Химические и физические свойства железа, применение
Одним из наиболее распространенных металлов в земной коре после алюминия считается железо. Физические и химические свойства его таковы, что оно обладает отличной электропроводностью, теплопроводностью и ковкостью, имеет серебристо-белый цвет и высокую химическую реакционную способность быстро коррозировать при высокой влажности воздуха или больших температурах. Находясь в мелкодисперсном состоянии, оно в чистом кислороде горит и самовоспламеняется на воздухе.
Начало истории железа
В третьем тысячелетии до н. э. люди стали добывать и научились обрабатывать бронзу и медь. Широкого применения из-за дороговизны они не получили. Продолжались поиски нового металла. История железа началась в первом веке до н. э. В природе его можно встретить только в виде соединений с кислородом. Для получения чистого металла необходимо отделить последний элемент. Расплавить железо долго не удавалось, так как его надо было нагреть до 1539 градусов. И только с появлением сыродутных печей в первом тысячелетии до новой эры стали получать этот металл. На первых порах он был хрупким, содержал много шлаков.
Железо в природе
Одного алюминия в литосфере содержится больше, чем железа. В природе его можно встретить только в виде соединений. Трехвалентное железо, вступая в реакцию, окрашивает почву в бурый цвет и придает песку желтоватый оттенок. Оксиды и сульфиды железа разбросаны в земной коре, иногда наблюдаются скопления минералов, из которых впоследствии и добывают металл. Содержание двухвалентного железа в некоторых минеральных источниках придает воде особый привкус.
Какими физическими свойствами железо обладает?
Это пластичный серебристо-белого цвета металл с сероватым оттенком, имеющий металлический блеск. Он является хорошим проводником электрического тока и теплоты. Благодаря пластичности он прекрасно поддается ковке и прокатке. Железо не растворяется в воде, но разжижается в ртути, плавится при температуре 1539 и кипит при 2862 градусов по Цельсию, имеет плотность 7,9 г/см³. Особенностью физических свойств железа является то, что металл притягивается магнитом и после аннулирования внешнего магнитного поля хранит намагниченность. Используя эти свойства его можно применять для изготовления магнитов.
Химические свойства
Железо обладает следующими свойствами:
Особенность свойств
Запасы и добыча
Одним из самых распространенных элементов на земле является железо. По содержанию в земной коре занимает четвертое место. Известно множество руд, которые содержат его, например, магнитный и бурый железняк. Металл в промышленности получают в основном из руд гематита и магнетита при помощи доменного процесса. Вначале происходит его восстановление углеродом в печи при высокой температуре 2000 градусов по Цельсию.
Преимущества железа
Основные физические свойства вещества железа дают ему и сплавам следующие преимущества перед другими металлами:
Недостатки
Кроме большого числа положительных качеств, есть и ряд отрицательных свойств металла:
Состав и структура
У железа по кристаллическому признаку есть четыре модификации, которые отличаются структурой и параметрами решетки. Для выплавки сплавов именно наличие фазовых переходов и легирующих добавок имеет существенное значение. Различают следующие состояния:
Применение
Люди начали использовать сначала метеоритное железо, которое ценили выше золота. С тех пор область применения этого металла только расширялась. Ниже представлено применение железа, на основе его физических свойств:
Заключение
Железо элемент. Описание, свойства и применение
Каждый человек железный. 26-ой элемент таблицы Менделеева – составная гемоглобина. Этот сложный белок входит в эритроциты, известные так же как красные кровяные тельца. Без них, собственно, кровь не была бы алой, да и жизни бы не было.
Эритроциты транспортируют по организму углекислый газ и кислород. Они необходимы для жизнедеятельности. А для чего еще необходимо железо, каковы его свойства и стоимость в прямом и переносном смыслах?
Химические и физические свойства железа
Дотрагивались до железа в прохладном помещении? Холод от прикосновения к металлу – результат его высокой теплопроводности. Материал моментально забирает энергию тела, передавая ее окружающей среде. В результате, человеку становится холодно.
Электропроводность железа тоже на высоте. Металл с легкостью передает ток благодаря свободным электронам в атоме. В нем 7 слоев. На последних 2-х расположены 8 электронов. При возбуждении все они могут быть валентными, то есть способными образовать новые связи.
Железо – элемент средней тугоплавкости. Закипает металл при 2860-ти градусах, а размягчается при 1539-ти. В таком состоянии материал теряет ферромагнитные свойства. Они присущи лишь твердому состоянию железа. Элемент становится магнитом, попадая в магнитное поле.
Но, интереснее то, что после его исчезновения, металл еще долгое время остается магнитом. Такая особенность обусловлена все теми же свободными электронами в структуре атома. Перемещаясь, частицы меняют его строение и свойства.
Железо – химический элемент, легко вступающий в реакции с бромом, фтором, хлором и другими галогенами. Это элементы 17-ой группы таблицы Менделеева. При обычных условиях протекает и взаимодействие с кислородом.
Теперь, о реакциях нагрева. При сжигании металла образуются его оксиды. Их несколько видов: — 2FeO, 2Fe2O3, Fe3O4. Какой именно получится, зависит от пропорций исходных элементов и условий совмещения. Свойства оксидов разнятся.
Из сложных веществ, то есть состоящих из молекул, железо взаимодействует с кислотами. Металл вытесняет из них водород. Получается замещение. Так, и взаимодействия с серной кислотой выходит сульфат феррума и чистый водород.
Применение железа
Особым шиком считаются модели из метеоритного железа. В космических телах свойства феррума усилены. Поэтому, ножи и доспехи получаются особенно острыми, прочными. Признаки железа метеоритного заметили еще в Древнем Риме.
Известны и сплавы железа, в частности, чугун и сталь. Из них отливают вещи бытового, повседневного характера, к примеру, оградки, беседки, фурнитуру. Используют сплавы феррума и для промышленных целей. Интересно, что состав у стали и чугуна один, пропорции разные. И там, и там сливаются железо с углеродом. В стали газа меньше 1,7%. В чугуне углерода от 1,7 до 4,5%.
В виде хлорида 26-ой элемент используют для очистки воды. Пригождается металл и в медицине. Лечение железом необходимо при анемии. Это недостаток красных кровяных телец и металла в их составе. Препараты железа выписывают, так же, больным туберкулезом, радикулитом, страдающим от судорог и кровотечений из носа.
Немало феррума и в клетках печени. Там металл способствует нейтрализации вредных веществ, токсинов. Для поддержания здоровья в организм человека должны поступать не меньше 20-ти миллиграммов железа в сутки.
Добыча железа
Без доменных печей обходятся при восстановлении феррума чистым водородом. Потребуются уже шахтные печи. Так называют модели вытянутые по вертикали.
Цена железа
Стоимость металла зависит от вида продукции. Большинство вещей делаются из сплавов феррума, к примеру, кровельные материалы. Покрытия для крыш, как правило, листовые. Цена за квадратный метр варьируется от 300-от до 600-от с лишним рублей в зависимости от толщины железа.
Кровельные листы рифленые, сложной геометрии и особого состава. Простые пласты стоят дешевле. Есть предложения купить 30 листов 2,5 на 1,3 метра за 1000 рублей. Толщина изделий – 1,5 миллиметра.
Чистый элемент в таблетках стоит около 1600 рублей за 180-200 штук. Если же приобретается готовое изделие, в которое вложен ручной труд, бывает сложно уложиться и в десятки, сотни тысяч. Яркий пример – кованная продукция по индивидуальным заказам.
За необычные ворота, мебель, вазы, кузнецы «срывают» немалый куш. Большую часть цены составляет не материал, а человеческий труд, воплощение в жизнь художественной задумки.
Что касается стоимости железосодержащей руды, за тонну в России просят около 40-ка американских долларов. Это ценник за сырье с 60-процентным содержанием феррума. Когда выделяют чистый порошок 26-го элемента, за 1000 килограммов просят уже не меньше 560-600-от долларов США.
Большинство фирм торгуют оптом. Предложений купить только одно кило металла, редки. 1000 граммов обходится примерно в 1-1,5 доллара. Некоторые компании фасуют порошок феррума в мешки по 5, 10, 25 килограммов. Объявления о продаже размещены в интернете.
Железо в строительстве
Железо представляет собой пластичный металл, обладает серым цветом. Отличается от многих других металлов тем, что легко поддаётся обработке. Однако, для людей более привычен не чистый элемент «Фэррум» из таблицы Менделеева, а его смесь с углеродом. Кроме углерода, нередко используются и другие вещества для создания различных сплавов с железом. У всех этих сплавов могут быть разные свойства. 95 процентов всей металлической продукции, которая производится на Земле — это как раз железо.
Человек начал использовать в своих целях железо ещё очень давно. Согласно мнению археологов, это произошло аж в четвёртом тысячелетии до Рождества Христова, то есть почти шесть тысяч лет тому назад. Но не исключено и то, что это могло начаться даже гораздо раньше, просто до сих пор не было найдено ни одной находки, которая могла бы это подтвердить. В любом случае, железо — это очень древний материал. А до тех пор, пока люди не научились переплавлять его, оно имело стоимость даже выше, чем золото. Настолько редко попадается железо на нашей планете в чистом виде. Поэтому у пунктов приема металлолома всегда будет работа. Да и с практичной точки зрения железо лучше, чем золото, поскольку из него можно изготовить изделия куда более прочные, пусть хоть и менее красивые.
Сегодня железо очень широко используется в строительной сфере при сооружении различных зданий и конструкций. Значение этого металла для современного человечества трудно переоценить. Почти невозможно найти такое строение, где не использовались бы изделия из железа. И даже такие мелкие по размеру, но крайне важные элементы как гвозди, болты и гайки, как правило, состоят из этого металла. Кроме того, лом металламожет быть использован повторно после переплавки.
Сегодня строительство дома с применением стали обходится не очень дорого. К тому же, такое строительство длится не очень долго.
Большое распространение получило железо, выпускаемое в форме тонких листов. Оно обычно используется в качестве кровельного материала. Такое железо можно разделить на четыре разновидности, в зависимости от толщины листа.
Для создания кровли применяются очень тонкие листы, толщина которых едва превышает полмиллиметра. Это как раз одна из четырёх разновидностей листового железа.
Другая разновидность называется лопаточной. Такие листы имеют толщину до 6 миллиметров.
Ещё один тип листового железа называется судовым. Толщина его листов может доходить до 18 миллиметров.
И, наконец, четвёртый тип — котельное железо. Это самые толстые листы. Толщина их может превышать полметра.