Methoden zur Gewinnung von Eisenchemie. Chemische und physikalische Eigenschaften von Eisen

Eisen ist ein Element der Nebenuntergruppe der achten Gruppe der vierten Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendelejew mit der Ordnungszahl 26. Es wird mit dem Symbol Fe (lat. Ferrum) bezeichnet. Eines der häufigsten Metalle in der Erdkruste (Platz zwei nach Aluminium). Metall mittlerer Aktivität, Reduktionsmittel.

Hauptoxidationsstufen - +2, +3

Der einfache Stoff Eisen ist ein formbares silberweißes Metall mit hoher chemischer Reaktivität: Eisen korrodiert bei hohen Temperaturen oder hoher Luftfeuchtigkeit schnell. Eisen brennt in reinem Sauerstoff und entzündet sich in fein verteiltem Zustand spontan an der Luft.

Chemische Eigenschaften einer einfachen Substanz – Eisen:

Rosten und Brennen unter Sauerstoff

1) An der Luft oxidiert Eisen in Gegenwart von Feuchtigkeit leicht (Rost):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Heißer Eisendraht verbrennt in Sauerstoff und bildet Zunder – Eisenoxid (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)

2) Bei hohen Temperaturen (700–900 °C) reagiert Eisen mit Wasserdampf:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Eisen reagiert beim Erhitzen mit Nichtmetallen:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)

4) In der Spannungsreihe steht es links von Wasserstoff, reagiert mit verdünnten Säuren HCl und H 2 SO 4, es bilden sich Eisen(II)-Salze und Wasserstoff wird freigesetzt:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (Reaktionen werden ohne Luftzugang durchgeführt, sonst wird Fe +2 durch Sauerstoff allmählich in Fe +3 umgewandelt)

Fe + H 2 SO 4 (verdünnt) → FeSO 4 + H 2

In konzentrierten oxidierenden Säuren löst sich Eisen nur beim Erhitzen und wandelt sich sofort in das Kation Fe 3+ um:

2Fe + 6H 2 SO 4 (konz.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (konz.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(in der Kälte konzentrierte Salpeter- und Schwefelsäure passivieren

Ein in eine bläuliche Kupfersulfatlösung getauchter Eisennagel wird nach und nach mit einer Schicht aus rotem metallischem Kupfer überzogen.

5) Eisen verdrängt rechts davon befindliche Metalle aus Lösungen ihrer Salze.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Die amphoteren Eigenschaften von Eisen treten nur in konzentrierten Alkalien beim Kochen auf:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O= Na 2 ↓+ H 2

und es bildet sich ein Niederschlag von Natriumtetrahydroxoferrat(II).

Technische Hardware- Legierungen aus Eisen und Kohlenstoff: Gusseisen enthält 2,06-6,67 % C, Stahl 0,02–2,06 % C, andere natürliche Verunreinigungen (S, P, Si) und künstlich eingebrachte Spezialzusätze (Mn, Ni, Cr) sind häufig vorhanden, was Eisenlegierungen technisch nützliche Eigenschaften verleiht – Härte, Wärme- und Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit usw . .

Verfahren zur Herstellung von Hochofeneisen

Der Hochofenprozess zur Herstellung von Gusseisen besteht aus folgenden Schritten:

a) Aufbereitung (Röstung) von Sulfid- und Karbonaterzen – Umwandlung in Oxiderz:

FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2.800°C, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2.500-600°C, -CO 2)

b) Verbrennung von Koks mit Heißwind:

C (Koks) + O 2 (Luft) → CO 2 (600–700 ° C) CO 2 + C (Koks) ⇌ 2 CO (700–1000 ° C)

c) Reduktion von Oxiderz mit Kohlenmonoxid CO nacheinander:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) Aufkohlung von Eisen (bis 6,67 % C) und Schmelzen von Gusseisen:

Fe (t ) →(C(Koks)900-1200°С) Fe (flüssig) (Gusseisen, Schmelzpunkt 1145°C)

Gusseisen enthält immer Zementit Fe 2 C und Graphit in Form von Körnern.

Stahlproduktion

Die Umwandlung von Gusseisen in Stahl erfolgt in speziellen Öfen (Konverter, Herd, Elektro), die sich in der Heizmethode unterscheiden; Prozesstemperatur 1700-2000 °C. Das Einblasen von mit Sauerstoff angereicherter Luft führt zum Ausbrennen von überschüssigem Kohlenstoff sowie von Schwefel, Phosphor und Silizium in Form von Oxiden aus dem Gusseisen. Dabei werden die Oxide entweder in Form von Abgasen (CO 2, SO 2) aufgefangen oder in einer leicht abtrennbaren Schlacke gebunden – einer Mischung aus Ca 3 (PO 4) 2 und CaSiO 3. Zur Herstellung von Spezialstählen werden Legierungszusätze anderer Metalle in den Ofen eingebracht.

Quittung reines Eisen in der Industrie – Elektrolyse einer Lösung von Eisensalzen, zum Beispiel:

FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°С) (Elektrolyse)

(Es gibt weitere spezielle Methoden, darunter die Reduktion von Eisenoxiden mit Wasserstoff).

Reines Eisen wird bei der Herstellung von Speziallegierungen, bei der Herstellung von Kernen von Elektromagneten und Transformatoren, Gusseisen – bei der Herstellung von Gussteilen und Stahl, Stahl – als Konstruktions- und Werkzeugmaterialien, einschließlich verschleiß-, hitze- und korrosionsbeständiger Materialien, verwendet Einsen.

Eisen(II)-oxid F EO . Ein amphoteres Oxid mit einem hohen Anteil an basischen Eigenschaften. Schwarz, hat die Ionenstruktur Fe 2+ O 2- . Beim Erhitzen zersetzt es sich zunächst und bildet sich dann wieder neu. Es entsteht nicht, wenn Eisen an der Luft verbrennt. Reagiert nicht mit Wasser. Zersetzt sich mit Säuren, verschmilzt mit Laugen. In feuchter Luft oxidiert es langsam. Reduziert durch Wasserstoff und Koks. Beteiligt sich am Hochofenprozess der Eisenverhüttung. Es wird als Bestandteil von Keramik- und Mineralfarben verwendet. Gleichungen der wichtigsten Reaktionen:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)

FeO + 2HC1 (verdünnt) = FeC1 2 + H 2 O

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

FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Neine 4FeÖ3(rot.) Trioxoferrat(II)(400-500 °C)

FeO + H 2 =H 2 O + Fe (extra rein) (350°C)

FeO + C (Koks) = Fe + CO (über 1000 °C)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900°C)

4FeO + 2H 2 O (Feuchtigkeit) + O 2 (Luft) →4FeO(OH) (t)

6FeO + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)

Quittung V Labore: thermische Zersetzung von Eisen(II)-Verbindungen ohne Luftzugang:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)

Dieisen(III)-oxid - Eisen( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Doppeloxid. Schwarz hat die Ionenstruktur Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Thermisch stabil bis zu hohen Temperaturen. Reagiert nicht mit Wasser. Zersetzt sich mit Säuren. Reduziert durch Wasserstoff, heißes Eisen. Beteiligt sich am Hochofenprozess der Gusseisenproduktion. Wird als Bestandteil von Mineralfarben verwendet ( rotes Blei), Keramik, farbiger Zement. Produkt einer speziellen Oxidation der Oberfläche von Stahlprodukten ( Schwärzung, Bläuung). Die Zusammensetzung entspricht braunem Rost und dunklem Zunder auf Eisen. Die Verwendung der Bruttoformel Fe 3 O 4 wird nicht empfohlen. Gleichungen der wichtigsten Reaktionen:

2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (über 1538 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8НС1 (verd.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (konz.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (Luft) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 °C)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (extra rein, 1000 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800°C)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900–1000 °C, 560–700 °C)

Quittung: Verbrennung von Eisen (siehe) in der Luft.

Magnetit.

Eisen(III)-oxid F e 2 O 3 . Amphoteres Oxid mit überwiegend basischen Eigenschaften. Rotbraun, hat eine ionische Struktur (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Thermisch stabil bis zu hohen Temperaturen. Es entsteht nicht, wenn Eisen an der Luft verbrennt. Reagiert nicht mit Wasser, aus der Lösung fällt braunes amorphes Hydrat Fe 2 O 3 nH 2 O aus. Reagiert langsam mit Säuren und Laugen. Reduziert durch Kohlenmonoxid, geschmolzenes Eisen. Verschmilzt mit Oxiden anderer Metalle und bildet Doppeloxide - Spinelle(Technische Produkte werden Ferrite genannt). Es wird als Rohstoff beim Schmelzen von Gusseisen im Hochofenprozess, als Katalysator bei der Ammoniakherstellung, als Bestandteil von Keramik, Farbzementen und Mineralfarben, beim Thermitschweißen von Stahlkonstruktionen sowie als Schallträger verwendet und Bild auf Magnetbändern, als Poliermittel für Stahl und Glas.

Gleichungen der wichtigsten Reaktionen:

6Fe 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °C)

Fe 2 O 3 + 6НС1 (verd.) →2FeС1 3 + ЗН 2 O (t) (600°С,ð)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (konz.) →H 2 O+ 2 NAFeÖ 2 (Rot)Dioxoferrat(III)

Fe 2 O 3 + MO=(M II Fe 2 II I)O 4 (M=Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (extra rein, 1050-1100 °C)

Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)

3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 °C)

Quittung im Labor – thermische Zersetzung von Eisen(III)-Salzen an der Luft:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)

In der Natur - Eisenoxiderze Hematit Fe 2 O 3 und Limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

Eisen(II)-hydroxid F e(OH) 2 . Amphoteres Hydroxid mit überwiegend basischen Eigenschaften. Fe-OH-Bindungen sind weiß (manchmal mit einem grünlichen Farbton) und überwiegend kovalent. Thermisch instabil. Oxidiert leicht an der Luft, besonders wenn es nass ist (es wird dunkler). Nicht in Wasser löslich. Reagiert mit verdünnten Säuren und konzentrierten Laugen. Typischer Reduzierer. Ein Zwischenprodukt beim Rosten von Eisen. Es wird bei der Herstellung der aktiven Masse von Eisen-Nickel-Batterien verwendet.

Gleichungen der wichtigsten Reaktionen:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C, atm.N 2)

Fe(OH) 2 + 2HC1 (verd.) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (blaugrün) (siedend)

4Fe(OH) 2 (Suspension) + O 2 (Luft) →4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe(OH) 2 (Suspension) + H 2 O 2 (verdünnt) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + KNO 3 (konz.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)

Quittung: Fällung aus Lösung mit Alkalien oder Ammoniakhydrat in einer inerten Atmosphäre:

Fe 2+ + 2OH (verd.) = Fe(OH) 2 ↓

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

Eisenmetahydroxid F eO(OH). Amphoteres Hydroxid mit überwiegend basischen Eigenschaften. Hellbraune Fe-O- und Fe-OH-Bindungen sind überwiegend kovalent. Beim Erhitzen zersetzt es sich, ohne zu schmelzen. Nicht in Wasser löslich. Fällt aus der Lösung in Form eines braunen amorphen Polyhydrats Fe 2 O 3 nH 2 O aus, das sich, wenn es unter einer verdünnten alkalischen Lösung gehalten wird oder beim Trocknen aufbewahrt wird, in FeO(OH) umwandelt. Reagiert mit Säuren und festen Laugen. Schwaches Oxidations- und Reduktionsmittel. Gesintert mit Fe(OH) 2. Ein Zwischenprodukt beim Rosten von Eisen. Es wird als Basis für gelbe Mineralfarben und Emails, als Absorber für Abgase und als Katalysator in der organischen Synthese verwendet.

Die Verbindung der Zusammensetzung Fe(OH) 3 ist unbekannt (nicht erhalten).

Gleichungen der wichtigsten Reaktionen:

Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 Ö) FeO(OH)→( 560-700° C in Luft, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO(OH) + ZNS1 (verd.) = FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 Ö 3 . nH 2 Ö-Kolloid(NaOH (konz.))

FeO(OH)→ Nein 3 [Fe(OH) 6 ]Weiß, Na 5 bzw. K 4; in beiden Fällen fällt ein blaues Produkt gleicher Zusammensetzung und Struktur, KFe III, aus. Im Labor nennt man diesen Niederschlag Preußischblau, oder Turnbull blau:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Chemische Namen der Ausgangsreagenzien und Reaktionsprodukte:

K 3 Fe III - Kaliumhexacyanoferrat (III)

K 4 Fe III - Kaliumhexacyanoferrat (II)

КFe III – Eisen (III) Kaliumhexacyanoferrat (II)

Darüber hinaus ist das Thiocyanat-Ion NСS - ein gutes Reagens für Fe 3+-Ionen, Eisen (III) verbindet sich damit und es entsteht eine leuchtend rote („blutige“) Farbe:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Dieses Reagenz (z. B. in Form von KNCS-Salz) kann sogar Spuren von Eisen (III) im Leitungswasser nachweisen, wenn es durch innen verrostete Eisenrohre fließt.

Quittungen aus Erzen wurde im Westen erfunden. Teile Asiens im 2. Jahrtausend v. Chr. e.; gefolgt von der Verwendung von verteilt in Babylon, Ägypten, Griechenland; als Ersatz für Bronzen, ca. Eisen kam rein. Entsprechend dem Gehalt in der Lithosphäre (4,65 Gew.-%) l. steht unter den Metallen auf Platz 2 (Aluminium auf Platz 1) und bildet ca. 300 Mineralien (Oxide, Sulfide, Silikate, Carbonate usw.).
J. kann in Form von drei Allotropichen vorliegen. Modifikationen: a-Fe mit bcc, y-Fe mit fcc und 8-Fe mit bcc kristallin. Gitter; a-Fe ist bis 769 "C (Curie-Punkt) ferromagnetisch. Modifikationen y~Fe und b-Fe sind paramagnetisch. Polymorphe Umwandlungen von Eisen und Stahl beim Erhitzen und Abkühlen wurden 1868 von D.K. Chernov entdeckt. Fe weist variable Valenzverbindungen auf 2- und 3-wertiges Eisen sind am stabilsten. Mit Sauerstoff bildet Eisen die Oxide FeO, Fe2O3 und Fe3O4. Dichte der Flüssigkeit (mit Verunreinigungen).< 0,01 мае %) 7,874 г/ /см3, /т=1539"С, /КИЛ*3200«С.
Eisen ist das wichtigste Metall in der modernen Technik. In seiner reinen Form aufgrund seiner geringen Festigkeit. praktisch nicht benutzt Basic Massage. Es wird in Form von Legierungen verwendet, die sich in Zusammensetzung und Eigenschaften stark unterscheiden. Der Anteil an Legierungen beträgt macht etwa 95 % aller Metalle aus. Produkte.
Reines Fe wird in geringen Mengen durch Elektrolyse wässriger Lösungen seiner Salze oder Reduktion mit Wasserstoff gewonnen. Ausreichend sauber erhalten Sie eine direkte Wiederherstellung. nicht vermittelt aus Erzkonzentraten (unter Umgehung des Hochofens, Ofens), Wasserstoff, Erdgas oder Kohle bei niedrigen Temperaturen (Feschwamm, Eisenpulver, metallisierte Pellets):

Dabei wird Eisenschwamm als poröse Masse mit hohem Eisengehalt gewonnen. Reduktion von Oxiden bei /< /пл. Сырье - ж. руда, окатыши, железорудный концентрат и прокатная окалина , а восстановитель -углерод (некоксующийся уголь , антрацит , торф, сажа), газы (водород, конверторов., природ, и др. горючие газы) или их сочетание. Г. ж. для выплавки качеств, стали в электропечах, должно иметь степень металлизации рем/реобш ^ 85 % (желат. 92-95 %) и пустой породы < 4-5 %. Содержание углерода зависит от способа произ-ва г. ж. В процессах FIOR, SL-RN и HIB получают г. ж. с 0,2-0,7 % С, в процессе Midrex 0,8-2,5 % С. При газ. восстановлении содерж. 0,01-0,015 % S. Фосфор присутствует в виде оксидов и после расплавления переходит в шлак. Из г. ж., получаемого способами H-Iron, Heganes и Сулинского мет. з-да с 97-99 % FeM механич. измельчением с последующим отжигом изготовляют жел. порошок. Общая пористость г. ж. из руды - 45- 50 %, из окатышей 45-70 %. Насыпная масса - 1,6-2,1 т/м3. Для г. ж. характерна большая уд. поверхность , к-рая, включая внутр. пов-ть открытых пор, сост. 0,2-1 М3/г. Г. ж. имеет по-выш. склонность к вторичному окислению. При темп-pax в печи ниже 550-575 °С охлажд. металлизов. продукт пирофорен (самовозгорается на воздухе при комн. темп-ре). В совр. процессах г. ж. получают при / >700 °C, was seine Aktivität verringert und eine Lagerung an der Luft (ohne Feuchtigkeit) ermöglicht, ohne dass der Metallisierungsgrad merklich abnimmt. G. l., hergestellt mit Hochtemperaturtechnologie – bei / > 850 °C, weist bei Befeuchtung eine geringe Neigung zur Sekundäroxidation auf, was dafür sorgt. sein sicherer Transport in offenen Waggons, Transport auf dem See- (Fluss-)Transport, Lagerung in offenen Stapeln;

Direkt gewonnenes Eisen – chemisch, elektrochemisch gewonnenes Eisen. oder chemisch-thermisch. Wege direkt aus Erz, unter Umgehung des Hochofens, in Form von Pulver, Schwamm. Eisen (metallisierte Pellets), Kristall oder flüssiges Metall. Naib, die Schwammproduktion hat begonnen, sich zu entwickeln. Eisen bei 700-1150 °C im Gasverfahren. Gewinnung von Erzen (Pellets) in Schachtöfen und mittels TV. Kraftstoff in Rotation Öfen Eisen-PP mit 88–93 % FeM wird als Einsatzstoff für die Stahlverhüttung und mit einem höheren Gehalt (98–99 %) für die Eisenproduktion verwendet. Pulver;

Carbonyleisen ist Eisenpulver, das durch thermische Behandlung gewonnen wird. Zersetzung von Eisenpentacarbonyl; zeichnet sich durch hohe Reinheit aus;
natives Eisen – Eisen, das in der Natur in Form von Mineralien vorkommt. Sie werden nach den Bedingungen unterschieden, unter denen Tellur gefunden wird. oder terrestrisch (Nickel-Eisen) und meteoritisch (kosmisch) p. Und. Tellurisch. Eisen ist ein seltenes Mineral – eine Modifikation von a-Fe, die in getrennter Form vorkommt. Schuppen, Körner, Schwämme. Massen und Cluster. Komposition - Fernsehen. Lösung von Fe und Ni (bis zu 30 % Ni). Meteoritendorf Und. in den Prozessen der kosmischen Bildung entstanden. Körper und Stürze in Form von Meteoriten auf die Erde; enthält bis zu 25 % Ni. Farbe stahlgrau bis schwarz, metallic. Glanz, undurchsichtig, TV. Punkte 4-5 in der Mineralogik. Skala, y = 7,3-8,2 g/cm3 (abhängig vom Ni-Gehalt). Stark magnetisch, gut schmiedebar;

Elektrolytisches Eisen – elektrolytisch gewonnenes Eisen. Verfeinerung; gekennzeichnet durch eine hohe Reinheit der Verunreinigungen (<0,02 % С; 0,01 % О2);
elektrisches Eisen - in der Elektrotechnik verwendeter Stahl (oder sogenanntes technisches Reineisen) mit einem Gesamtgehalt. Verunreinigungen bis zu 0,08–0,10 %, einschließlich bis zu 0,05 % S.E.zh. hat einen tiefen Beat. elektrisch Widerstand, hat höher Verluste aufgrund von Wirbelströmen, weshalb ihre Verwendung im Allgemeinen begrenzt ist. Post-Magnetkreise, magnetischer Fluss (Polstücke, Magnetkreise, Relais usw.);

A-Eisen – Niedertemperaturmodifikation von Eisen mit einem bcc-Gitter (bei 20 °C a = 286,645 pm), stabil< 910 °С; a-Fe ферромагнитно при t < 769 °С (точка Кюри);

Y-Eisen ist eine Hochtemperaturmodifikation von Eisen mit einem fcc-Gitter (a = 364 pm), stabil bei 910–1400 °C; paramagnetisch;
5-Eisen ist eine Hochtemperaturmodifikation von Eisen mit einem bcc-Gitter (a = 294 pm), stabil von 1400 °C bis tm, paramagnetisch.

• Bezeichnung - Fe (Eisen);
• Zeitraum - IV;
• Gruppe - 8 (VIII);
• Atommasse - 55,845;
• Ordnungszahl - 26;
• Atomradius = 126 pm;
• Kovalenter Radius = 117 pm;
• Elektronenverteilung - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ;
• Schmelztemperatur = 1535°C;
• Siedepunkt = 2750°C;
• Elektronegativität (nach Pauling/nach Alpred und Rochow) = 1,83/1,64;
• Oxidationsstufe: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
• Dichte (Anzahl) = 7,874 g/cm3;
• Molvolumen = 7,1 cm 3 /mol.

Eisenverbindungen:

Eisen ist nach Aluminium das am häufigsten vorkommende Metall in der Erdkruste (5,1 Massen-%).

Auf der Erde kommt freies Eisen in geringen Mengen in Form von Nuggets sowie in heruntergefallenen Meteoriten vor.

Industriell wird Eisen aus Eisenerzvorkommen aus eisenhaltigen Mineralien abgebaut: magnetisches, rotes, braunes Eisenerz.

Es sollte gesagt werden, dass Eisen in vielen natürlichen Mineralien enthalten ist und ihnen ihre natürliche Farbe verleiht. Die Farbe von Mineralien hängt von der Konzentration und dem Verhältnis der Eisenionen Fe 2+ /Fe 3+ sowie von den diese Ionen umgebenden Atomen ab. Beispielsweise beeinflusst das Vorhandensein von Eisenionenverunreinigungen die Farbe vieler Edel- und Halbedelsteine: Topase (von Hellgelb bis Rot), Saphire (von Blau bis Dunkelblau), Aquamarine (von Hellblau bis Grünblau), usw.

Eisen kommt im Gewebe von Tieren und Pflanzen vor; im Körper eines Erwachsenen sind beispielsweise etwa 5 g Eisen vorhanden. Eisen ist ein lebenswichtiges Element; es ist Teil des Hämoglobinproteins und am Transport von Sauerstoff von der Lunge zu Geweben und Zellen beteiligt. Bei einem Eisenmangel im menschlichen Körper entsteht eine Blutarmut (Eisenmangelanämie).

Reis. Struktur des Eisenatoms.

Die elektronische Konfiguration des Eisenatoms ist 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 (siehe Elektronische Struktur von Atomen). An der Bildung chemischer Bindungen mit anderen Elementen können 2 Elektronen auf der äußeren 4s-Ebene + 6 Elektronen der 3d-Unterebene (insgesamt 8 Elektronen) beteiligt sein, daher kann Eisen in Verbindungen die Oxidationsstufen +8, +6 annehmen. +4, +3, +2, +1, (am häufigsten sind +3, +2). Eisen hat eine durchschnittliche chemische Aktivität.

Reis. Eisenoxidationsstufen: +2, +3.

Physikalische Eigenschaften von Eisen:

• silberweißes Metall;
• in seiner reinen Form ist es ziemlich weich und plastisch;
• hat eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit.

Eisen existiert in Form von vier Modifikationen (sie unterscheiden sich in der Struktur des Kristallgitters): α-Eisen; β-Eisen; γ-Eisen; δ-Eisen.

Chemische Eigenschaften von Eisen

• reagiert mit Sauerstoff, je nach Temperatur und Sauerstoffkonzentration können verschiedene Produkte oder ein Gemisch aus Eisenoxidationsprodukten (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4) entstehen:
  3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4;
• Eisenoxidation bei niedrigen Temperaturen:
  4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3;
• reagiert mit Wasserdampf:
  3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2;
• Fein zerkleinertes Eisen reagiert beim Erhitzen mit Schwefel und Chlor (Eisensulfid und -chlorid):
  Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;
• reagiert bei hohen Temperaturen mit Silizium, Kohlenstoff, Phosphor:
  3Fe + C = Fe 3 C;
• Eisen kann mit anderen Metallen und Nichtmetallen Legierungen bilden;
• Eisen verdrängt weniger aktive Metalle aus ihren Salzen:
  Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu;
• Mit verdünnten Säuren wirkt Eisen als Reduktionsmittel und bildet Salze:
  Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2;
• Eisen bildet mit verdünnter Salpetersäure je nach Konzentration verschiedene Säurereduktionsprodukte (N 2, N 2 O, NO 2).

Gewinnung und Verwendung von Eisen

Es wird Industrieeisen gewonnen schmelzen Gusseisen und Stahl.

Gusseisen ist eine Eisenlegierung mit Verunreinigungen aus Silizium, Mangan, Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff. Der Kohlenstoffgehalt in Gusseisen übersteigt 2 % (in Stahl weniger als 2 %).

Reines Eisen wird gewonnen:

• in Sauerstoffkonvertern aus Gusseisen;
• Reduktion von Eisenoxiden mit Wasserstoff und zweiwertigem Kohlenmonoxid;
• Elektrolyse der entsprechenden Salze.

Gusseisen wird aus Eisenerzen durch Reduktion von Eisenoxiden gewonnen. Die Eisenverhüttung erfolgt in Hochöfen. Koks wird als Wärmequelle in einem Hochofen verwendet.

Ein Hochofen ist ein sehr komplexes technisches Bauwerk mit einer Höhe von mehreren zehn Metern. Es ist mit feuerfesten Steinen ausgekleidet und durch ein äußeres Stahlgehäuse geschützt. Ab 2013 wurde der größte Hochofen Südkoreas vom Stahlunternehmen POSCO im Gwangyang Metallurgical Plant gebaut (das Ofenvolumen nach der Modernisierung betrug 6.000 Kubikmeter bei einer Jahreskapazität von 5.700.000 Tonnen).

Reis. Hochofen.

Der Prozess des Schmelzens von Gusseisen in einem Hochofen dauert mehrere Jahrzehnte ununterbrochen, bis der Ofen sein Ende erreicht.

Reis. Der Prozess des Schmelzens von Eisen in einem Hochofen.

• angereicherte Erze (magnetisches, rotes, braunes Eisenerz) und Koks werden durch die Oberseite des Hochofens gegossen;
• Prozesse der Reduktion von Eisen aus Erz unter dem Einfluss von Kohlenmonoxid (II) finden im mittleren Teil des Hochofens (Bergwerks) bei einer Temperatur von 450-1100 °C statt (Eisenoxide werden zu Metall reduziert):
  • 450–500 °C – 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2 ;
  • 600°C – Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 ;
  • 800°C - FeO + CO = Fe + CO 2 ;
  • Ein Teil des zweiwertigen Eisenoxids wird durch Koks reduziert: FeO + C = Fe + CO.
• Parallel dazu findet der Prozess der Reduktion von Silizium- und Manganoxiden (im Eisenerz in Form von Verunreinigungen enthalten) statt; Silizium und Mangan sind Bestandteile des schmelzenden Eisens:
  • SiO 2 + 2C = Si + 2CO;
  • Mn 2 O 3 + 3C = 2Mn + 3CO.
• Bei der thermischen Zersetzung von Kalkstein (Einbringung in einen Hochofen) entsteht Calciumoxid, das mit den im Erz enthaltenen Silizium- und Aluminiumoxiden reagiert:
  • CaCO 3 = CaO + CO 2;
  • CaO + SiO 2 = CaSiO 3;
  • CaO + Al 2 O 3 = Ca(AlO 2) 2.
• bei 1100°C stoppt der Prozess der Eisenreduktion;
• Unter dem Schacht befindet sich Dampf, der breiteste Teil des Hochofens, unter dem sich eine Schulter befindet, in der Koks ausbrennt und flüssige Schmelzprodukte entstehen – Gusseisen und Schlacke, die sich ganz unten im Ofen – der Schmiede – ansammeln ;
• Im oberen Teil des Herdes findet bei einer Temperatur von 1500°C eine intensive Verbrennung von Koks in einem Blasluftstrom statt: C + O 2 = CO 2 ;
• Durch den heißen Koks wird Kohlenmonoxid (IV) in Kohlenmonoxid (II) umgewandelt, das ein Reduktionsmittel für Eisen ist (siehe oben): CO 2 + C = 2CO;
• Schlacken aus Silikaten und Calciumalumosilikaten befinden sich über dem Gusseisen und schützen es vor der Einwirkung von Sauerstoff.
• durch spezielle Löcher auf verschiedenen Ebenen des Herdes werden Gusseisen und Schlacke abgeführt;
• Der Großteil des Gusseisens wird für die Weiterverarbeitung – die Stahlverhüttung – verwendet.

Stahl wird aus Gusseisen und Altmetall im Konverterverfahren (das Verfahren am offenen Herd ist bereits veraltet, wird aber immer noch angewendet) oder durch elektrisches Schmelzen (in Elektroöfen, Induktionsöfen) erschmolzen. Der Kern des Prozesses (Gusseisenverarbeitung) besteht darin, die Konzentration von Kohlenstoff und anderen Verunreinigungen durch Oxidation mit Sauerstoff zu reduzieren.

Wie oben erwähnt, überschreitet die Kohlenstoffkonzentration in Stahl nicht mehr als 2 %. Dadurch lässt sich Stahl im Gegensatz zu Gusseisen recht leicht schmieden und walzen, wodurch sich daraus vielfältige Produkte mit hoher Härte und Festigkeit herstellen lassen.

Die Härte von Stahl hängt vom Kohlenstoffgehalt (je mehr Kohlenstoff, desto härter der Stahl) in einer bestimmten Stahlsorte und den Wärmebehandlungsbedingungen ab. Beim Anlassen (langsames Abkühlen) wird der Stahl weich; Beim Abschrecken (schnelles Abkühlen) wird der Stahl sehr hart.

Um dem Stahl die erforderlichen spezifischen Eigenschaften zu verleihen, werden ihm Legierungszusätze zugesetzt: Chrom, Nickel, Silizium, Molybdän, Vanadium, Mangan usw.

Gusseisen und Stahl sind in den allermeisten Sektoren der Volkswirtschaft die wichtigsten Konstruktionsmaterialien.

Biologische Rolle von Eisen:

• der erwachsene menschliche Körper enthält etwa 5 g Eisen;
• Eisen spielt eine wichtige Rolle bei der Funktion blutbildender Organe;
• Eisen ist Bestandteil vieler komplexer Proteinkomplexe (Hämoglobin, Myoglobin, verschiedene Enzyme).

Eisen ist ein bekanntes chemisches Element. Es gehört zu den Metallen mit durchschnittlicher chemischer Aktivität. In diesem Artikel werden wir uns mit den Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten von Eisen befassen.

Vorkommen in der Natur

Es gibt eine ganze Reihe von Mineralien, die Eisen enthalten. Erstens ist es Magnetit. Es besteht zu 72 Prozent aus Eisen. Seine chemische Formel lautet Fe 3 O 4. Dieses Mineral wird auch magnetisches Eisenerz genannt. Es hat eine hellgraue Farbe, manchmal dunkelgrau, sogar schwarz, mit metallischem Glanz. Das größte Vorkommen unter den GUS-Staaten befindet sich im Ural.

Das nächste Mineral mit einem hohen Eisengehalt ist Hämatit – es besteht zu siebzig Prozent aus diesem Element. Seine chemische Formel lautet Fe 2 O 3. Es wird auch rotes Eisenerz genannt. Die Farbe reicht von rotbraun bis rotgrau. Die größte Lagerstätte in den GUS-Staaten befindet sich in Krivoy Rog.

Das dritte Eisen enthaltende Mineral ist Limonit. Hier macht Eisen sechzig Prozent der Gesamtmasse aus. Dies ist ein kristallines Hydrat, das heißt, in sein Kristallgitter sind Wassermoleküle eingewebt, seine chemische Formel lautet Fe 2 O 3 .H 2 O. Wie der Name schon sagt, hat dieses Mineral eine gelbbräunliche Farbe, manchmal braun. Es ist einer der Hauptbestandteile des natürlichen Ockers und wird als Pigment verwendet. Es wird auch Brauneisenerz genannt. Die größten Standorte sind die Krim und der Ural.

Siderit, das sogenannte Spateisenerz, enthält 48 Prozent Eisen. Seine chemische Formel lautet FeCO 3. Seine Struktur ist heterogen und besteht aus miteinander verbundenen Kristallen unterschiedlicher Farbe: grau, hellgrün, grau-gelb, braun-gelb usw.

Das letzte in der Natur häufig vorkommende Mineral mit hohem Eisengehalt ist Pyrit. Es hat die folgende chemische Formel: FeS 2. Es enthält 46 Prozent der Gesamtmasse Eisen. Dank Schwefelatomen hat dieses Mineral eine goldgelbe Farbe.

Viele der besprochenen Mineralien werden zur Gewinnung von reinem Eisen verwendet. Darüber hinaus wird Hämatit bei der Herstellung von Schmuck aus Natursteinen verwendet. In Lapislazuli-Schmuckstücken können Pyriteinschlüsse vorhanden sein. Darüber hinaus kommt Eisen in der Natur in lebenden Organismen vor – es ist einer der wichtigsten Bestandteile von Zellen. Dieses Mikroelement muss dem menschlichen Körper in ausreichender Menge zugeführt werden. Die heilenden Eigenschaften von Eisen beruhen größtenteils auf der Tatsache, dass dieses chemische Element die Grundlage des Hämoglobins bildet. Daher wirkt sich die Verwendung von Eisen positiv auf den Zustand des Blutes und damit des gesamten Körpers aus.

Eisen: physikalische und chemische Eigenschaften

Schauen wir uns diese beiden großen Abschnitte der Reihe nach an. Eisen ist sein Aussehen, seine Dichte, sein Schmelzpunkt usw. Das heißt, alle charakteristischen Merkmale eines Stoffes, die mit der Physik verbunden sind. Die chemischen Eigenschaften von Eisen sind seine Fähigkeit, mit anderen Verbindungen zu reagieren. Beginnen wir mit den ersten.

Physikalische Eigenschaften von Eisen

In seiner reinen Form ist es unter normalen Bedingungen ein Feststoff. Es hat eine silbergraue Farbe und einen ausgeprägten metallischen Glanz. Zu den mechanischen Eigenschaften von Eisen gehört ein Härtegrad von vier (mittel). Eisen hat eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit. Das letzte Merkmal kann man spüren, wenn man einen Eisengegenstand in einem kalten Raum berührt. Da dieses Material die Wärme schnell leitet, entzieht es der Haut in kurzer Zeit den größten Teil davon, weshalb Sie ein Kältegefühl verspüren.

Wenn Sie beispielsweise Holz berühren, werden Sie feststellen, dass dessen Wärmeleitfähigkeit deutlich geringer ist. Zu den physikalischen Eigenschaften von Eisen gehören seine Schmelz- und Siedepunkte. Die erste beträgt 1539 Grad Celsius, die zweite 2860 Grad Celsius. Wir können daraus schließen, dass die charakteristischen Eigenschaften von Eisen eine gute Duktilität und Schmelzbarkeit sind. Aber das ist nicht alles.

Zu den physikalischen Eigenschaften von Eisen gehört auch sein Ferromagnetismus. Was ist das? Eisen, dessen magnetische Eigenschaften wir täglich an praktischen Beispielen beobachten können, ist das einzige Metall, das eine so einzigartige Besonderheit aufweist. Dies liegt daran, dass dieses Material unter dem Einfluss eines Magnetfeldes magnetisiert werden kann. Und nach dem Ende seiner Wirkung bleibt das Eisen, dessen magnetische Eigenschaften sich gerade gebildet haben, noch lange Zeit ein Magnet. Dieses Phänomen lässt sich dadurch erklären, dass es in der Struktur dieses Metalls viele freie Elektronen gibt, die sich bewegen können.

Aus chemischer Sicht

Dieses Element gehört zu den Metallen mittlerer Aktivität. Die chemischen Eigenschaften von Eisen sind jedoch typisch für alle anderen Metalle (mit Ausnahme derjenigen, die in der elektrochemischen Reihe rechts von Wasserstoff stehen). Es ist in der Lage, mit vielen Stoffklassen zu reagieren.

Beginnen wir mit den einfachen

Ferrum interagiert mit Sauerstoff, Stickstoff, Halogenen (Jod, Brom, Chlor, Fluor), Phosphor und Kohlenstoff. Als erstes sind Reaktionen mit Sauerstoff zu berücksichtigen. Beim Verbrennen von Eisen entstehen dessen Oxide. Abhängig von den Reaktionsbedingungen und den Anteilen zwischen den beiden Teilnehmern können sie variiert werden. Als Beispiel für diese Art der Wechselwirkung können die folgenden Reaktionsgleichungen angegeben werden: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4. Und die Eigenschaften von Eisenoxid (sowohl physikalische als auch chemische) können je nach Art variieren. Solche Reaktionen finden bei hohen Temperaturen statt.

Als nächstes kommt die Wechselwirkung mit Stickstoff. Es kann auch nur unter der Bedingung einer Erwärmung auftreten. Wenn wir sechs Mol Eisen und ein Mol Stickstoff nehmen, erhalten wir zwei Mol Eisennitrid. Die Reaktionsgleichung sieht folgendermaßen aus: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

Bei der Wechselwirkung mit Phosphor entsteht Phosphid. Zur Durchführung der Reaktion werden folgende Komponenten benötigt: Für drei Mol Eisen - ein Mol Phosphor, wodurch ein Mol Phosphid entsteht. Die Gleichung kann wie folgt geschrieben werden: 3Fe + P = Fe 3 P.

Darüber hinaus kann bei Reaktionen mit einfachen Stoffen auch die Wechselwirkung mit Schwefel unterschieden werden. In diesem Fall kann Sulfid gewonnen werden. Das Prinzip, nach dem der Prozess der Bildung dieser Substanz abläuft, ähnelt dem oben beschriebenen. Es findet nämlich eine Additionsreaktion statt. Alle chemischen Wechselwirkungen dieser Art erfordern besondere Bedingungen, hauptsächlich hohe Temperaturen, seltener Katalysatoren.

Auch in der chemischen Industrie kommt es häufig zu Reaktionen zwischen Eisen und Halogenen. Dies sind Chlorierung, Bromierung, Jodierung, Fluoridierung. Wie aus den Namen der Reaktionen selbst hervorgeht, handelt es sich dabei um den Prozess der Addition von Chlor-/Brom-/Jod-/Fluoratomen an Eisenatome, um jeweils Chlorid/Bromid/Iodid/Fluorid zu bilden. Diese Stoffe werden in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt. Darüber hinaus kann sich Eisen bei hohen Temperaturen mit Silizium verbinden. Aufgrund der vielfältigen chemischen Eigenschaften von Eisen wird es häufig in der chemischen Industrie eingesetzt.

Eisen und komplexe Substanzen

Von einfachen Substanzen gehen wir zu solchen über, deren Moleküle aus zwei oder mehr verschiedenen chemischen Elementen bestehen. Als erstes ist die Reaktion von Eisen mit Wasser zu erwähnen. Hier kommen die grundlegenden Eigenschaften von Eisen zum Vorschein. Wenn Wasser erhitzt wird, bildet es sich zusammen mit Eisen (es wird so genannt, weil es bei der Wechselwirkung mit demselben Wasser ein Hydroxid, also eine Base, bildet). Nimmt man also ein Mol beider Komponenten, entstehen Stoffe wie Eisendioxid und Wasserstoff in Form eines stechend riechenden Gases – ebenfalls im molaren Verhältnis eins zu eins. Die Gleichung für diese Art von Reaktion kann wie folgt geschrieben werden: Fe + H 2 O = FeO + H 2. Abhängig von den Mischungsverhältnissen dieser beiden Komponenten kann Eisendi- oder -trioxid erhalten werden. Beide Stoffe sind in der chemischen Industrie weit verbreitet und werden auch in vielen anderen Branchen eingesetzt.

Mit Säuren und Salzen

Da sich Eisen in der elektrochemischen Aktivitätsreihe von Metallen links von Wasserstoff befindet, ist es in der Lage, dieses Element aus Verbindungen zu verdrängen. Ein Beispiel hierfür ist die Verdrängungsreaktion, die bei der Zugabe von Eisen zu einer Säure beobachtet werden kann. Wenn man beispielsweise Eisen und Sulfatsäure (auch Schwefelsäure genannt) mittlerer Konzentration in gleichen molaren Anteilen mischt, erhält man Eisen(II)-sulfat und Wasserstoff in gleichen molaren Anteilen. Die Gleichung für eine solche Reaktion sieht folgendermaßen aus: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

Bei der Wechselwirkung mit Salzen treten die reduzierenden Eigenschaften von Eisen in Erscheinung. Das heißt, es kann verwendet werden, um ein weniger aktives Metall aus Salz zu isolieren. Nimmt man beispielsweise ein Mol und die gleiche Menge Eisen, erhält man Eisen(II)-sulfat und reines Kupfer im gleichen molaren Verhältnis.

Bedeutung für den Körper

Eines der häufigsten chemischen Elemente in der Erdkruste ist Eisen. Wir haben uns das bereits angeschaut, nun nähern wir uns dem Thema aus biologischer Sicht. Ferrum erfüllt sowohl auf zellulärer Ebene als auch auf der Ebene des gesamten Organismus sehr wichtige Funktionen. Erstens ist Eisen die Basis eines Proteins wie Hämoglobin. Es ist für den Sauerstofftransport durch das Blut von der Lunge zu allen Geweben, Organen, zu jeder Körperzelle, vor allem zu den Neuronen des Gehirns, notwendig. Daher können die wohltuenden Eigenschaften von Eisen nicht hoch genug eingeschätzt werden.

Eisen beeinflusst nicht nur die Blutbildung, sondern ist auch wichtig für die volle Funktion der Schilddrüse (dafür ist nicht nur Jod erforderlich, wie manche glauben). Eisen ist außerdem am intrazellulären Stoffwechsel beteiligt und reguliert die Immunität. Auch in Leberzellen kommt Ferrum in besonders großen Mengen vor, da es bei der Neutralisierung von Schadstoffen hilft. Es ist außerdem einer der Hauptbestandteile vieler Enzymarten in unserem Körper. Die tägliche Ernährung eines Menschen sollte zehn bis zwanzig Milligramm dieses Mikroelements enthalten.

Eisenreiche Lebensmittel

Es gibt viele davon. Sie sind sowohl pflanzlichen als auch tierischen Ursprungs. Die ersten sind Getreide, Hülsenfrüchte, Getreide (insbesondere Buchweizen), Äpfel, Pilze (weiß), Trockenfrüchte, Hagebutten, Birnen, Pfirsiche, Avocados, Kürbis, Mandeln, Datteln, Tomaten, Brokkoli, Kohl, Blaubeeren, Brombeeren, Sellerie, usw. Die zweiten sind Leber und Fleisch. Der Verzehr von eisenreichen Lebensmitteln ist während der Schwangerschaft besonders wichtig, da der Körper des sich entwickelnden Fötus große Mengen dieses Spurenelements für sein volles Wachstum und seine volle Entwicklung benötigt.

Anzeichen eines Eisenmangels im Körper

Symptome, wenn zu wenig Eisen in den Körper gelangt, sind Müdigkeit, ständiges Erfrieren von Händen und Füßen, Depressionen, brüchige Haare und Nägel, verminderte geistige Aktivität, Verdauungsstörungen, geringe Leistungsfähigkeit und Funktionsstörungen der Schilddrüse. Wenn Sie mehrere dieser Symptome bemerken, kann es sich lohnen, den Anteil eisenhaltiger Lebensmittel in Ihrer Ernährung zu erhöhen oder Vitamine oder Nahrungsergänzungsmittel zu kaufen, die Eisen enthalten. Auch wenn Sie eines dieser Symptome zu stark verspüren, sollten Sie einen Arzt aufsuchen.

Verwendung von Eisen in der Industrie

Die Verwendungsmöglichkeiten und Eigenschaften von Eisen sind eng miteinander verbunden. Aufgrund seiner ferromagnetischen Natur wird es zur Herstellung von Magneten verwendet – sowohl schwächere für Haushaltszwecke (Souvenir-Kühlschrankmagnete usw.) als auch stärkere für industrielle Zwecke. Aufgrund der hohen Festigkeit und Härte des betreffenden Metalls wird es seit der Antike zur Herstellung von Waffen, Rüstungen und anderen Militär- und Haushaltswerkzeugen verwendet. Übrigens war bereits im alten Ägypten Meteoriteneisen bekannt, dessen Eigenschaften denen von gewöhnlichem Metall überlegen waren. Dieses besondere Eisen wurde auch im antiken Rom verwendet. Daraus wurden Elitewaffen hergestellt. Ein Schild oder Schwert aus Meteoritenmetall durfte nur einer sehr reichen und edlen Person gehören.

Im Allgemeinen ist das Metall, das wir in diesem Artikel betrachten, das vielseitigste unter allen Stoffen dieser Gruppe. Daraus werden zunächst Stahl und Gusseisen hergestellt, aus denen alle Arten von Produkten hergestellt werden, die sowohl in der Industrie als auch im täglichen Leben benötigt werden.

Gusseisen ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, in der letzterer zwischen 1,7 und 4,5 Prozent vorhanden ist. Liegt der Sekundenanteil unter 1,7 Prozent, spricht man von einer solchen Legierung. Wenn in der Zusammensetzung etwa 0,02 Prozent Kohlenstoff vorhanden sind, handelt es sich bereits um gewöhnliches technisches Eisen. Das Vorhandensein von Kohlenstoff in der Legierung ist notwendig, um ihr eine höhere Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Rostbeständigkeit zu verleihen.

Darüber hinaus kann Stahl viele andere chemische Elemente als Verunreinigungen enthalten. Dazu gehören Mangan, Phosphor und Silizium. Außerdem können dieser Art von Legierung Chrom, Nickel, Molybdän, Wolfram und viele andere chemische Elemente zugesetzt werden, um ihr bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Als Transformatorenstähle werden Stahlsorten mit einem hohen Siliziumanteil (ca. vier Prozent) verwendet. Diejenigen, die viel Mangan enthalten (bis zu zwölf bis vierzehn Prozent), werden bei der Herstellung von Teilen für Eisenbahnen, Mühlen, Brecher und andere Werkzeuge verwendet, deren Teile einem schnellen Abrieb unterliegen.

Der Legierung wird Molybdän zugesetzt, um sie hitzebeständiger zu machen; solche Stähle werden als Werkzeugstähle verwendet. Um rostfreie Stähle zu erhalten, die bekannt sind und im täglichen Leben häufig in Form von Messern und anderen Haushaltswerkzeugen verwendet werden, ist es außerdem erforderlich, der Legierung Chrom, Nickel und Titan hinzuzufügen. Und um schlagfesten, hochfesten und duktilen Stahl zu erhalten, genügt die Zugabe von Vanadium. Durch die Zugabe von Niob zur Zusammensetzung kann eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion und chemisch aggressive Substanzen erreicht werden.

Das am Anfang des Artikels erwähnte Mineral Magnetit wird für die Herstellung von Festplatten, Speicherkarten und anderen Geräten dieser Art benötigt. Aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften findet sich Eisen in Transformatoren, Motoren, elektronischen Produkten usw. Darüber hinaus kann Eisen Legierungen anderer Metalle zugesetzt werden, um ihnen eine höhere Festigkeit und mechanische Stabilität zu verleihen. Das Sulfat dieses Elements wird im Gartenbau zur Schädlingsbekämpfung eingesetzt (zusammen mit Kupfersulfat).

Sie sind für die Wasserreinigung unverzichtbar. Darüber hinaus wird Magnetitpulver in Schwarzweißdruckern verwendet. Die Hauptverwendung von Pyrit besteht darin, daraus Schwefelsäure zu gewinnen. Dieser Prozess erfolgt unter Laborbedingungen in drei Stufen. In der ersten Stufe wird Eisenpyrit verbrannt, um Eisenoxid und Schwefeldioxid zu erzeugen. In der zweiten Stufe erfolgt die Umwandlung von Schwefeldioxid in sein Trioxid unter Beteiligung von Sauerstoff. Und im letzten Schritt wird die resultierende Substanz in Gegenwart von Katalysatoren durchgeleitet, wodurch Schwefelsäure entsteht.

Eisen bekommen

Dieses Metall wird hauptsächlich aus seinen beiden Hauptmineralien Magnetit und Hämatit abgebaut. Dies geschieht durch die Reduktion von Eisen aus seinen Verbindungen mit Kohlenstoff in Form von Koks. Dies geschieht in Hochöfen, in denen die Temperatur zweitausend Grad Celsius erreicht. Darüber hinaus gibt es eine Methode zur Reduktion von Eisen mit Wasserstoff. Hierzu ist kein Hochofen erforderlich. Zur Umsetzung dieser Methode nehmen sie speziellen Ton, vermischen ihn mit zerkleinertem Erz und behandeln ihn in einem Schachtofen mit Wasserstoff.

Abschluss

Die Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten von Eisen sind vielfältig. Dies ist vielleicht das wichtigste Metall in unserem Leben. Nachdem es der Menschheit bekannt geworden war, ersetzte es Bronze, das damals das Hauptmaterial für die Herstellung aller Werkzeuge sowie Waffen war. Stahl und Gusseisen sind der Legierung aus Kupfer und Zinn hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften und Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung in vielerlei Hinsicht überlegen.

Darüber hinaus kommt Eisen auf unserem Planeten häufiger vor als viele andere Metalle. in der Erdkruste sind es fast fünf Prozent. Es ist das vierthäufigste chemische Element in der Natur. Außerdem ist dieses chemische Element für das normale Funktionieren des Körpers von Tieren und Pflanzen sehr wichtig, vor allem weil auf seiner Basis Hämoglobin aufgebaut wird. Eisen ist ein essentielles Spurenelement, dessen Aufnahme für die Erhaltung der Gesundheit und die normale Funktion der Organe wichtig ist. Darüber hinaus ist dies das einzige Metall mit einzigartigen magnetischen Eigenschaften. Eisen ist aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken.

Feroxidkatalysatoren für Himbeerpulver, Zündzusammensetzung, Kramelbrennstoff.

Methode 1. Gewinnung von Eisenoxid Fe 2 O 3 aus Eisensulfat

Eisenoxide werden sehr häufig als Katalysatoren in pyrotechnischen Verbindungen eingesetzt. Bisher konnte man sie im Handel kaufen. Als Farbstoff „gelbes Eisenoxidpigment“ wurde beispielsweise Eisenoxidmonohydrat FeOOH gefunden. Eisenoxid Fe 2 O 3 wurde in Form von Bleimennige verkauft. Derzeit stellt sich heraus, dass es nicht einfach ist, das alles zu kaufen. Ich musste mir Sorgen machen, dass ich es zu Hause bekomme. Ich bin kein großer Chemiker, aber das Leben hat mich dazu gezwungen. Ich habe online nach Empfehlungen gesucht. Leider normal, d.h. Es stellte sich als schwierig heraus, ein einfaches und sicheres Rezept für den Heimgebrauch zu finden. Es gab nur ein Rezept, das ganz passend aussah, aber ich konnte es nicht wiederfinden. Ich habe eine Liste akzeptabler Komponenten im Kopf. Ich habe mich für meine eigene Methode entschieden. Seltsamerweise war das Ergebnis sehr akzeptabel. Das Ergebnis war eine Verbindung mit deutlichen Spuren von Eisenoxid, sehr homogen und fein verteilt. Seine Verwendung in Himbeerpulver und einem sekundären Zünder bestätigte völlig, dass das, was benötigt wurde, erreicht wurde.

Also kaufen wir es im Gartenfachgeschäft. Eisensulfat FeSO 4, wir kaufen Pillen in der Apotheke Hydroperit, drei Packungen und Vorräte in der Küche anlegen Backpulver NaHCO 3. Wir haben alle Zutaten, fangen wir an zu kochen. Anstelle von Hydroperit-Tabletten können Sie auch eine Lösung verwenden Wasserstoffperoxid H 2 0 2, auch in Apotheken erhältlich.

In einem Glasbehälter mit einem Volumen von 0,5 Litern etwa 80 g (ein Drittel einer Packung) Eisensulfat in heißem Wasser auflösen. Unter Rühren in kleinen Portionen Backpulver hinzufügen. Es entsteht eine Art Müll von sehr unangenehmer Farbe, der stark schäumt.

FeSO 4 +2NaHCO 3 =FeCO 3 +Na 2 SO 4 +H 2 O+CO 2

Daher muss alles in der Spüle erledigt werden. Fügen Sie Backpulver hinzu, bis die Schaumbildung fast aufhört. Nachdem sich die Mischung leicht abgesetzt hat, beginnen wir langsam, die zerkleinerten Hydroperittabletten hineinzuschütten. Die Reaktion verläuft wiederum recht schnell unter Schaumbildung. Die Mischung erhält eine charakteristische Farbe und es entsteht der bekannte Rostgeruch.

2FeCO 3 +H 2 O 2 =2FeOOH+2CO 2

Wir füllen das Hydroperit wieder so lange ein, bis die Schaumbildung, also die Reaktion, fast vollständig aufhört.

Wir lassen unser Chemiegefäß in Ruhe und sehen, wie sich ein roter Niederschlag bildet – das ist unser Oxid, genauer gesagt FeOOH-Oxid-Monohydrat, oder Hydroxid. Es bleibt nur noch, die Verbindung zu neutralisieren. Lassen Sie den Bodensatz absetzen und lassen Sie die überschüssige Flüssigkeit abtropfen. Anschließend klares Wasser hinzufügen, ruhen lassen und erneut abtropfen lassen. Wir wiederholen dies 3-4 Mal. Zum Schluss den Bodensatz auf ein Papiertuch schütten und trocknen. Das resultierende Pulver ist ein ausgezeichneter Katalysator und kann bereits zur Herstellung von Stopins und Sekundärzündzusammensetzungen, „Himbeer“-Schießpulver und zur Katalyse von Karamell-Raketentreibstoffen verwendet werden. /25.01.2008, kia-soft/

Das Originalrezept für „Himbeer“-Schießpulver sieht jedoch die Verwendung von reinem Rotoxid Fe 2 O 3 vor. Wie Experimente mit der Katalyse von Karamell gezeigt haben, ist Fe 2 O 3 tatsächlich ein etwas aktiverer Katalysator als FeOOH. Um Eisenoxid zu erhalten, reicht es aus, das resultierende Hydroxid auf einem heißen Eisenblech oder einfach in einer Blechdose zu kalzinieren. Dadurch entsteht rotes Fe 2 O 3-Pulver.

Nachdem ich den Muffelofen gebaut habe, kalziniere ich ihn 1-1,5 Stunden lang bei einer Temperatur von 300-350°C. Sehr bequem. /kia-soft 06.12.2007/

P.S.
Unabhängige Untersuchungen des Raketenwissenschaftlers Vega haben gezeigt, dass der mit dieser Methode gewonnene Katalysator im Vergleich zu industriellen Feroxiden eine erhöhte Aktivität aufweist, was sich insbesondere bei durch Verdampfung gewonnenem Zucker-Karamell-Kraftstoff bemerkbar macht.

Methode 2. Gewinnung von Eisenoxid Fe 2 O 3 aus Eisenchlorid

Informationen zu dieser Möglichkeit gibt es im Internet, zum Beispiel im Forum der bulgarischen Raketenwissenschaftler, Oxid wurde mit Bikarbonat gewonnen, im Forum der Chemiker wurde diese Methode erwähnt, aber ich habe nicht viel darauf geachtet, da ich es nicht hatte Eisenchlorid. Ich wurde kürzlich von einem Gast auf meiner Website RubberBigPepper an diese Option erinnert. Sehr aktuell, da ich mich aktiv mit Elektronik beschäftigte und Chlorid kaufte. Ich habe beschlossen, diese Möglichkeit zur Herstellung von Eisenhydroxid zu testen. Die Methode ist zwar finanziell etwas aufwändiger und der Hauptbestandteil Eisenchlorid ist schwieriger zu beschaffen, dafür aber einfacher herzustellen.

Also brauchen wir Eisenchlorid FeCl 3 Und Backpulver NaHCO 3. Eisenchlorid wird häufig zum Ätzen von Leiterplatten verwendet und ist in Radiogeschäften erhältlich.

Geben Sie zwei Teelöffel FeCl3-Pulver in ein Glas heißes Wasser und rühren Sie, bis es sich aufgelöst hat. Geben Sie nun unter ständigem Rühren langsam Backpulver hinzu. Die Reaktion verläuft zügig unter Blasen- und Schaumbildung, sodass kein Grund zur Eile besteht.

FeCl 3 +3NaHCO 3 =FeOOH+3NaCl+3CO 2 +H 2 O

Rühren, bis das Sprudeln aufhört. Wir stehen und bekommen das gleiche Hydroxid FeOOH im Sediment. Als nächstes neutralisieren wir die Verbindung wie bei der ersten Methode, indem wir die Lösung mehrmals abtropfen lassen, Wasser hinzufügen und absetzen. Abschließend trocknen wir den Niederschlag und verwenden ihn als Katalysator oder um durch Kalzinierung Eisenoxid Fe 2 O 3 zu erhalten (siehe Methode 1).

Hier ist eine einfache Möglichkeit. Die Ausbeute ist sehr gut, aus zwei Teelöffeln (~15g) Chlorid erhält man 10g Hydroxid. Die mit dieser Methode erhaltenen Katalysatoren wurden getestet und sind vollständig konform. /kia-soft 11.03.2010/

P.S.
Ich kann die 100-prozentige Zuverlässigkeit der chemischen Reaktionsgleichungen nicht garantieren, aber im Wesentlichen entsprechen sie laufenden chemischen Prozessen. Besonders unklar ist der Fall bei Fe(III)-Hydroxid. Nach allen Regeln sollte Fe(OH) 3 ausfallen. Aber in Gegenwart von Peroxid (Methode 1) und bei erhöhten Temperaturen (Methode 2) kommt es theoretisch zur Dehydratisierung des Trihydroxids zu FeOOH-Monohydrat. Dem äußeren Anschein nach ist genau das der Fall. Das resultierende Hydroxidpulver sieht aus wie Rost und der Hauptbestandteil von Rost ist FeOOH. ***