нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Залізо

   
 

Залізо (латинське Ferrum), Fe, хімічний елемент VIII групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 26, атомна маса 55,847; блискучий сріблясто-білий метал. Елемент в природі складається з чотирьох стабільних ізотопів: 54 Fe (5,84%), 56 Fe (91,68%), 57 Fe (2,17%) і 58 Fe (0,31%).

Історична довідка. Ж. було відомо ще в доісторичні часи, проте широке застосування знайшло значно пізніше, т. к. у вільному стані зустрічається в природі вкрай рідко, а отримання його з руд стало можливим лише на певному рівні розвитку техніки. Ймовірно, вперше людина познайомилася з метеоритним Ж., про що свідчать його назви на мовах древніх народів: давньоєгипетське "бені-пет" означає "небесне залізо"; давньогрецьке sideros пов'язують з латинським sidus (родовий відмінок sideris) - зірка, небесне тіло. У хетських текстах 14 в. до н. е.. згадується про Ж. як про метал, що впав з неба. У романських мовах зберігся корінь назви, даного римлянами (наприклад, французьке fer, італійське ferro).

Спосіб отримання Ж. з руд був винайдений у західній частині Азії в 2-му тисячолітті до н. е.., вслід за тим застосування Ж. поширилося у Вавилоні, Єгипті, Греції; на зміну бронзового віку прийшов залізний вік . Гомер (в 23-й пісні "Іліади") розповідає, що Ахілл нагородив диском із залізної криці переможця в змаганні з метання диска. У Європі та Стародавній Русі протягом багатьох століть Ж. отримували по сиродутному процесу . Залізну руду відновлювали деревним вугіллям у горні (див. Відновлення металів ), влаштованому в ямі; в горн хутром нагнітали повітря, продукт відновлення - крицю ударами молота відокремлювали від шлаку і з неї виковували різні вироби. У міру удосконалення способів дуття і збільшення висоти горна температура процесу підвищувалася і частина Ж. науглероживается, тобто виходив чавун ; цей порівняно крихкий продукт вважали відходом виробництва. Звідси назва чавуну "паця", "свинське залізо" - англійське pig iron. Пізніше було відмічено, що при завантаженні в горн не залізні руди, а чавуну також виходить низьковуглецевий залізна криця, причому такий двохстадійний процес (див. Крічний переділ ) виявився вигіднішим, ніж сиродутний. У 12-13 ст. крічний спосіб був вже широко поширений. У 14 в. чавун почали виплавляти не тільки як напівпродукт для подальшого переділу, але і як матеріал для відливання різних виробів. До того ж часу відноситься і реконструкція горна в шахтну піч ("домницю"), а потім і в доменну піч. У середині 18 в. в Європі почав застосовуватися процес тигля отримання стали , який був відомий на території Сирії ще в ранній період середньовіччя, але надалі виявився забутим. При цьому способі сталь отримували розплавленням металеві шихти в невеликих судинах (тиглях) з Високовогнетривкі маси. В останній чверті 18 в. став розвиватися пудлінговий процес переділу чавуну в Ж. на поду полум'яної відбивної печі (див. Пудлінгування ). Промисловий переворот 18 - початку 19 ст., Винахід парової машини, будівництво залізниць, великих мостів і парового флоту викликали величезну потребу в Ж. і його сплавах. Однак всі існуючі способи виробництва Ж. не могли задовольнити потреби ринку. Масове виробництво сталі почалося лише в середині 19 в., Коли були розроблені бесемерівський, томасовський і мартенівський процеси. У 20 в. виник і отримав широке поширення електросталеплавильний процес, що дає сталь високої якості.

Поширеність в природі. За вмістом у літосфері (4,65% по масі) Ж. займає друге місце серед металів (на першому алюміній). Воно енергійно мігрує в земній корі, утворюючи близько 300 мінералів (оксиди, сульфіди, силікати, карбонати, титанати, фосфати і т. д.). Ж. бере активну участь в магматичних, гідротермальних і гіпергенних процесах, з якими пов'язано утворення різних типів його родовищ (див. Залізні руди ). Ж. - метал земних глибин, воно накопичується на ранніх етапах кристалізації магми, в ультраосновних (9,85%) і основних (8,56%) породах (в гранітах його всього 2,7%). У біосфері Ж. накопичується в багатьох морських і континентальних опадах, утворюючи осадові руди.

Важливу роль в геохімії Ж. грають окислювально-відновні реакції - перехід 2-валентного Ж. в 3-валентное і назад. У біосфері за наявності органічних речовин Fe 3 + відновлюється до Fe 2 + і легко мігрує, а при зустрічі з киснем повітря Fe 2 + окислюється, утворюючи скупчення гидроокисей 3-валентного Ж. Широко поширені з'єднання 3-валентного Ж. мають червоний, жовтий, бурий кольору. Цим визначається забарвлення багатьох осадових гірських порід і їх найменування - "червоно-кольорова формація" (червоні і бурі суглинки і глини, жовті піски і т. д.).

Фізичні та хімічні властивості. Значення Ж. у сучасній техніці визначається не тільки його широким розповсюдженням в природі, а й поєднанням дуже цінних властивостей. Воно пластично, легко кується як в холодному, так і нагрітому стані, піддається прокатці, штампування і волочіння. Здатність розчиняти вуглець і ін елементи служить основою для отримання різноманітних залізних сплавів.

Ж. може існувати у вигляді двох кристалічних граток: a-і g-об'емноцентрірованной кубічної (ОЦК) і гранецентрированной кубічної (ГЦК). Нижче 910? З стійко a - Fe з ОЦК-гратами (а = 2,86645 ? При 20? С). Між 910? С і 1400? С стійка g-модифікація з ГЦК-решіткою (а = 3,64 ). Вище 1400? З знову утворюється ОЦК-решітка d-Fe (а = 2,94 ), стійка до температури плавлення (1539 ° С). a - Fe феромагнітний аж до 769? С (точка Кюрі). Модифікація g-Fe і d-Fe парамагнітни.

Поліморфні перетворення Ж. і стали при нагріванні і охолодженні відкрив у 1868 Д. К. Чернов . Вуглець утворює з Ж. тверді розчини впровадження, в яких атоми С, мають невеликий атомний радіус (0,77 ), розміщуються в междоузлиях кристалічної решітки металу, що складається з більших атомів (атомний радіус Fe 1,26 ). Твердий розчин вуглецю в g-Fe зв. Аустенітом , а в (a-Fe- ферритом . Насичений твердий розчин вуглецю в g - Fe містить 2,0% С по масі при 1130? С; a-Fe розчиняє всього 0,02 - 0,04% С при 723? С, і менше 0,01 % при кімнатній температурі. Тому при загартуванню аустеніту утворюється мартенсит - пересичений твердий розчин вуглецю в a-Fe, дуже твердий і крихкий. Поєднання гарту з відпусткою (нагріванням до відносно низьких температур для зменшення внутрішніх напружень) дозволяє надати стали необхідне сполучення твердості і пластичності (див. Залізо - вуглецеві сплави . Термічна обробка металів ).

Фізичні властивості Ж. залежать від його чистоти. У промислових залізних матеріалах Ж., як правило, супроводжують домішки вуглецю, азоту, кисню, водню, сірки, фосфору. Навіть при дуже малих концентраціях ці домішки сильно змінюють властивості металу. Так, сірка викликає т. н. красноломкость , фосфор (навіть 10 -20 % Р ) - хладноломкость ; вуглець і азот зменшують пластичність , а водень збільшує крихкість Ж. (т. н. воднева крихкість). Зниження вмісту домішок до 10 -7 - 10 -9 % призводить до істотних змін властивостей металу, зокрема до підвищення пластичності.

Нижче наводяться фізичні властивості Ж., що відносяться в основному до металу із загальним вмістом домішок менше 0,01% по масі:

Атомний радіус 1,26

Іонні радіуси Fe 2 + O, 80 , Fe 3 + O, 67

Щільність (20 o C) 7,874 г / см 3

? t пл 1539? С

t кіп близько 3200 оС

Температурний коефіцієнт лінійного розширення (20? С) 11,7 Ї10 -6

Теплопровідність (25? С) 74,04 вт / ( мЇК )

[0,177 ( кал / смЇсекЇград )]

Теплоємність Ж. залежить від його структури і складним чином змінюється з температурою; середня питома теплоємність (0-1000 o C) 640,57 дж / ( кг ЇК) [0,153 кал / ( гЇград )].

Питомий електричний опір (20? С)

9,7 Ї10 - 8 омЇм [9,7 Ї10 -6 омЇсм ]

Температурний коефіцієнт електричного опору

(0-100? С) 6,51 Ї10 -3

? Модуль Юнга коефіцієнт модуля Юнга 3 4Ї10 2

? -6 3 Модуль зсуву 84,0 Ї10 2)

Мн / м

[8,4 Ї10 кгс / мм

? Короткочасна міцність на подовження 45-55% 3 Твердість по Бринеллю 350-450 2 Мн / м 3 [35-45 2]

кгс / мм

Межа плинності 100 Мн / м 2 [10 кгс / мм 2]

Ударна в'язкість 300

Мн / м [30 2

? кгс / мм Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома Fe 3 2]

? 4s Ж. проявляє змінну валентність (найбільш стійкі з'єднання 2 - і 3 - валентного Ж.). З киснем Ж. утворює закис FeO, окис Fe 2 і закис-окис Fe (з'єднання FeO з Fe 2]

, що має структуру шпінелі 2 У вологому повітрі при звичайній температурі Ж. покривається рихлою іржею (Fe O). Внаслідок своєї пористості іржа не перешкоджає доступу кисню і вологи до металу і тому не оберігає його від подальшого окислення. В результаті різних видів корозії щорічно втрачаються мільйони тонн Ж. (див. 2]

Корозія d6 металів). При нагріванні Ж. у сухому повітрі вище 200? С воно покривається найтоншої окісної плівкою, яка захищає метал від корозії при звичайних температурах; це лежить в основі технічного методу захисту Ж. - 2. воронения 2O3. При нагріванні у водяній парі Ж. окислюється з утворенням Fe 3O4 (нижче 570? С) або FeO (вище 570 ° С) і виділенням водню. 2O3 Гідроокис Fe (OH) утворюється у вигляді білого осаду при дії їдких лугів або аміаку на водні розчини солей Fe ). 2 + 2O3ЇnH2 в атмосфері водню або азоту. При зіткненні з повітрям Fe (OH) спершу зеленіє, потім чорніє і нарешті швидко переходить в червоно-буру гідроокис Fe (OH) . Закис FeO проявляє основні властивості. Окис Fe амфотерна і володіє слабо вираженою кислотної функцією; реагуючи з більш основними оксидами (наприклад, з MgO), вона утворює ферити - з'єднання типу Fe MeO, мають феромагнітні властивості і широко застосовуються в радіоелектроніці. Кислотні властивості виражені і у 6-валентного Ж., існуючого у вигляді Феррата, наприклад K 3O4 FeO

, солей не виділеної у вільному стані залізної кислоти. 2 Ж. легко реагує з галогенами і галогеноводородами, даючи солі, наприклад хлориди FeCl і FeCl . При нагріванні Ж. з сіркою утворюються сульфіди FeS і FeS 2 . Карбіди Ж. - Fe 3 C (2O3 цементит 2O3Їn) і Fe 2 C (e-карбід) - випадають з твердих розчинів вуглецю в Же при охолодженні. Fe 4 C виділяється також з розчинів вуглецю в рідкому Ж. при високих концентраціях С. Азот, подібно вуглецю, дає з Ж. тверді розчини впровадження; з них виділяються нітриди Fe

N і Fe 2 N. З воднем Ж. дає лише малостійкі гідриди, склад яких точно не встановлений. При нагріванні Ж. енергійно реагує з кремнієм і фосфором, утворюючи силіциди (наприклад, Fe 3 Si) і фосфіди (наприклад, Fe 2 P). 3 З'єднання Ж. з багатьма елементами (О, Sи ін), що утворюють кристалічну структуру, мають змінний склад (так, вміст сірки в моносульфід може коливатися від 50 до 53,3 ат.%). Це обумовлено дефектами кристалічної структури. Наприклад, в закису Ж. частина іонів Fe 2 + у вузлах решітки заміщена іонами Fe 2 3 + 3; для збереження електронейтральності деякі вузли грати, що належали іонам Fe 4 2 + 2, залишаються порожніми і фаза (вюстит) у звичайних умовах має формулу Fe 3 0,947 3 O.

Нормальний електродний потенціал Ж. у водних розчинах його солей для реакції складає - 0,44 в, а для реакції дорівнює - 0,036 в. Т. о., в ряду активностей Ж. варто лівіше водню. Воно легко розчиняється в розбавлених кислотах з виділенням H

і утворенням іонів Fe

2 + Своєрідно взаємодія Ж. з азотною кислотою

. Концентрована HNO (щільність 1,45 г / см ) пасивує Ж. унаслідок виникнення на його поверхні захисної окисної плівки; більш розбавлена ??HNO розчиняє Ж. з утворенням іонів Fe 2 2 + або Fe .

3 + , відновлюючись до MH або N 3 O і N Розчини солей 2-валентного Ж. на повітрі нестійкі - Fe 3 2 + 3 поступово окислюється до Fe 3 + . Водні розчини солей Ж. внаслідок гідролізу мають кислу реакцію. Додавання до розчинів солей Fe 3 3 + 2 тіоціанат -іонів SCN 2.

дає яскраву криваво-червоне забарвлення унаслідок виникнення Fe (SCN) , що дозволяє відкривати присутність 1 частини Fe 3 + приблизно в 10 частинах води. Для Ж. характерне утворення комплексних сполук Отримання і застосування. Чисте Ж. отримують у відносно невеликих кількостях електролізом водних розчинів його солей або відновленням воднем його оксидів. Розробляється спосіб безпосереднього отримання Ж. з руд електролізом розплавів. Поступово збільшується виробництво достатньо чистого Ж. шляхом його прямого відновлення з рудних концентратів воднем, природним газом або вугіллям при відносно низьких температурах. Ж. - найважливіший метал сучасної техніки. У чистому вигляді Ж. через його низьку міцності практично не використовується, хоча в побуті "залізними" часто називають сталеві або чавунні вироби. Основна маса Ж. застосовується у вигляді вельми різних за складом і властивостями сплавів. На частку сплавів Ж. припадає приблизно 95% всієї металевої продукції. Багаті вуглецем сплави (понад 2% по масі) - чавуни, виплавляють в доменних печах з збагачених залізних руд (див.Доменне виробництво- ). Сталь різних марок (вміст вуглецю менше 2% по масі) виплавляють з чавуну в мартенівських і електричних печах і конвертерах шляхом окислення (випалювання) зайвого вуглецю, видалення шкідливих домішок (головним чином S, Р, О) і додавання легуючих елементів (див.3Мартенівська пічКонвертер). Високолеговані сталі (з великим вмістом нікелю, хрому, вольфраму і ін елементів) виплавляють в електричних дугових і індукційних печах. Для виробництва сталей і сплавів Ж. особливо відповідального призначення служать нові процеси - вакуумний, електрошлаковий переплав, плазмова і електронно-променева плавка та ін Розробляються способи виплавки сталі в безперервно діючих агрегатах, що забезпечують високу якість металу і автоматизацію процесу.6На основі Ж. створюються матеріали, здатні витримувати дію високих і низьких температур, вакууму і високих тисків, агресивних середовищ, великих змінних напруг, ядерних випромінювань тощо Виробництво Ж. і його сплавів постійно зростає. У 1971 в СРСР виплавлено 89,3 млн. т чавуну і 121 млн.  сталі..

Л. А. Шварцман, Л. В. Ванюкова.

Залізо як художній матеріал використовувалося із старовини в Єгипті (підставка для голови з гробниці Тутанхамона біля Фів, середина 14 в. До н. Е.., Музей Ашмола, Оксфорд), Месопотамії (кинджали, знайдені близько Кархеміша, 500 до н. Е.., Британський музей, Лондон), Індії (залізна колона в Делі, 415). З часів середньовіччя збереглися численні високохудожні вироби з Ж. в країнах Європи (Англії, Франції, Італії, Росії та ін) - ковані огорожі, дверні петлі, настінні кронштейни, флюгера, обкуття скринь, светци. Ковані наскрізні вироби із прутів та вироби з просечного листового Ж. (часто із слюдяною підкладкою) відрізняються площинними формами, чітким лінійно-графічним силуетом і ефектно проглядаються на світло-повітряному фоні. У 20 в. Ж. використовується для виготовлення решіток, огорож, ажурних інтер'єрних перегородок, свічників, монументів. Т. Л.Залізо в організмі. Ж. присутній в організмах всіх тварин і в рослинах (в середньому близько 0,02%); воно необхідне головним чином для кисневого обміну і окислювальних процесів. Існують організми (т. н. Концентратори), здатні накопичувати його у великих кількостях (наприклад, железобактерии,  - До 17-20% Ж.). Майже всі Ж. в організмах тварин і рослин пов'язано з білками. Недолік Ж. викликає затримку росту і явищахлорозу рослин

, Пов'язані із зниженим утворенням тхлорофілу

© . Шкідливий вплив на розвиток рослин надає і надлишок Ж., викликаючи, наприклад, стерильність квіток рису і хлороз. У лужних грунтах утворюються недоступні для засвоєння корінням рослин з'єднання Ж., і рослини не отримують його в достатній кількості; в кислих грунтах Ж. переходить в розчинні сполуки в надлишковій кількості. При нестачі або надлишку в грунтах засвоюваних сполук Ж. захворювання рослин можуть спостерігатися на значних територіях (див.

Біогеохімічні провінції

© ).

В організм тварин і людини Ж. надходить з їжею (найбільш багаті ним печінка, м'ясо, яйця, бобові, хліб, крупи, шпинат, буряк). У нормі людина отримує з раціоном 60-110 мгЖ., що значно перевищує його добову потребу. Всмоктування надійшов з їжею Ж. відбувається у верхньому відділі тонких кишок, звідки воно в пов'язаній з білками формі надходить у кров і розноситься з кров'ю до різних органів і тканин, де депонується у вигляді Ж. - білкового комплексу - феритину. Основне депо Ж. в організмі - печінка і селезінка. За рахунок Ж. феритину відбувається синтез всіх залізовмісних сполук організму: в кістковому мозку синтезується дихальний пігмент гемоглобін, В м'язах - миоглобин, В різних тканинах цитохроми та ін залізовмісні ферменти. Виділяється Ж. з організму головним чином через стінку товстих кишок (у людини близько 6-10

мг на добу) і в незначній мірі нирками. Потреба організму в Ж. змінюється з віком і фізичним станом. На 1 кг ваги необхідно дітям - 0,6, дорослим - 0,1 і вагітним - 0,3 мг  Ж. на добу. У тварин потреба в Ж. орієнтовно становить (на 1кг  сухої речовини раціону): для дійних корів - не менше 50мг,  для молодняку ??- 30-50мг,  для поросят - до 200 мг, для супоросних свиней - 60мг. В. В. Ковальський.У медицині лікарські препарати Ж. (відновлене Ж., лактат Ж., гліцерофосфат Ж., сульфат 2-валентного Ж., таблетки Бло, розчин яблочнокіслого Ж., ферамід, гемостимулин та ін) використовують при лікуванні захворювань, що супроводжуються недоліком Ж. в організмі (залізодефіцитна анемія), а також як загальнозміцнюючі засоби (після перенесених інфекційних захворювань та ін.) Ізотопи Ж. ( 52Fe, 55Fe і 59 Fe) застосовують як індикатори при медико-біологічних дослідженнях і діагностиці захворювань крові (анемії, лейкози, поліцитемія та ін.) Літ.:

©  Загальна металургія, М., 1967; Некрасов Б. В., Основи загальної хімії, т. 3, М., 1970; Ремі Г., Курс неорганічної хімії, пер. з нім., т. 2, М., 1966; Коротка хімічна енциклопедія, т. 2, М., 1963; Левінсон Н. Р., [Вироби з кольорового і чорного металу], в кн.: Російське декоративне мистецтво, т. 1-3, М., 1962-65; Вернадський В. І., Біогеохімічні нариси. 1922-1932, М. - Л., 1940; Гранік С., Обмін заліза у тварин і рослин, в збірці: Мікроелементи, пров. з англ., М., 1962; Діксон М., Уебб Ф., ферменти, пров. з англ., М., 1966; Neogi P., Iron in ancient India, Calcutta, 1914; Friend J. N., Iron in antiquity, L., 1926; Frank E. B., Old French ironwork, Camb. (Mass.), 1950; Lister R., Decorative wrought ironwork in Great Britain, L., 1960.

В медицине лекарственные препараты Ж. (восстановленное Ж., лактат Ж., глицерофосфат Ж., сульфат 2-валентного Ж., таблетки Бло, раствор яблочнокислого Ж., ферамид, гемостимулин и др.) используют при лечении заболеваний, сопровождающихся недостатком Ж. в организме (железодефицитная анемия), а также как общеукрепляющие средства (после перенесённых инфекционных заболеваний и др.). Изотопы Ж. (52Fe, 55Fe и 59Fe) применяют как индикаторы при медико-биологических исследованиях и диагностике заболеваний крови (анемии, лейкозы, полицитемия и др.).

© Лит.: Общая металлургия, М., 1967; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 3, М., 1970; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 2, М., 1966; Краткая химическая энциклопедия, т. 2, М., 1963; Левинсон Н. Р., [Изделия из цветного и чёрного металла], в кн.: Русское декоративное искусство, т. 1-3, М., 1962-65; Вернадский В. И., Биогеохимические очерки. 1922-1932, М. - Л., 1940; Граник С., Обмен железа у животных и растений, в сборнике: Микроэлементы, пер. с англ., М., 1962; Диксон М., Уэбб Ф., ферменты, пер. с англ., М., 1966; Neogi P., Iron in ancient India, Calcutta, 1914; Friend J. N., Iron in antiquity, L.,1926; Frank E. B., Old French ironwork, Camb. (Mass.), 1950; Lister R., Decorative wrought ironwork in Great Britain, L., 1960.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка