Презентация по теме Железо(Fe) химический элемент периодической таблицы Д. И. Менделеева
Железо Геохимия железа Происхождение названия Физические свойства Изотопы Применение
Желе зо(Fe) Желе зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Простое вещество железо (CAS-номер: 7439 -89 -6) — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. На самом деле железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0, 8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2, 14 вес. % углерода) и чугун (более 2, 14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др. ). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека. В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4, 65 % (4 -е место после O, Si, Al). Считается также, что железо составляет бо льшую часть земного ядра.
Происхождение названия Имеется несколько версий происхождения славянского слова «железо» (белор. жалеза, укр. залізо, ст. слав. желѣзо, болг. желязо, сербохорв. жељезо, польск. żelazo, чеш. železo, словен. železo). Одна из этимологий связывает праслав. *želězo с греческим словом χαλκός, что означало железо и медь, согласно другой версии *želězo родственно словам *žely «черепаха» и *glazъ «скала» , с общей семой «камень» . Третья версия предполагает древнее заимствование из неизвестного языка. Романские языки (итал. ferro, фр. fer, исп. hierro, порт. ferro, рум. fier) продолжают лат. ferrum. Латинское ferrum (< *ferzom), скорее всего, заимствовано из какого-то восточного языка, скорее всего из финикийского. Ср. ивр. barzel шумерск. barzal, ассирийск. Parzilla. Германские языки заимствовали название железа (готск. eisarn, англ. iron, нем. Eisen, нидерл. ijzer, дат. jern, швед. järn) из кельтских. Пракельтское слово *isarno- (> др. -ирл. iarn, др. -брет. hoiarn), вероятно, восходит к пра-и. е. *h 1 esh 2 r-no- «кровавый» с семантическим развитием «кровавый» > «красный» > «железо» . Согласно другой гипотезе данное слово восходит к пра-и. е. *(H)ish 2 ro- «сильный, святой, обладающий сверхъестественной силой» . Древнегреческое слово σίδηρος, возможно, было заимствовано из того же источника, что и славянское, германское и балтийское слова для серебра. Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от лат. sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения. Возможно, это совпадение не случайно. В частности древнегреческое слово сидерос (σίδηρος) для железа и латинское sidus, означающее «звезда» , вероятно, имеют общее происхождение.
Изотопы Природное железо состоит из четырех стабильных изотопов: 54 Fe (изотопная распространённость 5, 845 %), 56 Fe (91, 754 %), 57 Fe (2, 119 %) и 58 Fe (0, 282 %). Так же известно более 20 нестабильных изотопов железа с массовыми числами от 45 до 72, наиболее устойчивые из которых — 60 Fe (период полураспада по уточнённым в 2009 году данным составляет 2, 6 миллиона лет), 55 Fe (2, 737 года), 59 Fe (44, 495 суток) и 52 Fe (8, 275 часа); остальные изотопы имеют период полураспада менее 10 минут. Изотоп железа 56 Fe относится к наиболее стабильным ядрам: все следующие элементы могут уменьшить энергию связи на нуклон путём распада, а все предыдущие элементы, в принципе, могли бы уменьшить энергию связи на нуклон за счёт синтеза. Полагают, что железом оканчивается ряд синтеза элементов в ядрах нормальных звёзд (см. Железная звезда), а все последующие элементы могут образоваться только в результате взрывов сверхновых.
Геохимия железа Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа вземной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %. Из металлов железо уступает по распространённости в коре только алюминию. При этом в ядре находится около 86 % всего железа, а в мантии 14 %. Содержание железа значительно повышается в изверженных породах основного состава, где оно связано с пироксеном, амфиболом, оливином и биотитом. В промышленных концентрациях железо накапливается в течение почти всех экзогенных и эндогенных процессов, происходящих в земной коре. В морской воде железо содержится в очень малых количествах 0, 002 – 0, 02 мг/л. В речной воде несколько выше – 2 мг/л.
Физические свойства Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристобелого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую «триаду железа» — группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности. Для железа характерен полиморфизм, он имеет четыре кристаллические модификации: до 769 °C существует α-Fe (феррит) с объёмноцентрированной кубической решёткой и свойствами ферромагнетика (769 °C ≈ 1043 K — точка Кюри для железа) в температурном интервале 769— 917 °C существует β-Fe, который отличается от α-Fe только параметрами объёмноцентрированной кубической решётки и магнитными свойствами парамагнетика в температурном интервале 917— 1394 °C существует γ-Fe (аустенит) с гранецентрированной кубической решёткой выше 1394 °C устойчиво δ-Fe с объёмоцентрированной кубической решёткой
Металловедениетне выделяет β-Fe как отдельную фазу, и рассматривает её как разновидность α-Fe. При нагреве железа или стали выше точки Кюри (769 °C ≈ 1043 K) тепловое движение ионов расстраивает ориентацию спиновых магнитных моментов электронов ферромагнетик становится парамагнетиком — происходит фазовый переход второго рода, но фазового перехода первого рода с изменением основных физических параметров кристаллов не происходит. Для чистого железа при нормальном давлении, с точки зрения металловедения, существуют следующие устойчивые модификации: От абсолютного нуля до 910 °C устойчива α-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой. От 910 до 1400 °C устойчива γ-модификация с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической решёткой. От 1400 до 1539 °C устойчива δ-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой. Наличие в стали углерода и легирующих элементов существенным образом изменяет температуры фазовых переходов (см. фазовую диаграмму железо — углерод). Твёрдый раствор углерода в α- и δ-железе называется ферритом. Иногда различают высокотемпературный δ-феррит и низкотемпературный α-феррит (или просто феррит), хотя их атомные структуры одинаковы. Твёрдый раствор углерода в γ-железе называется аустенитом.
Применение Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства. Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых. Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Ультрадисперсный порошок магнетита используется в чернобелых лазерных принтерах в качестве тонера. Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей. Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат. Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах , железо-воздушных аккумуляторах. Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.
Скачать презентацию по теме Железо Fe химический элемент периодической таблицы
железо.pptx