Vas - tulajdonságainak kémiai elemek

Vas (lat Ferrum.), Fe, kémiai elemet VIII csoportjának a periódusos rendszer; atomszámú 26, atomsúlya 55,847; ragyogó ezüstös fehér fém. Elem a természetben négy stabil izotópok: 54 Fe (5,84%), 56 Fe (91,68%), 57 Fe (2,17%) és a 58 Fe (0,31%).

Történelmi háttér. Iron óta ismert a történelem előtti időkben, de a széles körben elterjedt használata talált jóval később, mint a szabad állapotban megtalálható a természetben rendkívül ritka, és egyre azt ércből volt csak lehetséges egy bizonyos szinten a technológiai fejlődés. Valószínűleg az első alkalommal, amikor egy személy ismeri a légköri vas, amint azt a neve is a nyelv az ősi népek: az ősi egyiptomi „Beni pet” azt jelenti: „a vas az ég”; Ógörög sideros járó Latin Sidus (született haláleset Sideris.) - egy csillag, égitest. Hettita szövegek a 14. században. e. Megemlítette körülbelül vas fém esett az égből. Az újlatin nyelvek, így maradt a gyökér a nevet adták a rómaiak (például Franciaországban. Fer, ital. Ferro).

Eljárás vas ércből találták Nyugat-Ázsiában, a 2. évezredben. e.; majd a vas terjedt Babilon, Egyiptom, Görögország; helyébe a bronzkor jött a vaskor. Homer (a 23. dal „Iliász”) azt mondja, hogy Achilles oda lemez vasból Kritsa győztes a verseny a dobás lemezt. Európában és ősi Oroszország évszázadokon vas állítjuk elő syrodutnyh folyamatot. Vasérc csökken aktívszénnel egy üllőt, elrendezett a gödör; egy Forge harmonika nyomás levegővel, a redukció termékét - Krizia kalapácsütés elválasztjuk a salak és a különböző hamisított termékek. Mivel a javulás módszerek robbanás, és növeli a magassága a tűzhely folyamat hőmérséklet emelkedett, és része a vas cementált, a vas kapunk; Ez a viszonylag gyengék termék akkor minősül hulladéknak. Innen a neve vas „disznó”, „disznó vas” - Eng. nyersvas. Később, azt tapasztaltuk, hogy ha betöltjük egy kürt nem vasérc, a vas- és alacsony széntartalmú acél virágzás kapunk, és egy kétlépcsős folyamat bizonyult sokkal jövedelmezőbb, mint syrodutnyh. A 12-13 évszázadok bloomery módszerrel már széles körben elterjedt.

Megoszlása ​​Vas jellegű. Szerint a tartalom a litoszférában (4,65 tömeg%) Iron között második helyen áll fémek (az első alumínium). Vándorol erőteljesen a kéregben, alkotó mintegy 300 ásványok (oxidok, szulfidok, szilikátok, karbonátok, titanátok, foszfátok és hasonlók. D.). Vas aktívan részt vesz a magmás, hidrotermális és szupergén folyamatokat, amelyek kapcsolatban állnak a kialakulását különböző típusú a mezők. Vas - földfém mélységek, felhalmozódik a korai szakaszában a kristályosodás, a ultrabázikus (9,85%) és a nagyobb (8,56%) kőzetek (a gránit csak 2,7%). A bioszféra, vas felhalmozódik a sok tengeri és szárazföldi üledékek, alkotó üledékes érc.

Fontos szerepe van a geokémiai Iron redox reakciók - átmeneti 2 vegyértékű vasat a 3-értékű és vissza. A bioszférában, jelenlétében a szerves anyagok Fe 3+ redukálódik Fe 2+ és könnyen elmozdul, miközben teljesíti oxigénnel Fe 2+ oxidáljuk, alkotó halmozódások hidroxidok 3 vegyértékű vasat. Elterjedt vegyületet 3-értékű vas-vörös, sárga, barna színű. Ez határozza meg a színt a sok üledékes kőzetek és a nevüket - „piros színű formáció” (vörös és barna agyag és agyag, sárga homok, stb ...).

A fizikai tulajdonságai a vas. Vas érték az aktuális állása határozza meg nem csak a széles körben elterjedt a természetben, hanem kombinációja értékes tulajdonságokkal rendelkezik. Ez a műanyag, könnyen kovácsolt hideg és meleg állapotban, alkalmas arra, hogy gördülő, sajtolás és rajzolt. Képes feloldani a szén és más elemek az alapja a termelés különböző vas ötvözetek.

Vas létezhetnek két kristályrétegeiben: α- és γ-középpontos köbös (BCC) és a felületen középpontos köbös (FCC). Az alábbiakban 910 ° C-on stabil α-Fe BCC (a = 2,86645Å 20 ° C-on). Között 910 ° C és 1400 ° C γ-módosítás stabil FCC (a = 3,64Å). 1400 ° C fölé ismét kialakítva BCC rács δ-Fe (a = 2,94Å), Ellenáll az olvadáspontja (1539-ben ° C). alfa-Fe ferromágneses legfeljebb 769 ° C (Curie-pontja). Módosítások γ-Fe és δ-Fe paramágneses.

A fizikai tulajdonságok a vas függ annak tisztaságát. Az ipari vas anyagok Gland általában kíséri szennyező szén, nitrogén, oxigén, hidrogén, kén, foszfor. Még igen alacsony koncentrációban ezek a szennyeződések nagy mértékben változtatja a tulajdonságait a fém. Így, kén az úgynevezett törékenység, foszfor (akár 10 -2% P) - hideg törékenység; szén és nitrogén csökkenti a képlékenységet és a hidrogén-rideggé növeli vas (t. n. Hidrogén törékenységet). Csökkentése szennyező anyag-tartalom 10 -7 - 10 -9% vezet jelentős változásokat tulajdonságait a fém, különösen, hogy javítsa a képlékenység.

Az atomi sugara 1,26Å

Az ionos sugara Fe 2+ 0,80Å, Fe 3+ 0,67Å

Sűrűség (20 ° C) 7 874 g / cm 3

forráspontja körülbelül 3200 ° C-on

Hőmérséklet A lineáris hőtágulási együttható (20 ° C) 11,7 × 10 -6

Hővezető képesség (25 ° C) 74,04 W / (m · K) [0177 cal / (cm · sec · °)]

Vas Hőkapacitás függ a szerkezetét és komplex módon a hőmérséklettől függően változik; átlagos fajlagos hő (0-1000 ° C) 640,57 J / (kg · K) [0,153 cal / (g · °)].

Az elektróda elektromos ellenállása (20 ° C) 9,7 x 10 -8 ohm-m

Hőmérsékleti együttható (0-100 ° C) 6,51 * 10 -3

A Young-modulusa 190-210 × 10 3 MN / m 2 (19-21 x 10 3 kgf / mm 2)

A hőmérsékleti együttható a Young-modulusa 4 × 10 -6

A nyírási modulus 84,0 × 10 3 MN / m 2

Rövid szakítószilárdsága 170-210 MN / m 2

Nyúlás 45-55%

Brinell-keménysége 350-450 MN / m 2

Folyáshatár 100 MN / m 2

Ütésállóság 300 MN / m 2

Kémiai tulajdonságait vas. A konfiguráció a külső elektron héj az atom 3d 6 4s 2. Iron mutat változó vegyérték (a legstabilabb vegyületet, 2- és 3-vegyértékű vasat). Az oxigénnel képez oxid Vas (II) FeO, oxid (III) Fe 2O 3 és az oxid (II, III) Fe3 O4 (vegyület FeO c Fe2 O3. Miután a spinell szerkezet). Nedves levegőben közönséges hőmérsékleten van bevonva vas rozsda laza (Fe 2O 3 · NH2 O). A porozitás miatt rozsda nem akadályozza hozzáférést az oxigén és a nedvesség a fém, és ezért nem akadályozza meg a további oxidációtól. Ennek eredményeként, a különböző típusú korrózió millió tonna vas elvesznek évente. Hevitésre of Iron száraz levegőben 200 ° C felett van borítva a legvékonyabb-oxid film, amely megvédi a fémet a korróziótól szokásos hőmérsékleteken; Ez az alapja a műszaki védelmi eljárás Vas - kékre futtatás. Amikor melegítjük a gőz vas oxidálódik Fe3 O4 (alább 570 ° C) vagy FeO (feletti 570 ° C-on), és a hidrogénfejlődés.

Hidroxid Fe (OH) 2 keletkezik, mint egy fehér csapadék hatására maró alkálihidroxid vagy ammónia vizes oldata Fe 2+ sók hidrogén atmoszférában vagy nitrogén. A levegővel érintkezve Fe (OH) 2 első zöld, végül gyorsan elsötétedik és válik Fe (OH) 3 piros-barna-hidroxid. Oxid FeO mutat alapvető tulajdonságait. Oxide Fe2 O3 amfoteren, és enyhe savas funkció; reakcióba több alapvető oxidok (például, MgO, ez képezi ferrit -. típusú vegyületek Fe2 O3 · nMeO, amelynek ferromágneses tulajdonságú és széles körben használják az elektronika savas tulajdonságok vannak kifejezve, és 6-vegyértékű vasat meglévő formájában ferrát, például K2 FeO4. sók nem izoláljuk a szabad sav állapotban vas.

Vas könnyen reakcióba lép halogénekkel és hidrogén-halogenidek, így sók, mint például kloridok, FeCl2 és FeCI3. Amikor melegítjük képződött ként Iron szulfidok FeS és FeS2. Vaskarbidok - Fe3 C (cementit) és Fe2 C (e-karbid) - esik ki szilárd oldatát szén vas hűtés során. Fe3 C osztják oldatok szén a folyékony vas nagy koncentrációban S. Nitrogén, mint a szén, ez ad az Iron szilárd oldatok; nitridek közülük FE4 N és Fe2 N. Az Iron hidrogénatom hidridek ad csak kis stabilitású, amelyek összetételét nem pontosan megállapítva. Amikor fűtés vas erőteljesen reakcióba lép a szilíciummal és foszfor, amely egy szilicid (például Fe3 Si és foszfidok (például Fe3 P).

Vas Normál elektród potenciál vizes oldatok sói a reakció Fe = Fe 2+ + 2e -0,44 V, illetve a reakció Fe = Fe 3+ + 3e egyenlő -0,036. Így, egy sor aktív vas áll bal hidrogén. Ez könnyen oldódik híg savakban szétválasztása H2 és alkotnak Fe 2+ ionok. Vas sajátosan reagál salétromsavval. Tömény HNO3 (sűrűsége 1,45 g / cm 3) előfordulása miatt Passziválja a vas a felszínén védő oxidréteg; hígabb HNO3 alkotnak feloldódik vasionok Fe 2+ vagy Fe 3+. kinyerjük, vagy NH3 az N2 és N2 O. A oldatai sói 2 vegyértékű vasat instabil levegőben - Fe 2+ fokozatosan oxidáljuk Fe 3+. Sók vizes oldatai az Iron hidrolízissel savas. A sók hozzáadása a megoldások Fe 3+ SCN- tiocianát ionokat ad fényes vér-vörös színű miatt előfordulása Fe (SCN) 3, amely lehetővé teszi, hogy nyissa jelenlétében 1 rész Fe 3+ körülbelül 10 6 rész víz. Vas képződése jellemzi a komplex vegyületek.

Előállítása vas. Tiszta vas kapott viszonylag kis mennyiségben a vizes oldatok elektrolízisével annak sói vagy oxidok hidrogénes redukcióval. Fokozatosan növelve a termelés a megfelelően tiszta vas direkt redukcióval érceiben koncentrátumok, hidrogénatom, a földgáz vagy a szén viszonylag alacsony hőmérsékleten.

A vas-alapú anyagok képesek ellenállni a magas és az alacsony hőmérsékleten és magas vákuumban nyomások, korrozív környezetben, nagy váltakozó feszültség, nukleáris sugárzás, és m. P. Vas- és ötvözetei növekszik.

Vas, mint művészeti anyag már az ókorban Egyiptom, Mezopotámia, India. A középkor óta fennmaradt számos magas művészi kovácsoltvas Európában (Anglia, Franciaország, Olaszország, Magyarország és mások) - kovácsoltvas korlátok, zsanérok, falikarok, weathervanes, kovácsoltvas ládák, svettsy. Kovácsolt keresztül termékek rudak és cikkeket barázdált fémlemez (gyakran egy csillámos béléssel) különböző térbeli alakzatokat, egyértelmű lineáris grafikus sziluettje és hatékonyan szkríneltük fény és a háttér. A 20. században a vas gyártásához használt rácsok, kerítések, áttört belső válaszfalak, gyertyatartók, szobrok.

Vas a szervezetben. Vas van jelen, minden szervezetben a növények és az állatok (átlagosan körülbelül 0,02%); szükség van elsősorban a cseréjét oxigén és oxidációs folyamatok. Vannak szervezetek (az úgynevezett csomópontok), amely képes felhalmozni, nagy mennyiségben (például vas baktériumok - akár 17-20% vas). Szinte minden a vas a szervezetben az állatok és növények kapcsolódó fehérjéket. A vashiány okoz a fejlődés leállását és klorózis növények kapcsolatos jelenségeket csökkent képződése klorofill. Káros hatása a növények fejlődését, és a vas túlterhelés, ami például steril virágok a rizs és a klorózis. Lúgos talajon képződött elérhetetlen a növények gyökereire asszimilációjának vasvegyületek, és a növények nem kap ez elegendő mennyiségben; savas talajokban vasvegyület oldhatóvá válik feleslegben. A hiány vagy felesleg a talajban asszimilálható vasvegyület növényi betegségek előfordulhatnak nagy területeken.

Az állatok és az emberek Vas származik az élelmiszer (a leggazdagabb a máj, hús, tojás, bab, kenyér, gabonafélék, spenót, cékla). Általában egy személy kap egy adag 60-110 mg vasat, amely jelentősen meghaladja a napi szükséglet. Felszívódás bejövő élelmiszer Iron történik a felső része a vékonybélben, ahol a kapcsolódó formáját a fehérje belép a véráramba, és hordozza a vér a különböző szervekben és szövetekben, ahol letétbe formájában vas-fehérje komplex - ferritin. Fő vasraktárakat a szervezetben - a máj és a lép. Mivel a szintézisét ferritin vasvegyületek test: szintetizálódik a csontvelőben légzőszervi pigment hemoglobin, izom - mioglobin, citokrómok a különböző szövetekben, és más, a vas-tartalmú enzimek. Vas felszabadul a szervezetből főleg a falon keresztül a vastagbél (emberben körülbelül 6-10 mg naponta), és kisebb mértékben a vesékben. Annak szükségességét, hogy a vas változik a kora és fizikai állapota. 1 kg tömegű szükséges a gyermekek számára - 0,6, 0,1-felnőttek és a terhes - 0,3 mg vas naponta. Az állatokat szükség van a vas körülbelül (1 kg táp szárazanyag): tejelő tehenek - legalább 50 mg, nevelésére - 30-50 mg; sertések - legfeljebb 200 mg, a vemhes sertések - 60 mg.