D- prvky Železo
12. 12. 2021
Umiestnenie v PSP
- D- prechodný prvok
- VIII.B skupina, 8.skupina
- 4.perióda
Elektrónová konfigurácia
- Úplná-- 26 Fe: 1s22s22p63s23p64s2 3d6
- Skrátená- 26 Fe: [18Ar]4s2 3d6
Výskyt
- S niklom tvorí jadro Zeme
- V čistom stave- minimálne, v meteroritoch
- V zlúčeninách
- Oxidy- Hematit (Fe2O3 ), Magnetit (Fe3O4 ), limonit (Fe2O3.xH2O)
- Sulfidy - Pyrit (FeS2)
- Uhličitany- Siderit (FeCO3)
Význam
- Biogénny makroprvok
- Súčasť hemoglobínu a iných biologických významných látok
Zdroj
- vnútornosti pečeň, srdce, mäso, strukoviny, listová zelenina, paradajky
- Vstrebávanie v tele zlepšuje vitamín C, bielkoviny, cukry, zhoršuje mlieko, káva, čaj, vlákniny
Výroba
- Vo vysokej peci ( 30-50m vysoká, 7-10m široká, zo žiaruvzdorného materiálu, zvonku chladená, funguje nepretržite niekoľko rokov, po vychladení sa musí vyrobiť nová)
- Zo železných rúd ( hematit, magnetit)- vopred sa pražia a homogenizujú- zmiešanie rúd pre dosiahnutie priemerného obsahu Fe
- Redukciou priamo uhlíkom alebo nepriamo oxidom uhoľnatým
Deje v peci
1. Naplnenie pece zmesou železnej rudy, vápenca a koksu
- Jej pokles a vysušenie
- železná ruda- zdroj železa
- vápenec- troskotvorná prísada, troska chráni železo pred oxidáciou
- koks – palivo
2. Termický rozklad vápenca ( 500-1000°C)
CaCO3 → CaO + CO2
- Nepriama redukcia železa oxidom uhoľnatým (900°C)
Fe2O3 + CO→ 2FeO + CO2
FeO+ CO→ Fe + CO2
4. Priama redukcia železa
- Vznik najväčšieho množstva železa
- v spodnej časti pece
- Uhlík preniká do železa
FeO + C→ Fe + CO
CO →C + CO2
5.zhromažďovanie surového železa (1800°C)
- Na povrchu železa troska
- zmes nečistôt, vzniká reakciou oxidov v troskotvorných prísadách
CaO + SiO2 → CaSiO3
6. Vypustenie surového železa odpichnutím
- Každú 4-6hodín, denne 10000 ton
Surové železo
- Zliatina železa s C, Si, Mn, P
- Tvrdé, krehké, nekujné
- Obsahuje 2-4% uhlíka
- Výroba radiátorov, kotlov, pecí
Skujňovanie železa
- úprava surového železa na oceľ
- Pôsobením kyslíka sa znižuje obsah uhlíka pod 1,7%
- Dodáva sa tvarovateľnosti
- V konvektoroch a elektrických peciach
Oceľ
- Kujná, tvarovateľná
- Zliatina železa s inými prvkami( Cr, Ni, V, W)
Úprava ocele
- Legovanie ocele ( zušľachťovanie)
- pridávanie kovov a vylepšovanie vlastností (Cr, Ni- nehrdzavejúca oceľ( Cr- tvrdosť, Ni- tvarovateľnosť, W- žiaruvzdornosť)
- Kalenie ocele
- Prudké chladenie ocele
- Získanie tvrdosti, no oceľ krehkejšia
- Popúšťanie
- Zahrievanie na predpísanú teplotu
- Získanie tvrdosti a pružnosti
Vlastnosti
- Fyzikálne
- Striebrolesklý mäkký a kujný
- Kovový prvok
- Feromagnetické vlastnosti( do 798°C)
- Chemické
Reaktívnosť
- Pri nižších teplotách nereaktívne( pri vyšších s O2 , S, Cl2)
- V koncentrovanej kyseline sírovej a dusičnej sa pasivuje
- S inými kyselinami reaguje za vzniku soli
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
- S alkalickými hydroxidmi nereaguje
- Oxidačné čísla II a III( stabilnejšie III)
Korózia
- Fyzikálno-chemická reakcia medzi kovom a prostredím, pričom dochádza k trvalej zmene vlastnosti kovu
Typy korózie
- chemická- pôsobením kyslíka v elektricky nevodivom prostredí
- elektrochemická- pôsobením O2, H2O, H3O+, elektricky vodivé prostredie
- Voda elektrolyt a kov elektróda
- Vznik lokálneho galvanického článku ( počas elektrolytických dejov sa kov rozpúšťa)
Sumárna rovnica korózie železa 4Fe + 3O2 + 2xH2O → 2Fe2O3. xH2O
Ochrana pred koróziou
- Nátery- Vopred potrebné povrch očistiť alebo použiť náter reagujúci priamo s hrdzou
- Galvanické pokovovanie- Nanášanie vrstvy iného kovu na povrch ( Ni, Cr, Cu)
- Pasivácia- Tvorba ochrannej vrstvy na povrchu kovu ponorením do koncentrovaných kyselín
Zlúčeniny železa
FeO
- Oxid železnatý
- Medziprodukt pri výrobe železa
- pigment, šperky( leští sa na sivú farbu, no krehký)
- Nestabilný, disproporciuje na oxid železnato- železitý a železo
Fe2O3
- Oxid železitý
- Hematit
- Farbivo
Fe3O4
- Oxid železnato-železitý FeO. Fe2O3
- Magnetit
FeCl3. 6H2O
- Hexahydrát síranu železitého
- Čiernohnedá silno hygroskopická látka
- Moridlo
- katalyzátor v organickej chémii
FeSO4. 7H2O
- Heptahydrát síranu železnatého
- zelená skalica
- morenie dreva, atrament, herbicíd
FeCO3
- Uhličitan železnatý
- Siderit
- Pri pretekaní vody sideritom vzniká Fe(HCO3)2 - súčasť železitých vôd
- Po zoxidovaní kyslíkom na Fe2O3. xH2O- hrdzavý zákal na pohári
Fe(NH4)2(SO4)2. 6H2O
- Hexahydrát síranu amónno- železnatého
- mohrova soľ
- Moridlo a v analytickej chémii
Komplexné zlúčeniny železa
- dôkaz Fe2+ a Fe3+
- Výroba atramentu a náterových hmôt
K4[Fe(CN)6].3H2O
- Trihydrát hexakyanoželeznatanu draselného
- žltá krvná soľ
K3 [Fe(CN)6].3H2O
- Trihydrát hexakyanoželezitanu draselného
- červená krvná soľ
Ferrity
- Zmesi oxidov Fe, Ba, Sr
- magnety
