Iron- metal, čija upotreba u industriji i svakodnevnom životu praktički nema granica. Udio željeza u svjetskoj proizvodnji metala je oko 95%. Njegova upotreba, kao i svaki drugi materijal, određena je određenim svojstvima.

Gvožđe je odigralo veliku ulogu u razvoju ljudske civilizacije. Primitivni čovjek je počeo koristiti željezno oruđe nekoliko milenijuma prije Krista. U to vrijeme, jedini izvor ovog metala bili su meteoriti koji su pali na Zemlju, a koji su sadržavali prilično čisto željezo. To je izazvalo legende među mnogim narodima o nebeskom poreklu gvožđa.

Sredinom 2. milenijuma pne. U Egiptu je savladano vađenje željeza iz željeznih ruda. Smatra se da je to označilo početak gvozdenog doba u istoriji čovečanstva, koje je zamenilo kameno i bronzano doba. Međutim, već prije 3-4 hiljade godina, stanovnici sjevernog Crnog mora - Kimerijci - topili su željezo iz močvarne rude.

Gvožđe do danas nije izgubilo na značaju. Ovo je najvažniji metal moderne tehnologije. Zbog svoje niske čvrstoće, željezo se praktički ne koristi u svom čistom obliku. Međutim, u svakodnevnom životu proizvodi od čelika ili lijevanog željeza često se nazivaju "gvožđem". Uostalom, važni konstrukcijski materijali - čelici i liveno gvožđe - su legure gvožđa i ugljika. Od njih se izrađuje veliki izbor predmeta.

Osmougaoni postament spomenika knezu Vladimiru zidan je ciglom i obložen livenim gvožđem.

Prototip gigantske strukture Atomiuma u Briselu bio je model željezne kristalne rešetke. Nakon rekonstrukcije, Atomijum je ponovo otvoren za javnost. Originalna obloga svake lopte od 240 m2 bila je napravljena od 720 trouglastih aluminijskih ploča. Sada ih je zamijenilo 48 ploča od nehrđajućeg čelika.

Osim toga, željezo može biti komponenta legura na bazi drugih metala, poput nikla. Magnetne legure takođe sadrže gvožđe.

Stvoreni su materijali na bazi željeza koji mogu izdržati visoke i niske temperature, vakuum i visoki pritisci. Uspješno podnose agresivna okruženja, naizmjenični napon, radioaktivno zračenje itd.

Proizvodnja željeza i njegovih legura stalno raste. Ovi materijali su univerzalni, tehnološki napredni, dostupni i jeftini u velikim količinama. Sirovinska baza željeza je prilično velika. Već istražene rezerve željezne rude trajat će najmanje dva vijeka. Stoga će željezo dugo ostati „temelj“ civilizacije.

Željezo se dugo koristilo kao umjetnički materijal u Egiptu, Mesopotamiji i Indiji. Od srednjeg vijeka sačuvani su brojni visokoumjetnički proizvodi od željeznih legura. Moderni umjetnici također naširoko koriste legure željeza. Materijal sa sajta

Među brojnim umjetničkim proizvodima ne može se izostaviti iz vida „Dlan Mertsalova“ - umjetničko djelo ukrajinskih majstora. Kovao ga je Aleksej Mertsalov u Yuzovsky metalurškoj fabrici 1886. Priznata je kao vrijedna Grand Prixa Sveruske industrijske i umjetničke izložbe u Nižnjem Novgorodu. Godine 1900. "Palma Mertsalova", kao dio izložbe Yuzovsky, dobila je najvišu nagradu na Svjetskoj izložbi u Parizu.

I u 21. veku. Teško je pronaći industriju koja ne koristi željezo. Njegova važnost nije smanjena sa prelaskom mnogih funkcija metala na sintetičke materijale koje stvara hemijska industrija.

Aplikacija

Gvožđe i njegove legure su najvažniji konstruktivni materijali u tehnologiji i industrijskoj proizvodnji. Gotovo sve konstrukcije u mašinstvu i teškoj industriji izrađuju se od legura gvožđa i ugljenika. Automobili, kamioni, alatne mašine, željeznice, trupovi i pogonski sistemi brodova - sve je to uglavnom od čelika. Obim proizvodnje čelika je jedna od glavnih karakteristika opšteg tehničko-ekonomskog nivoa razvoja države. Čelik čini oko 95% svih metalnih proizvoda.

Gvožđe može biti dio legura na bazi drugih metala - na primjer, nikla. Magnetni željezni oksid je važan materijal u proizvodnji dugotrajnih računarskih memorijskih uređaja: tvrdih diskova, disketa itd. Gvožđe je takođe uključeno u većinu magnetnih legura.

Gvožđe hlorid III (gvozdeni hlorid) se koristi u radioamaterskoj praksi za jetkanje štampanih ploča. Željezni sulfat dekahidrat (gvozdeni sulfat) pomešan sa bakar sulfatom koristi se za suzbijanje štetnih gljivica u vrtlarstvu i građevinarstvu. Gvožđe se koristi kao anoda u gvožđe-nikl baterijama i gvožđe-vazduh baterijama.

O svojstvima gvožđa

U knjizi profesora V.S. Meskina o proizvodnji visokokvalitetnog čelika možete pročitati: „Tehnička svojstva hemijski čistog gvožđa su još uvek nepoznata, jer se do sada hemijski čisto gvožđe nije dobijalo čak ni u laboratorijskim uslovima.“ Neverovatno, zar ne? U svijetu se godišnje proizvedu stotine miliona tona čelika, a ispostavilo se da ljudi ne vide čisto željezo.

Mnogi ranije dobijeni podaci o strukturi i svojstvima željeza i njegovih legura su zastarjeli, jer su utvrđeni na nedovoljno čistim uzorcima. Mehanička, električna i hemijska svojstva čistog gvožđa razlikuju se od svojstava komercijalnog gvožđa. Stoga je za metalurge veoma važno da dobiju najčistije kristale metala i prouče njihova svojstva. Sada se postavljaju temelji nauke o metalu za željezo i čelik posebno visoke čistoće, što će nesumnjivo utjecati na različita područja tehnologije. Dopisni član Akademije nauka SSSR-a E. M. Savitsky vjerovao je da je sva nova tehnologija izgrađena na novootkrivenim svojstvima materijala.

Proučavajući čisto gvožđe, otkrili smo da ono ima dobra magnetna svojstva. Njegova magnetna permeabilnost je desetine puta veća od one običnog tehnički čistog gvožđa, koje sadrži oko 0,665% nečistoća. Koercitivna sila je niža od one kod komercijalno čistog željeza. Ovo se objašnjava činjenicom da je navedena imovina u najviši stepen osjetljiv na najmanje izobličenje kristalne rešetke uzrokovano nečistoćama. Čisto gvožđe je veoma otporno na koroziju. Ostala svojstva se mnogo manje mijenjaju s povećanjem čistoće željeza.

Govoreći o čistom gvožđu, zanimljivo je da se u prirodi, pored zlatnih i platinastih grumenova, nalazi i samorodno gvožđe. Spominje se u „Komercijalnom rječniku” V. Levshina (1789): „Ovo je naziv željeza, potpuno pripremljenog od prirode u utrobi zemlje i potpuno pročišćenog od stranih supstanci toliko da se od njega može iskovati svakakva stvar. bez pretapanja.G.Ruel ga je primio preko istoka - indijska kompanija, komad tako autohtonog gvožđa iz Senegala, gde se nalazi u velikim blokovima.Ovaj učeni hemičar ga je iskovao u šipke i otkrio da je sposoban za svaki zanat bez topljenja. U Sibiru se prirodno gvožđe nalazi na mnogim mestima."

Pojava prirodnih metala na površini planete i dalje je jedna od najzbunjujućih misterija prirode. Geolozi vjeruju da je lakše pronaći grumen zlata ili platine nego čisto željezo. Svako takvo otkriće smatra se senzacijom. Godine 1982. ekspedicija sovjetskih geologa u ograncima lanca Kurama u Kirgistanu otkrila je prirodni krom rasut u sićušnim kuglicama u magmatskim stijenama, a u blizini su se nalazila ležišta prirodnog željeza, kohenita i musanita - također rijetkih minerala. Duboko porijeklo grumenova potvrđeno je analizom izotopa. Grumenčići su se formirali na dubini od oko 60 kilometara i bili su odneseni uvis uz pomoć toka magme.

U prirodi postoje još dvije vrlo rijetke prirodne legure željeza i nikla: avarust (FeNi 2) i jozefenit (Fe 3 Ni 5), koje se nalaze u obliku granula i sitnih kamenčića. Prirodno željezo je vrlo rijetko i stoga nema praktičan značaj. Za razliku od meteoritskog gvožđa, koje uvek sadrži relativno veliku količinu nikla, prirodno gvožđe nema više od 2% nikla, ponekad i do 0,3% kobalta, oko 0,4% bakra i do 0,1% platine; obično je veoma siromašno ugljenikom.

Međutim, pod određenim uvjetima dolazi i do stvaranja prirodnog lijevanog željeza, na primjer zbog kontakta vrućeg ugljika sa željeznom rudom. Godine 1905. geolog A. A. Inostrantsev otkrio je male nakupine prirodnog livenog gvožđa u obliku lima na području ostrva Ruski na Dalekom istoku, koje se nalazi na dubini od 30 - 40 metara ispod kamenih stijena morske obale. Uzorci lijevanog željeza prikupljeni kroz bušotinu sadržavali su oko 3,2% ugljika, 1,55% silicija i 0,66% mangana.

Formiranje prirodnog gvožđa u zemljine kore povezan sa procesima očvršćavanja magme. Kao rezultat toga, oslobađa se iz željeznih oksida ili sulfida procesi oporavka, koji se javlja u prisustvu ugljenika u magmi. Stoga se zajedno sa prirodnim gvožđem nalazi mineral kohenit - gvožđe-nikl karbid (FeNiCO) 3 C. Prema A. A. Inostrantsev-u, autohtono liveno gvožđe sa ostrva Rusko nastalo je kao rezultat erupcije vatrenog tečnog toka stene. - kvarcni porfir na površini izloženih slojeva uglja, među kojima je bilo nekoliko slojeva željezne rude. U prisustvu ovog prirodnog naboja, pod uticajem visokih temperatura i bez pristupa vazduha, iz uglja su se oslobađali ugljovodonici i ugljen monoksid. Ova jedinjenja su hemijski reagovala sa slojevima željezne rude, pretvarajući ih u masu livenog gvožđa.

Koji stepen čistoće gvožđa je postignut ovih dana? Najčišće karbonil željezo sadrži samo 0,00016% nečistoća. Je li ovo previše? Čuveni gvozdeni stub u Delhiju, poznat po čistoći gvožđa, sadrži 0,28000% nečistoća, odnosno 1750 puta više.

Crystal D.K. Chernova

Čuveni ruski metalurg D.K. Černov, osnivač metalurgije gvožđa, razvijao je teoriju i strukturu čeličnog ingota. U tu svrhu prikupio je kolekciju željeznih kristala. Samo rijetki kristali koje je pronašao u ingotima dostizali su dužinu od 5 milimetara, dok je većina imala dužinu do 3 milimetra i širinu od 1 do 1,5 milimetara. Ponekad je bilo dobro razvijenih kristala vrlo tankih obrisa, ali tako malih veličina da su bili jasno vidljivi samo uz povećanje od 100 - 150 puta.

Najvredniji u ovoj kolekciji bio je čuveni „kristal D.K. Chernov“. Istorija ovog jedinstvenog kristala je sljedeća.

Kapetan Mornaričke artiljerije Bersenev, poslan u Englesku kao prijemnik u velikoj metalurškoj tvornici, pronašao je ogroman kristal u gomili čeličnog otpada u punktu. Kako smo saznali, kristal je izrastao u čeličnom ingotu od sto tona. Uprava fabrike je dragovoljno dala kristal Bersenevu, koji ga je dao svom učitelju Černovu, koji je pažljivo ispitao jedinstveni kristal. Ispostavilo se da je njegova masa 3 kilograma 450 grama, dužine 39 centimetara, hemijski sastav: 0,78% ugljenik, 0,255% silicijum, 1,05% mangan, 97,86% gvožđe.

Manju granu ovog dvostrukog kristala, izrezanu na nekoliko dijelova, sveobuhvatno je proučavao ne samo D.K. Chernov, već i drugi metalurzi. Kristal je poslužio kao predmet za niz daljih studija i naučnih izvještaja Černova i drugih ruskih i stranih naučnika. Sada je na Vojnotehničkoj akademiji po imenu. Dzeržinskog u Moskvi.

I danas su pronađeni džinovski kristali. Nekad davno tokar u metalurškom kombinatu po imenu. Serov je, dok je obrađivao valjak, vidio ogroman plavo-crni metalni kristal u šupljini za skupljanje odljevka. Imao je oblik drveta sa razgranatom krošnjom. Novi "kristal D.K. Chernov" bio je visok oko 400 milimetara. Nešto kasnije, prilikom obrade još jedne rolne, otkriven je sličan crni kristal.

Moderna nauka o metalu nije ograničena na proučavanje pronađenih kristala, već traži načine da ih dobije umjetno. Do danas su već razvijene metode za uzgoj monokristala gotovo svih metala i mnogih legura. U monokristalnom stanju otkrivena su nova svojstva poznatih metala - gvožđa, volframa, nikla, molibdena. Pokazalo se da čisti monokristali imaju dobra fizička svojstva. Na primjer, monokristali željeza visoke čistoće stiču visoku plastičnost do temperatura tekućeg helijuma (-269 ° C).

Posebno privlače pažnju takozvani metalni brkovi - najtanji kristali nalik na niti, debljine svega nekoliko mikrona, ali velike čvrstoće. Redukcijom iz željeznog hlorida ili bromida izrasli su brkovi ovog metala do 10 centimetara dužine i do 1 milimetar u prečniku. Vlačna čvrstoća takvih željeznih brkova je do 12 - 13 GPa, dok se čelik vlačne čvrstoće od 1500 - 2000 MPa smatra visokočvrstim, a čelik čvrstoće od 2000 MPa smatra se super jakim.

Gvozdeni brkovi imaju i druga interesantna svojstva. Njihova koercitivna sila iznosi 500 Oe, dok najbolje magnetne legure imaju 250 Oe, a čisto gvožđe 1 Oe. Kada se oksidiraju u struji čistog kiseonika za 100 minuta na vister kristalima, oksidovani sloj je 1 mikron, a kod običnog gvožđa 20 minuta sloj 4,5 mikrona.

Rendgenska strukturna analiza pomogla je da se razotkriju razlozi za divna svojstva „brkova“ - to su bili „idealni“ monokristali čistog gvožđa bez defekata. Odsustvo nedostataka na "brkovima" objašnjeno je posebnošću njihovog rasta i male veličine. Tako su brzo rasli da nedostaci nisu imali vremena da se pojave: nije bilo ni vremena ni prostora.

Snaga brkova ovisi o njihovoj veličini. Da bi čvrstoća bila znatno veća od uobičajene, potrebno je koristiti kristale prečnika manjeg od 10 mikrona. Ova zavisnost je dokazana na primjeru kristala željeza u obliku brkova.

Stoga je još uvijek moguće praktično iskoristiti ogromnu snagu brkova samo u posebnim slučajevima, ako, na primjer, izrađujete pređu ili tkaninu za posebne namjene. Međutim, uloga monokristala u modernoj tehnologiji raste. Oni pronalaze nova područja primjene.

Za posebne uređaje i strukture koriste se ne samo poluproizvodi od metalnih monokristala u obliku trake, šipki, žice, već i sami kristali. To je zbog niza prednosti monokristala vatrostalnih metala u odnosu na odgovarajuće polikristale: visoka plastičnost, kompatibilnost sa različitim medijima (pare alkalnih metala, toksična goriva), otpornost na rekristalizaciju do temperatura topljenja, visoka stabilnost strukture i svojstava pod različiti vanjski utjecaji, visoka otpornost na puzanje do temperatura topljenja.

Tako je nastala ideja da se napravi proizvod od cijelog kristala. Na primjer, čvrstoća i otpornost na toplinu turbinskih lopatica određuju borbene performanse aviona i efikasnost energetskih sistema. U legurama otpornim na toplinu, od kojih se obično lijevaju oštrice, najranjivija točka su granice između zrna.

Poseban proces lijevanja s usmjerenom kristalizacijom omogućio je dobivanje oštrica iz jednog kristala - oni izdržavaju dvostruko više toplinskih udara od konvencionalnih.

Sada monokristali više nisu laboratorijska rijetkost. Uzimajući u obzir potrebe mnogih grana tehnologije, industrijska proizvodnja monokristala raste.

Gvozdeni magnet

Svi metali su sposobni za magnetizaciju u jednom ili drugom stepenu. Međutim, metali koji su najosjetljiviji na to su željezo, nikal, kobalt i gadolinijum. Mnoge legure ovih metala su dobro magnetizirane: čelik, lijevano željezo i druge, koje se nazivaju feromagnetne legure.

Sposobnost da vas magnet privlači i da sami budete magnet je jedna od njih neverovatna svojstvažlezda. Fenomen magnetizma poznat je od davnina. Reč magnetizam potiče od imena planine Magnezije u Maloj Aziji. Ovdje je bilo bogato ležište magnetne željezne rude. Magnetizam je dobio praktičnu primenu mnogo ranije nego što je počeo. Naučno istraživanje. Mornari već dugo koriste kompas s magnetskom iglom.

Fenomen magnetizma sa dugo vremena izaziva interesovanje. IN stara knjiga“Spektakl prirode i umjetnosti” (1784) se začudio: “Divno je kako magnet daje gvožđu moć da privuče ili podigne drugo željezo.”

Drevni mislioci proučavali su misteriozne osobine magnetnog kamena. Čak i tada su pokušavali pronaći praktičnu primjenu za to, na primjer, za liječenje ljudi.

Naučno proučavanje magnetizma počelo je proizvodnjom magneta. Godine 1755. švicarski draguljar Dietrich napravio je prvi magnet potkovice. Elektromagnet sa gvozdenim jezgrom izumeo je 1823. godine samouki sin engleskog obućara Sturgeon. Njegov magnet se sastojao od jednog sloja gole bakarne žice namotane oko lakiranog željeznog jezgra. Amerikanac Henry je poboljšao elektromagnet tako što je namotao nekoliko slojeva žice na željezno jezgro. Henry je izolirao same žice umjesto da je lakirao jezgro. Namotavajući sve više slojeva žice na okvir, Henry je napravio snažnije elektromagnete. Godine 1831. napravio je elektromagnet koji je mogao podići 300 kilograma. Elektromagneti su našli široku praktičnu upotrebu u 20. veku. Njihova veličina, odnosno sila privlačnosti, stalno se povećavala.

Fenomen magnetizma ima široku primjenu u savremenoj tehnici, prvenstveno u elektrotehnici, radiotehnici, instrumentarstvu, automatizaciji i telemehanici, gdje se od feromagnetnih materijala izrađuju magnetna kola generatora, motora, transformatora, releja, magnetnih pojačala i elemenata za magnetno snimanje. .

Moderna metalurgija proizvodi široku paletu magnetnih materijala sa posebnim magnetnim svojstvima. Razvijen razne metode proizvodnja ovih materijala odabirom hemijskog sastava, načina termičke obrade i posebnih fizičko-hemijskih metoda čišćenja (žarenje u vakuumu, u atmosferi vodika).

U modernoj industriji, elektromagnetne ploče se široko koriste za pomicanje metala u obliku ingota, bluma, odljevaka od željeza i čelika. Elektromagnetne ploče pouzdano rade i pri transportu vrućeg metala. Nosivost ploča dostiže 65 tona. Svaki kilogram modernog supravodljivog magneta stvara magnetno polje jednako po snazi ​​polju elektromagneta od dvadeset tona sa gvozdenim jezgrom. Stvaranje superstabilnih magneta najvažniji je zadatak za fizičare.

Magnetne „ruke“ se koriste u raznim tehničkim oblastima. Na primjer, pomoćno vrijeme pri radu na mašinama za rezanje metala smanjuje se za 5 do 8 puta ako se umjesto stega za pričvršćivanje dijelova koriste magnetne ploče i stezne glave.

Ali u tehnologiji se često koriste dijelovi uređaja izrađeni od nemagnetnog materijala. Ranije su se u tu svrhu koristili obojeni metali - mesing, bronca. Poznato je da gvožđe gubi svoja magnetna svojstva tek iznad Kirijeve tačke (770°C). Ovu pojavu je otkrio Gilbert 1600. godine, otkrivši gubitak magnetskih svojstava čelika na temperaturama crvene topline.

Tek 1924. godine nemagnetno liveno gvožđe je patentirano u Engleskoj. U SAD se proizvodio pod imenom "Nomag" i bio je vrijedan električni materijal. Legura je imala visok sadržaj nikla i mangana i bila je veoma skupa.

Inženjer I. A. Oding, kasnije akademik (elektrana Elektrosila), 1930. patentirao je nemagnetno liveno gvožđe sa smanjenim sadržajem nikla i mangana. Ali zbog smanjenja sadržaja mangana, da bi se dobili nemagnetni proizvodi bilo je potrebno gašenje u vodi na temperaturama iznad 1000°C. Sve veća složenost tehnologije spriječila je širenje novog livenog gvožđa. Kao rezultat istraživanja u jednom od instituta koji su pronašli optimalan sastav nemagnetno liveno gvožđe bez nikla. Lijevano željezo se dobija na jednostavan i jeftin način.

Dvadesetih godina 20. stoljeća proizvodi se nemagnetni čelik. Teoretski, čisto gvožđe prestaje da bude magnetno na temperaturama iznad 910°C. To je zbog prijelaza željeza u stanje gama željeza. Prisustvo ugljika ubrzava ovaj prelaz i kada je njegov sadržaj u gvožđu oko 1% dobija se čelik koji gubi svoja magnetna svojstva na 700°C. Ako leguri dodate treći element koji može formirati čvrstu otopinu s gama željezom, tada će gama željezo ostati očuvano na sobnoj temperaturi. Takav element je, na primjer, mangan: njegovim dodavanjem možete dobiti nemagnetski čelik. U indukcijskim električnim pećima, okvir je izrađen od nemagnetnog čelika u koji su smješteni induktor i lončić.

Rđa jede gvožđe

Tako je narodna poslovica ukratko definisala još jedno svojstvo gvožđa.

Korozija je spontano uništavanje metala uzrokovano hemijskim ili elektrohemijskim procesima koji se razvijaju na njegovoj površini tokom interakcije sa spoljašnjim okruženjem. Korozija metala uzrokuje prijevremeni kvar dijelova, opreme i cijelih konstrukcija. Poznato je da se svake godine, zbog korozije, milioni tona valjanih crnih metala uklone iz svjetskih zaliha korisnih proizvoda. Kao rezultat toga, vijek trajanja opreme je značajno smanjen.

Ljudi su dugo bili zainteresirani za zaštitu metala od korozije. Drevni grčki istoričar Herodot (5. vek pne) i starorimski naučnik Plinije Stariji (1. vek nove ere) pominju upotrebu kalaja za zaštitu gvožđa od rđe. Srednjovjekovni alhemičari sanjali su o nabavci nerđajućeg željeza.

Sada je izvršena zaštita metala od korozije Različiti putevi: smanjenje agresivnosti korozivne sredine; povećanje otpornosti metala na koroziju njegovim legiranjem; nanošenje raznih zaštitnih filmova, lakova, boja, emajla na metalnu površinu. Naučnici su kreirali novi staklo-kristalni premaz, koji se odlikuje svojom izdržljivošću i sposobnošću da radi na višim temperaturama od metala.

Agresivno hemijske supstance brzo uništavaju lopatice miksera koje stvaraju homogeno okruženje u reakcionim posudama. Poljski stručnjaci razvili su metodu koja štiti oštrice od habanja. Očišćeni dio se stavlja u kalup, a zatim se puni tekućim metalom koji je visoko otporan na koroziju i abraziju. Dobivena tvrda ljuska pouzdano štiti meki metal oštrice od oštećenja. Ovaj sloj značajno produžava vijek trajanja miksera, pogotovo jer se korištena školjka može zamijeniti novom.

Veliko dostignuće metalurga u zaštiti od korozije bilo je stvaranje čelika otpornog na koroziju. Kao rezultat smanjenja sadržaja ugljika u nehrđajućem čeliku na 0,1%, postalo je moguće proizvoditi valjane limove od njega. Godine 1923. proizveden je najtipičniji nerđajući čelik - hrom-nikl razreda 18-8 (18% hroma i 8% nikla).

Prve tone nerđajućeg čelika u našoj zemlji istopljene su 1924. godine u Zlatoustu. Nekoliko godina kasnije, desetine tona čelika već su se topile. Pokušano je topljenje čelika otpornog na koroziju u otvorenoj peći.

Tim laboratorija visokokvalitetnih čelika TsNIIchermet im. Bardin je stvorio široku paletu čelika otpornih na koroziju. To su legure na bazi željezo-hrom-nikl, a posebno legure nikla otporne na koroziju legirane molibdenom i volframom. Listovi i šipke od nehrđajućeg ekonomičnog čelika i legure nikl-hrom-molibden otporne na koroziju, stvorene u institutu, u metalurškoj tvornici Elektrostal, metalurškoj tvornici Zaporizhstal i metalurškoj tvornici Ashinsky, nagrađene su Državnom oznakom kvalitete.

Tehničku metodu za proizvodnju nehrđajućeg čelika od... starih automobila predložili su stručnjaci iz američke Komisije za atomsku energiju, gdje se godišnje akumuliraju planine automobilskog starog metala. U otpadni metal se dodaju željezni oksid i nikl, zatim se smjesa zagrijava u atmosferi argona na temperaturu od 1650°C jedan sat. Za to vrijeme smjesa se topi, nikl se otapa, a sadržaj ugljika se smanjuje na određenu vrijednost. Zatim se stvara vakuum u peći da ispari bakar i kalaj. Na kraju, peć se ponovo puni argonom, a u smjesu se dodaje hrom. Rezultat je visokokvalitetni čelik.

Čudesna svojstva nerđajućeg čelika omogućavaju mu pristup svim sektorima industrije, transporta i građevinarstva. U Sjedinjenim Državama, nehrđajući čelik se dugo koristi za proizvodnju putničkih automobila. Autobusi su proizvedeni u Milanu, čiji su mnogi elementi karoserije napravljeni od nerđajućeg čelika. Ovaj čelik se također koristi u svakodnevnom životu. Tako su švedski stručnjaci kreirali „lisnato posuđe“. Tiganj ima trostruke stijenke: sloj bakra, aluminija i nehrđajućeg čelika. U takvim jelima hrana se brzo zagrijava, ne gori i nema habanja. Odlični kvaliteti proizvoda objašnjavaju se svojstvima ovih metala. Bakar se brzo zagrijava, aluminij se zagrijava ravnomjerno, a sve naslage ugljika mogu se lako ukloniti sa nehrđajućeg čelika.

Dvanaest turbina za Asuan izgradio je Lenjingradski metalurški kombinat nazvan po. Kirov. Po prvi put u istoriji svetske hidraulične turbinogradnje, radna kola turbina snage po 175 hiljada kW, u skladu sa specifičnim uslovima rada, izrađena su od nerđajućeg čelika.

Zašto je potrebno samo boriti se protiv korozije? Da li ga je moguće privući ljudskoj službi, na primjer, elektrohemijskom reakcijom koja tako nemilosrdno "jede" metal? Tako je rođena elektrohemijska dimenzionalna obrada. U posebno odabranom elektrolitu, struja snažno otapa metal. Umjesto rezača koristi se usmjereno električno polje. Zadatak je, poput kipara, ukloniti sve nepotrebno. Iza kratko vrijeme profil dijela se pojavljuje pred našim očima. Štaviše, čistoća obrade je vrlo visoka, brzina je 5 - 15 puta veća od rezanja.

Sama hrđa je također našla primjenu u tehnologiji kao zaštitno sredstvo. Na primjer, savladano je topljenje niskolegiranih čelika s niskim sadržajem nikla, kroma i bakra. Takav čelik brzo rđa, ali ispod sloja otpale hrđe ostaje gusti crni film koji čvrsto prianja za metal i gotovo ga u potpunosti štiti od dalje korozije.Vrijeme potrebno za formiranje zaštitnog sloja je od dvije do četiri godine. Nakon ovoga stopa korozije se smanjuje i kreće se od 2 do 35 mikrona godišnje, zavisno od uslova.U normalnim uslovima lim takvog čelika bi zarđao samo...0,3 milimetra.Od takvog čelika je već napravljeno nekoliko mostova.Vi mogu izgraditi jarbole za visokonaponske dalekovode, dimnjake.

Istraživači su dugo nastojali da legure metala učine pasivnim na uništavanje. Na ovom putu je napravljen još jedan korak. Na Institutu za fizičku hemiju Akademije nauka SSSR, doktor hemijskih nauka N.D. Tomashev i kandidat tehničkih nauka G.P. Chernova otkrili su fenomen samopasivacije metala i legura.

Pasivnost metala je stanje njihove povećane otpornosti na koroziju. Tijekom pasivizacije na površini tvari se formira zaštitni sloj koji ga štiti od uništenja. Naučnici su otkrili da kada se određeni metali (rutenijum, paladijum, platina) unesu u leguru, pasivnost i otpornost legure na koroziju se povećava stotinama puta. Ove studije daju značajan doprinos teoriji procesa korozije. Kao rezultat otkrića, pojavile su se fundamentalno nove mogućnosti za stvaranje legura otpornih na vanjsko okruženje. Oni omogućavaju stvaranje jedinstvene opreme za hemijsku, nuklearnu i naftnu industriju.

Svijet čelika i legura

Čelik je legura gvožđa sa drugim elementima: ugljenikom, silicijumom, manganom, sumporom, fosforom. Znamo to sada. Međutim, ljudi su naučili nabaviti i koristiti čelik mnogo ranije nego što su naučili njegov sastav. Egipćani su, na primjer, još prije naše ere znali da neke vrste gvožđa „prihvataju stvrdnjavanje“ kada su u zagrijanom stanju uronjene u vodu, dok druge ne. Svojstvo čelika da „prihvata stvrdnjavanje“ i potom je tokom mnogih stoljeća služilo kao jedini znak za razlikovanje željeza i čelika.

Francuski naučnik Reaumur je 1722. godine izrazio ideju da se željezo i čelik međusobno razlikuju po hemijskom sastavu samo po prisutnosti neke vrste nečistoće, koju je nazvao hlapljivom soli, koja određuje razliku u njihovim svojstvima. Tek 1814. godine njemački istraživač Carsten je istakao da je ugljik takva nečistoća. Konačno, dokazana je jedinstvena materijalna priroda svih legura gvožđa i ugljenika – livenog gvožđa, čelika i gvožđa. Tek u drugoj polovini 19. veka razvila se u osnovi ispravna ideja o gvožđu i njegovim legurama.

Pojava u 19. veku novih oblasti primene metala - mašinstvo, železnička konstrukcija - zahtevala je tačnije ideje o kvalitetu metala. Da bi se to postiglo, određen je hemijski sastav željeznih ruda, šljake i raznih legura željeza i ugljika. Postepeno je otkriven precizniji uticaj nečistoća na ugljenično gvožđe – silicijum, mangan, sumpor i fosfor.

P. P. Anosov je bio prvi koji je sistematski proučavao uticaj različitih elemenata na čelik. Istraživao je dodavanje zlata, platine, mangana, hroma, aluminijuma, titana i drugih elemenata i prvi je dokazao da se fizičko-hemijska i mehanička svojstva čelika mogu značajno promeniti i poboljšati dodatkom određenih legirajućih elemenata. Naučnik je postavio temelje metalurgije legiranog čelika. Izvanredno svojstvo gvožđa - da formira legure sa različitim elementima i da istovremeno pokazuje nove kvalitete - široko se koristi u modernoj tehnologiji. Poznato je više od 8 hiljada legura, čijom se preradom dobijaju desetine hiljada vrsta čelika za različite namene. Stvorene su najnevjerovatnije vrste čelika: „drveni“, olovni, dijamantski i meki, grafitizirani, platinasti i srebrni. Reći ćemo vam o nekima od njih.

U stara vremena pokušavali su proizvoditi čelik s dodatkom plemenitih metala. Tako su 1825. godine u Rusiji opisani eksperimenti u državnim tvornicama Goroblagodata na legiranju čelika s platinom. Šest kilograma čelika istopljeno je u lončiću koji je sadržavao osam kolutova prečišćene platine. Tečna masa je izlivena u kalup od livenog gvožđa i brzo ohlađena hladnom vodom. “Razbijanjem čelične šipke, čelik se pokazao kao vrlo ujednačen osip i tako fin sa jednostavnim očima bilo je nemoguće razaznati njenu građu. Oštren i kaljen bez kaljenja, sekao je staklo kao dijamant, sekao liveno gvožđe i gvožđe bez otupljivanja."

Kasnije su pronađeni jeftiniji i rasprostranjeniji legirajući elementi koji su davali bolje rezultate. Na primjer, u leguri platinita nema platine (sadrži 48% nikla, 0,15% ugljika, a ostatak je željezo). Legura ima isti koeficijent termičkog širenja kao staklo, pa se koristi za zamjenu platinastih provodnika u električnim svjetiljkama. Kovar legura (29% nikla, 18% kobalta) ima isti koeficijent linearne ekspanzije kao i molibden staklo i dizajnirana je da se lijepi za ova stakla, dajući čvrstu i potpuno plinootpornu vezu.

Godine 1927. na izložbi u Berlinu prikazan je mali lonac sa dvije drške od različitih metala. U njemu je ključala voda i jedna drška od željeza bila je vruća, druga topla. Drška je napravljena od takozvanog drvenog čelika, koji se sastojao od 35% nikla, 1% hroma i 64% željeza. Nazvan je tako jer je njegova toplotna provodljivost bila slična drvetu. Spada u precizne legure čija se svojstva postižu samo potpuno preciznim sastavom. Najmanje odstupanje od recepture uzrokuje gubitak ovih svojstava.

Autor jedne od ovih legura bio je švicarski fizičar i metrolog, koji je kasnije postao direktor Međunarodnog biroa za utege i mjere, profesor Guillaume. Godine 1898. utvrdio je ovisnost fizičkih svojstava čelika od sadržaja nikla u njemu. Pokazalo se da čelik koji sadrži više od 25% nikla gubi svoja magnetna svojstva kada se zagrije; čelik koji sadrži 36% nikla ima najniži koeficijent linearne ekspanzije (10 puta manji od platine). Guillaume je leguru nikla, koja se sastoji od 36% nikla i 64% gvožđa, nazvao invarom, što znači nepromenljiva. U temperaturnom opsegu od -60°C do +100°C, termička ekspanzija invara je blizu nule. Legura je prvi put korištena za izradu standarda za dužinu luka Zemljinog meridijana na arhipelagu Spitsbergen, koji je odredila rusko-švedska ekspedicija 1899. godine. Uprkos značajnoj promeni temperature vazduha tokom ovih merenja, dužina invarskih lenjira ostala je praktično nepromenjena.

Izuzetna svojstva invara omogućila su njegovu upotrebu u mjernoj tehnici i izradi instrumenata, posebno u vakuumskoj tehnologiji za lemljenje različitih vrsta stakla. Invar se također koristi za izradu umetaka za podijeljene aluminijske klipove kako bi se smanjilo njihovo termičko širenje i eliminiralo zaglavljivanje u cilindru tokom rada motora.

Dijamantski čelik je legirani alatni čelik koji sadrži 1,25 - 1,45% ugljika, 0,4 - 0,7% hroma i 4 - 5% volframa. Ovaj čelik ima vrlo visoku tvrdoću, blisku tvrdoći dijamanta. Koristi se za uklanjanje tankih strugotina sa tvrdih materijala (bijeljenog liva, stakla).

Čelici s novim svojstvima se češće stvaraju kompleksnom upotrebom nekoliko elemenata. Stručnjaci smatraju da je upotreba rijetkih zemnih elemenata u čelicima najveći uspjeh u proizvodnji čelika u posljednjih pola stoljeća.

Za stvaranje novih vrsta čelika koristi se, na primjer, dušik. Gasovi u metalu su uvijek nepoželjna nečistoća koja umanjuje kvalitetu metala. Ali na Institutu za električno zavarivanje nazvan po. E.O. Paton Akademije nauka Ukrajinske SSR, azot se posebno ubrizgava u plazma peć u kojoj se metal topi. Nakon hlađenja dobija se čelik o kojem su proizvođači mašina dugo sanjali: otporan na toplinu, otporan na kiseline i alkalije. Dušik se pretvara u koristan element: zbog stvaranja nitrida vanadijuma, titanijuma i molibdena, zrno se drobi. Upotreba dušika omogućila je smanjenje dodavanja nikla i izbjegavanje upotrebe ferolegura.

Japanski stručnjaci uspjeli su dobiti amorfni metal u čvrstom obliku, tj kristalna struktura. Da bi se to postiglo, željezo ili nikl (90%) se miješaju s fosforom i ugljikom, silicijumom, aluminijumom i borom. Smjesa se zagrije na 1200°C. Legura se zatim vrlo brzo hladi, podvrgava se rotaciji brzinom od 5 hiljada okretaja u minuti. Ovaj čelik je višestruko tvrđi od poznatih čelika i ima visoku hemijsku otpornost. Nova klasa čelika može se koristiti u nuklearnim elektranama, u instrumentima za istraživanje mora i u hemijskoj opremi.

Stručnjaci sa Instituta za precizne legure Centralnog istraživačkog instituta Chermet razvijaju metode za transformaciju metala u „metalno staklo“. Princip dobivanja metala sa "staklastom" strukturom je sljedeći: prisiliti rastopljeni metal da se stvrdne takvom brzinom da kristalna rešetka nema vremena za formiranje. Da bi se to postiglo, mlaz rastopljenog metala se „puca“ kroz profilnu mlaznicu na hladnu pokretnu površinu. Očvrsli metal se spljošti i namota na kolut srebrnom trakom.

Struktura "metalnog stakla" određuje jedinstvena nekretnina ovog materijala, koji se naziva amorfna precizna legura. Kod konvencionalnog čelika slaba točka su granice između zrna. Ovdje se pojavljuju fine pukotine i korozija. Budući da novi materijal nema kristalnu rešetku, desetine puta je jači od tradicionalnog čelika, ima povećanu otpornost na koroziju i lako se magnetizira. Metalno staklo je neophodno za proizvodnju uređaja koji rade u agresivnim okruženjima, kada niske temperature ili velika mehanička opterećenja.

Elektrometalurgi su prvenstveno uključeni u stvaranje legura i čelika. Tope se u električnim pećima koristeći najnapredniji proces koji trenutno postoji za masovnu proizvodnju livenog čelika. Električnu peć kapaciteta 100 - 200 tona servisira čeličar i jedan ili dva pomoćnika. Mogućnost stvaranja viših temperatura u električnoj peći (2500 - 3000°C) omogućava proizvodnju čelika i specijalnih legura sa visokog sadržaja vatrostalni legirajući elementi.

Od velikog interesa je legura nikla i titanijuma - nitinol. Prilikom provođenja eksperimenata s ovim metalom, uočeno je da ima sposobnost “pamti”. Zagrijavanjem nitinola dali su ga određeni oblik, zatim ohlađen i spljošten. Zatim su ga ponovo zagrejali. I legura je poprimila svoj izvorni oblik, ponavljajući s velikom preciznošću sve zavoje i zaobljenja dobivene tijekom prvog zagrijavanja.

Memorijske legure više nisu senzacija, ljudi rade s njima i proučavaju njihova nova svojstva. Istraživanja su pokazala da privremena opterećenja koja uzrokuju određena naprezanja u metalu, nakon što se uklone, ostavljaju neke „tragove“ u metalu, a metal ih postepeno akumulira. Ispostavilo se da metali najlakše percipiraju i čvrsto "pamte" opterećenja koja su "prenijeli" na vrlo visokim temperaturama.

Usput se istražuju moguća područja inženjerske aplikacije ovu neobičnu imovinu. Zamislite strukturu koja se može sama sastaviti. Antena za svemirsku stanicu veličine desetine metara može se spakovati, na primjer, u mali kontejner i isporučiti u orbitu. Dovoljno je tada zagrijati prtljag električnom strujom ili sunčeve zrake, i počinje samosastavljanje. Uz pomoć hlađenja, antena se može prepakovati.

U našem dobu raširene mehanizacije i automatizacije, čelik ostaje glavni materijal za mehanizme. A pokretni metalni dijelovi znače neizbježnu buku i vibracije. Kako bi se suzbili osnovni uzrok buke, traže se novi materijali. Legura čelika, koja ima svojstvo prigušivanja vibracija i pretvaranja u toplotnu energiju, a također je uglavnom bez rezonancije, proizvedena je u pogonu japanskog koncerna Nippon Kokan. Legura sadrži 12% hroma, a legura je podvrgnuta posebnoj termičkoj obradi. Izgledi za "tiše" su postali veliki. Riječ je o proizvodnji alatnih mašina, lokomotiva, raznih poklopaca i ventila, glava cilindra i nekih instrumenata. Dijelovi napravljeni od njega stvaraju manje buke i imaju veću otpornost na zamor.

Originalni brend "mekog čelika" kreirali su stručnjaci iz Čeljabinska. Dodatak olova i selena čini metal "mekim" i lakim za obradu. U drugim kvalitetama nije inferiorniji od običnog čelika, ali se povećava produktivnost rada operatera strojeva prilikom obrade dijelova, a životni vijek alata se povećava.

Prozirni nerđajući čelik proizvodi se u metalurškoj fabrici Mallory (SAD). Dok prenosi svjetlost, uopće ne propušta vodu. Međutim, listovi napravljeni od ovog čelika više podsjećaju na sito nego na staklo: na svjetlu možete vidjeti mnogo sićušnih rupica (deset hiljada posto centimetara površine), dobivenih elektrohemijskom metodom.

U fabrici se čelik novog kvaliteta proizvodi kontinuiranim valjanjem. Čelik je dobro zavaren, lemljen i lako se obrađuje na mašinama. Osim transparentnosti, ima i sposobnost da izuzetno dobro apsorbuje buku. Takvo neočekivano svojstvo, prema riječima stručnjaka, omogućit će ga korištenje za proizvodnju kućišta za turbomlazne motore. Međutim, primjena perforiranog čelika koja najviše obećava su šupljine za rasute materijale. Uduvavanjem vazduha kroz pore, možete učiniti da brašno, cement i ugljena prašina teku kao tečnost. Istovar vagona sa dnom od takvog čelika, prilagođenog za transport praškastih materijala, biće značajno pojednostavljen. Novi proizvod se može koristiti u građevinarstvu i za dekorativnu završnu obradu.

Moderna tehnologija zahtijeva metale i legure s najneobičnijim svojstvima. Čelici su potrebni za rad na pritiscima od stotine i hiljade atmosfera (u proizvodnji amonijaka pritisak je 100 MPa) i u dubokom vakuumu, kada je pritisak blizu nule (u elektronskim uređajima pritisak je do 0,000133 Pa). Čelici otporni na hladnoću moraju održavati čvrstoću na temperaturama blizu apsolutne nule (-273°C). Nuklearni reaktori zahtijevaju metal s najvećom magnetnom provodljivošću; mlazni avioni i raketni motori zahtijevaju čelik koji može održati snagu na vrlo visokim temperaturama. visoke temperature i teška opterećenja. Sada postoje takvi čelici i legure!

Ciljevi lekcije:

• formiraju predstavu o fizičkim i kemijskim svojstvima željeza ovisno o stupnju oksidacije koju pokazuje i prirodi oksidacijskog sredstva;
• razvijati teorijsko mišljenje učenika i njihovu sposobnost predviđanja svojstva materije, oslanjajući se na znanje o njegovoj strukturi;
• razviti konceptualno razmišljanje o operacijama kao što su analiza, poređenje, generalizacija, sistematizacija;
• razvijaju takve kvalitete mišljenja kao što su objektivnost, sažetost i jasnoća, samokontrola i aktivnost.

Ciljevi lekcije:

• ažurirati znanja učenika na temu: „Struktura atoma“;
• organizirati kolektivni rad učenika od postavljanja zadatka učenja do konačnog rezultata (sastaviti referentni dijagram za čas);
• rezimirati materijal na temu: “Metali” i razmotriti svojstva željeza i njegovu primjenu;
• organizovati samostalno istraživački rad u parovima za proučavanje hemijskih svojstava gvožđa;
• organizovati međusobnu kontrolu učenika na času.

Vrsta lekcije: učenje novog gradiva.

Reagensi i oprema:

• gvožđe (prašak, tanjir, spajalica),
• sumpor,
• hlorovodonične kiseline,
• bakar(II) sulfat
• kristalno gvozdena rešetka,
• posteri igara,
• magnet,
• izbor ilustracija na tu temu,
• epruvete,
• alkoholna lampa,
• šibice,
• kašika za sagorevanje zapaljivih materija,
• geografske karte.

Struktura lekcije

1. Uvodni dio.
2. Učenje novog gradiva.
3. Poruka za domaći zadatak.
4. Konsolidacija proučenog materijala.

Tokom nastave

1. Uvodni dio

Organiziranje vremena.

Provjera dostupnosti učenika.

Poruka o temi lekcije. Zabilježite temu na tabli i u učeničkim sveskama.

2. Učenje novog gradiva

– Šta mislite koja će biti tema našeg današnjeg časa?

1. Pojava gvožđa označio je početak gvozdenog doba u ljudskoj civilizaciji.

Odakle su stari ljudi uzimali željezo u vrijeme kada još nisu znali kako ga izvući iz rude? Iron prevedeno sa Sumerski jezik- ovo je metal koji je "s neba pao, nebeski". Prvo gvožđe sa kojim se čovečanstvo susrelo bilo je gvožđe iz meteorita. Prvi put je 1775. godine dokazao da „gvozdeno kamenje pada sa neba“ od strane ruskog naučnika P.S. Palace, koji je u Sankt Peterburg donio blok prirodnog željeznog meteorita težine 600 kg. Najveći gvozdeni meteorit je meteorit „Goba“, pronađen 1920. godine u jugozapadnoj Africi, težak oko 60 tona.Sjetimo se Tutankamonove grobnice: zlato, zlato. Veličanstveni rad oduševljava, sjaj zasljepljuje oči. Ali evo šta K. Kerram piše u knjizi “Bogovi, grobnice, naučnici” o maloj gvozdenoj amajliji Tutankamona: “Amajlija je jedan od najranijih proizvoda Egipta, i ... u grobnici ispunjenoj gotovo do kraja sa zlato, upravo je ovaj skromni nalaz imao najveću vrijednost sa stanovišta kulturne istorije.” U grobnici faraona pronađeno je samo nekoliko gvozdenih predmeta, među njima i gvozdena amajlija boga Horusa, mali bodež sa gvozdenom oštricom i zlatnom drškom, i mala gvozdena stolica „Urs“.

Naučnici sugerišu da su upravo zemlje Male Azije, u kojima su živjela hetitska plemena, mjesto nastanka industrije željeza i čelika. Gvožđe je u Evropu stiglo iz Male Azije već u 1. milenijumu pre nove ere; Tako je počelo gvozdeno doba u Evropi.

Čuveni damast čelik (ili damast čelik) napravljen je na istoku još u Aristotelovo vrijeme (IV vek pne). Ali tehnologija za njegovu proizvodnju držana je u tajnosti stoljećima.

Sanjao sam drugačiju vrstu tuge
O sivom damaskom čeliku.
Video sam kako je čelik kaljen
Kao jedan od mladih robova
Izabrali su ga, hranili ga,
Tako da njegovo meso dobije snagu.
Čekao datum poroda
A onda usijana oštrica
Zaronili su u mišićavo meso,
Gotova oštrica je izvađena.
Jačeg od čelika Istok nije video,
Jači od čelika i gorči od tuge.

Budući da je damast čelik čelik vrlo visoke tvrdoće i elastičnosti, proizvodi izrađeni od njega imaju sposobnost da ne postanu tupi prilikom oštrenja. Ruski metalurg P.P. otkrio je tajnu damast čelika. Anosov. Vrlo polako je hladio vreli čelik u specijalnoj otopini tehničkog ulja zagrijanog na određenu temperaturu; Tokom procesa hlađenja, čelik je kovan.

(Demonstracija crteža.)

Gvožđe je metal srebrno-sive boje	Gvožđe je metal srebrno-sive boje
Ovi ekseri su napravljeni od gvožđa	Čelik se koristi u automobilskoj industriji
Čelik se koristi za izradu medicinskih instrumenata	Čelik se koristi za izradu lokomotiva
	Svi metali su podložni koroziji
Svi metali su podložni koroziji

2. Položaj željeza u PSHEM-u.

Saznajemo položaj željeza u PSCEM-u, naboj jezgra i raspodjelu elektrona u atomu.

3. Fizička svojstva gvožđa.

- Koji fizička svojstva gvožđe znaš?

Gvožđe je srebrno-bijeli metal sa tačkom topljenja od 1539 o C. Veoma je duktilno, stoga se lako obrađuje, kuje, valja, štanca. Gvožđe ima sposobnost magnetizacije i demagnetizacije, stoga se koristi kao jezgra elektromagneta u raznim električnim mašinama i uređajima. Može se dati veća čvrstoća i tvrdoća termičkim i mehaničkim metodama, na primjer, kaljenjem i valjanjem.

Postoji hemijski čisto i komercijalno čisto gvožđe. Tehnički čisto željezo je u suštini čelik s niskim udjelom ugljika; sadrži 0,02-0,04% ugljika, a još manje kisika, sumpora, dušika i fosfora. Hemijski čisto gvožđe sadrži manje od 0,01% nečistoća. Hemijski čisto gvožđe - srebrno sivi, sjajni metal, po izgledu vrlo sličan platini. Hemijski čisto gvožđe je otporno na koroziju (sjetite se šta je korozija? Dokaz korozivnog nokta) i dobro odolijeva kiselinama. Međutim, neznatne količine nečistoća ga lišavaju ovih dragocjenih svojstava.

4. Hemijska svojstvažlezda.

Na osnovu vašeg znanja o hemijskim svojstvima metala, koja hemijska svojstva mislite da će imati gvožđe?

Demonstracija eksperimenata.

• Interakcija željeza sa sumporom.

Praktičan rad.

• Interakcija željeza sa hlorovodoničnom kiselinom.
• Interakcija željeza sa bakar (II) sulfatom.

5. Upotreba gvožđa.

Razgovor na pitanja:

– Šta mislite, kakav je raspored gvožđa u prirodi?

Gvožđe je jedan od najčešćih elemenata u prirodi. U zemljinoj kori njegov maseni udio je 5,1%, po ovom pokazatelju je drugi nakon kisika, silicija i aluminija. Mnogo gvožđa se takođe nalazi u nebeskim tijelima, što je utvrđeno spektralnom analizom. U uzorcima lunarnog tla koje je dostavila automatska stanica Luna pronađeno je željezo u neoksidiranom stanju.

Rude željeza su prilično rasprostranjene na Zemlji. Imena planina na Uralu govore sama za sebe: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Agrohemičari pronalaze jedinjenja gvožđa u zemljištu.

– U kom obliku se gvožđe pojavljuje u prirodi?

Gvožđe je sastavni deo većine stena. Za dobivanje željeza koriste se željezne rude sa sadržajem željeza od 30-70% ili više. Glavne željezne rude su: magnetit - Fe 3 O 4 sadrži 72% gvožđa, nalazišta se nalaze na južnom Uralu, Kurska magnetna anomalija; hematit - Fe 2 O 3 sadrži do 65% gvožđa, takva se nalazišta nalaze u regiji Krivoy Rog; limonit – Fe 2 O 3 * nH 2 O sadrži do 60% gvožđa, nalazišta se nalaze na Krimu; pirit - FeS 2 sadrži oko 47% gvožđa, nalazi se nalaze na Uralu. (Rad sa konturnim kartama).

– Koja je uloga gvožđa u životu ljudi i biljaka?

Biokemičari su otkrili važnu ulogu željeza u životu biljaka, životinja i ljudi. Budući da je dio izuzetno složenog organskog jedinjenja zvanog hemoglobin, željezo određuje crvenu boju ove tvari, što zauzvrat određuje boju ljudske i životinjske krvi. Tijelo odrasle osobe sadrži 3 g čistog željeza, od čega je 75% dio hemoglobina. Glavna uloga hemoglobina je transport kisika iz pluća do tkiva, au suprotnom smjeru - CO2.

I biljkama je potrebno gvožđe. Dio je citoplazme i učestvuje u procesu fotosinteze. Biljke uzgojene na supstratu koji ne sadrži željezo imaju bijele listove. Mali dodatak gvožđa u podlogu - i oni dobijaju zelene boje. Nadalje, samo premažite bijeli list otopinom soli koja sadrži gvožđe i ubrzo razmazano područje postaje zeleno.

Dakle, iz istog razloga - prisutnost željeza u sokovima i tkivima - lišće biljaka postaje veselo zeleno, a obrazi osobe blistavo rumene.

Otprilike 90% metala koje koristi čovječanstvo su legure na bazi željeza. U svijetu se topi mnogo gvožđa, oko 50 puta više od aluminijuma, a da ne spominjemo druge metale. Legure na bazi željeza su univerzalne, tehnološki napredne, pristupačne i jeftine. Gvožđe će još dugo biti temelj civilizacije.

3. Postavite kućni materijal

14, pr. br. 6, 8, 9 (na osnovu radne sveske za udžbenik O.S. Gabrielyana „Hemija 9”, 2003).

4. Konsolidacija proučenog gradiva

1. Koristeći referentni dijagram napisano na tabli, zaključi: šta je gvožđe i koja su njegova svojstva?
2. Grafički diktat (unaprijed pripremite listove papira sa povučenom ravnom linijom, podijeljene na 8 segmenata i numerisane prema diktatnim pitanjima. Označite kolibicom “^” na segmentu broj pozicije koja se smatra tačnim).

Opcija 1.

1. Gvožđe je reaktivni alkalni metal.
2. Gvožđe je lako kovati.
3. Gvožđe je deo legure bronze.
4. Vanjski energetski nivo atoma željeza ima 2 elektrona.
5. Gvožđe reaguje sa razblaženim kiselinama.
6. Sa halogenima stvara halogenide sa oksidacionim stanjem +2.
7. Gvožđe ne stupa u interakciju sa kiseonikom.
8. Gvožđe se može dobiti elektrolizom rastopljene soli gvožđa.

Opcija 2.

1. Gvožđe je metal srebrno-bijele boje.
2. Gvožđe nema sposobnost magnetizacije.
3. Atomi željeza pokazuju oksidirajuća svojstva.
4. Na vanjskom energetskom nivou atoma željeza nalazi se 1 elektron.
5. Gvožđe istiskuje bakar iz rastvora njegovih soli.
6. Sa halogenima stvara spojeve sa oksidacijskim stanjem +3.
7. Sa rastvorom sumporne kiseline formira gvožđe (III) sulfat.
8. Gvožđe ne korodira.

Nakon obavljenog zadatka učenici razmjenjuju svoje radove i provjeravaju ih (odgovori na radove se objavljuju na tabli, ili prikazuju kroz projektor).

Kriterijumi za ocenjivanje:

• “5” – 0 grešaka,
• “4” – 1-2 greške,
• “3” – 3-4 greške,
• “2” – 5 ili više grešaka.

Korištene knjige

1. Gabrielyan O.S. Hemija 9. razred. – M.: Drfa, 2001.
2. Gabrielyan O.S. Knjiga za nastavnike. – M.: Drfa, 2002.
3. Gabrielyan O.S. Hemija 9. razred. Radna sveska. – M.: Drfa, 2003.
4. Obrazovna industrija. Sažetak članaka. Broj 3. – M.: MGIU, 2002.
5. Malyshkina V. Zabavna hemija. – Sankt Peterburg, „Trigon“, 2001.
6. Softverski i metodološki materijali. Hemija 8-11. – M.: Drfa, 2001.
7. Stepin B.D., Alikberova L.Yu. Knjiga o hemiji za kućno čitanje. – M.: Hemija, 1995.
8. Idem na čas hemije. Knjiga za nastavnike. – M.: „Prvi septembar“, 2000.

Prijave

Znaš li to?

Iron - jedan od najvažnijih elemenata života. Krv sadrži željezo, a to je ono što određuje boju krvi, kao i njeno glavno svojstvo - sposobnost vezivanja i oslobađanja kisika. Ovu sposobnost posjeduje kompleksno jedinjenje - hem - sastavni dio molekule hemoglobina. Osim hemoglobina, naše tijelo sadrži i željezo u mioglobinu, proteinu koji skladišti kisik u mišićima. Postoje i enzimi koji sadrže gvožđe.

U blizini Delhija u Indiji postoji gvozdeni stub bez i najmanje mrlje rđe, iako je njegova starost skoro 2800 godina. Ovo je čuveni Kutub stup, visok oko sedam metara i težak 6,5 tona, a natpis na stubu ukazuje da je podignut u 9. veku. BC e. Rđanje željeza - stvaranje željeznog metahidroksida - povezano je s njegovom interakcijom s vlagom i kisikom u zraku.

Međutim, ova reakcija se ne događa u odsustvu raznih nečistoća u željezu, prvenstveno ugljika, silicija i sumpora. Stub je napravljen od vrlo čistog metala: ispostavilo se da je željeza u koloni bilo 99,72%. To objašnjava njegovu izdržljivost i otpornost na koroziju.

Godine 1934. u Mining Journalu se pojavio članak „Poboljšanje željeza i čelika kroz ... rđe u zemlji“. Metoda pretvaranja željeza u čelik kroz rđanje u zemlji poznata je ljudima od davnina. Na primjer, Čerkezi na Kavkazu su zakopali željezo u zemlju, a nakon što su ga iskopali 10-15 godina kasnije, od njega su kovali svoje sablje, koje su mogle prorezati čak i cijev puške, štit ili kosti neprijatelja.

Hematit

Hematit ili crvena željezna ruda – glavna ruda glavnog metala našeg vremena – gvožđa. Sadržaj gvožđa u njemu dostiže 70%. Hematit je poznat od davnina. U Babilonu i Starom Egiptu koristio se u nakitu, za izradu pečata, a uz kalcedon je služio kao omiljeni materijal kao klesani kamen. Aleksandar Veliki je imao prsten umetnut hematitom, za koji je verovao da ga čini neranjivim u borbi. U antičko doba i srednjem vijeku, hematit je bio poznat kao lijek koji zaustavlja krv. Prah ovog minerala se od davnina koristio za izradu zlatnih i srebrnih predmeta.

Ime minerala dolazi iz grčkog detalji– krv, koja asocira na trešnjinu ili voštanocrvenu boju praha ovog minerala.

Važna karakteristika minerala je sposobnost da trajno pohranjuje boju i prenosi je na druge minerale koji sadrže barem malu primjesu hematita. Ružičasta boja granitnih stupova Katedrale Svetog Isaka je boja feldspata, koji su obojeni fino raspršenim hematitom. Živopisni uzorci jaspisa koji se koriste u završnoj obradi metro stanica glavnog grada, narandžasti i ružičasti karneoli na Krimu, koraljnocrveni slojevi silvita i karnalita u slanim slojevima - svi duguju svoju boju hematitu.

Crvena boja se odavno pravi od hematita. Sve poznate freske nastale prije 15-20 hiljada godina - divni bizoni iz pećine Altamira i mamuti iz čuvene pećine Cape - napravljene su od smeđih željeznih oksida i hidroksida.

Magnetit

Magnetit, ili magnetna željezna ruda – mineral koji sadrži 72% gvožđa. Ovo je najbogatija ruda gvožđa. Izvanredna stvar ovog minerala je njegov prirodni magnetizam - svojstvo zbog kojeg je otkriven.

Kako je izvestio rimski naučnik Plinije, magnetit je dobio ime po grčkom ovčaru Magnesu. Magnes je čuvao svoje stado blizu brda iznad rijeke. Hindu u Tesaliji. Odjednom je štap sa željeznim vrhom i sandale obložene ekserima povukla prema sebi planina od čvrstog sivog kamena. Mineral magnetit je zauzvrat dao ime magnetu, magnetnom polju i čitavom tajanstvenom fenomenu magnetizma, koji je pomno proučavan od Aristotela do danas.

Magnetna svojstva ovog minerala koriste se i danas, prvenstveno za traženje ležišta. Tako su otkrivena jedinstvena ležišta gvožđa na području Kurske magnetne anomalije (KMA). Mineral je težak: uzorak magnetita veličine jabuke težak je 1,5 kg.

U davna vremena, magnetit je bio obdaren svim vrstama ljekovitih svojstava i sposobnošću da čini čuda. Korišćen je za vađenje metala iz rana, a Ivan Grozni je čuvao njegove neupadljive kristale među svojim blagom zajedno sa drugim kamenjem.

Pirit je mineral sličan vatri

Pirit - jedan od onih minerala za koji, kada ga vidite, poželite da uzviknete: „Da li se to zaista dogodilo?“ Teško je povjerovati da je najviša klasa rezanja i poliranja koja nas oduševljava u ručno rađenim proizvodima, u kristalima pirita, velikodušan dar prirode.

Pirit je dobio ime po grčkoj riječi "pyros" - vatra, koja je povezana s njegovim svojstvom iskri kada ga udare čelični predmeti. Ovaj prekrasni mineral zadivljuje svojom zlatnom bojom i jarkim sjajem na gotovo uvijek čistim rubovima. Zbog svojih svojstava, pirit je poznat od davnina, a tokom epidemija zlatne groznice, pirit iskri u kvarcnoj žili okrenuo je više od jedne vruće glave. Čak i sada, ljubitelji kamena početnici često pomiješaju pirit sa zlatom.

Pirit je sveprisutan mineral: formira se od magme, od para i rastvora, pa čak i od sedimenata, svaki put u određenim oblicima i kombinacijama. Poznat je slučaj kada se tokom nekoliko decenija telo rudara koji je pao u rudnik pretvorilo u pirit. U piritu ima dosta gvožđa - 46,5%, ali njegovo vađenje je skupo i neisplativo.