sertliği veya mekanik direnci artırmadan alaşıma kırılganlık kazandırır. Çelikteki karbon bu parametreleri arttırır yani faydalı bir bileşendir.

• Demirin yoğunluğu (g/cm3) bir dereceye kadar faza bağlıdır. Böylece α-Fe'nin yoğunluğu 7,87 g/metreküp olur. normal sıcaklıkta cm ve 7,67 g/cc. +600 C'de cm. γ fazının yoğunluğu daha düşüktür - 7,59 g/kübik. cm ve δ fazı daha da azdır - 7,409 g/cc.
• Maddenin erime noktası +1539 C'dir. Demir orta derecede refrakter bir metaldir.
• Kaynama noktası – +2862 C.
• Mukavemet, yani çeşitli yük türlerine karşı direnç - basınç, gerginlik, bükülme, her çelik, dökme demir ve ferrit kalitesi için düzenlenir, bu nedenle genel olarak bu göstergeler hakkında konuşmak zordur. Böylece, yüksek hız çeliğinin bükülme mukavemeti 2,5–2,8 GPa'dır. Ve sıradan teknik demirin aynı parametresi 300 MPa'dır.
• Mohs ölçeğindeki sertlik 4-5'tir. Özel çelikler ve kimyasal olarak saf demir çok daha yüksek performansa ulaşır.
• Spesifik elektrik direnci 9,7·10-8 ohm·m'dir. Demir, akımı bakır veya alüminyumdan çok daha kötü iletir.
• Isı iletkenliği de bu metallerinkinden daha düşüktür ve faz bileşimine bağlıdır. 25°C'de 74,04 W/(m·K), 1500°C'de 31,8 [W/(m·K)]'dir.
• Demir hem normal hem de yüksek sıcaklıklarda mükemmel şekilde dövülür. Dökme demir ve çelik dökülebilir.
• Bir madde biyolojik olarak inert olarak adlandırılamaz. Ancak toksisitesi oldukça düşüktür. Ancak bu, elementin aktivitesiyle değil, insan vücudunun onu iyi özümseyememesiyle bağlantılıdır: maksimum, alınan dozun% 20'sidir.

Demir çevresel bir madde olarak sınıflandırılamaz. Bununla birlikte, çevreye verilen asıl zarar, demirin oldukça hızlı paslanması nedeniyle atıklarından değil, üretim atıklarından - cüruf ve açığa çıkan gazlardan kaynaklanmaktadır.

Üretme

Demir çok yaygın bir element olduğundan büyük masraflar gerektirmez. Mevduatlar hem açık ocak hem de maden yöntemleri kullanılarak geliştirilmektedir. Aslında tüm madencilik cevherleri demir içerir, ancak yalnızca metal oranının yeterince büyük olduğu olanlar geliştirilir. Bunlar zengin cevherlerdir -% 74'e kadar demir payına sahip kırmızı, manyetik ve kahverengi demir cevheri, ortalama içerikli cevherler - örneğin markazit ve en az% 26 demir payına sahip düşük dereceli cevherler - siderit.

Zengin cevher hemen tesise gönderilir. Orta ve düşük içerikli kayalar zenginleştirilmiştir.

Demir alaşımları üretmek için çeşitli yöntemler vardır. Kural olarak, herhangi bir çeliğin eritilmesi, dökme demir üretimini içerir. Yüksek fırında 1600 C sıcaklıkta eritilir. Yük - aglomerat, peletler, akı ile birlikte fırına yüklenir ve sıcak hava ile üflenir. Bu durumda metal erir ve kok yanar, bu da istenmeyen yabancı maddeleri yakmanıza ve cürufu ayırmanıza olanak tanır.

Çelik üretmek için genellikle beyaz dökme demir kullanılır - içinde karbon, demir ile kimyasal bir bileşiğe bağlanır. En yaygın 3 yöntem:

• açık ocak - karbon içeriğini azaltmak için cevher ve hurda ilavesiyle erimiş dökme demir 2000 C'de eritilir. Erimenin sonunda varsa ek bileşenler eklenir. Bu sayede en kaliteli çelik elde edilir.
• oksijen dönüştürücü daha verimli bir yöntemdir. Fırında, dökme demirin kalınlığı 26 kg/m2 basınç altında hava ile üflenir. Çeliğin özelliklerini iyileştirmek için oksijen ve hava karışımı veya saf oksijen kullanılabilir;
• elektrikle eritme - daha çok özel alaşımlı çeliklerin üretiminde kullanılır. Dökme demir, 2200 C sıcaklıkta bir elektrikli fırında ateşlenir.

Çelik doğrudan yöntemle de elde edilebilir. Bunu yapmak için yüksek demir içeriğine sahip peletler şaft fırınına yüklenir ve 1000 C sıcaklıkta hidrojenle temizlenir. İkincisi, ara aşamalar olmadan demiri oksitten azaltır.

Demir metalurjisinin özellikleri nedeniyle, ya belirli bir demir içeriğine sahip cevher ya da bitmiş ürünler - dökme demir, çelik, ferrit - satılmaktadır. Fiyatları oldukça değişkendir. Zengin, element içeriği %60'ın üzerinde olan demir cevherinin 2016 yılında ortalama maliyeti ton başına 50 dolardır.

Çeliğin maliyeti birçok faktöre bağlıdır ve bu da bazen fiyat artışlarını ve düşüşlerini tamamen öngörülemez hale getirir. 2016 sonbaharında, eritme işleminin vazgeçilmez bir katılımcısı olan koklaşabilir taş kömürü fiyatlarındaki eşit derecede keskin artış nedeniyle bağlantı parçaları ile sıcak ve soğuk haddelenmiş çeliğin maliyeti keskin bir şekilde arttı. Kasım ayında Avrupalı ​​şirketler sıcak haddelenmiş çelik ruloları ton başına 500 Euro'dan teklif ediyor.

Uygulama alanı

Demir ve demir alaşımlarının kullanım kapsamı çok büyüktür. Metalin kullanılmadığı yerleri belirtmek daha kolaydır.

• İnşaat - Bir köprünün taşıyıcı çerçevesinden bir apartman dairesindeki dekoratif şöminenin çerçevesine kadar her türlü çerçevenin inşası, farklı kalitelerde çelik olmadan yapılamaz. Bağlantı parçaları, çubuklar, I-kirişler, kanallar, köşebentler, borular: inşaatta kesinlikle tüm şekilli ve kesitli ürünler kullanılmaktadır. Aynısı metal levha için de geçerlidir: çatı kaplaması yapılır vb.
• Makine mühendisliği - güç ve aşınma direnci açısından çelikle karşılaştırılabilecek çok az şey vardır, bu nedenle makinelerin büyük çoğunluğunun gövde parçaları çelikten yapılmıştır. Özellikle ekipmanın yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında çalışması gerektiği durumlarda.
• Aletler – alaşım elementleri ve sertleştirme yardımıyla metale elmasa yakın sertlik ve dayanıklılık kazandırılabilir. Yüksek hız çelikleri tüm işleme takımlarının temelini oluşturur.
• Elektrik mühendisliğinde demirin kullanımı daha sınırlıdır, çünkü safsızlıklar zaten düşük olan elektriksel özelliklerini belirgin şekilde kötüleştirir. Ancak elektrikli ekipmanların manyetik parçalarının üretiminde metal vazgeçilmezdir.
• Boru hattı - her tür ve türden iletişim çelik ve dökme demirden yapılır: ısıtma, su temin sistemleri, ana hatlar dahil gaz boru hatları, güç kabloları için kılıflar, petrol boru hatları vb. Bu kadar büyük yüklere ve iç basınca yalnızca çelik dayanabilir.
• Ev kullanımı – çelik her yerde kullanılır: bağlantı elemanlarından çatal bıçak takımlarına, demir kapılardan kilitlere kadar. Metalin gücü ve aşınma direnci onu yeri doldurulamaz kılar.

Demir ve alaşımları gücü, dayanıklılığı ve aşınma direncini birleştirir. Ayrıca metalin üretimi nispeten ucuz olduğundan modern ulusal ekonomi için vazgeçilmez bir malzeme haline gelmektedir.

Bu video size demir dışı ve ağır demirli metallerle demir alaşımları hakkında bilgi verecektir:

Demir tarih öncesi çağlarda biliniyordu, ancak doğada serbest halde son derece nadir olduğundan ve cevherlerden üretimi ancak belirli bir teknolojik gelişme düzeyinde mümkün olduğundan çok daha sonra yaygın kullanım alanı buldu. Muhtemelen, eski halkların dillerindeki adlarından da anlaşılacağı üzere, bir kişi ilk kez göktaşı Demir ile tanıştı: eski Mısır "beni-pet", "göksel demir" anlamına gelir; Antik Yunan sideros'u, yıldız, gök cismi olan Latin sidus (cins sideris) ile ilişkilidir. MÖ 14. yüzyıla ait Hitit metinlerinde. e. Demir gökten düşen bir metal olarak anılır. Roman dillerinde Romalıların verdiği ismin kökü korunmuştur (örneğin Fransızca fer, İtalyanca ferro).

Cevherlerden demir elde etme yöntemi, MÖ 2. binyılda Batı Asya'da icat edildi. örneğin; bundan sonra Demir kullanımı Babil, Mısır ve Yunanistan'a yayıldı; Tunç Çağı'nın yerini Demir Çağı aldı. Homer (İlyada'nın 23. şarkısında), Aşil'in bir disk atma yarışmasında kazanana demirden yapılmış bir disk hediye ettiğini söylüyor. Avrupa'da ve Eski Rusya'da yüzyıllar boyunca demir, peynir yapımı süreciyle elde ediliyordu. Bir çukura inşa edilen bir demirhanede demir cevheri kömürle indirgeniyordu; Körüklerle demirhaneye hava pompalanıyor, indirgeme ürünü olan kritsa çekiç darbeleriyle cüruftan ayrılıyor ve buradan çeşitli ürünler dövülüyordu. Üfleme yöntemleri geliştikçe ve ocak yüksekliği arttıkça, işlemin sıcaklığı arttı ve demirin bir kısmı karbürlendi, yani dökme demir elde edildi; nispeten kırılgan olan bu ürün, üretim atığı olarak değerlendirildi. Bu nedenle dökme demirin adı “pik demir”, “pik demir” - İngilizcedir. dökme demir. Daha sonra demirhaneye demir cevheri yerine dökme demir yüklerken düşük karbonlu bir demir kabuğunun da elde edildiği fark edildi ve böyle iki aşamalı bir sürecin peynir üfleme işleminden daha karlı olduğu ortaya çıktı. 12.-13. yüzyıllarda çığlık atma yöntemi zaten yaygındı.

14. yüzyılda dökme demir, yalnızca ileri işlemler için bir ara ürün olarak değil, aynı zamanda çeşitli ürünlerin dökümü için bir malzeme olarak da eritilmeye başlandı. Ocağın bir şaft fırınına ("domnitsa") ve ardından bir yüksek fırına dönüştürülmesi de aynı zamana kadar uzanıyor. Orta Çağ'ın başlarında Suriye'de bilinen ancak daha sonra unutulan pota prosesi, 18. yüzyılın ortalarında Avrupa'da kullanılmaya başlandı. Bu yöntemle çelik, yüksek derecede refrakter bir kütleden bir metal yükünün küçük kaplarda (potalar) eritilmesiyle üretildi. 18. yüzyılın son çeyreğinde, ateşli bir yansımalı fırının ocağında dökme demirin demire dönüştürülmesi işlemi gelişmeye başladı. 18. ve 19. yüzyılın başlarındaki sanayi devrimi, buhar makinesinin icadı, demiryollarının, büyük köprülerin ve buhar filosunun inşası, demir ve alaşımlarına büyük bir ihtiyaç yarattı. Ancak mevcut Demir üretme yöntemlerinin tümü pazarın ihtiyaçlarını karşılayamıyordu. Çeliğin seri üretimi ancak 19. yüzyılın ortalarında Bessemer, Thomas ve açık ocak süreçlerinin geliştirilmesiyle başladı. 20. yüzyılda elektrikli çelik üretim süreci ortaya çıktı ve yaygınlaştı, kaliteli çelik üretildi.

Demirin doğadaki dağılımı. Litosferdeki içerik bakımından (kütlece %4,65) demir, metaller arasında ikinci sırada yer alır (alüminyum birinci sırada). Yer kabuğunda kuvvetli bir şekilde göç ederek yaklaşık 300 mineral (oksitler, sülfitler, silikatlar, karbonatlar, titanatlar, fosfatlar vb.) oluşturur. Demir, çeşitli demir yataklarının oluşumuyla ilişkili magmatik, hidrotermal ve süperjen süreçlerde aktif rol alır. Demir yerin derinliklerinde bulunan bir metaldir; magma kristalleşmesinin erken aşamalarında ultrabazik (%9,85) ve bazik (%8,56) kayalarda (granitlerde sadece %2,7) birikir. Biyosferde Demir, birçok deniz ve karasal çökeltilerde birikerek tortul cevherler oluşturur.

Demirin jeokimyasında önemli bir rol redoks reaksiyonları tarafından oynanır - 2 değerlikli Demir'in 3 değerlikli Demir'e geçişi ve bunun tersi. Biyosferde, organik maddelerin varlığında Fe3+, Fe2+'ye indirgenir ve kolayca göç eder ve atmosferik oksijenle karşılaştığında Fe2+, demirli demir hidroksit birikimleri oluşturarak oksitlenir. Demirli demirin yaygın bileşikleri kırmızı, sarı ve kahverengidir. Bu, birçok tortul kayanın rengini ve adlarını - “kırmızı oluşum” (kırmızı ve kahverengi tınlar ve kil, sarı kumlar vb.) belirler.

Demirin fiziksel özellikleri. Demirin modern teknolojideki önemi yalnızca doğadaki yaygın dağılımıyla değil, aynı zamanda çok değerli özelliklerin birleşimiyle de belirlenmektedir. Hem soğuk hem de ısıtılmış halde kolayca dövülebilen plastiktir ve yuvarlanabilir, damgalanabilir ve çekilebilir. Karbon ve diğer elementleri çözme yeteneği, çeşitli demir alaşımlarının üretiminin temelini oluşturur.

Demir iki kristal kafes formunda mevcut olabilir: α- ve γ-cisim merkezli kübik (bcc) ve yüzey merkezli kübik (fcc). 910°C'nin altında, bcc kafesli α-Fe stabildir (a = 2.86645Å, 20°C'de). 910 °C ile 1400 °C arasında, fcc kafesli γ modifikasyonu stabildir (a = 3,64 Å). 1400°C'nin üzerinde, erime sıcaklığına (1539°C) kadar stabil olan bcc kafesi δ-Fe (a = 2.94Å) yeniden oluşur. α-Fe, 769 °C'ye (Curie noktası) kadar ferromanyetiktir. γ-Fe ve δ-Fe modifikasyonları paramanyetiktir.

Demir ve çeliğin ısıtma ve soğutma sırasındaki polimorfik dönüşümleri 1868'de D.K. Chernov tarafından keşfedildi. Karbon, küçük bir atom yarıçapına (0.77 Å) sahip olan C atomlarının, daha büyük atomlardan (Fe 1.26 Å atom yarıçapı) oluşan metalin kristal kafesinin aralıklarına yerleştirildiği Demir ile ara katı çözeltiler oluşturur. γ-Fe'deki katı karbon çözeltisine ostenit ve α-Fe - ferrit denir. γ-Fe'deki doymuş katı karbon çözeltisi, 1130 °C'de kütle olarak %2,0 C içerir; α-Fe, 723 °C'de yalnızca %0,02-0,04 C'yi ve oda sıcaklığında %0,01'den azını çözer. Bu nedenle, ostenit sertleştiğinde martensit oluşur - α-Fe'de aşırı doymuş katı bir karbon çözeltisi, çok sert ve kırılgan. Sertleştirme ve temperlemenin (iç gerilimleri azaltmak için nispeten düşük sıcaklıklara ısıtma) kombinasyonu, çeliğe gerekli sertlik ve süneklik kombinasyonunun verilmesini sağlar.

Demirin fiziksel özellikleri saflığına bağlıdır. Endüstriyel demir malzemelerde demire genellikle karbon, nitrojen, oksijen, hidrojen, kükürt ve fosfor gibi yabancı maddeler eşlik eder. Çok düşük konsantrasyonlarda bile bu safsızlıklar metalin özelliklerini büyük ölçüde değiştirir. Bu nedenle, kükürt sözde kırmızı kırılganlığa, fosfor (% 10 -2 P bile) - soğuk kırılganlığa neden olur; karbon ve nitrojen sünekliği azaltır ve hidrojen, Demirin kırılganlığını (hidrojen kırılganlığı olarak adlandırılır) artırır. Safsızlık içeriğinin %10 -7 - 10 -9'a düşürülmesi metalin özelliklerinde önemli değişikliklere, özellikle de sünekliğin artmasına neden olur.

Aşağıda, toplam safsızlık içeriği ağırlıkça %0,01'den az olan bir metale atıfta bulunularak Demir'in fiziksel özellikleri verilmiştir:

Atom yarıçapı 1,26Å

İyonik yarıçap Fe 2+ 0,80Å, Fe 3+ 0,67Å

Yoğunluk (20°C) 7,874 g/cm3

kaynama noktası yaklaşık 3200°C

Doğrusal genleşme sıcaklık katsayısı (20°C) 11,7·10 -6

Isı iletkenliği (25°C) 74,04 W/(m·K)

Demirin ısı kapasitesi yapısına bağlıdır ve sıcaklıkla karmaşık bir şekilde değişir; ortalama özgül ısı kapasitesi (0-1000°C) 640,57 J/(kg·K).

Elektrik direnci (20°C) 9,7 10 -8 ohm·m

Elektrik direncinin sıcaklık katsayısı (0-100°C) 6,51·10 -3

Young modülü 190-210 10 3 MN/m2 (19-21 10 3 kgf/mm2)

Young modülünün sıcaklık katsayısı 4·10 -6

Kayma modülü 84,0 10 3 MN/m2

Kısa süreli çekme dayanımı 170-210 MN/m2

Uzama %45-55

Brinell sertliği 350-450 Mn/m2

Verim mukavemeti 100 Mn/m2

Darbe dayanımı 300 MN/m2

Demirin kimyasal özellikleri. Atomun dış elektron kabuğunun konfigürasyonu 3d 6 4s 2'dir. Demir değişken değerlik sergiler (2 ve 3 değerlikli demir bileşikleri en kararlı olanlardır). Demir, oksijenle birlikte oksit (II) FeO, oksit (III) Fe203 ve oksit (II,III) Fe304 (spinel yapıya sahip Fe203 ile bir FeO bileşiği) oluşturur. Normal sıcaklıklardaki nemli havada demir, gevşek pasla (Fe 2 O 3 nH 2 O) kaplanır. Gözenekliliği nedeniyle pas, oksijenin ve nemin metale erişimini engellemez ve bu nedenle onu daha fazla oksidasyondan korumaz. Her yıl milyonlarca ton demir, çeşitli korozyon türlerinden dolayı kaybedilmektedir. Demir, kuru havada 200 °C'nin üzerinde ısıtıldığında, metali normal sıcaklıklarda korozyondan koruyan ince bir oksit filmi ile kaplanır; Demir maviliğini korumaya yönelik teknik yöntemin temeli budur. Demir, su buharında ısıtıldığında Fe3O4 (570 °C'nin altında) veya FeO (570 °C'nin üzerinde) oluşturacak şekilde oksitlenir ve hidrojen açığa çıkar.

Fe(OH)2 hidroksit, hidrojen veya nitrojen atmosferinde Fe2+ tuzlarının sulu çözeltileri üzerinde kostik alkalilerin veya amonyağın etkisi altında beyaz bir çökelti şeklinde oluşur. Fe(OH)2 havayla temas ettiğinde önce yeşile, sonra siyaha ve en sonunda da hızla kırmızı-kahverengi hidroksit Fe(OH)3'e dönüşür. FeO oksit temel özellikler sergiler. Fe203 oksit amfoteriktir ve zayıf bir asidik fonksiyona sahiptir; daha bazik oksitlerle reaksiyona girerek (örneğin, MgO ile ferritler oluşturur - ferromanyetik özelliklere sahip olan ve radyo elektroniklerinde yaygın olarak kullanılan Fe2O3 nMeO gibi bileşikler. Asidik özellikler ayrıca, içinde bulunan altı değerlikli demirde de ifade edilir. ferratların formu, örneğin K2FeO4, serbest halde salınmayan demir asit tuzları.

Demir, halojenler ve hidrojen halojenürlerle kolayca reaksiyona girerek FeCl 2 ve FeCl 3 gibi tuzlar verir. Demir kükürt ile ısıtıldığında FeS ve FeS2 sülfürleri oluşur. Demir karbürler - Fe3C (sementit) ve Fe2C (e-karbür) - soğuduktan sonra Demir'deki katı karbon çözeltilerinden çökelir. Fe3C ayrıca yüksek C konsantrasyonlarında sıvı Demir içindeki karbon çözeltilerinden de salınır. Azot, karbon gibi, Demir ile ara katı çözeltiler verir; Onlardan Fe 4 N ve Fe 2 N nitrürleri salınır.Demir, hidrojenle yalnızca bileşimi kesin olarak belirlenmemiş kararsız hidritler üretir. Demir ısıtıldığında silikon ve fosfor ile güçlü bir şekilde reaksiyona girerek silisitler (örneğin Fe3Si ve fosfitler (örneğin Fe3P) oluşturur.)

Kristal bir yapı oluşturan birçok elementli (O, S ve diğerleri) demir bileşikleri değişken bir bileşime sahiptir (örneğin, monosülfitteki kükürt içeriği% 50 ila 53,3 arasında değişebilir). Bunun nedeni kristal yapıdaki kusurlardır. Örneğin Demir (II) oksitte kafes bölgelerindeki bazı Fe 2+ iyonlarının yerini Fe 3+ iyonları alır; elektriksel nötrlüğü korumak için Fe2+ iyonlarına ait bazı kafes bölgeleri boş kalır.

Fe = Fe 2+ + 2e reaksiyonu için tuzlarının sulu çözeltilerindeki Demirin normal elektrot potansiyeli -0,44 V ve Fe = Fe 3+ + 3e reaksiyonu için -0,036 V'dir. Böylece bir dizi aktivitede Demir, hidrojenin solunda yer alır. H2 salınımı ve Fe2+ iyonlarının oluşumu ile seyreltik asitlerde kolaylıkla çözünür. Demirin nitrik asitle etkileşimi tuhaftır. Konsantre HNO 3 (yoğunluk 1,45 g/cm3), yüzeyinde koruyucu bir oksit filminin ortaya çıkması nedeniyle Demir'i pasifleştirir; daha seyreltik HNO3, Demir'i Fe 2+ veya Fe 3+ iyonları oluşturacak şekilde çözer ve NH3 veya N2 ve N20'ya indirgenir. Havadaki iki değerlikli Demir tuzlarının çözeltileri kararsızdır - Fe2+ yavaş yavaş Fe 3+'ya oksitlenir. Demir tuzlarının sulu çözeltileri hidroliz nedeniyle asidik reaksiyona sahiptir. Fe3+ tuzlarının çözeltilerine tiyosiyanat iyonları SCN-'nin eklenmesi, Fe(SCN)3 oluşumu nedeniyle parlak kan kırmızısı bir renk verir, bu da yaklaşık 10 6'da 1 kısım Fe3+'nin varlığının keşfedilmesini mümkün kılar. suyun parçaları. Demir, karmaşık bileşiklerin oluşumu ile karakterize edilir.

Demir Almak. Saf Demir, tuzlarının sulu çözeltilerinin elektrolizi veya oksitlerinin hidrojen ile indirgenmesi yoluyla nispeten küçük miktarlarda elde edilir. Yeterince saf demirin üretimi, cevher konsantrelerinden hidrojen, doğal gaz veya kömür ile nispeten düşük sıcaklıklarda doğrudan indirgenmesiyle giderek artmaktadır.

Demir Uygulaması. Demir, modern teknolojinin en önemli metalidir. Saf haliyle demir, düşük mukavemeti nedeniyle pratikte kullanılmaz, ancak günlük yaşamda çelik veya dökme demir ürünlerine genellikle "demir" adı verilir. Demirin büyük kısmı, bileşim ve özellikler bakımından çok farklı olan alaşımlar formunda kullanılır. Demir alaşımları tüm metal ürünlerin yaklaşık %95'ini oluşturur. Karbon açısından zengin alaşımlar (ağırlıkça %2'den fazla) - dökme demirler - demir açısından zenginleştirilmiş cevherlerden yüksek fırınlarda eritilir. Çeşitli çelik sınıfları (karbon içeriği ağırlıkça %2'den az), açık ocakta ve elektrikli fırınlarda ve dönüştürücülerde, fazla karbonun oksitlenmesi (yakılması), zararlı yabancı maddelerin (esas olarak S, P, O) uzaklaştırılması ve ilave edilmesi yoluyla dökme demirden eritilir. alaşım elementleri. Yüksek alaşımlı çelikler (yüksek oranda nikel, krom, tungsten ve diğer elementler içeren) elektrik ark ve indüksiyon fırınlarında eritilir. Özellikle kritik amaçlara yönelik çelik ve demir alaşımlarının üretiminde vakum, elektroslag yeniden eritme, plazma ve elektron ışınıyla eritme ve diğerleri gibi yeni işlemler kullanılmaktadır. Sürekli çalışan ünitelerde çelik eritme için yüksek kaliteli metal ve proses otomasyonu sağlayan yöntemler geliştirilmektedir.

Demir esas alınarak, yüksek ve düşük sıcaklıklara, vakum ve yüksek basınçlara, agresif ortamlara, yüksek alternatif voltajlara, nükleer radyasyona vb. dayanabilen malzemeler yaratılır. Demir ve alaşımlarının üretimi sürekli olarak artmaktadır.

Sanatsal bir malzeme olarak demir, Mısır, Mezopotamya ve Hindistan'da eski çağlardan beri kullanılmaktadır. Orta Çağ'dan bu yana, Avrupa ülkelerinde (İngiltere, Fransa, İtalya, Rusya ve diğerleri) Demirden yapılmış çok sayıda sanatsal ürün korunmuştur - dövme çitler, kapı menteşeleri, duvar destekleri, rüzgar gülleri, göğüs donanımları ve ışıklar. Çubuklardan yapılan dövme ürünler ve delikli demir saclardan (genellikle mika astarlı) yapılan ürünler, düz şekillerle, net bir doğrusal grafik siluetle ayırt edilir ve hafif hava arka planında etkili bir şekilde görülebilir. 20. yüzyılda demir, ızgaralar, çitler, delikli iç bölmeler, şamdanlar ve anıtların yapımında kullanıldı.

Vücutta demir. Demir, tüm hayvanların ve bitkilerin vücudunda bulunur (ortalama olarak yaklaşık %0,02); esas olarak oksijen metabolizması ve oksidatif süreçler için gereklidir. Onu büyük miktarlarda biriktirebilen organizmalar (sözde yoğunlaştırıcılar) vardır (örneğin, demir bakterileri -% 17-20'ye kadar demir). Hayvanlarda ve bitkilerde bulunan demirin neredeyse tamamı proteinlere bağlıdır. Demir eksikliği, klorofil oluşumunun azalmasıyla ilişkili olarak bitkilerde büyüme geriliğine ve kloroza neden olur. Aşırı Demir ayrıca bitki gelişimi üzerinde zararlı bir etkiye sahiptir; örneğin pirinç çiçeklerinin kısırlığına ve kloroza neden olur. Alkali topraklarda, bitki kökleri tarafından emilemeyen demir bileşikleri oluşur ve bitkiler bunu yeterli miktarlarda almaz; asidik topraklarda demir aşırı miktarlarda çözünür bileşiklere dönüşür. Toprakta sindirilebilen demir bileşiklerinin eksikliği veya fazlalığı durumunda geniş alanlarda bitki hastalıkları görülebilmektedir.

Demir, hayvanların ve insanların vücuduna gıdayla girer (en zengin kaynakları karaciğer, et, yumurta, baklagiller, ekmek, tahıllar, ıspanak ve pancardır). Normalde bir kişi diyetinde 60-110 mg Demir alır, bu da günlük ihtiyacını önemli ölçüde aşar. Besinlerden alınan demirin emilimi, ince bağırsağın üst kısmında meydana gelir, buradan proteine ​​bağlı biçimde kana girer ve kanla birlikte çeşitli organ ve dokulara taşınır ve burada demir şeklinde depolanır. protein kompleksi - ferritin. Vücuttaki ana demir deposu karaciğer ve dalaktır. Ferritin nedeniyle vücudun tüm demir içeren bileşiklerinin sentezi meydana gelir: solunum pigmenti hemoglobin kemik iliğinde sentezlenir, miyoglobin kaslarda sentezlenir, sitokromlar ve diğer demir içeren enzimler çeşitli dokularda sentezlenir. Demir vücuttan esas olarak kalın bağırsak duvarı yoluyla (insanlarda günde yaklaşık 6-10 mg) ve az miktarda da böbrekler yoluyla salınır. Vücudun demir ihtiyacı yaşa ve fiziksel duruma göre değişir. 1 kg ağırlık başına çocukların günde 0,6, yetişkinlerin 0,1 ve hamile kadınların günde 0,3 mg demire ihtiyacı vardır. Hayvanlarda demir gereksinimi yaklaşık olarak (diyetteki 1 kg kuru madde başına) kadardır: süt inekleri için - en az 50 mg, genç hayvanlar için - 30-50 mg; domuz yavruları için - 200 mg'a kadar, hamile domuzlar için - 60 mg.

İnsan vücudu yaklaşık 5 g demir içerir ve bunun çoğu (%70) kandaki hemoglobinin bir parçasıdır.

Fiziki ozellikleri

Serbest halde demir, grimsi bir renk tonuna sahip gümüşi beyaz bir metaldir. Saf demir sünektir ve ferromanyetik özelliklere sahiptir. Uygulamada genellikle demir alaşımları (dökme demir ve çelik) kullanılır.

Fe, Grup VIII alt grubunun dokuz d-metalinin en önemli ve en bol bulunan elementidir. Kobalt ve nikel ile birlikte “demir ailesini” oluşturur.

Diğer elementlerle bileşik oluştururken genellikle 2 veya 3 elektron kullanır (B = II, III).

Demir, grup VIII'in hemen hemen tüm d-elementleri gibi, grup numarasına eşit daha yüksek bir değerlik sergilemez. Maksimum değerliliği VI'ya ulaşır ve çok nadir görülür.

En tipik bileşikler Fe atomlarının +2 ve +3 oksidasyon durumlarında olduğu bileşiklerdir.

Demir elde etme yöntemleri

1. Teknik demir (karbon ve diğer yabancı maddelerle alaşımlı), aşağıdaki şemaya göre doğal bileşiklerinin karbotermik indirgenmesiyle elde edilir:

İyileşme 3 aşamada kademeli olarak gerçekleşir:

1) 3Fe203 + CO = 2Fe304 + CO2

2) Fe304 + CO = 3FeO + CO2

3) FeO + CO = Fe + CO2

Bu işlemden elde edilen dökme demir %2'den fazla karbon içerir. Daha sonra dökme demir, %1,5'tan az karbon içeren çelik - demir alaşımlarının üretilmesinde kullanılır.

2. Çok saf demir aşağıdaki yollardan biriyle elde edilir:

a) Fe pentakarbonilin ayrışması

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

b) saf FeO'nun hidrojen ile indirgenmesi

FeO + H2 = Fe + H2O

c) Fe +2 tuzlarının sulu çözeltilerinin elektrolizi

FeC204 = Fe + 2CO2

demir(II) oksalat

Kimyasal özellikler

Fe orta aktiviteli bir metaldir ve metallerin genel özelliklerini sergiler.

Benzersiz bir özellik, nemli havada "paslanma" yeteneğidir:

Kuru havada nem olmadığında demir yalnızca T > 150°C'de gözle görülür şekilde reaksiyona girmeye başlar; kalsinasyon üzerine “demir ölçeği” Fe3O4 oluşur:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Demir, oksijen yokluğunda suda çözünmez. Çok yüksek sıcaklıklarda Fe, su buharıyla reaksiyona girerek hidrojeni su moleküllerinden uzaklaştırır:

3 Fe + 4H20(g) = 4H2

Paslanmanın mekanizması elektrokimyasal korozyondur. Pas ürünü basitleştirilmiş bir biçimde sunulmaktadır. Aslında, değişken bileşime sahip oksitler ve hidroksitlerin karışımından oluşan gevşek bir tabaka oluşur. Al 2 O 3 filminin aksine, bu katman demiri daha fazla tahribattan korumaz.

Korozyon türleri

Demirin korozyondan korunması

1. Yüksek sıcaklıklarda halojenler ve kükürt ile etkileşim.

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

2Fe + 3F2 = 2FeF3

Fe + I2 = FeI2

İyonik bağ tipinin baskın olduğu bileşikler oluşur.

2. Fosfor, karbon, silikon ile etkileşim (demir doğrudan N2 ve H2 ile birleşmez, ancak bunları çözer).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Bertollidler gibi değişken bileşime sahip maddeler oluşur (bileşiklerde bağın kovalent doğası hakimdir)

3. “Oksitleyici olmayan” asitlerle etkileşim (HCl, H2SO4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Fe, aktivite serisinde hidrojenin solunda yer aldığından (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), sıradan asitlerden H2'nin yerini alabilir.

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2S04 = FeS04 + H2

4. "Oksitleyici" asitlerle etkileşim (HNO 3, H 2 SO 4 kons.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Konsantre HNO3 ve H2SO4 demiri “pasifleştirir”, böylece normal sıcaklıklarda metal içlerinde çözünmez. Güçlü ısıtma ile yavaş çözünme meydana gelir (H2 salınmadan).

Bölümde HNO 3 demiri çözünür, Fe 3+ katyonları formunda çözeltiye girer ve asit anyonu NO*'ya indirgenir*:

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

HCl ve HNO3 karışımında çok çözünür

5. Alkalilerle ilişki

Fe, alkalilerin sulu çözeltilerinde çözünmez. Erimiş alkalilerle yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girer.

6. Daha az aktif metallerin tuzlarıyla etkileşim

Fe + CuS04 = FeS04 + Cu

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

7. Gaz halindeki karbon monoksit ile reaksiyon (t = 200°C, P)

Fe (toz) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 demir pentakarbonil

Fe(III) bileşikleri

Fe203 - demir (III) oksit.

Kırmızı-kahverengi toz, n. R. H 2 O'da. Doğada - “kırmızı demir cevheri”.

Elde etme yöntemleri:

1) demir (III) hidroksitin ayrışması

2Fe(OH)3 = Fe203 + 3H20

2) pirit ateşlemesi

4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe203

3) nitrat ayrışması

Kimyasal özellikler

Fe203, amfoterisite belirtileri olan bazik bir oksittir.

I. Ana özellikler asitlerle reaksiyona girme yeteneğinde ortaya çıkar:

Fe203 + 6H + = 2Fe3+ + ZN20

Fe203 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H20

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

II. Zayıf asit özellikleri. Fe203, alkalilerin sulu çözeltilerinde çözünmez, ancak katı oksitler, alkaliler ve karbonatlarla birleştirildiğinde ferritler oluşur:

Fe 2 Ö 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe203 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H20

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

III. Fe 2 O 3 - metalurjide demir üretimi için hammadde:

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

Fe(OH) 3 - demir (III) hidroksit

Elde etme yöntemleri:

Alkalilerin çözünebilir Fe3+ tuzları üzerindeki etkisiyle elde edilir:

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

Hazırlama sırasında Fe(OH)3 kırmızı-kahverengi mukoza-amorf bir çökeltidir.

Fe ve Fe(OH)2'nin nemli havada oksidasyonu sırasında Fe(III) hidroksit de oluşur:

4Fe + 6H20 + 3O2 = 4Fe(OH)3

4Fe(OH)2 + 2H20 + O2 = 4Fe(OH)3

Fe(III) hidroksit, Fe3+ tuzlarının hidrolizinin son ürünüdür.

Kimyasal özellikler

Fe(OH)3 çok zayıf bir bazdır (Fe(OH)2'den çok daha zayıf). Göze çarpan asidik özellikler gösterir. Dolayısıyla Fe(OH)3 amfoterik bir karaktere sahiptir:

1) asitlerle reaksiyonlar kolaylıkla meydana gelir:

2) Fe(OH)3'ün taze çökeltisi sıcak kons. Hidrokso komplekslerinin oluşumu ile KOH veya NaOH çözeltileri:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3

Alkali bir çözeltide Fe(OH)3, ferratlara oksitlenebilir (serbest halde salınmayan demir asit H2FeO4 tuzları):

2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2 FeO4 + 6KBr + 8H20

Fe 3+ tuzları

Pratik olarak en önemlileri şunlardır: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - sarı kan tuzu = Fe 4 3 Prusya mavisi (koyu mavi çökelti)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiyosiyanat Fe(III) (kan kırmızısı çözelti)