Det är inte en egenskap hos järn. Järn

Järn är en metall med medelhög kemisk aktivitet. Det är en del av många mineraler: magnetit, hematit, limonit, siderit, pyrit.

Limonitprov

Järns kemiska och fysikaliska egenskaper

Under normala förhållanden och i sin rena form är järn en silvergrå fast substans med en ljus metallisk lyster. Järn är en bra elektrisk och termisk ledare. Detta kan kännas genom att röra vid ett järnföremål i ett kallt rum. Eftersom metall snabbt leder värme tar den bort det mesta av värmen från människohuden på kort tid, så när du rör vid den känner du dig kall.


Rent järn

Smältpunkten för järn är 1538 °C, kokpunkten är 2862 °C. Järns karakteristiska egenskaper är god duktilitet och smältbarhet.

Reagerar med enkla ämnen: syre, halogener (brom, jod, fluor), fosfor, svavel. När järn förbränns bildas metalloxider. Beroende på reaktionsförhållandena och proportionerna mellan de två deltagarna kan järnoxider varieras. Reaktionsekvationer:

2Fe + O2 = 2FeO;

4Fe + 302 = 2Fe203;

3Fe + 202 = Fe304.

Sådana reaktioner sker vid höga temperaturer. Du kommer att lära dig vilka experiment för att studera egenskaperna hos järn som kan utföras hemma.

Reaktion av järn med syre

För reaktionen av järn med syre är förvärmning nödvändig. Järn brinner med en bländande låga och sprider heta partiklar av järnskal Fe₃O₄. Samma reaktion av järn och syre sker i luft, när den under mekanisk bearbetning blir mycket varm av friktion.


När järn brinner i syre (eller luft) bildas järnskal. Reaktionsekvation:

3Fe + 202 = Fe304

3Fe + 202 = FeO Fe203.

Järnskala är en förening där järn har olika valensvärden.

Beredning av järnoxider

Järnoxider är produkter av interaktionen mellan järn och syre. De mest kända av dem är FeO, Fe₂O3 och Fe₃O4.

Järn(III)oxid Fe2O3 är ett orangerött pulver som bildas genom oxidation av järn i luft.


Ämnet bildas genom nedbrytning av järnsalt i luft vid hög temperatur. Lite järn(III)sulfat hälls i en porslinsdegel och värms sedan över elden i en gasbrännare. Under termisk nedbrytning kommer järnsulfat att bryta ner till svaveloxid och järnoxid.

Järn (II, III) oxid Fe3O4 bildas när pulveriserat järn förbränns i syre eller i luft. För att få oxiden hälls lite fint järnpulver blandat med natrium- eller kaliumnitrat i en porslinsdegel. Blandningen antänds med en gasbrännare. Vid uppvärmning sönderfaller kalium- och natriumnitrat och frigör syre. Järn brinner i syre och bildar oxiden Fe₃O4. Efter att förbränningen avslutats förblir den resulterande oxiden i botten av porslinskoppen i form av järnskal.

Uppmärksamhet! Försök inte att upprepa dessa experiment själv!

Järn(II)oxid FeO är ett svart pulver som bildas när järnoxalat sönderfaller i en inert atmosfär.

  • Beteckning - Fe (järn);
  • Period - IV;
  • Grupp - 8 (VIII);
  • Atommassa - 55,845;
  • Atomnummer - 26;
  • Atomradie = 126 pm;
  • Kovalent radie = 117 pm;
  • Elektronfördelning - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ;
  • smälttemperatur = 1535°C;
  • kokpunkt = 2750°C;
  • Elektronegativitet (enligt Pauling/enligt Alpred och Rochow) = 1,83/1,64;
  • Oxidationstillstånd: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
  • Densitet (antal) = 7,874 g/cm3;
  • Molvolym = 7,1 cm3/mol.

Järnföreningar:

Järn är den mest förekommande metallen i jordskorpan (5,1 viktprocent) efter aluminium.

På jorden finns fritt järn i små mängder i form av nuggets, såväl som i fallna meteoriter.

Industriellt bryts järn från järnmalmsfyndigheter från järnhaltiga mineraler: magnetisk, röd, brun järnmalm.

Det bör sägas att järn är en del av många naturliga mineraler, vilket orsakar deras naturliga färg. Färgen på mineraler beror på koncentrationen och förhållandet av järnjoner Fe 2+ /Fe 3+, såväl som på atomerna som omger dessa joner. Till exempel påverkar närvaron av föroreningar av järnjoner färgen på många ädelstenar och halvädelstenar: topaser (från ljusgul till röd), safirer (från blå till mörkblå), akvamariner (från ljusblå till grönblå), etc.

Järn finns i vävnader hos djur och växter; till exempel finns cirka 5 g järn i en vuxens kropp. Järn är ett viktigt element, det är en del av hemoglobinproteinet, som deltar i transporten av syre från lungorna till vävnader och celler. Med brist på järn i människokroppen utvecklas anemi (järnbristanemi).


Ris. Järnatomens struktur.

Den elektroniska konfigurationen av järnatomen är 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 (se Elektronisk struktur av atomer). I bildningen av kemiska bindningar med andra element kan 2 elektroner placerade på den yttre 4s-nivån + 6 elektroner på 3d-undernivån (8 elektroner totalt) delta, därför kan järn i föreningar ta oxidationstillstånd +8, +6, +4, +3, +2, +1, (de vanligaste är +3, +2). Järn har en genomsnittlig kemisk aktivitet.


Ris. Järnoxidationstillstånd: +2, +3.

Fysiska egenskaper hos järn:

  • silver-vit metall;
  • i sin rena form är den ganska mjuk och plastig;
  • har god termisk och elektrisk ledningsförmåga.

Järn finns i form av fyra modifikationer (de skiljer sig åt i strukturen av kristallgittret): α-järn; p-järn; y-järn; 5-järn.

Järns kemiska egenskaper

  • reagerar med syre, beroende på temperatur och syrekoncentration kan olika produkter eller en blandning av järnoxidationsprodukter (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4) bildas:
    3Fe + 202 = Fe3O4;
  • järnoxidation vid låga temperaturer:
    4Fe + 302 = 2Fe2O3;
  • reagerar med vattenånga:
    3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2;
  • finkrossat järn reagerar vid upphettning med svavel och klor (järnsulfid och klorid):
    Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3;
  • vid höga temperaturer reagerar med kisel, kol, fosfor:
    3Fe + C = Fe3C;
  • Järn kan bilda legeringar med andra metaller och icke-metaller;
  • järn tränger undan mindre aktiva metaller från deras salter:
    Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu;
  • Med utspädda syror fungerar järn som ett reduktionsmedel och bildar salter:
    Fe + 2HCl = FeCl2 + H2;
  • med utspädd salpetersyra bildar järn olika syreduktionsprodukter, beroende på dess koncentration (N 2, N 2 O, NO 2).

Skaffa och använda järn

Industriellt järn erhålls smältning gjutjärn och stål.

Gjutjärn är en legering av järn med föroreningar av kisel, mangan, svavel, fosfor och kol. Kolhalten i gjutjärn överstiger 2 % (i stål mindre än 2 %).

Rent järn erhålls:

  • i syreomvandlare gjorda av gjutjärn;
  • reduktion av järnoxider med väte och tvåvärd kolmonoxid;
  • elektrolys av motsvarande salter.

Gjutjärn erhålls från järnmalm genom reduktion av järnoxider. Järnsmältning sker i masugnar. Koks används som värmekälla i en masugn.

En masugn är en mycket komplex teknisk struktur som är flera tiotals meter hög. Den är fodrad med eldfast tegelsten och skyddad av ett yttre stålhölje. Från och med 2013 byggdes den största masugnen i Sydkorea av stålföretaget POSCO vid Gwangyang Metallurgical Plant (ugnsvolymen efter moderniseringen var 6 000 kubikmeter med en årlig kapacitet på 5 700 000 ton).


Ris. Smältugn.

Processen att smälta gjutjärn i en masugn fortsätter kontinuerligt i flera decennier tills ugnen når sitt slut.


Ris. Processen att smälta järn i en masugn.

  • berikade malmer (magnetisk, röd, brun järnmalm) och koks hälls genom toppen av masugnen;
  • processer för reduktion av järn från malm under påverkan av kolmonoxid (II) sker i mitten av masugnen (gruvan) vid en temperatur på 450-1100°C (järnoxider reduceras till metall):
    • 450-500°C - 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2;
    • 600°C - Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2;
    • 800°C - FeO + CO = Fe + CO2;
    • en del av den tvåvärda järnoxiden reduceras av koks: FeO + C = Fe + CO.
  • Parallellt sker processen för reduktion av kisel- och manganoxider (ingår i järnmalm i form av föroreningar), kisel och mangan är en del av det smältande järnet:
    • Si02 + 2C = Si + 2CO;
    • Mn2O3 + 3C = 2Mn + 3CO.
  • Under den termiska nedbrytningen av kalksten (införs i en masugn) bildas kalciumoxid, som reagerar med kisel- och aluminiumoxider som finns i malmen:
    • CaC03 = CaO + CO2;
    • CaO + Si02 = CaSi03;
    • CaO + Al2O3 = Ca(AlO2)2.
  • vid 1100°C upphör processen med järnreduktion;
  • under schaktet finns ånga, den bredaste delen av masugnen, under vilken det finns en skuldra, i vilken koks brinner ut och flytande smältprodukter bildas - gjutjärn och slagg, som ansamlas längst ner i ugnen - smedjan ;
  • I den övre delen av härden vid en temperatur av 1500°C sker intensiv förbränning av koks i en ström av blåst luft: C + O 2 = CO 2 ;
  • passerar genom varm koks omvandlas kolmonoxid (IV) till kolmonoxid (II), som är ett reduktionsmedel för järn (se ovan): CO 2 + C = 2CO;
  • slagg som bildas av silikater och kalciumaluminatsilikater är belägna ovanför gjutjärnet och skyddar det från syreverkan;
  • genom speciella hål placerade på olika nivåer av härden släpps gjutjärn och slagg ut;
  • Det mesta av gjutjärnet används för vidare bearbetning - stålsmältning.

Stål smälts av gjutjärn och metallskrot med hjälp av omvandlarmetoden (öppen härdmetoden är redan föråldrad, även om den fortfarande används) eller genom elektrisk smältning (i elektriska ugnar, induktionsugnar). Kärnan i processen (gjutjärnsbearbetning) är att minska koncentrationen av kol och andra föroreningar genom oxidation med syre.

Som nämnts ovan överstiger inte kolkoncentrationen i stål 2 %. Tack vare detta kan stål, till skillnad från gjutjärn, smidas och rullas ganska lätt, vilket gör det möjligt att göra en mängd olika produkter från det som har hög hårdhet och styrka.

Stålets hårdhet beror på kolhalten (ju mer kol, desto hårdare stål) i en viss stålkvalitet och värmebehandlingsförhållanden. Vid anlöpning (långsam kylning) blir stålet mjukt; Vid härdning (snabb kylning) blir stålet mycket hårt.

För att ge stål de erforderliga specifika egenskaperna tillsätts legeringstillsatser till det: krom, nickel, kisel, molybden, vanadin, mangan, etc.

Gjutjärn och stål är de viktigaste strukturella materialen i de allra flesta sektorer av den nationella ekonomin.

Järns biologiska roll:

  • den vuxna människokroppen innehåller cirka 5 g järn;
  • järn spelar en viktig roll i funktionen av hematopoetiska organ;
  • järn är en del av många komplexa proteinkomplex (hemoglobin, myoglobin, olika enzymer).

Lektionens mål:

  • bilda en uppfattning om järns fysikaliska och kemiska egenskaper beroende på graden av oxidation det uppvisar och oxidationsmedlets natur;
  • utveckla elevernas teoretiska tänkande och deras förmåga att förutsäga egenskaperna hos ett ämne, baserat på kunskap om dess struktur;
  • utveckla konceptuellt tänkande för sådana operationer som analys, jämförelse, generalisering, systematisering;
  • utveckla sådana egenskaper av tänkande som objektivitet, kortfattadhet och klarhet, självkontroll och aktivitet.

Lektionens mål:

  • uppdatera elevernas kunskaper om ämnet: "Atomens struktur";
  • organisera elevernas kollektiva arbete från att sätta en inlärningsuppgift till det slutliga resultatet (skapa ett referensdiagram för lektionen);
  • sammanfatta materialet om ämnet: "Metaller" och överväga egenskaperna hos järn och dess tillämpning;
  • organisera oberoende forskningsarbete i par för att studera järns kemiska egenskaper;
  • organisera ömsesidig kontroll av eleverna på lektionen.

Lektionstyp: lära sig nytt material.

Reagens och utrustning:

  • järn (pulver, tallrik, gem),
  • svavel,
  • saltsyra,
  • koppar(II)sulfat
  • järnkristallgitter,
  • spelaffischer,
  • magnet,
  • ett urval av illustrationer om ämnet,
  • provrör,
  • alkohollampa,
  • tändstickor,
  • sked för att bränna brandfarliga ämnen,
  • geografiska kartor.

Lektionens struktur

  1. Inledande del.
  2. Att lära sig nytt material.
  3. Läxmeddelande.
  4. Konsolidering av det studerade materialet.

Under lektionerna

1. Inledande del

Att organisera tid.

Kontrollera tillgången på studenter.

Lektionens ämnesmeddelande. Anteckna ämnet på tavlan och i elevernas anteckningsböcker.

2. Att lära sig nytt material

– Vad tror du att ämnet för vår lektion i dag kommer att vara?

1. Utseendet av järn markerade början av järnåldern i den mänskliga civilisationen.

Var fick de gamla människorna järn ifrån vid en tid då de ännu inte visste hur de skulle utvinna det ur malm? Järn, översatt från det sumeriska språket, är en metall som "tappade från himlen, himmelskt." Det första järnet som mänskligheten mötte var järn från meteoriter. För första gången bevisades det att "järnstenar faller från himlen" 1775 av den ryske vetenskapsmannen P.S. Palace, som förde till St Petersburg ett block av inhemsk järnmeteorit som vägde 600 kg. Den största järnmeteoriten är "Goba"-meteoriten, som hittades 1920 i sydvästra Afrika och vägde cirka 60 ton. Låt oss komma ihåg Tutankhamons grav: guld, guld. Magnifikt arbete njuter, briljansen bländar ögonen. Men här är vad K. Kerram skriver i boken "Gods, Tombs, Scientists" om den lilla järnamuletten av Tutankhamon: "Amuletten är en av de tidigaste produkterna i Egypten, och ... i en grav fylld nästan till kapaciteten med guld, det var detta blygsamma fynd som hade störst värde ur kulturhistorisk synvinkel.” Endast ett fåtal järnföremål hittades i faraos grav, bland dem en järnamulett av guden Horus, en liten dolk med ett järnblad och ett guldhandtag och en liten järnpall "Urs".

Forskare antyder att det var länderna i Mindre Asien, där hettitiska stammarna bodde, som var ursprungsplatsen för järn- och stålindustrin. Järn kom till Europa från Mindre Asien redan under 1:a årtusendet f.Kr.; Så började järnåldern i Europa.

Det berömda damaskstålet (eller damaskstålet) tillverkades i öst på Aristoteles tid (IV-talet f.Kr.). Men tekniken för dess tillverkning hölls hemlig i många århundraden.

Jag drömde om en annan sorts sorg
Om grått Damaskusstål.
Jag såg hur stålet var härdat
Som en av de unga slavarna
De valde honom, matade honom,
Så att hans kött får kraft.
Väntade på förfallodagen
Och så det glödheta bladet
De störtade in i det muskulösa köttet,
De tog ut det färdiga bladet.
Starkare än stål har öst inte sett,
Starkare än stål och bittrare än sorg.

Eftersom damaststål är ett stål med mycket hög hårdhet och elasticitet, har produkter tillverkade av det förmågan att inte bli matta när de vässas. Den ryske metallurgen P.P. avslöjade hemligheten med damaststål. Anosov. Han kylde mycket långsamt det varma stålet i en speciell lösning av teknisk olja uppvärmd till en viss temperatur; Under kylningsprocessen smiddes stålet.

(Demonstration av ritningar.)

Järn är en silvergrå metall


Järn är en silvergrå metall

Dessa spikar är gjorda av järn

Stål används inom bilindustrin

Stål används för att tillverka medicinska instrument

Stål används för att tillverka lokomotiv


Alla metaller är utsatta för korrosion


Alla metaller är utsatta för korrosion

2. Placering av järn i PSHEM.

Vi tar reda på järnets position i PSCEM, kärnans laddning och fördelningen av elektroner i atomen.

3. Fysiska egenskaper hos järn.

– Vilka fysiska egenskaper hos järn känner du till?

Järn är en silvervit metall med en smältpunkt på 1539 o C. Den är mycket seg, därför är den lätt att bearbeta, smida, rulla, stämpla. Järn har förmågan att magnetiseras och avmagnetiseras, därför används det som elektromagnetiska kärnor i olika elektriska maskiner och enheter. Den kan ges större hållfasthet och hårdhet genom termiska och mekaniska metoder, till exempel genom härdning och valsning.

Det finns kemiskt rent och kommersiellt rent järn. Tekniskt rent järn är i huvudsak lågkolhaltigt stål, det innehåller 0,02-0,04% kol och ännu mindre syre, svavel, kväve och fosfor. Kemiskt rent järn innehåller mindre än 0,01 % föroreningar. Kemiskt rent järn - silvergrå, glänsande metall, mycket lik platina till utseendet. Kemiskt rent järn är resistent mot korrosion (kom ihåg vad korrosion är? Demonstration av en frätande spik) och motstår syror bra. Men obetydliga mängder föroreningar berövar den dessa värdefulla egenskaper.

4. Järns kemiska egenskaper.

Baserat på din kunskap om metallers kemiska egenskaper, vilka kemiska egenskaper tror du att järn kommer att ha?

Demonstration av experiment.

  • Interaktion mellan järn och svavel.

Praktiskt arbete.

  • Interaktion mellan järn och saltsyra.
  • Interaktion mellan järn och koppar(II)sulfat.

5. Användning av järn.

Samtal om frågor:

– Hur tror du är fördelningen av järn i naturen?

Järn är ett av de vanligaste grundämnena i naturen. I jordskorpan är dess massandel 5,1%, enligt denna indikator är den näst efter syre, kisel och aluminium. Mycket järn finns också i himlakroppar, vilket bestäms genom spektralanalys. I prover av månjord som levererades av Lunas automatiska station, hittades järn i ooxiderat tillstånd.

Järnmalmer är ganska utbredda på jorden. Namnen på bergen i Ural talar för sig själva: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Agrokemister hittar järnföreningar i jordar.

– I vilken form förekommer järn i naturen?

Järn är en komponent i de flesta stenar. För att få fram järn används järnmalmer med en järnhalt på 30-70 % eller mer. De viktigaste järnmalmerna är: magnetit - Fe 3 O 4 innehåller 72% järn, avlagringar finns i södra Ural, Kursk magnetisk anomali; hematit - Fe 2 O 3 innehåller upp till 65% järn, sådana avlagringar finns i Krivoy Rog-regionen; limonit – Fe 2 O 3 * nH 2 O innehåller upp till 60 % järn, avlagringar finns på Krim; pyrit - FeS 2 innehåller cirka 47% järn, avlagringar finns i Ural. (Arbetar med konturkartor).

– Vilken roll har järn i människors och växters liv?

Biokemister har upptäckt järnets viktiga roll i livet för växter, djur och människor. Som en del av en extremt komplex organisk förening som kallas hemoglobin, bestämmer järn den röda färgen på detta ämne, vilket i sin tur bestämmer färgen på blod från människor och djur. En vuxens kropp innehåller 3 g rent järn, varav 75% är en del av hemoglobin. Hemoglobins huvudroll är att transportera syre från lungorna till vävnaderna och i motsatt riktning - CO 2.

Växter behöver också järn. Det är en del av cytoplasman och deltar i processen för fotosyntes. Växter som odlas på ett substrat som inte innehåller järn har vita blad. En liten tillsats av järn till underlaget och de blir gröna. Dessutom är det värt att smörja ett vitt ark med en saltlösning som innehåller järn, och snart blir det utsmetade området grönt.

Så av samma anledning - närvaron av järn i juicer och vävnader - blir växternas blad glatt gröna och en persons kinder rodnar ljust.

Ungefär 90 % av de metaller som används av mänskligheten är järnbaserade legeringar. Det smälts mycket järn i världen, cirka 50 gånger mer än aluminium, för att inte tala om andra metaller. Järnbaserade legeringar är universella, tekniskt avancerade, tillgängliga och billiga. Järn kommer fortfarande att vara grunden för civilisationen under lång tid.

3. Posta hemmaterial

14, ex. Nr 6, 8, 9 (baserat på arbetsboken för läroboken av O.S. Gabrielyan "Chemistry 9", 2003).

4. Konsolidering av det studerade materialet

  1. Använd referensdiagrammet skrivet på tavlan och dra en slutsats: vad är järn och vilka egenskaper har det?
  2. Grafisk diktering (förbered i förväg pappersark med en dragen rät linje, indelade i 8 segment och numrerade enligt dikteringsfrågorna. Markera med en koja ”^” på segmentet numret på den position som anses vara korrekt).

Alternativ 1.

  1. Järn är en reaktiv alkalimetall.
  2. Järn är lätt att smida.
  3. Järn är en del av bronslegeringen.
  4. Järnatomens yttre energinivå har 2 elektroner.
  5. Järn reagerar med utspädda syror.
  6. Med halogener bildar den halogenider med ett oxidationstillstånd på +2.
  7. Järn interagerar inte med syre.
  8. Järn kan erhållas genom elektrolys av smält järnsalt.
1 2 3 4 5 6 7 8

Alternativ 2.

  1. Järn är en silvervit metall.
  2. Järn har inte förmågan att magnetiseras.
  3. Järnatomer uppvisar oxiderande egenskaper.
  4. Det finns 1 elektron i järnatomens yttre energinivå.
  5. Järn tränger undan koppar från lösningar av dess salter.
  6. Med halogener bildas föreningar med ett oxidationstillstånd på +3.
  7. Med en lösning av svavelsyra bildas järn(III)sulfat.
  8. Järn korroderar inte.
1 2 3 4 5 6 7 8

Efter att ha slutfört uppgiften utbyter eleverna sina verk och kontrollerar dem (svaren på verken läggs upp på tavlan eller visas genom projektorn).

Markeringskriterier:

  • "5" - 0 fel,
  • "4" - 1-2 fel,
  • "3" - 3-4 fel,
  • "2" – 5 eller fler fel.

Begagnade böcker

  1. Gabrielyan O.S. Kemi årskurs 9. – M.: Bustard, 2001.
  2. Gabrielyan O.S. Bok för lärare. – M.: Bustard, 2002.
  3. Gabrielyan O.S. Kemi årskurs 9. Arbetsbok. – M.: Bustard, 2003.
  4. Utbildningsbranschen. Sammanfattning av artiklar. Nummer 3. – M.: MGIU, 2002.
  5. Malyshkina V. Underhållande kemi. – St. Petersburg, "Trigon", 2001.
  6. Programvara och metodmaterial. Kemi årskurs 8-11. – M.: Bustard, 2001.
  7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. En bok om kemi för hemläsning. – M.: Kemi, 1995.
  8. Jag går på kemikurs. Bok för lärare. – M.: "Första september", 2000.

Ansökningar

Vet du att?

Järn - en av livets viktigaste delar. Blod innehåller järn, och det är detta som bestämmer blodets färg, såväl som dess huvudsakliga egenskap - förmågan att binda och frigöra syre. Denna förmåga innehas av en komplex förening - hem - en integrerad del av hemoglobinmolekylen. Förutom hemoglobin innehåller vår kropp även järn i myoglobin, ett protein som lagrar syre i musklerna. Det finns även enzymer som innehåller järn.

Nära Delhi i Indien finns en järnpelare utan det minsta rostfläck, även om dess ålder är nästan 2800 år. Detta är den berömda Kutub-kolonnen, cirka sju meter hög och vägande 6,5 ton. Inskriptionen på kolonnen indikerar att den restes på 800-talet. före Kristus e. Rostningen av järn - bildandet av järnmetahydroxid - är förknippat med dess interaktion med fukt och syre i luften.

Denna reaktion sker dock inte i frånvaro av olika föroreningar i järn, främst kol, kisel och svavel. Kolonnen var gjord av mycket ren metall: järn i kolonnen visade sig vara 99,72%. Detta förklarar dess hållbarhet och korrosionsbeständighet.

1934 publicerades artikeln "Förbättring av järn och stål genom ... rost i marken" i Mining Journal. Metoden att förvandla järn till stål genom att rosta i marken har varit känd för människor sedan urminnes tider. Till exempel grävde tjerkasserna i Kaukasus ner järn i marken, och efter att ha grävt upp det 10-15 år senare, smide de sina sablar från det, som till och med kunde skära igenom en pistolpipa, en sköld eller fiendens ben.

Hematit

Hematit, eller röd järnmalm – huvudmalmen av vår tids huvudmetall – järn. Järnhalten i den når 70%. Hematit har varit känt under lång tid. I Babylon och det antika Egypten användes det i smycken, för att tillverka sälar, och tillsammans med kalcedon fungerade det som ett favoritmaterial som en huggen sten. Alexander den store hade en ring inlagd med hematit, som han trodde gjorde honom osårbar i strid. I antiken och medeltiden var hematit känt som ett läkemedel som stoppade blod. Pulver från detta mineral har använts för guld- och silverföremål sedan urminnes tider.

Namnet på mineralet kommer från grekiskan detaljer– blod, som är förknippat med den körsbärsröda eller vaxröda färgen på pulvret av detta mineral.

En viktig egenskap hos mineralet är förmågan att ständigt lagra färg och överföra den till andra mineraler som innehåller åtminstone en liten blandning av hematit. Den rosa färgen på Isakskatedralens granitpelare är färgen på fältspat, som i sin tur färgas av fint spridd hematit. De pittoreska mönstren av jaspis som används för att avsluta tunnelbanestationerna i huvudstaden, orange och rosa karneoler på Krim, korallröda lager av sylvit och karnalit i saltskikt - alla har sin färg till hematit.

Röd färg har länge tillverkats av hematit. Alla de berömda fresker som gjordes för 15-20 tusen år sedan - den underbara bisonen i Altamira-grottan och mammutarna från den berömda Cape Cave - gjordes med bruna järnoxider och hydroxider.

Magnetit

Magnetit, eller magnetisk järnmalm – ett mineral som innehåller 72 % järn. Detta är den rikaste järnmalmen. Det anmärkningsvärda med detta mineral är dess naturliga magnetism - egenskapen på grund av vilken det upptäcktes.

Som rapporterats av den romerske vetenskapsmannen Plinius är magnetit uppkallad efter den grekiska herden Magnes. Magnes skötte sin flock nära kullen ovanför floden. Hindu i Thessalien. Plötsligt drogs en stav med järnspets och sandaler klädda med spik mot sig själv av ett berg av massiv grå sten. Mineralet magnetit gav i sin tur namn åt magneten, magnetfältet och hela det mystiska fenomenet magnetism, som har studerats noggrant sedan Aristoteles tid fram till idag.

De magnetiska egenskaperna hos detta mineral används fortfarande idag, främst för att söka efter fyndigheter. Så upptäcktes unika järnavlagringar i området Kursk Magnetic Anomaly (KMA). Mineralet är tungt: ett prov av magnetit i storleken av ett äpple väger 1,5 kg.

I forntida tider var magnetit utrustad med alla möjliga läkande egenskaper och förmågan att utföra mirakel. Den användes för att utvinna metall från sår, och Ivan den förskräcklige behöll sina omärkliga kristaller bland sina skatter tillsammans med andra stenar.

Pyrit är ett eldliknande mineral

Pyrit - ett av de där mineralerna som du, när du ser det, vill utropa: "Är det verkligen vad som hände?" Det är svårt att tro att den högsta klassen av skärning och polering som förvånar oss i handgjorda produkter, i pyritkristaller, är en generös gåva från naturen.

Pyrit har fått sitt namn från det grekiska ordet "pyros" - eld, som är förknippat med dess egenskap att gnista när den träffas av stålföremål. Detta vackra mineral förvånar med sin gyllene färg och ljusa glans på nästan alltid tydliga kanter. På grund av dess egenskaper har pyrit varit känt sedan urminnes tider, och under guldrushepidemierna gnistrade pyrit i en kvartsven mer än ett hett huvud. Även nu förväxlar nybörjare stenälskare ofta pyrit för guld.

Pyrit är ett allestädes närvarande mineral: det bildas från magma, från ångor och lösningar, och till och med från sediment, varje gång i specifika former och kombinationer. Det finns ett känt fall när kroppen av en gruvarbetare som föll i en gruva under flera decennier förvandlades till pyrit. Det finns mycket järn i pyrit - 46,5%, men att utvinna det är dyrt och olönsamt.

Berättelse

Järn, som verktygsmaterial, har varit känt sedan urminnes tider. De äldsta järnföremålen som hittades under arkeologiska utgrävningar går tillbaka till det 4:e årtusendet f.Kr. e. och tillhör de forntida sumeriska och forntida egyptiska civilisationerna. Dessa är gjorda av meteoritjärn, det vill säga en legering av järn och nickel (innehållet i det senare varierar från 5 till 30%), smycken från egyptiska gravar (cirka 3800 f.Kr.) och en dolk från den sumeriska staden Ur (ca. 3100 f.Kr.). e.). Tydligen kommer ett av namnen på järn på grekiska och latin från det himmelska ursprunget till meteoritjärn: "sider" (som betyder "stjärna").

Produkter gjorda av järn som erhållits genom smältning har varit kända sedan bosättningen av ariska stammar från Europa till Asien, öarna i Medelhavet och bortom (sent 4:e och 3:e årtusendet f.Kr.). De äldsta kända järnverktygen är stålblad som finns i murverket i Keopspyramiden i Egypten (byggd omkring 2530 f.Kr.). Som utgrävningar i den nubiska öknen har visat, brände egyptierna redan på den tiden, som försökte separera det utvunna guldet från den tunga magnetitsanden, malmen med kli och liknande ämnen innehållande kol. Som ett resultat flöt ett lager av degjärn på ytan av guldsmältan, som bearbetades separat. Verktyg smiddes av detta järn, inklusive de som hittades i Cheops-pyramiden. Men efter Cheops Menkaurs barnbarn (2471-2465 f.Kr.) uppstod oroligheter i Egypten: adeln, ledd av gudens präster, störtade den härskande dynastin, och ett språng av usurperare började, som slutade med anslutningen av farao av ​​nästa dynasti, Userkar, som prästerna förklarade sonen och inkarnationen guden Ra själv (sedan dess har detta blivit den officiella statusen för faraonerna). Under denna turbulens föll egyptiernas kulturella och tekniska kunskaper i förfall, och precis som konsten att bygga pyramider försämrades, gick järnproduktionstekniken förlorad, till den grad att senare, när de utforskade Sinaihalvön på jakt efter koppar malm, ägnade egyptierna ingen uppmärksamhet åt de fyndigheter av järnmalm som fanns där, och fick järn från de närliggande hettiterna och mitannerna.

De första som behärskade produktionen av järn var Hutts, detta indikeras av det äldsta (2:a årtusendet f.Kr.) omnämnandet av järn i texterna från hettiterna, som grundade sitt imperium på Hutts territorium (moderna Anatolien i Turkiet). Således säger den hetitiska kungen Anittas text (cirka 1800 f.Kr.):

När jag åkte på en kampanj till staden Puruskhanda kom en man från staden Puruskhanda för att buga för mig (...?) och han gav mig 1 järntron och 1 järnscepter (?) som ett tecken på underkastelse (?) ...

(källa: Giorgadze G.G.// Bulletin av antikens historia. 1965. Nr 4.)

I antiken var Khalibs kända som mästare på järnprodukter. Legenden om Argonauterna (deras fälttåg i Colchis ägde rum cirka 50 år före det trojanska kriget) berättar att kungen av Colchis, Eet, gav Jason en järnplog så att han kunde plöja Ares åker, och hans undersåtar, Calibers , beskrivs:

De plöjer inte marken, planterar inte fruktträd, betar inte flockar på rika ängar; de utvinner malm och järn från oodlad mark och byter mat mot det. Dagen börjar inte för dem utan hårt arbete, de tillbringar hela dagen i nattens mörker och tjock rök...

Aristoteles beskrev sin metod för att tillverka stål: ”Khaliberna tvättade flodsanden i sitt land flera gånger och släppte därigenom svart koncentrat (en tung fraktion som huvudsakligen består av magnetit och hematit) och smälte det i ugnar; Den sålunda erhållna metallen hade en silverfärgad färg och var rostfri.”

Som råvara för stålsmältning användes magnetitsand, som ofta finns längs hela Svarta havets kust: denna magnetitsand består av en blandning av små korn av magnetit, titano-magnetit eller ilmenit, och fragment av andra bergarter, så att stålet som smältes av Khalibans var legerat och hade utmärkta egenskaper. Denna unika metod för att få fram järn antyder att Khalibs bara sprider järn som ett tekniskt material, men deras metod kunde inte vara en metod för den utbredda industriella produktionen av järnprodukter. Deras produktion fungerade dock som en drivkraft för vidareutvecklingen av järnmetallurgin.

I forna tider värderades järn mer än guld, och enligt Strabos beskrivning gav afrikanska stammar 10 pund guld för 1 pund järn, och enligt historikern G. Areshyans forskning var kostnaden för koppar, silver, guld och järn bland de gamla hettiterna var i förhållandet 1: 160 : 1280: 6400. På den tiden användes järn som smyckesmetall, troner och andra kungliga makter gjordes av det: till exempel den bibliska boken 5 Mosebok 3.11 beskriver Refaimkungen Ogs "järnsäng".

I Tutankhamons grav (cirka 1350 f.Kr.) hittades en järndolk i en guldram – möjligen en gåva från hettiterna i diplomatiska syften. Men hettiterna strävade inte efter den utbredda spridningen av järn och dess teknologier, vilket framgår av den korrespondens som har kommit till oss mellan den egyptiske farao Tutankhamon och hans svärfar Hattusil, hettiternas kung. Farao ber att få skicka mer järn, och hettiternas kung svarar undvikande att järnreserverna har torkat ut, och smederna är upptagna med jordbruksarbete, så han kan inte uppfylla den kunglige svärsonens begäran och skickar endast en dolk gjord av "bra järn" (det vill säga stål). Som du kan se försökte hettiterna använda sina kunskaper för att uppnå militära fördelar, och gav inte andra möjlighet att komma ikapp dem. Tydligen är det därför som järnprodukter blev utbredda först efter det trojanska kriget och den hettitiska maktens fall, då järntekniken, tack vare grekernas handelsverksamhet, blev känd för många och nya järnfyndigheter och gruvor upptäcktes. Så "brons"åldern ersattes av "järnåldern".

Enligt Homers beskrivningar, även om vapen under det trojanska kriget (cirka 1250 f.Kr.) huvudsakligen tillverkades av koppar och brons, var järn redan välkänt och efterfrågat, fastän mer som en ädelmetall. Till exempel, i den 23:e sången av Iliaden, säger Homer att Akilles gav en diskus gjord av järn till vinnaren i en diskuskastningstävling. Achaeerna bröt detta järn från trojanerna och närliggande folk (Iliad 7.473), inklusive Khalibs, som kämpade på trojanernas sida:

"Andra akaiska män köpte vin med byteshandel,
De bytte ut dem mot ringande koppar, mot gråjärn,
De för oxskinn eller branthorniga oxar,
De för sina fulla. Och en glad fest har förberetts..."

Kanske var järn en av anledningarna som fick de akaiska grekerna att flytta till Mindre Asien, där de lärde sig hemligheterna bakom dess produktion. Och utgrävningar i Aten visade att redan omkring 1100 f.Kr. e. och senare var järnsvärd, spjut, yxor och till och med järnspik redan utbredda. Den bibliska boken Josua 17:16 (jfr Domarboken 14:4) beskriver att filistéerna (bibliska "PILISTIM", och dessa var proto-grekiska stammar släkt med de senare hellenerna, främst pelasger) hade många järnvagnar, dvs. i detta På den tiden hade järn redan blivit allmänt använt i stora mängder.

Homeros i Iliaden och Odysséen kallar järn för en "hård metall" och beskriver härdningen av verktyg:

"Den effektiva förfalskaren, efter att ha gjort en yxa eller yxa,
Metall ner i vattnet, värm upp det så att det fördubblas
Han hade en fästning, han fördjupar ... "

Homer kallar järn svårt eftersom den huvudsakliga metoden för dess framställning i antiken var ostblåsningsprocessen: omväxlande lager av järnmalm och träkol brändes i speciella ugnar (ugnar - från det antika "hornet" - horn, rör, ursprungligen var det bara ett rör grävt i marken, vanligtvis horisontellt i sluttningen av en ravin). I smedjan reduceras järnoxider till metall av hett kol, som tar upp syre, oxiderar till kolmonoxid, och som ett resultat av sådan förbränning av malm med kol erhölls degliknande krichin (svamp)järn. Kritsa rensades från slagg genom att smide, krama ut orenheter med kraftiga hammarslag. De första smedjorna hade en relativt låg temperatur - märkbart lägre än gjutjärnets smältpunkt, så järnet visade sig vara relativt lågkolhaltigt. För att få starkt stål var det nödvändigt att kalcinera och smida järnkärnan med kol många gånger, medan metallens ytskikt dessutom mättades med kol och förstärktes. Det var så "bra järn" erhölls - och även om det krävde mycket arbete, var produkterna som erhölls på detta sätt betydligt starkare och hårdare än brons.

Senare lärde de sig att tillverka mer effektiva ugnar (på ryska - masugn, domna) för stålproduktion, och använde bälgar för att tillföra luft till ugnen. Redan romarna visste hur man skulle få temperaturen i ugnen till smältande stål (ca 1400 grader, och rent järn smälter vid 1535 grader). Detta ger gjutjärn med en smältpunkt på 1100-1200 grader, som är mycket skört i fast tillstånd (inte ens smidesbart) och inte har stålets elasticitet. Det ansågs från början vara en skadlig biprodukt. tackjärn, på ryska, tackjärn, tackor, där faktiskt ordet gjutjärn kommer ifrån), men sedan upptäcktes det att när det omsmälts i en ugn med ökad luft som blåser genom den, förvandlas gjutjärn till stål av god kvalitet, eftersom överskott av kol brinner ut. Denna tvåstegsprocess för att tillverka stål från gjutjärn visade sig vara enklare och mer lönsam än den kritiska, och denna princip har använts utan större förändringar i många århundraden, och förblir än i dag den huvudsakliga metoden för att producera järnmaterial.

Bibliografi: Carl Bax. Rikedomen i jordens inre. M.: Progress, 1986, s. 244, kapitel "Järn"

namnets ursprung

Det finns flera versioner av ursprunget till det slaviska ordet "järn" (vitryska zaleza, ukrainska zalizo, gammalslavisk. järn, bulgariska Zhelyazo, Serbohorv. zhejezo, polska żelazo, tjeckiska železo, slovenska. železo).

En av etymologierna förbinder Praslav. *želězo med det grekiska ordet χαλκός , vilket betydde järn och koppar, enligt en annan version *želězo liknande ord *žely"sköldpadda" och *glazъ"rock", med den allmänna semen "sten". Den tredje versionen föreslår ett gammalt lån från ett okänt språk.

De germanska språken lånade namnet järn (gotisk. eisarn, Engelsk järn, Tysk Eisen, Nederländerna ijzer, dat. jern, svenska järn) från Celtic.

Förkeltiskt ord *isarno-(> Old Irish iarn, Old Brett hoiarn), går antagligen tillbaka till det förfäders d.v.s. *h 1 esh 2 r-no- ”blodig” med den semantiska utvecklingen ”blodig” > ”röd” > ”järn”. Enligt en annan hypotes går detta ord tillbaka till förfäderna d.v.s. *(H)ish 2 ro- "stark, helig, med övernaturlig kraft."

Forntida grekiska ord σίδηρος , kan ha lånats från samma källa som de slaviska, germanska och baltiska orden för silver.

Namnet på naturligt järnkarbonat (siderit) kommer från latin. sidereus- stjärnklar; Det första järnet som föll i händerna på människor var faktiskt av meteorit ursprung. Kanske är denna slump inte en tillfällighet. I synnerhet det antika grekiska ordet sideros (σίδηρος) för järn och latin sidus, som betyder "stjärna", har förmodligen ett gemensamt ursprung.

Isotoper

Naturligt järn består av fyra stabila isotoper: 54 Fe (isotopisk mängd 5,845%), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) och 58 Fe (0,282%). Mer än 20 instabila isotoper av järn är också kända med masstal från 45 till 72, varav de mest stabila är 60 Fe (halveringstid enligt data uppdaterade 2009 är 2,6 miljoner år), 55 Fe (2,737 år), 59 Fe (44,495 dagar) och 52 Fe (8,275 timmar); de återstående isotoperna har en halveringstid på mindre än 10 minuter.

Järnisotopen 56 Fe är en av de mest stabila kärnorna: alla följande element kan minska bindningsenergin per nukleon genom sönderfall, och alla tidigare element skulle i princip kunna minska bindningsenergin per nukleon genom fusion. Man tror att järn avslutar serien av syntes av element i kärnorna av normala stjärnor (se Iron Star), och alla efterföljande element kan endast bildas som ett resultat av supernovaexplosioner.

Geokemi av järn

Hydrotermisk källa med järnhaltigt vatten. Järnoxider färgar vattnet brunt.

Järn är ett av de vanligaste grundämnena i solsystemet, särskilt på de jordiska planeterna, särskilt på jorden. En betydande del av de jordiska planeternas järn finns i planeternas kärnor, där dess innehåll uppskattas till cirka 90 %. Järnhalten i jordskorpan är 5 % och i manteln cirka 12 %. Av metallerna är järn näst efter aluminium i överflöd i barken. Samtidigt finns cirka 86 % av allt järn i kärnan och 14 % i manteln. Järnhalten ökar markant i mafiska magmatiska bergarter, där det är förknippat med pyroxen, amfibol, olivin och biotit. Järn ansamlas i industriella koncentrationer under nästan alla exogena och endogena processer som sker i jordskorpan. Havsvatten innehåller järn i mycket små mängder, 0,002-0,02 mg/l. I flodvatten är det något högre - 2 mg/l.

Järns geokemiska egenskaper

Den viktigaste geokemiska egenskapen hos järn är närvaron av flera oxidationstillstånd. Järn i neutral form - metalliskt - utgör jordens kärna, finns möjligen i manteln och finns mycket sällan i jordskorpan. Järnhaltigt järn FeO är den huvudsakliga formen av järn som finns i manteln och skorpan. Järnoxid Fe 2 O 3 är karakteristisk för de översta, mest oxiderade delarna av jordskorpan, i synnerhet sedimentära bergarter.

När det gäller kristallkemiska egenskaper ligger Fe 2+-jonen nära Mg 2+- och Ca 2+-jonerna - andra huvudelement som utgör en betydande del av alla jordiska bergarter. På grund av kristallkemisk likhet ersätter järn magnesium och, delvis, kalcium i många silikater. I detta fall ökar vanligtvis järnhalten i mineraler med varierande sammansättning med sjunkande temperatur.

Järnmineraler

Ett stort antal malmer och mineraler som innehåller järn är kända. Av största praktiska betydelse är röd järnmalm (hematit, Fe 2 O 3; innehåller upp till 70 % Fe), magnetisk järnmalm (magnetit, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; innehåller 72,4 % Fe), brun järnmalm resp. limonit (goetit och hydrogoetit, respektive FeOOH och FeOOH·nH 2 O). Goetit och hydrogoetit finns oftast i vittringsskorpor och bildar så kallade "järnhattar", vars tjocklek når flera hundra meter. De kan också vara av sedimentärt ursprung och falla ur kolloidala lösningar i sjöar eller kustområden i haven. I det här fallet bildas oolitiska, eller baljväxter, järnmalmer. Vivianite Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O finns ofta i dem och bildar svarta långsträckta kristaller och radiella aggregat.

Järnsulfider är också utbredda i naturen - pyrit FeS 2 (svavel eller järnkis) och pyrrotit. De är inte järnmalm - pyrit används för att göra svavelsyra, och pyrrotit innehåller ofta nickel och kobolt.

Ryssland rankas först i världen när det gäller järnmalmsreserver. Järnhalten i havsvatten är 1·10−5 -1·10−8 %.

Andra vanliga järnmineraler:

  • Siderite - FeCO 3 - innehåller cirka 35 % järn. Den har en gulvit (med en grå eller brun nyans om den är smutsig) färg. Densiteten är 3 g/cm³ och hårdheten är 3,5-4,5 på Mohs-skalan.
  • Marcasite - FeS 2 - innehåller 46,6% järn. Det förekommer i form av gula, mässingsliknande, bipyramidala rombiska kristaller med en densitet på 4,6-4,9 g/cm³ och en hårdhet på 5-6 på Mohs-skalan.
  • Löllingit - FeAs 2 - innehåller 27,2% järn och förekommer i form av silvervita bipyramidala rombiska kristaller. Densiteten är 7-7,4 g/cm³, hårdheten 5-5,5 på Mohs-skalan.
  • Mispickel - FeAsS - innehåller 34,3% järn. Det förekommer i form av vita monokliniska prismor med en densitet på 5,6-6,2 g/cm³ och en hårdhet på 5,5-6 på Mohs-skalan.
  • Melantherite - FeSO 4 · 7H 2 O - är mindre vanlig i naturen och är gröna (eller grå på grund av föroreningar) monoklina kristaller med en glasig lyster och ömtåliga. Densiteten är 1,8-1,9 g/cm³.
  • Vivianite - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - förekommer i form av blågrå eller gröngrå monokliniska kristaller med en densitet på 2,95 g/cm³ och en hårdhet på 1,5-2 på Mohs-skalan.

Utöver de ovan beskrivna järnmineralerna finns det till exempel:

Huvudsakliga fyndigheter

Enligt US Geological Survey (uppskattning 2011) är världens bevisade reserver av järnmalm cirka 178 miljarder ton. De viktigaste järnfyndigheterna finns i Brasilien (1:a plats), Australien, USA, Kanada, Sverige, Venezuela, Liberia, Ukraina, Frankrike, Indien. I Ryssland bryts järn i Kursk Magnetic Anomaly (KMA), Kolahalvön, Karelen och Sibirien. Bottenhavsavlagringar, där järn, tillsammans med mangan och andra värdefulla metaller, finns i knölar, har nyligen fått en betydande roll.

Mottagande

Inom industrin utvinns järn från järnmalm, främst från hematit (Fe 2 O 3) och magnetit (FeO Fe 2 O 3).

Det finns olika sätt att utvinna järn ur malmer. Det vanligaste är domänprocessen.

Det första steget i produktionen är reduktion av järn med kol i en masugn vid en temperatur på 2000 °C. I en masugn matas kol i form av koks, järnmalm i form av agglomerat eller pellets och flussmedel (som kalksten) uppifrån och möts underifrån av en ström av forcerad varm luft.

I ugnen oxideras kol i form av koks till kolmonoxid. Denna oxid bildas vid förbränning i brist på syre:

I sin tur minskar kolmonoxid järn från malmen. För att få denna reaktion att gå snabbare passerar upphettad kolmonoxid genom järn(III)oxid:

Kalciumoxid kombineras med kiseldioxid och bildar slagg - kalciummetasilikat:

Slagg, till skillnad från kiseldioxid, smälts i en ugn. Slagg, lättare än järn, flyter på ytan - den här egenskapen låter dig separera slaggen från metallen. Slaggen kan sedan användas inom bygg och lantbruk. Smält järn som produceras i en masugn innehåller ganska mycket kol (gjutjärn). Förutom i de fall där gjutjärn används direkt, kräver det ytterligare bearbetning.

Överskott av kol och andra föroreningar (svavel, fosfor) avlägsnas från gjutjärn genom oxidation i ugnar med öppen härd eller omvandlare. Elektriska ugnar används också för att smälta legerat stål.

Förutom masugnsprocessen är processen med direkt järnframställning vanlig. I detta fall blandas förkrossad malm med speciell lera, vilket bildar pellets. Pelletsen eldas och behandlas i en schaktugn med heta metanomvandlingsprodukter, som innehåller väte. Väte reducerar lätt järn:

,

i detta fall blir järnet inte förorenat med sådana föroreningar som svavel och fosfor, vilka är vanliga föroreningar i kol. Järn erhålls i fast form och smälts därefter i elektriska ugnar.

Kemiskt rent järn erhålls genom elektrolys av lösningar av dess salter.

Fysikaliska egenskaper

Fenomenet polymorfism är extremt viktigt för stålmetallurgi. Det är tack vare α-γ-övergångar i kristallgittret som värmebehandling av stål sker. Utan detta fenomen skulle järn som bas för stål inte ha fått så stor användning.

Järn är en måttligt eldfast metall. I serien av standardelektrodpotentialer rankas järn före väte och reagerar lätt med utspädda syror. Järn tillhör således metallerna med mellanliggande aktivitet.

Smältpunkten för järn är 1539 °C, kokpunkten är 2862 °C.

Kemiska egenskaper

Karakteristiska oxidationstillstånd

  • Syra finns inte i fri form - endast dess salter erhålls.

Järn kännetecknas av oxidationstillstånd av järn - +2 och +3.

Oxidationstillståndet +2 motsvarar svart oxid FeO och grön hydroxid Fe(OH) 2. De är grundläggande till sin natur. I salter finns Fe(+2) som en katjon. Fe(+2) är ett svagt reduktionsmedel.

Oxidationstillståndet +3 motsvarar den rödbruna oxiden Fe 2 O 3 och den bruna hydroxiden Fe(OH) 3. De är amfotera till sin natur, även om de är sura, och deras grundläggande egenskaper är svagt uttryckta. Således hydrolyseras Fe 3+-joner fullständigt även i en sur miljö. Fe(OH) 3 löser sig (och även då inte helt) endast i koncentrerade alkalier. Fe 2 O 3 reagerar med alkalier endast vid fusion, vilket ger ferriter (formella sura salter av syran HFeO 2, som inte finns i fri form):

Järn (+3) uppvisar oftast svaga oxiderande egenskaper.

Oxidationstillstånden +2 och +3 ändras lätt mellan varandra när redoxförhållandena ändras.

Dessutom finns det oxiden Fe 3 O 4, vars formella oxidationstillstånd för järn är +8/3. Denna oxid kan dock också betraktas som järn(II)ferrit Fe +2 (Fe +3 O 2) 2.

Det finns också ett oxidationstillstånd på +6. Motsvarande oxid och hydroxid finns inte i fri form, men salter erhålls - ferrater (till exempel K 2 FeO 4). Järn (+6) finns i dem i form av en anjon. Ferrater är starka oxidationsmedel.

Egenskaper hos ett enkelt ämne

Vid förvaring i luft vid temperaturer upp till 200 °C täcks järn gradvis med en tät film av oxid, vilket förhindrar ytterligare oxidation av metallen. I fuktig luft blir järn täckt med ett löst lager av rost, vilket inte hindrar åtkomsten av syre och fukt till metallen och dess förstörelse. Rost har inte en konstant kemisk sammansättning, ungefär dess kemiska formel kan skrivas som Fe 2 O 3 xH 2 O.

Järn(II)-föreningar

Järn(II)oxid FeO har grundläggande egenskaper, basen Fe(OH)2 motsvarar den. Järn (II) salter har en ljusgrön färg. Vid förvaring, särskilt i fuktig luft, blir de bruna på grund av oxidation till järn (III). Samma process inträffar vid lagring av vattenlösningar av järn(II)-salter:

Av järn(II)-salterna i vattenlösningar är det mest stabila Mohrs salt - dubbel ammonium och järn(II)sulfat (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.

Kaliumhexacyanoferrat(III) K3 (rött blodsalt) kan fungera som reagens för Fe 2+-joner i lösning. När Fe 2+ och 3− joner interagerar bildas en Turnboole blå fällning:

För kvantitativ bestämning av järn (II) i lösning används fenantrolin Phen, som bildar ett rött komplex FePhen 3 med järn (II) (maximal ljusabsorption - 520 nm) i ett brett pH-område (4-9).

Järn(III)-föreningar

Järn(III)-föreningar i lösningar reduceras med metalliskt järn:

Järn(III) kan bilda dubbla sulfater med enkelladdade katjoner såsom alun, till exempel KFe(SO 4) 2 - järn-kaliumalun, (NH 4)Fe(SO 4) 2 - järn-ammoniumalun, etc. .

För kvalitativ detektion av järn(III)-föreningar i lösning används en kvalitativ reaktion av Fe 3+-joner med SCN − tiocyanatjoner. När Fe 3+ joner interagerar med SCN − anjoner bildas en blandning av klarröda järntiocyanatkomplex 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Blandningens sammansättning (och därför intensiteten av dess färg) beror på olika faktorer, därför är denna metod inte tillämplig för noggrann kvalitativ bestämning av järn.

Ett annat högkvalitativt reagens för Fe 3+-joner är kaliumhexacyanoferrat(II) K 4 (gult blodsalt). När Fe 3+ och 4− joner interagerar bildas en klarblå fällning av preussisk blått:

Järn(VI)-föreningar

De oxiderande egenskaperna hos ferrater används för att desinficera vatten.

Järnföreningar VII och VIII

Det finns rapporter om elektrokemisk framställning av järn(VIII)-föreningar. , , , men det finns inga oberoende studier som bekräftar dessa resultat.

Ansökan

Järnmalm

Järn är en av de mest använda metallerna och står för upp till 95 % av den globala metallurgiska produktionen.

  • Järn är huvudkomponenten i stål och gjutjärn - de viktigaste konstruktionsmaterialen.
  • Järn kan ingå i legeringar baserade på andra metaller - till exempel nickel.
  • Magnetisk järnoxid (magnetit) är ett viktigt material i produktionen av långtidsminnesenheter för datorer: hårddiskar, disketter, etc.
  • Ultrafint magnetitpulver används i många svartvita laserskrivare blandat med polymergranulat som toner. Detta använder både magnetitens svarta färg och dess förmåga att fastna på den magnetiserade överföringsvalsen.
  • De unika ferromagnetiska egenskaperna hos ett antal järnbaserade legeringar bidrar till deras utbredda användning inom elektroteknik för magnetiska kärnor i transformatorer och elmotorer.
  • Järn(III)klorid (järn(III)klorid) används i amatörradiopraxis för etsning av kretskort.
  • Järnsulfatheptat (järnsulfat) blandat med kopparsulfat används för att bekämpa skadliga svampar i trädgårdsskötsel och konstruktion.
  • Järn används som anod i järn-nickel-batterier och järn-luft-batterier.
  • Vattenlösningar av järn- och järnklorider, såväl som dess sulfater, används som koaguleringsmedel i reningsprocesser av naturligt och avloppsvatten vid vattenbehandling av industriföretag.

Järns biologiska betydelse

I levande organismer är järn ett viktigt spårämne som katalyserar processerna för syreutbyte (andning). Den vuxna människokroppen innehåller cirka 3,5 gram järn (cirka 0,02%), varav 78% är den huvudsakliga aktiva delen av blodhemoglobin, resten är en del av enzymerna i andra celler, vilket katalyserar andningsprocesser i celler. Järnbrist visar sig som en sjukdom i kroppen (kloros hos växter och anemi hos djur).

Vanligtvis kommer järn in i enzymer i form av ett komplex som kallas hem. I synnerhet finns detta komplex i hemoglobin, det viktigaste proteinet som säkerställer transporten av syre i blodet till alla organ hos människor och djur. Och det är han som färgar blodet i dess karaktäristiska röda färg.

Andra järnkomplex än hem finns till exempel i enzymet metanmonooxygenas, som oxiderar metan till metanol, i det viktiga enzymet ribonukleotidreduktas, som är involverat i DNA-syntesen.

Oorganiska järnföreningar finns i vissa bakterier och används ibland av dem för att fixera luftkväve.

Järn kommer in i kroppen hos djur och människor med mat (lever, kött, ägg, baljväxter, bröd, spannmål och betor är de rikaste på det). Intressant nog inkluderades spenat en gång av misstag i den här listan (på grund av ett stavfel i analysresultaten - den "extra" nollan efter decimalkomma förlorades).

En överdos av järn (200 mg eller högre) kan ha en toxisk effekt. En överdos av järn hämmar kroppens antioxidantsystem, så det rekommenderas inte för friska personer att ta järntillskott.

Anteckningar

  1. Kemiskt uppslagsverk: i 5 volymer / Redaktionsråd: Knunyants I. L. (chefredaktör). - M.: Soviet Encyclopedia, 1990. - T. 2. - S. 140. - 671 sid. - 100 000 exemplar.
  2. Karapetyants M. Kh., Drakin S. I. Allmän och oorganisk kemi: Lärobok för universitet. - 4:e uppl., raderad. - M.: Chemistry, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, sid. 529
  3. M. Vasmer. Etymologisk ordbok för det ryska språket. - Framsteg. - 1986. - T. 2. - S. 42-43.
  4. Trubachev O.N. Slaviska etymologier. // Frågor om slavisk lingvistik, nr 2, 1957.
  5. Boryś W. Słownik etymologiczny języka polskiego. - Kraków: Wydawnictwo Literackie. - 2005. - S. 753-754.
  6. Walde A. Lateinisches etymologisches Wörterbuch. - Carl Winters Universitätsbuchhandlung. - 1906. - S. 285.
  7. Meie A. Huvuddrag i den germanska språkgruppen. - URSS. - 2010. - S. 141.
  8. Matasović R. Etymological Dictionary of Proto-Celtic. - Brill. - 2009. - S. 172.
  9. Mallory, J.P., Adams, D.Q. Encyclopedia of Indo-European Culture. - Fitzroy-Dearborn. - 1997. - S. 314.
  10. "Ny mätning av 60 Fe-halveringstiden". Fysiska granskningsbrev 103 : 72502. DOI:10.1103/PhysRevLett.103.072502.
  11. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot och A. H. Wapstra (2003). "NUBASE-utvärderingen av kärnkrafts- och förfallsegenskaper." Kärnfysik A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  12. Yu. M. Shirokov, N. P. Yudin. Kärnfysik. M.: Nauka, 1972. Kapitel Kärnkosmofysik.
  13. R. Ripan, I. Ceteanu. Oorganisk kemi // Kemi av icke-metaller = Chimia metalelor. - Moskva: Mir, 1972. - T. 2. - P. 482-483. - 871 sid.
  14. Guld och ädla metaller
  15. Metallurgi och värmebehandling av stål. Ref. ed. I 3 band / Ed. M. L. Bershtein, A. G. Rakhstadt. - 4:e uppl., reviderad. och ytterligare T. 2. Värmebehandlingens grunder. I 2 böcker. bok 1. M.: Metallurgi, 1995. 336 sid.
  16. T. Takahashi & W.A. Bassett, "Högtryckspolymorf av järn," Vetenskap Vol. 145 #3631, 31 juli 1964, s 483-486.
  17. Schilt A. Analytisk tillämpning av 1,10-fenantrolin och relaterade föreningar. Oxford, Pergamon Press, 1969.
  18. Lurie Yu Yu Handbok i analytisk kemi. M., Chemistry, 1989. s. 297.
  19. Lurie Yu Yu Handbok i analytisk kemi. M., Chemistry, 1989, sid. 315.
  20. Brouwer G. (red.) Handbook of Inorganic Synthesis. vol. 5. M., Mir, 1985. sid. 1757-1757.
  21. Remy G. Kurs i oorganisk kemi. vol. 2. M., Mir, 1966. s. 309.
  22. Kiselev Yu. M., Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Octavalent iron // Dokl. USSR:s vetenskapsakademi. 1987. T.292. P.628-631
  23. Perfilyev Yu. D., Kopelev N. S., Kiselev Yu. M., Spitsyn V. I. Mössbauer studie av oktavalent järn // Dokl. USSR:s vetenskapsakademi. 1987. T.296. s. 1406-1409
  24. Kopelev N.S., Kiselev Yu.M., Perfiliev Yu.D. Mossbauer-spektroskopi av oxokomplexen järn i högre oxidationstillstånd // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1992.V.157. R.401-411.
  25. "Normer för fysiologiska behov av energi och näringsämnen för olika grupper av befolkningen i Ryska federationen" MR 2.3.1.2432-08

Källor (till avsnittet Historia)

  • G. G. Giorgadze."Text of Anitta" och några frågor om hettiternas tidiga historia
  • R. M. Abramishvili. Om frågan om utvecklingen av järn i östra Georgiens territorium, VGMG, XXII-B, 1961.
  • Khakhutaishvili D.A. Om historien om forntida kolchiansk järnmetallurgi. Frågor om antikens historia (Kaukasisk-Mellanösternsamlingen, nummer 4). Tbilisi, 1973.
  • Herodotus."Historia", 1:28.
  • Homer."Iliad", "Odyssey".
  • Vergilius."Aeneid", 3:105.
  • Aristoteles.”Om otroliga rykten”, II, 48. VDI, 1947, nr 2, s. 327.
  • Lomonosov M.V. De första grunderna för metallurgin.

se även

  • Kategori:Järnföreningar

Länkar

  • Sjukdomar orsakade av brist och överskott av järn i människokroppen

Järn i sin rena form är en seg grå metall som lätt kan bearbetas. Och ändå, för människor, är Fe-elementet mer praktiskt i kombination med kol och andra föroreningar som tillåter bildandet av metallegeringar - stål och gjutjärn. 95% - det är exakt hur mycket av alla metallprodukter som produceras på planeten innehåller järn som huvudelement.

Järn: historia

De första järnprodukterna som tillverkats av människan dateras av forskare under det 4:e årtusendet f.Kr. e., och studier har visat att meteoriskt järn, som kännetecknas av en 5-30 procent nickelhalt, användes för deras framställning. Det är intressant, men tills mänskligheten bemästrade utvinningen av Fe genom att smälta den, värderades järn mer än guld. Detta förklarades av att starkare och mer pålitligt stål var mycket mer lämpligt för tillverkning av verktyg och vapen än koppar och brons.

De gamla romarna lärde sig att tillverka det första gjutjärnet: deras ugnar kunde höja malmens temperatur till 1400 o C, medan 1100-1200 o C räckte för gjutjärn.Sedan fick de också rent stål, smältpunkten för vilket, som bekant, är 1535 grader Celsius.

Kemiska egenskaper hos Fe

Vad interagerar järn med? Järn interagerar med syre, vilket åtföljs av bildandet av oxider; med vatten i närvaro av syre; med svavelsyra och saltsyra:

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

Dessutom reagerar järn på alkalier endast om de är smältor av starka oxidationsmedel. Järn reagerar inte med oxidationsmedel vid normala temperaturer, utan börjar alltid reagera när det ökar.

Användning av järn i konstruktion

Användningen av järn i byggbranschen idag kan inte överskattas, eftersom metallkonstruktioner är grunden för absolut vilken modern byggnad som helst. Inom detta område används Fe i vanliga stål, gjutjärn och smide. Detta element finns överallt, från kritiska strukturer till ankarbultar och spikar.

Konstruktionen av byggnadskonstruktioner gjorda av stål är mycket billigare, och vi kan också prata om högre konstruktionspriser. Detta ökar markant användningen av järn i byggandet, samtidigt som industrin själv anammar användningen av nya, mer effektiva och pålitliga Fe-baserade legeringar.

Användning av järn inom industrin

Användningen av järn och dess legeringar - gjutjärn och stål - är grunden för moderna verktygsmaskiner, flygplan, instrumenttillverkning och tillverkning av annan utrustning. Tack vare Fe-cyanider och oxider fungerar färg- och lackindustrin, järnsulfater används vid vattenbehandling. Tung industri är helt otänkbar utan användning av Fe+C-baserade legeringar. Järn är med ett ord en oersättlig, men samtidigt tillgänglig och relativt billig metall, som, som en del av sina legeringar, har ett nästan obegränsat användningsområde.


Användning av järn i medicin

Det är känt att varje vuxen innehåller upp till 4 gram järn. Detta element är extremt viktigt för kroppens funktion, särskilt för cirkulationssystemets hälsa (hemoglobin i röda blodkroppar). Det finns många järnbaserade mediciner som kan öka Fe-nivåerna för att förhindra utvecklingen av järnbristanemi.

Järn- metall, vars användning i industrin och vardagen har praktiskt taget inga gränser. Andelen järn i världens metallproduktion är cirka 95 %. Dess användning, som alla andra material, bestäms av vissa egenskaper.

Järn spelade en stor roll i utvecklingen av den mänskliga civilisationen. Den primitiva människan började använda järnverktyg flera årtusenden f.Kr. På den tiden var den enda källan till denna metall meteoriter som föll till jorden, som innehöll ganska rent järn. Detta gav upphov till legender bland många folk om järnets himmelska ursprung.

I mitten av det 2:a årtusendet f.Kr. I Egypten bemästrade man utvinningen av järn från järnmalmer. Man tror att detta markerade början av järnåldern i mänsklighetens historia, som ersatte sten- och bronsåldern. Men redan för 3-4 tusen år sedan smälte invånarna i den norra Svartahavsregionen - Cimmerians - järn från sumpmalm.

Järn har inte förlorat sin betydelse än i dag. Detta är den viktigaste metallen i modern teknik. På grund av sin låga styrka används järn praktiskt taget inte i sin rena form. Men i vardagen kallas stål- eller gjutjärnsprodukter ofta "järn". När allt kommer omkring är viktiga konstruktionsmaterial - stål och gjutjärn - legeringar av järn och kol. Ett brett utbud av föremål tillverkas av dem.

Den åttakantiga piedestalen av monumentet till Prins Vladimir är byggd av tegel och fodrad med gjutjärn.

Prototypen av den gigantiska strukturen av Atomium i Bryssel var en modell av ett järnkristallgitter. Efter återuppbyggnaden är Atomium återigen öppet för allmänheten. Den ursprungliga täckningen av varje 240 m2 kula var gjord av 720 triangulära aluminiumplåtar. Nu har de ersatts av 48 rostfria plåtar.

Dessutom kan järn vara en komponent i legeringar baserade på andra metaller, såsom nickel. Magnetiska legeringar innehåller också järn.

Järnbaserade material skapas som tål höga och låga temperaturer, vakuum och höga tryck. De klarar framgångsrikt aggressiva miljöer, växelspänning, radioaktiv strålning, etc.

Produktionen av järn och dess legeringar växer ständigt. Dessa material är universella, tekniskt avancerade, tillgängliga och billiga i stora mängder. Råvarubasen av järn är ganska stor. De redan utforskade reserverna av järnmalm kommer att räcka i minst två århundraden. Därför kommer järn länge att förbli civilisationens "grund".

Järn har länge använts som ett konstnärligt material i Egypten, Mesopotamien och Indien. Sedan medeltiden har många mycket konstnärliga produkter gjorda av järnlegeringar bevarats. Moderna konstnärer använder också i stor utsträckning järnlegeringar. Material från sajten

Bland de många konstnärliga produkterna kan man inte lämna "Palm of Mertsalov" - ett konstverk av ukrainska mästare ur sikte. Den smiddes av Aleksey Mertsalov vid Yuzovsky Metallurgical Plant 1886. Hon erkändes som värdig Grand Prix för den allryska industri- och konstutställningen i Nizhny Novgorod. År 1900 fick "Palma Mertsalova", som en del av utställningen av Yuzovsky-fabriken, det högsta priset på världsutställningen i Paris.

Och på 2000-talet. Det är svårt att hitta en industri som inte använder järn. Dess betydelse har inte minskat med övergången av många metallfunktioner till syntetiska material skapade av den kemiska industrin.

Lektionens mål:

  • bilda en uppfattning om järns fysikaliska och kemiska egenskaper beroende på graden av oxidation det uppvisar och oxidationsmedlets natur;
  • utveckla elevernas teoretiska tänkande och deras förmåga att förutsäga egenskaperna hos ett ämne baserat på kunskap om dess struktur;
  • utveckla konceptuellt tänkande för sådana operationer som analys, jämförelse, generalisering, systematisering;
  • utveckla sådana egenskaper av tänkande som objektivitet, kortfattadhet och klarhet, självkontroll och aktivitet.

Lektionens mål:

  • uppdatera elevernas kunskaper om ämnet: "Atomens struktur";
  • organisera elevernas kollektiva arbete från att sätta en inlärningsuppgift till det slutliga resultatet (skapa ett referensdiagram för lektionen);
  • sammanfatta materialet om ämnet: "Metaller" och överväga egenskaperna hos järn och dess tillämpning;
  • organisera oberoende forskningsarbete i par för att studera järns kemiska egenskaper;
  • organisera ömsesidig kontroll av eleverna på lektionen.

Lektionstyp: lära sig nytt material.

Reagens och utrustning:

  • järn (pulver, tallrik, gem),
  • svavel,
  • saltsyra,
  • koppar(II)sulfat
  • järnkristallgitter,
  • spelaffischer,
  • magnet,
  • ett urval av illustrationer om ämnet,
  • provrör,
  • alkohollampa,
  • tändstickor,
  • sked för att bränna brandfarliga ämnen,
  • geografiska kartor.

Lektionens struktur

  1. Inledande del.
  2. Att lära sig nytt material.
  3. Läxmeddelande.
  4. Konsolidering av det studerade materialet.

Under lektionerna

1. Inledande del

Att organisera tid.

Kontrollera tillgången på studenter.

Lektionens ämnesmeddelande. Anteckna ämnet på tavlan och i elevernas anteckningsböcker.

2. Att lära sig nytt material

– Vad tror du att ämnet för vår lektion i dag kommer att vara?

1. Utseendet av järn markerade början av järnåldern i den mänskliga civilisationen.

Var fick de gamla människorna järn ifrån vid en tid då de ännu inte visste hur de skulle utvinna det ur malm? Järn, översatt från det sumeriska språket, är en metall som "tappade från himlen, himmelskt." Det första järnet som mänskligheten mötte var järn från meteoriter. För första gången bevisades det att "järnstenar faller från himlen" 1775 av den ryske vetenskapsmannen P.S. Palace, som förde till St Petersburg ett block av inhemsk järnmeteorit som vägde 600 kg. Den största järnmeteoriten är "Goba"-meteoriten, som hittades 1920 i sydvästra Afrika och vägde cirka 60 ton. Låt oss komma ihåg Tutankhamons grav: guld, guld. Magnifikt arbete njuter, briljansen bländar ögonen. Men här är vad K. Kerram skriver i boken "Gods, Tombs, Scientists" om den lilla järnamuletten av Tutankhamon: "Amuletten är en av de tidigaste produkterna i Egypten, och ... i en grav fylld nästan till kapaciteten med guld, det var detta blygsamma fynd som hade störst värde ur kulturhistorisk synvinkel.” Endast ett fåtal järnföremål hittades i faraos grav, bland dem en järnamulett av guden Horus, en liten dolk med ett järnblad och ett guldhandtag och en liten järnpall "Urs".

Forskare antyder att det var länderna i Mindre Asien, där hettitiska stammarna bodde, som var ursprungsplatsen för järn- och stålindustrin. Järn kom till Europa från Mindre Asien redan under 1:a årtusendet f.Kr.; Så började järnåldern i Europa.

Det berömda damaskstålet (eller damaskstålet) tillverkades i öst på Aristoteles tid (IV-talet f.Kr.). Men tekniken för dess tillverkning hölls hemlig i många århundraden.

Jag drömde om en annan sorts sorg
Om grått Damaskusstål.
Jag såg hur stålet var härdat
Som en av de unga slavarna
De valde honom, matade honom,
Så att hans kött får kraft.
Väntade på förfallodagen
Och så det glödheta bladet
De störtade in i det muskulösa köttet,
De tog ut det färdiga bladet.
Starkare än stål har öst inte sett,
Starkare än stål och bittrare än sorg.

Eftersom damaststål är ett stål med mycket hög hårdhet och elasticitet, har produkter tillverkade av det förmågan att inte bli matta när de vässas. Den ryske metallurgen P.P. avslöjade hemligheten med damaststål. Anosov. Han kylde mycket långsamt det varma stålet i en speciell lösning av teknisk olja uppvärmd till en viss temperatur; Under kylningsprocessen smiddes stålet.

(Demonstration av ritningar.)

Järn är en silvergrå metall


Järn är en silvergrå metall

Dessa spikar är gjorda av järn

Stål används inom bilindustrin

Stål används för att tillverka medicinska instrument

Stål används för att tillverka lokomotiv


Alla metaller är utsatta för korrosion



Alla metaller är utsatta för korrosion

2. Placering av järn i PSHEM.

Vi tar reda på järnets position i PSCEM, kärnans laddning och fördelningen av elektroner i atomen.

3. Fysiska egenskaper hos järn.

– Vilka fysiska egenskaper hos järn känner du till?

Järn är en silvervit metall med en smältpunkt på 1539 o C. Den är mycket seg, därför är den lätt att bearbeta, smida, rulla, stämpla. Järn har förmågan att magnetiseras och avmagnetiseras, därför används det som elektromagnetiska kärnor i olika elektriska maskiner och enheter. Den kan ges större hållfasthet och hårdhet genom termiska och mekaniska metoder, till exempel genom härdning och valsning.

Det finns kemiskt rent och kommersiellt rent järn. Tekniskt rent järn är i huvudsak lågkolhaltigt stål, det innehåller 0,02-0,04% kol och ännu mindre syre, svavel, kväve och fosfor. Kemiskt rent järn innehåller mindre än 0,01 % föroreningar. Kemiskt rent järn - silvergrå, glänsande metall, mycket lik platina till utseendet. Kemiskt rent järn är resistent mot korrosion (kom ihåg vad korrosion är? Demonstration av en frätande spik) och motstår syror bra. Men obetydliga mängder föroreningar berövar den dessa värdefulla egenskaper.

4. Järns kemiska egenskaper.

Baserat på din kunskap om metallers kemiska egenskaper, vilka kemiska egenskaper tror du att järn kommer att ha?

Demonstration av experiment.

  • Interaktion mellan järn och svavel.

Praktiskt arbete.

  • Interaktion mellan järn och saltsyra.
  • Interaktion mellan järn och koppar(II)sulfat.

5. Användning av järn.

Samtal om frågor:

– Hur tror du är fördelningen av järn i naturen?

Järn är ett av de vanligaste grundämnena i naturen. I jordskorpan är dess massandel 5,1%, enligt denna indikator är den näst efter syre, kisel och aluminium. Mycket järn finns också i himlakroppar, vilket bestäms genom spektralanalys. I prover av månjord som levererades av Lunas automatiska station, hittades järn i ooxiderat tillstånd.

Järnmalmer är ganska utbredda på jorden. Namnen på bergen i Ural talar för sig själva: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Agrokemister hittar järnföreningar i jordar.

– I vilken form förekommer järn i naturen?

Järn är en komponent i de flesta stenar. För att få fram järn används järnmalmer med en järnhalt på 30-70 % eller mer. De viktigaste järnmalmerna är: magnetit - Fe 3 O 4 innehåller 72% järn, avlagringar finns i södra Ural, Kursk magnetisk anomali; hematit - Fe 2 O 3 innehåller upp till 65% järn, sådana avlagringar finns i Krivoy Rog-regionen; limonit – Fe 2 O 3 * nH 2 O innehåller upp till 60 % järn, avlagringar finns på Krim; pyrit - FeS 2 innehåller cirka 47% järn, avlagringar finns i Ural. (Arbetar med konturkartor).

– Vilken roll har järn i människors och växters liv?

Biokemister har upptäckt järnets viktiga roll i livet för växter, djur och människor. Som en del av en extremt komplex organisk förening som kallas hemoglobin, bestämmer järn den röda färgen på detta ämne, vilket i sin tur bestämmer färgen på blod från människor och djur. En vuxens kropp innehåller 3 g rent järn, varav 75% är en del av hemoglobin. Hemoglobins huvudroll är att transportera syre från lungorna till vävnaderna och i motsatt riktning - CO 2.

Växter behöver också järn. Det är en del av cytoplasman och deltar i processen för fotosyntes. Växter som odlas på ett substrat som inte innehåller järn har vita blad. En liten tillsats av järn till underlaget och de blir gröna. Dessutom är det värt att smörja ett vitt ark med en saltlösning som innehåller järn, och snart blir det utsmetade området grönt.

Så av samma anledning - närvaron av järn i juicer och vävnader - blir växternas blad glatt gröna och en persons kinder rodnar ljust.

Ungefär 90 % av de metaller som används av mänskligheten är järnbaserade legeringar. Det smälts mycket järn i världen, cirka 50 gånger mer än aluminium, för att inte tala om andra metaller. Järnbaserade legeringar är universella, tekniskt avancerade, tillgängliga och billiga. Järn kommer fortfarande att vara grunden för civilisationen under lång tid.

3. Posta hemmaterial

14, ex. Nr 6, 8, 9 (baserat på arbetsboken för läroboken av O.S. Gabrielyan "Chemistry 9", 2003).

4. Konsolidering av det studerade materialet

  1. Använd referensdiagrammet skrivet på tavlan och dra en slutsats: vad är järn och vilka egenskaper har det?
  2. Grafisk diktering (förbered i förväg pappersark med en dragen rät linje, indelade i 8 segment och numrerade enligt dikteringsfrågorna. Markera med en koja ”^” på segmentet numret på den position som anses vara korrekt).

Alternativ 1.

  1. Järn är en reaktiv alkalimetall.
  2. Järn är lätt att smida.
  3. Järn är en del av bronslegeringen.
  4. Järnatomens yttre energinivå har 2 elektroner.
  5. Järn reagerar med utspädda syror.
  6. Med halogener bildar den halogenider med ett oxidationstillstånd på +2.
  7. Järn interagerar inte med syre.
  8. Järn kan erhållas genom elektrolys av smält järnsalt.
1 2 3 4 5 6 7 8

Alternativ 2.

  1. Järn är en silvervit metall.
  2. Järn har inte förmågan att magnetiseras.
  3. Järnatomer uppvisar oxiderande egenskaper.
  4. Det finns 1 elektron i järnatomens yttre energinivå.
  5. Järn tränger undan koppar från lösningar av dess salter.
  6. Med halogener bildas föreningar med ett oxidationstillstånd på +3.
  7. Med en lösning av svavelsyra bildas järn(III)sulfat.
  8. Järn korroderar inte.
1 2 3 4 5 6 7 8

Efter att ha slutfört uppgiften utbyter eleverna sina verk och kontrollerar dem (svaren på verken läggs upp på tavlan eller visas genom projektorn).

Markeringskriterier:

  • "5" - 0 fel,
  • "4" - 1-2 fel,
  • "3" - 3-4 fel,
  • "2" – 5 eller fler fel.

Begagnade böcker

  1. Gabrielyan O.S. Kemi årskurs 9. – M.: Bustard, 2001.
  2. Gabrielyan O.S. Bok för lärare. – M.: Bustard, 2002.
  3. Gabrielyan O.S. Kemi årskurs 9. Arbetsbok. – M.: Bustard, 2003.
  4. Utbildningsbranschen. Sammanfattning av artiklar. Nummer 3. – M.: MGIU, 2002.
  5. Malyshkina V. Underhållande kemi. – St. Petersburg, "Trigon", 2001.
  6. Programvara och metodmaterial. Kemi årskurs 8-11. – M.: Bustard, 2001.
  7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. En bok om kemi för hemläsning. – M.: Kemi, 1995.
  8. Jag går på kemikurs. Bok för lärare. – M.: "Första september", 2000.

Ansökningar

Vet du att?

Järn - en av livets viktigaste delar. Blod innehåller järn, och det är detta som bestämmer blodets färg, såväl som dess huvudsakliga egenskap - förmågan att binda och frigöra syre. Denna förmåga innehas av en komplex förening - hem - en integrerad del av hemoglobinmolekylen. Förutom hemoglobin innehåller vår kropp även järn i myoglobin, ett protein som lagrar syre i musklerna. Det finns även enzymer som innehåller järn.

Nära Delhi i Indien finns en järnpelare utan det minsta rostfläck, även om dess ålder är nästan 2800 år. Detta är den berömda Kutub-kolonnen, cirka sju meter hög och vägande 6,5 ton. Inskriptionen på kolonnen indikerar att den restes på 800-talet. före Kristus e. Rostningen av järn - bildandet av järnmetahydroxid - är förknippat med dess interaktion med fukt och syre i luften.

Denna reaktion sker dock inte i frånvaro av olika föroreningar i järn, främst kol, kisel och svavel. Kolonnen var gjord av mycket ren metall: järn i kolonnen visade sig vara 99,72%. Detta förklarar dess hållbarhet och korrosionsbeständighet.

1934 publicerades artikeln "Förbättring av järn och stål genom ... rost i marken" i Mining Journal. Metoden att förvandla järn till stål genom att rosta i marken har varit känd för människor sedan urminnes tider. Till exempel grävde tjerkasserna i Kaukasus ner järn i marken, och efter att ha grävt upp det 10-15 år senare, smide de sina sablar från det, som till och med kunde skära igenom en pistolpipa, en sköld eller fiendens ben.

Hematit

Hematit, eller röd järnmalm – huvudmalmen av vår tids huvudmetall – järn. Järnhalten i den når 70%. Hematit har varit känt under lång tid. I Babylon och det antika Egypten användes det i smycken, för att tillverka sälar, och tillsammans med kalcedon fungerade det som ett favoritmaterial som en huggen sten. Alexander den store hade en ring inlagd med hematit, som han trodde gjorde honom osårbar i strid. I antiken och medeltiden var hematit känt som ett läkemedel som stoppade blod. Pulver från detta mineral har använts för guld- och silverföremål sedan urminnes tider.

Namnet på mineralet kommer från grekiskan detaljer– blod, som är förknippat med den körsbärsröda eller vaxröda färgen på pulvret av detta mineral.

En viktig egenskap hos mineralet är förmågan att ständigt lagra färg och överföra den till andra mineraler som innehåller åtminstone en liten blandning av hematit. Den rosa färgen på Isakskatedralens granitpelare är färgen på fältspat, som i sin tur färgas av fint spridd hematit. De pittoreska mönstren av jaspis som används för att avsluta tunnelbanestationerna i huvudstaden, orange och rosa karneoler på Krim, korallröda lager av sylvit och karnalit i saltskikt - alla har sin färg till hematit.

Röd färg har länge tillverkats av hematit. Alla de berömda fresker som gjordes för 15-20 tusen år sedan - den underbara bisonen i Altamira-grottan och mammutarna från den berömda Cape Cave - gjordes med bruna järnoxider och hydroxider.

Magnetit

Magnetit, eller magnetisk järnmalm – ett mineral som innehåller 72 % järn. Detta är den rikaste järnmalmen. Det anmärkningsvärda med detta mineral är dess naturliga magnetism - egenskapen på grund av vilken det upptäcktes.

Som rapporterats av den romerske vetenskapsmannen Plinius är magnetit uppkallad efter den grekiska herden Magnes. Magnes skötte sin flock nära kullen ovanför floden. Hindu i Thessalien. Plötsligt drogs en stav med järnspets och sandaler klädda med spik mot sig själv av ett berg av massiv grå sten. Mineralet magnetit gav i sin tur namn åt magneten, magnetfältet och hela det mystiska fenomenet magnetism, som har studerats noggrant sedan Aristoteles tid fram till idag.

De magnetiska egenskaperna hos detta mineral används fortfarande idag, främst för att söka efter fyndigheter. Så upptäcktes unika järnavlagringar i området Kursk Magnetic Anomaly (KMA). Mineralet är tungt: ett prov av magnetit i storleken av ett äpple väger 1,5 kg.

I forntida tider var magnetit utrustad med alla möjliga läkande egenskaper och förmågan att utföra mirakel. Den användes för att utvinna metall från sår, och Ivan den förskräcklige behöll sina omärkliga kristaller bland sina skatter tillsammans med andra stenar.

Pyrit är ett eldliknande mineral

Pyrit - ett av de där mineralerna som du, när du ser det, vill utropa: "Är det verkligen vad som hände?" Det är svårt att tro att den högsta klassen av skärning och polering som förvånar oss i handgjorda produkter, i pyritkristaller, är en generös gåva från naturen.

Pyrit har fått sitt namn från det grekiska ordet "pyros" - eld, som är förknippat med dess egenskap att gnista när den träffas av stålföremål. Detta vackra mineral förvånar med sin gyllene färg och ljusa glans på nästan alltid tydliga kanter. På grund av dess egenskaper har pyrit varit känt sedan urminnes tider, och under guldrushepidemierna gnistrade pyrit i en kvartsven mer än ett hett huvud. Även nu förväxlar nybörjare stenälskare ofta pyrit för guld.

Pyrit är ett allestädes närvarande mineral: det bildas från magma, från ångor och lösningar, och till och med från sediment, varje gång i specifika former och kombinationer. Det finns ett känt fall när kroppen av en gruvarbetare som föll i en gruva under flera decennier förvandlades till pyrit. Det finns mycket järn i pyrit - 46,5%, men att utvinna det är dyrt och olönsamt.