Caratteristiche del ferro in chimica e proprietà fisiche. Proprietà chimiche e fisiche del ferro. Scopri cos'è "hardware" in altri dizionari

DEFINIZIONE

Ferro- elemento dell'ottavo gruppo del quarto periodo della tavola periodica degli elementi chimici di D. I. Mendeleev.

E il numero del volume è 26. Il simbolo è Fe (latino “ferrum”). Uno dei metalli più diffusi nella crosta terrestre (al secondo posto dopo l'alluminio).

Proprietà fisiche del ferro

Il ferro è un metallo grigio. Nella sua forma pura è abbastanza morbido, malleabile e viscoso. Configurazione elettronica livello di energia esterna – 3d 6 4s 2. Nei suoi composti, il ferro presenta stati di ossidazione “+2” e “+3”. Il punto di fusione del ferro è 1539C. Il ferro forma due modifiche cristalline: ferro α e γ. Il primo ha un reticolo cubico a corpo centrato, il secondo ha un reticolo cubico a facce centrate. Il ferro α è termodinamicamente stabile in due intervalli di temperatura: inferiore a 912°C e da 1394°C al punto di fusione. Tra il 912 e il 1394C il ferro γ è stabile.

Le proprietà meccaniche del ferro dipendono dalla sua purezza, ovvero dal contenuto di quantità anche molto piccole di altri elementi in esso contenuti. Il ferro solido ha la capacità di dissolvere in sé molti elementi.

Proprietà chimiche del ferro

Nell'aria umida il ferro si arrugginisce rapidamente, ad es. ricoperto da uno strato marrone di ossido di ferro idrato che, a causa della sua friabilità, non protegge il ferro da ulteriore ossidazione. Nell'acqua il ferro si corrode intensamente; con abbondante accesso all'ossigeno, si formano forme idrate di ossido di ferro (III):

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

Con mancanza di ossigeno o accesso difficile, si forma l'ossido misto (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H2O(v) ↔ Fe3O4 + 4H2.

Il ferro si dissolve in acido cloridrico di qualsiasi concentrazione:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2.

La dissoluzione in acido solforico diluito avviene in modo simile:

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2.

Nelle soluzioni concentrate di acido solforico, il ferro viene ossidato in ferro (III):

2Fe + 6H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Tuttavia, nell'acido solforico, la cui concentrazione è vicina al 100%, il ferro diventa passivo e non si verifica praticamente alcuna interazione. Il ferro si dissolve in soluzioni diluite e moderatamente concentrate di acido nitrico:

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

Ad alte concentrazioni di acido nitrico, la dissoluzione rallenta e il ferro diventa passivo.

Come altri metalli, il ferro reagisce con sostanze semplici. Le reazioni tra ferro e alogeni (indipendentemente dal tipo di alogeno) si verificano quando riscaldati. L'interazione del ferro con il bromo avviene all'aumentata pressione di vapore di quest'ultimo:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3;

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

L'interazione del ferro con zolfo (polvere), azoto e fosforo avviene anche quando riscaldato:

6Fe+N2 = 2Fe3N;

2Fe+P = Fe2P;

3Fe+P = Fe3P.

Il ferro è in grado di reagire con non metalli come carbonio e silicio:

3Fe+C = Fe3C;

Tra le reazioni di interazione del ferro con sostanze complesse, le seguenti reazioni svolgono un ruolo speciale: il ferro è in grado di ridurre i metalli che si trovano nella serie di attività alla sua destra da soluzioni saline (1), riducendo i composti di ferro (III) ( 2):

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu (1);

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

Il ferro, a pressione elevata, reagisce con un ossido non salino - CO per formare sostanze composizione complessa– carbonili - Fe(CO) 5, Fe 2 (CO) 9 e Fe 3 (CO) 12.

Il ferro, in assenza di impurità, è stabile in acqua e in soluzioni alcaline diluite.

Ottenere il ferro

Il metodo principale per ottenere il ferro è dal minerale di ferro (ematite, magnetite) o dall'elettrolisi di soluzioni dei suoi sali (in questo caso si ottiene ferro “puro”, cioè ferro senza impurità).

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

Il ferro è un elemento del sottogruppo laterale dell'ottavo gruppo del quarto periodo della tavola periodica degli elementi chimici con numero atomico 26. È designato con il simbolo Fe (lat. Ferrum). Uno dei metalli più diffusi nella crosta terrestre (al secondo posto dopo l'alluminio).
La sostanza semplice ferro (numero CAS: 7439-89-6) è un metallo bianco-argento malleabile con elevata reattività chimica: il ferro si corrode rapidamente ad alte temperature o elevata umidità nell'aria. Il ferro brucia in ossigeno puro e in uno stato finemente disperso si accende spontaneamente nell'aria.
Di ferro, infatti, vengono solitamente chiamate le leghe a basso contenuto di impurità (fino allo 0,8%), che conservano la morbidezza e la duttilità del metallo puro. Ma in pratica, le leghe di ferro con carbonio vengono utilizzate più spesso: acciaio (fino al 2,14% in peso di carbonio) e ghisa (più del 2,14% in peso di carbonio), nonché acciaio inossidabile (legato) con aggiunte di metalli leganti (cromo, manganese, nichel, ecc.). La combinazione delle proprietà specifiche del ferro e delle sue leghe lo rendono il “metallo n. 1” in termini di importanza per l’uomo.
In natura, il ferro si trova raramente nella sua forma pura; molto spesso si trova nei meteoriti ferro-nichel. L'abbondanza di ferro nella crosta terrestre è del 4,65% (4° posto dopo O, Si, Al). Si ritiene inoltre che il ferro costituisca la maggior parte del nucleo terrestre.

origine del nome

Esistono diverse versioni dell'origine della parola slava "ferro" (zheleza bielorusso, zalizo ucraino, zhelezo antico slavo, zhelezo bulgaro, zhejezo serbo-croato, żelazo polacco, železo ceco, železo sloveno).
Una delle etimologie collega Praslav. *želězo con la parola greca χαλκός, che significava ferro e rame, secondo un'altra versione *želězo è affine alle parole *žely “tartaruga” e *glazъ “roccia”, con un seme comune “pietra”. La terza versione suggerisce un antico prestito da una lingua sconosciuta.
Le lingue romanze (italiano ferro, francese fer, spagnolo hierro, port ferro, romano fier) ​​continuano lat. ferro. Il latino ferrum (le lingue germaniche hanno preso in prestito il nome del ferro (gotico eisarn, inglese iron, tedesco Eisen, olandese ijzer, danese jern, svedese järn) dal celtico.
La parola proto-celtica *isarno- (> antico irlandese iarn, antico brett hoiarn) risale probabilmente al proto-I.e. *h1esh2r-no- “sanguinante” con lo sviluppo semantico “sanguinante” > “rosso” > “ferro”. Secondo un'altra ipotesi, questa parola risale all'ancestrale, cioè *(H)ish2ro- “forte, santo, dotato di poteri soprannaturali”.
L'antica parola greca σίδηρος potrebbe essere stata presa in prestito dalla stessa fonte delle parole slave, germaniche e baltiche per l'argento.
Il nome del carbonato di ferro naturale (siderite) deriva dal latino. sidereo: stellato; In effetti, il primo ferro caduto nelle mani delle persone era di origine meteoritica. Forse questa coincidenza non è casuale. In particolare, il termine greco antico sideros (σίδηρος) per ferro e il latino sidus, che significa "stella", hanno probabilmente un'origine comune.

Ricevuta

Nell'industria, il ferro si ottiene dal minerale di ferro, principalmente dall'ematite (Fe 2 O 3) e dalla magnetite (FeO Fe 2 O 3).
Esistere vari modi estrazione del ferro dai minerali. Il più comune è il processo di dominio.
La prima fase della produzione è la riduzione del ferro con carbonio in un altoforno alla temperatura di 2000 °C. In un altoforno, il carbonio sotto forma di coke, il minerale di ferro sotto forma di agglomerato o pellet e il flusso (come il calcare) vengono alimentati dall'alto e vengono accolti da un flusso di aria calda forzata dal basso.
Nella fornace, il carbonio sotto forma di coke viene ossidato in monossido di carbonio. Questo ossido si forma durante la combustione in mancanza di ossigeno. A sua volta, il monossido di carbonio riduce il ferro dal minerale. Per rendere questa reazione più veloce, il monossido di carbonio riscaldato viene fatto passare attraverso l'ossido di ferro (III). Il flusso viene aggiunto per eliminare le impurità indesiderate (principalmente silicati, come il quarzo) nel minerale estratto. Un tipico flusso contiene calcare (carbonato di calcio) e dolomite (carbonato di magnesio). Per rimuovere altre impurità vengono utilizzati altri flussi.
L'effetto del fondente (in questo caso il carbonato di calcio) è che quando viene riscaldato si decompone nel suo ossido. L'ossido di calcio si combina con il biossido di silicio per formare scorie: metasilicato di calcio. Le scorie, a differenza del biossido di silicio, vengono sciolte in una fornace. Le scorie, più leggere del ferro, galleggiano sulla superficie: questa proprietà consente di separare le scorie dal metallo. Le scorie possono quindi essere utilizzate nell'edilizia e nell'agricoltura. Il ferro fuso prodotto in un altoforno contiene una notevole quantità di carbonio (ghisa). Tranne nei casi in cui viene utilizzata direttamente la ghisa, richiede un'ulteriore lavorazione.
Il carbonio in eccesso e altre impurità (zolfo, fosforo) vengono rimossi dalla ghisa mediante ossidazione in forni a focolare aperto o convertitori. I forni elettrici vengono utilizzati anche per la fusione degli acciai legati.
Oltre al processo di altoforno, è comune il processo di produzione diretta del ferro. In questo caso, il minerale prefrantumato viene mescolato con argilla speciale, formando pellet. I pellet vengono cotti e trattati in un forno a tino con prodotti caldi di conversione del metano, che contengono idrogeno. L'idrogeno riduce facilmente il ferro senza contaminare il ferro con impurità come zolfo e fosforo, che sono impurità comuni nel carbone. Il ferro si ottiene in forma solida e viene successivamente fuso in forni elettrici.
Il ferro chimicamente puro si ottiene per elettrolisi di soluzioni dei suoi sali.

Gli ossidi di ferro sono composti del ferro con l'ossigeno.

I più famosi sono tre ossidi di ferro: ossido di ferro (II) - FeO, ossido di ferro (III) – Fe 2 O 3 e ossido di ferro (II, III) – Fe 3 O 4.

Ossido di ferro (II).

La formula chimica dell'ossido ferroso è FeO . Questa connessione è di colore nero.

FeO reagisce facilmente con diluito acido cloridrico e acido nitrico concentrato.

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

FeO + 4HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

Non reagisce con acqua o sali.

Quando interagisce con l'idrogeno ad una temperatura di 350 o C e con il coke ad una temperatura superiore a 1000 o C, si riduce a ferro puro.

FeO+H2→Fe+H2O

FeO+C → Fe+CO

L'ossido di ferro (II) si ottiene in diversi modi:

1. Come risultato della reazione di riduzione dell'ossido ferrico con monossido di carbonio.

Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2

2. Ferro riscaldante con bassa pressione di ossigeno

2Fe+O2→2FeO

3. Decomposizione dell'ossalato ferroso nel vuoto

FeC2O4 → FeO+CO+CO2

4. Interazione del ferro con ossidi di ferro ad una temperatura di 900-1000 o

Fe + Fe 2 O 3 → 3 Fe O

Fe + Fe 3 O 4 → 4 FeO

In natura, l'ossido ferroso esiste come minerale wustite.

Nell'industria viene utilizzato nella fusione della ghisa negli altiforni, nel processo di annerimento (azzurramento) dell'acciaio. Si trova nei coloranti e nella ceramica.

Ossido di ferro (III).

Formula chimica Fe2O3 . Questo è un composto di ferro ferrico con ossigeno. È una polvere rosso-marrone. L'ematite si trova in natura come minerale.

Fe2O3 ha altri nomi: ossido di ferro, minio, croco, pigmento rosso 101, colorante alimentareE172 .

Non reagisce con l'acqua. Può interagire sia con acidi che con alcali.

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

Fe2O3 + 2NaOH → 2NaFeO2 + H2O

L'ossido di ferro (III) viene utilizzato per colorare i materiali da costruzione: mattoni, cemento, ceramica, calcestruzzo, lastre di pavimentazione, linoleum. Viene aggiunto come colorante alle vernici, agli smalti e agli inchiostri da stampa. L'ossido di ferro viene utilizzato come catalizzatore nella produzione di ammoniaca. IN Industria alimentareè noto come E172.

Ossido di ferro (II, III).

Formula chimica Fe3O4 . Questa formula può essere scritta in un altro modo: FeO Fe 2 O 3.

Si trova in natura come minerale magnetite o minerale di ferro magnetico. È un buon conduttore di corrente elettrica e ha proprietà magnetiche. Si forma quando il ferro brucia e quando il vapore surriscaldato agisce sul ferro.

3Fe + 2 O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

Il riscaldamento ad una temperatura di 1538 o C porta alla sua disintegrazione

2Fe3O4 → 6FeO+O2

Reagisce con gli acidi

Fe3O4+8HCl → FeCl2+2FeCl3+4H2O

Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3) 3 + NO2 + 5H2 O

Reagisce con gli alcali dopo fusione

Fe3O4+14NaOH → Na3FeO3+2Na5 FeO4+7H2O

Reagisce con l'ossigeno presente nell'aria

4 Fe 3 O 4 + O 2 → 6 Fe 2 O 3

La riduzione avviene per reazione con idrogeno e monossido di carbonio

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO → 3Fe +4CO2

Nanoparticelle magnetiche di ossido Fe 3 O 4 hanno trovato applicazione nella risonanza magnetica. Vengono utilizzati anche nella produzione di supporti magnetici. L'ossido di ferro Fe 3 O 4 è incluso nelle vernici prodotte appositamente per navi da guerra, sottomarini e altre attrezzature. Gli elettrodi sono realizzati in magnetite fusa per alcuni processi elettrochimici.

FERRO, Fe, elemento chimico, peso atomico 55,84, numero atomico 26; situato nel gruppo VIII della tavola periodica allo stesso livello del cobalto e del nichel, punto di fusione - 1529°C, punto di ebollizione - 2450°C; allo stato solido ha un colore argento-bluastro. Nella sua forma libera, il ferro si trova solo nei meteoriti, che però contengono impurità di Ni, P, C e altri elementi. In natura i composti del ferro sono diffusi ovunque (suolo, minerali, emoglobina animale, clorofilla vegetale), cap. arr. sotto forma di ossidi, idrati di ossidi e composti di zolfo, nonché carbonato di ferro, di cui è costituita la maggior parte dei minerali di ferro.

Il ferro chimicamente puro si ottiene riscaldando l'ossalato di ferro, che a 440°C produce dapprima una polvere opaca di ossido ferrico, che ha la capacità di accendersi all'aria (il cosiddetto ferro piroforico); con la successiva riduzione di questo protossido di azoto si acquisisce la polvere risultante colore grigio e perde le sue proprietà piroforiche, trasformandosi in ferro metallico. Quando l'ossido ferroso viene ridotto a 700°C, il ferro viene liberato sotto forma di piccoli cristalli, che vengono poi fusi sotto vuoto. Un altro modo per ottenere ferro chimicamente puro è mediante elettrolisi di una soluzione di sali di ferro, ad esempio FeSO 4 o FeCl 3 in una miscela con MgSO 4, CaCl 2 o NH 4 Cl (a temperature superiori a 100°C). Tuttavia, in questo caso, il ferro occlude una quantità significativa di idrogeno elettrolitico, a seguito del quale acquisisce durezza. Se riscaldato a 700°C si libera idrogeno e il ferro diventa morbido e può essere tagliato con un coltello, come il piombo (la durezza sulla scala di Mohs è 4,5). Il ferro molto puro può essere ottenuto alluminotermicamente dall'ossido di ferro puro. (vedi Alluminotermia). I cristalli di ferro ben formati sono rari. Talvolta nelle cavità di grandi pezzi di ghisa si formano cristalli a forma di ottaedro. Una proprietà caratteristica del ferro è la sua morbidezza, duttilità e malleabilità a una temperatura significativamente inferiore al punto di fusione. Quando l'acido nitrico forte (che non contiene ossidi di azoto inferiori) agisce sul ferro, il ferro si ricopre di uno strato di ossidi e diventa insolubile nell'acido nitrico.

Composti del ferro

Combinandosi facilmente con l'ossigeno, il ferro forma diversi ossidi: FeO - ossido ferrico, Fe 2 O 3 - ossido di ferro, FeO 3 - anidride dell'acido ferrico e FeO 4 - anidride dell'acido superghiandolare. Inoltre, il ferro forma anche un ossido misto Fe 3 O 4 - ossido ferroso, il cosiddetto. ossido di ferro. Nell'aria secca, invece, il ferro non si ossida; La ruggine è costituita da ossidi di ferro acquosi formati con la partecipazione di umidità dell'aria e CO 2 . L'ossido ferroso FeO corrisponde all'idrato Fe(OH) 2 e ad una serie di sali di ferro bivalenti che possono, dopo ossidazione, trasformarsi in sali di ossido di ferro, Fe 2 O 3, in cui il ferro si manifesta come elemento trivalente; Nell'aria, l'ossido ferrico idrato, che ha forti proprietà riducenti, si ossida facilmente trasformandosi in ossido di ferro idrato. L'idrossido ferroso è leggermente solubile in acqua e questa soluzione ha una reazione chiaramente alcalina, indicando la natura basica del ferro bivalente. L'ossido di ferro si trova in natura (vedi Piombo), ma può essere trovato artificialmente. ottenuto sotto forma di polvere rossa calcinando polvere di ferro e bruciando piriti di zolfo per produrre anidride solforosa. Ossido di ferro anidro, Fe 2 O 3, m.b. ottenuto in due modifiche, e la transizione da una all'altra avviene quando riscaldata ed è accompagnata da un significativo rilascio di calore (autoriscaldamento). Quando fortemente calcinato, Fe 2 O 3 rilascia ossigeno e si trasforma in ossido-ossido magnetico, Fe 3 O 4. Quando gli alcali agiscono su soluzioni di sali di ferro ferrico, precipita un precipitato di idrato Fe 4 O 9 H 6 (2Fe 2 O 3 · 3H 2 O); facendolo bollire con acqua si forma l'idrato Fe 2 O 3 ·H 2 O, difficilmente solubile negli acidi. Il ferro forma composti con vari metalloidi: con C, P, S, con alogeni, nonché con metalli, ad esempio con Mn, Cr, W, Cu, ecc.

I sali di ferro si dividono in sali ferrosi - ferro bivalente (sali ferrosi) e ossido - ferro ferrico (sali ferri).

Sali ferrosi . Cloruro ferrico, FeCl 2, si ottiene per azione del cloro secco sul ferro, sotto forma di foglie incolori; Quando il ferro viene sciolto in HCl, si ottiene il cloruro ferrico sotto forma di FeCl 2 ·4H 2 O idrato e viene utilizzato in medicina sotto forma di soluzioni acquose o alcoliche. Lo ioduro ferroso, FeJ 2, si ottiene dal ferro e dallo iodio sott'acqua sotto forma di foglie verdi e viene utilizzato in medicina (Sirupus ferri jodati); con l'ulteriore azione dello iodio si forma FeJ 3 (Liquor ferri sesquijodati).

Solfato ferroso, solfato di ferro, FeSO 4 ·7H 2 O (cristalli verdi) si forma in natura a seguito dell'ossidazione della pirite e delle piriti di zolfo; questo sale si forma anche come sottoprodotto durante la produzione dell'allume; se esposto agli agenti atmosferici o riscaldato a 300°C, si trasforma in sale bianco anidro - FeSO 4; forma anche idrati con 5, 4, 3, 2 e 1 particelle d'acqua; si dissolve facilmente in acqua fredda (in acqua calda fino al 300%); la soluzione è acida per idrolisi; si ossida nell'aria, particolarmente facilmente in presenza di un'altra sostanza ossidante, ad esempio i sali di ossalato, che FeSO 4 coinvolge in una reazione di ossidazione coniugata, scolorisce KMnO 4; in questo caso il processo procede secondo la seguente equazione:

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5Fe2 (SO4)2 + 8H2O.

A questo scopo viene però utilizzato il doppio sale di Mohr (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O, che è più costante nell'aria. Il solfato di ferro viene utilizzato nell'analisi dei gas per determinare l'ossido di azoto assorbito da una soluzione di FeSO 4 con la formazione del colore marrone scuro del complesso (FeNO)SO 4, e anche per produrre inchiostro (con acidi tannici), come mordente per la tintura, per legare gas fetidi (H 2 S, NH 3) nelle latrine, ecc.

I sali di ossido di ferro vengono utilizzati in fotografia per la loro capacità di ripristinare i composti d'argento nell'immagine latente catturata su una lastra fotografica.

Carbonato di ferro, FeCO 3 , si presenta naturalmente come siderite o longarone di ferro; Il carbonato di ferro, ottenuto per precipitazione di soluzioni acquose di sali ferrosi di ferro con carbonati, perde facilmente CO 2 e si ossida nell'aria a Fe 2 O 3.

Bicarbonato ferroso, H 2 Fe(CO 3) 2, è solubile in acqua e si trova naturalmente nelle fonti ferruginose, dalle quali, una volta ossidato, viene rilasciato sulla superficie terrestre sotto forma di ossido di ferro idrato, Fe(OH) 3, che si trasforma in minerale di ferro marrone.

Fosfato di ferro, Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, precipitato bianco; si trova in natura leggermente colorato, a causa dell'ossidazione del ferro, di colore blu, sotto forma di vivianite.

Sali di ossido di ferro . Il cloruro ferrico, FeCl 3 (Fe 2 Cl 6), si ottiene per azione del cloro in eccesso sul ferro sotto forma di compresse esagonali rosse; il cloruro ferrico si dissolve nell'aria; cristallizza dall'acqua sotto forma di FeCl 3 6H 2 O (cristalli gialli); le soluzioni sono acide; durante la dialisi si idrolizza gradualmente quasi completamente con formazione di una soluzione colloidale di Fe(OH) 3 idrato. FeCl 3 si scioglie in alcool e in una miscela di alcool ed etere, quando riscaldato FeCl 3 ·6H 2 O si decompone in HCl e Fe 2 O 3; utilizzato come mordente e come agente emostatico (Liquor ferri sesquiclorati).

Ossido di solfato di ferro, Fe 2 (SO 4) 3, allo stato anidro ha un colore giallastro, è fortemente idrolizzato in soluzione; quando la soluzione viene riscaldata, i sali basici precipitano; allume di ferro, MFe(SO 4) 2 ·12H 2 O, M - metallo alcalino monovalente; L'allume di ammonio, NH 4 Fe(SO 4) 2 12H 2 O, cristallizza meglio.

L'ossido FeO 3 è l'anidride dell'acido ferrico, così come l'idrato di questo ossido H 2 FeO 4 - acido di ferro- allo stato libero, non è possibile. ottenuti a causa della loro estrema fragilità; ma nelle soluzioni alcaline possono essere presenti sali di acido di ferro, ferrati (ad esempio K 2 FeO 4), formati quando la polvere di ferro viene riscaldata con nitrato o KClO 3. È noto anche il sale di bario scarsamente solubile dell'acido ferrico BaFeO 4; Pertanto, l'acido di ferro è per certi aspetti molto simile agli acidi solforico e cromico. Nel 1926, il chimico di Kiev Goralevich descrisse i composti di ossido di ferro ottvalente: anidride supfererica FeO 4, ottenuto fondendo Fe 2 O 3 con sale nitrato o berthollet sotto forma di sale potassico dell'acido superghiandolare K 2 FeO 5; FeO 4 è una sostanza gassosa che non forma acido superghiandolare H 2 FeO 5 con l'acqua, che però può farlo. isolato allo stato libero mediante decomposizione del sale K 2 FeO 5 con acidi. Il sale di bario BaFeO 5 ·7H 2 O, così come i sali di calcio e di stronzio, furono ottenuti da Goralevich sotto forma di cristalli bianchi indecomponibili che rilasciano acqua solo a 250-300°C e contemporaneamente diventano verdi.

Il ferro dà composti: con azoto - ferro nitroso(nitruro) Fe 2 N quando la polvere di ferro viene riscaldata in un flusso di NH 3, con carburo di carbonio - Fe 3 C quando il ferro è saturo di carbone in un forno elettrico. Inoltre, sono stati studiati numerosi composti del ferro con monossido di carbonio: carbonili di ferro, ad esempio, il pentacarbonile Fe(CO) 5 è un liquido leggermente colorato a circa 102,9 ° C (a 749 mm, peso specifico 1,4937), quindi un solido arancione Fe 2 (CO) 9, insolubile in etere e cloroformio, con peso specifico 2.085.

Sono di grande importanza composti del cianuro di ferro. Oltre ai cianuri semplici Fe(CN) 2 e Fe(CN) 3, il ferro forma una serie di composti complessi con sali di cianuro, come i sali dell'acido solforico ferroso H 4 Fe(CN) 6 e i sali dell'acido solforico ferroso H 3 Fe(CN) 6, ad esempio, sale rosso del sangue, che, a sua volta, entra in reazioni di decomposizione scambiata con sali ferrosi e ossidi di ferro, formando composti di colore blu: blu di Prussia e blu di Turnbull. Quando si sostituisce un gruppo CN nei sali dell'acido solfuro ferroso H 4 Fe(CN) 6 con gruppi monovalenti (NO, NO 2, NH 3, SO 3, CO), si formano sali di Prusso, ad esempio nitroprussiato di sodio (sodio nitroferroso solfuro) Na 2 2H 2 O, ottenuto per azione della fumante HNO 3 su K 4 Fe(CN) 6, seguita da neutralizzazione con soda, sotto forma di cristalli rosso rubino, separati per cristallizzazione dal nitrato contemporaneamente formato; anche il corrispondente acido nitroferrico H2 cristallizza sotto forma di cristalli rosso scuro. Il nitroprussiato di sodio viene utilizzato come reagente sensibile per l'idrogeno solforato e i metalli solforati, con i quali conferisce un colore rosso sangue che poi vira al blu. Quando il solfato di rame reagisce con il nitroprussiato di sodio, si forma un precipitato verde chiaro, insolubile in acqua e alcool, che viene utilizzato per testare gli oli essenziali.

Analiticamente il ferro viene rilevato mediante l'azione del suo sale, in soluzione alcalina, il sale giallo del sangue. I sali ferrici formano un precipitato blu di blu di Prussia. I sali ferrosi formano un precipitato blu del blu di Turnbull quando esposti al sale rosso del sangue. Con il tiocianato di ammonio NH 4 CNS i sali di ferro ferrico formano il ferro rodanico Fe(CNS) 3, solubile in acqua di colore rosso sangue; Con il tannino, i sali di ossido di ferro formano l'inchiostro. Anche i sali di rame dell'acido solforato ferroso, che trovano applicazione (metodo Uvachrome) nella fotografia a colori, si distinguono per il loro colore intenso. Tra i composti del ferro utilizzati in medicina, oltre ai citati composti degli alogenuri di ferro, sono importanti: ferro metallico (F. idrogeno reductum), citrato di ferro (F. Citricum - 20% Fe), estratto di malato di ferro (Extractum ferri pomatum ), albuminato di ferro ( Liquor ferri albuminatum), ferratina - un composto proteico con il 6% di ferro; ferratosio - una soluzione di ferratina, carniferrina - un composto di ferro con nucleina (30% Fe); ferratogeno da nucleina di lievito (1% Fe), ematogeno - soluzione di emoglobina al 70% in glicerolo, emolo - emoglobina ridotta con polvere di zinco.

Proprietà fisiche del ferro

I dati numerici disponibili in letteratura che caratterizzano le varie proprietà fisiche del ferro oscillano a causa della difficoltà di ottenere il ferro allo stato chimicamente puro. Pertanto i dati più attendibili sono quelli ottenuti per il ferro elettrolitico, in cui il contenuto totale di impurità (C, Si, Mn, S, P) non supera lo 0,01-0,03%. I dati seguenti nella maggior parte dei casi si riferiscono a tale hardware. Per esso, il punto di fusione è 1528°C ± 3°C (Ruer e Klesper, 1914), e il punto di ebollizione è ≈ 2450°C. Allo stato solido, il ferro esiste in quattro diverse modificazioni: α, β, γ e δ, per le quali sono stabiliti con precisione i seguenti limiti di temperatura:

La transizione del ferro da una modifica all'altra viene rilevata sulle curve di raffreddamento e riscaldamento mediante punti critici, per i quali vengono adottate le seguenti designazioni:

Questi punti critici sono mostrati in Fig. 1 curve schematiche di riscaldamento e raffreddamento. L'esistenza delle modifiche δ-, γ- e α-Fe è attualmente considerata indiscutibile, ma l'esistenza indipendente di β-Fe è contestata a causa della differenza non sufficientemente netta tra le sue proprietà e le proprietà di α-Fe. Tutte le modifiche del ferro cristallizzano sotto forma di un cubo, con α, β e δ che hanno un reticolo spaziale di un cubo centrato e γ-Fe che ha un cubo con facce centrate. Le caratteristiche cristallografiche più distinte delle modifiche del ferro si ottengono negli spettri a raggi X, come mostrato in Fig. 2 (Westgreen, 1929). Dai diagrammi di raggi X forniti ne consegue che per α-, β- e δ-Fe le linee dello spettro dei raggi X sono le stesse; corrispondono a un reticolo di un cubo centrato con parametri di 2,87, 2,90 e 2,93 A, e per γ-Fe lo spettro corrisponde a un reticolo di un cubo con facce centrate e parametri di 3,63-3,68 A.

Il peso specifico del ferro varia da 7,855 a 7,864 (Cross e Gill, 1927). Quando riscaldato, il peso specifico del ferro diminuisce a causa della dilatazione termica, per cui i coefficienti aumentano con la temperatura, come mostrano i dati in Tabella 1. 1 (Driesen, 1914).

La diminuzione dei coefficienti di dilatazione negli intervalli 20-800°C, 20-900°C, 700-800°C e 800-900°C è spiegata da anomalie di dilatazione al passaggio attraverso i punti critici A C2 e A C3. Questa transizione è accompagnata da una compressione, particolarmente pronunciata nel punto A C3, come mostrato dalle curve di compressione ed espansione in Fig. 3. La fusione del ferro è accompagnata da una sua espansione del 4,4% (Gonda e Enda, 1926). La capacità termica del ferro è piuttosto significativa rispetto ad altri metalli ed è espressa per diversi intervalli di temperatura in valori compresi tra 0,11 e 0,20 Cal, come mostrato nella tabella. 2 (Obergoffer e Grosse, 1927) e la curva costruita sulla loro base (Fig. 4).

Nei dati forniti, le trasformazioni A 2 , A 3 , A 4 e la fusione del ferro vengono rilevate così chiaramente che gli effetti termici per loro possono essere facilmente calcolati: A 3 ... + 6.765 Cal, A 4 ... + 2.531 Cal , fusione del ferro ... - 64,38 Cal (secondo S. Umino, 1926, - 69,20 Cal).

Il ferro è caratterizzato da una conduttività termica circa 6-7 volte inferiore a quella dell'argento e 2 volte inferiore a quella dell'alluminio; vale a dire, la conducibilità termica del ferro è uguale a 0°C - 0,2070, a 100°C - 0,1567, a 200°C - 0,1357 e a 275°C - 0,1120 Cal/cm·sec·°C. Le proprietà più caratteristiche del ferro sono magnetiche, espresse da un numero di costanti magnetiche ottenute durante l'intero ciclo di magnetizzazione del ferro. Queste costanti per il ferro elettrolitico sono espresse dai seguenti valori in Gauss (Gumlich, 1909 e 1918):

Quando si passa attraverso il punto A c2, le proprietà ferromagnetiche del ferro quasi scompaiono e potrebbero. scoperto solo con misurazioni magnetiche molto precise. In pratica, le modifiche β, γ e δ sono considerate non magnetiche. La conducibilità elettrica del ferro a 20°C è pari a R -1 m m/mm 2 (dove R è la resistenza elettrica del ferro, pari a 0,099 Ω mm 2 /m). Il coefficiente di temperatura della resistenza elettrica a0-100° x10 5 varia da 560 a 660, dove

La lavorazione a freddo (laminazione, forgiatura, brocciatura, stampaggio) ha un effetto molto evidente Proprietà fisiche ah ferro. Pertanto, la loro variazione percentuale durante la laminazione a freddo è espressa dai seguenti valori (Gerens, 1911): tensione coercitiva +323%, isteresi magnetica +222%, resistenza elettrica + 2%, peso specifico - 1%, permeabilità magnetica - 65%. Quest'ultima circostanza rende evidenti le significative fluttuazioni delle proprietà fisiche osservate tra diversi ricercatori: l'influenza delle impurità è spesso accompagnata dall'influenza della lavorazione meccanica a freddo.

Si sa molto poco sulle proprietà meccaniche del ferro puro. Il ferro elettrolitico, legato nel vuoto, ha mostrato: resistenza alla trazione 25 kg/mm2, allungamento - 60%, compressione trasversale - 85%, durezza Brinell - da 60 a 70.

La struttura del ferro dipende dal contenuto di impurità in esso contenute (anche in piccole quantità) e dal pretrattamento del materiale. La microstruttura del ferro, come quella degli altri metalli puri, è costituita da grani più o meno grandi (cristalliti), qui chiamati ferrite

La dimensione e la nitidezza dei loro contorni dipendono dal cap. arr. dalla velocità di raffreddamento del ferro: quanto più bassa è questa, tanto più sviluppati sono i grani e più netti i loro contorni. Sulla superficie, i grani sono spesso colorati in modo diverso a causa della diversa cristallografia, del loro orientamento e dei diversi effetti di incisione dei reagenti nelle diverse direzioni nel cristallo. Spesso i grani sono allungati in una direzione a seguito della lavorazione meccanica. Se la lavorazione è avvenuta a basse temperature, sulla superficie dei grani compaiono delle linee di taglio (linee di Neumann), dovute allo scorrimento di singole parti dei cristalliti lungo i loro piani di clivaggio. Queste linee sono uno dei segni dell'indurimento e dei cambiamenti nelle proprietà menzionati sopra.

Il ferro nella metallurgia

Il termine ferro nella metallurgia moderna viene assegnato solo al ferro battuto, cioè un prodotto a basso contenuto di carbonio ottenuto allo stato pastoso ad una temperatura non sufficiente a fondere il ferro, ma così elevata che le sue singole particelle sono ben saldate tra loro , dando un prodotto omogeneo e morbido dopo la forgiatura, non accetta l'indurimento. Il ferro (nel senso indicato del termine) si ottiene: 1) direttamente dal minerale allo stato pastoso mediante il processo di soffiatura del formaggio; 2) allo stesso modo, ma ad una temperatura inferiore, insufficiente per saldare particelle di ferro; 3) ridistribuzione della ghisa mediante un processo critico; 4) ridistribuzione della ghisa mediante pudding.

1) Attuale processo di produzione del formaggio. il tempo viene utilizzato solo da popoli incolti e in aree dove il ferro americano o europeo prodotto con metodi moderni non può penetrare (a causa della mancanza di comodi mezzi di comunicazione). Il processo viene effettuato in forni e forni per formaggi aperti. Le materie prime sono il minerale di ferro (solitamente minerale di ferro bruno) e il carbone. Il carbone viene versato nella fucina nella metà in cui viene fornita l'esplosione, mentre il minerale viene versato in un mucchio sul lato opposto. Il monossido di carbonio formato in uno spesso strato di carbone ardente attraversa l'intero spessore del minerale e, ad alta temperatura, riduce il ferro. La riduzione del minerale avviene gradualmente, dalla superficie dei singoli pezzi al nucleo. Partendo dalla cima della pila, accelera man mano che il minerale si sposta in un'area maggiore alta temperatura; In questo caso, l'ossido di ferro si trasforma prima in ossido magnetico, poi in ossido e infine il ferro metallico appare sulla superficie dei pezzi minerali. Allo stesso tempo, le impurità terrose del minerale (roccia di scarto) si combinano con l'ossido ferroso non ancora ridotto e formano una scoria ferrosa fusibile, che viene fusa attraverso le fessure del guscio metallico, che forma una sorta di guscio in ogni pezzo di minerale. Essendo riscaldati a un calore incandescente, questi gusci si saldano insieme, formando una massa spugnosa di ferro sul fondo della fornace - kritsa, permeata di scorie. Per separarsi da quest'ultima, la kritsa prelevata dalla fucina viene tagliata in più parti, ciascuna delle quali viene forgiata, bollita, dopo essere stata raffreddata nella stessa fucina in strisce o direttamente in prodotti (articoli per la casa, armi). In India, il processo di soffiatura del formaggio viene ancora eseguito in forni per la soffiatura del formaggio, che differiscono dalle fucine solo per la loro altezza leggermente maggiore - circa 1,5 M. Le pareti dei forni sono fatte di massa di argilla (non di mattoni) e servono solo uno si scioglie. L'aria viene alimentata nel forno attraverso una tubiera mediante soffietti azionati dai piedi o dalle mani. Una certa quantità di carbone ("guscio inattivo") viene caricata in una fornace vuota, e poi alternativamente, in strati separati, minerale e carbone, con la quantità del primo che aumenta gradualmente fino a raggiungere un rapporto con il carbone determinato dall'esperienza; il peso di tutto il minerale riempito è determinato dal peso desiderato del kritsa, che, in generale, è insignificante. Il processo di restauro è lo stesso della fucina; anche il ferro non è completamente ridotto e la kritsa risultante sul fianco contiene molte scorie ferrose. La kritsa viene rimossa rompendo il fornello e tagliata a pezzi del peso di 2-3 kg. Ognuno di essi viene riscaldato in una fucina e lavorato sotto il martello; il risultato è un eccellente ferro dolce, che, tra le altre cose, serve come materiale per la produzione di "woots" in acciaio indiano (acciaio damascato). La sua composizione è la seguente (in%):

Il contenuto insignificante di elementi - impurità di ferro - o la loro completa assenza è spiegata dalla purezza del minerale, dall'incompletezza della riduzione del ferro e dalla bassa temperatura nel forno. A causa delle dimensioni ridotte delle fucine e dei forni e della frequenza del loro funzionamento, il consumo di carbone è molto elevato. In Finlandia, Svezia e negli Urali, il ferro veniva fuso nella fornace per il formaggio Husgavel, nella quale era possibile regolare il processo di riduzione e saturazione del ferro con carbonio; il consumo di carbone in esso era fino a 1,1 per unità di ferro, la cui resa raggiungeva il 90% del suo contenuto nel minerale.

2) In futuro dovremmo aspettarci lo sviluppo della produzione di ferro direttamente dal minerale, non utilizzando il processo di soffiatura del formaggio, ma riducendo il ferro a una temperatura insufficiente per la formazione di scorie e anche per la sinterizzazione del minerale di scarto (1000 °C). I vantaggi di questo processo sono la possibilità di utilizzare combustibili di bassa qualità, eliminando il flusso e il consumo di calore per la fusione delle scorie.

3) La produzione di ferro battuto mediante ridistribuzione della ghisa mediante il processo della fornace viene effettuata nelle fornaci del cap. arr. in Svezia (nel nostro paese - negli Urali). Per la lavorazione viene fusa la ghisa speciale, la cosiddetta. Lancashire, dando il minimo spreco. Contiene: 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.

Il processo è in corso. arr.: la fucina, liberata dal crogiolo, ma con le scorie mature della fine del processo rimaste sul pannello inferiore, è riempita di carbone, cap. arr. pino, sul quale viene posta ghisa riscaldata dai prodotti della combustione in quantità di 165-175 kg (per 3/8 m 2 di sezione del focolare ci sono 100 kg di ghisa). Ruotando la valvola nel condotto dell'aria, il soffio viene convogliato attraverso i tubi posti nel sottoarco del forno, e qui viene riscaldato fino ad una temperatura di 150-200°C, accelerando così. fusione della ghisa. La ghisa da fusione è costantemente appoggiata (con l'aiuto di piedi di porco) sul carbone sopra le tubiere. Durante tale lavoro, l'intera massa di ghisa è sottoposta all'azione ossidativa dell'ossigeno dell'aria e dell'anidride carbonica, attraversando la zona di combustione sotto forma di gocce. La loro ampia superficie contribuisce alla rapida ossidazione del ferro e delle sue impurità: silicio, manganese e carbonio. A seconda del contenuto di queste impurità, la ghisa le perde in misura maggiore o minore prima di raccogliersi sul fondo del focolare. Poiché la ghisa a basso contenuto di silicio e manganese viene lavorata in una fucina svedese, quando passa attraverso l'orizzonte della tubiera perde tutto il suo Si e Mn (i cui ossidi costituiscono la scoria principale con l'ossido ferroso) e una parte significativa della carbonio. La fusione della ghisa dura 20-25 minuti. Al termine di questo processo, l'esplosione fredda viene rilasciata nella fucina. Il metallo che si è depositato sul fondo del focolare inizia a reagire con le scorie mature ivi situate, che contengono un grande eccesso (rispetto alla quantità di silice) di ossidi di ferro - Fe 3 O 4 e FeO, che ossidano il carbonio con il rilascio di monossido di carbonio, che fa bollire l'intero metallo. Quando il metallo si addensa (per la perdita di carbonio) e “siede come una merce”, quest’ultima viene sollevata con i piedi di porco sopra le tubiere, viene rilasciata nuovamente un’esplosione calda e la “merce” viene fusa.

Durante la fusione secondaria, il metallo viene ossidato dall'ossigeno proveniente sia dall'esplosione che dalle scorie che ne derivano. Dopo la prima risalita, il metallo cade sul fondo della fucina, abbastanza morbido da raccogliere la kritsa da alcune delle sue parti più mature. Ma prima, quando si utilizzavano tipi di ghisa al silicio, era necessario ricorrere al secondo e anche al terzo sollevamento della merce, il che, ovviamente, riduceva la produttività della fucina, aumentava il consumo di carburante e gli sprechi di ferro. I risultati del lavoro sono stati influenzati dalla distanza delle ugelli dal fondo (profondità del focolare) e dall'inclinazione delle ugelli: più la ugelli è ripida e minore è la profondità del focolare, maggiore è l'effetto del atmosfera ossidante sul metallo. Una pendenza più dolce delle tubiere, nonché una maggiore profondità del focolare, riducono l'effetto diretto dell'ossigeno nell'abbattitore, dando così un ruolo maggiore all'azione delle scorie sulle impurità ferrose; l'ossidazione da parte loro è più lenta, ma senza scorie di ferro. In qualsiasi condizione la posizione più vantaggiosa degli tubi rispetto al fondo è determinata dall'esperienza; in una moderna fucina svedese, l'occhio della tubiera è installato a una distanza di 220 mm dal pannello inferiore e l'inclinazione delle tubiere varia entro limiti ristretti, da 11 a 12°.

La kritsa risultante sul fondo del forno, a differenza del forno per la soffiatura del formaggio, contiene pochissime scorie trascinate meccanicamente; Per quanto riguarda le impurità chimiche del ferro, potrebbero esserlo Si, Mn e C. completamente rimosso (il contenuto trascurabile di Si e Mn indicato dall'analisi fa parte delle impurità meccaniche - scorie), e lo zolfo viene rimosso solo parzialmente, ossidato dall'esplosione durante la fusione. Allo stesso tempo, anche il fosforo viene ossidato, entrando nelle scorie sotto forma di sale di fosforo-ferro, ma quest'ultimo viene poi ridotto dal carbonio, e il metallo finale può contenere anche relativamente più fosforo (da scarti di ferro) dell'originale. ghisa. Ecco perché, per ottenere metallo di prima qualità per l'esportazione, la Svezia utilizza solo ghisa pura in termini di P. La kritsa finita, estratta dalla fucina, viene tagliata in tre parti (50-55 kg ciascuna) e compressa sotto un martello, dandogli l'aspetto di un parallelepipedo.

La durata del processo di ridistribuzione nella fucina svedese va dai 65 agli 80 minuti; al giorno si ottengono dalle 2,5 alle 3,5 tonnellate di pezzi compressi “da fuoco”, con un consumo di carbone di soli 0,32-0,40 per unità di materiale finito e la sua resa è dall'89 al 93,5% della ghisa destinata alla lavorazione. Più recentemente, in Svezia, sono stati condotti esperimenti con successo nella ridistribuzione della ghisa liquida prelevata dagli altiforni e nell'accelerazione del processo di ebollizione agitando il metallo mediante rastrelli meccanici; allo stesso tempo, la perdita di rifiuti è scesa al 7% e il consumo di carbone allo 0,25.

I seguenti dati (in%) danno un'idea della composizione chimica del ferro svedese e degli Urali meridionali:

Di tutti i tipi di ferro prodotti industrialmente, il ferro svedese è il più vicino a quello chimicamente puro e, invece di quest'ultimo, viene utilizzato nella pratica di laboratorio e nel lavoro di ricerca. Si differenzia dal ferro grezzo per la sua uniformità, e dal metallo più tenero a focolare aperto (ghisa) per l'assenza di manganese; è caratterizzato dal massimo grado di saldabilità, duttilità e malleabilità. La ghisa svedese presenta una bassa resistenza alla trazione - solo circa 30 kg/mm ​​2, con un allungamento del 40% e una riduzione della sezione trasversale del 75%. Attualmente, la produzione annua di ferro criogenico in Svezia è scesa a 50.000 tonnellate, a partire dal dopoguerra del 1914-18. La portata delle applicazioni industriali di questo ferro è stata notevolmente ridotta. La maggior parte viene utilizzata per la produzione (in Inghilterra e Germania) degli acciai per utensili e speciali di altissima qualità; nella stessa Svezia, viene utilizzato per realizzare fili speciali ("filo floreale"), chiodi a ferro di cavallo, che possono essere facilmente forgiati a freddo, catene e nastri grezzi per tubi saldati. Per gli ultimi due scopi, le proprietà della ghisa sono particolarmente importanti: saldabilità affidabile e, per i tubi, inoltre, la massima resistenza alla ruggine.

4) Lo sviluppo della produzione del ferro come processo critico ha comportato la distruzione delle foreste; dopo che questi ultimi in vari paesi furono posti sotto la tutela di una legge che ne limitava l'abbattimento alla crescita annuale, la Svezia e poi la Russia - paesi ricchi di foreste e ricchi di minerali di alta qualità - divennero i principali fornitori di ferro sul mercato internazionale per tutto il XVIII secolo . Nel 1784, l'inglese Cort inventò il pozzanghera, il processo di ridivisione della ghisa sul focolare di una fornace ardente, nel focolare in cui veniva bruciato il carbone. Dopo la morte di Cort, Rogers e Gall introdussero miglioramenti significativi nella progettazione del forno di pudding, che contribuirono alla rapida diffusione del pudding in tutti i paesi industriali e cambiarono completamente la natura e l'entità della loro produzione di ferro durante la prima metà del XIX secolo. Questo processo produceva la massa di metallo necessaria per la costruzione di navi in ​​ferro, ferrovie, locomotive, caldaie a vapore e automobili.

Il combustibile per la pozzanghera è il carbone a fiamma lunga, ma dove non è disponibile abbiamo dovuto ricorrere alla lignite, e qui negli Urali alla legna da ardere. La legna di pino produce una fiamma più lunga del carbone; si riscalda bene, ma il contenuto di umidità nel legno non deve superare il 12%. Successivamente è stato utilizzato un forno rigenerativo Siemens per il pudding negli Urali. Infine, negli Stati Uniti e qui (nei bacini del Volga e di Kama) i forni di pozzanghera funzionavano con olio spruzzato direttamente nell'area di lavoro del forno.

Per velocizzare la lavorazione e ridurre il consumo di combustibile è consigliabile disporre di ghisa a freddo; fondendolo su coke, invece, il prodotto produce molto zolfo (0,2 e anche 0,3%) e, con un alto contenuto di fosforo nel minerale, anche fosforo. Per i tipi di ferro commerciali ordinari, la ghisa con un basso contenuto di silicio (meno dell'1%), chiamata ghisa, veniva precedentemente fusa in grandi quantità. La ghisa a carbone, lavorata negli Urali e nella Russia centrale, non conteneva zolfo e produceva un prodotto che veniva utilizzato anche per la fabbricazione di ferro per coperture. Attualmente, il pudding serve per produrre metallo di alta qualità secondo specifiche speciali, e quindi ai forni di pudding non viene fornita la normale ghisa, ma ghisa di alta qualità, ad esempio manganese o "ematite" (a basso contenuto di fosforo), o, al contrario , ad alto contenuto di fosforo per la produzione di noce di ferro. Di seguito il contenuto (in %) dei principali elementi presenti in alcune tipologie di ghisa utilizzate per il pudding:

Un forno da pozzanghera, al termine dell'operazione precedente, ha solitamente una normale quantità di scoria sul focolare per funzionare con la carica successiva. Durante la lavorazione della ghisa altamente silicea, nel forno rimangono molte scorie che devono essere drenate; la ghisa bianca, al contrario, lascia “secca” sotto il forno, e il lavoro deve iniziare gettando sul sottofondo la quantità necessaria di scoria, che viene prelevata da sotto il maglio (“matura”, la più ricca di ossido magnetico). Sulla scoria viene gettata una carica di ghisa, riscaldata in un crogiolo di ghisa (250-300 kg nei forni ordinari e 500-600 kg nei forni doppi); quindi una nuova porzione di combustibile viene gettata nel focolare, le griglie vengono pulite e nel forno viene stabilito il tiraggio completo. Entro 25-35 minuti. la ghisa si scioglie, subendo b. o M. un cambiamento significativo nella sua composizione. La ghisa solida viene ossidata dall'ossigeno della fiamma, mentre ferro, manganese e silicio producono doppio silicato, che scende nel forno; la fusione della ghisa espone sempre più strati di ghisa solida, che si ossida e fonde. Al termine del periodo di fusione, sul focolare si ottengono due strati liquidi: ghisa e scoria, sulla cui superficie di contatto avviene, seppure in misura debole, il processo di ossidazione del carbonio da parte dell'ossido di ferro magnetico, come evidenziato da bolle di monossido di carbonio rilasciato dal bagno. A seconda del contenuto di silicio e manganese nella ghisa, una quantità diversa di essi rimane nel metallo fuso: nella ghisa a carbone a basso contenuto di silicio o nella ghisa bianca - fusione di coke - il silicio nella maggior parte dei casi brucia completamente durante la fusione; a volte una certa quantità rimane nel metallo (0,3-0,25%), così come il manganese. Anche il fosforo si ossida in questo momento, trasformandosi in sale di fosforo di ferro. A causa della diminuzione del peso del metallo man mano che bruciano le suddette impurità, il contenuto percentuale di carbonio può anche aumentare, anche se una parte di esso viene sicuramente bruciato dall'ossigeno della fiamma e dalle scorie che ricoprono le prime porzioni del fuso. metallo.

Per accelerare la combustione delle quantità rimanenti di silicio, manganese e carbonio si ricorre al puddling, ovvero alla miscelazione della ghisa con le scorie utilizzando un bastoncino con l'estremità piegata ad angolo retto. Se il metallo è liquido (ghisa grigia, altamente carboniosa), l'agitazione non raggiunge l'obiettivo e il bagno viene prima addensato gettandovi dentro scorie fredde mature o riducendo il tiraggio, nel forno si stabilisce una combustione incompleta , accompagnato da una fiamma molto affumicata (ebollizione). Dopo alcuni minuti, durante i quali viene effettuata l'agitazione continua, sulla superficie del bagno compaiono abbondanti bolle di monossido di carbonio in fiamme, un prodotto dell'ossidazione del carbonio della ghisa da parte dell'ossigeno dell'ossido magnetico disciolto nelle scorie ferrose principali. Man mano che il processo procede, l'ossidazione del C si intensifica e si trasforma in una violenta “ebollizione” dell'intera massa di metallo, che è accompagnata da rigonfiamento e da un aumento di volume così significativo che parte delle scorie tracima dalla soglia dei fori di lavoro. Man mano che C brucia, il punto di fusione del metallo aumenta e, affinché l'ebollizione continui, la temperatura nel forno viene continuamente aumentata. L'ebollizione completata a bassa temperatura produce un prodotto grezzo, cioè una massa di ferro spugnosa, ad alto contenuto di carbonio e incapace di saldarsi; i prodotti maturi “siedono” in un forno caldo. Il processo di ossidazione delle impurità di ferro in un forno di pudding inizia a causa dell'ossigeno delle scorie, che è una lega di silice di ferro (Fe 2 SiO 4) con ossido magnetico e ossido di ferro di composizione variabile. Nelle fornaci inglesi la composizione della miscela di ossidi è espressa dalla formula 5Fe 3 O 4 5 FeO; alla fine dell'ebollizione, il rapporto tra ossidi nelle scorie impoverite è espresso dalla formula Fe 3 O 4 5FeO, ovvero l'80% dell'ossido magnetico totale delle scorie prende parte al processo di ossidazione. Le reazioni di ossidazione possono. rappresentato dalle seguenti equazioni termochimiche:

Come si vede da queste equazioni, l'ossidazione di Si, P e Mn è accompagnata dal rilascio di calore e, quindi, riscalda il bagno, mentre l'ossidazione di C durante la riduzione di Fe 3 O 4 in FeO assorbe calore e quindi richiede alta temperatura. Ciò spiega la procedura per rimuovere le impurità di ferro e il fatto che la combustione del carbonio termina più rapidamente in una fornace calda. La riduzione di Fe 3 O 4 a metallo non avviene, poiché questa richiede una temperatura più elevata di quella alla quale avviene l'“ebollizione”.

Il “prodotto” raggrinzito, per diventare un ferro ben saldato, necessita ancora di cottura a vapore: il prodotto si lascia qualche minuto nel forno e di tanto in tanto si rivolta con i piedi di porco, e le sue parti inferiori vengono poste sopra; Sotto l'azione combinata dell'ossigeno della fiamma e delle scorie che permeano l'intera massa di ferro, il carbonio in questo momento continua a bruciare. Non appena si ottiene una certa quantità di metallo ben saldato, i critici iniziano a fuoriuscire, evitando inutili ossidazioni. In totale, man mano che la merce matura, rotola da 5 a 10 krit (non più di 50 kg ciascuno); I grani vengono mantenuti (cotti a vapore) sulla soglia nella zona di massima temperatura e alimentati sotto il maglio per la compressione, che ottiene il rilascio delle scorie e dà loro la forma di un pezzo (sezione da 10x10 a 15x15 cm ), comodo per arrotolare i rotoli. Quelli che li seguono avanzano verso il luogo dei critici emessi, fino all'ultimo. La durata del processo per la produzione di metallo di alta qualità (fibra di ferro) dalla ghisa di carbone matura (ad alto contenuto di carbonio) negli Urali era la seguente: 1) piantagione di ghisa - 5 minuti, 2) fusione - 35 minuti, 3) cuocere a fuoco lento - 25 minuti, 4) mescolare (miscelare) - 20 min., 5) cuocere a vapore i prodotti - 20 min., 6) arrotolare e cuocere a vapore i crits - 40 min., 7) dispensare i crits (10-11 pezzi) - 20 minuti; totale - 165 minuti. Quando si lavorava sulla ghisa bianca, utilizzando il normale ferro commerciale, la durata del processo veniva ridotta (nell'Europa occidentale) a 100 e addirittura 75 minuti.

Per quanto riguarda i risultati del lavoro, variavano nelle diverse regioni metallurgiche a seconda del tipo di combustibile, della qualità della ghisa e del tipo di ferro prodotto. I forni degli Urali funzionanti a legna davano la resa di ferro utilizzabile per 1 m 3 di legno da 0,25 a 0,3 tonnellate; Il nostro consumo di petrolio per unità di ferro è 0,33, il carbone nelle fornaci europee va da 0,75 a 1,1. La produttività giornaliera dei nostri grandi forni (600 kg di ghisa) quando si lavorava su legna da ardere essiccata era di 4-5 tonnellate; la resa del materiale adatto alla produzione di ferro per coperture era pari al 95-93% della quantità di ghisa ricevuta per la lavorazione. In Europa, la produttività giornaliera dei forni ordinari (carica 250-300 kg) è di circa 3,5 tonnellate con uno spreco del 9% e per il ferro di alta qualità - 2,5 tonnellate con uno spreco dell'11%.

In termini di composizione chimica e proprietà fisiche, il ferro da pozzanghera è un prodotto molto peggiore della ghisa, da un lato, e della ghisa a focolare aperto, dall'altro. I tipi comuni di ferro precedentemente prodotti nell'Europa occidentale contenevano molto zolfo e fosforo, poiché erano prodotti da coke di ferro impuro, ed entrambe queste impurità dannose si trasformano solo parzialmente in scorie; la quantità di scorie nel ferro da pozzanghera è del 3-6%, nel metallo di alta qualità non supera il 2%. La presenza di scorie riduce notevolmente i risultati delle prove meccaniche del ferro da pozzanghera. Di seguito sono riportati alcuni dati in% che caratterizzano il ferro da pozzanghera: l'ordinario europeo occidentale e il buon Ural:

La proprietà preziosa per la quale viene ora supportata la produzione del ferro da pozzanghera è la sua eccellente saldabilità, che talvolta è di particolare importanza dal punto di vista della sicurezza. Specifiche ferroviarie le società richiedono la produzione di dispositivi di accoppiamento, aste per interruttori e bulloni di ferro da pozzanghera. Grazie alla sua migliore resistenza agli effetti corrosivi dell'acqua, il ferro da pozzanghera viene utilizzato anche per la produzione di tubature dell'acqua. Viene anche utilizzato per produrre dadi (un metallo fosforoso a grana grossa) e ferro fibroso di alta qualità per rivetti e catene.

La struttura del ferro battuto, rilevabile al microscopio anche a basso ingrandimento, è caratterizzata dalla presenza di componenti nere e chiare nell'immagine fotografica; i primi appartengono alle scorie, i secondi a grani o fibre di ferro ottenuti dalla trafilatura del metallo.

Commercio di ferro

Gli impianti metallurgici producono due tipi principali di ferro per esigenze industriali: 1) lamiera e 2) profilati di ferro.

Attualmente la lamiera viene arrotolata fino a 3 m di larghezza; con uno spessore di 1-3 mm lo chiamiamo laminato sottile; da 3 mm e oltre (solitamente fino a 40 mm) - caldaia, serbatoio, nave, a seconda dello scopo a cui corrispondono la composizione e le proprietà meccaniche del materiale. Il ferro da stiro è il più morbido; di solito contiene 0,10-0,12% C, 0,4-0,5% Mn, P e S - ciascuno non più dello 0,05%; la sua resistenza alla trazione temporanea non è valida. più di 41 kg/mm2 (ma non meno di 34 kg/mm2), allungamento a rottura - circa 28%. Il ferro del serbatoio è reso più duro e più durevole; contiene 0,12-0,15% C; 0,5-0,7% Mn e non più dello 0,06% sia di P che di S; resistenza a trazione 41-49 kg/mm2, allungamento 25-28%. La lunghezza delle lamiere di ferro per caldaia e serbatoio viene stabilita su ordinazione in base alle dimensioni del prodotto rivettato dalle lamiere (evitando cuciture e rifilature inutili), ma solitamente non supera gli 8 m, poiché per lamiere sottili è limitata dal loro rapido raffreddamento durante il processo di laminazione e, per le lastre spesse, dal peso del lingotto.

La lamiera di spessore inferiore a 1 mm è chiamata stagno nero; viene utilizzato per la fabbricazione della banda stagnata e come materiale per coperture. A quest'ultimo scopo, in URSS vengono arrotolati fogli di 1422x711 mm, del peso di 4-5 kg, con uno spessore di 0,5-0,625 mm. Il ferro per coperture è prodotto dalle fabbriche in pacchi del peso di 82 kg. All'estero, lo stagno nero è classificato in commercio secondo numeri di calibro speciali, da 20 a 30 (lo spessore normale dello stagno tedesco va da 0,875 a 0,22 mm, quello dello stagno inglese da 1,0 a 0,31 mm). Lo stagno è ottenuto dalla ghisa più tenera contenente 0,08-0,10% C, 0,3-0,35% Mn se è costituito da ghisa a carbone (la nostra) e 0,4-0,5% Mn, se il materiale di partenza è coke; resistenza alla trazione - da 31 a 34 kg/mm2, allungamento - 28-30%. Un tipo di lamiera è la lamiera ondulata. Si divide secondo la natura delle onde in ferro con onde basse ed onde alte; nel primo il rapporto tra larghezza dell'onda e profondità varia da 3 a 4, nel secondo 1-2. La lamiera ondulata è realizzata con uno spessore di 0,75-2,0 mm e una larghezza della lamiera di 0,72-0,81 m (con onde basse) e 0,4-0,6 m (con onde alte). La lamiera ondulata viene utilizzata per tetti, pareti di strutture leggere, persiane e con onde alte, inoltre, viene utilizzata per la costruzione di pavimenti senza travi.

Il ferro classificato è diviso in due classi in base alla sua forma in sezione trasversale: ferro classificato ordinario e ferro sagomato.

Alla prima classe appartengono i ferri tondi (con diametro inferiore a 10 mm detti fili), quadrati, piatti o piattine. Quest'ultimo, a sua volta, è suddiviso in: striscia stessa - larga da 10 a 200 mm e spessa più di 5 mm; cerchio - stessa larghezza, ma spessore da 5 a 1 mm, indicato dal numero del calibro (da 3 a 19 tedesco normale e da 6 a 20 nuovo calibro inglese); pneumatico: da 38 a 51 mm di larghezza e fino a 22 mm di spessore; universale - da 200 a 1000 mm di larghezza e almeno 6 mm di spessore (arrotolato in rotoli speciali - universale). Sia i pneumatici che i cerchi in ferro sono prodotti dalle fabbriche in rotoli, filo laminato in bobine; altre varietà hanno la forma di strisce diritte (raddrizzate), di solito lunghe non più di 8 m (normalmente - da 4,5 a 6 m), ma su ordine speciale per le strutture in cemento, le strisce vengono tagliate lunghe fino a 18 mm e talvolta di più .

I principali tipi di ferro sagomato: angolare (uguale e disuguale), scatolare (canale), a T, a I (travi), a colonna (quadrato) e zeta; Esistono anche altri tipi di ferro sagomato meno comuni. Secondo il nostro normale assortimento metrico, le dimensioni del ferro sagomato sono indicate dal numero del profilo (No. è il numero, vedere la larghezza del ripiano o l'altezza massima del profilo). I disuguali angolari e il ferro a T hanno il doppio n.; ad esempio il n° 16/8 significa angolo con ripiani da cm 16 e 8 oppure tee con ripiano da cm 16 e altezza tee da cm 8. I profili più pesanti in ferro sagomato da noi laminati: n° 15 - angolare, n° 30 - trogolo, n. 40 - trave a I.

La composizione del normale ferro saldabile: 0,12% C, 0,4% Mn, meno dello 0,05% P e S - ciascuno; la sua resistenza a trazione è di 34-40 kg/mm2; ma il ferro tondo per rivetti è realizzato con un materiale più morbido della composizione: meno dello 0,10% C, 0,25-0,35% Mn, circa 0,03% P e S ciascuno. La resistenza alla trazione è di 32-35 kg/mm ​​2 e l'allungamento è del 28-32%. Il ferro sagomato, non saldato, ma rivettato ("acciaio da costruzione") contiene: 0,15 - 0,20% C, 0,5% Mn, fino allo 0,06% P e S - ciascuno; il suo carico di rottura è di 40-50 kg/mm2, allungamento 25-20%. Per produrre le noci si produce ferro (ferro Thomas), contenente circa lo 0,1% di C, ma dallo 0,3 allo 0,5% di P (più grandi sono le noci, maggiore è la quantità di P). All'estero, per soddisfare le esigenze di laminatoi speciali, nel commercio viene utilizzato un semiprodotto: una billetta quadrata, solitamente 50 x 50 mm di sezione trasversale.

Obiettivi della lezione:

• farsi un'idea delle proprietà fisiche e chimiche del ferro a seconda del grado di ossidazione che presenta e della natura dell'agente ossidante;
• sviluppare il pensiero teorico degli studenti e la loro capacità di prevedere le proprietà di una sostanza, sulla base della conoscenza della sua struttura;
• sviluppare il pensiero concettuale su operazioni come analisi, confronto, generalizzazione, sistematizzazione;
• sviluppare qualità di pensiero come obiettività, concisione e chiarezza, autocontrollo e attività.

Obiettivi della lezione:

• aggiornare le conoscenze degli studenti sul tema: “Struttura dell’atomo”;
• organizzare il lavoro collettivo degli studenti dall'impostazione di un compito di apprendimento al risultato finale (elaborare un diagramma di riferimento per la lezione);
• riassumere il materiale sull'argomento: "Metalli" e considerare le proprietà del ferro e la sua applicazione;
• organizzare un lavoro di ricerca indipendente in coppia per studiare le proprietà chimiche del ferro;
• organizzare il controllo reciproco degli studenti durante la lezione.

Tipo di lezione: imparare nuovo materiale.

Reagenti e attrezzature:

• ferro (polvere, lamiera, graffetta),
• zolfo,
• acido cloridrico,
• solfato di rame(II).
• reticolo cristallino del ferro,
• poster di giochi,
• magnete,
• una selezione di illustrazioni sull'argomento,
• provette,
• lampada ad alcool,
• partite,
• cucchiaio per bruciare sostanze infiammabili,
• Mappe geografiche.

Struttura della lezione

1. Parte introduttiva.
2. Imparare nuovo materiale.
3. Messaggio dei compiti.
4. Consolidamento del materiale studiato.

Durante le lezioni

1. Parte introduttiva

Organizzare il tempo.

Verifica della disponibilità degli studenti.

Messaggio sull'argomento della lezione. Registra l'argomento alla lavagna e nei quaderni degli studenti.

2. Imparare nuovo materiale

– Quale pensi che sarà l’argomento della nostra lezione oggi?

1. L'aspetto del ferro segnò l'inizio dell'età del ferro nella civiltà umana.

Da dove prendevano il ferro gli antichi in un'epoca in cui non sapevano ancora come estrarlo dal minerale? Il ferro, tradotto dalla lingua sumera, è un metallo che "cadde dal cielo, celeste". Il primo ferro che l'umanità incontrò fu il ferro dei meteoriti. Per la prima volta fu dimostrato che "le pietre di ferro cadono dal cielo" nel 1775 dallo scienziato russo P.S. Palace, che portò a San Pietroburgo un blocco di meteorite di ferro nativo del peso di 600 kg. Il più grande meteorite di ferro è il meteorite “Goba”, ritrovato nel 1920 nell'Africa sud-occidentale, del peso di circa 60 tonnellate.Ricordiamo la tomba di Tutankhamon: oro, oro. Il lavoro magnifico delizia, la brillantezza abbaglia gli occhi. Ma ecco cosa scrive K. Kerram nel libro “Gods, Tombs, Scientists” sul piccolo amuleto di ferro di Tutankhamon: “L'amuleto è uno dei primi prodotti dell'Egitto, e ... in una tomba piena quasi al massimo di oro, è stata questa modesta scoperta ad avere il massimo valore dal punto di vista della storia culturale”. Nella tomba del faraone furono trovati solo pochi oggetti in ferro, tra cui un amuleto di ferro del dio Horus, un piccolo pugnale con lama di ferro e manico d'oro, e un piccolo sgabello di ferro “Urs”.

Gli scienziati suggeriscono che fossero i paesi dell'Asia Minore, dove vivevano le tribù ittite, a essere il luogo di origine dell'industria del ferro e dell'acciaio. Il ferro arrivò in Europa dall'Asia Minore già nel I millennio aC; Così ebbe inizio in Europa l’età del ferro.

Il famoso acciaio damascato (o acciaio damascato) veniva prodotto in Oriente già ai tempi di Aristotele (IV secolo a.C.). Ma la tecnologia per la sua fabbricazione è rimasta segreta per molti secoli.

Ho sognato un diverso tipo di tristezza
A proposito di acciaio Damasco grigio.
Ho visto come è stato temperato l'acciaio
Come uno dei giovani schiavi
Lo hanno scelto, lo hanno nutrito,
In modo che la sua carne acquisisca forza.
Ho aspettato la data di scadenza
E poi la lama rovente
Si tuffarono nella carne muscolosa,
Hanno tirato fuori la lama finita.
Più forte dell’acciaio, l’Oriente non ha visto,
Più forte dell'acciaio e più amaro del dolore.

Poiché l'acciaio damascato è un acciaio con durezza ed elasticità molto elevate, i prodotti realizzati con esso hanno la capacità di non opacizzarsi quando vengono affilati. Il metallurgista russo P.P. ha rivelato il segreto dell'acciaio damascato. Anosov. Raffreddò molto lentamente l'acciaio caldo in una speciale soluzione di olio tecnico riscaldato ad una certa temperatura; Durante il processo di raffreddamento, l'acciaio veniva forgiato.

(Dimostrazione di disegni.)

Il ferro è un metallo grigio-argento	Il ferro è un metallo grigio-argento
Questi chiodi sono fatti di ferro	L'acciaio è utilizzato nell'industria automobilistica
L'acciaio viene utilizzato per realizzare strumenti medici	L'acciaio viene utilizzato per realizzare locomotive
	Tutti i metalli sono soggetti a corrosione
Tutti i metalli sono soggetti a corrosione

2. Posizione del ferro nel PSHEM.

Scopriamo la posizione del ferro nel PSCEM, la carica del nucleo e la distribuzione degli elettroni nell'atomo.

3. Proprietà fisiche del ferro.

– Quali proprietà fisiche del ferro conosci?

Il ferro è un metallo bianco-argenteo con un punto di fusione di 1539 o C. È molto duttile, quindi può essere facilmente lavorato, forgiato, laminato, stampato. Il ferro ha la capacità di essere magnetizzato e smagnetizzato, quindi viene utilizzato come nuclei elettromagnetici in varie macchine e dispositivi elettrici. È possibile conferire maggiore resistenza e durezza mediante metodi termici e meccanici, ad esempio mediante indurimento e laminazione.

Esistono ferro chimicamente puro e commercialmente puro. Il ferro tecnicamente puro è essenzialmente un acciaio a basso tenore di carbonio; contiene lo 0,02-0,04% di carbonio e ancor meno ossigeno, zolfo, azoto e fosforo. Il ferro chimicamente puro contiene meno dello 0,01% di impurità. Ferro chimicamente puro - metallo grigio-argento, lucido, molto simile nell'aspetto al platino. Il ferro chimicamente puro è resistente alla corrosione (ricordate cos'è la corrosione? Dimostrazione di un chiodo corrosivo) e resiste bene agli acidi. Tuttavia, quantità insignificanti di impurità lo privano di queste preziose proprietà.

4. Proprietà chimiche del ferro.

In base alla tua conoscenza delle proprietà chimiche dei metalli, quali proprietà chimiche pensi che avrà il ferro?

Dimostrazione di esperimenti.

• Interazione del ferro con lo zolfo.

Lavoro pratico.

• Interazione del ferro con acido cloridrico.
• Interazione del ferro con solfato di rame (II).

5. Uso del ferro.

Conversazione su domande:

– Quale pensi sia la distribuzione del ferro in natura?

Il ferro è uno degli elementi più comuni in natura. Nella crosta terrestre, la sua frazione di massa è del 5,1%, secondo questo indicatore è seconda solo all'ossigeno, al silicio e all'alluminio. Molto ferro si trova anche nei corpi celesti, come determinato dall'analisi spettrale. Nei campioni di suolo lunare consegnati dalla stazione automatica Luna, il ferro è stato trovato allo stato non ossidato.

I minerali di ferro sono abbastanza diffusi sulla Terra. I nomi delle montagne degli Urali parlano da soli: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Gli agrochimici trovano composti di ferro nei terreni.

– In che forma si trova il ferro in natura?

Il ferro è un componente della maggior parte delle rocce. Per ottenere il ferro vengono utilizzati minerali di ferro con un contenuto di ferro pari o superiore al 30-70%. I principali minerali di ferro sono: magnetite - Fe 3 O 4 contiene il 72% di ferro, i depositi si trovano negli Urali meridionali, anomalia magnetica di Kursk; ematite - Fe 2 O 3 contiene fino al 65% di ferro, tali depositi si trovano nella regione di Krivoy Rog; limonite – Fe 2 O 3 * nH 2 O contiene fino al 60% di ferro, i depositi si trovano in Crimea; pirite - FeS 2 contiene circa il 47% di ferro, i depositi si trovano negli Urali. (Lavorare con le mappe di contorno).

– Qual è il ruolo del ferro nella vita dell’uomo e delle piante?

I biochimici hanno scoperto l'importante ruolo del ferro nella vita delle piante, degli animali e degli esseri umani. Essendo parte di un composto organico estremamente complesso chiamato emoglobina, il ferro determina il colore rosso di questa sostanza, che a sua volta determina il colore del sangue umano e animale. Il corpo di un adulto contiene 3 g di ferro puro, il 75% del quale fa parte dell'emoglobina. Il ruolo principale dell'emoglobina è trasportare l'ossigeno dai polmoni ai tessuti e, nella direzione opposta, la CO 2.

Anche le piante hanno bisogno di ferro. Fa parte del citoplasma e partecipa al processo di fotosintesi. Le piante coltivate su un substrato che non contiene ferro hanno foglie bianche. Una piccola aggiunta di ferro al substrato e diventano verdi. Inoltre, vale la pena imbrattare un foglio bianco con una soluzione di sale contenente ferro, e presto l'area imbrattata diventerà verde.

Quindi, per lo stesso motivo - la presenza di ferro nei succhi e nei tessuti - le foglie delle piante diventano allegramente verdi e le guance di una persona arrossiscono intensamente.

Circa il 90% dei metalli utilizzati dall'umanità sono leghe a base di ferro. Nel mondo viene fuso molto ferro, circa 50 volte più dell'alluminio, per non parlare degli altri metalli. Le leghe a base di ferro sono universali, tecnologicamente avanzate, accessibili ed economiche. Il ferro sarà ancora per molto tempo il fondamento della civiltà.

3. Spedire materiale a casa

14, es. N. 6, 8, 9 (basato sul libro di esercizi per il libro di testo di O.S. Gabrielyan “Chemistry 9”, 2003).

4. Consolidamento del materiale studiato

1. Utilizzando il diagramma di riferimento scritto alla lavagna, trai una conclusione: cos'è il ferro e quali sono le sue proprietà?
2. Dettatura grafica (preparare preventivamente dei fogli di carta con una linea retta disegnata, divisa in 8 segmenti e numerati in base alle domande del dettato. Segnare con una capanna “^” sul segmento il numero della posizione ritenuta corretta).

Opzione 1.

1. Il ferro è un metallo alcalino reattivo.
2. Il ferro è facile da forgiare.
3. Il ferro fa parte della lega del bronzo.
4. Il livello energetico esterno dell'atomo di ferro ha 2 elettroni.
5. Il ferro reagisce con gli acidi diluiti.
6. Con gli alogeni forma alogenuri con stato di ossidazione +2.
7. Il ferro non interagisce con l'ossigeno.
8. Il ferro può essere ottenuto mediante elettrolisi del sale di ferro fuso.

Opzione 2.

1. Il ferro è un metallo bianco-argenteo.
2. Il ferro non ha la capacità di essere magnetizzato.
3. Gli atomi di ferro mostrano proprietà ossidanti.
4. C'è 1 elettrone nel livello energetico esterno dell'atomo di ferro.
5. Il ferro sposta il rame dalle soluzioni dei suoi sali.
6. Con gli alogeni forma composti con stato di ossidazione +3.
7. Con una soluzione di acido solforico forma solfato di ferro (III).
8. Il ferro non si corrode.

Dopo aver completato il compito, gli studenti si scambiano i propri lavori e li controllano (le risposte ai lavori vengono affisse alla lavagna o mostrate attraverso il proiettore).

Criteri di marcatura:

• “5” – 0 errori,
• “4” – 1-2 errori,
• “3” – 3-4 errori,
• “2” – 5 o più errori.

Libri usati

1. Gabrielyan O.S. Chimica 9a elementare. – M.: Otarda, 2001.
2. Gabrielyan O.S. Libro per insegnanti. – M.: Otarda, 2002.
3. Gabrielyan O.S. Chimica 9a elementare. Cartella di lavoro. – M.: Otarda, 2003.
4. Settore dell'istruzione. Raccolta di articoli. Numero 3. – M.: MGIU, 2002.
5. Malyshkina V. Chimica divertente. – San Pietroburgo, “Trigon”, 2001.
6. Software e materiali metodologici. Gradi di chimica 8-11. – M.: Otarda, 2001.
7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. Un libro di chimica da leggere a casa. – M.: Chimica, 1995.
8. Vado al corso di chimica. Libro per insegnanti. – M.: “Primo settembre”, 2000.

Applicazioni

Lo sai che?

Ferro - uno degli elementi più importanti della vita. Il sangue contiene ferro ed è questo che determina il colore del sangue, nonché la sua proprietà principale: la capacità di legare e rilasciare ossigeno. Questa capacità è posseduta da un composto complesso - l'eme - parte integrante della molecola dell'emoglobina. Il nostro corpo contiene oltre all’emoglobina anche il ferro contenuto nella mioglobina, una proteina che immagazzina l’ossigeno nei muscoli. Ci sono anche enzimi contenenti ferro.

Vicino a Delhi, in India, c'è una colonna di ferro senza il minimo granello di ruggine, sebbene la sua età sia di quasi 2800 anni. Questa è la famosa Colonna Kutub, alta circa sette metri e pesante 6,5 tonnellate, l'iscrizione sulla colonna indica che fu eretta nel IX secolo. AVANTI CRISTO e. L'arrugginimento del ferro - la formazione di metaidrossido di ferro - è associato alla sua interazione con l'umidità e l'ossigeno nell'aria.

Tuttavia, questa reazione non avviene in assenza di varie impurità nel ferro, principalmente carbonio, silicio e zolfo. La colonna era realizzata in metallo purissimo: il ferro nella colonna risultava essere al 99,72%. Ciò spiega la sua durabilità e resistenza alla corrosione.

Nel 1934, sul Mining Journal apparve l'articolo "Miglioramento del ferro e dell'acciaio attraverso ... la ruggine nel terreno". Il metodo per trasformare il ferro in acciaio attraverso la ruggine nel terreno è noto alle persone fin dai tempi antichi. Ad esempio, i Circassi nel Caucaso seppellirono strisce di ferro nel terreno e, dopo averle dissotterrate 10-15 anni dopo, ne forgiarono le loro sciabole, che potevano persino tagliare la canna di una pistola, uno scudo o le ossa nemiche.

Ematite

Ematite o minerale di ferro rosso – il minerale principale del metallo principale del nostro tempo – il ferro. Il contenuto di ferro in esso raggiunge il 70%. L'ematite è nota da molto tempo. A Babilonia e nell'antico Egitto veniva utilizzato in gioielleria, per realizzare sigilli e, insieme al calcedonio, fungeva da materiale preferito come pietra scolpita. Alessandro Magno aveva un anello intarsiato di ematite, che credeva lo rendesse invulnerabile in battaglia. Nell'antichità e nel Medioevo, l'ematite era conosciuta come una medicina che fermava il sangue. La polvere di questo minerale è stata utilizzata fin dall'antichità per oggetti in oro e argento.

Il nome del minerale deriva dal greco dettagli– sangue, a cui è associato il colore ciliegia o rosso cera della polvere di questo minerale.

Una caratteristica importante del minerale è la capacità di immagazzinare persistentemente il colore e trasferirlo ad altri minerali che contengono almeno una piccola miscela di ematite. Il colore rosa delle colonne di granito della Cattedrale di Sant'Isacco è il colore dei feldspati, che a loro volta sono colorati dall'ematite finemente dispersa. I motivi pittoreschi del diaspro utilizzati per rifinire le stazioni della metropolitana della capitale, le corniole arancioni e rosa della Crimea, gli strati rosso corallo di silvite e la carnallite negli strati di sale, devono tutti il ​​loro colore all'ematite.

La vernice rossa è stata a lungo prodotta dall'ematite. Tutti i famosi affreschi realizzati 15-20 mila anni fa - il meraviglioso bisonte della Grotta di Altamira e i mammut della famosa Grotta del Capo - erano realizzati con ossidi e idrossidi di ferro marroni.

Magnetite

Magnetite o minerale di ferro magnetico – un minerale contenente il 72% di ferro. Questo è il minerale di ferro più ricco. La cosa notevole di questo minerale è il suo magnetismo naturale, la proprietà grazie alla quale è stato scoperto.

Come riportato dallo scienziato romano Plinio, la magnetite prende il nome dal pastore greco Magnes. Magnes si prendeva cura del suo gregge vicino alla collina sopra il fiume. Indù in Tessaglia. All'improvviso, un bastone con la punta di ferro e sandali rivestiti di chiodi furono tirati verso di sé da una montagna di solida pietra grigia. Il minerale magnetite a sua volta ha dato il nome al magnete, al campo magnetico e all'intero misterioso fenomeno del magnetismo, che è stato studiato attentamente dai tempi di Aristotele fino ai giorni nostri.

Le proprietà magnetiche di questo minerale vengono sfruttate ancora oggi, principalmente per la ricerca di giacimenti. È così che sono stati scoperti depositi di ferro unici nell'area dell'anomalia magnetica di Kursk (KMA). Il minerale è pesante: un campione di magnetite delle dimensioni di una mela pesa 1,5 kg.

Nei tempi antichi, la magnetite era dotata di ogni sorta di proprietà curative e della capacità di fare miracoli. Veniva usato per estrarre il metallo dalle ferite e Ivan il Terribile conservava i suoi cristalli insignificanti tra i suoi tesori insieme ad altre pietre.

La pirite è un minerale simile al fuoco

Pirite - uno di quei minerali che, quando lo vedi, ti viene voglia di esclamare: "È davvero quello che è successo?" È difficile credere che la più alta classe di taglio e lucidatura che ci stupisce nei prodotti fatti a mano, nei cristalli di pirite, sia un generoso dono della natura.

La pirite prende il nome dalla parola greca "pyros" - fuoco, a cui è associata la proprietà di produrre scintille quando viene colpita da oggetti d'acciaio. Questo bellissimo minerale stupisce con il suo colore dorato e la brillantezza brillante sui bordi quasi sempre chiari. Per le sue proprietà, la pirite è conosciuta fin dall'antichità e durante le epidemie della corsa all'oro, la pirite brilla in una vena di quarzo facendo girare più di una testa calda. Anche adesso, gli amanti delle pietre alle prime armi spesso confondono la pirite con l'oro.

La pirite è un minerale ubiquitario: è formato da magma, da vapori e soluzioni, e anche da sedimenti, ogni volta in forme e combinazioni specifiche. C'è un caso noto in cui, nel corso di diversi decenni, il corpo di un minatore caduto in una miniera si trasformò in pirite. C'è molto ferro nella pirite - 46,5%, ma estrarlo è costoso e non redditizio.