Презентація "Ферум. Залізо"

Попередній слайд
Наступний слайд


Завантажити презентацію "Ферум. Залізо"
Слайд #1
ПІДГОТУВАВ
УЧЕНЬ 8-Б КЛАСУ
ДУБАНИЧ ЮРІЙ
Ферум. Залізо


Слайд #2
Поки що не вдалося з'ясувати, коли, як і де вперше почали добувати залізо.  Використання заліза почалося набагато раніше, ніж його виробництво. Перші залізні вироби мали космічне (метеоритне) походження і були виготовлені з уламків метеоритів ще в III—II тис. до н. е. Це засвідчує той факт, що стародавні мешканці Гренландії, які не мали жодної уяви про залізну руду, користувалися виробами із заліза. Час від часу знаходили шматки сірувато-чорного металу, який перековували на кинджал або наконечник списа, що був зброєю міцнішою і пластичнішою , ніж бронза, і довше тримав гостре лезо. Першим кроком у зародженні металургії заліза було отримання його шляхом відновлення з окису. Руда перемішувалася з деревним вугіллям і закладалася в піч. При високій температурі, створюваної горінням вугілля, вуглець починав з'єднуватися не лише з атмосферним киснем, але і з тим, що пов'язаний з атомами заліза. Після вигоряння вугілля в печі залишалася так звана криця — грудка речовини з домішкою відновленого заліза. Крицю потім знову розігрівали і піддавали обробці куванням, вибиваючи залізо із шлаку. Таке залізо не відрізнялось твердістю та пружністю, тому мало обмежену галузь застосування.
Історія заліза


Слайд #3
Вперше залізо навчилися обробляти народи Анатолії. Давньогрецька традиція вважала відкривачем заліза народ халібів, для яких традиційно вживалася стійка назва «батько заліза», і сама назва народу бере початок саме від грецького слова Χάλυβας («залізо»). «Залізна революція» почалася на межі I тисячоліття до н.е. в Ассирії. З VIII століття до н.е. зварне залізо швидко стало поширюватися в Європі. Першими, хто почав на землях сучасної України виплавляти з болотної руди залізо, були кіммерійці (VII ст. до н.е.). У IV - III ст. до н.е. більша частина арсеналу зброї скіфських воїнів — мечі, кинджали, бойові сокири тощо було виготовлено з заліза. У III столітті до н.е. залізо витіснило бронзу в Галлії, у II столітті нової ери з'явилося у Німеччині, а в VI столітті нашої ери вже широко вживалося в Скандинавії. В Японії залізний вік настав лише в VIII столітті нашої ери. Побачити залізо у рідкому стані металурги змогли лише в XIX столітті, однак, ще на початку I тисячоліття до нової ери — індійські майстри зуміли вирішити проблему отримання пружної сталі без розплавлення заліза. Таку сталь називали булатом, але через складність виготовлення і відсутність необхідних матеріалів у більшій частині світу ця сталь так і залишилася індійським секретом на тривалий час.


Слайд #4
Хімічний символ елемента Феруму — Fе. Відносна атомна маса, Аг(Fе) = 56. Валентність Феруму в сполуках — 2 і 3. Хімічна формула простої речовини заліза — Fе. Відносна формульна маса заліза, Мг(Fе) = 56.
  Залізо — блискучий сріблясто-білий важкий метал. Густина його 7,86 т/м3; температура плавлення 1538 °C, температура кипіння 2862 °C. Залізо досить пластичне. Воно легко кується, штампується, витягується в дріт і прокатується в тонкі листи, легко намагнічується і розмагнічується. Вище температури Кюрі (770 °C) втрачає феромагнітні властивості. До температури 912 °C існує в алотропній модифікації α-заліза з об'ємноцентрованою кубічною кристалічною ґраткою, за вищої температури — γ-заліза із гранецентрованою кубічною ґраткою, вище 1394 °C знову змінює тип ґратки на об'ємноцентровану кубічну (δ-залізо).
 
 
Фізичні і хімічні властивості


Слайд #5
 
Ферум належить до восьмої групи періодичної системи елементів Менделєєва. У сухому повітрі за звичайної температури залізо досить стійке, але у вологому швидко іржавіє, вкриваючись товстим шаром іржі. Іржа є сумішшю оксидів і гідроксидів феруму. Основну частину іржі складає сесквіоксид заліза Fe2O3 і тригідроксид заліза Fe(OH)3. Крім того, до її складу входить монооксид заліза FeO, дигідроксид заліза Fe(OH)2 та інші сполуки. Процес ржавіння заліза можна зобразити такими приблизними рівняннями:
2Fe + O2 + 2Н2О = 2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3
Fe(OH)2 = FeO + H2O
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
  Іржа досить крихка і пориста. Тому вона не може ізолювати метал від атмосфери, через що процес ржавіння відбувається безперервно. При високій температурі залізо легко сполучається з киснем, утворюючи окалину Fe3O4 (FeO · Fe2O3). В атмосфері кисню розжарена залізна дротина горить яскравим полум'ям, утворюючи теж окалину Fe3O4. При нагріванні залізо може легко реагувати з хлором, сіркою та іншими неметалами:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl 3
Fe + S = FeS
 
 


Слайд #6
В електрохімічному ряді напруг залізо стоїть лівіше від водню, тому воно легко реагує з розведеними хлоридною і сульфатною кислотами:
Fe + 2HCl = FeCl2 + Н2 ↑ Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 ↑
  З розведеною нітратною кислотою залізо теж легко реагує:
Fe + 4HNO3 = Fe (NO3)3 + 2H2O + NO ↑
  Але з концентрованою нітратною і концентрованою сульфатною кислотами без нагрівання залізо не реагує. Воно стає «пасивним», вкриваючись тонкою оксидною плівкою, яка не розчиняється в кислотах і ізолює метал від дії кислоти. Завдяки цьому концентровану нітратну і концентровану сульфатну кислоту можна зберігати і транспортувати в залізній тарі.
 Залізо може відновлювати менш активні метали з розчинів їхніх солей, наприклад:
Fe + CuSO4=FeSO4 + Cu
 
 
 


Слайд #7
У промисловості залізо отримують із залізної руди, в основному з гематиту (Fe2O3) і магнетиту (FeO · Fe2O3). Існують різні способи отримання заліза з руд. Найбільш поширеним є доменний процес. Перший етап виробництва — відновлення заліза вуглецем у доменній печі за температурі 2000 °C. У доменну піч вуглець (у вигляді коксу), залізна руда (у вигляді агломерату або окатишів) і флюс (наприклад, вапняк) подаються зверху, а знизу нагнітається гаряче повітря. У печі вуглець у вигляді коксу окислюється до монооксиду вуглецю. Цей оксид утворюється під час горіння в умовах нестачі кисню. У свою чергу, монооксид вуглецю відновлює залізо з руди. Щоб реакція йшла швидше, нагрітий чадний газ пропускають через оксид заліза(III). Флюс додається для позбавлення від небажаних домішок (в першу чергу від силікатів, наприклад кварцу) у видобутій руді. Типовий флюс містить вапняк (карбонат кальцію) і доломіт (карбонат магнію). Для усунення інших домішок використовують інші флюси. Дія флюсу (у наведеному випадку — карбонат кальцію) полягає в тому, що під час нагрівання він розкладається до його оксиду.
Отримання 


Слайд #8
Оксид кальцію з'єднується з діоксидом кремнію, утворюючи шлак — метасилікат кальцію. Шлак, на відміну від діоксиду кремнію, плавиться в печі. Легший, ніж залізо, шлак плаває на поверхні — це властивість дозволяє відділяти шлак від металу. Шлаки потім можуть застосовуватися у будівництві та сільському господарстві. Розплав заліза, отриманий у доменній печі (чавун), містить досить багато вуглецю . Крім тих випадків, коли чавун використовується безпосередньо, він вимагає подальшої переробки. Надлишки вуглецю та інші домішки (сірка, фосфор) видаляють з чавуну окисленням у мартенівських печах або в конвертерах. Електричні печі застосовуються для виплавки легованих сталей. Крім доменного процесу, поширений процес прямого отримання заліза. У цьому випадку попередньо подрібнену руду змішують з особливою глиною, формуючи окатиші. Окатиші обпалюють, і обробляють в шахтній печі гарячими продуктами конверсії метану, які містять водень. Водень легко відновлює залізо, при цьому не відбувається забруднення заліза такими домішками як сірка і фосфор, які є звичайними для кам'яного вугілля. Залізо утворюється в твердому вигляді, і надалі переплавляється в електричних печах. Хімічно чисте залізо добувають електролізом розчинів його солей.


Слайд #9
Технологічний шлях одержання пружної сталі, при якому не потрібні ні особливо чиста руда, ні графіт, ні спеціальні печі, було винайдено в Китаї в II столітті нашої ери. Сталь перековували дуже багато разів, при кожному куванні складаючи пластину вдвічі, внаслідок чого виходив відмінний матеріал для зброї, що отримав назву дамаська сталь, з якого, зокрема, робилися японські катани. З XVI століття в Європі набув поширення так званий переробний процес в металургії — технологія, при якій залізо ще при отриманні за рахунок високої температури плавлення і інтенсивного навуглецьовування перетворюється на чавун, а вже потім, рідкий чавун, звільняючись від зайвого вуглецю при відпалі в горнах, перероблявся на сталь.


Слайд #10

У тваринних організмах тривалентний елемент Ферум входить до складу найголовнішого білка крові, червоного пігменту — гемоглобіну, який обумовлює колір крові. Гемоглобін переносить кисень від органів дихання до різних тканин, а вуглекислий газ СО2— від тканин до органів дихання. Ферум є складовою багатьох ферментів, які забезпечують процеси тканинного дихання. Ферум — необхідний елемент для кровотворення.До організму людини Ферум надходить у складі харчових продуктів. Багато його в яблуках, салаті, шпинаті, ржаному хлібі, гречаній крупі, абрикосах. Лікарські препарати Феруму застосовують для лікування недокрів'я.
Фізіологічна дія


Слайд #11
За поширеністю в природі Ферум посідає друге місце серед металів (після алюмінію). На нього припадає 5,10% маси земної кори. За вмістом у земній корі Ферум посідає 4-е місце. Зустрічається він виключно у вигляді сполук. Вільне залізо знаходять лише в метеоритах.
Ферум — поширений елемент метеоритної речовини: в кам'яних метеоритах міститься до 25%, а в залізних 90,85 мас.% Fe . Космічна поширеність заліза близька до його вмісту в фотосфері Сонця — 627 г/т. Частка Феруму в речовині Землі досить велика — 38,8%. Найбідніша на Ферум поверхня Землі.
Поширення в природі


Слайд #12
Найважливішими природними сполуками Феруму, що мають промислове значення, є магнітний залізняк Fe3O4, червоний залізняк Fe2O3, бурий залізняк Fe2O3 · nH2O та пірит FeS2. Оксиди Феруму служать рудами, з яких добувають залізо, а пірит — сировиною для сульфатно-кислотного виробництва. Найважливіші мінерали Феруму: гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4 , ґетит FeOOH, лепідокрокіт FeO(OH) , лімоніт — суміш гідрооксидів Fe з SiO2 та ін. речовинами , сидерит FeCO3, ільменіт FeTiO3, шамозит , вівіаніт , скородит, ярозит та ін.
  Багаті родовища магнітного залізняку зосереджено на Уралі поблизу м. Магнітогорська та в Курській області (так звана Курська магнітна аномалія). Родовища червоного залізняку є в Україні поблизу м. Кривий Ріг. Родовища бурого залізняку зосереджені на Керченському півострові. Крім того, потужні родовища залізних руд виявлено і в інших місцях — на Кольському півострові, в Сибіру і на Далекому Сході.