A vas tiszta formájában gömbgrafitos szürke fém, amely könnyen feldolgozható. És mégis, az emberek számára a Fe elem praktikusabb szénnel és más szennyeződésekkel kombinálva, amelyek lehetővé teszik fémötvözetek - acél és öntöttvas - képződését. 95% - pontosan ennyi a bolygón gyártott összes fémtermék közül, amely fő elemként vasat tartalmaz.

Vas: történelem

Az első ember által készített vastermékeket a tudósok az ie 4. évezredre datálják. e., és a vizsgálatok kimutatták, hogy előállításukhoz 5-30 százalékos nikkeltartalommal jellemezhető meteorikus vasat használtak. Érdekes, de amíg az emberiség el nem sajátította a vas olvasztással történő kinyerését, a vasat többre értékelték, mint az aranyat. Ezt azzal magyarázták, hogy az erősebb és megbízhatóbb acél sokkal alkalmasabb szerszámok és fegyverek gyártására, mint a réz és a bronz.

Az ókori rómaiak megtanulták az első öntöttvas előállítását: kemencéikkel az érc hőmérsékletét 1400 o C-ra tudták felemelni, míg az öntöttvashoz 1100-1200 o C is elegendő volt ezt követően tiszta acélhoz, annak olvadáspontjához amely, mint ismeretes, 1535 Celsius-fok.

A Fe kémiai tulajdonságai

Mivel lép kölcsönhatásba a vas? A vas kölcsönhatásba lép az oxigénnel, amit oxidok képződése kísér; vízzel oxigén jelenlétében; kénsavval és sósavval:

• 3Fe+2O2 = Fe3O4
• 4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH) 3
• Fe+H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
• Fe+2HCl = FeCl 2 +H 2

Ezenkívül a vas csak akkor reagál a lúgokra, ha azok erős oxidálószerek olvadékai. A vas normál hőmérsékleten nem lép reakcióba oxidálószerekkel, de mindig reakcióba lép, amikor megnövekszik.

A vas használata az építőiparban

A vas felhasználását az építőiparban ma nem lehet túlbecsülni, mert a fémszerkezetek minden modern épület alapját képezik. Ezen a területen a vas-t közönséges acélokban, öntöttvasban és kovácsoltvasban használják. Ez az elem mindenhol megtalálható, a kritikus szerkezetektől a horgonycsavarokig és a szögekig.


Az acélból készült épületszerkezetek építése jóval olcsóbb, ráadásul magasabb építési rátákról is beszélhetünk. Ez jelentősen megnöveli a vas felhasználását az építőiparban, miközben maga az ipar is új, hatékonyabb és megbízhatóbb Fe-alapú ötvözetek alkalmazását szorgalmazza.

A vas felhasználása az iparban

A vas és ötvözeteinek - öntöttvas és acél - felhasználása a modern szerszámgép-, repülőgép-, műszergyártás és egyéb berendezések gyártásának alapja. A vas-cianidoknak és oxidoknak köszönhetően a festék- és lakkipari funkciókat a vízkezelésben használják. A nehézipar teljesen elképzelhetetlen Fe+C alapú ötvözetek használata nélkül. Egyszóval a vas pótolhatatlan, de ugyanakkor hozzáférhető és viszonylag olcsó fém, amely ötvözeteinek részeként szinte korlátlan felhasználási körrel rendelkezik.

A vas használata az orvostudományban

Köztudott, hogy minden felnőtt legfeljebb 4 gramm vasat tartalmaz. Ez az elem rendkívül fontos a szervezet működéséhez, különös tekintettel a keringési rendszer egészségére (a vörösvértestekben található hemoglobin). Számos vasalapú gyógyszer létezik, amelyek növelhetik a Fe-szintet, hogy megakadályozzák a vashiányos vérszegénység kialakulását.

Az emberi szervezet körülbelül 5 g vasat tartalmaz, ennek nagy része (70%) a vér hemoglobinjának része.

Fizikai tulajdonságok

A vas szabad állapotában ezüstös-fehér fém, szürkés árnyalattal. A tiszta vas képlékeny és ferromágneses tulajdonságokkal rendelkezik. A gyakorlatban általában vasötvözetek - öntöttvas és acél - használatosak.

A vas a legfontosabb és legnagyobb mennyiségben előforduló eleme a VIII. csoportba tartozó kilenc d-fémnek. A kobalttal és a nikkellel együtt alkotja a „vas családot”.

Amikor más elemekkel vegyületet képez, gyakran 2 vagy 3 elektront használ (B = II, III).

A vas, mint a VIII. csoport szinte minden d-eleme, nem mutat magasabb vegyértéket, mint a csoportszám. Maximális vegyértéke eléri a VI-t, és rendkívül ritkán jelenik meg.

A legjellemzőbb vegyületek azok, amelyekben a vasatomok +2 és +3 oxidációs állapotúak.

A vas beszerzésének módszerei

1. A műszaki vasat (szénnel és egyéb szennyeződésekkel ötvözve) természetes vegyületeinek karbotermikus redukciójával állítják elő a következő séma szerint:

A helyreállítás fokozatosan, 3 szakaszban történik:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

Az így kapott öntöttvas több mint 2% szenet tartalmaz. Ezt követően az öntöttvasat 1,5%-nál kevesebb szenet tartalmazó acél-vasötvözetek előállítására használják.

2. Nagyon tiszta vasat a következő módok egyikével lehet előállítani:

a) Fe-pentakarbonil bomlása

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

b) a tiszta FeO redukálása hidrogénnel

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

c) Fe +2 sók vizes oldatainak elektrolízise

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

vas(II)-oxalát

Kémiai tulajdonságok

A Fe közepes aktivitású fém, és a fémekre jellemző általános tulajdonságokkal rendelkezik.

Egyedülálló tulajdonsága a nedves levegőben való „rozsdásodás” képessége:

Száraz levegővel nedvesség hiányában a vas csak T > 150°C-on kezd észrevehetően reagálni; kalcináláskor „vaskő” Fe 3 O 4 képződik:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

A vas oxigén hiányában nem oldódik vízben. Nagyon magas hőmérsékleten a Fe reakcióba lép a vízgőzzel, és kiszorítja a hidrogént a vízmolekulákból:

3 Fe + 4H 2O(g) = 4H2

A rozsdásodás mechanizmusa az elektrokémiai korrózió. A rozsdaterméket egyszerűsített formában mutatjuk be. Valójában változó összetételű oxidok és hidroxidok keverékéből laza réteg képződik. Az Al 2 O 3 filmmel ellentétben ez a réteg nem védi meg a vasat a további pusztulástól.

A korrózió típusai

Védi a vasat a korróziótól

1. Kölcsönhatás halogénekkel és kénnel magas hőmérsékleten.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Olyan vegyületek képződnek, amelyekben az ionos típusú kötés dominál.

2. Kölcsönhatás foszforral, szénnel, szilíciummal (a vas nem kapcsolódik közvetlenül az N2-vel és H2-vel, hanem feloldja azokat).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Változó összetételű anyagok képződnek, például berthollidok (a vegyületekben a kötés kovalens jellege dominál)

3. Kölcsönhatás „nem oxidáló” savakkal (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Mivel a Fe a hidrogéntől balra található aktivitássorban található (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), így képes kiszorítani a H 2-t a közönséges savakból.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. Kölcsönhatás „oxidáló” savakkal (HNO 3, H 2 SO 4 tömény)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

A tömény HNO 3 és H 2 SO 4 „passziválja” a vasat, így normál hőmérsékleten a fém nem oldódik bennük. Erős melegítésnél lassú oldódás megy végbe (anélkül, hogy H 2 szabadulna fel).

A szakaszban A HNO 3 vas feloldódik, Fe 3+ kationok formájában feloldódik és a savas anion NO*-dá redukálódik:

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

Nagyon jól oldódik HCl és HNO 3 keverékében

5. A lúgokhoz való viszony

A vas nem oldódik lúgok vizes oldatában. Megolvadt lúgokkal csak nagyon magas hőmérsékleten lép reakcióba.

6. Kölcsönhatás kevésbé aktív fémek sóival

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Reakció gáz-halmazállapotú szén-monoxiddal (t = 200°C, P)

Fe (por) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 vas-pentakarbonil

Fe(III) vegyületek

Fe 2 O 3 - vas(III)-oxid.

Vörös-barna por, n. R. in H 2 O. A természetben - „vörös vasérc”.

Megszerzési módszerek:

1) a vas(III)-hidroxid bomlása

2Fe(OH)3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2) piritégetés

4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) nitrát bomlás

Kémiai tulajdonságok

A Fe 2 O 3 egy bázikus oxid, az amfoteritás jeleivel.

I. A fő tulajdonságok a savakkal való reakcióképességben nyilvánulnak meg:

Fe 2O 3 + 6H + = 2Fe 3+ + ZH 2 O

Fe 2O 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2O 3 + 6HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O

II. Gyenge savas tulajdonságok. A Fe 2 O 3 nem oldódik lúgok vizes oldatában, de szilárd oxidokkal, lúgokkal és karbonátokkal egyesülve ferritek képződnek:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg(FeO 2) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - nyersanyag vasgyártáshoz a kohászatban:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO vagy Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH) 3 - vas(III)-hidroxid

Megszerzési módszerek:

Lúgok hatására oldható Fe 3+ sókon nyerik:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3NaCl

Az előállítás időpontjában a Fe(OH) 3 vörösesbarna nyálkás-amorf üledék.

Fe(III)-hidroxid képződik a Fe és a Fe(OH) 2 nedves levegőben történő oxidációja során is:

4Fe + 6H 2O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3

4Fe(OH)2 + 2H2O + O 2 = 4Fe(OH)3

A Fe(III)-hidroxid a Fe 3+ sók hidrolízisének végterméke.

Kémiai tulajdonságok

A Fe(OH)3 nagyon gyenge bázis (sokkal gyengébb, mint a Fe(OH)2). Érezhető savas tulajdonságokat mutat. Így a Fe(OH)3 amfoter jellegű:

1) a savakkal való reakciók könnyen előfordulnak:

2) a friss Fe(OH) 3 csapadék feloldódik forró konc. KOH vagy NaOH oldatok hidroxo-komplexeket képezve:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3

Lúgos oldatban a Fe(OH) 3 ferrátokká oxidálható (a vassav H 2 FeO 4 sói, amelyek szabad állapotban nem szabadulnak fel):

2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O

Fe 3+ sók

A gyakorlatban a legfontosabbak: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - sárga vérsó = Fe 4 3 poroszkék (sötétkék csapadék)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiocianát Fe(III) (vérvörös oldat)

Meghatározás. Sztori. Geokémia. A vas tulajdonságai. Születési hely. Fizikai és kémiai tulajdonságok. Kapcsolatok. A vas használata.

Vas

A vas a kémiai elemek periódusos rendszerének negyedik periódusának nyolcadik csoportjának eleme (a régi osztályozás szerint a nyolcadik csoport másodlagos alcsoportja). I. Mengyelejev 26-os rendszámmal. Jelölve Fe(lat. Ferrum). Az egyik leggyakoribb fém a földkéregben (a második helyen az alumínium után).
Az egyszerű vas anyag (CAS-szám: 7439-89-6) egy idomítható ezüst-fehér fém, nagy kémiai reakcióképességgel: a vas gyorsan korrodál magas hőmérsékleten vagy magas páratartalom mellett a levegőben. A vas tiszta oxigénben ég, finoman eloszlatott állapotban levegőben spontán meggyullad.
Valójában a vasat általában alacsony (legfeljebb 0,8%) szennyezőanyag-tartalmú ötvözeteknek nevezik, amelyek megőrzik a tiszta fém lágyságát és hajlékonyságát. A gyakorlatban azonban gyakrabban használják a vas és szén ötvözeteit: acélt (legfeljebb 2,14 tömegszázalék széntartalommal) és öntöttvasat (több mint 2,14 tömegszázalék széntartalmú), valamint rozsdamentes (ötvözött) acélt ötvözés hozzáadásával fémek (króm, mangán, nikkel stb.). A vas és ötvözetei sajátos tulajdonságainak kombinációja az „1. ​​számú fémet” az ember számára fontossá teszi.
A természetben a vas ritkán fordul elő tiszta formájában, leggyakrabban vas-nikkel meteoritokban. A vas mennyisége a földkéregben 4,65% (4. hely az O, Si, Al után). Úgy gondolják, hogy a vas alkotja a Föld magjának nagy részét.

Sztori. A vas, mint szerszámanyag ősidők óta ismert. A régészeti ásatások során talált legrégebbi vastárgyak a Kr.e. IV. évezredből származnak. e. és az ókori sumér és ókori egyiptomi civilizációhoz tartoznak. Ezek vas meteoritból, azaz vas és nikkel ötvözetéből (ez utóbbi tartalma 5-30%), egyiptomi sírokból származó ékszerek (kb. Kr. e. 3800) és egy tőr a sumér Ur városból (kb. Kr.e. 3100). Úgy tűnik, a vas egyik görög és latin neve a meteoritvas égi eredetéből származik: „sider” (ami „csillag”).

Az olvasztással nyert vasból készült termékek az árja törzsek betelepülése óta ismertek Európától Ázsiáig, a Földközi-tenger szigetein és azon túl is (Kr. e. 4. és 3. évezred vége. A legősibb ismert vaseszközök az acélpengék, amelyeket Európától Ázsiáig, a Földközi-tenger szigetein és azon túl is) ismerünk. az egyiptomi Kheopsz-piramis kőfalazata (Kr. e. 2530 körül épült), amint azt a núbiai sivatagban végzett ásatások kimutatták, az egyiptomiak már akkoriban megpróbálták elválasztani a bányászott aranyat a nehéz magnetithomoktól, korpával égetett érctől és hasonló anyagokat tartalmazó anyagoktól. szén Ennek eredményeként az aranyolvadék felületén tésztaszerű vasréteg úszott, amelyet külön dolgoztak fel ebből a vasból, köztük a Kheopsz unokájában talált , Menkaure (Kr. e. 2471-2465) zűrzavarral érkezett Egyiptomba: a nemesség Ra isten papjainak vezetésével megdöntötte az uralkodó dinasztiát, és megkezdődött a bitorlók ugrása, ami a következő dinasztia fáraójának belépésével ért véget. Userkar, akit a papok maga Ra isten fiának és megtestesülésének nyilvánítottak (azóta ez lett a fáraók hivatalos státusza). Ebben a zűrzavarban az egyiptomiak kulturális és technikai tudása hanyatlásba esett, és ahogy a piramisépítés művészete hanyatlott, a vasgyártás technológiája olyannyira elveszett, hogy később a Sínai-félsziget felfedezésekor réz után kutatva. érc, az egyiptomiak nem figyeltek az ott létező vasérc lelőhelyekre, vasat kaptak a szomszédos hettitáktól és mitanniaktól.
Elsőként sajátította el a hatti vasolvasztó módszert, erre utal a vas legrégebbi (Kr. e. 2. évezred) említése a hettiták szövegeiben, akik a huttok (a mai Anatólia Törökországban) területén alapították meg birodalmukat. Így Anitta hettita király (i.e. 1800 körül) szövege ezt mondja:
Az ókorban a kalibokat a vastermékek mestereiként ismerték. Az argonauták legendája (kolchiszi hadjáratuk körülbelül 50 évvel a trójai háború előtt zajlott) azt meséli, hogy Eet kolchiszi király vasekét adott Jasonnak, hogy felszánthassa Ares és alattvalói, a kaliberek mezőjét. , leírása:
Nem szántják fel a földet, nem ültetnek gyümölcsfát, nem legelnek nyájat a gazdag réteken; ércet és vasat vonnak ki a nyers földből, és élelmet cserélnek érte. Kemény munka nélkül nem indul el a nap, az éjszaka sötétjében és sűrű füstjében töltik...
Arisztotelész leírta az acélgyártás módszerét: „a kalibok többször átmosták országuk folyami homokját, és ezáltal fekete koncentrátumot (főleg magnetitból és hematitból álló nehéz frakciót) szabadítottak fel, és kemencékben olvasztották meg; Az így kapott fém ezüstös színű volt és rozsdamentes.”
Az acélolvasztás nyersanyagaként magnetithomokot használtak, amely gyakran megtalálható a Fekete-tenger teljes partvidékén: ezek a magnetithomok kis magnetit, titán-magnetit vagy ilmenit szemcsék és más kőzetdarabok keverékéből állnak, így hogy a kalibok által olvasztott acél ötvözött és kiváló tulajdonságokkal rendelkezik. Ez az egyedülálló vasbeszerzési módszer arra utal, hogy a kalibok a vasat csak technológiai anyagként terjesztették, de módszerük nem lehetett módszer a vastermékek széles körű ipari előállítására. Előállításuk azonban lendületet adott a vaskohászat további fejlődésének.
Alexandriai Kelemen a "Stromata" című enciklopédikus művében megemlíti, hogy a görög legendák szerint az Ida-hegyen találtak vasat (nyilván ércből olvasztva) - ez volt a neve a Trója melletti hegységnek (az Iliászban Ida-hegyként említik). , amelyből Zeusz a görögök és a trójaiak csatáját nézte). Ez 73 évvel a Deucalion vízözön után történt, és ez az árvíz a Parian Chronicle szerint Kr.e. 1528-ban történt. e., azaz a vas ércből történő olvasztásának módszerét Kr.e. 1455 körül fedezték fel. e. Kelemen leírásából azonban nem derül ki, hogy erről a bizonyos nyugat-ázsiai hegyről (Vergiliusban a Frígiai Idáról), vagy a Kréta szigetén található Ida-hegyről beszél-e, amelyet Vergilius római költő az Aeneisben az őseként ír. a trójaiak otthona:
"Jupiter szigete, Kréta egy széles tenger közepén fekszik,
A mi törzsünknek ott van a bölcsője, ahol Ida felemelkedik..."
Valószínűbb, hogy Alexandriai Kelemen kifejezetten a Trója melletti fríg Idáról beszél, mivel ott ókori vasbányákat és vastermelési központokat találtak. A vas első írásos bizonyítéka III. Amenhotep és Ehnaton egyiptomi fáraók levéltárából származó agyagtáblákon található, és ugyanebből az időből származik (Kr. e. 1450-1400). Megemlíti a dél-kaukázusi vastermelést, amit a görögök Kolchisznak neveztek (és lehetséges, hogy a „kolhidos” szó a „halibosz” szó módosítása) – nevezetesen mitanni ország királya. Örményország és Dél-Kaukázia uralkodója pedig II. Amenhotep egyiptomi fáraónak küldött 318 ágyast, tőrt és jó vasból készült gyűrűt. A hettiták ugyanilyen ajándékokat adtak a fáraóknak is.
A nagyon régi időkben a vasat többre becsülték, mint az aranyat, és Sztrabón leírása szerint az afrikai törzsek 1 font vasért 10 font aranyat adtak, G. Areshyan történész kutatásai szerint pedig a réz, ezüst, arany költségét. a vas az ókori hettitáknál pedig 1:160:1280:6400 arányban volt. Akkoriban a vasat ékszerként használták, és más királyi erejű dísztárgyakat is készítettek belőle: például a bibliai 5Mózes könyvet; A 3.11 leírja Og Rephaim király „vaságyát”.
Tutanhamon sírjában (i. e. 1350 körül) egy arany keretű vastőrt találtak, valószínűleg a hettiták diplomáciai célú ajándéka. De a hettiták nem törekedtek a vas és technológiáinak széles körű elterjedésére, amint az kiderül Tutanhamon egyiptomi fáraó és apósa, Hattusil, a hettiták királya közötti levelezésből. A fáraó még vasat kér, mire a hettiták királya kitérően azt válaszolja, hogy a vastartalékok elfogytak, a kovácsok pedig mezőgazdasági munkával vannak elfoglalva, ezért nem tudja teljesíteni a királyi veje kérését, és csak egy „jó vasból” (vagyis acélból) készült tőr. Mint látható, a hettiták tudásukat igyekeztek katonai előnyök kivívására fordítani, és nem adtak lehetőséget másoknak, hogy utolérjék őket. Nyilván ezért terjedtek el a vastermékek csak a trójai háború és a hettita hatalom bukása után, amikor a görögök kereskedelmi tevékenységének köszönhetően sokak számára ismertté vált a vastechnológia, új vaslelőhelyek, bányák kerültek elő. Tehát a „bronz” kort felváltotta a „vas” kor.
Homérosz leírásai szerint bár a trójai háború idején (kb. Kr. e. 1250) a fegyvereket főként rézből és bronzból készítették, a vas már jól ismert volt és nagy kereslet volt, bár inkább nemesfémként. Például az Iliász 23. dalában Homérosz azt mondja, hogy Akhilleusz egy korongozóverseny győztesét egy vasból készült koronggal jutalmazta. Az akhájok ezt a vasat a trójaiaktól és a szomszédos népektől bányászták (Iliász 7.473), köztük a kaliboktól.
Talán a vas volt az egyik ok, ami miatt az akháj görögök Kis-Ázsiába költöztek, ahol megismerték a gyártás titkait. Az athéni ásatások pedig kimutatták, hogy már ie 1100 körül. e. később pedig már elterjedtek a vaskardok, dárdák, balták, sőt a vasszögek is. A bibliai Józsué 17:16 könyve (vö. Bírák 14:4) leírja, hogy a filiszteusoknak (a bibliai "PILISTIM", és ezek a későbbi hellénekkel rokon ősgörög törzsek voltak, főként pelazgok) sok vasszekerük volt, azaz ebben Abban az időben a vas már széles körben nagy mennyiségben használatossá vált.
Homérosz nehéznek nevezi a vasat, mert az ókorban a fő előállításának fő módja a sajtfúvás volt: a vasérc és a szén váltakozó rétegeit speciális kemencékben égették (kemencék - az ősi „szarvtól” - kürt, pipa, eredetileg csak egy földbe ásott cső, általában vízszintesen egy szakadék lejtőjében). A kovácsműhelyben a vas-oxidokat forró szénnel fémmé redukálják, amely oxigént vesz fel, szén-monoxiddá oxidálódik, és az érc ilyen szénnel való kalcinálása eredményeként tésztaszerű krichin (szivacs) vasat kaptak. A Kritsát kovácsolással tisztították meg a salaktól, és erős kalapácsütésekkel préselték ki a szennyeződéseket. Az első kovácsművek viszonylag alacsony hőmérsékletűek voltak - észrevehetően alacsonyabbak, mint az öntöttvas olvadáspontja, így a vas viszonylag alacsony széntartalmúnak bizonyult. Az erős acél előállításához a vasmagot többször kellett szénnel kalcinálni és kovácsolni, miközben a fém felületi rétegét ezen kívül szénnel telítették és megerősítették. Így készült a „jó vas” - és bár sok munkát igényelt, az így előállított termékek lényegesen erősebbek és keményebbek voltak, mint a bronzok.
Később megtanultak hatékonyabb kemencéket készíteni (oroszul - nagyolvasztó, domnitsa) acélgyártáshoz, és fújtatót használtak a kemence levegőellátására. Már a rómaiak is tudták, hogyan kell a kemencében az olvadó acél hőmérsékletét elérni (kb. 1400 fok, és a tiszta vas 1535 fokon olvad). Ezzel 1100-1200 fokos olvadáspontú öntöttvas készül, amely szilárd állapotban nagyon törékeny (nem is kovácsolható), és nem rendelkezik az acéléval rugalmassággal. Kezdetben ártalmas mellékterméknek számított, de aztán kiderült, hogy ha kemencében újraolvasztják, fokozott levegőt fújnak át rajta, az öntöttvas jó minőségű acéllá alakul, ahogy a felesleges szén kiég. Az öntöttvas acél előállításának ez a kétlépcsős eljárása egyszerűbbnek és jövedelmezőbbnek bizonyult, mint a kritikus, és ezt az elvet sok évszázadon át sok változás nélkül alkalmazták, és a mai napig a vasanyagok előállításának fő módszere.

Izotópok

A természetes vas négy stabil izotópból áll: 54Fe (izotóp-bőség 5,845%), 56Fe (91,754%), 57Fe (2,119%) és 58Fe (0,282%). A vas több mint 20 instabil izotópja is ismert 45-72 tömegszámmal, amelyek közül a legstabilabbak a 60Fe (felezési ideje 2009-ben frissített adatok szerint 2,6 millió év), 55Fe (2,737 év), 59Fe (44,495). nap) és 52Fe (8,275 óra); más izotópok felezési ideje 10 percnél rövidebb.
Az 56Fe vasizotóp az egyik legstabilabb atommag: a következő elemek mindegyike csökkentheti a nukleononkénti kötési energiát a bomlás révén, és az összes korábbi elem elvileg csökkentheti a nukleononkénti kötési energiát a fúzió révén. Úgy gondolják, hogy a vas befejezi az elemek szintézisének sorozatát a normál csillagok magjában, és minden további elem csak szupernóva-robbanások eredményeként jöhet létre.

A vas geokémiája

A vas az egyik leggyakoribb elem a Naprendszerben, különösen a földi bolygókon, különösen a Földön. A földi bolygók vasának jelentős része a bolygók magjaiban található, ahol a becslések szerint körülbelül 90%-os a vastartalma. A földkéreg vastartalma 5%, a köpenyben pedig körülbelül 12%. A fémek közül a vas a második helyen áll a kéregben az alumínium után. Ugyanakkor az összes vas körülbelül 86%-a a magban, 14%-a pedig a köpenyben található. A vastartalom jelentősen megnő a mafikus magmás kőzetekben, ahol piroxénnel, amfibollal, olivinnel és biotittal társul. A vas ipari koncentrációban halmozódik fel a földkéregben végbemenő szinte minden exogén és endogén folyamat során. A tengervíz nagyon kis mennyiségben, 0,002-0,02 mg/l vasat tartalmaz. Folyóvízben valamivel magasabb - 2 mg/l.

A vas geokémiai tulajdonságai

A vas legfontosabb geokémiai jellemzője több oxidációs állapot jelenléte. A vas semleges formában - fémes - alkotja a föld magját, esetleg jelen van a köpenyben, és nagyon ritkán található meg a földkéregben. Vas-vas A FeO a vas fő formája, amely a köpenyben és a kéregben található. A Fe2O3 vas-oxid a földkéreg legfelső, leginkább oxidált részeire, különösen az üledékes kőzetekre jellemző.
Kristálykémiai tulajdonságait tekintve a Fe2+ ion közel áll a Mg2+ és Ca2+ ionokhoz - más fő elemekhez, amelyek az összes földi kőzet jelentős részét teszik ki. A kristálykémiai hasonlóság miatt sok szilikátban a vas helyettesíti a magnéziumot és részben a kalciumot. Ilyenkor a változó összetételű ásványok vastartalma általában a hőmérséklet csökkenésével növekszik.
Vas ásványok. A vas meglehetősen elterjedt a földkéregben - a földkéreg tömegének körülbelül 4,1% -át teszi ki (4. hely az összes elem között, 2. a fémek között). A köpenyben és a földkéregben a vas főként szilikátokban koncentrálódik, tartalma a bázikus és ultrabázikus kőzetekben jelentős, a savas és köztes kőzetekben alacsony.
Nagyszámú vastartalmú érc és ásvány ismert. Legnagyobb gyakorlati jelentőséggel bír a vörös vasérc (hematit, Fe2O3; legfeljebb 70% Fe-t tartalmaz), a mágneses vasérc (magnetit, FeFe2O4, Fe3O4; 72,4% Fe-t tartalmaz), a barna vasérc vagy limonit (goetit és hidrogoethit, illetve FeOOH, ill. FeOOH nH2O ). A goethit és a hidrogoethit leggyakrabban mállási kéregekben található, úgynevezett „vaskalapokat” képezve, amelyek vastagsága eléri a több száz métert. Lehetnek üledékes eredetűek is, a tavakban vagy a tengerek part menti területein kolloid oldatokból hullhatnak ki. Ebben az esetben oolitos, vagy hüvelyes, vasércek keletkeznek. Gyakran megtalálható bennük a vivianit Fe3(PO4)2·8H2O, amely fekete megnyúlt kristályokat és radiális aggregátumokat képez.
A vas-szulfidok a természetben is elterjedtek - pirit FeS2 (kén vagy vas-pirit) és pirrotit. Nem vasérc – piritből kénsavat állítanak elő, a pirrotit pedig gyakran tartalmaz nikkelt és kobaltot.
Oroszország a világon az első helyen áll a vasérckészletek tekintetében.
A tengervíz vastartalma 1·10–5–1·10–8%.
Egyéb gyakran előforduló vasásványok:

• A sziderit - FeCO3 - körülbelül 35% vasat tartalmaz. Sárgásfehér (piszkos esetben szürke vagy barna árnyalattal) színe van. Sűrűsége 3 g/cm³, keménysége 3,5-4,5 a Mohs-skálán.
• A Marcasite - FeS2 - 46,6% vasat tartalmaz. Sárga, sárgarézszerű, bipiramis alakú rombikus kristályok formájában fordul elő, sűrűsége 4,6-4,9 g/cm³, keménysége 5-6 a Mohs-skálán.
• A Löllingit - FeAs2 - 27,2% vasat tartalmaz, és ezüstfehér, bipiramis alakú rombikus kristályok formájában fordul elő. Sűrűsége 7-7,4 g/cm³, keménysége 5-5,5 a Mohs-skálán.
• Mispickel - FeAsS - 34,3% vasat tartalmaz. Fehér monoklin prizmák formájában fordul elő, sűrűsége 5,6-6,2 g/cm³ és keménysége 5,5-6 a Mohs-skálán.
• A melanterit – FeSO4 7H2O – kevésbé elterjedt a természetben, zöld (vagy a szennyeződések miatt szürke) monoklin kristályok, üveges fényűek és törékenyek. Sűrűsége 1,8-1,9 g/cm³.
• A vivianit - Fe3(PO4)2 8H2O - kék-szürke vagy zöldesszürke monoklin kristályok formájában fordul elő, sűrűsége 2,95 g/cm³ és keménysége 1,5-2 a Mohs-skálán.

Fő betétek

Az US Geological Survey (2011-es becslés) szerint a világ bizonyított vasérckészlete körülbelül 178 milliárd tonna. A fő vaslelőhelyek Brazíliában (1. hely), Ausztráliában, USA-ban, Kanadában, Svédországban, Venezuelában, Libériában, Ukrajnában, Franciaországban és Indiában találhatók. Oroszországban vasat bányásznak a Kurszki Mágneses Anomáliában (KMA), a Kola-félszigeten, Karéliában és Szibériában, Ukrajnában - Krivbass, Poltava régió, Kerch-félsziget. A közelmúltban jelentős szerephez jutottak az óceánfenéki lelőhelyek, amelyekben a vas a mangánnal és más értékes fémekkel együtt csomókban található.

Nyugta. Iparilag a vasat vasércből nyerik, főként hematitból (Fe2O3) és magnetitból (FeO Fe2O3).

A vas ércekből való kinyerésének többféle módja van. A leggyakoribb a tartományi folyamat.
A gyártás első szakasza a vas szénnel való redukálása nagyolvasztóban 2000 °C hőmérsékleten. A nagyolvasztóban a koksz formájú szenet, agglomerátum vagy pellet formájában lévő vasércet és a folyasztószert (például mészkövet) felülről táplálják be, és alulról kényszerített forró levegővel találkoznak velük.
A kemencében a koksz formájában lévő szén szén-monoxiddá oxidálódik. Ez az oxid égés során oxigénhiányban képződik:

A szén-monoxid viszont redukálja a vasat az ércből. A reakció felgyorsítása érdekében a felmelegített szén-monoxidot vas(III)-oxidon vezetik át:

Folyasztószert adnak hozzá, hogy megszabaduljanak a nem kívánt szennyeződésektől (elsősorban szilikátoktól, például kvarctól) a bányászott ércben. Egy tipikus folyasztószer mészkövet (kalcium-karbonát) és dolomitot (magnézium-karbonát) tartalmaz. Az egyéb szennyeződések eltávolítására más folyasztószereket használnak.
A fluxus (jelen esetben a kalcium-karbonát) hatása az, hogy hevítéskor oxidjára bomlik:

A kalcium-oxid szilícium-dioxiddal egyesül, salakot képezve - kalcium-metaszilikátot:

A salakot a szilícium-dioxiddal ellentétben kemencében olvasztják. A vasnál könnyebb salak lebeg a felületen - ez a tulajdonság lehetővé teszi a salak elválasztását a fémtől. A salak ezután felhasználható az építőiparban és a mezőgazdaságban. A nagyolvasztóban előállított olvadt vas meglehetősen sok szenet tartalmaz (öntöttvas). Az öntöttvas közvetlen felhasználása esetén további feldolgozást igényel.
A felesleges szenet és egyéb szennyeződéseket (kén, foszfor) oxidációval távolítják el az öntöttvasból nyitott kandallós kemencékben vagy konverterekben. Az elektromos kemencéket ötvözött acélok olvasztására is használják.
A nagyolvasztó eljárás mellett gyakori a közvetlen vasgyártás folyamata. Ebben az esetben az előzúzott ércet speciális agyaggal keverik össze, és így pelleteket képeznek. A pelleteket kiégetik és aknakemencében forró metán konverziós termékekkel kezelik, amelyek hidrogént tartalmaznak. A hidrogén könnyen redukálja a vasat:
,
ebben az esetben a vas nem szennyeződik olyan szennyeződésekkel, mint a kén és a foszfor, amelyek a szén gyakori szennyeződései. A vasat szilárd formában nyerik, majd elektromos kemencékben megolvasztják.
A kémiailag tiszta vasat sói oldatainak elektrolízisével nyerik.

Fizikai tulajdonságok

A vas egy tipikus fém, szabad állapotában ezüstös-fehér színű, szürkés árnyalattal. A tiszta fém képlékeny, a különféle szennyeződések (különösen a szén) növelik annak keménységét és törékenységét. Kifejezett mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. Gyakran megkülönböztetik az úgynevezett „vas triádot” - három fémből álló csoportot (vas Fe, kobalt Co, nikkel-Nikkel), amelyek hasonló fizikai tulajdonságokkal, atomi sugarak és elektronegativitás értékekkel rendelkeznek.
A vasat polimorfizmus jellemzi, négy kristálymódosulattal rendelkezik:

• 769 °C-ig α-Fe (ferrit) található testközpontú köbös ráccsal és ferromágneses tulajdonságokkal (769 °C ≈ 1043 K – a vas Curie-pontja);
• a 769–917 °C hőmérséklet-tartományban β-Fe található, amely csak a testközpontú köbös rács paramétereiben és a paramágnes mágneses tulajdonságaiban tér el az α-Fe-től;
• a 917–1394 °C hőmérséklet-tartományban γ-Fe (ausztenit) van, amelynek felülete középpontos köbös ráccsal rendelkezik;
• 1394 °C felett a δ-Fe testközpontú köbös ráccsal stabil.

A kohászat nem különbözteti meg a β-Fe-t külön fázisként, és az α-Fe egy változatának tekinti. Ha vasat vagy acélt a Curie-pont fölé hevítenek (769 °C ≈ 1043 K), az ionok hőmozgása felborítja az elektronok spin mágneses momentumainak orientációját, a ferromágnes paramágnesessé válik - másodrendű fázisátalakulás következik be, de a kristályok alapvető fizikai paramétereinek megváltozásával járó elsőrendű fázisátalakulás nem következik be.
A normál nyomású tiszta vas esetében a kohászat szempontjából a következő stabil módosítások vannak:

• abszolút nulláról 910 °C-ra a testközpontú köbös (bcc) kristályrács α-módosítása stabil;
• 910-től 1400 °C-ig stabil a γ-módosítás egy felületközpontú köbös (fcc) kristályrácstal;
• 1400 és 1539 °C között a δ módosítás testközpontú köbös (bcc) kristályrácstal stabil.

A szén és ötvözőelemek jelenléte az acélban jelentősen megváltoztatja a fázisátalakulások hőmérsékletét (lásd vas-szén fázisdiagram A szén α- és δ-vasban készült szilárd oldatát ferritnek nevezzük). Néha különbséget tesznek a magas hőmérsékletű δ-ferrit és az alacsony hőmérsékletű α-ferrit (vagy egyszerűen ferrit) között, bár ezek atomszerkezete azonos. A szén γ-vasban készült szilárd oldatát ausztenitnek nevezzük.

• A nagy nyomások tartományában (13 GPa felett, 128,3 ezer atm.) megjelenik az ε-vas hatszögletű szorosan tömörített (hcp) rácsos módosulata.

A polimorfizmus jelensége rendkívül fontos az acélkohászat számára. Az acél hőkezelése a kristályrács α-γ átmeneteinek köszönhető. E jelenség nélkül a vas, mint az acél alapanyaga nem kapott volna ilyen széles körű alkalmazást.
A vas közepesen tűzálló fém. A standard elektródpotenciálok sorozatában a vas a hidrogén előtt van, és könnyen reagál híg savakkal. Így a vas közepes aktivitású fém.
A vas olvadáspontja 1539 °C, forráspontja 2862 °C.

Kémiai tulajdonságok

Jellegzetes oxidációs állapotok

A vasat vasoxidációs állapotok jellemzik - +2 és +3.
A +2 oxidációs állapot a FeO fekete-oxidnak és a zöld-hidroxid Fe(OH)2-nek felel meg. Ezek alapvető természetűek. A sókban a Fe(+2) kationként van jelen. A Fe(+2) gyenge redukálószer.
A +3 oxidációs állapot a Fe2O3 vörösbarna oxidnak és a Fe(OH)3 barna hidroxidnak felel meg. Amfoter jellegűek, bár savasak, és bázikus tulajdonságaik gyengén kifejeződnek. Így a Fe3+ ionok savas környezetben is teljesen hidrolizálódnak. A Fe(OH)3 csak tömény lúgokban oldódik (és még akkor sem teljesen). A Fe2O3 csak olvadáskor lép reakcióba lúgokkal, így ferritek keletkeznek (a HFeO2 sav formális sói, amelyek szabad formában nem léteznek):

A vas (+3) leggyakrabban gyenge oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik.
A +2 és +3 oxidációs állapotok könnyen változnak egymás között, ha a redox körülmények megváltoznak.
Ezen kívül ott van a Fe3O4 oxid, a vas formális oxidációs állapota +8/3. Ez az oxid azonban vas(II)-ferritnek is tekinthető Fe+2(Fe+3O2)2.
Van egy +6-os oxidációs állapot is. A megfelelő oxid és hidroxid nem létezik szabad formában, de sókat kapnak - ferrátokat (például K2FeO4). A vas (+6) anion formájában van jelen bennük. A ferrátok erős oxidálószerek.

Vas(II)-vegyületek

A vas(II)-oxid FeO bázikus tulajdonságokkal rendelkezik a Fe(OH)2 bázisnak felel meg. A vas(II)-sók világoszöld színűek. Tároláskor, különösen nedves levegőn, a vas (III) oxidációja miatt barnulnak. Ugyanez a folyamat megy végbe a vas(II)-sók vizes oldatainak tárolásakor:

A vas(II)-sók közül a legstabilabb vizes oldatokban a Mohr-só – kettős ammónium- és vas(II)-szulfát (NH4)2Fe(SO4)26H2O.
A kálium-hexacianoferrát(III) K3 (vörösvérsó) reagensként szolgálhat az oldatban lévő Fe2+-ionokhoz. Amikor a Fe2+ és a 3− ionok kölcsönhatásba lépnek, kálium-vas (II) hexaciano-ferrát (III) (poroszkék) csapadék válik ki:

amely intramolekulárisan átrendeződik kálium-vas(III)-hexaciano-ferrát(II)-vé:

Az oldatban lévő vas (II) mennyiségi meghatározásához fenantrolin Phen-t használnak, amely széles pH-tartományban (4-9) egy vörös FePhen3 komplexet képez a vassal (II) (maximális fényelnyelés - 520 nm).

Vas(III)-vegyületek

A vas(III)-oxid Fe2O3 gyengén amfoter, ehhez a Fe(OH)2-nél is gyengébb bázis, a Fe(OH)3 párosul, amely reakcióba lép a savakkal:

A Fe3+ sók hajlamosak kristályos hidrátok képződésére. Ezekben a Fe3+ iont általában hat vízmolekula veszi körül. Ezek a sók rózsaszín vagy lila színűek.
A Fe3+ ion még savas környezetben is teljesen hidrolizálódik. pH > 4-nél ez az ion szinte teljesen kicsapódik Fe(OH)3 formájában:

A Fe3+ ion részleges hidrolízisével polinukleáris oxo- és hidroxokáció jön létre, ami miatt az oldatok megbarnulnak.
A vas(III)-hidroxid Fe(OH)3 alapvető tulajdonságai nagyon gyengén fejeződnek ki. Csak koncentrált lúgoldatokkal képes reagálni:

A keletkező vas(III) hidroxo-komplexei csak erősen lúgos oldatokban stabilak. Ha az oldatokat vízzel hígítjuk, azok megsemmisülnek, és Fe(OH)3 kicsapódik.
Lúgokkal és más fémek oxidjaival ötvözve az Fe2O3 különféle ferriteket képez:

Az oldatokban lévő vas(III)-vegyületeket fémvas redukálja:

A vas(III) képes kettős szulfátokat képezni egyszeresen töltött kationokkal, például timsóval, például KFe(SO4)2 - vas-kálium timsó, (NH4)Fe(SO4)2 - vas-ammónium timsó stb.
Az oldatban lévő vas(III)-vegyületek kvalitatív kimutatására Fe3+-ionok és szervetlen tiocianátok SCN− kvalitatív reakcióját alkalmazzák. Ebben az esetben élénkvörös tiocianát vaskomplexek 2+, +, Fe(SCN)3, - keveréke képződik. A keverék összetétele (és így színének intenzitása) számos tényezőtől függ, ezért ez a módszer nem alkalmazható a vas pontos minőségi meghatározására.
A Fe3+ ionok másik kiváló minőségű reagense a kálium-hexacianoferrát(II) K4 (sárga vérsó). Amikor Fe3+ és 4− ionok kölcsönhatásba lépnek, világoskék kálium-vas(III)-hexacianoferrát(II) csapadék képződik:

A Fe3+ ionok mennyiségét a vörös (enyhén savas környezetben) vagy sárga (enyhén lúgos környezetben) szulfosalicilsavval képzett komplexek képződése határozza meg. Ez a reakció a pufferek megfelelő kiválasztását igényli, mivel egyes anionok (különösen az acetát) vegyes komplexeket képeznek vassal és szulfosalicilsavval, saját optikai jellemzőkkel.

Vas(VI)-vegyületek

A ferrátok a H2FeO4 vassav sói, amely nem létezik szabad formában. Ezek ibolya színű vegyületek, amelyek oxidatív tulajdonságaiban permanganátokra, oldhatóságukban pedig szulfátokra emlékeztetnek. A ferrátokat gáz-halmazállapotú klór vagy ózon hatására Fe(OH)3 lúgos szuszpenzión állítják elő:

A ferrátok 30%-os lúgoldat vasanódon történő elektrolízisével is előállíthatók:

A ferrátok erős oxidálószerek. Savas környezetben oxigén felszabadulásával bomlanak:

A ferrátok oxidáló tulajdonságait a víz fertőtlenítésére használják.

Alkalmazás

A vas az egyik leggyakrabban használt fém, amely a globális kohászati ​​termelés 95%-át teszi ki.

• A vas az acélok és öntöttvasak fő alkotóeleme – a legfontosabb szerkezeti anyagok.
• A vas más fémeken – például nikkelen – alapuló ötvözetek része is lehet.
• A mágneses vas-oxid (magnetit) fontos anyag a hosszú távú számítógépes memóriaeszközök gyártásában: merevlemezek, hajlékonylemezek stb.
• Az ultrafinom magnetitport sok fekete-fehér lézernyomtatóban használják polimer szemcsékkel keverve festékként. Ez kihasználja a magnetit fekete színét és azt a képességét, hogy a mágnesezett továbbítóhengerhez tapadjon.
• Számos vasalapú ötvözet egyedülálló ferromágneses tulajdonságai hozzájárulnak ahhoz, hogy széles körben elterjedjenek az elektrotechnikában transzformátorok és villanymotorok mágneses magjaihoz.
• A vas(III)-kloridot (vas-kloridot) az amatőr rádiós gyakorlatban nyomtatott áramköri lapok maratására használják.
• A vas-szulfát-heptátot (vas-szulfátot) réz-szulfáttal keverve használják a kertészetben és az építőiparban a káros gombák leküzdésére.
• A vasat anódként használják vas-nikkel akkumulátorokban és vas-levegő akkumulátorokban.
• A vas- és vas-klorid vizes oldatait, valamint szulfátjait koagulánsként használják a természetes és szennyvizek tisztítási folyamataiban az ipari vállalkozások vízkezelésében.

A vas a D.I. Mengyelejev-féle kémiai elemek periódusos rendszerének negyedik periódusának 26-os atomszámú oldalsó alcsoportjának eleme. Fe (lat. Ferrum) jellel jelölik. Az egyik leggyakoribb fém a földkéregben (a második helyen az alumínium után). Közepes aktivitású fém, redukálószer.

Főbb oxidációs állapotok - +2, +3

Az egyszerű vas egy ezüst-fehér képlékeny fém, amely nagy kémiai reakcióképességgel rendelkezik: a vas gyorsan korrodál magas hőmérsékleten vagy magas páratartalom mellett a levegőben. A vas tiszta oxigénben ég, finoman eloszlatott állapotban levegőben spontán meggyullad.

Egy egyszerű anyag - vas - kémiai tulajdonságai:

Rozsdásodás és égés oxigénben

1) Levegőben a vas nedvesség jelenlétében könnyen oxidálódik (rozsdásodás):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

A forró vashuzal oxigénben ég, vízkő keletkezik - vas-oxid (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)

2) Magas hőmérsékleten (700-900°C) a vas reagál a vízgőzzel:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) A vas melegítés közben reagál nemfémekkel:

2Fe+3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)

4) A feszültségsorban a hidrogéntől balra van, reagál híg savakkal HCl és H 2 SO 4, és vas(II) sók képződnek és hidrogén szabadul fel:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (a reakciókat levegő hozzáférés nélkül hajtják végre, ellenkező esetben a Fe +2 oxigén hatására fokozatosan Fe +3-má alakul)

Fe + H 2 SO 4 (hígított) → FeSO 4 + H 2

Tömény oxidáló savakban a vas csak hevítésre oldódik fel, azonnal átalakul Fe 3+ kationná:

2Fe + 6H 2SO 4 (tömény) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (tömény) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(hideg, tömény salétrom- és kénsavban passziválni

A kékes réz-szulfát oldatba mártott vasszög fokozatosan vörös fémréz bevonattal lesz bevonva.

5) A vas kiszorítja a tőle jobbra található fémeket a sóik oldatából.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

A vas amfoter tulajdonságai csak koncentrált lúgokban jelennek meg forrás közben:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O= Na 2 ↓+ H 2

és nátrium-tetrahidroxoferrát(II) csapadék képződik.

Műszaki hardver- vas és szénötvözetek: az öntöttvas 2,06-6,67% C-t tartalmaz, acél 0,02-2,06% C, egyéb természetes szennyeződések (S, P, Si) és mesterségesen bevitt speciális adalékok (Mn, Ni, Cr) gyakran jelen vannak, ami a vasötvözetek műszakilag hasznos tulajdonságait - keménység, hő- és korrózióállóság, alakíthatóság stb. . .

Nagyolvasztó vasgyártási folyamata

Az öntöttvas előállítására szolgáló nagyolvasztó folyamat a következő szakaszokból áll:

a) szulfid- és karbonátércek előállítása (pörkölés) - oxidércvé átalakítás:

FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2800°C, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2500-600°C, -CO 2)

b) koksz égetése forró fúvással:

C (koksz) + O 2 (levegő) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (koksz) ⇌ 2 CO (700-1000 °C)

c) az oxidérc redukciója szén-monoxid CO-val egymás után:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) Haderő műszaki főtiszt →(CO) Fe

d) vas karburizálása (6,67% C-ig) és öntöttvas olvasztása:

Fe (t ) →(C(koksz)900-1200°C) Fe (folyékony) (öntöttvas, olvadáspont 1145°C)

Az öntöttvas mindig tartalmaz cementit Fe 2 C-t és grafitot szemcsék formájában.

Acélgyártás

Az öntöttvas acéllá való átalakítása speciális kemencékben történik (átalakító, kandallós, elektromos), amelyek a fűtési módban különböznek egymástól; folyamat hőmérséklete 1700-2000 °C. Az oxigénnel dúsított levegő befújása a felesleges szén, valamint a kén, foszfor és szilícium oxidok formájában történő kiégéséhez vezet az öntöttvasból. Ebben az esetben az oxidokat vagy kipufogógázok (CO 2, SO 2) formájában rögzítik, vagy könnyen elválasztható salakba kötődnek - Ca 3 (PO 4) 2 és CaSiO 3 keverékébe. Speciális acélok előállításához más fémek ötvöző adalékait vezetik be a kemencébe.

Nyugta tiszta vas az iparban - vassók oldatának elektrolízise, ​​például:

FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°С) (elektrolízis)

(vannak más speciális módszerek is, beleértve a vas-oxidok redukcióját hidrogénnel).

A tiszta vasat speciális ötvözetek gyártásában, elektromágnesek és transzformátorok magjának gyártásában, öntöttvasat - öntvény- és acélgyártásban, acélt - szerkezeti és szerszámanyagként használják, beleértve a kopás-, hő- és korrózióállókat is. azok.

Vas(II)-oxid F EO . Amfoter oxid, amely az alapvető tulajdonságok túlsúlya. Fekete, ionos szerkezetű Fe 2+ O 2- . Melegítéskor először lebomlik, majd újra képződik. Nem keletkezik, amikor a vas levegőben ég. Nem lép reakcióba vízzel. Savakkal lebomlik, lúgokkal összeolvad. Nedves levegőn lassan oxidálódik. Hidrogénnel és koksszal redukálva. Részt vesz a vasolvasztó nagyolvasztó folyamatában. Kerámiák és ásványi festékek összetevőjeként használják. A legfontosabb reakciók egyenletei:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)

FeO + 2HC1 (hígítva) = FeC1 2 + H 2 O

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

FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Na 4FeO3 (piros.) trioxoferrát(II)(400-500 °C)

FeO + H 2 =H 2 O + Fe (extra tiszta) (350°C)

FeO + C (koksz) = Fe + CO (1000 °C felett)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900°C)

4FeO + 2H 2 O (nedvesség) + O 2 (levegő) →4FeO(OH) (t)

6FeO + O 2 = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 °C)

Nyugta V laboratóriumok: vas(II)-vegyületek hőbomlása levegő hozzáférés nélkül:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)

divas(III)-oxid - vas( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Kettős oxid. Fekete, ionszerkezete Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Magas hőmérsékletig hőstabil. Nem lép reakcióba vízzel. Savakkal bomlik. Hidrogénnel, forró vassal redukálva. Részt vesz az öntöttvas gyártás nagyolvasztó folyamatában. Ásványi festékek összetevőjeként használják ( piros ólom), kerámia, színes cement. Acéltermékek felületének speciális oxidációjának terméke ( feketedés, elkékülés). A kompozíció barna rozsdának és sötét pikkelynek felel meg a vason. A Fe 3 O 4 bruttó képlet alkalmazása nem javasolt. A legfontosabb reakciók egyenletei:

2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (1538 °C felett)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8НС1 (dil.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (tömény) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (levegő) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 °C)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (extra tiszta, 1000 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800 °C)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)

Nyugta: vas égése (lásd) levegőben.

magnetit.

Vas(III)-oxid F e 2 O 3 . Amfoter oxid, túlnyomórészt alapvető tulajdonságokkal. Vörös-barna, ionos szerkezetű (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Magas hőmérsékletig hőstabil. Nem keletkezik, amikor a vas levegőben ég. Vízzel nem reagál, az oldatból Fe 2 O 3 nH 2 O barna amorf hidrát válik ki. Savakkal és lúgokkal lassan reagál. Csökkentett szén-monoxiddal, olvadt vassal. Más fémek oxidjaival egyesül és kettős oxidokat képez - spinellek(a műszaki termékeket ferriteknek nevezzük). Nyersanyagként használják öntöttvas olvasztásához a nagyolvasztó eljárásban, katalizátorként az ammónia előállításában, kerámiák, színes cementek és ásványi festékek összetevőjeként, acélszerkezetek termithegesztésénél, hanghordozóként és kép mágnesszalagokon, polírozószerként acélhoz és üveghez.

A legfontosabb reakciók egyenletei:

6Fe 2 O 3 = 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 °C)

Fe 2 O 3 + 6НС1 (dil.) → 2FeС1 3 + ЗН 2 O (t) (600°С,р)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (tömény) →H 2 O+ 2 NAFeO 2 (piros)dioxoferrát (III)

Fe 2 O 3 + MO=(M II Fe 2 II I)O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (extra tiszta, 1050-1100 °C)

Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)

3Fe 2 O 3 + CO = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 °C)

Nyugta laboratóriumban - vas(III)-sók hőbomlása levegőben:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)

A természetben - vas-oxid ércek vörösvasérc Fe 2 O 3 és limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

vas(II)-hidroxid F e(OH)2. Amfoter hidroxid, túlnyomórészt bázikus tulajdonságokkal. A fehér (néha zöldes árnyalatú) Fe-OH kötések túlnyomórészt kovalensek. Termikusan instabil. Levegőn könnyen oxidálódik, különösen nedves állapotban (sötétedik). Vízben oldhatatlan. Reagál híg savakkal és tömény lúgokkal. Tipikus reduktor. Köztes termék a vas rozsdásodásakor. A vas-nikkel akkumulátorok aktív tömegének gyártásához használják.

A legfontosabb reakciók egyenletei:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C, atm.N 2)

Fe(OH) 2 + 2HC1 (híg.) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (kék-zöld) (forrás)

4Fe(OH) 2 (szuszpenzió) + O 2 (levegő) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe(OH) 2 (szuszpenzió) +H 2 O 2 (hígítva) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + KNO 3 (tömény) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)

Nyugta: kicsapódás lúgokkal vagy ammónia-hidráttal készült oldatból inert atmoszférában:

Fe 2+ + 2OH (dil.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2(NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH 4

Vas metahidroxid F eO(OH). Amfoter hidroxid, túlnyomórészt bázikus tulajdonságokkal. A világosbarna, Fe-O és Fe-OH kötések túlnyomórészt kovalensek. Melegítéskor olvadás nélkül bomlik. Vízben oldhatatlan. Az oldatból kicsapódik barna amorf polihidrát Fe 2 O 3 nH 2 O formájában, amely híg lúgos oldat alatt tartva vagy szárításkor FeO(OH)-vá alakul. Reagál savakkal és szilárd lúgokkal. Gyenge oxidáló és redukálószer. Fe(OH) 2-vel szinterezve. Köztes termék a vas rozsdásodásakor. Sárga ásványi festékek és zománcok alapjaként, füstgázok elnyelőjeként és szerves szintézis katalizátoraként használják.

A Fe(OH)3 összetételű vegyület ismeretlen (nem került elő).

A legfontosabb reakciók egyenletei:

Fe2O3. nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C levegőn, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO(OH) + ZNS1 (híg.) = FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloid(NaOH (tömény))

FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH) 6 ]fehér, Na5 és K4 rendre; mindkét esetben azonos összetételű és szerkezetű kék ​​termék, a KFe III válik ki. A laboratóriumban ezt a csapadékot ún porosz kék, vagy turnbull kék:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

A kiindulási reagensek és reakciótermékek kémiai nevei:

K 3 Fe III – kálium-hexacianoferrát (III)

K 4 Fe III – kálium-hexacianoferrát (II)

КFe III - vas (III) kálium-hexaciano-ferrát (II)

Ezenkívül a Fe 3+ ionok számára jó reagens a tiocianát ion NСS -, a vas (III) kombinálódik vele, és élénkvörös („véres”) szín jelenik meg:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Ez a reagens (például KNCS-só formájában) még a vas (III) nyomait is képes kimutatni a csapvízben, ha áthalad a belül rozsdával bevont vascsöveken.

A vas közepes kémiai aktivitású fém. Számos ásvány része: magnetit, hematit, limonit, sziderit, pirit.

Limonite minta

A vas kémiai és fizikai tulajdonságai

Normál körülmények között és tiszta formájában a vas ezüstszürke szilárd anyag, fényes fémes fényű. A vas jó elektromos és hővezető. Ezt úgy lehet érezni, hogy hideg szobában megérint egy vastárgyat. Mivel a fém gyorsan vezeti a hőt, rövid időn belül elveszi a hő nagy részét az emberi bőrről, így amikor megérinti, fázik.

Tiszta vas

A vas olvadáspontja 1538 °C, forráspontja 2862 °C. A vas jellemző tulajdonságai a jó alakíthatóság és olvadhatóság.

Reagál egyszerű anyagokkal: oxigén, halogének (bróm, jód, fluor), foszfor, kén. A vas elégetésekor fém-oxidok képződnek. A reakciókörülményektől és a két résztvevő közötti aránytól függően a vas-oxidok változatosak lehetnek. Reakcióegyenletek:

2Fe + O2 = 2FeO;

4Fe + 3O2 = 2Fe2O3;

3Fe + 2O2 = Fe₃O4.

Az ilyen reakciók magas hőmérsékleten mennek végbe. Megtudhatja, milyen kísérleteket lehet otthon végezni a vas tulajdonságainak tanulmányozására.

A vas reakciója oxigénnel

A vas és az oxigén reakciójához előmelegítés szükséges. A vas vakító lánggal ég, forró vasszemcséket szórva szét. Ugyanez a vas és az oxigén reakciója megy végbe a levegőben is, amikor a mechanikai feldolgozás során a súrlódástól nagyon felforrósodik.

Amikor a vas oxigénben (vagy levegőben) ég, vaskő képződik. Reakció egyenlet:

3Fe + 2O2 = Fe₃O4

3Fe + 2O₂ = FeO Fe₂O3.

A vaskő olyan vegyület, amelyben a vas különböző vegyértékértékekkel rendelkezik.

Vas-oxidok előállítása

A vas-oxidok a vas és az oxigén kölcsönhatásának termékei. Ezek közül a leghíresebbek a FeO, Fe2O3 és Fe3O4.

A vas(III)-oxid Fe₂O₃ narancsvörös por, amely a vas levegőben történő oxidációjával képződik.

Az anyag a vas(III)-vassó levegőben, magas hőmérsékleten történő bomlásával jön létre. Egy kis vas(III)-szulfátot öntünk egy porcelán tégelybe, majd egy gázégő tüzén hevítjük. A hőbomlás során a vas-szulfát kén-oxiddá és vas-oxiddá bomlik.

Vas(II, III)-oxid Fe₃O₄ keletkezik, amikor a vaspor oxigént vagy levegőt éget el. Az oxid előállításához nátrium- vagy kálium-nitráttal kevert kis finom vasport öntünk egy porcelántégelybe. A keveréket gázégővel meggyújtják. Hevítéskor a kálium- és nátrium-nitrátok lebomlanak, és oxigén szabadul fel. A vas oxigénben ég, és Fe₃O4-oxid keletkezik. Az égés befejezése után a keletkező oxid a porcelánpohár alján marad vaskő formájában.

Figyelem! Ne próbálja meg ismételni ezeket a kísérleteket!

A vas(II)-oxid FeO egy fekete por, amely akkor képződik, amikor a vas-oxalát inert atmoszférában bomlik.