Hemijska aktivnost gvožđa jednostavne supstance. Iron

DEFINICIJA

Iron- element osme grupe četvrtog perioda Periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva.

I broj volumena je 26. Simbol je Fe (latinski “ferrum”). Jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori (drugo mjesto nakon aluminija).

Fizička svojstva gvožđa

Gvožđe je sivi metal. U svom čistom obliku prilično je mekan, savitljiv i viskozan. Elektronska konfiguracija vanjskog energetskog nivoa je 3d 6 4s 2. U svojim jedinjenjima, željezo pokazuje oksidaciona stanja “+2” i “+3”. Tačka topljenja gvožđa je 1539C. Gvožđe formira dve kristalne modifikacije: α- i γ-gvožđe. Prvi od njih ima kubičnu rešetku usmjerenu na tijelo, a drugi kubičnu rešetku usmjerenu na lice. α-Gvožđe je termodinamički stabilno u dva temperaturna opsega: ispod 912 i od 1394C do tačke topljenja. Između 912 i 1394C γ-gvožđe je stabilno.

Mehanička svojstva željeza zavise od njegove čistoće – sadržaja čak i vrlo malih količina drugih elemenata u njemu. Čvrsto gvožđe ima sposobnost da rastvori mnoge elemente u sebi.

Hemijska svojstva gvožđa

Na vlažnom vazduhu gvožđe brzo rđa, tj. prekriven smeđim premazom od hidratiziranog željeznog oksida, koji zbog svoje krhkosti ne štiti željezo od daljnje oksidacije. U vodi, gvožđe intenzivno korodira; s obilnim pristupom kisiku nastaju hidratni oblici željeznog (III) oksida:

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 ×H 2 O.

S nedostatkom kisika ili otežanim pristupom nastaje miješani oksid (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

Gvožđe se otapa u hlorovodoničnoj kiselini bilo koje koncentracije:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2.

Otapanje u razrijeđenoj sumpornoj kiselini događa se na sličan način:

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

U koncentriranim otopinama sumporne kiseline, željezo se oksidira u željezo (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Međutim, u sumpornoj kiselini, čija je koncentracija blizu 100%, željezo postaje pasivno i praktično ne dolazi do interakcije. Gvožđe se otapa u razrijeđenim i umjereno koncentriranim otopinama dušične kiseline:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Pri visokim koncentracijama dušične kiseline, otapanje se usporava i željezo postaje pasivno.

Kao i drugi metali, gvožđe reaguje sa jednostavnim supstancama. Reakcije između gvožđa i halogena (bez obzira na vrstu halogena) nastaju kada se zagreju. Interakcija željeza s bromom događa se pri povećanom tlaku pare potonjeg:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Interakcija željeza sa sumporom (prah), dušikom i fosforom također se javlja kada se zagrije:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Gvožđe je sposobno da reaguje sa nemetalima kao što su ugljenik i silicijum:

3Fe + C = Fe 3 C;

Među reakcijama interakcije gvožđa sa složenim supstancama posebnu ulogu imaju sledeće reakcije - gvožđe je sposobno da redukuje metale koji se nalaze u nizu aktivnosti desno od njega iz rastvora soli (1), redukuje jedinjenja gvožđa (III) ( 2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Gvožđe, pod povišenim pritiskom, reaguje sa oksidom koji ne stvara soli – CO sa stvaranjem supstanci složenog sastava – karbonila – Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 i Fe 3 (CO) 12.

Gvožđe je, u odsustvu nečistoća, stabilno u vodi i u razblaženim alkalnim rastvorima.

Dobivanje gvožđa

Glavni način dobivanja željeza je iz željezne rude (hematit, magnetit) ili elektrolizom otopina njegovih soli (u ovom slučaju se dobiva „čisto“ željezo, tj. željezo bez nečistoća).

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte Željezna vaga Fe 3 O 4 mase 10 g prvo je tretirana sa 150 ml otopine hlorovodonične kiseline (gustina 1,1 g/ml) sa masenim udjelom hlorovodonika od 20%, a zatim je u dobivenu otopinu dodat višak željeza. Odredite sastav otopine (u težinskim %).
Rješenje Napišimo jednadžbe reakcije prema uslovima zadatka:

8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1);

2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2).

Znajući gustinu i volumen otopine klorovodične kiseline, možete pronaći njegovu masu:

m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl);

m sol (HCl) = 150×1,1 = 165 g.

Izračunajmo masu hlorovodonika:

m(HCl) = m sol (HCl) ×ω(HCl)/100%;

m(HCl) = 165×20%/100% = 33 g.

Molarna masa (masa jednog mola) hlorovodonične kiseline, izračunata pomoću tabele hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev – 36,5 g/mol. Nađimo količinu hlorovodonika:

v(HCl) = m(HCl)/M(HCl);

v(HCl) = 33/36,5 = 0,904 mol.

Molarna masa (masa jednog mola) skale, izračunata pomoću tabele hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev – 232 g/mol. Nađimo količinu supstance skale:

v(Fe 3 O 4) = 10/232 = 0,043 mol.

Prema jednačini 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) = 1:8, dakle, v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0,344 mol. Tada će količina hlorovodonika izračunata jednadžbom (0,344 mol) biti manja od one naznačene u opisu problema (0,904 mol). Zbog toga je hlorovodonična kiselina u višku i dogodit će se druga reakcija:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3).

Odredimo količinu tvari željeznog klorida nastala kao rezultat prve reakcije (koristimo indekse za označavanje određene reakcije):

v 1 (FeCl 2):v(Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol;

v 1 (FeCl 3):v(Fe 2 O 3) = 2:1;

v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol.

Odredimo količinu hlorovodonika koja nije reagovala u reakciji 1 i količinu željezovog (II) hlorida nastalog tokom reakcije 3:

v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 mol;

v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2;

v 3 (FeCl 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol.

Odredimo količinu FeCl 2 supstance koja nastaje tokom reakcije 2, ukupnu količinu FeCl 2 supstance i njenu masu:

v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 mol;

v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3:2;

v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0,129 mol;

v zbroj (FeCl 2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 mol;

m(FeCl 2) = v zbroj (FeCl 2) × M(FeCl 2) = 0,452 × 127 = 57,404 g.

Odredimo količinu tvari i masu željeza koja je ušla u reakcije 2 i 3:

v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2;

v 2 (Fe) = 1/2× v 2 (FeCl 3) = 0,043 mol;

v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2;

v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol;

v zbroj (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043+0,28 = 0,323 mol;

m(Fe) = v zbroj (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g.

Izračunajmo količinu tvari i masu vodika oslobođenog u reakciji 3:

v(H 2) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol;

m(H 2) = v(H 2) ×M(H 2) = 0,28 × 2 = 0,56 g.

Određujemo masu rezultirajuće otopine m’sol i maseni udio FeCl 2 u njoj:

m’ sol = m sol (HCl) + m(Fe 3 O 4) + m(Fe) – m(H 2);

Iron

IRON-A; sri

1. Hemijski element (Fe), savitljivi metal srebrne boje koji se u kombinaciji s ugljikom formira čelik i liveno željezo.

2. Uobičajeni naziv za čelik s niskim udjelom ugljika, metal srebrne boje. Kovačnica Vjetar zvecka po gvozdenom krovu.

3. O tome šta je jako, čvrsto, jako (o vanjskim fizičkim kvalitetima). Ruke su ti u redu! // O onome što je tvrdo, nepopustljivo (o unutrašnjim moralnim kvalitetima). Njegov lik je...

4. Razg. O lijeku koji sadrži tvari iz žlijezda. Organizmu nedostaje gvožđe. Pijte dobro. Jabuke sadrže w.

5. Razg. tech. Računalni hardver (za razliku od softvera). Kupite gvožđe koje nedostaje.

◊ Spaliti vrelim gvožđem. Iskorijeniti, uništiti nešto, pribjegavajući ekstremnim, hitnim mjerama. Udarajte dok je gvožđe vruće (vidi Kovanje).

◁ Iron; Glandular; Iron; Gvožđe (vidi).

gvožđe

(lat. Ferrum), hemijski element VIII grupe periodnog sistema. Sjajni srebrno-bijeli metal. Formira polimorfne modifikacije; na uobičajenim temperaturama α-Fe je stabilan (kristalna rešetka - kubni centrirani) sa gustinom od 7,874 g/cm 3 . α-Fe do 769°C (Kirijeva tačka) je feromagnetna; t pl 1535°C. Na zraku oksidira i prekriva se labavom hrđom. U pogledu rasprostranjenosti elemenata u prirodi, gvožđe je na 4. mestu; formira oko 300 minerala. Legure željeza sa ugljikom i drugim elementima čine oko 95% svih metalnih proizvoda (lijevano željezo, čelik, ferolegure). U svom čistom obliku praktički se ne koristi (u svakodnevnom životu proizvodi od čelika ili lijevanog željeza često se nazivaju željezom). Neophodan za život životinjskih organizama; dio je hemoglobina.

IRON

GVOŽĐE (lat. Ferrum), Fe (čitaj “ferrum”), hemijski element, atomski broj 26, atomska masa 55.847. Porijeklo latinskog i ruskog naziva elementa nije jasno utvrđeno. Prirodno željezo je mješavina četiri nuklida (cm. NUKLID) sa masenim brojevima 54 (sadržaj u prirodnoj mešavini 5,82% po masi), 56 (91,66%), 57 (2,19%) i 58 (0,33%). Konfiguracija dva vanjska elektronska sloja 3 s 2 str 6 d 6 4s 2 . Tipično formira spojeve u oksidacijskim stanjima +3 (valencija III) i +2 (valencija II). Poznati su i spojevi s atomima željeza u oksidacijskim stanjima +4, +6 i još neki.
U Mendeljejevljevom periodičnom sistemu, gvožđe je uključeno u grupu VIIIB. U četvrtom periodu, kome pripada gvožđe, u ovu grupu spada i kobalt (cm. KOBALT) i nikla (cm. NIKL). Ova tri elementa čine trijadu i imaju slična svojstva.
Radijus neutralnog atoma gvožđa je 0,126 nm, poluprečnik jona Fe 2+ je 0,080 nm, a jona Fe 3+ je 0,067 nm. Energije sekvencijalne jonizacije atoma gvožđa su 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Elektronski afinitet 0,58 eV. Prema Paulingovoj skali, elektronegativnost gvožđa je oko 1,8.
Gvožđe visoke čistoće je sjajni srebrno sivi, duktilni metal koji se lako može obraditi na različite načine.
Biti u prirodi
Gvožđe je prilično rasprostranjeno u zemljinoj kori - čini oko 4,1% mase zemljine kore (4. mesto među svim elementima, 2. među metalima). Poznat je veliki broj ruda i minerala koji sadrže željezo. Crvene željezne rude (ruda hematita) imaju najveći praktični značaj (cm. HEMATIT), Fe 2 O 3 ; sadrži do 70% Fe), magnetne željezne rude (ruda magnetita (cm. MAGNETIT), Fe 3 O 4 ; sadrži 72,4% Fe), smeđe željezne rude (hidrogetit NFeO 2 ruda n H 2 O), kao i špart željezne rude (sideritna ruda (cm. SIDERITE), željezni karbonat, FeCO 3 ; sadrži oko 48% Fe). U prirodi se nalaze i velika nalazišta pirita. (cm. PIRIT) FeS 2 (drugi nazivi su sumporni pirit, željezni pirit, željezni disulfid i drugi), ali rude s visokim sadržajem sumpora još nisu od praktičnog značaja. Rusija je na prvom mjestu u svijetu po rezervama željezne rude. Morska voda sadrži 1·10 -5 -1·10 -8% gvožđa.
Istorija proizvodnje gvožđa
Gvožđe je igralo i igra izuzetnu ulogu u materijalnoj istoriji čovečanstva. Prvo metalno gvožđe koje je palo u ljudske ruke verovatno je bilo meteoritskog porekla. Rude željeza su široko rasprostranjene i često se nalaze čak i na površini Zemlje, ali samorodno željezo na površini je izuzetno rijetko. Vjerovatno je prije nekoliko hiljada godina osoba primijetila da je nakon paljenja vatre u nekim slučajevima uočeno stvaranje željeza iz onih komada rude koji su slučajno završili u vatri. Kada vatra gori, dolazi do redukcije željeza iz rude zbog reakcije rude kako direktno s ugljem tako i sa ugljičnim monoksidom (II) CO koji nastaje tokom sagorijevanja. Mogućnost dobijanja željeza iz ruda uvelike je olakšano otkrićem činjenice da se prilikom zagrijavanja rude ugljem pojavljuje metal koji se potom može dalje pročišćavati tokom kovanja. Ekstrakcija željeza iz rude postupkom puhanja sira izumljena je u zapadnoj Aziji u 2. milenijumu prije nove ere. e. Period od 9. do 7. vijeka. BC e., kada su mnoga plemena Evrope i Azije razvila metalurgiju gvožđa, nazvano je gvozdeno doba, (cm. Gvozdeno doba) koji je zamijenio bronzano doba (cm. BRONZANO DOBA). Poboljšanja metoda puhanja (prirodna promaja je zamijenjena mijehom) i povećanje visine kovačnice (pojavile su se peći s niskim vratilom) dovele su do proizvodnje lijevanog željeza, koje se u zapadnoj Europi počelo masovno topiti od 14. stoljeća. Nastalo liveno gvožđe je pretvoreno u čelik. Od sredine 18. vijeka u procesu visokih peći umjesto drvenog uglja počeo se koristiti koks od uglja. (cm. KOKA). Kasnije su metode za dobivanje željeza iz ruda značajno poboljšane, a trenutno se za to koriste posebni uređaji - visoke peći, pretvarači kisika, elektrolučne peći.
Fizička i hemijska svojstva
Na temperaturama od sobne temperature do 917 °C, kao iu temperaturnom rasponu 1394-1535 °C, postoji a-Fe sa kubičnom tijelo centriranom rešetkom; na sobnoj temperaturi parametar rešetke a = 0,286645 nm. Na temperaturama od 917-1394 °C, b-Fe sa kubičnom rešetkom T (a = 0,36468 nm) je stabilan. Na temperaturama od sobne temperature do 769 °C (tzv. Curie tačka (cm. KURIJE TAČKA)) gvožđe ima jaka magnetna svojstva (kaže se da je feromagnetno), na višim temperaturama gvožđe se ponaša kao paramagnetik. Ponekad se paramagnetski a-Fe sa kubičnom telocentričnom rešetkom, stabilnom na temperaturama od 769 do 917 °C, smatra g-modifikacijom gvožđa, a b-Fe, stabilnim na visokim temperaturama (1394-1535 °C), se tradicionalno naziva d-Fe (ideja o postojanju četiri modifikacije željeza - a, b, g i d - nastala je kada još nije postojala analiza difrakcije rendgenskih zraka i nije bilo objektivnih informacija o unutrašnjoj strukturi željeza gvožđe). Tačka topljenja 1535 °C, tačka ključanja 2750 °C, gustina 7,87 g/cm3. Standardni potencijal para Fe 2+ /Fe 0 je –0,447V, para Fe 3+ /Fe 2+ je +0,771V.
Kada se čuva na zraku na temperaturama do 200 °C, željezo se postepeno prekriva gustim filmom oksida, koji sprječava dalju oksidaciju metala. U vlažnom zraku, željezo se prekriva labavim slojem rđe, koji ne sprječava pristup kisika i vlage metalu i njegovo uništavanje. Rđa nema stalan hemijski sastav; otprilike njena hemijska formula se može napisati kao Fe 2 O 3 xH 2 O.
Gvožđe pri zagrevanju reaguje sa kiseonikom. Kada željezo sagorijeva na zraku, nastaje Fe 2 O 3 oksid, kada se sagorijeva u čistom kisiku, nastaje Fe 3 O 4 oksid. Ako se kisik ili zrak propuštaju kroz rastopljeno željezo, nastaje FeO oksid. Kada se sumpor i željezni prah zagriju, nastaje sulfid, čija se približna formula može napisati kao FeS.
Gvožđe pri zagrevanju reaguje sa halogenima (cm. HALOGEN). Pošto je FeF 3 neisparljiv, gvožđe je otporno na fluor do temperatura od 200-300°C. Kada se gvožđe hloriše (na temperaturi od oko 200°C), nastaje isparljivi FeCl 3. Ako dođe do interakcije gvožđa i broma na sobnoj temperaturi ili uz zagrevanje i povećan pritisak pare broma, nastaje FeBr 3. Zagrevanjem, FeCl 3 i posebno FeBr 3 odvajaju halogen i pretvaraju se u gvožđe (II) halide. Kada gvožđe i jod interaguju, nastaje jodid Fe 3 I 8.
Kada se zagrije, željezo reagira s dušikom, formirajući željezni nitrid Fe 3 N, sa fosforom, formirajući fosfide FeP, Fe 2 P i Fe 3 P, s ugljikom, formirajući karbid Fe 3 C, sa silicijumom, formirajući nekoliko silicida, na primjer, FeSi .
Pri povišenom pritisku metalno gvožđe reaguje sa ugljen monoksidom CO, a tečnost, u normalnim uslovima, nastaje veoma isparljivi gvožđe pentakarbonil Fe(CO) 5. Poznati su i karbonili gvožđa sastava Fe 2 (CO) 9 i Fe 3 (CO) 12. Karbonili željeza služe kao početni materijali u sintezi organskih željeznih spojeva, uključujući ferocen (cm. FEROCEN) kompozicija
Čisto metalno željezo je stabilno u vodi i razrijeđenim alkalnim otopinama. Željezo se ne otapa u koncentriranim sumpornim i dušičnim kiselinama, jer jak oksidni film pasivira njegovu površinu.
Gvožđe reaguje sa hlorovodoničnom i razblaženom (otprilike 20%) sumpornom kiselinom da nastane soli gvožđa (II):
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Kada gvožđe reaguje sa približno 70% sumporne kiseline, reakcija nastavlja da formira gvožđe (III) sulfat:
2Fe + 4H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O
Gvožđe (II) oksid FeO ima osnovna svojstva, njemu odgovara baza Fe(OH) 2. Gvožđe (III) oksid Fe 2 O 3 je slabo amfoteričan; parira mu još slabija baza od Fe(OH) 2, Fe(OH) 3, koja reaguje sa kiselinama:
2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O
Gvožđe (III) hidroksid Fe(OH) 3 ispoljava slabo amfoterna svojstva; sposoban je reagirati samo s koncentriranim otopinama alkalija:
Fe(OH) 3 + KOH = K
Nastali hidrokso kompleksi gvožđa (III) su stabilni u jako alkalnim rastvorima. Kada se rastvori razblaže vodom, oni se uništavaju, a gvožđe (III) hidroksid Fe(OH) 3 precipitira.
Jedinjenja željeza (III) u otopinama reduciraju se metalnim željezom:
Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2
Pri skladištenju vodenih rastvora soli gvožđa (II) primećuje se oksidacija gvožđa (II) u gvožđe (III):
4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH)Cl 2
Od soli gvožđa (II) u vodenim rastvorima, najstabilnija je Mohrova so - dvostruki amonijum i gvožđe (II) sulfat (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.
Gvožđe (III) je sposobno da formira dvostruke sulfate sa jednonaelektrisanim katjonima kao što je stipsa, na primer, KFe(SO 4) 2 - gvožđe-kalijum stipsa, (NH 4)Fe(SO 4) 2 - gvožđe-amonijum stipsa, itd. .
Kada plin hlor ili ozon djeluju na alkalne otopine jedinjenja željeza (III), nastaju jedinjenja željeza (VI) - ferati, na primjer, kalijev ferat (VI) K 2 FeO 4. Postoje izveštaji o stvaranju jedinjenja gvožđa (VIII) pod uticajem jakih oksidacionih sredstava.
Za detekciju jedinjenja gvožđa (III) u rastvoru, koristi se kvalitativna reakcija Fe 3+ jona sa tiocijanatnim jonima CNS -. Kada ioni Fe 3+ stupaju u interakciju sa CNS - anionima, nastaje svijetlocrveni željezni tiocijanat Fe(CNS) 3. Drugi reagens za Fe 3+ jone je kalijum heksacijanoferat (II) K 4 (ranije se ova supstanca zvala žuta krvna so). Kada ioni Fe 3+ i 4- interaguju, formira se svijetloplavi talog.
Reagens za Fe 2+ jone u rastvoru može biti rastvor kalijum heksacijanoferata (III) K 3 , koji se ranije zvao crvena krvna so. Prilikom interakcije Fe 3+ i 3- jona nastaje svijetloplavi precipitat istog sastava kao u slučaju interakcije Fe 3+ i 4- jona.
Legure gvožđa i ugljenika
Gvožđe se koristi uglavnom u legurama, prvenstveno u legurama sa ugljikom - raznim livenim gvožđem i čelicima. U livenom gvožđu sadržaj ugljenika je veći od 2,14% po težini (obično na nivou od 3,5-4%), u čeliku je sadržaj ugljenika manji (obično na nivou od 0,8-1%).
Liveno gvožđe se proizvodi u visokim pećima. Visoka peć je džinovski (do 30-40 m visine) krnji konus, šuplji iznutra. Unutrašnji zidovi visoke peći obloženi su vatrostalnom opekom, debljina zida je nekoliko metara. Odozgo, obogaćena (oslobođena od otpadnih stijena) željezna ruda, reducirajući koks (posebne vrste uglja podvrgnutog koksovanju - zagrijane na temperaturi od oko 1000 °C bez pristupa zraka), kao i materijali za topljenje (krečnjak i drugi) koji podstiču separacije se kolicima utovaruju u visoku peć.iz istopljenog metala se nalaze nečistoće – šljaka. Visoka peć (čisti kiseonik ili vazduh obogaćen kiseonikom) se dovodi u visoku peć odozdo. Kako se materijali koji se stavljaju u visoku peć spuštaju, njihova temperatura raste na 1200-1300 °C. Kao rezultat reakcija redukcije koje se odvijaju uglavnom uz učešće koksa C i CO:
Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO;
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2
Pojavljuje se metalno željezo, koje je zasićeno ugljikom i teče dolje.
Ova talina se periodično ispušta iz visoke peći kroz poseban otvor - otvor za slavinu - i talina se ostavlja da se stvrdne u posebnim oblicima. Liveno gvožđe može biti belo, takozvano sirovo gvožđe (koristi se za proizvodnju čelika) i sivo, odnosno liveno gvožđe. Bijelo lijevano željezo je čvrsta otopina ugljika u željezu. U mikrostrukturi sivog liva mogu se razlikovati mikrokristali grafita. Zbog prisustva grafita, sivi liveni gvožđe ostavlja trag na belom papiru.
Lijevano željezo je krhko i lomi se pri udaru, tako da se od njega ne mogu napraviti opruge, lisnate opruge ili bilo koji drugi proizvodi koji se moraju savijati.
Čvrsto liveno gvožđe je lakše od rastopljenog liva, tako da kada se stvrdne ne skuplja (kao što je uobičajeno kod stvrdnjavanja metala i legura), već se širi. Ova funkcija vam omogućava da napravite različite odljevke od lijevanog željeza, uključujući korištenje kao materijala za umjetničko lijevanje.
Ako se sadržaj ugljika u lijevanom željezu smanji na 1,0-1,5%, tada se formira čelik. Čelici mogu biti ugljični (takvi čelici nemaju druge komponente osim Fe i C) i legirani (takvi čelici sadrže aditive hroma, nikla, molibdena, kobalta i drugih metala koji poboljšavaju mehanička i druga svojstva čelika).
Čelici se proizvode preradom lijevanog željeza i metalnog otpada u pretvaraču kisika, električnim lučnim pećima ili pećima na otvorenom ložištu. Takvom obradom sadržaj ugljika u leguri se smanjuje na potrebnu razinu, a kako kažu, višak ugljika izgara.
Fizička svojstva čelika značajno se razlikuju od svojstava lijevanog željeza: čelik je elastičan, može se kovati i valjati. Pošto se čelik, za razliku od livenog gvožđa, skuplja tokom skrućivanja, dobijeni čelični odlivci se podvrgavaju kompresiji u valjaonicama. Nakon valjanja, šupljine i šupljine koje su se pojavile tokom skrućivanja taline nestaju u volumenu metala.
Proizvodnja čelika ima dugu, duboku tradiciju u Rusiji, a čelik koji proizvode naši metalurzi je visokog kvaliteta.
Primjena željeza, njegovih legura i spojeva
Čisto željezo ima prilično ograničenu upotrebu. Koristi se u proizvodnji elektromagnetnih jezgara, kao katalizator za hemijske procese i u neke druge svrhe. Ali legure željeza - lijevano željezo i čelik - čine osnovu moderne tehnologije. Mnoga jedinjenja gvožđa se takođe široko koriste. Tako se željezo (III) sulfat koristi u tretmanu vode, željezni oksidi i cijanid služe kao pigmenti u proizvodnji boja i tako dalje.
Gvožđe u telu
Gvožđe je prisutno u tijelima svih biljaka i životinja kao element u tragovima. (cm. MIKROELEMENTI) odnosno u vrlo malim količinama (u prosjeku oko 0,02%). Međutim, željezne bakterije (cm. GVOŽĐE BAKTERIJE), koristeći energiju oksidacije željeza (II) u željezo (III) za kemosintezu (cm. HEMOSINTEZA), mogu akumulirati do 17-20% gvožđa u svojim ćelijama. Glavna biološka funkcija gvožđa je učešće u transportu kiseonika i oksidativnim procesima. Željezo obavlja ovu funkciju kao dio složenih proteina - hemoproteina (cm. HEMOPROTEIDI), čija je protetska grupa kompleks željezoporfirina - hem (cm. GEM). Među najvažnijim hemoproteinima su respiratorni pigmenti hemoglobin (cm. HEMOGLOBIN) i mioglobin, (cm. MYOGLOBIN) univerzalni nosači elektrona u reakcijama ćelijskog disanja, oksidacije i fotosinteze, citokroma, (cm. CITOHROMI) katalozni i peroksidni enzimi i drugi. Kod nekih beskičmenjaka respiratorni pigmenti koji sadrže željezo heloeritrin i hlorokruorin imaju strukturu drugačiju od hemoglobina. Tokom biosinteze hemoproteina, gvožđe se na njih prenosi iz proteina feritina (cm. FERITIN), koji skladišti i transportuje gvožđe. Ovaj protein, čiji jedan molekul sadrži oko 4.500 atoma željeza, koncentrisan je u jetri, slezeni, koštanoj srži i crijevnoj sluznici sisara i ljudi. Dnevne potrebe osobe za gvožđem (6-20 mg) obilno su pokrivene hranom (gvožđem su meso, jetra, jaja, hleb, spanać, cvekla i drugo). Tijelo prosječne osobe (tjelesne težine 70 kg) sadrži 4,2 g željeza, 1 litar krvi sadrži oko 450 mg. S nedostatkom željeza u tijelu razvija se žljezdana anemija, koja se liječi lijekovima koji sadrže željezo. Suplementi gvožđa se takođe koriste kao sredstva za opšte jačanje. Prekomjerna doza željeza (200 mg ili više) može imati toksični učinak. Gvožđe je neophodno i za normalan razvoj biljaka, zbog čega postoje mikrođubriva na bazi preparata gvožđa.


enciklopedijski rječnik. 2009 .

Sinonimi:

Pogledajte šta je "hardver" u drugim rječnicima:

    Gvožđe - nabavite radni Auchan kupon za popust na Academician-u ili kupite željezo uz profit uz besplatnu dostavu na rasprodaji u Auchanu

    sri sala(e) jug, zapad metal, mrvica, istopljena iz rude u obliku livenog gvožđa, i iskovana od ove potonje pod vrištećim čekićem. U kombinaciji s ugljikom formira čelik. Gvožđe se prodaje u obliku: traka ili reza; prvi je direktan... Dahl's Explantatory Dictionary

    IRON- GVOŽĐE, Ferum (Fe), teški metal koji pripada grupi VIII periodnog sistema Mendeljejeva. At. V. 55,84(0=16), sa dva izotopa sa at. V. u 56 i 54. Čisto gvožđe ima srebrno-bijelu boju; beat V. 7,88; mekši je i više... Velika medicinska enciklopedija

    Ferro; ferrum, critsa; hardver Rječnik ruskih sinonima. željezna imenica, broj sinonima: 18 auto (369) ... Rečnik sinonima

    IRON- vidi GVOŽĐE (Fe). U površinskim vodama sadržaj gvožđa uveliko varira. U podzemnim izvorištima i močvarnim vodama njegova koncentracija doseže desetine mg/l. Oštar porast gvožđa u vodenim tijelima dolazi kada su one zagađene kanalizacijom ... ... Bolesti riba: Vodič

  • Oznaka - Fe (gvožđe);
  • Period - IV;
  • Grupa - 8 (VIII);
  • Atomska masa - 55.845;
  • Atomski broj - 26;
  • Atomski radijus = 126 pm;
  • Kovalentni radijus = 117 pm;
  • Raspodjela elektrona - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ;
  • temperatura topljenja = 1535°C;
  • tačka ključanja = 2750°C;
  • Elektronegativnost (prema Paulingu/prema Alpredu i Rochowu) = 1,83/1,64;
  • Oksidacijsko stanje: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
  • Gustina (br.) = 7,874 g/cm3;
  • Molarni volumen = 7,1 cm 3 /mol.

Jedinjenja gvožđa:

Gvožđe je najzastupljeniji metal u zemljinoj kori (5,1% mase) nakon aluminijuma.

Na Zemlji se slobodno gvožđe nalazi u malim količinama u obliku grumenova, kao i u palim meteoritima.

Industrijski, željezo se kopa iz ležišta željezne rude iz minerala koji sadrže željezo: magnetne, crvene, smeđe željezne rude.

Treba reći da je željezo dio mnogih prirodnih minerala, što uzrokuje njihovu prirodnu boju. Boja minerala zavisi od koncentracije i odnosa iona gvožđa Fe 2+/Fe 3+, kao i od atoma koji okružuju te ione. Na primjer, prisutnost nečistoća iona željeza utječe na boju mnogih dragog i poludragog kamenja: topaze (od blijedo žute do crvene), safira (od plave do tamnoplave), akvamarina (od svijetloplave do zelenkasto plave), itd.

Gvožđe se nalazi u tkivima životinja i biljaka; na primjer, oko 5 g željeza je prisutno u tijelu odrasle osobe. Gvožđe je vitalni element; deo je proteina hemoglobina, učestvuje u transportu kiseonika iz pluća do tkiva i ćelija. Sa nedostatkom gvožđa u ljudskom organizmu, razvija se anemija (anemija zbog nedostatka gvožđa).


Rice. Struktura atoma gvožđa.

Elektronska konfiguracija atoma željeza je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 (vidi Elektronska struktura atoma). U formiranju hemijskih veza sa drugim elementima mogu učestvovati 2 elektrona koja se nalaze na spoljašnjem 4s nivou + 6 elektrona 3d podnivoa (ukupno 8 elektrona), tako da u jedinjenjima gvožđe može poprimiti oksidaciona stanja +8, +6, +4, +3, +2, +1, (najčešći su +3, +2). Gvožđe ima prosečnu hemijsku aktivnost.


Rice. Oksidacija gvožđa: +2, +3.

Fizička svojstva gvožđa:

  • srebrno-bijeli metal;
  • u svom čistom obliku prilično je mekan i plastičan;
  • ima dobru toplotnu i električnu provodljivost.

Gvožđe postoji u obliku četiri modifikacije (razlikuju se po strukturi kristalne rešetke): α-gvožđe; β-gvožđe; γ-gvožđe; δ-gvožđe.

Hemijska svojstva gvožđa

  • reagira s kisikom, ovisno o temperaturi i koncentraciji kisika, mogu nastati različiti produkti ili mješavina produkata oksidacije željeza (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4):
    3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4;
  • oksidacija gvožđa na niskim temperaturama:
    4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3;
  • reaguje sa vodenom parom:
    3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2;
  • fino usitnjeno željezo reagira kada se zagrije sa sumporom i hlorom (gvozdeni sulfid i hlorid):
    Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;
  • na visokim temperaturama reaguje sa silicijumom, ugljenikom, fosforom:
    3Fe + C = Fe 3 C;
  • Gvožđe može formirati legure sa drugim metalima i nemetalima;
  • željezo istiskuje manje aktivne metale iz njihovih soli:
    Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu;
  • S razrijeđenim kiselinama željezo djeluje kao redukcijsko sredstvo, formirajući soli:
    Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2;
  • sa razblaženom azotnom kiselinom, gvožđe formira različite produkte redukcije kiseline, u zavisnosti od njegove koncentracije (N 2, N 2 O, NO 2).

Dobijanje i upotreba gvožđa

Dobija se industrijsko željezo topljenje livenog gvožđa i čelika.

Liveno gvožđe je legura gvožđa sa primesama silicijuma, mangana, sumpora, fosfora i ugljenika. Sadržaj ugljika u livenom gvožđu prelazi 2% (u čeliku manje od 2%).

Čisto gvožđe se dobija:

  • u pretvaračima kisika od lijevanog željeza;
  • redukcija željeznih oksida vodonikom i dvovalentnim ugljičnim monoksidom;
  • elektroliza odgovarajućih soli.

Lijevano željezo se dobiva iz željeznih ruda redukcijom željeznih oksida. Topljenje gvožđa vrši se u visokim pećima. Koks se koristi kao izvor toplote u visokoj peći.

Visoka peć je vrlo složena tehnička konstrukcija visoka nekoliko desetina metara. Obložena je vatrostalnim ciglama i zaštićena vanjskim čeličnim kućištem. Od 2013. godine najveća visoka peć je izgrađena u Južnoj Koreji od strane čeličane POSCO u metalurškoj fabrici Gwangyang (zapremina peći nakon modernizacije bila je 6.000 kubnih metara sa godišnjim kapacitetom od 5.700.000 tona).


Rice. Visoka peć.

Proces topljenja livenog gvožđa u visokoj peći nastavlja se neprekidno nekoliko decenija sve dok se peć ne završi.


Rice. Proces topljenja gvožđa u visokoj peći.

  • obogaćene rude (magnetna, crvena, smeđa željezna ruda) i koks se sipaju kroz vrh visoke peći;
  • procesi redukcije željeza iz rude pod utjecajem ugljičnog monoksida (II) odvijaju se u srednjem dijelu visoke peći (rudnika) na temperaturi od 450-1100°C (oksidi željeza se redukuju u metal):
    • 450-500°C - 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2 ;
    • 600°C - Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 ;
    • 800°C - FeO + CO = Fe + CO 2 ;
    • dio dvovalentnog željeznog oksida reducira se koksom: FeO + C = Fe + CO.
  • Paralelno se događa proces redukcije silicija i manganovih oksida (uključenih u željeznu rudu u obliku nečistoća), silicij i mangan su dio topljenog željeza:
    • SiO 2 + 2C = Si + 2CO;
    • Mn 2 O 3 + 3C = 2Mn + 3CO.
  • Prilikom termičke razgradnje krečnjaka (unesenog u visoku peć) nastaje kalcijev oksid, koji reagira sa silicijumskim i aluminijevim oksidima sadržanim u rudi:
    • CaCO 3 = CaO + CO 2;
    • CaO + SiO 2 = CaSiO 3;
    • CaO + Al 2 O 3 = Ca(AlO 2) 2.
  • na 1100°C proces redukcije gvožđa se zaustavlja;
  • ispod okna nalazi se para, najširi dio visoke peći, ispod kojeg se nalazi rame, u kojem izgara koks i nastaju tečni proizvodi topljenja - liveno gvožđe i šljaka, koji se nakupljaju na samom dnu peći - kovačnice. ;
  • U gornjem dijelu ložišta na temperaturi od 1500°C dolazi do intenzivnog sagorijevanja koksa u struji uduvanog zraka: C + O 2 = CO 2 ;
  • prolazeći kroz vrući koks, ugljen monoksid (IV) se pretvara u ugljen monoksid (II), koji je redukciono sredstvo za gvožđe (vidi gore): CO 2 + C = 2CO;
  • šljake nastale silikatima i kalcijevim aluminosilikatima nalaze se iznad lijevanog željeza, štiteći ga od djelovanja kisika;
  • kroz posebne rupe koje se nalaze na različitim nivoima ognjišta ispuštaju se liveno gvožđe i šljaka;
  • Većina livenog gvožđa se koristi za dalju preradu - topljenje čelika.

Čelik se topi od lijevanog željeza i starog metala konverterskom metodom (metoda otvorenog ložišta je već zastarjela, iako se još uvijek koristi) ili električnim topljenjem (u električnim pećima, indukcijskim pećima). Suština procesa (prerada livenog gvožđa) je smanjenje koncentracije ugljenika i drugih nečistoća oksidacijom kiseonikom.

Kao što je već spomenuto, koncentracija ugljika u čeliku ne prelazi 2%. Zahvaljujući tome, čelik se, za razliku od lijevanog željeza, može prilično lako kovati i valjati, što omogućava izradu raznih proizvoda od njega visoke tvrdoće i čvrstoće.

Tvrdoća čelika ovisi o sadržaju ugljika (što je više ugljika, to je čelik tvrđi) u određenom razredu čelika i uvjetima toplinske obrade. Tokom kaljenja (sporo hlađenje), čelik postaje mekan; Kada se gasi (brzo hlađenje), čelik postaje vrlo tvrd.

Da bi čelik dobio tražena specifična svojstva, dodaju mu se legirajući aditivi: hrom, nikal, silicijum, molibden, vanadijum, mangan itd.

Liveno gvožđe i čelik su najvažniji konstruktivni materijali u velikoj većini sektora nacionalne privrede.

Biološka uloga gvožđa:

  • tijelo odraslog čovjeka sadrži oko 5 g željeza;
  • gvožđe igra važnu ulogu u funkcionisanju hematopoetskih organa;
  • gvožđe je deo mnogih kompleksnih proteinskih kompleksa (hemoglobin, mioglobin, razni enzimi).

Da bi se utvrdila autentičnost jedinjenja željeza u GF, opisane su dvije metode (A i B) za identifikaciju iona željeza (Fe 2+) i tri (A, B i C) oksidna iona željeza (Fe 3+). Otkriće željeznog željeza (metoda A) temelji se na tretmanu ispitivane tvari razrijeđenom hlorovodoničnom kiselinom kako bi se željezo prešlo u ionizirano stanje i naknadnom tretmanu dobivene otopine otopinom kalijevog fericijanida (crvena krvna sol) . Ovo stvara plavi talog. Ova metoda otkrivanja gvožđa zasnovana je na sljedećim reakcijama:

Fericijanidni ion oksidira željezo u oksid željezo, a sam se reducira u ferocijanid. Nakon toga precipitira plavi pigment promenljivog sastava - Fe43·nK4·mH2O, gde je n = 0,3-0,8; m = 12-24; pojednostavljeno - KFe (pruska plava, Turnboul plava, Paris plava).

Treba napomenuti da se isti plavi pigment dobiva otkrićem željeznog oksida prema metodi A djelovanjem otopine kalijevog ferocijanida (žuta krvna sol) na otopinu soli željeznog oksida, kao što je prikazano u gornjoj jednadžbi. Talog pruske plave je netopiv u razrijeđenim mineralnim kiselinama, pa se njegova priprema vrši u kiseloj sredini. Zanimljivo je napomenuti da ioni Fe 2+ sa kalijum ferocijanidom (K 4 ) formiraju bijeli talog Fe 2 koji se lako oksidira raznim oksidantima (KBrO 3, K 2 Cr 2 O 7) u kiseloj sredini i pretvara u pruska plava. Fe 3+ joni sa kalijum fericijanidom (K 3 ) ne stvaraju talog, ali rastvor dobija tamno smeđu boju. Farmakopejske metode za otkrivanje iona Fe 2+ i Fe 3+, zasnovane na nastanku pruskog plavetnila pod dejstvom K3, odnosno K4, omogućavaju razlikovanje ovih jona, ali je uz njihovu pomoć teško razlikovati preparat obojenog gvožđa koji sadrži dodatak oksidnog željeza iz preparata željeznog oksida koji sadrži primjesu željeznog oksida. S tim u vezi, data je i metoda B za oksid željeza u GF, zasnovana na reakciji stvaranja željeznih tiocijanata, koji boje otopinu u crveno. Konstante stabilnosti tiocijanatnih kompleksa su male, pa je za određivanje potrebna visoka koncentracija liganda. U otopini se formira niz kompleksa koji se razlikuju po maksimalnoj apsorpciji i njenom intenzitetu.

Ovisno o koncentraciji tiocijanatnog jona, formiraju se kompleksi različitog sastava s koordinacijskim brojem za tiocijanat ion od 1 do 6:

Ovo je jedna od najspecifičnijih reakcija na željezni oksid. Treba imati na umu da nije uvijek pozitivan, jer niz tvari koje formiraju jače komplekse sa Fe 3+ od tiocijanatnog jona ometaju izgled boje. Ove supstance uključuju fosfornu, oksalnu, vinsku, limunsku kiselinu i njihove soli.


Uobičajeni reagens za otkrivanje iona željeza u +2 i +3 oksidacijskim stanjima je amonijum sulfid. U oba slučaja ispadaju crni precipitati željeznih sulfida. Pri otapanju ovih taloga u mineralnim kiselinama može se uočiti određena razlika: pri otapanju željeznog sulfida nastaje bistra, bezbojna otopina, a pri otapanju željeznog sulfida nastaje mutna otopina zbog stvaranja sumpora. Sumpor je djelomično prisutan u talogu željeznog oksid-sulfida, a djelomično nastaje pri oksidaciji sumporovodika sa Fe 3+ jonom:

FeS + 2HCl → H2S + FeCl2

Fe2S3 + 4HCl → 2FeCl2 + 2H2S + S↓

Razmatrane metode za određivanje gvožđa omogućavaju ga otkrivanje samo u preparatima koji sadrže jednostavne soli gvožđa koje su rastvorljive u vodi, na primer železov sulfat, fero laktat, feramid itd. Preparati koji su jaka kompleksna jedinjenja gvožđa (feroceron, natrijum oksiferikarbonat ) ili nerastvorljivo u vodi (Caferid tablete), prethodno mineralizovano da bi se gvožđe prešlo u rastvor.

Izvršavanje reakcija

Opća reakcija na željezo i oksidno željezo.

Rastvor amonijum sulfida dodaje se rastvoru željezne ili oksidne soli gvožđa (oko 0,02 g iona gvožđa); formira se crni talog, rastvorljiv u razrijeđenim mineralnim kiselinama.

Otkriće obojenog gvožđa.

U 2 ml rastvora soli gvožđa (oko 0,02 g jona gvožđa) dodati 0,5 ml razblažene hlorovodonične kiseline i 1 ml rastvora kalijum-fericijanida; formira se plavi talog.

Otkriće željeznog oksida.

A. U 2 ml rastvora soli gvožđe oksida (oko 0,001 g jona gvožđa) dodati 0,5 ml razblažene hlorovodonične kiseline i 1-2 kapi rastvora kalijum ferocijanida; formira se plavi talog.

B. U 2 ml rastvora soli gvožđe oksida (oko 0,001 g iona gvožđa) dodati 0,5 ml razblažene hlorovodonične kiseline i 1-2 kapi rastvora amonijum tiocijanata; pojavljuje se crvena boja.

§2. Otkriće jona cinka, Zn 2+

Date su dvije metode za detekciju jona cinka u GFXI. Prva metoda se temelji na reakciji stvaranja cink sulfida. Taloženje cink sulfida nastaje iz rastvora čija pH vrednost leži u zoni 2-9. Na pH<2 сульфид цинка не образуется; при рН >9, nastaje tetrahidroksocinkatni jon 2–. S tim u vezi, nejasan je zahtjev GF u pogledu reakcije početnog rastvora soli cinka (mora biti neutralan). Ako se cink sulfat otopi u vodi, otopina će prirodno biti blago kisela zbog hidrolize soli.

Postoji nekoliko preparata cinka koji su netopivi u vodi, kao što je cink oksid; cinkova so undecilenske kiseline, koja je deo preparata “Undecin”, “Zinkundan”. Prijenos cinka u otopinu iz ovih preparata može se izvršiti tretiranjem preparata ili razrijeđenom klorovodičnom kiselinom ili otopinom natrijevog hidroksida, ali cink sulfid se ne taloži iz nastalih otopina, jer je njihov pH izvan dopuštene zone. Takva rješenja se prvo moraju neutralizirati. Nakon toga možete i trebate dodati razrijeđenu octenu kiselinu u prethodno neutraliziranu otopinu, a zatim otopinu sumporovodika ili natrijum sulfida.

Druga metoda se zasniva na reakciji jona cinka sa kalijum ferocianidom, koji sa njim formira beli talog dvostruke soli cinka i kalijum heksacijanoferata (II) sledećeg sastava:

3Zn 2+ + 2K4 → K2Zn32↓ + 6K+

Ova metoda je zgodna jer vam omogućava da otvorite cink u jako kiselim otopinama. Međutim, cink se ne taloži iz alkalnih rastvora pod dejstvom kalijum ferocijanida. Kada je izložen rastvorima kaustičnih alkalija, talog dvostruke soli cinka i kalijum heksacijanoferata (II) se otapa:

K 2 Zn 3 2 + 12OHˉ → 24– + 32– + 2K+

Izvršavanje reakcija

A. U 2 ml neutralnog rastvora soli cinka (0,005-0,02 g jona cinka) dodati 0,5 ml rastvora natrijum sulfida ili vodonik sulfida; formira se bijeli talog, nerastvorljiv u razblaženoj sirćetnoj kiselini i lako rastvorljiv u razblaženoj hlorovodoničkoj kiselini.

B. U 2 ml rastvora cinkove soli (0,005-0,02 g jona cinka) dodati 0,5 ml rastvora kalijum ferocijanida; formira se bijeli talog, nerastvorljiv u razrijeđenoj hlorovodoničnoj kiselini.

§3. Otkriće jona srebra, Ag+

Kada sumporovodik i amonijum sulfid deluju na rastvor koji sadrži ione srebra, taloži se crni srebrni sulfid Ag2S. Srebrni sulfid također nastaje djelovanjem sumporovodika na metalno srebro u prisustvu atmosferskog kisika, ali ova reakcija teče vrlo sporo:

4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S ↓ + 2H2O.

Zbog vrlo niske rastvorljivosti Ag2S i niskog potencijala Ag2S/2Ag sistema, srebrni sulfid se takođe može formirati u odsustvu atmosferskog kiseonika:

2Ag + H2S = Ag2S ↓ + H2.

Srebrni sulfid se ne otapa u rastvorima sulfida i polisulfida alkalnih metala. Ne otapa se u rastvorima mineralnih kiselina, sa izuzetkom azotne kiseline:

3Ag2S + 8HNO3 = 6AgNO3 + 2NO + 3S + 4H2O.

Međutim, zbog stvaranja kompleksnih jedinjenja AgSH, Ag(SH)2- i Ag2S(SH)22-, rastvorljivost Ag2S u mineralnim kiselinama primetno raste. Granica detekcije srebra je 1 µg. Cu2+, Hg2+, Bi3+, Sn (II, IV) joni, koji formiraju sulfide u jako kiselim rastvorima, ometaju detekciju srebra.

Hloridi, bromidi i jodidi alkalnih metala. U interakciji sa ionima srebra formiraju zgrušani talog AgCl, AgBr i Agl bijele, blijedo žute i žute boje. Sa povećanjem koncentracije Cl-, Br- i I- jona raste rastvorljivost halogenida srebra usled stvaranja kompleksnih jedinjenja.Pretežno nastaju AgX 2– i AgX 4 3–, u malim količinama AgX 3 2 – takođe se formira. Srebrni klorid se otapa u otopini amonijaka i amonijevog karbonata, jer kao rezultat kiselo-baznih reakcija sadrži dovoljnu količinu amonijaka:

AgCl + 2NH 3 = Ag(NH 3) 2 Cl

NH4+ + H 2 O = NH 3 + H 3 O+,

CO 3 2– + H 2 O = HCO 3 - + OH-.

Srebrni jodid je nerastvorljiv u NH 3, srebro bromid je delimično otopljen, što je u skladu sa vrednostima proizvoda rastvorljivosti. Svi srebrni halogenidi se lako otapaju u otopinama kalijevog cijanida ili natrijevog tiosulfata, budući da su nastali kompleksi srebrnog cijanida i tiosulfata mnogo stabilniji od kompleksa amonijaka.

Slika 1. Kristali Ag(NH3)2Cl

Prilikom spore kristalizacije Ag(NH 3) 2 Cl precipitira iz rastvora amonijaka u obliku malih karakterističnih kristala - šestouglova, trouglova i zvezda (slika 1). Granica detekcije srebra mikrokristaloskopskom reakcijom je 5 μg. Olovo i živa ometaju. Prilikom izvođenja reakcije u epruveti, granica detekcije srebra je 10 µg.

Izvođenje reakcije.

1. U 1-2 kapi rastvora koji sadrži jone srebra, dodajte 1-2 kapi 30% rastvora sirćetne kiseline i 1-2 kapi rastvora amonijum sulfida. Nastaje crni talog srebrnog sulfida.

2. Dodajte 2-3 kapi 2 M rastvora HCl u 2-3 kapi test rastvora zakiseljenog azotnom kiselinom. Formira se amorfni bijeli talog. Centrifugira se, ispere vodom i tretira sa 2-3 kapi koncentrovanog rastvora NH3. Kap dobivenog rastvora stavlja se na staklo. Neko vrijeme nakon što rastvarač ispari, formiraju se karakteristični kristali Ag(NH3)2Cl.

Detekcija živinih (I) katjona, Hg 1+. Živa u oksidacionom stanju +1 postoji u obliku jona Hg22+.

Kada se sulfidni jon doda rastvoru koji sadrži ione Hg 2 2+, formira se crni talog koji se sastoji od HgS i Hg: živa u +1 oksidacionom stanju postoji kao Hg22+ jon.

Budući da ioni Hg 2+ formiraju slabo rastvorljiva i slabo disocirana jedinjenja sa većinom liganada, moguća je disproporcija Hg 2 2+, što se primećuje pri interakciji sa sulfidnim jonima. Granica detekcije žive je 5 mcg.

Kada amonijak djeluje na Hg 2 Cl 2, formira se crni talog koji se sastoji od Hg i HgNH2Cl ili njegove mješavine sa Hg 2 NH 2 Cl H2O:

Granica detekcije žive je 20 mcg.

Za detekciju Hg 2 2+, možete koristiti reakciju formiranja kalomela Hg 2 Cl 2, koja može luminescirati narandžasto-crvenom svjetlošću u ultraljubičastom svjetlu. Granica detekcije žive je 0,005 mcg. Reakciju ne ometaju 200-struke količine Cu, Pb, Ag, Sn (II), Bi. Intenzitet sjaja kalomela je značajno smanjen u prisustvu Hg(II), metalne žive i azot-oksida (IV).

Izvođenje reakcije

1. Dodajte 2-3 kapi rastvora amonijum sulfida u 3-4 kapi rastvora Hg 2 (NO 3) 2 . Nastaje crni talog.

2. Dodajte 3-4 kapi 2M hlorovodonične kiseline u 3-4 kapi rastvora Hg 2 (NO 3) 2. Nastaje bijeli talog Hg 2 Cl 2. Nakon centrifugiranja talog se tretira sa 3-4 kapi 25% rastvora NH3. Talog odmah pocrni i nastaje mješavina Hg i HgNH 2 Cl.

3. Luminescentna reakcija. Kap rastvora koji sadrži ione žive (I) i kap 2 M rastvora HCl stavljaju se na stakalce. Narandžasto-crveni sjaj kalomela se opaža u ultraljubičastom svetlu.

§4. Otkriće jona žive, Hg 2+

Detekcija kationa žive(II) Hg 2+. Joni žive (II) 2+ su bezbojni u vodenim rastvorima. Sva jedinjenja žive (II) su vrlo toksična, pa je potrebno poduzeti mjere opreza pri radu s njima!

Budući da se u medicinskoj praksi koriste samo preparati živinog oksida (Hg2+), Globalni fond opisuje metode za identifikaciju samo živinog oksida. Metode koje se razmatraju zasnivaju se na reakcijama karakterističnim za živin oksid. Preparati žive nerastvorljive u vodi se prethodno tretiraju razblaženom hlorovodoničnom kiselinom kako bi se živa prevela u jonizovano stanje. Kada se dobijena otopina zaluži, taloži se žuti talog živinog (II) oksida:

Kada se rastvor kalijum jodida postepeno dodaje u rastvor soli živinog oksida, prvo se taloži crveni talog živinog (II) jodida, koji se, kada se doda višak reagensa, rastvara da bi nastao bledo žuti, gotovo bezbojni rastvor kompleksne soli kalijum tetrajodomerkuroata:

Obje metode su vrlo specifične, jednostavne i pouzdane za izvođenje. Nakon rada, otopine koje sadrže živu se sipaju u posebno pripremljene boce.

U kiselim rastvorima (6-7 M HCl) formiraju crni talog HgS sulfida. Postoje tri modifikacije živinog sulfida: crveni oblik, koji ima iskrivljenu rešetku natrijum hlorida sa cik-cak lancima Hg-S-Hg, identičnim mineralu cinobera; crni oblik, koji se javlja kao mineral metacinobarit, koji ima strukturu mješavine cinka; cinobar, koji nastaje djelovanjem natrijum tiosulfata na neutralni rastvor živinog (II) hlorida.

Kada se H2S polako prelazi u kisele otopine živine soli, može se primijetiti stvaranje međuproizvoda; bijele, sive, žute ili braonkaste boje sa sastavom HgmClnSx(Hg3Cl2S2). Obično se HgS sulfid taloži iz kiselih rastvora živinih soli u obliku crnog taloga. Produkt rastvorljivosti HgS (crni) je 1,5 10-52, ali je njegova rastvorljivost zapravo mnogo veća zbog nuspojava koje se javljaju u rastvoru sa stvaranjem jedinjenja H2S, HS-,. Hg(OH)+ i Hg(OH)2. Crni sulfid, kada se zagrije ili izloži alkalnim otopinama polisulfida, prelazi u crvenu formu.

Živin sulfid je rastvorljiv u carskoj vodi; u hlorovodoničnoj kiselini otapa se samo u prisustvu oksidacionih sredstava (na primjer, vodikovog peroksida) ili iona koji stvaraju komplekse. Osetljivost detekcije žive sa sulfidnim jonom zavisi od kiselosti analiziranog rastvora. Na primjer, granica detekcije žive u jako kiselim otopinama je 10 μg. Iz rastvora sa koncentracijom 6-7 M HCl, zajedno sa živom talože se sulfidi arsena (V) i bakra (II).

Kalijum jodid, u interakciji sa živinim (II) jonima, taloži crveni precipitat, HgI2. Postoje dvije modifikacije živinog (II) jodida: crvena i žuta. Crvena modifikacija postaje žuta kada se zagrije na 150°C. Živin jodid kristalizira u slojevitim rešetkama. Precipitat HgI 2 se rastvara u višku kalijum jodida, u rastvorima tiosulfata ili cijanida da bi formirao stabilne kompleksne jone. U vodenim rastvorima, joni Hg 2+ sa halidnim, cijanidnim, tiosulfatnim jonima i drugim anjonima formiraju komplekse kao što su HgX+, HgX2, HgX3-, HgX42-,. Pri većem sadržaju žive u rastvoru nastaju polinuklearna kompleksna jedinjenja. Ako je u otopini istovremeno prisutno više anjona različite prirode, tada nastaju mješoviti ligandni kompleksi HgXnYi, na primjer HgClBr, HgBr 2 I-, HgI 2 Br 2 2–, itd.

Kada su NH3 ili amonijum ioni i koncentrirani rastvor alkalija izloženi rastvoru koji sadrži kompleksne jone HgI 4 2–, formira se karakterističan crveno-smeđi talog:

Ova reakcija, nazvana Nesslerova reakcija, koristi se za detekciju Hg 2+ i NH 4 + . Granica detekcije žive je 5 mcg.

Reakcija sa alkalijama Hg 2+ + 2 OH – = HgO (žuta) + H 2 O. Talog HgO se rastvara u azotnoj kiselini, u rastvorima hlorida alkalnih metala i jodida dajući Hg(NO 3) 2, HgCl 2 i 2– kompleks:

HgO + 2 HNO 3 - Hg(NO 3) 2 + H 2 O

HgO +2 Cl – + H 2 O - HgCl, + 2 OH –

HgO +4 I – + H 2 O - 2– + 2 OH –

Izvođenje reakcije.

1. U 2-3 kapi rastvora koji sadrži ione žive (II) dodajte 3-4 kapi koncentrovane HCl i 3-4 kapi rastvora amonijum sulfida. Dobivena otopina se zagrijava u vodenoj kupelji. Nastaje crni talog HgS. Talog se centrifugira, dio se prebaci u drugu epruvetu i otopi u carskoj vodici. Preostali dio taloga se otopi u mješavini HCl i KI.

2. U 1-2 kapi rastvora koji sadrži ione žive (II) kap po kap dodavati rastvor KI dok se ne formira talog HgI2 i višak dok se talog ne rastvori i HgI 4 2–. Dobijenom rastvoru dodajte 1-2 kapi rastvora NH 4 Cl i 1-2 kapi 30% rastvora KOH. Formira se crveno-smeđi talog.

3. U 4 kapi rastvora soli živinog oksida dodajte 1 kap natrijum hidroksida. Formira se žuti talog.

§5. Detekcija kationa mangana (II), Mn 2+

Natrijum bizmutat, olovo (IV) oksid, amonijum persulfat u medijumu azotne kiseline, kada se zagreju, brzo oksidiraju ione mangana (II) u manganovu kiselinu NMnO4, koja ima karakterističnu crveno-ljubičastu boju:

Oksidacija amonijum persulfatom se vrši u prisustvu katalizatora srebrnih (I) jona, koji se oksiduju amonijum persulfatom u ione srebra (II).

Natrijum bizmutat oksidira ione mangana (II), za razliku od drugih oksidansa, bez zagrijavanja. Detekciju mangana ometaju redukcioni agensi, uključujući hloridni jon i velike količine jona mangana(II). Granica detekcije za mangan je 2 µg.

Izvođenje reakcije

1) Kapi rastvora mangan nitrata ili sulfata dodajte kap koncentrovane azotne kiseline, 3-4 kapi vode i malo čvrstog natrijum bizmutata. Rješenje postaje grimizno.

2) U 5-6 kapi rastvora (NH4)2S2O8 dodati kap 2M rastvora H2SO4, 1-2 kapi koncentrovanog H3PO4 (fosforna kiselina stabilizuje jone MnO-4 i sprečava njihovu razgradnju), 1-2 kapi rastvora AgNO3 i toplota. Uz pomoć staklenog štapića u zagrijanu oksidacijsku smjesu dodaje se minimalna količina otopine koja sadrži Mn 2+ ione i ne sadrži kloridne ione, miješa se i uočava se crveno-ljubičasta boja otopine.

§6. Detekcija bakarnih (II) katjona Cu 2+

GF koristi sljedeće metode za detekciju jona bakra (II).

Reakcija redukcije bakra (II) metalima u metalni bakar - Reakciju daju metali koji se nalaze u nizu metalnih napona lijevo od bakra.

Cu 2+ + Zn = Cu + Zn 2+

Su 2+ + Fe = Su + Fe 2+

3 Cu 2+ +2 A1 = 3 Cu +2 A1 3+

Kalijum heksacijanoferat (II) pri pH ≤ 7 precipitira ione bakra u obliku crveno-smeđeg precipitata Cu 2 Fe (CN) 6, koji je rastvorljiv u amonijaku i formira bakar amonijak. Granica detekcije bakra je 10 µg. Reakciju ometaju joni Fe 3+, Ni 2+, Co 2+, koji sa reagensom formiraju obojene precipitate. Stoga se ovi ioni prvo razdvajaju ili vezuju u stabilna rastvorljiva kompleksna jedinjenja. Pri vrlo niskim koncentracijama bakra ne stvara se talog, ali otopina postaje ružičasta.

Amonijak pri interakciji sa ionima bakra prvo taloži bazične soli promjenjivog sastava, zelene boje, lako topljive u višku reagensa. Pri pH >9 formiraju se kompleksi amonijaka i bakra intenzivno plave boje: Cu(NH 3)(H 2 O) 5 2+; Cu(NH 3) 4 (H 2 O) 2 2+. Granica detekcije bakra je 40 µg.

Amonijum tetrarodanomerkurijat (II) u rastvoru sirćetne kiseline sa jonima bakra u prisustvu jona cinka formira izomorfne ljubičaste kristale CuHg(SCN)4 i ZnHg(SCN)4 (slika 2). Da bi ova reakcija uspjela, potrebno je uzeti vrlo razrijeđen rastvor bakrene soli, inače se umjesto ljubičaste, oslobađa žućkastozeleni talog CuHg(SCN)4.

Slika 2. Kristali CuHg(SCN)4 (a), CuIIg(SCN)4 i ZnHg(SCN)4 izomorfni kristali (b)

Granica detekcije bakra je 2 µg. Fe3+, Co2+, Ni2+ joni bi trebali biti odsutni, jer sa reagensom formiraju obojena jedinjenja. Reakcija bakra se može izvesti in vitro ili kao mikrokristalloskopski test. Na sl. prikazani su kristali jedinjenja CuHg(SCN)4. Ako se detekcija bakra vrši mikrokristalskopskom metodom upotrebom jedinjenja CuHg(SCN)4, može se detektovati samo 5 µg.

Hlorovodonična kiselina u prisustvu piridina i 2-pikolina sa Cu(I) jonima formira komplekse sastava CuPyCl i Cu(Py)3Cl, gde je Py piridin ili pikolin. Ovo jedinjenje luminescira intenzivno žuto na minus 196°C. Cu (I) joni, poput Ag+ i Au+ (elektronska konfiguracija nd10), karakteriziraju vlastitu luminiscenciju. Uzrokuju ga elektronski prijelazi između energetskih nivoa samog metalnog jona.

Reakcija za detekciju bakra po njegovoj luminiscenciji može se izvesti metodom kapi na filter papiru. Granica detekcije bakra je 0,06 µg. 100-struke količine Cd, Co, Zn, Ni, Fe(II, III), Mn, Cr ne ometaju detekciju bakra. Preostali kationi, sa izuzetkom Pb2+, Bi3+, Sb(III), u bilo kojoj količini ne ometaju detekciju bakra.

Izvođenje reakcije

1. Dodajte 1-2 kapi rastvora reagensa u 2-3 kapi rastvora koji sadrži jone bakra (II) (pH ≤ 7). Formira se crveno-smeđi talog.

2. U 2-3 kapi rastvora koji sadrži ione bakra (I I) dodajte veliki višak rastvora amonijaka do pH>9. Pojava intenzivne plave boje u rastvoru ukazuje na prisustvo bakra.

3. A) Na 1-2 kapi rastvora koji sadrži ione bakra (II) na staklenom predmetu (ili u epruveti) dodati 2-3 kapi 1% rastvora cink acetata ili sulfata i 1-2 kapi rastvora reagensa. Smjesa se miješa staklenom šipkom. U prisustvu bakra pojavljuje se ljubičasti talog.

B) Dodajte kap 30% rastvora CH3COOH i kap rastvora reagensa u kap rastvora soli bakra na stakalcu. Formiraju se karakteristični (u obliku igličastih zvijezda) žućkasto-zeleni kristali CuHg(SCN)4 koji se ispituju pod mikroskopom.

4. Luminescentna reakcija. Na filter papir se nanosi kap rastvora koji sadrži jone bakra (II), kap 0,06 M rastvora askorbinske kiseline u zasićenom rastvoru NaCl ili KCl i kap 0,01 M rastvora piridina (pikolina) u se dodaje etanol. Papir sa vlažnom tačkom stavlja se pincetom u Dewar bocu sa tečnim azotom na 20-30 s. U ultraljubičastom svjetlu uočava se jarko žuta luminiscencija smrznute mrlje.

5. Stavite jednu kap rastvora bakar sulfata na željeznu ili pocinčanu ploču. Posmatrajte stvaranje crvene prevlake slobodnog bakra.

§7. Detekcija kadmijum kationa, Cd 2+.

Vodonik sulfid ili sulfidi alkalnih metala pri pH ~0,5 formiraju žuti talog kadmijum sulfida sa kadmijum ionima. Talog je nerastvorljiv u natrijevom sulfidu i hidroksidu, ali je topiv u koncentriranoj hlorovodoničnoj i dušičnoj kiselini:

Granica detekcije kadmijuma je 100 mcg. Metalni joni interferiraju, formirajući u ovim uslovima nerastvorljive sulfide Cu2+, Hg2+, Bi3+, Sn(I, IV), Sb(III, V) itd.

Difenilkarbazid I u neutralnim i blago kiselim otopinama stvara plavo-ljubičastu boju ili crveno-ljubičasti precipitat s ionima kadmija; u ovom slučaju očigledno nastaje kompleksno jedinjenje sastava II sa difenilkarbazonom, koji je produkt oksidacije difenilkarbazida:

Granica detekcije kadmijuma je 100 µg. Interferirajući uticaj bakra (I I), žive (I I) i jona olova eliminiše se jodidom ili tiocijanatom.

8-(Benzensulfonilamino)kinolin I ili 8-(n-toluensulfonilamino)kinolin II sa ionima kadmijuma na pH ~ 8 formira kompleksno jedinjenje III, koje fluorescira jarko zelenom svetlošću:

Intenzitet sjaja je maksimalan nakon 1-2 minuta.

Luminescentna reakcija na kadmijum može se izvesti u epruveti ili na filter papiru. Granica detekcije kod I (0,03 μg) je niža nego kod II (0,05 μg). Smanjite intenzitet sjaja Fe(II, III), Co, Ni, Mn, Cu. Utjecaj ovih katjona se eliminira ekstrakcijom kadmij jedinjenja hloroformom. Fluorescentna jedinjenja u uslovima detekcije kadmijuma formiraju cink, ali je intenzitet sjaja 10 puta manji od intenziteta kadmijuma.

Amonijum (kalijev) tiocijanat u rastvoru octene kiseline pH4-5 sa ionima kobalta (II) formira plavo obojena kompleksna jedinjenja različitog sastava sa opštom formulom Co (N CS)n(2-n)+, gde je n = 1 , 2, 3, 4. Rastvarači koji sadrže kiseonik (etar, aceton, izoamil alkohol) ekstrahuju tamnoplave, nestabilne komplekse kobalta, očigledno sastava Co(NCS)42-. Da bi se smanjila disocijacija kompleksnih spojeva, potrebno je uvesti veliki višak tiocijanata. Granica detekcije kobalta je 3 µg.

Detekciju kobalta ometaju joni gvožđa (III), koji formiraju crveno obojena kompleksna jedinjenja sa NCS-; različitog sastava. Kompleks Fe(NCS)3 se ekstrahuje sa istim organskim rastvaračima kao i kompleksi kobalta. Interferirajući efekat jona gvožđa (III) eliminiše se dodatkom jona fluorida, koji formiraju bezbojno, stabilno kompleksno jedinjenje sa jonima gvožđa (III).

Kalijum nitrit u rastvoru octene kiseline pri pH 4-5 formira žuti talog sa ionima kobalta (III):

Co(CH3COO)2+7KNO2+2CH3COOH=K3Co(NO2)6+NO+H2O+4CH3COOK.

U razrijeđenim otopinama nastaje talog nakon zagrijavanja i stajanja. Ova reakcija se često koristi za odvajanje kobalta od interferirajućih jona. Granica detekcije kobalta je 0,4 μg.

Mikrokristaloskopska reakcija se zasniva na formiranju (~0,5 M HCl) jarko plavih kristala teško rastvorljivog jedinjenja CoHg(SCN)4 kada se rastvor soli kobalta(II) izloži rastvoru amonijum tetrarodanomerkurijata(II) (Sl. .). Granica detekcije kobalta se smanjuje u prisustvu jona cinka zbog formiranja morfnih kristala ZnHg(SCN)4 i CoHg(SCN)4. Granica detekcije kobalta je 0,1 μg. Reagens istaloži mnogo jona Ag+, Pb 2+, Cd 2+, Zn 2+, Fe 2+, Ni 2+, Cu 2+, Sn(II), ali su vidljive plave rozete ili iglice kristala jedinjenja kobalta. pod mikroskopom čak i u prisustvu značajnih količina stranih jona. Joni gvožđa(III) su maskirani jonima fluora.

Slika 3. CoHg(SCN)4 kristali

Vodeni joni kobalta (II) oktaedarske strukture [Co(H 2 O) 6 ] 2+ su obojeni ružičasto, stoga razrijeđeni vodeni rastvori soli kobalta (II) također imaju ružičastu boju. Međutim, kada se vodene otopine Co 2 ispare, njihova boja se mijenja u plavu, karakterističnu za komplekse kobalta (II) tetraedarske strukture. Jedinjenja Co(II) lako se oksidiraju u jedinjenja Co(III), au nekim slučajevima - već sa atmosferskim kiseonikom (otopljenim u vodi), što se mora uzeti u obzir pri izvođenju kvalitativnih reakcija na kobalt(II). U vodenim rastvorima kobalt (II) i kobalt (III) su prisutni isključivo u obliku kompleksnih jedinjenja. Co(III) kompleksi su stabilniji od Co(II) kompleksa.

Izvođenje reakcije.

1. Dodajte kap rastvora natrijum sulfida u 1-2 kapi rastvora koji sadrži jone kadmija i formira se žuti talog.

2. Kap zasićenog rastvora difenilkarbazida i kap test rastvora naneti na filter papir i držati 2-3 minuta iznad boce sa koncentrovanim rastvorom amonijaka, pojavljuje se plavoljubičasta boja. U prisustvu interferirajućih jona, kristalni KNCS i KI se prvo dodaju u zasićeni etanolni rastvor reagensa do zasićenja. Filter papir se natopi u ovu otopinu i osuši. Zatim se reakcija izvodi kao što je gore opisano.

3. Luminescentna reakcija.

1) U epruvetu na 2-3 kapi rastvora koji sadrži jone kadmijuma dodati 2-3 kapi 25% rastvora amonijaka (pH ~ 8), 3-5 kapi 0,01% rastvora etanola (acetona) reagens I ili II. Nakon 1-3 minute, uočava se zelena fluorescencija pod ultraljubičastim svjetlom. Ako je potrebno, izvršiti ekstrakciju na pH ~ 8, dodajući 1 ml hloroforma u analiziranu otopinu. Ekstraktirajte 1-2 minute i promatrajte zeleni sjaj ekstrakta.

2) Na filter papir se nanose kap rastvora za ispitivanje, kap 25% rastvora amonijaka i kap 0,01% rastvora etanola (acetona) reagensa. Zelena fluorescencija rezultirajuće mrlje se posmatra pod ultraljubičastim svetlom.

4. Dodajte čvrsti amonijum (kalijum) tiocijanat, čvrsti amonijum fluorid, 5-7 kapi izoamil alkohola u 2-3 kapi rastvora koji sadrži jone kobalta (II) i protresite. Sloj izoamil alkohola postaje plav.

5. U 2-3 kapi rastvora koji sadrži jone kobalta (II) dodajte 2 kapi 2 M rastvora CH3COOH, 2 kapi rastvora natrijum acetata i čvrstog kalijum nitrita. Smjesa se zagrijava nekoliko minuta u vodenom kupatilu. Formira se žuti talog.

§8. Detekcija nikla(II) kationa Ni2+

Dimetilglioksim sa ionima nikla (II) u pH opsegu 5-10 formira kompleksno jedinjenje karakteristične grimiznocrvene boje, strukture II, koje je slabo rastvorljivo u vodi:

Granica detekcije nikla je 3,2 µg.

Ioni bakra (II) (narandžasto-žuti), gvožđa (II) (crvenkasti) i kobalta (II) (smeđe-crveni) takođe formiraju kompleksna jedinjenja sa dimetilglioksimom. Stabilnost njihovih kompleksnih jedinjenja varira u Fe seriji

Vodeni kompleksi nikla(II)2+ su zelene boje, zbog čega su vodeni rastvori soli nikla(II) zelene boje. U rastvoru, nikal (II) je prisutan samo u obliku kompleksnih jedinjenja.

Izvođenje reakcije.

1) U 1-2 kapi rastvora koji sadrži jone nikla (II) dodajte 1-2 kapi 1% rastvora dimetilglioksima u etanolu i 1-2 kapi 2 M rastvora amonijaka. Nastaje karakterističan grimiznocrveni talog.

2) Detekcija u prisustvu Fe 3+, Co 2+ i Cu 2+ jona. Kap ispitnog rastvora i kap zasićenog rastvora natrijum tartarata se nanose sukcesivno na papir impregniran dimetilglioksimom. Papir se zatim uranja u razrijeđenu otopinu amonijaka gdje se lagano pomiče. Obojeni dimetilglioksimati kobalta i bakra se otapaju, ostavljajući crvenu mrlju nikl dimetilglioksimata na papiru.

§9. Detekcija jona hroma (III), Cr 3+

Vodikov peroksid u alkalnom mediju oksidira Cr(III) u Cr(VI):

Nastaje žuti rastvor natrijum hromata. Kada se rastvori hromata vodikovog peroksida izlažu rastvorima, u zavisnosti od eksperimentalnih uslova, formiraju se različiti hrom perokso kompleksi, na primer, plavi CrO(O2)2H (I) (X su molekuli vode ili organskog otapala koje sadrži kiseonik) i ljubičasta, vjerovatno sastava CrO(O2)2OH - (II). Ovi kompleksi imaju oblik pentagonalne piramide sa atomom kiseonika na vrhu

Plavi CrO(O2)2H nastaje tretiranjem kiselog rastvora dikromata sa vodikovim peroksidom:

CrO(O2)2OH- derivati ​​nastaju djelovanjem H2O2 na neutralne otopine dihromata:

U vodenim rastvorima, jedinjenja hrom peroksida su nestabilna; stabilni su u organskim rastvaračima (dietil eter, amil alkohol, itd.):

Granica detekcije hroma je 10 µg. Reakcija je selektivna za hrom. Vanadijum ometa detekciju hroma u odnosu V:Cr =5:l.

Natrijum etilendiamintetraacetat (EDTA) I sa ionima hroma (III) na pH 4-5 formira ljubičasto kompleksno jedinjenje sastava CrY –, gde je Y 4– anion EDTA, sa strukturom II

Na sobnoj temperaturi, reakcija teče vrlo sporo, jer su akva kompleksi hroma Cr(H 2 O) 6 inertni. Poluživot molekula vode τ1/2 u kompleksima hroma heksaakva je 50 sati. Kada se zagrije, brzina reakcije formiranja kompleksa hroma sa EDTA raste. Pri pH 7-9 formiraju se kompleksi sastava Cr(OH)Y 2– i ljubičasta boja CrY kompleksa postaje plava kada se otopina alkalizira:

EDTA formira obojena kompleksna jedinjenja sa kationima koji imaju svojstva hromofora (Fe 3+, Cu 2+, Co 2+, Ni 2+), tako da mogu da ometaju detekciju hroma (III). Dakle, Fe 2+ joni u visokim koncentracijama ometaju detekciju hroma, jer formiraju stabilnije kompleksno jedinjenje svetlo žute boje sa EDTA i kao rezultat toga, ljubičasta boja jedinjenja hroma je nejasna. Kod velikih viška Co 2+ i Ni 2+ može se pojaviti ljubičasta boja, slična boji kompleksnog spoja hroma. Ioni oksalata i citrata ometaju detekciju hroma.

Izvođenje reakcije

U 2-3 kapi rastvora koji sadrži ione hroma (III) dodajte 2M rastvor NaOH kap po kap dok se ne formira talog hrom hidroksida, a zatim dok se ne rastvori i formiraju hidroksi kompleksi. Zatim dodajte 1 kap 30% ili 6-8 kapi 3% rastvora vodikovog peroksida i zagrejte. Nastaje otopina žutog hroma. Nakon hlađenja, u dio dobijenog rastvora kap po kap dodavati 1 kap 3% rastvora vodikovog peroksida, nekoliko kapi etra i sumporne kiseline (1:4) uz mućkanje. Rezultirajuće jedinjenje krom peroksida ekstrahira se eterom, a eterski sloj postaje plav.

2. U 3-4 kapi rastvora koji sadrži jone hroma (III) dodati 3-5 kapi 30% rastvora sirćetne kiseline, 12-15 kapi 5% rastvora EDTA (potreban je višak EDTA), proveriti pH otopine (pH 4-5) i zagrijati u vodenom kupatilu. U prisustvu hroma (III) pojavljuje se ljubičasta boja.


Laboratorijska lekcija 12
Završni test br. 2

1. Koje uslove moraju zadovoljiti opšte reakcije na autentičnost lekovitih supstanci?

2. Osnovni bizmut nitrat je lako rastvorljiv u koncentrovanoj azotnoj kiselini. Da li je moguće otvoriti bizmut u ovoj otopini reakcijom sa sumporovodikom?

3. Crni bizmut jodid je lako rastvorljiv u rastvoru kalijum jodida i formira žuto-narandžasti rastvor. Objasnite ovaj fenomen.

4. Preparati gvožđe (II) sulfata mogu sadržati primesu gvožđe (III) sulfata, koji se apsorbuje iz gastrointestinalnog trakta mnogo lošije od gvožđe (II) sulfata, što smanjuje efikasnost leka. Predložite metodu za određivanje nečistoće gvožđe (III) sulfata u preparatima gvožđe (II) sulfata.

5. Opšta reakcija autentičnosti na gvožđe ne može se otkriti u preparatu „Smanjeno gvožđe“ bez preliminarne mineralizacije preparata. Predložite metodu mineralizacije lijeka i odgovarajuću opću reakciju autentičnosti na željezo, prihvatljivu za njegovo naknadno otkrivanje.

6. U koju svrhu se alkohol dodaje u reakcionu smjesu prilikom otvaranja jona kalija?

7. Predložite metodu za otkrivanje kalcijuma u lijeku “bepask”.

8. U koju svrhu se amonijum hlorid dodaje u reakcionu smešu prilikom otkrića magnezijuma? Može li se umjesto amonijum hlorida koristiti amonijum sulfat?

9. Predložite metodu za otkrivanje žive u preparatu „žuti živin oksid“.

10. Žuti živin oksid je praktično nerastvorljiv u vodi, ali se lako rastvara u rastvoru kalijum jodida. Objasnite ovaj fenomen.

11. Cink sulfat stvara talog sa žutom krvnom soli, ali ne reaguje sa crvenom krvnom soli. Međutim, ako se kalijev jodid doda otopini koja sadrži cink sulfat i crvenu krvnu sol, nastaje isti talog i jod. Objasnite ovaj fenomen.

12. Po kojoj metodi se arsenati razlikuju od arsenita?

13. Napišite jednačinu za reakciju kalijum bromida sa hloraminom, koja je osnova ukupne reakcije autentičnosti bromidnog jona.

14. Može li se gornja reakcija koristiti za otkrivanje broma u bromokaforu?

15. Kako možete razlikovati srebro hlorid od srebrnog bromida?

16. Napišite jednadžbu za reakciju kalijum jodida sa natrijum nitritom u prisustvu razblažene sumporne kiseline.

17. Kako hemijskim metodama razlikovati natrijum karbonat od natrijum bikarbonata?

18. Da li je moguće identificirati natrijum nitrit i natrijum nitrat kada su prisutni zajedno?

19. Koja jedinjenja ometaju otvaranje fosfatnog jona reakcijom sa amonijum molibdatom u azotnoj kiselini?

20. Predložite metode za razlikovanje kalijum hlorida od kalijum bromida

Detalji Kategorija: Pregledi: 10184

IRON, Fe, hemijski element, atomska težina 55,84, atomski broj 26; nalazi se u grupi VIII periodnog sistema na istom nivou kao kobalt i nikl, tačka topljenja - 1529°C, tačka ključanja - 2450°C; u čvrstom stanju ima plavkasto-srebrnu boju. U slobodnom obliku, željezo se nalazi samo u meteoritima, koji, međutim, sadrže nečistoće Ni, P, C i drugih elemenata. U prirodi su jedinjenja gvožđa rasprostranjena svuda (zemljište, minerali, životinjski hemoglobin, biljni hlorofil), gl. arr. u obliku oksida, hidrata oksida i jedinjenja sumpora, kao i željeznog karbonata, od kojih se sastoji većina željeznih ruda.

Hemijski čisto željezo se dobiva zagrijavanjem željeznog oksalata, koji na 440°C najprije proizvodi mat prah željeznog oksida, koji ima sposobnost paljenja na zraku (tzv. piroforno željezo); uz naknadnu redukciju ovog oksida, nastali prah postaje sive boje i gubi piroforna svojstva, pretvarajući se u metalno željezo. Kada se željezni oksid reducira na 700°C, oslobađa se željezo u obliku malih kristala, koji se zatim spajaju u vakuumu. Drugi način za dobijanje hemijski čistog gvožđa je elektroliza rastvora soli gvožđa, na primer FeSO 4 ili FeCl 3 u smeši sa MgSO 4, CaCl 2 ili NH 4 Cl (na temperaturama iznad 100°C). Međutim, u ovom slučaju željezo začepljuje značajnu količinu elektrolitičkog vodika, zbog čega dobiva tvrdoću. Kada se zagrije na 700°C, oslobađa se vodonik, a željezo postaje mekano i može se rezati nožem, poput olova (tvrdoća po Mohsovoj skali je 4,5). Vrlo čisto željezo može se dobiti aluminotermički iz čistog željeznog oksida. (vidi Aluminotermiju). Dobro oblikovani kristali željeza su rijetki. Kristali oktaedarskog oblika ponekad se formiraju u šupljinama velikih komada lijevanog željeza. Karakteristično svojstvo gvožđa je njegova mekoća, duktilnost i savitljivost na temperaturi znatno nižoj od tačke topljenja. Kada jaka dušična kiselina (koja ne sadrži niže dušične okside) djeluje na željezo, željezo postaje prekriveno omotačem oksida i postaje netopivo u dušičnoj kiselini.

Jedinjenja gvožđa

Lako se kombinujući sa kiseonikom, željezo formira nekoliko oksida: FeO - željezni oksid, Fe 2 O 3 - željezni oksid, FeO 3 - anhidrid željezne kiseline i FeO 4 - anhidrid superglandularne kiseline. Osim toga, željezo stvara i miješani oksid Fe 3 O 4 – željezni oksid, tzv. gvožđe oksid. Na suhom zraku, međutim, željezo ne oksidira; Rđa je vodeni oksid željeza koji nastaje uz učešće vlage iz zraka i CO 2 . Željezov oksid FeO odgovara hidratu Fe(OH) 2 i nizu dvovalentnih soli željeza koje se oksidacijom mogu transformirati u soli željeznog oksida, Fe 2 O 3, u kojima se željezo manifestira kao trovalentni element; U zraku, hidrat željeznog oksida, koji ima jaka redukcijska svojstva, lako oksidira, pretvarajući se u hidrat željeznog oksida. Željezni hidroksid je slabo rastvorljiv u vodi, a ovaj rastvor ima jasno alkalnu reakciju, što ukazuje na osnovnu prirodu dvovalentnog gvožđa. Gvožđe oksid se nalazi u prirodi (vidi Crveno olovo), ali se može veštački naći. dobijen u obliku crvenog praha kalcinacijom željeznog praha i spaljivanjem sumpornog pirita da bi se dobio sumpor dioksid. Bezvodni oksid željeza, Fe 2 O 3, m.b. dobijene u dvije modifikacije, a prijelaz jedne od njih u drugu nastaje pri zagrijavanju i praćen je značajnim oslobađanjem topline (samozagrijavanjem). Kada je snažno kalciniran, Fe 2 O 3 oslobađa kisik i pretvara se u magnetni oksid-oksid, Fe 3 O 4. Kada alkalije djeluju na rastvore soli feri željeza, taloži se talog hidrata Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 · 3H 2 O); pri prokuvavanju sa vodom nastaje hidrat Fe 2 O 3 ·H 2 O koji se teško rastvara u kiselinama. Gvožđe stvara spojeve sa raznim metaloidima: sa C, P, S, sa halogenima, kao i sa metalima, na primer sa Mn, Cr, W, Cu itd.

Soli željeza dijele se na soli željeza - dvovalentno željezo (fero-soli) i oksidno-feri željezo (feri-soli).

Gvozdene soli

Gvožđe hlorid, FeCl 2, dobija se delovanjem suvog hlora na gvožđe, u obliku bezbojnih listova; Kada se gvožđe rastvori u HCl, dobija se željezni hlorid u obliku FeCl 2 ·4H 2 O hidrata i koristi se u obliku vodenih ili alkoholnih rastvora u medicini. Željezni jodid, FeJ 2, dobija se iz gvožđa i joda pod vodom u obliku zelenih listova i koristi se u medicini (Sirupus ferri jodati); daljim djelovanjem joda nastaje FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati).

Željezni sulfat, željezni sulfat, FeSO 4 ·7H 2 O (zeleni kristali) nastaje u prirodi kao rezultat oksidacije pirita i sumpornih pirita; ova so se takođe formira kao nusproizvod tokom proizvodnje stipse; kada se istroši ili zagrije na 300°C, pretvara se u bijelu bezvodnu sol - FeSO 4; takođe formira hidrate sa 5, 4, 3, 2 i 1 česticama vode; lako se rastvara u hladnoj vodi (u vrućoj vodi do 300%); otopina je kisela zbog hidrolize; oksidira na zraku, posebno lako u prisustvu druge oksidirajuće tvari, na primjer, oksalatne soli, koje FeSO 4 uključuje u reakciju konjugirane oksidacije, obezbojava KMnO 4; u ovom slučaju, proces se odvija prema sljedećoj jednadžbi:

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 2 + 8H 2 O.

U tu svrhu se, međutim, koristi Mohrova dvostruka so (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O, koja je postojanija na vazduhu. Gvozdeni sulfat se koristi u analizi gasa za određivanje azotnog oksida apsorbovanog rastvorom FeSO 4 sa stvaranjem tamno-smeđe boje kompleksa (FeNO)SO 4, a takođe i za proizvodnju mastila (sa taninskim kiselinama), kao mordant za bojenje, za vezivanje smrdljivih gasova (H 2 S, NH 3) u toaletima itd.

Željezne soli se koriste u fotografiji zbog njihove sposobnosti da obnavljaju spojeve srebra u latentnoj slici snimljenoj na fotografskoj ploči.

Gvozdeni karbonat, FeCO 3 , prirodno se javlja kao siderit ili gvozdeni špart; Gvozdeni karbonat, dobijen taloženjem vodenih rastvora gvožđevih soli gvožđa sa karbonatima, lako gubi CO 2 i na vazduhu se oksidira u Fe 2 O 3.

Željezni bikarbonat, H 2 Fe(CO 3) 2, rastvorljiv je u vodi i prirodno se javlja u ferruginskim izvorima, iz kojih se, kada se oksidira, oslobađa na površini zemlje u obliku hidrata željeznog oksida, Fe(OH) 3, koja se pretvara u smeđu željeznu rudu.

Gvožđe fosfat, Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, bijeli talog; nalazi se u prirodi blago obojen, zbog oksidacije željeza, plavi, u obliku vivijanita.

Soli željeznog oksida

Željezni hlorid, FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), se dobija djelovanjem viška hlora na željezo u obliku heksagonalnih crvenih tableta; željezni hlorid se otapa u vazduhu; kristalizira iz vode u obliku FeCl 3 6H 2 O (žuti kristali); rastvori su kiseli; tokom dijalize postupno hidrolizira gotovo u potpunosti sa stvaranjem koloidne otopine Fe(OH) 3 hidrata. FeCl 3 se rastvara u alkoholu i u mešavini alkohola i etra, a kada se zagreva, FeCl 3 ·6H 2 O se raspada na HCl i Fe 2 O 3; koristi se kao moždano sredstvo i kao hemostatsko sredstvo (Liquor ferri sesquichlorati).

Gvožđe sulfat oksid, Fe 2 (SO 4) 3, u bezvodnom stanju ima žućkastu boju, u rastvoru je jako hidrolizovan; kada se otopina zagrije, bazne soli se talože; gvožđe alum, MFe(SO 4) 2 ·12H 2 O, M - monovalentni alkalni metal; Amonijum alum, NH 4 Fe(SO 4) 2 12H 2 O, najbolje kristališe.

Oksid FeO 3 je anhidrid željezne kiseline, kao i hidrat ovog oksida H 2 FeO 4 - gvozdena kiselina- u slobodnom stanju, nije moguće. dobiveni zbog njihove ekstremne krhkosti; ali u alkalnim otopinama mogu postojati soli željezne kiseline, ferati (na primjer, K 2 FeO 4), koji nastaju kada se željezni prah zagrijava s nitratom ili KClO 3. Poznata je i slabo rastvorljiva barijumova so gvozdene kiseline BaFeO 4; Dakle, željezna kiselina je u nekim aspektima vrlo slična sumpornoj i hromnoj kiselini. Kijevski hemičar Goralevič je 1926. opisao jedinjenja osmovalentnog željeznog oksida - sufereric anhidrid FeO 4, dobijen fuzijom Fe 2 O 3 sa nitratnom ili bertoletnom solju u obliku kalijeve soli superglandularne kiseline K 2 FeO 5; FeO 4 je gasovita tvar koja ne stvara superžljezdanu kiselinu H 2 FeO 5 s vodom, što, međutim, može. izolovan u slobodnom stanju razgradnjom soli K 2 FeO 5 sa kiselinama. Barijumovu so BaFeO 5 ·7H 2 O, kao i soli kalcijuma i stroncijuma, Goralevič je dobio u obliku neraspadajućih belih kristala koji ispuštaju vodu tek na 250-300°C i istovremeno postaju zeleni.

Gvožđe daje jedinjenja: sa azotom - azotno gvožđe(nitrid) Fe 2 N kada se gvožđe u prahu zagreva u mlazu NH 3, sa ugljenikom - Fe 3 C karbid kada se gvožđe zasiti ugljem u električnoj peći. Osim toga, proučavana su brojna jedinjenja željeza s ugljičnim monoksidom - karbonili gvožđa, na primjer, pentakarbonil Fe(CO) 5 je blago obojena tečnost sa oko 102,9 °C (na 749 mm, specifična težina 1,4937), zatim narandžasta čvrsta supstanca Fe 2 (CO) 9, nerastvorljiva u eteru i hloroformu, sa specifičnom težinom 2.085.

Od velike su važnosti jedinjenja željeznog cijanida. Pored jednostavnih cijanida Fe(CN) 2 i Fe(CN) 3, gvožđe formira niz složenih jedinjenja sa cijanidnim solima, kao što su soli željezne sumporne kiseline H 4 Fe(CN) 6 i soli željezne sumporne kiseline H 3 Fe(CN) 6, na primjer, crvena krvna sol, koja zauzvrat ulazi u reakcije razgradnje razmjene sa solima željeza i oksida željeza, formirajući spojeve plave boje - prusko plavo i Turnbull plavo. Prilikom zamjene jedne CN grupe u solima željezne sulfidne kiseline H 4 Fe(CN) 6 monovalentnim grupama (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO), nastaju pruso soli, na primjer, natrijum nitroprusid (natrijum nitroferoferni sulfid) Na 2 2H 2 O, dobijen djelovanjem dimljenja HNO 3 na K 4 Fe(CN) 6, nakon čega slijedi neutralizacija sodom, u obliku rubin-crvenih kristala, odvojenih kristalizacijom od istovremeno nastalog nitrata; odgovarajuća nitroferična kiselina H2 također kristalizira u obliku tamnocrvenih kristala. Natrijev nitroprusid se koristi kao osjetljivi reagens za sumporovodik i metale sumpora, s kojima proizvodi krvavocrvenu boju koja zatim postaje plava. Kada bakar sulfat reaguje sa natrijum nitroprusidom, nastaje blijedozeleni talog, nerastvorljiv u vodi i alkoholu, koji se koristi za ispitivanje eteričnih ulja.

Analitički, željezo se otkriva djelovanjem njegove soli, u alkalnoj otopini, žute krvne soli. Željezove soli formiraju plavi talog pruske plave boje. Željezne soli formiraju plavi talog Turnbullove plave boje kada su izložene crvenoj krvnoj soli. Sa amonijum tiocijanatom NH 4 CNS, soli feri gvožđa formiraju rodansko gvožđe Fe(CNS) 3, rastvorljivo u vodi sa krvavocrvenom bojom; Sa taninom, soli željeznog oksida formiraju mastilo. Intenzivnom bojom odlikuju se i bakrene soli željezne sulfidne kiseline, koje nalaze primjenu (uvahrom metoda) u kolor fotografiji. Od jedinjenja gvožđa koja se koriste u medicini, pored pomenutih jedinjenja gvožđe-halogenida, značajni su: metalno gvožđe (F. hydrogenio reductum), gvožđe citrat (F. Citricum - 20% Fe), ekstrakt gvožđe malata (Extractum ferri pomatum ), albuminat gvožđa (Liquor ferri albuminatum), feratin - proteinsko jedinjenje sa 6% gvožđa; feratoza - rastvor feratina, karniferin - jedinjenje gvožđa sa nukleinom (30% Fe); feratogen iz nukleina kvasca (1% Fe), hematogen - 70% rastvor hemoglobina u glicerolu, hemol - hemoglobin redukovan cinkovom prašinom.

Fizička svojstva gvožđa

Numerički podaci dostupni u literaturi koji karakterišu različita fizička svojstva gvožđa fluktuiraju zbog teškoća dobijanja gvožđa u hemijski čistom stanju. Stoga su najpouzdaniji podaci dobijeni za elektrolitičko gvožđe, u kojem ukupni sadržaj nečistoća (C, Si, Mn, S, P) ne prelazi 0,01-0,03%. Podaci ispod u većini slučajeva odnose se na takav hardver. Za njega je tačka topljenja 1528°C ± 3°C (Ruer i Klesper, 1914), a tačka ključanja je ≈ 2450°C. U čvrstom stanju, gvožđe postoji u četiri različite modifikacije - α, β, γ i δ, za koje su prilično precizno utvrđene sledeće temperaturne granice:

Prijelaz željeza iz jedne modifikacije u drugu detektuje se na krivuljama hlađenja i grijanja po kritičnim tačkama, za koje su usvojene sljedeće oznake:

Ove kritične tačke su prikazane na sl. 1 šematske krivulje grijanja i hlađenja. Postojanje modifikacija δ-, γ- i α-Fe trenutno se smatra neospornim, ali se osporava nezavisno postojanje β-Fe zbog nedovoljno oštre razlike između njegovih svojstava i svojstava α-Fe. Sve modifikacije željeza kristaliziraju se u obliku kocke, pri čemu α, β i δ imaju prostornu rešetku centrirane kocke, a γ-Fe ima kocku sa centriranim površinama. Najizrazitije kristalografske karakteristike modifikacija gvožđa dobijaju se u rendgenskim spektrima, kao što je prikazano na Sl. 2 (Westgreen, 1929).

Iz datih rendgenskih uzoraka proizilazi da su za α-, β- i δ-Fe linije rendgenskog spektra iste; oni odgovaraju rešetki centrirane kocke sa parametrima 2,87, 2,90 i 2,93 A, a za γ-Fe spektar odgovara rešetki kocke sa centriranim plohama i parametrima od 3,63-3,68 A.

Specifična težina gvožđa kreće se od 7,855 do 7,864 (Cross and Gill, 1927). Prilikom zagrijavanja, specifična težina željeza opada zbog toplinskog širenja, za koje se koeficijenti povećavaju s temperaturom, kao što pokazuju podaci u tabeli 1. 1 (Driesen, 1914).

Smanjenje koeficijenata ekspanzije u rasponima od 20-800°C, 20-900°C, 700-800°C i 800-900°C objašnjava se anomalijama širenja pri prolasku kroz kritične tačke A C2 i A C3. Ovaj prijelaz je praćen kompresijom, posebno izraženom u tački A C3, kao što je prikazano krivuljama kompresije i ekspanzije na Sl. 3. Topljenje gvožđa je praćeno njegovim širenjem za 4,4% (Gonda i Enda, 1926). Toplotni kapacitet gvožđa je prilično značajan u poređenju sa drugim metalima i izražava se za različite temperaturne opsege u vrednostima od 0,11 do 0,20 Cal, kao što je prikazano u tabeli. 2 (Obergoffer i Grosse, 1927) i kriva konstruisana na njihovoj osnovi (slika 4).

U datim podacima transformacije A 2 , A 3 , A 4 i topljenje gvožđa detektuju se tako jasno da se toplotni efekti za njih lako izračunavaju: A 3 ... + 6,765 Cal, A 4 ... + 2,531 Cal , topljenje gvožđa ... - 64,38 Cal (prema S. Uminu, 1926, - 69,20 Cal).

Gvožđe karakteriše približno 6-7 puta manja toplotna provodljivost od srebra i 2 puta manja od aluminijuma; Naime, toplotna provodljivost gvožđa je jednaka na 0°C - 0,2070, na 100°C - 0,1567, na 200°C - 0,1357 i na 275°C - 0,1120 Cal/cm·sec·°C. Najkarakterističnija svojstva gvožđa su magnetna, izražena nizom magnetnih konstanti dobijenih tokom punog ciklusa magnetizacije gvožđa. Ove konstante za elektrolitičko željezo izražene su sljedećim vrijednostima u Gausu (Gumlich, 1909. i 1918.):

Prilikom prolaska kroz tačku A c2, feromagnetna svojstva željeza gotovo nestaju i mogu. otkriven samo uz vrlo precizna magnetna mjerenja. U praksi se β-, γ- i δ-modifikacije smatraju nemagnetnim. Električna provodljivost gvožđa na 20°C jednaka je R -1 m m/mm 2 (gde je R električni otpor gvožđa, jednak 0,099 Ω mm 2 /m). Temperaturni koeficijent električnog otpora a0-100° x10 5 kreće se od 560 do 660, pri čemu je

Hladna obrada (valjanje, kovanje, izvlačenje, štancanje) ima veoma primetan uticaj na fizička svojstva gvožđa. Dakle, njihova % promjena tokom hladnog valjanja izražena je sljedećim brojkama (Gerens, 1911): koercitivni napon +323%, magnetna histereza +222%, električni otpor +2%, specifična težina - 1%, magnetna permeabilnost - 65%. Ova posljednja okolnost jasno pokazuje značajne fluktuacije fizičkih svojstava koje se uočavaju među različitim istraživačima: utjecaj nečistoća često je praćen utjecajem hladne mehaničke obrade.

Vrlo malo se zna o mehaničkim svojstvima čistog željeza. Elektrolitičko gvožđe legirano u šupljini pokazalo je: vlačnu čvrstoću od 25 kg/mm2, istezanje - 60%, kompresiju poprečnog presjeka - 85%, tvrdoću po Brinellu - od 60 do 70.

Struktura gvožđa zavisi od sadržaja nečistoća u njemu (čak i u malim količinama) i od prethodnog tretmana materijala. Mikrostruktura željeza, kao i drugih čistih metala, sastoji se od manje ili više krupnih zrna (kristalita), ovdje nazvanih ferit

Veličina i oštrina njihovih obrisa zavise od pogl. arr. o brzini hlađenja željeza: što je potonje niže, to su zrna razvijenija i njihove konture su oštrije. Na površini zrna su najčešće različito obojena zbog različite kristalografije, njihove orijentacije i različitog efekta jetkanja reagensa u različitim smjerovima u kristalu. Često se zrna izdužuju u jednom smjeru kao rezultat mehaničke obrade. Ako se obrada odvijala na niskim temperaturama, tada se na površini zrna pojavljuju posmične linije (Neumann linije), kao rezultat klizanja pojedinih dijelova kristalita duž njihovih ravnina cijepanja. Ove linije su jedan od znakova stvrdnjavanja i onih promjena svojstava koje su gore navedene.

Gvožđe u metalurgiji

Termin gvožđe u savremenoj metalurgiji pripisuje se samo kovanom gvožđu, odnosno proizvodu sa niskim sadržajem ugljenika dobijenom u stanju nalik na testo na temperaturi koja nije dovoljna da se gvožđe otopi, ali je toliko visoka da su njegove pojedinačne čestice dobro zavarene jedna za drugu. , dajući homogeni mekani proizvod nakon kovanja, ne prihvata stvrdnjavanje. Gvožđe (u navedenom smislu reči) dobija se: 1) direktno iz rude u testastom stanju postupkom duvanja sira; 2) na isti način, ali na nižoj temperaturi, nedovoljno za zavarivanje čestica gvožđa; 3) preraspodela livenog gvožđa kritičnim procesom; 4) preraspodela livenog gvožđa luženjem.

1) Trenutni proces proizvodnje sira. vrijeme koriste samo nekulturni narodi i to u područja u koja američko ili evropsko željezo proizvedeno modernim metodama ne može (zbog nedostatka prikladnih sredstava komunikacije) prodrijeti. Proces se odvija u otvorenim pećima i pećima za sir. Sirovine za to su željezna ruda (obično smeđa željezna ruda) i drveni ugljen. Ugalj se sipa u kovačnicu na polovini gde se vrši eksplozija, dok se ruda sipa u gomilu na suprotnoj strani. Ugljični monoksid formiran u debelom sloju zapaljenog uglja prolazi kroz cijelu debljinu rude i na visokoj temperaturi reducira željezo. Redukcija rude se odvija postepeno - od površine pojedinačnih komada do jezgre. Počevši od vrha gomile, ubrzava se kako se ruda pomiče u područje više temperature; U ovom slučaju, željezni oksid se prvo pretvara u magnetni oksid, zatim u oksid, a na kraju se na površini komada rude pojavljuje metalno željezo. Istovremeno, zemljane nečistoće rude (otpadne stijene) spajaju se sa još nereduciranim željeznim oksidom i formiraju topljivu željeznu zguru, koja se topi kroz pukotine metalne ljuske, koja u svakom komadu formira neku vrstu ljuske. rude. Zagrijane na užarenu toplotu, ove školjke se zavare, formirajući spužvastu masu željeza na dnu peći - kricu, prožetu šljakom. Da bi se odvojila od potonjeg, krica uzeta iz kovačnice se reže na nekoliko delova, od kojih se svaki kuje, kuva, nakon hlađenja u istoj kovačnici u trake ili direktno u proizvode (predmeti za domaćinstvo, oružje). U Indiji se proces puhanja sira i dalje obavlja u pećima za puhanje sira, koje se od kovačnica razlikuju samo po nešto većoj visini - oko 1,5 m. Zidovi peći su od glinene mase (ne cigle) i služe samo jedno topljenje. Puhanje se dovodi u peć kroz jednu tujeru pomoću mehova koji se pokreću nogama ili rukama. U praznu peć se ubacuje određena količina drvenog uglja („prazna ljuska“), a zatim naizmjenično, u odvojenim slojevima, ruda i ugalj, s tim da se količina prvog postepeno povećava dok ne dostigne omjer prema uglju određen iskustvom; težina sve napunjene rude određena je željenom težinom krice, koja je, općenito govoreći, neznatna. Proces restauracije je isti kao u kovačnici; gvožđe takođe nije potpuno redukovano, a nastala krica na boku sadrži dosta gvozdene šljake. Krica se vadi tako što se šporet razbije i reže na komade težine 2-3 kg. Svaki od njih se zagrijava u kovačnici i obrađuje čekićem; rezultat je izvrsno meko željezo, koje, između ostalog, služi kao materijal za izradu indijskih čeličnih „woots“-a (damast čelik). Njegov sastav je sljedeći (u %):

Neznatan sadržaj elemenata - nečistoća gvožđa - ili njihovo potpuno odsustvo objašnjava se čistoćom rude, nepotpunošću redukcije gvožđa i niskom temperaturom u peći. Zbog male veličine kovačnica i peći i učestalosti njihovog rada, potrošnja drvenog uglja je vrlo velika. U Finskoj, Švedskoj i na Uralu, željezo se topilo u peći za sir Husgavel, u kojoj je bilo moguće regulirati proces redukcije i zasićenja željeza ugljikom; potrošnja uglja u njemu iznosila je do 1,1 po jedinici željeza, čiji je prinos dostizao 90% njegovog sadržaja u rudi.

2) U budućnosti treba očekivati ​​razvoj proizvodnje željeza direktno iz rude, ne korištenjem procesa puhanja sira, već redukcijom željeza na temperaturi nedovoljnoj za stvaranje šljake, pa čak i za sinterovanje otpadne rude (1000 °C). Prednosti ovog procesa su mogućnost korištenja goriva niskog kvaliteta, eliminacija fluksa i potrošnje topline za topljenje šljake.

3) Proizvodnja kovanog gvožđa preraspodelom livenog gvožđa postupkom peći vrši se u pećima pog. arr. u Švedskoj (kod nas - na Uralu). Za preradu se topi specijalno liveno gvožđe, tzv. Lancashire, daje najmanje otpada. Sadrži: 0,3-0,45% Si, 0,5-0,6% Mn, 0,02 P,<0,01% S. Такой чугун в изломе кажется белым или половинчатым. Горючим в кричных горнах может служить только древесный уголь.

Proces je u toku. arr.: kovačnica, oslobođena od lončića, ali sa zrelom šljakom kraja procesa koja je ostala na donjoj dasci, napunjena je ugljem, gl. arr. bor, na koji se stavlja lijevano željezo zagrijano produktima sagorijevanja u količini od 165-175 kg (za 3/8 m 2 poprečnog presjeka ognjišta nalazi se 100 kg lijevanog željeza). Okretanjem ventila u vazdušnom kanalu, puhanje se usmerava kroz cevi koje se nalaze u podlučnom prostoru peći i ovde se zagreva na temperaturu od 150-200°C, čime se ubrzava. topljenje livenog gvožđa. Sirovo željezo za topljenje je stalno poduprto (pomoću pajsera) na ugalj iznad tujera. Tokom takvog rada, cijela masa lijevanog željeza je podvrgnuta oksidativnom djelovanju kisika zraka i ugljičnog dioksida, prolazeći kroz zonu izgaranja u obliku kapi. Njihova velika površina doprinosi brzoj oksidaciji željeza i njegovih nečistoća - silicija, mangana i ugljika. U zavisnosti od sadržaja ovih nečistoća, liveno gvožđe ih gubi u većoj ili manjoj meri pre nego što se skupi na dnu ložišta. Budući da se lijevano željezo s malo silicija i mangana prerađuje u švedskoj kovačnici, prilikom prolaska kroz horizont tujera gubi sav svoj Si i Mn (čiji oksidi čine glavnu trosku sa željeznim oksidom) i značajan dio ugljenik. Topljenje livenog gvožđa traje 20-25 minuta. Na kraju ovog procesa, hladna eksplozija se pušta u kovačnicu. Metal koji se taložio na dno ložišta počinje da reaguje sa zrelim šljakama koje se tamo nalaze, a koje sadrže veliki višak (u poređenju sa količinom silicijum dioksida) oksida gvožđa - Fe 3 O 4 i FeO, koji oksidiraju ugljenik sa oslobađanje ugljičnog monoksida, što uzrokuje ključanje cijelog metala. Kada se metal zgusne (zbog gubitka ugljika) i „sjedne kao roba“, ovaj se potonji podiže pajserima iznad tujera, ponovo se oslobađa vruća eksplozija i „roba“ se topi.

Tokom sekundarnog topljenja, metal se oksidira kisikom iz eksplozije i šljake koja se iz njega topi. Nakon prvog podizanja, metal pada na dno kovačnice, dovoljno mekan da sakupi kricu iz nekih od njenih najzrelijih delova. Ali prije, pri korištenju silikonskih razreda lijevanog željeza, bilo je potrebno pribjeći drugom, pa čak i trećem podizanju robe, što je, naravno, smanjilo produktivnost kovačnice, povećalo potrošnju goriva i otpad od željeza. Na rezultate rada uticala je udaljenost tujera od donje daske (dubina ložišta) i nagib furnira: što je furgon strmiji i što je dubina ložišta manja, to je veći efekat oksidirajuća atmosfera na metalu. Blaži nagib tujera, kao i veća dubina ložišta, smanjuje direktno djelovanje kisika u mlazu, dajući tako veću ulogu djelovanju šljake na nečistoće željeza; oksidacija kod njih je sporija, ali bez otpada gvožđa. Pod bilo kojim datim uslovima, najpovoljniji položaj tokova u odnosu na donju dasku određuje se iskustvom; u modernoj švedskoj kovačnici, ušica tujere postavljena je na udaljenosti od 220 mm od donje ploče, a nagib tujera varira u bliskim granicama - od 11 do 12 °.

Nastala kritsa na dnu peći, za razliku od peći za puhanje sira, sadrži vrlo malo mehanički uvučene šljake; Što se tiče hemijskih nečistoća gvožđa, onda mogu biti Si, Mn i C. potpuno se uklanja (zanemarljiv sadržaj Si i Mn na koji je ukazano analizom je dio mehaničke nečistoće - šljake), a sumpor se samo djelimično uklanja, oksidirajući se eksplozijom tokom topljenja. Istovremeno, fosfor se također oksidira, prelazeći u šljaku u obliku fosforno-željezne soli, ali se potonja zatim reducira ugljikom, a konačni metal može sadržavati čak i relativno više fosfora (iz otpada od željeza) od originalnog. liveno gvožde. Zbog toga, da bi dobila prvoklasni metal za izvoz, Švedska koristi samo liveno gvožđe koje je čisto u odnosu na P. Gotova krica izvađena iz kovačnice seče se na tri dela (svaki po 50-55 kg) i sabija pod čekićem, dajući izgled paralelepipeda.

Trajanje procesa preraspodjele u švedskoj kovačnici je od 65 do 80 minuta; dnevno ispada od 2,5 do 3,5 tone komprimiranih komada "za vatru", uz potrošnju drvenog uglja od samo 0,32-0,40 po jedinici gotovog materijala, a njegov prinos je od 89 do 93,5% lijevanog željeza predviđenog za preradu. Nedavno su u Švedskoj izvedeni uspješni eksperimenti u preraspodjelu tekućeg sirovog željeza uzetog iz visokih peći i ubrzavanju procesa ključanja miješanjem metala mehaničkim grabuljama; istovremeno je gubitak otpada smanjen na 7%, a potrošnja uglja - na 0,25.

Sljedeći podaci (u%) daju ideju o hemijskom sastavu švedskog i južno-uralskog željeza:

Od svih vrsta gvožđa proizvedenog u industriji, švedsko je najbliže hemijski čistom i umesto potonjeg koristi se u laboratorijskoj praksi i istraživačkom radu. Razlikuje se od sirovog gvožđa po svojoj uniformnosti, a od najmekšeg otvorenog metala (livenog gvožđa) po odsustvu mangana; karakteriše ga najviši stepen zavarljivosti, duktilnosti i savitljivosti. Švedsko liveno gvožđe pokazuje nisku vlačnu čvrstoću - samo oko 30 kg/mm ​​2, sa izduženjem od 40% i smanjenjem poprečnog preseka od 75%. Trenutno je godišnja proizvodnja kriogenog gvožđa u Švedskoj pala na 50.000 tona, nakon rata 1914-18. Opseg industrijske primjene ovog gvožđa je znatno smanjen. Najveća količina koristi se za proizvodnju (u Engleskoj i Njemačkoj) najviših vrsta alatnih i specijalnih čelika; u samoj Švedskoj koristi se za izradu posebne žice („žica za cvijeće“), eksera za potkovice, koji se lako kovaju u hladnom stanju, lanaca i trakastih zaliha za zavarene cijevi. Za posljednje dvije namjene posebno su važna svojstva lijevanog željeza: pouzdana zavarljivost, a za cijevi, osim toga, najveća otpornost na hrđu.

4) Razvoj proizvodnje gvožđa kao kritičnog procesa podrazumevao je uništavanje šuma; nakon što su ove druge u raznim zemljama uzete pod zaštitu zakona koji je ograničavao njihovu sječu na godišnji prirast, Švedska, a potom i Rusija - šumovite zemlje koje obiluju visokokvalitetnim rudama - postale su glavni dobavljači željeza na međunarodnom tržištu tokom cijelog 18. stoljeća. . Godine 1784. Englez Cort izmislio je pudling - proces ponovnog dijeljenja lijevanog željeza na ložištu užarene peći, u čijem ložištu se sagorijevao ugalj. Nakon Cortove smrti, Rogers i Gall su uveli značajna poboljšanja u dizajn peći za pudling, što je doprinijelo brzom širenju pudlinga po svim industrijskim zemljama i potpuno promijenilo prirodu i obim njihove proizvodnje željeza tokom prve polovine 19. stoljeća. Ovim postupkom je proizvedena masa metala potrebna za izgradnju željeznih brodova, željeznica, lokomotiva, parnih kotlova i automobila.

Gorivo za puding je dugovaljeni ugalj, ali tamo gdje ga nema, morali smo pribjeći mrkom uglju, a ovdje na Uralu - drvima za ogrjev. Borovo drvo za ogrjev proizvodi duži plamen od uglja; dobro grije, ali sadržaj vlage u drvetu ne bi trebao biti veći od 12%. Nakon toga, Siemens regenerativna peć je korištena za pudling na Uralu. Konačno, u SAD-u i ovdje (u basenima Volge i Kame) pudling peći su radile na ulju raspršenom direktno u radni prostor peći.

Da bi se ubrzala prerada i smanjila potrošnja goriva, preporučljivo je imati lijevano željezo s hladnim pudlingom; pri topljenju na koks, međutim, proizvod proizvodi dosta sumpora (0,2 pa čak i 0,3%), a uz visok sadržaj fosfora u rudi i fosfor. Za obične komercijalne vrste gvožđa, takvo liveno gvožđe sa niskim sadržajem silicija (manje od 1%), nazvano sirovo gvožđe, prethodno je topljeno u velikim količinama. Lijevano željezo od drvenog ugljena, koje je prerađivano na Uralu i centralnoj Rusiji, nije sadržavalo sumpor i proizvodilo je proizvod koji se koristio i za proizvodnju krovnog željeza. Pudling trenutno služi za proizvodnju visokokvalitetnog metala prema posebnim specifikacijama, pa se stoga u peći za pudling ne isporučuje obično sirovo željezo, već visokokvalitetno sirovo željezo, na primjer, mangan ili „hematit“ (nizak fosfor), ili, obrnuto. , visok fosfor za proizvodnju gvožđa od orašastih plodova. Ispod je sadržaj (u %) glavnih elemenata u nekim vrstama livenog gvožđa koji se koriste za pudling:

Peć za pudling, na kraju prethodne operacije, obično ima normalnu količinu šljake na ložištu za rad sa sljedećim punjenjem. Prilikom prerade visoko silicijumskog livenog gvožđa u peći ostaje dosta šljake koja se mora isprazniti; naprotiv, bijeli liveni gvožđe se „suši“ ispod peći, a rad treba započeti bacanjem potrebne količine šljake na pod, koja se uzima ispod čekića („zrela“, najbogatija magnetnim oksidom). Punjenje od livenog gvožđa, zagrijano u loncu od livenog gvožđa, baca se na šljaku (250-300 kg u običnim pećima i 500-600 kg u duplim pećima); zatim se u ložište ubacuje svježi dio goriva, čiste se rešetke i stvara puna promaja u peći. U roku od 25-35 minuta. liveno gvožđe se topi, podvrgavajući b. ili m. značajna promjena u njegovom sastavu. Čvrsto liveno gvožđe oksidira se kiseonikom plamena, a gvožđe, mangan i silicijum proizvode dvostruki silikat, koji teče u peć; topljenjem livenog gvožđa izlaže se sve više slojeva čvrstog livenog gvožđa, koji se takođe oksidira i topi. Na kraju perioda topljenja na ložištu se dobijaju dva tečna sloja - liveno gvožđe i šljaka, na čijoj kontaktnoj površini dolazi do procesa oksidacije ugljika magnetnim oksidom gvožđa, iako u slaboj meri, o čemu svjedoče mjehurići. ugljičnog monoksida koji se oslobađa iz kupke. U zavisnosti od sadržaja silicijuma i mangana u livenom gvožđu, nejednaka količina ih ostaje u rastopljenom metalu: kod niskosilicijumskog drvenog uglja liveno gvožđe ili belo liveno gvožđe - topljenje koksa - silicijum u većini slučajeva potpuno izgara tokom topljenja; ponekad određena količina ostaje u metalu (0,3-0,25%), kao i mangan. Fosfor u to vrijeme također oksidira, pretvarajući se u željezo fosfornu sol. Zbog smanjenja težine metala kako gore navedene nečistoće izgaraju, postotak ugljika se može čak i povećati, iako se dio nesumnjivo sagorijeva kisikom plamena i šljake koja pokriva prve dijelove rastaljenog. metal.

Kako bi ubrzali sagorijevanje preostalih količina silicija, mangana i ugljika, pribjegavaju pudlingu, odnosno miješanju lijevanog željeza sa šljakom pomoću štapa čiji je kraj savijen pod pravim kutom. Ako je metal tečan (sivi liv, visoko ugljenik), onda se mešanjem ne postiže cilj i kupka se prvo zgušnjava bacanjem hladno zrele šljake u nju, ili smanjenjem propuha uspostavlja se nepotpuno sagorevanje u peći. , praćen jako zadimljenim plamenom (krčkanjem). Nakon nekoliko minuta, tokom kojih se vrši kontinuirano miješanje, na površini kupke pojavljuju se obilni mjehurići zapaljenog ugljičnog monoksida - produkta oksidacije ugljika od lijevanog željeza kisikom magnetnog oksida otopljenog u glavnoj željeznoj šljaci. Kako proces napreduje, oksidacija C se pojačava i pretvara u nasilno "ključanje" cjelokupne mase metala, što je praćeno bubrenjem i tako značajnim povećanjem volumena da dio šljake prelazi prag radnih rupa. Kako C izgara, temperatura topljenja metala se povećava, a da bi se ključanje nastavilo, temperatura u peći se kontinuirano povećava. Dovršeno ključanje na niskoj temperaturi proizvodi sirovi proizvod, tj. spužvastu masu željeza s visokim sadržajem ugljika koja nije sposobna za zavarivanje; zrela roba "sjedi" u zagrijanoj pećnici. Proces oksidacije željeznih nečistoća u pudling peći počinje zbog kisika šljake, koja je legura željeznog silicijum dioksida (Fe 2 SiO 4) sa magnetnim oksidom i željeznim oksidom promjenjivog sastava. U engleskim pećima, sastav mješavine oksida izražava se formulom 5Fe 3 O 4 5 FeO; na kraju ključanja odnos oksida u osiromašenoj zguri izražava se formulom Fe 3 O 4 5FeO, odnosno 80% ukupnog magnetnog oksida šljake učestvuje u procesu oksidacije. Reakcije oksidacije mogu. predstavljen sledećim termohemijskim jednačinama:

Kao što se vidi iz ovih jednačina, oksidacija Si, P i Mn je praćena oslobađanjem toplote i samim tim zagreva kupku, dok oksidacija C tokom redukcije Fe 3 O 4 u FeO apsorbuje toplotu i stoga zahtijeva visoku temperaturu. Ovo objašnjava postupak uklanjanja nečistoća željeza i činjenicu da se izgaranje ugljika brže završava u vrućoj peći. Redukcija Fe 3 O 4 u metal ne dolazi, jer je za to potrebna viša temperatura od one na kojoj dolazi do "ključanja".

Zgužvani „proizvod“, da bi postao dobro zavareno gvožđe, još uvek treba da se pari: proizvod se ostavi nekoliko minuta u rerni i s vremena na vreme okreće pajserom, a donji delovi se stavljaju na vrh; Pod kombiniranim djelovanjem kisika plamena i šljake koje prožimaju cijelu masu željeza, ugljik u ovom trenutku nastavlja sagorijevati. Čim se dobije određena količina dobro zavarenog metala, iz njega se počinju valjati crits, izbjegavajući nepotrebnu oksidaciju. Ukupno, kako roba sazrije, valja se od 5 do 10 krita (ne više od 50 kg svaki); Zrna se drže (pare) na pragu u području najveće temperature i ubacuju ispod čekića na kompresiju, čime se postiže oslobađanje šljake i daje im oblik komada (presjek od 10x10 do 15x15 cm ), pogodan za umotavanje u rolne. Oni koji ih slijede kreću naprijed do mjesta izdatih kritova, do posljednjeg. Trajanje procesa proizvodnje visokokvalitetnog metala (vlaknasto gvožđe) od zrelog (visokougljičnog) sivog liva na Uralu bilo je sledeće: 1) sadnja livenog gvožđa - 5 minuta, 2) topljenje - 35 minuta, 3) dinstanje - 25 min., 4) pudling (mešanje) - 20 min., 5) parenje robe - 20 min., 6) valjanje i parenje crits - 40 min., 7) točenje critsa (10-11 kom.) - 20 min.; ukupno - 165 min. Prilikom rada na bijelom livenom gvožđu, korišćenjem običnog komercijalnog gvožđa, trajanje procesa je smanjeno (u zapadnoj Evropi) na 100 pa čak i 75 minuta.

Što se tiče rezultata rada, oni su varirali u različitim metalurškim regijama u zavisnosti od vrste goriva, kvaliteta livenog gvožđa i vrste proizvedenog gvožđa. Uralske peći koje rade na drva davale su prinos upotrebljivog željeza po 1 m 3 drveta od 0,25 do 0,3 tone; Naša potrošnja ulja po jedinici željeza je 0,33, uglja u evropskim pećima od 0,75 do 1,1. Dnevna produktivnost naših velikih peći (600 kg livenog gvožđa) pri radu na sušenom ogrevnom drvu iznosila je 4-5 tona; prinos materijala pogodnog za proizvodnju krovnog gvožđa bio je 95-93% količine livenog gvožđa primljenog za preradu. U Evropi, dnevna produktivnost običnih peći (punjenje 250-300 kg) je oko 3,5 tona sa otpadom od 9%, a za visokokvalitetno željezo - 2,5 tona sa otpadom od 11%.

Po hemijskom sastavu i fizičkim svojstvima, gvožđe je mnogo lošiji proizvod od livenog gvožđa, s jedne strane, i livenog ložišta, s druge strane. Obične vrste gvožđa koje su se ranije proizvodile u zapadnoj Evropi sadržavale su dosta sumpora i fosfora, jer su se proizvodile od nečistog koksnog gvožđa, a obe ove štetne nečistoće samo se delimično pretvaraju u šljaku; količina šljake u gvožđu je 3-6%, a u visokokvalitetnom metalu ne prelazi 2%. Prisustvo šljake uvelike umanjuje rezultate mehaničkih ispitivanja natopljenog gvožđa. Ispod su neki podaci u % koji karakteriziraju mljeveno željezo - obično zapadnoevropsko i dobro uralsko:

Vrijedno svojstvo za koje se sada podržava proizvodnja gvožđa je njegova odlična zavarljivost, što je ponekad od posebne važnosti sa sigurnosne tačke gledišta. Željezničke specifikacije društva zahtijevaju proizvodnju spojnica, šipki za prekidače i vijaka od gvožđa. Zbog svoje bolje otpornosti na korozivno djelovanje vode, gvožđe se koristi i za proizvodnju vodovodnih cijevi. Također se koristi za izradu oraha (grubozrnastog fosfornog metala) i visokokvalitetnog vlaknastog željeza za zakovice i lance.

Strukturu kovanog gvožđa, koja se može detektovati pod mikroskopom čak i pri malom uvećanju, karakteriše prisustvo crnih i svetlih komponenti na fotografskoj slici; prvi spadaju u trosku, a drugi u zrna ili vlakna željeza dobivena izvlačenjem metala.

Trading iron

Metalurške tvornice proizvode dvije glavne vrste željeza za industrijske potrebe: 1) lim i 2) željezo u profilima.

Lim se trenutno valja do 3 m širine; debljine 1-3 mm nazivamo tanko valjanim; od 3 mm i više (obično do 40 mm) - kotao, rezervoar, brod, ovisno o namjeni kojoj odgovara sastav i mehanička svojstva materijala. Kotlovsko gvožđe je najmekše; obično sadrži 0,10-0,12% C, 0,4-0,5% Mn, P i S - svaki ne više od 0,05%; njegova privremena vlačna čvrstoća nije važeća. više od 41 kg/mm ​​2 (ali ne manje od 34 kg/mm ​​2), izduženje pri prekidu - oko 28%. Gvožđe iz rezervoara je tvrđe i izdržljivije; sadrži 0,12-0,15% C; 0,5-0,7% Mn i ne više od 0,06% i P i S; zatezna čvrstoća 41-49 kg/mm2, istezanje 25-28%. Dužina limova kotlovskog i rezervoarskog gvožđa određuje se po narudžbini u skladu sa dimenzijama proizvoda zakivanog od limova (izbegavajući nepotrebne šavove i ukrase), ali obično ne prelazi 8 m, jer je za tanke limove ograničeno brzim hlađenjem tokom procesa valjanja, a za debele limove - težinom ingota.

Gvozdeni lim debljine manje od 1 mm naziva se crni lim; koristi se za proizvodnju belog lima i kao krovni materijal. Za potonju svrhu, u SSSR-u valjaju limove dimenzija 1422x711 mm, težine 4-5 kg, debljine 0,5-0,625 mm. Krovno gvožđe se proizvodi u fabrikama u pakovanjima od 82 kg. U inostranstvu se crni lim u prometu klasifikuje prema posebnim kalibarskim brojevima - od 20 do 30 (normalna debljina nemačkog lima je od 0,875 do 0,22 mm, a engleskog od 1,0 do 0,31 mm). Kalaj se pravi od najmekšeg livenog gvožđa koji sadrži 0,08-0,10% C, 0,3-0,35% Mn ako je napravljen od livenog gvožđa (naš) i 0,4-0,5% Mn, ako je polazni materijal koksno gvožđe; Vlačna čvrstoća - od 31 do 34 kg/mm ​​2, izduženje - 28-30%. Vrsta željeznog lima je valovito željezo. Prema prirodi valova dijeli se na željezo sa niskim i visokim valovima; u prvom se omjer širine talasa i dubine kreće od 3 do 4, u drugom 1-2. Valovito gvožđe se proizvodi debljine 0,75-2,0 mm i širine lima od 0,72-0,81 m (sa niskim talasima) i 0,4-0,6 m (sa visokim talasima). Valovito željezo se koristi za krovove, zidove lakih konstrukcija, rolete, a kod visokih valova, osim toga, koristi se za izradu podova bez rogova.

Gradirano gvožđe je podeljeno u dve klase prema obliku poprečnog preseka: obično klasifikovano gvožđe i profilisano gvožđe.

Prva klasa uključuje okruglo gvožđe (prečnika manjeg od 10 mm koje se naziva žica), kvadratno, ravno ili trakasto. Potonji se, pak, dijeli na: samu traku - širine od 10 do 200 mm i debljine više od 5 mm; obruč - iste širine, ali debljine od 5 do 1 mm, naznačeno brojem kalibra (od 3 do 19 normalnog njemačkog i od 6 do 20 novog engleskog kalibra); guma - širine od 38 do 51 mm i debljine do 22 mm; univerzalna - širine od 200 do 1000 mm i debljine najmanje 6 mm (motane u posebne rolne - univerzalne). I gumeno i obručasto gvožđe tvornice proizvode u rolni, valjanu žicu - u namotajima; druge sorte su u obliku ravnih (ispravljenih) traka, obično ne duže od 8 m (obično - od 4,5 do 6 m), ali po posebnoj narudžbi za betonske konstrukcije, trake se režu do 18 mm, a ponekad i više .

Glavne vrste profilisanog gvožđa: ugaona (jednaka i nejednaka), kutija (kanal), T-oblika, I-greda (grede), stubna (kvadratna) i zeta gvožđe; Postoje i neke druge manje uobičajene vrste oblikovanog gvožđa. Prema našem uobičajenom metričkom asortimanu, dimenzije profiliranog željeza su označene brojem profila (br. je broj, vidi širinu police ili najveću visinu profila). Ugaoni nejednaki i T-željezo imaju dvostruki br.; npr. br.16/8 označava ugao sa policama od 16 i 8 cm ili T sa policom od 16 cm i visine T 8 cm.Najteži profili od profilisanog gvožđa koje smo valjali: br.15 - ugao, br. 30 - korito, br. 40 - I-greda.

Sastav običnog zavarljivog željeza: 0,12% C, 0,4% Mn, manje od 0,05% P i S - svaki; njegova vlačna čvrstoća je 34-40 kg/mm2; ali okruglo gvožđe za zakovice je napravljeno od mekšeg materijala sastava: manje od 0,10% C, 0,25-0,35% Mn, oko 0,03% P i S svaki. Vlačna čvrstoća je 32-35 kg/mm2, a istezanje 28-32%. Oblikovano, nezavareno, ali zakovano gvožđe („građevinski čelik“) sadrži: 0,15 - 0,20% C, 0,5% Mn, do 0,06% P i S - svaki; vlačna čvrstoća je 40-50 kg/mm2, istezanje 25-20%. Za proizvodnju orašastih plodova proizvodi se željezo (Thomas iron) koje sadrži oko 0,1% C, ali od 0,3 do 0,5% P (što su orasi veći, to je više P). U inostranstvu, za potrebe specijalnih valjaonica, u trgovini se koristi poluproizvod - kvadratna gredica, najčešće 50 x 50 mm u poprečnom preseku.