Соединения железа. железо: физические и химические свойства

Химический состав

Свойства железной руды, ее ценность и характеристики напрямую зависят от ее химического состава. Железная руда может содержать различное количество железа и других примесей. В зависимости от этого выделяют ее несколько типов:

• очень богатые, когда содержание железа в рудах превышает 65%;
• богатые, процент железа в которой варьируется в диапазоне от 60% до 65%;
• средние, от 45% и выше;
• бедные, в которых процент полезных элементов не превышает 45%.

Чем больше побочных примесей в составе железной руды, тем больше необходимо энергии на ее переработку, и тем менее эффективным является производство готовой продукции.

Состав породы может представлять собой совокупность различных минералов, пустой породы и других побочных примесей, соотношение которых зависит от ее месторождения.

Пустая порода также может содержать железо, но ее переработка экономически не целесообразна. Наиболее часто встречающиеся минералы представляют собой оксиды, карбонаты и силикаты железа.

Следует отметить, что в составе железистых пород может содержаться огромное количество вредных веществ, среди которых можно выделить серу, мышьяк, фосфор и другие.

https://youtube.com/watch?v=f09VHpe9R8o

Избыток железа

Избыток Fe в организме также, как и его нехватка может вызвать ряд проблем со здоровьем, среди которых:

• Проблемы с органами ЖКТ — геморрагический гастроэнтерит, тошнота, отсутствие аппетита, приступы рвоты, боль в эпигастральной области живота, диарея;
• Стоматиты;
• Гемохроматоз;
• Отложение на стенках атеросклеротических бляшек (развитие атеросклероза);
• Повышенная уязвимость перед развитием артрита, диабета, онкологических заболеваний;
• Осложнение течения болезней Альцгеймера и Паркинсона;
• Угнетение антиоксидантной функции в организме;
• Продукция свободных радикалов.

Признаки интоксикации феррумом в среднем появляются при суточной дозе около 200 мг.

Летальной дозой от приема данного микроэлемента может стать – от 3 до 35 г.

Причины переизбытка Fe

Злоупотребление железосодержащих лекарственных препаратов (в т.ч. витаминно-минеральных комплексов) или биологически-активных добавок (БАД).

Другим источником переизбытка данного металла в организме может статье питье воды, протекающей по ржавым или чугунным трубам, а также употребление пищи, приготовленной в железной или чугунной посуде.

Избыточное железо может попадать в организм городского жителя вместе с ржавой водой из-под крана (по чугунным трубам). Так же использование железной и чугунной посуды в приготовлении пищи повышает содержание в ней железа.

Признаки нехватки железа в организме

Пониженный процент будет сопутствоваться слабостью, постоянной усталостью, работоспособность снизится; бледностью, сухостью, шершавостью кожного покрова; волосы станут обильно осыпаться; ногти становятся ломкими; пятки и уголки губ покроются неприятные трещины.

Малокровие действует на внешность, и внутреннее состояние тела. Так частым симптом является бледность тканей желудочно-кишечного тракта. Это означает снижение поступления крови, что замедляет работоспособность.

При дефиците системы будут сигнализировать такими проблемами:

• Частое головокружение.
• Человек постоянно чувствует себя уставшим, работать не хочется.
• Конечности немеют.
• Аппетит снижен.
• Глотание затруднено.
• Возникают сбои деятельности ЖКТ.
• Возникает бессонница.
• Ногти ломаются, расслаиваются, часто на поверхности возникают ложкообразные вдавления.
• Даже при легком труде сердце начинает биться ускоренно, появляется отдышка.
• Вкусовые изменение, проблемы с обонянием. Часто люди хотят кушать неприготовленную крупу, нюхать ацетон.

Чтобы точно узнать диагноз лучше в любой лаборатории сдать анализ (общий по крови). Уровень понижения этого микроэлемента для женщины 120 г/л, а у мужчины – 130 г/л.

Почему происходит потеря железа

Существует несколько вариантов нехватки, основные из которых:

• Диета (строгая).
• Потеря крови (обильные месячные).
• Голодание.
• Вегетарианство.

В результате возникнет малокровие, которое обусловлено понижением гемоглобина в жидкости (иногда идет в сочетании с уменьшением эритроцитов в общем массе).

Анемия разделяется на три уровня – средняя, тяжелая и легкая. По статистическим данным более 800 миллионов людей страдают от этой болезни. Зачастую она овладевает молодыми девушками, подростками.

Диагностика дома не возможна, поэтому чтобы выяснить наверняка стоит обратиться к специальным исследованиям в лаборатории. Обращаться к врачу стоит по предварительным симптомам, которые могут возникнуть в период течения заболевания.

Ситуация не будет считаться критической при понижении менее чем на сто г/л. Однако в этот период лучше начать восполнять микроэлемент. Делать это лучше включив в рацион железосодержащие продукты.

Если уровень падает до девяноста г/л, то наступает средняя или тяжелая стадия малокровия. В такой ситуации следует обращаться в больницу за рекомендациями лечащего доктора. При установлении диагноза человеку придется сесть на специальную диету, и принимать лекарства, которые повысят содержание «Iron» в теле.

Разновидности сплавов на основе железа

Сплав железа — это соединение, которое состоит из основного металла и дополнительных примесей. Соединения на основе этого материала называются чёрными металлами. К ним относятся:

1. Сталь — соединение углерода с другими элементами. Углерода в составе сплава может содержаться до 2.14%. Выделяют конструкционные углеродистые, строительные, специальные и легированные стали.
2. Чугун — смесь, которая пользуется огромной популярностью. Соединения могут содержать до 3,5% углерода. Дополнительно смеси содержать марганец, фосфор, серу.
3. Перлит — смесь на основе железа. Содержит не более 0.8% углерода.
4. Феррит — его называют чистым материалом. Связанно это с низким содержанием углерода, сторонних примесей (около 0.04%).
5. Цементит — химическое соединение железа с углеродом.
6. Аустенит — соединение с содержанием углерода до 2.14%. Дополнительно имеет сторонние примеси.

Легированная сталь

Состав и структура сплавов

Из-за большого количество соединений на основе железа была разработана маркировка, по которой можно отделить стали с высоким содержанием углерода от менее углеродистых, определить наличие основных легирующих элементов в составе материала, их количество. Зависимо от количества дополнительных элементов изменяются свойства соединений. К ним относится бор, ванадий, молибден, марганец, титан, углерод, хром, никель, кремний, вольфрам.

Характеристики смесей зависят от их структуры, состава. От этого изменяется прочность, пластичность, температура плавления, плотность, электропроводность и другие параметры. Например, структура чугуна определяет его хрупкость при ударах, больших физических нагрузках.

Свойства и маркировка сплавов

Относительно маркировки, первые цифры, которые идут на маркировке, говорят о процентном содержании углерода в составе. Далее идут заглавные буквы основных легирующих элементов. Начало маркировки могут начинать дополнительные буквы. Они указывают на назначение сплава.

Пластичность и вязкость будут уменьшаться при повышении количества углерода в составе сплава. На другие свойства металлов влияют основные легирующие элементы.

Повышение гемоглобина

Сильно завышенный уровень гемоглобина тоже должен насторожить и заставить обратиться к врачу за консультацией. Такие показатели могут свидетельствовать о следующих патологиях: гемоглобинемии (при этом разрушающиеся эритроциты находятся в плазме крови), непроходимости кишечника, эритроцитозе. Преизбыточное содержание в организме витамина В9 или В12 также может давать такую картину. Кроме этого, повышение гемоглобина может быть вызвано раковыми опухолями, легочной недостаточностью, повышением уровня глюкозы в крови.

Повышение гемоглобина отрицательно сказывается на самочувствии человека и состоянии его здоровья, поскольку при этой ситуации происходит сильное сгущение крови. В результате высокой вязкости кровоток неправильно циркулирует, таким образом, может начаться кислородное голодание. Как следствие, происходит тромбообразование, развитие сердечно-сосудистых заболеваний, инфарктов и инсультов. При такой ситуации необходимо исключить из своего меню продукты с высоким содержанием железа. Нельзя злоупотреблять жареным и жирным, исключить поступление в организм витаминов В и С. Врач должен выписать лекарственные средства, способствующие разжижению крови. В некоторых случаях повышение гемоглобина не является патологией. Например, у мужчин, занимающихся альпинизмом, показатель может достигать 170 г/л, это издержки профессии. У людей, постоянно живущих в горах, этот показатель также всегда завышен, поскольку их кровь перенасыщена кислородом. У спортсменов, интенсивно тренирующихся, уровень гемоглобина тоже всегда выше нормы, поскольку кровь должна все время получать дополнительное количество кислорода для доставки его в необходимом объеме мышцам. Длительная прогулка в лесном массиве также может перенасытить кровь кислородом, из-за чего гемоглобин будет выше.

Еще какими буквами обозначается гемоглобин в анализах?

Теплопроводность — железо

Медь выгодно отличается от железа высокой теплопроводностью, в б раз превышающей теплопроводность железа.
 

Этот металл благодаря сравнительно высокой теплопроводности ( более чем в два раза превышающей теплопроводность железа), устойчивости к атмосфере и многим химическим веществам находит все более широкое применение для постройки химической аппаратуры.
 

Кривыми 1 и 2 соответственно здесь представлены литературные и экспериментальные данные по теплопроводности компактного железа ( чистота 99 95 %), удовлетворительно совпадающие друг с другом по характеру и значениям. Композиции 3 — 8 ( см. рис. 2, б) существенно различаются как по-характеру температурной зависимости теплопроводности, так и по величине значений. Кривые X / ( Т) медленно снижаются при повышении температуры от 100 до 400 — 450 С, далее, в области температур 500 — 700 С, следует пологий минимум и некоторый рост при дальнейшем подъеме температуры.
 

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза меньше теплопроводности железа. С повышением температуры теплопроводность титана несколько понижается и при 700 С составляет 0 0309 кал / см сек СС.
 

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза меньше теплопроводности железа. С повышением температуры теплопроводность титана несколько понижается и при 700 С составляет 0 0309 кал / см сек С.
 

Особенно вредно масло, так как теплопроводность его в 20 раз меньше теплопроводности накипи и в 200 — 600 раз меньше теплопроводности железа. Поэтому использование воды, содержащей масло свыше допустимых норм, запрещается.
 

Медь широко применяется для постройки ректификационной аппаратуры благодаря своей высокой теплопроводности, превышающей, как мы уже упоминали выше, примерно в 6 раз теплопроводность железа, и благодаря ряду других ценных качеств, о которых мы будем, говорить ниже.
 

Медь широко применяется для постройки перегонной аппаратуры благодаря своей высокой теплопроводности, превышающей, как мы уже упоминали выше, примерно в 6 раз теплопроводность железа, и благодаря ряду других ценных качеств, о которых мы будем говорить ниже.
 

Коэффициент теплопроводности высоколегированного хромистого чугуна составляет в среднем 0 042 кал / см-сек — С ( 176 вт / м — С), что соответствует приблизи тельно 45 % теплопроводности железа.
 

QCJ; 23 — 7 — 69 Вт / ( м2 — С); б — толщина стенок жаровых труб, 6 5 — 10 3 м; Я — коэффициент теплопроводности железа, Я 46 — V-57 Вт / ( м — С); 2 — коэффициент теплоотдачи от железа к битуму, аа 17 1 Вт / ( ма.
 

Коэффициент теплопроводности титана в области рабочих температур ( 20 — 400 С) составляет 0 057 — 0 055 кал / ( см-с — С), что примерно в 3 раза меньше теплопроводности железа, в 16 раз меньше теплопроводности меди и близко к теплопроводности нержавеющих сталей аустенитного класса.
 

При пайке небольших изделий из меди и медных сплавов припоями системы Sn — Pb нагрев можно производить паяльниками ( и электропаяльниками); пайку массивных изделий вследствие большой теплопроводности меди, превышающей в 6 раз теплопроводность железа, выполняют в основном в пламени газовых горелок с применением в качестве флюса водного раствора хлористого цинка. Для сокращения времени контакта паяемого сплава с жидким припоем лучше применять более высокотемпературное кислородно-ацетиленовое пламя, а не кисло-родно-пропановое.
 

По сравнению с другими металлами ванадий плохой проводник тепла: его коэффициент теплопроводности в интервале температур 100 — 500 составляет 0 074 — 0 088 кал / см — сек — град. Коэффициент теплопроводности железа при 20Г равен 0 18, а меди 0 94 кал / см — сек — град. Удельная теплоемкость ванадия при 20 — 100 равна 0 120 кал / г-град.
 

С изменением температуры теплопроводность может изменяться не только по величине, ио и по знаку. Например, теплопроводность железа и малоуглеродистой стали с повышением температуры снижается, а аустенитиой стали повышается.
 

Теплопроводность чистого железа при обычной температуре составляет около 0 2 кал / см — сек — С. Температурный коэфициент теплопроводности железа Отрицателен и тем больше, чем выше чистота железа. В интервале температур от 0 до 100 он составляет — 5 5 10 — 4, Зависимость теплопроводности чистого железа от температуры характеризуется приведенными ниже цифрами.
 

Как выглядит руда железа и что собой представляет?

В качестве ключевого химического элемента железо входит в состав множества горных пород. Тем не менее, далеко не каждая такая порода может быть потенциальным сырьевым продуктом для добычи и разработки. Целесообразность разработки железных руд, как таковых, во многом зависит от процентного состава.

Его добычей плотно занялись более 3 тысяч лет назад, что обусловлено возможностью изготавливать на основе железа более качественных и прочных изделий в сравнении с бронзой и медью, которые стали добываться ещё раньше. Уже в те времена, мастера, работавшие с плавильнями, могли точно различать виды железной руды.

В настоящее время принято выделять несколько типов сырья, пригодного для последующей выплавки полезного металла:

• магнетиновый;
• магнетино-апатитный;
• магнетино-титановый;
• гидрогетит-гетитовый;
• гематито-магнетиновый.

Богатым считается месторождение железной руды с процентным составным содержанием железа 57%. Но, как уже было сказано выше, целесообразными могут быть разработки залежей, в которых руда содержит 26% этого полезного металла. В составе горных пород железо преобладает в виде оксидов. Остальные составляющие представляют собой фосфор, серу и кремнезёмы.

Существуют таблицы железной руды, в которых отражен её сырьевой, химический состав и процентное содержание железа. Если руководствоваться численными показателями большинства таких таблиц, то условно можно разделить ценные руды по степени их богатства и свойствам на 4 категории

• очень богатые – содержание основного металла более 65%;
• умеренно богатые – средний процент железа 60-65%;
• умеренные – от 45% и более;
• бедные – менее 45% добываемых полезных элементов в целом.

В зависимости от количества побочных примесей, входящих в состав разрабатываемого месторождения железа, требуется большее или меньшее количество энергии на переработку. От этого во многом зависит эффективность производства готовой продукции на основе железа.

Нехватка железа — симптомы

Дефицит железа в организме выражается следующими симптомами и состояниями:

• Развитие анемии;
• Слабость, повышенная утомляемость, головокружения, постоянное желание спать;
• Ухудшение мыслительной функции и других функций головного мозга;
• Неврологические расстройства, депрессия;
• Сухость и бледность кожи;
• Повышенная сухость и ломкость ногтей;
• Сухость, ломкость, выпадение и ускоренное поседение волос;
• При малейшем понижении температуры человек ощущает сильный холод;
• Быстрый набор лишнего веса, развитие ожирения;
• Воспалительные процессы в полости рта – стоматиты, гингивиты;
• Нарушение вкусовых качеств;
• Нарушения функции пищеварения, сопровождающиеся отсутствием аппетита, тошнотой, метеоризмом;
• Геофагия – желание покушать мел, землю и другие несвойственные для человека вещества;

Причины нехватки Fe

• Некачественное питание или жесткие диеты с минимальным количеством или полным отсутствием употребления продуктов, богатых на железо. Это прежде всего отсутствие мясных продуктов и зеленых овощей;
• Голодовка;
• Злоупотребление продуктами или напитками, богатыми на кофеин, танин, оксалаты, фитиновую кислоту;
• Недостаточное поступление в организм витамина С (аскорбиновой кислоты) и витаминов группы В;
• Сильные кровопотери;
• Нарушения обменных процессов;
• Паразитарные заболевания – малярия, анкилостомоз.

Суточная норма потребления железа

В зависимости от пола и возраста, людям необходимо разное количество железа в сутки. Женщинам в период беременности и кормления норма железа увеличена, в связи с тем, что часть витаминов и минеральных веществ забирает ребенок. Также, у девушек после 14 лет потребность в данном элементе увеличивается, в связи с регулярной кровопотерей во время менструального цикла. А у женщин после 50 лет, норма железа снижается, в связи со становлением менопаузы и климакса.

Происхождение названия

Праславянское *želězo (белор. жалеза, укр. залізо, ст.‑слав. желѣзо, болг. желязо, сербохорв. жељезо, польск. żelazo, чеш. železo, словен. železo) имеет ясные параллели в балтийских языках (лит. geležis, латыш. dzelzs). Слово является однокоренным словам «железа» и «желвак»; и имеет смысл «округлый камень, окатыш, блямба».

Имеется несколько версий дальнейшей этимологии этого балтославянского слова.

Одна из них связывает праслав. *želězo с греческим словом χαλκός, что означало железо и медь, согласно другой версии *želězo родственно словам *žely «черепаха» и *glazъ «скала», с общей семой «камень». Третья версия предполагает древнее заимствование из неизвестного языка.

Романские языки (итал. ferro, фр. fer, исп. hierro, порт. ferro, рум. fier) продолжают лат. ferrum. Латинское ferrum (< *ferzom), возможно, заимствовано из какого-то восточного языка, скорее всего, из финикийского. Ср. ивр. ‏barzel‏‎, шумерск. barzal, ассирийск. parzilla. Отсюда же, вероятно, баскское burdina.

Германские языки заимствовали название железа (готск. eisarn, англ. iron, нем. Eisen, нидерл. ijzer, дат. jern, швед. järn) из кельтских.

Пракельтское слово *isarno- (> др.-ирл. iarn, др.-брет. hoiarn), вероятно, восходит к пра-и.е. *h₁esh₂r-no- «кровавый» с семантическим развитием «кровавый» > «красный» > «железо». Согласно другой гипотезе данное слово восходит к пра-и.е. *(H)ish₂ro- «сильный, святой, обладающий сверхъестественной силой».

Древнегреческое слово σίδηρος, возможно, было заимствовано из того же источника, что и славянское, германское и балтийское слова для серебра.

Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от лат. sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения. Возможно, это совпадение не случайно. В частности, древнегреческое слово сидерос (σίδηρος) для железа и латинское sidus, означающее «звезда», вероятно, имеют общее происхождение.

Сниженное значение

Пониженное значение, отраженное в анализе, явно говорит о дефиците железа. Для этого может быть множество причин: недостаточность получения микроэлементов с пищей, нарушение правильного всасывания железа в кровь, большая кровопотеря. Очень часто показатель железа бывает низким у вегетарианцев, поскольку растительная пища не содержит необходимого его количества. Положение может быть отягощено и в ситуации, когда в организме есть нехватка витамина В12, содержащегося преимущественно в продуктах животного происхождения. В растительных продуктах преобладает так называемое негемовое железо. Оно хуже всасывается, всего 6-10%, тогда как из продуктов животного происхождения мы усваиваем 25%. Также недостаток железа часто присутствует у пациентов с нервной анорексией в анамнезе. Зная, как обозначается гемоглобин в анализах, вы с легкостью сможете определить, занижен у вас этот показатель или нет, и принять меры.

Чем еще нам поможет информация о том, какими буквами обозначается гемоглобин в анализах крови?

Месторождения железной руды

Мировые запасы железной руды ограничены в количестве и своем местоположении. Территории скопления запасов руд называют месторождениями. На сегодняшний день месторождения железных руд делят на:

1. Эндогенные. Они характеризуются особым расположением в земной коре, обычно в виде титаномагнетитовых руд. Формы и расположения таких вкраплений разнообразны, могут быть в форме линз, пластов, расположенных в земной коре в виде залежей, вулканообразовных залежей, в виде различных жил и других неправильных форм.
2. Экзогенные. К этому типу относятся залежи бурых железняков и других осадочных пород.
3. Метаморфогенные. К которым относятся залежи кварцитов.

Месторождения таких руд можно встретить на территории всей нашей планеты. Наибольшее количество залежей сконцентрировано на территории постсоветских республик. В особенности Украины, России и Казахстана.

Крупнейшие месторождения железных руд в России

Большие запасы железа имеют такие страны как Бразилия, Канада, Австралия, США, Индия и ЮАР. При этом практически в каждой стране на земном шаре имеются свои разрабатываемыми месторождения, в случае дефицита которых, порода импортируется из других стран.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %.

Железо

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах.
Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe₂O₄, Fe₃O₄; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH₂O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe₃(PO₄)₂·8H₂O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.
Содержание железа в морской воде — 1·10−5-1·10−8 %
В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe₂O₃) и магнетита (FeO·Fe₂O₃).
Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.
Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.
Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, которые содержат водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор, которые являются обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах. Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.