Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Мая 2012 в 16:21, творческая работа
Работа содержит презентацию по дисциплине "Химия"
Железо.
Строение и свойства атомов.
Железо — химический элемент с атомным номером 26 в периодической системе, обозначается символом Fe (лат. Ferrum), серебристо-белого цвета. Железо элемент побочной подгруппы 8 группы, 4 периода. Атомы железа имеют четыре энергетических уровня. На последнем уровне атом железа содержит 2 электрона. На предпоследнем уровне, который может вместить 18 электронов, у атома железа находится только 14. Поэтому атомы железа расположились так:2е,8е,14е,2е. Атомы железа проявляют степень окисления +2, +3, это зависит от окислителя. В земной коре очень много железной руды; ее залежи встречаются повсюду, а добыча не представляет особых трудностей. Из железной руды довольно легко выплавляется железо. Благодаря обилию руды железо – недорогой и широко распространенный материал. На основе железа можно получать конструкционные материалы разного рода. Например, чугун, сталь.
История.
Железо известно с древнейших времен. Изделия из железа были найдены при археологических раскопках примерно 4 тыс. до н. э. Изделия из железа того времени это наконечники для стрел и украшения. В них использовалось метеоритное железо, точнее, сплав железа и никеля. Между вторым и третьим тысячелетиями до н. э. в Месопотамии, Анатолии и Египте появляются первые предметы изготовленные из переплавленного железа. Вероятно, железо в те времена было очень дорогим — более дорогим, чем золото. Между 1600 и 1200 годами до н. э. производство железа развивалось на Ближнем Востоке, однако по распространенности железо все еще значительно уступало бронзе. В период между 12 и 10 веками до н. э. на Ближнем Востоке произошёл резкий скачок в производстве инструментов и оружия — переход от использования бронзы к использованию железа. Период времени после начала массовой обработки железа принято называть Железным веком. Основным методом получения железа в древние времена был сыродутный процесс, в котором перемежающиеся слои железной руды и древесного угля прокаливались в специальных горнах. После прокаливания руды получалось тестообразное кричное или губчатое железо. Изделия, полученные таким способом, были заметно более надежны, чем бронзовые. В дальнейшем строились всё более эффективные горны (по-русски: домна) для производства железа. Первоначально его считали вредным побочным продуктом. Потом обнаружилось, что условиях сильного дутья чугун превращается в железо хорошего качества. При этом процесс производства железа оказался более выгодным. Этот способ просуществовал без особых изменений многие века. Первые сведения об использовании метеоритного железа в Китае относятся примерно к тому же времени, что и в Европе. Железоделательное производство, вероятно, начало развиваться там с 8 века до н. э. Производство чугуна там началось в 1 веке до н. э.
Нахождение в природе
Железо составляет более 5% земной коры. В природе железо образует ряд минералов. Для извлечения железа используются в основном такие руды, как гематит (Fe2O3, содержит до 70% Fe), магнитные железняки (руда магнетит, Fe3О4; содержит 72,4% Fe), бурые железняки (руда гидрогетит НFeO2· nH2O). В природе встречаются также большие месторождения пирита FeS2 (другие названия — серный колчедан, железный колчедан, дисульфид железа и другие), но руды с высоким содержанием серы пока практического значения не имеют. В морской воде 1·10-5—1·10-8% железа. По меньшей мере 12 стран в мире имеют разведанные запасы железных руд, которые превышают миллиард тонн. К числу таких стран относятся Россия, Австралия, Канада, США, ЮАР, Индия, Франция. По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире.
Красный железняк (гематит)
Гематит (от греч. haima,— кровь), широко распространённый минерал железа Fe2O3; содержит до 70% железа. Кристаллы железно-серого цвета с полуметаллическим блеском. Цвет порошка вишнёво-красный. Температура плавления 1594°С. Гематитовые руды принадлежат к числу важнейших железных руд, из которых выплавляются чугун и сталь. Содержание железа в сплошных гематитовых рудах колеблется от 50 до 65%.
Магнитный железняк (магнетит)
Магнитный железняк (магнетит), минерал железно-черный; совершенно непрозрачен, обнаруживает сильный магнетизм. Химич. сост. Fe3O4. Магнитный железняк встречается в виде отдельных кристаллов и кристаллических сланцев, но чаще всего является в виде зернистых или плотных масс, образующих мощные жилы, пласты и штоки, иногда почти целые горы. Магнитный железняк является одной из лучших железных руд; большая часть железа России приготовляется из магнитного железняка.
Бурый железняк
Железная руда, представляющая собой природное скопление гидроокислов железа Б. ж. - смесь минералов, имеющих окраску от тёмно-коричневой до светло-жёлтой. Наблюдается в виде рыхлых, землистых масс. Б. ж. - одна из самых распространённых железных руд, имеющих промышленное значение при содержании железа свыше 30% Образование Б. ж. связано с процессами окисления в поверхностной зоне земной коры. Б. ж. широко используют в металлургической промышленности.
Железный колчедан (пирит)
Пирит (греч. pyrítes líthos, буквально — камень, высекающий огонь), железный колчедан, минерал химического состава FeS2 (46,6% Fe, 53,4% S). Распространён чаще всего в виде сплошных зернистых масс. Цвет светлый, латунно-жёлтый; блеск металлический. Пирит распространён наиболее широко в месторождениях гидротермального происхождения, колчеданных залежах, в которых сосредоточены главные массы этого минерала. Пирит является сырьём для получения серной кислоты, серы и железного купороса.
Физические свойства.
Чистое железо — серебристо-белый металл, быстро тускнеющий (ржавеющий) на влажном воздухе или в воде, содержащей кислород. Железо пластично, легко подвергается ковке и прокатке, температура плавления 1539°С , температура кипения 2750°C, плотность 7,87 г/см3. Обладает сильными магнитными свойствами (ферромагнетик), хорошей тепло- и электропроводностью. Ему можно придать большую прочность и твёрдость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.
Химические свойства
Железо даёт два ряда соединений. Число электронов зависит от окислительной способности реагирующих с ним веществ. Например, с галогенами железо имеет степень окисления +3: 2Fe +3Cl²=2FeCl³ , а с серой - +2: Fe + S=FeS. Раскалённое железо сгорает в кислороде с образованием железной окалины: 3Fe+2O²=Fe³O4. При высокой температуре(700-900) железо реагирует с парами воды: 3Fe+4H²O=Fe³O4+4H²↑. Железо может вытеснять металлы, стоящие правее него, из водных растворов их солей: Fe+CuSO4=FeSO4+Cu. В разбавленой соляной и серной кислоте железо окисляется ионами водорода: Fe+2HCl=FeCl²+H²↑; Fe+H²SO4=FeSO4+H²↑. Также железо растворяется в разбавленной азотной кислоте.
Получение железа
1. Чистое железо можно получить электролитическим восстановлением солей железа.
FeCl2 = Fe2+ + 2Cl-
2. Восстановление оксидов железа Fe2O3 и
Fe3O4 при алюминотермии:
8Al + 3Fe3O4 = 9Fe + 4Al2O3
3. Основная масса железа используется не в чистом виде, а виде сплавов с углеродом (чугуна и стали) и другими элементами.Процесс основан на восстановлении оксидов железа при нагревании:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
FeO + C = Fe + CO
Применение
Чистое железо имеет довольно ограниченное применение. Его используют при изготовлении сердечников электромагнитов, как катализатор химических процессов, для некоторых других целей. Но сплавы железа — чугун и сталь — составляют основу современной техники. Находят широкое применение и многие соединения железа. Так, сульфат железа(III) используют при очистке воды. Кристалогидрат сулфата железа(II) применяют для борьбы с вредителями растений, для приготовления минеральных красок и в других целях. Железо и его сплавы, важнейшие конструкционные материалы в технике и промышленном производстве. Из сплавов железа с углеродом изготавливаются почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности. Хлорид железа III используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат. Железо применяется в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
Биологическое действие.
Железо играет важную роль в жизни практически всех организмов, за исключением некоторых бактерий. В организме животных железо входит в состав множества ферментов и белков, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, главным образом в процессе дыхания. В организме человека содержится около 5 г железа. Из них 57% приходится на гемоглобин крови, 7% – на миоглобин мышц, 16% связаны с тканевыми ферментами, а 20% – это запас, отложенный в печени, селезёнке, костном мозге и почках. Неорганическое железо встречается в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха. Суточная норма потребности человека составляет около 15 мг железа. Много железа в сливовом соке, кураге, изюме, орехах, тыквенных и подсолнечных семечках. В 10 г проросшей пшеницы содержится 1 мг железа. Черный хлеб, отруби, хлеб грубого помола также богаты железом. Следует учесть, что организмом усваивается всего лишь 10% от всего железа, получаемого с пищей. Витамины и пищевые продукты растительного происхождения способствуют усвоению железа, а в присутствии щавелевой и фитиновой кислот железо не всасывается. При недостаточном поступлении железа в организм используют содержащие его лекарственные препараты. Для этих целей когда-то применяли даже обычные железные опилки. Из истории известно, что граф А.П.Бестужев-Рюмин предложил в качестве укрепляющего и возбуждающего средства капли (они получили название «бестужевские»), представлявшие собой раствор трихлорида железа в смеси этанола и этилового эфира. Сейчас для устранения дефицита железа обычно используют порошкообразное железо в таблетках или капсулах и препараты на основе ферроцена.
Интересные факты.
Над проектом работала:
Березина Ксения
Преподаватель:
Чугайнова Марина
Александровна
17 декабря 2007г.
Физические