U hemijskim reakcijama metalno gvožđe pokazuje svojstva. Crni metal: glavne karakteristike, proizvodnja i upotreba gvožđa

Poznato ljudima od davnina: naučnici pripisuju drevne kućne predmete napravljene od ovog materijala 4. milenijumu prije Krista.

Nemoguće je zamisliti ljudski život bez gvožđa. Vjeruje se da se željezo češće koristi u industrijske svrhe nego drugi metali. Od njega se prave najvažnije strukture. Gvožđe se takođe nalazi u malim količinama u krvi. To je sadržaj dvadeset šestog elementa koji boji krv u crveno.

Fizička svojstva gvožđa

Gvožđe sagoreva u kiseoniku, formirajući oksid:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄.

Kada se zagrije, željezo može reagirati s nemetalima:

Takođe na temperaturi od 700-900 °C reaguje sa vodenom parom:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.

Jedinjenja gvožđa

Kao što je poznato, oksidi gvožđa imaju jone sa dva oksidaciona stanja: +2 i +3. Znati ovo je izuzetno važno, jer će se za različite elemente odvijati potpuno različite kvalitativne reakcije.

Kvalitativne reakcije na gvožđe

Potrebna je kvalitativna reakcija kako bi se lako utvrdilo prisustvo jona jedne supstance u rastvorima ili nečistoćama druge. Razmotrimo kvalitativne reakcije dvovalentnog i trovalentnog željeza.

Kvalitativne reakcije na gvožđe (III)

Sadržaj željeznih jona u otopini može se odrediti pomoću alkalija. Ako je rezultat pozitivan, formira se baza - željezo (III) hidroksid Fe(OH)₃.

Gvožđe (III) hidroksid Fe(OH)₃

Dobivena tvar je nerastvorljiva u vodi i ima smeđu boju. To je smeđi talog koji može ukazivati na prisustvo željeznih jona u otopini:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓+ 3NaCl.

Fe(III) joni se takođe mogu odrediti pomoću K₃.

Otopina željeznog klorida pomiješana je sa žućkastim rastvorom krvne soli. Kao rezultat toga, možete vidjeti prekrasan plavkasti talog, što će ukazivati na to da su u otopini prisutni ioni željeza. Naći ćete spektakularne eksperimente za proučavanje svojstava željeza.

Kvalitativne reakcije na gvožđe (II)

Fe²⁺ joni reaguju sa crvenom krvnom solju K₄. Ako se pri dodavanju soli formira plavkasti talog, tada su ti ioni prisutni u otopini.

Gvožđe se smatra jednim od najčešćih metala u zemljinoj kori posle aluminijuma. Njegova fizička i hemijska svojstva su takva da ima odličnu električnu provodljivost, toplotnu provodljivost i savitljivost, ima srebrno-bijelu boju i visoku hemijsku reaktivnost da brzo korodira pri visokoj vlažnosti ili visokim temperaturama. Budući da je u fino raspršenom stanju, gori u čistom kiseoniku i spontano se pali na vazduhu.

Početak istorije gvožđa

U trećem milenijumu pne. e. ljudi su počeli kopati i naučili da obrađuju bronzu i bakar. Nisu bili u širokoj upotrebi zbog visoke cijene. Potraga za novim metalom se nastavila. Istorija gvožđa počela je u prvom veku pre nove ere. e. U prirodi se može naći samo u obliku jedinjenja sa kiseonikom. Da bi se dobio čisti metal, potrebno je odvojiti posljednji element. Bilo je potrebno dosta vremena da se gvožđe otopi, jer je trebalo da se zagreje na 1539 stepeni. I tek s pojavom peći za proizvodnju sira u prvom mileniju prije nove ere počeli su dobivati ovaj metal. U početku je bio krhak i sadržavao je mnogo otpada.

S pojavom kovačnica, kvaliteta željeza se značajno poboljšala. Dalje je obrađivan u kovačnici, gdje se šljaka odvajala udarcima čekića. Kovanje je postalo jedna od glavnih vrsta obrade metala, a kovačko zanatstvo nezaobilazna grana proizvodnje. Gvožđe u svom čistom obliku je veoma mekan metal. Uglavnom se koristi u leguri s ugljikom. Ovaj aditiv poboljšava fizička svojstva željeza, kao što je tvrdoća. Jeftin materijal ubrzo je naširoko prodro u sve sfere ljudske djelatnosti i revolucionirao je razvoj društva. Uostalom, čak iu davna vremena, proizvodi od željeza bili su prekriveni debelim slojem zlata. Imao je visoku cijenu u odnosu na plemeniti metal.

Gvožđe u prirodi

Litosfera sadrži više aluminijuma nego gvožđa. U prirodi se može naći samo u obliku jedinjenja. Željezno željezo, reagirajući, pretvara tlo u smeđu boju i daje pijesku žućkastu nijansu. Oksidi željeza i sulfidi su rasuti u zemljinoj kori, ponekad postoje nakupine minerala iz kojih se metal naknadno izdvaja. Sadržaj obojenog gvožđa u nekim mineralnim izvorima daje vodi poseban ukus.

Zarđala voda koja teče iz starih vodovodnih cijevi obojena je trovalentnim metalom. Njegovi atomi se takođe nalaze u ljudskom tijelu. Nalaze se u hemoglobinu (proteini koji sadrži željezo) u krvi, koji opskrbljuje tijelo kisikom i uklanja ugljični dioksid. Neki meteoriti sadrže čisto željezo, ponekad se nađu i cijeli ingoti.

Koja fizička svojstva ima gvožđe?

To je duktilni srebrno-bijeli metal sa sivkastom nijansom i metalnim sjajem. Dobar je provodnik električne struje i toplote. Zbog svoje duktilnosti, savršeno je pogodan za kovanje i valjanje. Gvožđe se ne rastvara u vodi, već se ukapljuje u živi, topi se na temperaturi od 1539 i ključa na 2862 stepena Celzijusa i ima gustinu od 7,9 g/cm³. Posebnost fizičkih svojstava željeza je u tome što metal privlači magnet i, nakon poništavanja vanjskog magnetskog polja, zadržava magnetizaciju. Koristeći ova svojstva, može se koristiti za izradu magneta.

Hemijska svojstva

Gvožđe ima sledeća svojstva:

na zraku i vodi lako oksidira, prekrivajući se hrđom;
u kisiku, vruća žica gori (i kamenac se formira u obliku željeznog oksida);
na temperaturi od 700-900 stepeni Celzijusa, reaguje sa vodenom parom;
kada se zagrije, reagira s nemetalima (hlor, sumpor, brom);
reagira s razrijeđenim kiselinama, što rezultira solima željeza i vodikom;
ne otapa se u alkalijama;
sposoban je istisnuti metale iz otopina njihovih soli (gvozdeni čavao u otopini bakrenog sulfata postaje prekriven crvenim premazom - to je oslobađanje bakra);
U koncentrisanim alkalijama pri ključanju se manifestuje amfoternost gvožđa.

Svojstva karakteristika

Jedna od fizičkih osobina željeza je feromagnetnost. U praksi se često susreću magnetna svojstva ovog materijala. Ovo je jedini metal koji ima tako rijetku osobinu.

Pod uticajem magnetnog polja, gvožđe se magnetizuje. Metal zadržava svoja formirana magnetna svojstva dugo vremena i sam ostaje magnet. Ovaj izuzetan fenomen objašnjava se činjenicom da struktura gvožđa sadrži veliki broj slobodnih elektrona koji se mogu kretati.

Rezerve i proizvodnja

Jedan od najčešćih elemenata na Zemlji je gvožđe. Po sadržaju u zemljinoj kori zauzima četvrto mjesto. Postoje mnoge poznate rude koje ga sadrže, na primjer, magnetna i smeđa željezna ruda. Metal u industriji se uglavnom dobija iz hematitnih i magnetitnih ruda postupkom visoke peći. Prvo se redukuje ugljenikom u peći na visokoj temperaturi od 2000 stepeni Celzijusa.

Da bi se to postiglo, željezna ruda, koks i fluks se unose u visoku peć odozgo, a mlaz vrućeg zraka se ubrizgava odozdo. Koristi se i direktan proces za dobijanje gvožđa. Zdrobljena ruda se miješa sa posebnom glinom kako bi se formirale pelete. Zatim se peku i tretiraju vodonikom u osovinskoj peći, gdje se lako obnavlja. Dobijaju čvrsto željezo, a zatim ga tope u električnim pećima. Čisti metal se redukuje iz oksida elektrolizom vodenih otopina soli.

Prednosti gvožđa

Osnovna fizička svojstva gvožđa daju njemu i njegovim legurama sledeće prednosti u odnosu na druge metale:

Nedostaci

Pored velikog broja pozitivnih kvaliteta, postoji i niz negativnih svojstava metala:

Proizvodi su podložni koroziji. Kako bi se otklonio ovaj neželjeni učinak, nehrđajući čelici se proizvode legiranjem, au drugim slučajevima na konstrukcijama i dijelovima se provodi posebna antikorozivna obrada.
Gvožđe akumulira statički elektricitet, pa su proizvodi koji ga sadrže podložni elektrohemijskoj koroziji i također zahtijevaju dodatnu obradu.
Specifična težina metala je 7,13 g/cm³. Ovo fizičko svojstvo gvožđa daje strukturama i delovima veću težinu.

Sastav i struktura

Gvožđe ima četiri kristalne modifikacije koje se razlikuju po strukturi i parametrima rešetke. Za topljenje legura od velikog je značaja prisustvo faznih prelaza i legirajućih aditiva. Razlikuju se sljedeća stanja:

Alfa faza. Traje do 769 stepeni Celzijusa. U ovom stanju, željezo zadržava svojstva feromagneta i ima kubičnu rešetku usmjerenu na tijelo.
Beta faza. Postoji na temperaturama od 769 do 917 stepeni Celzijusa. Ima nešto drugačije parametre rešetke nego u prvom slučaju. Sva fizička svojstva gvožđa ostaju ista, osim magnetnih, koje gubi.
Gama faza. Struktura rešetke postaje lice centrirana. Ova faza se pojavljuje u rasponu od 917-1394 stepeni Celzijusa.
Omega faza. Ovo stanje metala se javlja na temperaturama iznad 1394 stepena Celzijusa. Od prethodnog se razlikuje samo po parametrima rešetke.

Gvožđe je najtraženiji metal na svetu. Više od 90 posto ukupne metalurške proizvodnje otpada na njega.

Aplikacija

Ljudi su prvo počeli koristiti meteoritsko željezo, koje je bilo cijenjeno više od zlata. Od tada se obim ovog metala samo proširio. Sljedeće su upotrebe željeza na osnovu njegovih fizičkih svojstava:

feromagnetni oksidi se koriste za proizvodnju magnetnih materijala: industrijske instalacije, frižideri, suveniri;
oksidi željeza se koriste kao mineralne boje;
željezni hlorid je nezamjenjiv u radioamaterskoj praksi;
Željezni sulfati se koriste u tekstilnoj industriji;
magnetni željezni oksid je jedan od važnih materijala za proizvodnju dugotrajnih kompjuterskih memorijskih uređaja;
ultrafini željezni prah se koristi u crno-bijelim laserskim štampačima;
čvrstoća metala omogućava proizvodnju oružja i oklopa;
lijevano željezo otporno na habanje može se koristiti za proizvodnju kočnica, diskova kvačila i dijelova za pumpe;
otporan na toplinu - za visoke peći, termo peći, ložište;
otporan na toplinu - za kompresorsku opremu, dizel motore;
visokokvalitetni čelik se koristi za plinovode, kućišta kotlova za grijanje, sušilica, mašina za pranje i pranje sudova.

Zaključak

Željezo često ne znači sam metal, već njegovu leguru - niskougljični električni čelik. Dobivanje čistog željeza je prilično složen proces, pa se stoga koristi samo za proizvodnju magnetnih materijala. Kao što je već napomenuto, izuzetno fizičko svojstvo gvožđa jednostavne supstance je feromagnetizam, odnosno sposobnost magnetizacije u prisustvu magnetnog polja.

Magnetska svojstva čistog metala su i do 200 puta veća od tehničkih čelika. Na ovo svojstvo utiče i veličina zrna metala. Što je zrno veće, to su veća magnetna svojstva. Mehanička obrada također ima utjecaja u određenoj mjeri. Tako čisto željezo koje ispunjava ove zahtjeve koristi se za proizvodnju magnetnih materijala.

Gvožđe u svom čistom obliku je duktilno sivi metal koji se lako može obraditi. Pa ipak, za ljude je Fe element praktičniji u kombinaciji s ugljikom i drugim nečistoćama koje omogućavaju stvaranje legura metala - čelika i lijevanog željeza. 95% - upravo to je koliko svih metalnih proizvoda proizvedenih na planeti sadrži željezo kao glavni element.

Gvožđe: istorija

Prvi proizvodi od željeza koje je napravio čovjek naučnici datiraju u 4. milenijum prije nove ere. e., a studije su pokazale da je za njihovu proizvodnju korišteno meteorsko gvožđe koje karakteriše 5-30 posto nikla. Zanimljivo je, ali sve dok čovječanstvo nije ovladalo ekstrakcijom Fe topljenjem, željezo je bilo cijenjeno više od zlata. To se objašnjava činjenicom da je jači i pouzdaniji čelik bio mnogo prikladniji za izradu alata i oružja od bakra i bronce.

Stari Rimljani su naučili kako da proizvedu prvo liveno gvožđe: njihove peći su mogle da podignu temperaturu rude na 1400 o C, dok je 1100-1200 o C bilo dovoljno za liveno gvožđe što je, kao što je poznato, 1535 stepeni Celzijusa.

Hemijska svojstva Fe

Sa čime je gvožđe u interakciji? Željezo stupa u interakciju s kisikom, što je praćeno stvaranjem oksida; sa vodom u prisustvu kiseonika; sa sumpornom i hlorovodoničnom kiselinom:

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

Takođe, gvožđe reaguje na alkalije samo ako su taline jakih oksidacionih sredstava. Gvožđe ne reaguje sa oksidacionim agensima na normalnim temperaturama, ali uvek počinje da reaguje kada se poveća.

Upotreba gvožđa u građevinarstvu

Upotreba željeza u građevinskoj industriji danas se ne može precijeniti, jer su metalne konstrukcije osnova apsolutno svake moderne zgrade. U ovoj oblasti, Fe se koristi u uobičajenim čelicima, livenom i kovanom gvožđu. Ovaj element se nalazi posvuda, od kritičnih struktura do sidrenih vijaka i eksera.

Izgradnja građevinskih konstrukcija od čelika je znatno jeftinija, a može se govoriti i o višim stopama izgradnje. Ovo značajno povećava upotrebu gvožđa u građevinarstvu, dok sama industrija prihvata upotrebu novih, efikasnijih i pouzdanijih legura na bazi Fe.

Upotreba gvožđa u industriji

Upotreba gvožđa i njegovih legura – livenog gvožđa i čelika – osnova je savremenih mašina alatki, aviona, izrade instrumenata i proizvodnje druge opreme. Zahvaljujući Fe cijanidima i oksidima, u industriji boja i lakova koriste se željezni sulfati. Teška industrija je potpuno nezamisliva bez upotrebe legura na bazi Fe+C. Jednom riječju, željezo je nezamjenjiv, ali u isto vrijeme pristupačan i relativno jeftin metal, koji kao dio svojih legura ima gotovo neograničen opseg primjene.

Upotreba gvožđa u medicini

Poznato je da svaka odrasla osoba sadrži do 4 grama gvožđa. Ovaj element je izuzetno važan za funkcionisanje organizma, posebno za zdravlje cirkulacijskog sistema (hemoglobin u crvenim krvnim zrncima). Postoje mnogi lijekovi na bazi željeza koji mogu povećati nivoe Fe kako bi spriječili razvoj anemije uzrokovane nedostatkom željeza.

DEFINICIJA

Iron- dvadeset i šesti element periodnog sistema. Oznaka - Fe od latinskog "ferrum". Smješten u četvrtom periodu, VIIIB grupa. Odnosi se na metale. Nuklearni naboj je 26.

Gvožđe je najčešći metal na planeti nakon aluminijuma: čini 4% (tež.) Zemljine kore. Gvožđe se nalazi u obliku raznih jedinjenja: oksida, sulfida, silikata. Gvožđe se u slobodnom stanju nalazi samo u meteoritima.

Najvažnije željezne rude uključuju magnetnu željeznu rudu Fe 3 O 4 , crvenu željeznu rudu Fe 2 O 3 , rudu smeđeg željeza 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O i rudu željeza FeCO 3 .

Gvožđe je srebrnast (sl. 1) duktilni metal. Dobro je pogodan za kovanje, valjanje i druge vrste mehaničke obrade. Mehanička svojstva gvožđa snažno zavise od njegove čistoće – od sadržaja čak i vrlo malih količina drugih elemenata u njemu.

Rice. 1. Gvožđe. Izgled.

Atomska i molekulska masa gvožđa

Relativna molekulska težina supstance(M r) je broj koji pokazuje koliko je puta masa date molekule veća od 1/12 mase atoma ugljika, i relativna atomska masa elementa(A r) - koliko je puta prosječna masa atoma nekog kemijskog elementa veća od 1/12 mase atoma ugljika.

Budući da u slobodnom stanju željezo postoji u obliku jednoatomskih molekula Fe, vrijednosti njegove atomske i molekularne mase se poklapaju. One su jednake 55.847.

Alotropija i alotropske modifikacije željeza

Gvožđe formira dve kristalne modifikacije: α-gvožđe i γ-gvožđe. Prvi od njih ima kubičnu rešetku usmjerenu na tijelo, a drugi ima kubičnu rešetku usmjerenu na lice. α-Gvožđe je termodinamički stabilno u dva temperaturna opsega: ispod 912 o C i od 1394 o C do tačke topljenja. Tačka topljenja gvožđa je 1539 ± 5 o C. Između 912 o C i od 1394 o C γ-gvožđe je stabilno.

Temperaturni rasponi stabilnosti α- i γ-gvožđa određeni su prirodom promene Gibbsove energije obe modifikacije sa promenama temperature. Na temperaturama ispod 912 o C i iznad 1394 o C, Gibbsova energija α-gvožđa je manja od Gibbsove energije γ-gvožđa, au opsegu 912 - 1394 o C je veća.

Izotopi gvožđa

Poznato je da se u prirodi gvožđe može naći u obliku četiri stabilna izotopa 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe i 57 Fe. Njihovi maseni brojevi su 54, 56, 57 i 58, redom. Jezgro atoma izotopa željeza 54 Fe sadrži dvadeset šest protona i dvadeset osam neutrona, a preostali izotopi se od njega razlikuju samo po broju neutrona.

Postoje umjetni izotopi željeza s masenim brojevima od 45 do 72, kao i 6 izomernih stanja jezgara. Najdugovječniji među gore navedenim izotopima je 60 Fe s vremenom poluraspada od 2,6 miliona godina.

Joni gvožđa

Elektronska formula koja pokazuje orbitalnu distribuciju željeznih elektrona je sljedeća:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

Kao rezultat hemijske interakcije, gvožđe odustaje od svojih valentnih elektrona, tj. je njihov donor, i pretvara se u pozitivno nabijeni ion:

Fe 0 -2e → Fe 2+ ;

Fe 0 -3e → Fe 3+.

Molekul i atom gvožđa

U slobodnom stanju, gvožđe postoji u obliku monoatomskih molekula Fe. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekul željeza:

Legure gvožđa

Sve do 19. stoljeća legure željeza bile su uglavnom poznate po svojim legurama sa ugljikom, nazvanim čelik i liveno gvožđe. Međutim, kasnije su stvorene nove legure na bazi željeza koje sadrže krom, nikal i druge elemente. Trenutno se legure željeza dijele na ugljične čelike, liveno gvožđe, legirane čelike i čelike sa posebnim svojstvima.

U tehnologiji se legure željeza obično nazivaju crnim metalima, a njihova proizvodnja se naziva crna metalurgija.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Elementarni sastav supstance je sledeći: maseni udeo elementa gvožđa je 0,7241 (ili 72,41%), maseni udeo kiseonika je 0,2759 (ili 27,59%). Izvedite hemijsku formulu.

Rješenje

Maseni udio elementa X u molekuli sastava NX izračunava se pomoću sljedeće formule:

ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Označimo broj atoma željeza u molekulu sa "x", broj atoma kiseonika sa "y".

Nađimo odgovarajuće relativne atomske mase elemenata željeza i kisika (vrijednosti relativnih atomskih masa preuzete iz Periodnog sistema D.I. Mendeljejeva zaokružit ćemo na cijele brojeve).

Ar(Fe) = 56; Ar(O) = 16.

Procentualni sadržaj elemenata dijelimo na odgovarajuće relativne atomske mase. Tako ćemo pronaći odnos između broja atoma u molekuli spoja:

x:y= ω(Fe)/Ar(Fe): ω(O)/Ar(O);

x:y = 72,41/56: 27,59/16;

x:y = 1,29: 1,84.

Uzmimo najmanji broj kao jedan (tj. podijelimo sve brojeve s najmanjim brojem 1,29):

1,29/1,29: 1,84/1,29;

Shodno tome, najjednostavnija formula za kombinaciju željeza i kisika je Fe 2 O 3.

Odgovori

Fe2O3

Ciljevi lekcije:

Upoznati učenike sa elementom sekundarne grupe periodnog sistema - gvožđem, njegovom strukturom, svojstvima.
Poznavati lokaciju gvožđa u prirodi, metode dobijanja, primjenu, fizička svojstva.
Biti u stanju okarakterizirati željezo kao element sekundarne podgrupe.
Znati dokazati hemijska svojstva željeza i njegovih spojeva, napisati jednadžbe reakcija u molekularnom, ionskom, redoks obliku.
Razvijati vještine učenika u sastavljanju jednadžbi reakcija koje uključuju željezo, formirati znanje učenika o kvalitativnim reakcijama na jone željeza.
Negujte interesovanje za predmet.

Oprema: gvožđe (prašak, igla, ploča), sumpor, boca kiseonika, hlorovodonična kiselina, gvožđe (II) sulfat, feri (III) hlorid, natrijum hidroksid, crvene i žute krvne soli.

TOKOM NASTAVE

I. Organizacioni momenat

II. Provjera domaćeg

III. Učenje novog gradiva

1. Uvod nastavnika.

– Značaj gvožđa u životu, njegova uloga u istoriji civilizacije. Jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori je gvožđe. Počeo se koristiti mnogo kasnije od drugih metala (bakar, zlato, cink, olovo, kalaj), što je najvjerovatnije zbog male sličnosti željezne rude sa metalom. Primitivnim ljudima bilo je vrlo teško shvatiti da se iz rude može dobiti metal koji se može uspješno koristiti u proizvodnji raznih predmeta zbog nedostatka alata i potrebnih uređaja za organizaciju takvog procesa. Prošlo je dosta vremena prije nego što je čovjek naučio vaditi željezo iz rude i od nje praviti čelik i liveno gvožđe.
U ovom trenutku, željezne rude su neophodna sirovina za crnu metalurgiju, one minerale bez kojih ne može ni jedna razvijena industrijska zemlja. Godišnja svjetska proizvodnja željezne rude iznosi oko 350.000.000 tona. Koriste se za topljenje gvožđa (sadržaj ugljenika 0,2-0,4%), livenog gvožđa (2,5-4% ugljenika), čelika (2,5-1,5% ugljenika) Čelik ima najširu upotrebu u industriji od gvožđa i livenog gvožđa, tj zašto postoji veća potražnja za njenim topljenjem.
Za topljenje lijevanog željeza iz željezne rude koriste se visoke peći koje rade na uglju ili koksu, a željezo se topi od lijevanog željeza u reverberacijskim pećima na otvorenom ložištu, Bessemerovim pretvaračima ili Thomasovom metodom.
Crni metali i njihove legure su od velikog značaja u životu i razvoju ljudskog društva. Od gvožđa se prave sve vrste kućnih i potrošačkih predmeta. Stotine miliona tona čelika i livenog gvožđa koriste se za izgradnju brodova, aviona, železničkog transporta, automobila, mostova, železnica, raznih zgrada, opreme i drugih stvari. Ne postoji grana poljoprivrede i industrije u kojoj se ne koriste željezo i njegove različite legure.
Nekoliko minerala koji se obično nalaze u prirodi koji sadrže željezo su željezna ruda. Takvi minerali uključuju: smeđu željeznu rudu, hematit, magnetit i druge koji formiraju velike naslage i zauzimaju ogromna područja.
Hemijski odnos magnetita ili magnetne željezne rude, koja ima željezno-crnu boju i jedinstveno svojstvo - magnetizam, je spoj koji se sastoji od željeznog oksida i željeznog oksida. U prirodnom okruženju može se naći kako u obliku zrnastih ili čvrstih masa, tako iu obliku dobro oblikovanih kristala. Željezna ruda je najbogatija udjelom metalnog željeza u magnetitu (do 72%).
Najveća nalazišta magnetitnih ruda u našoj zemlji nalaze se na Uralu, u planinama Vysokaya, Blagodat, Magnitnaya, u nekim područjima Sibira - sliv rijeke Angara, Mountain Shoria, na teritoriji poluostrva Kola.

2. Radite sa razredom. Karakteristike gvožđa kao hemijskog elementa

a) Pozicija u periodnom sistemu:

Vježba 1. Odredite položaj gvožđa u periodnom sistemu?

odgovor: Gvožđe se nalazi u 4. veliki period, parni red, 8. grupa, mala grupa.

b) struktura atoma:

Zadatak 2. Nacrtajte sastav i strukturu atoma željeza, elektronsku formulu i ćelije.

odgovor: Fe +3 2) 8) 14) 2)metal

p = 26
e = 26
n = (56 – 26) = 30

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Pitanje. Na kojim slojevima gvožđa se nalaze valentni elektroni? Zašto?

Odgovori. Valentni elektroni se nalaze na posljednjem i pretposljednjem sloju, jer je to element sekundarne podgrupe.

Gvožđe je klasifikovano kao d-element, deo je trijade elemenata - metali (Fe-Co-Ni);

c) redoks svojstva gvožđa:

Pitanje.Šta je gvožđe - oksidaciono ili redukciono sredstvo? Koja oksidaciona stanja i valenciju pokazuje?

odgovor:

Fe 0 – 2e = Fe +3) redukciono sredstvo
Fe 0 – 3e = Fe +3
s.o.+ 2,+ 3; valencija = II i III, valencija 7 – ne pokazuje;

d) jedinjenja gvožđa:

FeO – osnovni oksid
Fe(OH) 2 – nerastvorljiva baza
Fe 2 O 3 – oksid sa znacima amfoternosti
Fe(OH) 3 – baza sa znacima amfoternosti
Hlapljiva vodonikova jedinjenja nisu.

d) boravak u prirodi.

Gvožđe je drugi najzastupljeniji metal u prirodi (posle aluminijuma, gvožđe se nalazi samo u meteoritima).

FeO*3HO – smeđa željezna ruda,
FeO – crvena željezna ruda,
FeO (FeO*FeO) – magnetna željezna ruda,
FeS – željezni pirit (pirit)

Jedinjenja željeza nalaze se u živim organizmima.

3. Karakteristike jednostavne supstance gvožđa

a) molekularna struktura, vrsta veze, tip kristalne rešetke (nezavisna)

b) fizička svojstva gvožđa

Gvožđe je srebrno-sivi metal koji ima veliku savitljivost, duktilnost i jaka magnetna svojstva. Gustina gvožđa je 7,87 g/cm 3, tačka topljenja je 1539 t o C.

c) hemijska svojstva gvožđa:

Atomi željeza doniraju elektrone u reakcijama i pokazuju oksidaciona stanja od +2, +3, a ponekad i +6.
U reakcijama, željezo je redukcijski agens. Međutim, na uobičajenim temperaturama ne stupa u interakciju čak ni s najaktivnijim oksidantima (halogeni, kisik, sumpor), ali kada se zagrije postaje aktivan i reagira s njima:

2Fe +3Cl 2 = 2FeCl 3 Gvožđe(III) hlorid
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) Gvožđe(III) oksid
Fe +S = FeS Gvožđe(II) sulfid

Na veoma visokim temperaturama, gvožđe reaguje sa ugljenikom, silicijumom i fosforom.

3Fe + C = Fe 3 C Gvozdeni karbid (cementit)
3Fe + Si = Fe 3 Si Željezni silicid
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 Gvožđe fosfid

Gvožđe reaguje sa složenim supstancama.
U vlažnom vazduhu, gvožđe brzo zakiseli (korodira):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
Rust

Gvožđe se nalazi u sredini elektrohemijskog naponskog niza metala, stoga je metal prosječna aktivnost. Redukciona sposobnost gvožđa je manja od sposobnosti alkalnih, zemnoalkalnih metala i aluminijuma. Samo pri visokim temperaturama vruće gvožđe reaguje sa vodom:

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2

Željezo reagira s razrijeđenom sumpornom i hlorovodoničnom kiselinom, istiskujući iz njih vodik:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0

Na uobičajenim temperaturama, gvožđe ne stupa u interakciju sa koncentriranom sumpornom kiselinom, jer se njome pasivira, koncentrovana sumporna kiselina oksidira željezo u željezo(III) sulfat:

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

Razrijeđena dušična kiselina oksidira željezo u željezo(III) nitrat:

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

Koncentrirana dušična kiselina pasivira željezo.

Iz otopina soli željezo istiskuje metale koji se nalaze desno od njega u elektrohemijskom naponskom nizu:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,

d) upotreba gvožđa (na svoju ruku)

e) primanje (zajedno sa studentima)

U industriji se željezo dobiva redukcijom iz željeznih ruda ugljikom (koksom) i ugljičnim monoksidom (II) u visokim pećima.
Hemijski proces u visokoj peći je sljedeći: