Железо — общая характеристика элемента, химические свойства железа и его соединений

Таблица температур плавления

Любому человеку, связанному с металлургической промышленностью, будь то сварщик, литейщик, плавильщик или ювелир, важно знать температуры, при которых происходит расплав материалов, с которыми он работает. В нижеприведенной таблице указаны точки плавления наиболее распространенных веществ.

Таблица температур плавления металлов и сплавов

Название T пл, °C
Алюминий 660,4
Медь 1084,5
Олово 231,9
Цинк 419,5
Вольфрам 3420
Никель 1455
Серебро 960
Золото 1064,4
Платина 1768
Титан 1668
Дюралюминий 650
Углеродистая сталь 1100−1500
Чугун 1110−1400
Железо 1539
Ртуть -38,9
Мельхиор 1170
Цирконий 3530
Кремний 1414
Нихром 1400
Висмут 271,4
Германий 938,2
Жесть 1300−1500
Бронза 930−1140
Кобальт 1494
Калий 63
Натрий 93,8
Латунь 1000
Магний 650
Марганец 1246
Хром 2130
Молибден 2890
Свинец 327,4
Бериллий 1287
Победит 3150
Фехраль 1460
Сурьма 630,6
карбид титана 3150
карбид циркония 3530
Галлий 29,76

Читайте еще:   Как подобрать подшипник по размерам в таблице диаметров

Помимо таблицы плавления, существует много других вспомогательных материалов. Например, ответ на вопрос, какова температура кипения железа лежит в таблице кипения веществ. Помимо кипения, у металлов есть ряд других физических свойств, как прочность.

Нахождение в природе. Физические свойства железа.

Железо – элемент восьмой группы периодической системы элементов.

Первооткрыватель железа неизвестен – все знают, что оно использовалось с древнейших времён для изготовления орудий труда.

Самые древние изделия из железа относят к IV веку до н. э.

iron-arrowhead-27609.png

Первые предметы из железа были украшениями, легко догадаться почему. Одно из названий железа на древнегреческом языке – «сидер» переводится как «звездный». Древние люди не умели получать железо из руд и довольствовались лишь метеоритным железом («даром богов»).

 Железо – второй по распространённости металл после алюминия, хотя многие ученые предполагают, что земное ядро, составляющее 32 % массы всей планеты, состоит целиком из железа. В пользу этого говорит наличие у Земли магнитного поля, которое возникает из-за вращения железного ядра.

zemlya_v_razreze.png

Да и вообще, по своему составу атом железа – уникален.

Все атомы с большим зарядом ядра, то есть элементы, расположенные в периодической системе после железа, менее устойчивы.

Поэтому ученые считают, что железо – наиболее тяжелый элемент, способный образовываться в звездах при термоядерном синтезе.

Именно поэтому ядро Земли и, скорее всего, большинства других планет состоит именно из железа. Как наиболее тяжелый из «звездных» элементов он собирается в центре планеты под действием её гравитационного поля, образуя ядро.

Но в литосфере железо встречается в основном только в виде соединений (не считая метеоритного).

Наиболее важными природными соединениями железа являются:

лимонит Fe2Ox Н2O

красный железняк (гематит) Fe2O3

магнитный железняк (магнетит) Fe3O4

серный колчедан (пирит) FeS2

В природных водах и водах некоторых минеральных источников содержатся гидрокарбонат железа Fe(HCO3)и некоторые другие его соли.

Соединения железа входят в состав живых организмов.

Железо можно получить восстановлением его из железных руд углеродом (коксом), угарным газом, водородом, алюминием, то есть пирометаллургическим способом.

В промышленности используют доменный процесс, в основе которого лежит реакция с углеродом.

Чистое железо – пластичный металл серебристо-белого цвета.

Он отлично прокатывается, из него можно изготовить листы тоньше папиросной бумаги.

Плотность железа 7,87 г/см3, температура плавления 1539 °С.

В отличие от многих других металлов, железо обладает магнитными свойствами.

Магнитные свойства железа связаны со строением атома, а именно распределением электронов по оболочкам.

В периодической системе железо находится в «триаде» элементов:

железо

кобальт

никель

Все три элемента обладают близкими физическими свойствами и строением атома.

Все они являются ферромагнитными, то есть длительное время способны сохранять намагниченность.

Пройти тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

ВходРегистрация

Доменный процесс производства чугуна

Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:

а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд — перевод в оксидную руду:

FeS2→Fe2O3   (O2,800°С, -SO2)       FeCO3→Fe2O(O2,500-600°С, -CO2)

б)  сжигание кокса при горячем дутье:

С(кокс) + O2 (воздух) →СO2   (600—700°С)   СO2 + С(кокс) ⇌ 2СО   (700—1000    °С)

в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:

Fe2O3→(CO) (FeIIFe2III)O4→(CO) FeO→(CO) Fe

г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:

)→(C(кокс) 900—1200°С)(ж)  (чугун, t пл 1145°С)

В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe2С и графит.

Что такое железо?

С точки зрения промышленности, железо является главным соорудительным материалом в мире. Его использование повсеместно – от ручки двери до двигателей межпланетных ракет. Причинность подобной популярности проста – распространенность и дешевизна сырья, ведь железо находится на втором месте по доле в земной коре после алюминия. Символьное обозначение железа «Fe»? а его порядковый номер у Менделеева 26.

Важно: не путайте сталь и железо – это совсем разные термины. Железо является чистым химическим элементом, а сталь – сплав ферума и углерода.

Иногда железом в промышленности называют высококонцентрированный сплав с долевым содержанием примесей менее 0.7% от общей массы. В таком случае, физические свойства вещества почти не теряются. Большинство сплавов на основе железа относят к группе черных металлов.

Преимущества железа Недостатки металла
Сохранение свойств упругости при повышении прочности металла – это если речь о высококонцентрированных железных сплавах. Слабая стойкость к коррозии. Проблему исправить можно, но себестоимость производства увеличивается.
Обилие ферритов дает возможность производить материалы на основе железа для любых бытовых и промышленных задач. При чем, смена свойств протекает даже с минимальными вкраплениями примесей. Из-за накопления электричества, железо поддается коррозии электрохимического типа. По данной причине детали из железа необходимо защищать протекторами, катодами и прочими средствами защиты.
Легко поддается механической обработке, что увеличивает вариативность в отношении форм и видов изделий. Удельный вес чистого железа делает конструкции из него крайне тяжелыми.
Магнитные свойства металла позволяют с него получать магнитоприводы. Высокая ковкость железа позволяет делать из него множество декоративных элементов.

В чистой форме железо обладает хорошей пластичностью, что позволяет его легко ковать, но тяжело лить. Структура металла – это 5 фаз, у каждой из которых собственная кристаллическая структура и решеточные параметры. Детальнее в таблице ниже.

Фаза Особенности
α Тип решетки – кубическая, объемно-центрированной формы. Устойчивость фаза – до 770 градусов по Цельсию. Физическая особенность – ферромагнетические свойства.
β Существование фазы протекает при температурных границах от 770 до 918 градусов по Цельсию. Полное сохранение физических и химических свойств, кроме намагничивания. Железо становится парамагнетиком. Структура похожа на предыдущую фазу, но у решетки параметры незначительно отличаются.
γ Температурные границы существования – от 918 градусов до 1395 градусов. Ключевое отличие – решетка кубического + гранецентрического типа.
δ Имеется только нижняя температурная граница в 1395 градусов. Верхний предел отсутствует. Тип решеточной структуры – объемно-центрическая.
ε У фазы не имеется четких температурных границ, но необходимое условие существования – высокое давление + подключение к чистому железу легирующих компонентов. Тип решетки – гексагоническая с плотным расположением кристаллов.

Физические особенности железа напрямую зависят от чистоты вещества. Помимо полезных легирующих компонентов, что позитивно сказываются на свойствах металла, имеются и отрицательные элементы, способные ухудшить его характеристики. Примерами таковых может быть та же сера с фосфором, которые снижают показатели пластичности, взамен не предоставляя сплаву ничего из положительных свойств.

Базовые характеристики железа:

  • вариативная плотность, зависящая от фазы пребывания металла. Обобщенный промежуток – от 7.4 до 7.9 грамма/кубический сантиметр;
  • стойкость железа в чистом виде небольшая. Предел прочности у рядового технического железа – 299 МПа, но если речь о быстрорежущей стали, то здесь предел прочности возрастает до значения в 2.7 ГПа;
  • чистое железо по шкале Мооса тянет на оценку в 4 балла;
  • проводимость чистого ферума ниже нежели у алюминия/меди – 9.7*10^(-8);
  • металл поддается ковке, но в чистом виде не поддается литью;
  • низкая токсичность, но не биологическая инертность.

Усвоение железа человеческим организмом составляет всего ½ от получаемого, что делает металл для человека менее опасным, нежели другие элементы группы металлов. Главный вред окружающей среде несет не железо в чистом виде, а отходы во время производства – газы и выделяющиеся шлаки. Детальнее о производстве, тепловых характеристиках и областях применения будет рассказано далее.

10 самых крепких металлов в мире

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий