Железо как химический элемент таблицы Менделеева

Ж Железо является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 26 и условным обозначением Fe. Железо представляет собой серебристо-белый переходной металл 8-й подгруппы.

Как было открыто Железо

История такого химического элемента как железо началась очень давно. Оно не имело столь широкого круга применения в древности, как бронза, из-за его подверженности коррозии. Об этом свидетельствуют археологические находки. Железные предметы древности находят в разы реже, чем аналогичные артефакты из бронзы или серебра. Технологии развивались очень медленно, и даже с открытием технологии плавки потребовалось еще несколько сотен лет, чтобы железо вытеснуло бронзу в инструментах и оружии. Чтобы было понятно, железные бусы найденные в Египте имеют возраст около 5500 лет.

В большей степени этот элемент начал набирать популярность около 700 года до Нашей Эры. Приблизительно в это время начали появляться печи и кузницы для плавки и обработки железа. Вблизи современной Болоньи, археологами были обнаружены изделия из железа(наконечники копья), возраст которых приблизительно датируется VI веком до Нашей Эры. Далее технологии плавильного дела начали набирать обороты и в период 3 — 5 столетия начали усовершенствоваться плавильные печи. До 18 века плавильные печи являлись единственным способом обработки железа. Эти печи могли к этому времени раскаляться до температуры около 1200°C. Это значит, что полностью плавить железо они все-таки еще не умели, потому что температура плавления железа составляет 1536°C.

Уже в начале XVIII века начали появляться печи способные полностью плавить железную руду. В это время плавильная индустрия начала активно развиваться и в это время свершилась так называемая «промышленная революция». Появилась возможность в промышленных масштабах производить некоторые виды сталей и чугун.

Где и как добывают Железо

Железо в основном добывают из так называемых железных руд. Железные руды представляют собой горные породы и минералы, из которых металлическое железо может быть извлечено экономически выгодно. Такие руды, как правило богаты окислами железа и различаются по цвету от темно-серого до ярко-красного. Под железной рудой обычно понимаются такие минералы как магнетит, гематит, гетит, лимонит и сидерит. Самыми ценными из них являются гематит и магнетит. Эти минералы содержат более 60% железа и их называют «руда прямой отгрузки». Такое название они получили потому что могут подаваться сразу в доменные печи производящие железо.

Получение чистого железа в лабораторных условиях может осуществляться двумя способами. Первый заключается в восстановлении чистого оксида или гидроксида железа водородом. В ходе реакции образуется пентакарбонил железа, который при нагреве до 250°C разлагается в чистый железный порошок. Вторым способом является электролиз хлорида железа на железный катод.

На сегодняшний день, промышленный способ получения чугуна и стали состоит из двух этапов. На первом этапе железная руда восстанавливается с помощью кокса в доменной печи, а расплавленный металл отделяется от примесей. Такими примесями по большей части являются силикатные минералы. Эта операция делает из руды черновое железо с большим содержанием углерода. На втором этапе с помощью процедуры окисления происходит уменьшение углерода до нужного значения. На второй стадии могут добавляться другие примеси для получения легированных сталей.

Распространенность Железа

Оценка распространенности железа во Вселенной довольно относительная. Явным фактом является то, что это очень распространенный элемент. Железо, по оценкам ученых, занимает 6 позицию по распространенности среди химических элементов. В доказательство тому, что железо является конечным продуктом ядерного синтеза кремния в ядрах звезд. Он является самым распространенным элементом в ядрах планет и метеоритах. Считается, что ядро Земли состоит из железно-никелевого сплава и весит приблизительно 35% от общей массы земли.

Что же касается Земли, то тут есть предположение, что железо может быть самым распространенным химическим элементом. Таким образом на Земле он занимает либо первую позицию, либо вторую после кислорода. Пока официальная наука отдает этому элементу почетную вторую позицию. Как это странно не звучит, в земной коре железо занимает только 4 позицию. Его концентрация в земной коре составляет 5,63%. В мировом океане среднее значение концентрации железа составляет 0,002 мг/л воды.

Большая часть железа в земной коре находится в связанном состоянии с другими химическими элементами в виде минералов. Некоторые из них были перечислены выше, чтобы не повторяться, не будем на них останавливаться. Добавим только то, что многие магматические породы также содержат атомы железа. В пример можно поставить сульфитный минерал пирротин или железно-никелевый минерал пентландин. Во время выветривания(разложения) железо может отделяться от сульфидных минералов в виде сульфатов и от силикатных отложений в виде гидрокарбоната. Ежегодное производство железа и его сплавов превышает 2,5 миллиардов тонн.

Применение Железа

Железо является самым используемым металлом на нашей планете. На его долю приходится около 90% мирового производства среди металлов. Его низкая стоимость и высокая прочность довольно часто делают его предпочтительным материалом для механизмов или изделий, которые способны передавать механическую энергию и испытывать серьезные механические нагрузки. В пример можно поставить конструкции автомобилей, станков, корпуса воздушных и морских судов, арматурные стержни и рельсы. Поскольку само железо является довольно мягким материалом, оно в основном используется в виде чугуна или стальных сплавов.

В зависимости от добавляемых к железу так называемых «присадок» для получения заданных свойств железных изделий, они имеют разные направления применения. Например, с помощью добавления углерода регулируется прочность на растяжение и твердость. Для изготовления ножа или пилы потребуется твердый металл, а для изготовления консервной банки такая прочность нецелесообразна. Также важна чистота от других химических элементов. Если не производить очистку от таких элементов как сера, фосфор и кремний получается чугун. Он так же имеет широкий круг применения. Из него производятся блоки цилиндров автомобилей, домашние ванны и батареи, технические тиски и многое другое.

Разновидностей макировок железа больше тысячи, и у каждого из них свое предназначение. У железных изделий очень широкий круг применения практически во всех сферах. Начиная от медицины(препараты регулирующие уровень железа в организме) и заканчивая строительством(железобетонные конструкции).

Интересные факты

Интересных фактов связанных с железом большое множество. Стоит начать с того, что атомы железа являются жизненно необходимыми в организме человека. Они регулируют фиксацию азота в организме, обеспечивают транспортировку электрических импульсов(нервное регулирование), а также транспортировку и усвоение кислорода. Еще одним интересным фактом является то, что в древности из железа собранного из метеоритов делали украшения. Самым известным украшением древности из метеорного железа является жемчужины найденные археологами в современном Египте. Им приблизительно 5200 лет.

Еще одним интересным моментом является то, что красный цвет планеты Марс объясняется огромной концентрацией содержания гематита на его поверхности. Гематит представляет собой оксид железа с примесями титана, марганца и алюминия. Так же железо может в больших концентрациях быть вредной для здоровья человека. Есть предположение, что передозировка железа в организме способна вызывать гепатит, рак и болезнь Паркинсона. Еще одним интересным моментом является то, что по состоянию на 2010 среднеэкспортная цена за тонну железа составила 55 евро.