Железо

Смешанный оксид Fe3O4

Интересным соединение железа является смешанный оксид. Его особенность в том, что в одной кристаллической решетке есть сразу два иона железа — +2 и +3. Так как они образуют единый комплекс, часто их записывают как один оксид. На самом деле это кристаллогидрат двух оксидов: FeO⋅Fe₂O₃. Для него характерны следующие реакции:

Разложение: Fe₃O₄ → 3Fe + 2O₂
Реакция с разбавленной кислотой: Fe₃O₄ + 4 H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + FeSO₄ + 4 H₂O
Окисление: 4Fe₃O₄+ 2O₂→6Fe₂O₃
Сплавление: Fe₃O₄+ 14NaOH → Na₄FeO₃+ 2Na₅FeO₄+ 7H₂O
Конпропорционирование: Fe + Fe₃O₄ → 4FeO
Восстановление водородом до железа и воды.

Химический состав

Теллурическое железо содержит примеси никеля (Ni) 0,6—2%, кобальта (Со) до 0,3%, меди (Сu) до 0,4%, платины (Pt) до 0,1%, углерода; в метеоритном железе никель составляет от 2 до 12%, кобальт—около 0,5%, имеются также примеси фосфора, серы, углерода.

Поведение в кислотах: растворяется в НNО3.В природе существует несколько модификаций железа — низкотемпературная имеет ОЦК ячейку (Im3m), высокотемпературная (при температурах > 1179K) ГЦК ячейку (Fm(-3)m). В больших количествах содержится в метеоритах. В железных метеоритах при травлении или нагреве проявляются видманштеттеновы фигуры.Происхождение: теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовых лавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe1-xS) и когенит (Fe3C), что объясняют как восстановление углеродом (в т.ч. и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)n. В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд. Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов — железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.

Семейство самородного железа (по Годовикову) Группа самородного железа< 2,9, редко до 6,4 ат. % Ni — феррит< ~ 6,4 ат. % Ni — камасит

Группа самородного никеля> 24 ат. % Ni — тэнит62,5 — 92 ат. % Ni — аваруит Ni3Fe(Ni, Fe) — Самородный никель

Железо (англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) — один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего — 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe₂O₃,), бурого железняка (2Fe₂O₃, ЗН₂О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO3,), магнетита (Fe₃0₄) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500oС. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800oС повторной проковкой.

В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.

Секс и продолжение рода

Секс — во многом табуированная, но очень важная часть человеческой жизни и отношений

Продолжение рода не менее важно. Возможно, ты не знал о них нескольких вещей

44. Самая большая клетка человека — яйцеклетка, а самая маленькая — сперматозоид

Ты не можешь увидеть клетки кожи или мышц, а вот яйцеклетка достаточно велика, чтобы ее увидеть невооруженным глазом: ее диаметр — около миллиметра. А мужские сперматозоиды, наоборот, крошечные.

Гормоны во время беременности могут вызывать перемены настроения и разные другие неожиданные вещи. Они даже могут влиять на сны! А еще многие женщины во время беременности видят во сне воду, роды и эротические сюжеты.

47. Почти все дети рождаются с голубыми глазами

Цвет глаз зависит от генов твоих родителей, но большинство детей появляется на свет с голубыми глазами. Всё дело в пигменте меланине. Меланину в глазах новорожденного часто требуется время, чтобы либо померкнуть под воздействием света, либо проявиться и показать истинный цвет глаз ребенка.

48. Дети сильные, как быки

Конечно, они не могут тянуть за собой телегу, но если бы они были размером с быка, то наверняка смогли бы. Они очень сильны для своих крошечных размеров. Так что будь внимателен: они ж пинаются!

49. Один из 2 000 детей рождается с зубом

Иногда это нормальный молочный зуб, который так и останется у ребенка, пока ему не придет на смену коренной, а иногда это лишний зуб, который вскоре выпадает.

50. Плод приобретает отпечатки пальцев в возрасте трех месяцев

Еще на ранних стадиях развития у плодов появляется одна из самых уникальных человеческих черт — отпечатки пальцев. На 6—13 неделе развития они уже обретают ясные очертания. Как ни странно, эти отпечатки не изменятся на протяжении всей жизни и будут одной из последних вещей, которые исчезнут после смерти.

51. Каждый человек полчаса своей жизни был одной-единственной клеткой

Даже самые крупные из нас когда-то были одной-единственной клеткой — зиготой, оплодотворенной яйцеклеткой. Вскоре она начала делиться и развиваться в эмбрион.

52. У большинства мужчин эрекция происходит каждый час и каждые полтора часа во время сна

Ведь ночью мозг гораздо активнее. Кровообращение и тестостерон вызывают эрекцию во время сна, это нормальная часть быстрого сна.

Интересные факты об ученых-физиках

Мы приготовили по пять занимательных фактов о знаменитых физиках. Теперь вы можете поближе познакомиться с людьми, благодаря которым нам известно больше о нашей Вселенной.

Галилео Галилей

после школы намеревался посвятить себя церкви, однако отец запретил;
ученый увлекался написанием стихотворений;
он изобрел телескоп и первым применил его для исследования очного неба;
всегда считал себя религиозным человеком, но был осужден инквизицией за свои труды, в которых доказывал, что земля вращается вокруг солнца;
только в 1992 году Ватикан признал преследование Галилея ошибкой.

Исаак Ньютон

вопреки популярной легенде, яблоки ему на голову не падали;
ученый никогда не спешил с обнародованием своих открытий, именно поэтому многие из них были опубликованы спустя 20-30 лет;
стал первым гражданином Англии, которого посвятили в рыцари за научные заслуги;
являлся членом Палаты лордов, но всегда молчал на заседаниях (единственный раз взял слово, когда попросил закрыть окно);
именно им были выбраны основные цвета видимого спектра (сначала ограничился пятью, а потом добавил еще два).

Альберт Эйнштейн

на скрипке начал играть раньше, чем научился говорить (в 6 лет);
за автограф всегда просил один доллар, а вырученные деньги передавал на благотворительность;
ФБР подозревало его в шпионаже в пользу СССР, поэтому за ним велась слежка, а телефонные разговоры прослушивались;
по непонятным причинам его раздражало слово «мы»;
ученый разрешил использовать свой мозг для исследований после смерти (патологоанатом, который проводил вскрытие, после похитил орган).

Томас Эдисон

в 10 лет создал свою первую лабораторию, тратя все карманные деньги на покупку реактивов;
в 14 лет спас 3-летнего мальчика от приближающегося товарного поезда;
с 12 лет стал терять слух, но ему это нравилось, потому что было проще сконцентрироваться на экспериментах;
сделал предложение своей возлюбленной при помощи азбуки Морзе;
по его проекту был построен полностью бетонный дом — не только его конструкция, но вся мебель, включая ванну, лестницу, рамки для картин и даже электротрубы.

Никола Тесла

по его собственным утверждением, он спал около 2 часов в сутки;
у него никогда не было собственного дома, жил либо в лабораториях, либо в гостиницах;
существует версия, что именно Тесла изобрел радио, просто не запатентовал это изобретение;
у него была паническая боязнь микробов, из-за которой всячески избегал контакта с другими людьми;
был сторонником контроля рождаемости.

Интересные факты о металлургии. Интересные факты о металлах (10 фото)

Как всем известно, прогресс на месте не стоит, до отрасли металлов он также добрался. Сфера бесконечно расширяется все новыми и новыми сплавами, которые активно применяются в промышленности, впрочем, старые разновидности металлических элементов ничуть не меньше задействуют во многих областях.

1. Одна их компаний, расположенных в Швейцарии занимается производством слитков из таких видов, как золото, серебро, палладия и платина, но далеко не в классической форме, а такой, что внешне напоминает собой шоколада.

2. Знали ли Вы, что все медали, которые вручают олимпийским призерам, в действительности же выпущены из серебра. Так, в соответствии с рекомендациями МОК, все наградные изделия иметь золотое покрытые в количестве 6 г и более. А вот медали, врученные на Олимпиаде-2012, включали в свой состав лишь 1% золота.

3. Примечательно, существуют сплавы, которые обладают интересным свойством — запоминать первозданный свой вид. Эту разновидность сплава мы можем наблюдать в нитиноле, где 55% это никель, а 45% титан. Эксклюзивная структура, имеющая название мартенсит, деформируясь в процессе нагревании при довольно-таки высокой температуре, вновь обретает первоначальный вид.

Многие ли из Вас обращали внимание на края монеток? Замечая там совсем крохотные прорези, едва ли задумывались о том, что у них имеется свое название — гурт. Данные прорези, были нечем иным, как методом борьбы с мошенниками, которые пытались идти в обход государства и самолично плавить золото из выдробленных частичек

5. За весь период существования, люди смогли добыть примерно 161 тыс. т драгметалла, суммарная стоимость которого составляла около 9-и трлн. американских долларов.

6. Доказано, что практически каждый час из земельных недр извлекается количество железа, равное количеству добытого золоту за весь период существования человечества.

7. Интересный факт: Все ювелирные украшения производятся из золота, но с добавлением серебра или меди. Без этих составляющих элементов изделия были бы очень хрупкими и не пригодными к ношению.

8. Мишель Лотито (артист из Франции), стал известен только потому, что проглатывал предметы, совершенно не предназначенные для внутреннего потребления. По словам очевидцев (участников его шоу) во время всех собственных выступлений, он проглотил порядка 9 тонн всевозможных металлических сплавов.

9. Что Вам известно об изготовлении монет Российской Федерации? Знаете ли Вы, что цена, затраченная на их выпуск несколько выше установленного номинала – к примеру, чеканка 5 коп. обходится государству аж в 71 коп.

10. Было время, когда такой драгоценный металл, как платина оценивался практически в два раза ниже, чем серебра. Особой популярностью она также не пользовалась, низкий спрос объяснялся ее тугоплавкостью. Слово платина имеет перевод с испанского языка и трактуется, как «серебришко». Достаточно долгое это значение красноречиво отображало весьма пренебрежительное отношение местного населения к данному сплаву. В наше время изделия из платины ценятся превышают по стоимости серебро.

11. В небольшом городке Японии — Суве, был найдет весьма необычный метод по добыче золотого металла. К слову, он оказался в 50 раз лучше по показателям, чем самые элитные золотоносные шахты со всего мира. Драгметалл получают из пепла, который является продуктом сжигания сухих остатков канализационных стоков. Впрочем, и здесь имеются свои нюансы, так, для добычи сплава, подойдет далеко не каждая канализация – в Суве расположено огромное количество предприятий, занимающихся производством электроники, и применяющих в своей работе золото и золотосодержащие сплавы.

7 Железные вулканы — Iron Volcanoes

Источник фото: space.com

Космические вулканы ведут себя странно. Например, есть планеты с криовулканами, извергающимися водой вместо лавы. В 2019 году в научной статье был предложен неизвестный вид вулканизма. Хотя железных вулканов на Земле не существует, есть вероятность, что когда-то они были у металлических астероидов в нашей Солнечной системе.

Солнечная система в наши дни слишком холодна, чтобы астероиды могли содержать расплавленный металл, но миллиарды лет назад все было иначе. Некоторые астероиды возникли как маленькие планеты. Столкновения отделили планетезимали от их жидкометаллических ядер. Когда последний затвердел, процесс включал в себя временный вулканизм на поверхности.

Интересно, что если бы извержения извергали чистое железо, оно выглядело бы иначе, чем то, к чему привыкли земляне. Вместо того, чтобы вязкая лава текла толстыми образованиями, железо, скорее всего, распространилось в виде тонких пластов с низкой вязкостью.

Чтобы подтвердить возможность таких вулканов, ученым нужно посмотреть на металлический астероид. НАСА планирует запустить космический корабль в 2022 году, чтобы исследовать Психею, самую большую из группы. Поскольку корабль прибудет только в 2026 году, свидетельства железных вулканов должны подождать несколько лет.

Какими физическими свойствами железо обладает?

Это пластичный серебристо-белого цвета металл с сероватым оттенком, имеющий металлический блеск. Он является хорошим проводником электрического тока и теплоты. Благодаря пластичности он прекрасно поддается ковке и прокатке. Железо не растворяется в воде, но разжижается в ртути, плавится при температуре 1539 и кипит при 2862 градусов по Цельсию, имеет плотность 7,9 г/см³. Особенностью физических свойств железа является то, что металл притягивается магнитом и после аннулирования внешнего магнитного поля хранит намагниченность. Используя эти свойства его можно применять для изготовления магнитов.

Начало истории железа

В третьем тысячелетии до н. э. люди стали добывать и научились обрабатывать бронзу и медь. Широкого применения из-за дороговизны они не получили. Продолжались поиски нового металла. История железа началась в первом веке до н. э. В природе его можно встретить только в виде соединений с кислородом. Для получения чистого металла необходимо отделить последний элемент. Расплавить железо долго не удавалось, так как его надо было нагреть до 1539 градусов. И только с появлением сыродутных печей в первом тысячелетии до новой эры стали получать этот металл. На первых порах он был хрупким, содержал много шлаков.

Сферы применения

Этот материл применяется в разных отраслях промышленности:

Смеси и однородный металл применяются в машиностроении. Из них изготавливаются внутренние детали, корпуса, подвижные механизмы.
Судостроение, самолётостроение, ракетостроение.
Строительство — изготовление крепежей, расходных материалов.
Приборостроение — изготовление электроники для дома.
Радиоэлектроника — создание элементов для электроприборов.
Медицина, станкостроение, химическая промышленность.
Изготовление оружия.

Если для чего-то не подходит однородный материал, подойдут соединения на его основе, характеристики которых значительно отличаются.

Коррозия

Это сугубо негативный процесс, хотя есть у него и свои преимущества. Ещё 100 лет назад кавказские джигиты осознали всю полезность коррозийного процесса для производства прочных, не тупящихся клинков.

Так, они первые стали зарывать свои сабли и клинки в землю на пару лет, где те обретали прочность и способность разрезать даже самые твердые волокна. Данные характеристики металла достигались за счет абсорбирующего свойства ржавчины, которая, находясь в земле, впитывала в себя органические элементы и углеродистые соединения.

Индийское инженерное научное сообщество изобрело собственный инновационный метод защиты металлических поверхностей посредством катализа коррозии и последующего нанесения оксидированной краски на заржавевшую поверхность. Таким образом, специальная краска вступает в реакцию с ржавчиной и образует однородный, крепкий защитный слой.

В производстве инструментов для разделки туш применяются сплавы с небольшим процентом хрома, меди и никеля, за счет чего изделие быстро покрывается коррозией, под которой со временем образовывается прочный защитный слой, препятствующий дальнейшему образованию ржавчины.

Нахождение железа в природе

В природе железо содержится в рудах. Они могут отличаться по содержанию железа и других примесей. К основным железным рудам относятся: магнетит, гематит, пирит.

Магнетит (магнитный железняк)

Химическая формула – FeO·Fe₂O₃. К основному оксиду могут примешиваться различные металлы и их оксиды. Зоны залежей магнетита проводят к формированию магнитных аномалий – участков Земли, на которых магнитные приборы указывают не на полюса, а на эту залежь. По этой причине использовать компасы и электронные приборы в этих зонах бесполезно.

Магнетит добывается в Челябинской области, на Кольском полуострове, Южном Урале, на Украине (гора Кривой рог).

Кратер добычи железной руды в Курской Магнитной Аномалии. Источник

Эта руда является основной для получения железа, так как его содержание в ней – 72,4%. В форме минерала используется в качестве утяжелителя глинистых растворов при бурении.

Пирит

Химическая формула — FeS₂(серный или железный колчедан). Может содержать примеси Mn, Ni, Co. Это минерал желтого цвета. Из-за внешнего сходства его часто путали с золотом, поэтому этот минерал часто называют золотом дураков. Хотя, самородное золото часто содержится в пирите в виде примесей и даже встраивается в го кристаллическую решетку.

Считается одним из самых распространенных сульфидов. Залежи пирита расположена во всех геотермальноактивных зонах, а также, в донных отложениях Черного моря.

При контакте с воздухом окисляется до лимонита (FeOOH·(Fe₂O₃·nH₂O).

Пирит используется для получения серной кислоты, сероводорода или в строительном деле в качестве добавки в цемент.

Гематит

Химическая формула — Fe₂O₃. С давних времен минерал использовался для изготовления красок, ритуальных украшений и лекарственных препаратов. В настоящее время является основным источником получения чугуна.

Основные месторождения:

Украинское (Кривбасс);
Михайловское (КМА);
Колатсельгские штольни;
Байкальское месторождение;
Альпийское;
Кутим.

Кроме минералов существует еще метеоритное железо. Это форма металла, попавшего на Землю из космоса. Во время прохождения через плотные слои атмосферы все примеси метеорита сгорают. Такое железо считается самым чистым. Оно практически не подвергается коррозии.

Почему возникает дефицит

Самая частая причина — кровопотери, например из-за травмы или болезни кишечника, а также из-за слишком сильных менструальных кровотечений.

«Дефицит железа лежит в основе более половины анемий, — говорит к. м. н. кардиолог и диетолог, GMS Clinic Наталья Поленова. — Основные причины дефицита железа: несбалансированная диета, нарушение всасывания, циклические кровопотери у женщин репродуктивного возраста, донорство, беременность, лактация, быстрый рост в пубертатном периоде».

Вторая причина — плохое всасывание железа. Это может происходить при приеме лекарств, хронических болезнях кишечника, воспалениях или генетических нарушениях.

Гематолог ФГБУ «НМИЦ Гематологии» Минздрава России уточняет, что железодефицитные состояния возникают при многих заболеваниях с нарушениями всасывания, начиная от серьезных онкологических и заканчивая гельминтозами и наличием бактерий Helicobacter pylori, которые поглощают железо.

Получение

В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (FeO·Fe2O3).
Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.
Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.
В печи углерод в виде кокса окисляется до монооксида углерода. Данный оксид образуется при горении в недостатке кислорода. В свою очередь, монооксид углерода восстанавливает железо из руды. Чтобы данная реакция шла быстрее, нагретый угарный газ пропускают через оксид железа(III). Флюс добавляется для избавления от нежелательных примесей (в первую очередь от силикатов; например кварц) в добываемой руде. Типичный флюс содержит известняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Для устранения других примесей используют другие флюсы.
Действие флюса (в данном случае карбонат кальция) заключается в том, что при его нагревании он разлагается до его оксида. Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак — метасиликат кальция. Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности — это свойство позволяет разделять шлак от металла. Шлак затем может использоваться при строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме таких случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.
Излишки углерода и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используются и для выплавки легированных сталей.
Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, которые содержат водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями как сера и фосфор, которые являются обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.

Интересные факты о железе

Железо испаряется, если нагреть его до температуры в 2862 градуса. При этом оно становится жидким при нагреве до 1538 градусов.
Когда люди только научились добывать железо и обрабатывать его, оно стоило дороже золота.
Ещё до развития металлургии древние люди иногда находили железные самородки, зачастую метеоритного происхождения, и изготавливали из них орудия труда и оружие.
На железо приходится около 4,65% всей массы земной коры.
В космосе железных метеоритов больше, чем каменных.
В организме среднестатистического взрослого человека содержится около 5 грамм железа.
Из распространённых продуктов больше всего железа содержится в гранатах, яблоках, шоколаде, некоторых бобовых, а также в свиной и говяжьей печени.
Недостаток железа в организме приводит к апатии, сонливости, ломкости ногтей и выпадению волос.
Человек, если из его организма вдруг убрать всё железо, очень быстро умрёт, так как без железа кровь не сможет переносить кислород.
В железной руде, помимо, собственно, железа, содержится до 300 примесей других минералов.
Самый большой кусок чистого железа, когда-либо обнаруженный, весит 66 тонн. Это всё, что осталось от метеорита, некогда упавшего на африканскую страну Намибия.
Серная и азотная кислоты способны полностью растворить железо.
Ржавчина — это просто оксид железа, окисляющегося при контакте с кислородом.
И сталь, и чугун представляют собой сплав железа с углеродом, причём разница в содержании углерода в этих сплавах не превышает 3-5%.
Именно из железа изготавливают магниты, как обычные, так и электрические.
Среди всех металлов в земной коре только алюминий превосходит его по распространённости.
Мелкодисперсное железо, представляющее собой мельчайшую пыль, способно само по себе вспыхнуть на воздухе, из-за воздействия кислорода.
Учёные полагают, что раскалённое ядро нашей планеты на 80-90% состоит из расплавленного железа, находящегося под огромным давлением.
Период полураспада самого долгоживущего изотопа железа достигает 2,6 миллиона лет, а самого короткоживущего — менее 10 минут.
В речной воде содержание железа в 100-1000 раз выше, чем в морской.

Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.