กรดเมตาเฟอร์ริก คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของเหล็กและสารประกอบของมัน

เหล็ก(Latin ferrum), fe, องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม VIII ของระบบธาตุของ Mendeleev; เลขอะตอม 26 มวลอะตอม 55.847; โลหะสีเงินสีขาวมันวาว องค์ประกอบในธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปเสถียรสี่ชนิด: 54 fe (5.84%), 56 fe (91.68%), 57 fe (2.17%) และ 58 fe (0.31%)

การอ้างอิงทางประวัติศาสตร์ เหล็กเป็นที่รู้จักในสมัยก่อนประวัติศาสตร์ แต่พบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายในเวลาต่อมา เนื่องจากมีน้อยมากในธรรมชาติในสภาพอิสระ และการสกัดแร่จากแร่สามารถทำได้ในระดับหนึ่งของการพัฒนาทางเทคโนโลยีเท่านั้น อาจเป็นครั้งแรกที่มนุษย์คุ้นเคยกับเหล็กอุกกาบาตตามที่เห็นได้จากชื่อของมันในภาษาของคนโบราณ: "beni-pet" ของอียิปต์โบราณหมายถึง "เหล็กสวรรค์"; ซีเดรอสของกรีกโบราณมีความเกี่ยวข้องกับภาษาละติน sidus (genitive case sideris) - ดาวฤกษ์ เทห์ฟากฟ้า ในตำราฮิตไทต์ของศตวรรษที่ 14 พ.ศ จ. เจถูกกล่าวถึงว่าเป็นโลหะที่ตกลงมาจากท้องฟ้า ภาษาโรมานซ์ยังคงเป็นรากของชื่อที่ชาวโรมันตั้งไว้ (เช่น French fer, Italian ferro)

วิธีการรับเหล็กจากแร่ถูกประดิษฐ์ขึ้นในเอเชียตะวันตกในสหัสวรรษที่ 2 ก่อนคริสต์ศักราช จ.; หลังจากนั้นการใช้เหล็กก็แพร่กระจายไปยังบาบิโลน อียิปต์ และกรีซ สำหรับการเปลี่ยนแปลง ยุคสำริดมา ยุคเหล็ก.โฮเมอร์ (ในเพลงที่ 23 ของเพลง Iliad) กล่าวว่า Achilles มอบจานที่ทำจากเหล็กให้กับผู้ชนะในการแข่งขันขว้างจักร ในยุโรปและมาตุภูมิโบราณผู้หญิงได้รับมานานหลายศตวรรษ กระบวนการทำชีสแร่เหล็กถูกทำให้ลดลงด้วยถ่านในโรงตีเหล็กที่สร้างขึ้นในหลุม อากาศถูกสูบเข้าไปในโรงตีเหล็กด้วยเครื่องสูบลม ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์ - กฤษฎา - ถูกแยกออกจากตะกรันด้วยการตีด้วยค้อนและผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ก็ถูกปลอมแปลงจากมัน เมื่อวิธีการเป่าดีขึ้นและความสูงของเตาเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของกระบวนการก็เพิ่มขึ้นและส่วนหนึ่งของเหล็กก็ถูกคาร์บูไรซ์ นั่นคือ ได้รับ เหล็กหล่อ; สินค้าที่ค่อนข้างเปราะบางนี้ถือเป็นของเสียจากการผลิต จึงเป็นที่มาของชื่อเหล็กหล่อ "pig iron", "pig iron" - ภาษาอังกฤษว่า pig iron ต่อมาสังเกตเห็นว่าเมื่อบรรจุเหล็กหล่อแทนที่จะเป็นแร่เหล็กเข้าไปในโรงหลอมก็จะได้รับเปลือกเหล็กคาร์บอนต่ำและกระบวนการสองขั้นตอนดังกล่าวกลับกลายเป็นผลกำไรมากกว่ากระบวนการเป่าชีส ในศตวรรษที่ 12-13 วิธีการกรีดร้องนั้นแพร่หลายไปแล้ว ในศตวรรษที่ 14 เหล็กหล่อเริ่มถูกหลอมไม่เพียงแต่เป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปสำหรับการแปรรูปต่อไปเท่านั้น แต่ยังเป็นวัสดุสำหรับการหล่อผลิตภัณฑ์ต่างๆอีกด้วย การสร้างเตาไฟขึ้นใหม่ให้เป็นเตาหลอม (“domnitsa”) จากนั้นจึงกลายเป็นเตาถลุงเหล็กก็มีอายุย้อนกลับไปในเวลาเดียวกัน ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 ในยุโรป กระบวนการเบ้าหลอมเริ่มถูกนำมาใช้ในการรับ กลายเป็นซึ่งเป็นที่รู้จักในซีเรียในยุคกลางตอนต้น แต่ต่อมากลับกลายเป็นว่าถูกลืมไป ในวิธีนี้ เหล็กผลิตขึ้นโดยการหลอมประจุโลหะในภาชนะขนาดเล็ก (ถ้วยใส่ตัวอย่าง) จากมวลที่ทนไฟสูง ในช่วงไตรมาสสุดท้ายของศตวรรษที่ 18 กระบวนการแปลงเหล็กหมูเป็นเหล็กที่ด้านล่างของเตาหลอมที่ลุกเป็นไฟเริ่มพัฒนาขึ้น การปฏิวัติอุตสาหกรรมในคริสต์ศตวรรษที่ 18 และต้นคริสต์ศตวรรษที่ 19 การประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำ การก่อสร้างทางรถไฟ สะพานขนาดใหญ่ และกองรถจักรไอน้ำ ทำให้เกิดความต้องการเหล็กและโลหะผสมจำนวนมหาศาล อย่างไรก็ตาม วิธีการผลิตเหล็กที่มีอยู่ทั้งหมดไม่สามารถตอบสนองความต้องการของตลาดได้ การผลิตเหล็กจำนวนมากเริ่มขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เท่านั้น เมื่อมีการพัฒนากระบวนการ Bessemer, Thomas และเตาแบบเปิด ในศตวรรษที่ 20 กระบวนการหลอมด้วยเตาไฟฟ้าเกิดขึ้นและแพร่หลายจนสามารถผลิตเหล็กคุณภาพสูงได้

ความชุกในธรรมชาติ ในแง่ของปริมาณในเปลือกโลก (4.65% โดยมวล) เหล็กอยู่ในอันดับที่สองในบรรดาโลหะ (อลูมิเนียมอยู่ในอันดับแรก) มันอพยพอย่างแรงในเปลือกโลก ก่อตัวเป็นแร่ธาตุประมาณ 300 ชนิด (ออกไซด์ ซัลไฟด์ ซิลิเกต คาร์บอเนต ไททาเนต ฟอสเฟต ฯลฯ) เหล็กมีส่วนร่วมในกระบวนการแม็กมาติก ไฮโดรเทอร์มอล และซุปเปอร์ยีน ซึ่งสัมพันธ์กับการก่อตัวของตะกอนประเภทต่างๆ เหล็กเป็นโลหะที่อยู่ลึกลงไปใต้พื้นโลก โดยสะสมในช่วงแรกของการตกผลึกแมกมา ในหินอัลตราเบสิก (9.85%) และหินพื้นฐาน (8.56%) (ในหินแกรนิตมีเพียง 2.7%) ในชีวมณฑล เหล็กจะสะสมอยู่ในตะกอนในทะเลและภาคพื้นทวีปจำนวนมาก กลายเป็นแร่ตะกอน

ปฏิกิริยารีดอกซ์มีบทบาทสำคัญในธรณีเคมีของเหล็ก โดยการเปลี่ยนจากเหล็ก 2 วาเลนต์ไปเป็นเหล็ก 3 วาเลนต์ และในทางกลับกัน ในชีวมณฑลเมื่อมีสารอินทรีย์อยู่ fe 3+ จะลดลงเหลือ fe 2+ และเคลื่อนย้ายได้ง่ายและเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนในบรรยากาศ fe 2+ จะถูกออกซิไดซ์ทำให้เกิดการสะสมของไฮดรอกไซด์ของเหล็ก 3 วาเลนต์ สารประกอบที่แพร่หลายของ เหล็ก 3 วาเลนท์ ได้แก่ แดง เหลือง น้ำตาล สิ่งนี้จะกำหนดสีของหินตะกอนหลายชนิดและชื่อของมัน - "การก่อตัวสีแดง" (ดินร่วนและดินเหนียวสีแดงและสีน้ำตาล ทรายสีเหลือง ฯลฯ )

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี. ความสำคัญของเหล็กในเทคโนโลยีสมัยใหม่ไม่ได้ถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของธาตุเหล็กในวงกว้างเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากคุณสมบัติที่มีคุณค่ามากผสมผสานกันด้วย เป็นพลาสติก ปลอมแปลงได้ง่ายทั้งในสภาวะเย็นและร้อน และสามารถรีด ประทับตรา และวาดได้ ความสามารถในการละลายคาร์บอนและองค์ประกอบอื่น ๆ ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานในการผลิตโลหะผสมเหล็กต่างๆ

ของเหลวสามารถมีอยู่ได้ในรูปของผลึกคริสตัลสองอัน: a - และ g - ลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางร่างกาย (bcc) และลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ใบหน้า (fcc) ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 910 °C a - fe ที่มีโครงตาข่าย bcc จะเสถียร (a = 2.86645 å ที่ 20 °C) ระหว่าง 910°C ถึง 1400°C การดัดแปลง g ด้วย fcc lattice จะเสถียร (a = 3.64 å) ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,400°C ตาข่าย bcc d-fe (a = 2.94 å) จะถูกสร้างขึ้นอีกครั้ง และคงตัวจนถึงอุณหภูมิหลอมละลาย (1539°C) a - fe เป็นแบบเฟอร์โรแมกเนติกสูงถึง 769°C (จุด Curie) การดัดแปลง g -fe และ d -fe เป็นแบบพาราแมกเนติก

การเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกของเหล็กและเหล็กกล้าเมื่อได้รับความร้อนและความเย็นถูกค้นพบในปี 1868 โดย D.K. เชอร์นอฟ. คาร์บอนก่อตัวขึ้นด้วยเจ โซลูชั่นที่มั่นคงการฝังตัวโดยที่อะตอม C ซึ่งมีรัศมีอะตอมเล็ก (0.77 å) ตั้งอยู่ในจุดตัดของตาข่ายคริสตัลโลหะ ซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่ใหญ่กว่า (รัศมีอะตอม fe 1.26 å) สารละลายคาร์บอนที่เป็นของแข็งใน g-fe เรียกว่า ออสเทนไนต์และใน (a -fe- เฟอร์ไรท์. สารละลายคาร์บอนอิ่มตัวที่เป็นของแข็ง มีหน่วยเป็น กรัม - fe มี 2.0% C โดยน้ำหนักที่ 1130°C; a -fe ละลายเพียง 0.02-0.04% C ที่ 723°C และน้อยกว่า 0.01% ที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นเมื่อ การแข็งตัวออสเทนไนต์เกิดขึ้น มาร์เทนไซต์ -สารละลายคาร์บอนที่เป็นของแข็งอิ่มตัวยวดยิ่งใน a - fe มีความแข็งและเปราะมาก ผสมผสานการชุบแข็งด้วย วันหยุด(โดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำเพื่อลดความเครียดภายใน) ทำให้สามารถถ่ายทอดความแข็งและความเหนียวที่ต้องการให้กับเหล็กได้

คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ วัสดุเหล็กอุตสาหกรรมมักมีสิ่งเจือปน ได้แก่ คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัส แม้จะมีความเข้มข้นต่ำมาก สิ่งเจือปนเหล่านี้ก็เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโลหะไปอย่างมาก ดังนั้นซัลเฟอร์จึงทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า ความเปราะบางสีแดง, ฟอสฟอรัส (แม้แต่ 10 -20% P) - ความหนาวเย็น; คาร์บอนและไนโตรเจนลดลง พลาสติกและไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น ความเปราะบาง G. (ที่เรียกว่าการแตกตัวของไฮโดรเจน) การลดปริมาณสิ่งเจือปนเป็น 10 -7 - 10 -9% นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในคุณสมบัติของโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มความเหนียว

ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก ซึ่งเกี่ยวข้องกับโลหะเป็นหลักซึ่งมีปริมาณสิ่งเจือปนรวมน้อยกว่า 0.01% โดยน้ำหนัก:

รัศมีอะตอม 1.26 å

รัศมีไอออนิก fe 2+ o.80 å, fe 3+ o.67 å

ความหนาแน่น (20 o c) 7.874 กรัม/ซม.3

กรุณา 1539°ซ

ไม่เป็นไรประมาณ 3200 o C

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น (20°C) 11.7·10 -6

ค่าการนำความร้อน (25°C) 74.04 อ/(ม.เค)

ความจุความร้อนของของเหลวขึ้นอยู่กับโครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่ซับซ้อนตามอุณหภูมิ ความจุความร้อนจำเพาะเฉลี่ย (0-1,000 o c) 640.57 เจ/(กิโลกรัม·ถึง) .

ความต้านทานไฟฟ้า (20°C)

9.7·10 -8 โอห์ม ม

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานไฟฟ้า

(0-100°ซ) 6.51·10 -3

โมดูลัสของยัง 190-210 10 3 นาที/นาที 2

(19-21 10 3 กิโลกรัมเอฟ/มม 2)

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของโมดูลัสของยัง

โมดูลัสแรงเฉือน 84.0 10 3 ลบ.ม./ลบ.ม.2

ความต้านทานแรงดึงระยะสั้น

170-210 ลบ.ม./ลบ.ม.2

การยืดตัว 45-55%

ความแข็งของบริเนล 350-450 ลบ.ม./ลบ.ม.2

ความแรงของผลผลิต 100 ลบ.ม./ลบ.ม.2

แรงกระแทก 300 ลบ.ม./ลบ.ม.2

โครงร่างของเปลือกอิเล็กตรอนด้านนอกของอะตอม fe 3 ง 6 4ส 2 . เหล็กมีความจุแปรผันได้ (สารประกอบของเหล็ก 2 และ 3 วาเลนต์มีความเสถียรมากที่สุด) เมื่อออกซิเจน เหล็กจะเกิดเป็นฟีโอออกไซด์, fe 2 o 3 ออกไซด์ และ fe 3 o 4 ออกไซด์-ออกไซด์ (สารประกอบของ feo กับ fe 2 o 3 ซึ่งมีโครงสร้าง สปิเนล) . ในอากาศชื้นที่อุณหภูมิปกติ เหล็กจะเกิดสนิมขึ้น (fe 2 o 3) nชั่วโมง 2 โอ) เนื่องจากมีความพรุน สนิมจึงไม่ป้องกันการเข้าถึงออกซิเจนและความชื้นไปยังโลหะ และดังนั้นจึงไม่ได้ป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ผลของการกัดกร่อนประเภทต่างๆ ทำให้เหล็กหายไปหลายล้านตันต่อปี เมื่อเหล็กถูกให้ความร้อนในอากาศแห้งที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 200°C เหล็กจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์บางๆ ซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการกัดกร่อนที่อุณหภูมิปกติ นี่เป็นพื้นฐานของวิธีการทางเทคนิคในการปกป้อง Zh - บลูนิ่งเมื่อถูกความร้อนในไอน้ำ เหล็กจะออกซิไดซ์เป็น fe 3 o 4 (ต่ำกว่า 570°C) หรือ feo (สูงกว่า 570°C) และปล่อยไฮโดรเจนออกมา

Fe(oh)2 ไฮดรอกไซด์ก่อตัวขึ้นในรูปของตะกอนสีขาวเมื่อด่างกัดกร่อนหรือแอมโมเนียทำปฏิกิริยากับสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือ fe2+ ในบรรยากาศของไฮโดรเจนหรือไนโตรเจน เมื่อสัมผัสกับอากาศ fe(oh)2 จะเปลี่ยนเป็นสีเขียวก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นสีดำ และสุดท้ายจะเปลี่ยนเป็น fe(oh)3 ไฮดรอกไซด์สีน้ำตาลแดงอย่างรวดเร็ว ฟีโอออกไซด์แสดงคุณสมบัติพื้นฐาน Fe 2 o 3 ออกไซด์เป็นแอมโฟเทอริกและมีฟังก์ชันที่เป็นกรดที่แสดงออกอย่างอ่อน เมื่อทำปฏิกิริยากับออกไซด์พื้นฐานมากขึ้น (เช่น mgo) จะเกิดเป็นเฟอร์ไรต์ - สารประกอบประเภท fe 2 o 3 n meo ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ คุณสมบัติที่เป็นกรดยังแสดงออกมาในเหล็กเฮกซาวาเลนต์ซึ่งมีอยู่ในรูปของเฟอร์เรต เช่น k 2 feo 4 ซึ่งเป็นเกลือของกรดเฟอร์ริกที่ไม่ได้ถูกแยกออกในสถานะอิสระ

F. ทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนและไฮโดรเจนเฮไลด์ได้ง่าย โดยให้เกลือ เช่น คลอไรด์ fecl 2 และ fecl 3 เมื่อของเหลวถูกให้ความร้อนด้วยซัลเฟอร์ จะเกิดซัลไฟด์ fes และ fes 2 คาร์ไบด์ Zh. - fe 3 c ( ซีเมนต์) และ fe 2 c (e-carbide) - ตกตะกอนจากสารละลายคาร์บอนที่เป็นของแข็งในของเหลวเมื่อเย็นลง fe 3 c ยังถูกปล่อยออกมาจากสารละลายคาร์บอนในของเหลวของเหลวที่ไนโตรเจนความเข้มข้นสูง ไนโตรเจน เช่นเดียวกับคาร์บอนให้สารละลายของแข็งคั่นระหว่างของเหลวจากของเหลว ในจำนวนนี้ไนไตรด์ fe 4 n และ fe 2 n จะถูกปล่อยออกมา เมื่อใช้ไฮโดรเจน เหล็กจะผลิตเฉพาะไฮไดรด์ที่ไม่เสถียรเท่านั้น ซึ่งองค์ประกอบดังกล่าวยังไม่ได้รับการกำหนดแน่ชัด เมื่อถูกความร้อน เหล็กจะทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับซิลิคอนและฟอสฟอรัส ทำให้เกิดซิลิไซด์ (เช่น fe 3 si) และฟอสไฟด์ (เช่น fe 3 p)

สารประกอบของเหลวที่มีองค์ประกอบหลายอย่าง (O, s ฯลฯ) ซึ่งก่อรูปโครงสร้างผลึกมีองค์ประกอบที่แปรผัน (เช่น ปริมาณซัลเฟอร์ในโมโนซัลไฟด์อาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 50 ถึง 53.3 ที่%) นี่เป็นเพราะข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึก ตัวอย่างเช่น ในเหล็กออกไซด์ ไอออน fe 2+ บางส่วนที่ไซต์ขัดแตะจะถูกแทนที่ด้วยไอออน fe 3+ เพื่อรักษาความเป็นกลางทางไฟฟ้า ตำแหน่งขัดแตะบางแห่งที่เป็นของไอออน fe 2+ ยังคงว่างเปล่า และเฟส (wüstite) ภายใต้สภาวะปกติจะมีสูตร fe 0.947 o

ปฏิสัมพันธ์ของเจกับ กรดไนตริกเข้มข้น hno 3 (ความหนาแน่น 1.45 กรัม/ซม.3) ทำให้เหล็กทะลุผ่านเนื่องจากลักษณะของฟิล์มป้องกันออกไซด์บนพื้นผิว hno 3 ที่เจือจางมากขึ้นจะละลายของเหลวด้วยการก่อตัวของไอออน fe 2+ หรือ fe 3+ ลดลงเหลือ mh 3 หรือ n 2 o และ n 2

สารละลายของเกลือเหล็กไดวาเลนต์ในอากาศไม่เสถียร - fe 2+ ค่อยๆ ออกซิไดซ์เป็น fe 3+ สารละลายน้ำของเกลือเหลวเนื่องจาก การไฮโดรไลซิสมีปฏิกิริยาเป็นกรด การเติม fe 3+ thiocyanate ions scn - ในสารละลายเกลือทำให้มีสีแดงเลือดสดใสเนื่องจากลักษณะของ fe (scn) 3 ซึ่งทำให้สามารถค้นพบการมีอยู่ของ 1 ส่วน fe 3+ ในเวลาประมาณ 10 6 ส่วนของน้ำ J. โดดเด่นด้วยการศึกษา สารประกอบเชิงซ้อน

ใบเสร็จรับเงินและการสมัคร เหล็กบริสุทธิ์จะได้มาในปริมาณที่ค่อนข้างน้อยโดยอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือหรือโดยรีดิวซ์ออกไซด์ด้วยไฮโดรเจน วิธีการกำลังได้รับการพัฒนาสำหรับการผลิตเหล็กโดยตรงจากแร่โดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสที่หลอมละลาย การผลิตเหล็กบริสุทธิ์ที่เพียงพอจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นผ่านการรีดักชันโดยตรงจากแร่ที่มีความเข้มข้นด้วยไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติ หรือถ่านหินที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ

เหล็กเป็นโลหะที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยีสมัยใหม่ ในรูปแบบบริสุทธิ์ เหล็กไม่ได้ใช้ในทางปฏิบัติเนื่องจากมีความแข็งแรงต่ำ แม้ว่าในชีวิตประจำวันทั่วไป เหล็กหรือผลิตภัณฑ์เหล็กหล่อมักเรียกว่า "เหล็ก" เหล็กจำนวนมากถูกใช้ในรูปของโลหะผสมที่มีองค์ประกอบและคุณสมบัติแตกต่างกันมาก โลหะผสมเหล็กคิดเป็นประมาณ 95% ของผลิตภัณฑ์โลหะทั้งหมด โลหะผสมที่อุดมด้วยคาร์บอน (มากกว่า 2% โดยน้ำหนัก) - เหล็กหล่อ - ถูกถลุงในเตาถลุงเหล็กจากแร่เหล็กเสริมสมรรถนะ เหล็กเกรดต่างๆ (ปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 2% โดยน้ำหนัก) ถูกหลอมจากเหล็กหล่อในเตาเผาแบบเปิดและเตาไฟฟ้าและตัวแปลงโดยการออกซิไดซ์ (เผาไหม้) คาร์บอนส่วนเกินกำจัดสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย (ส่วนใหญ่เป็น s, P, O) และเติม องค์ประกอบการผสม เหล็กกล้าโลหะผสมสูง (ที่มีนิกเกิล โครเมียม ทังสเตน และองค์ประกอบอื่นๆ ในปริมาณสูง) จะถูกหลอมในเตาอาร์กไฟฟ้าและเตาเหนี่ยวนำ สำหรับการผลิตเหล็กและโลหะผสมเหล็กเพื่อวัตถุประสงค์ที่สำคัญโดยเฉพาะ มีการใช้กระบวนการใหม่ เช่น สุญญากาศ การหลอมด้วยไฟฟ้าสแลก การหลอมพลาสมาและลำแสงอิเล็กตรอน ฯลฯ กำลังได้รับการพัฒนาวิธีการสำหรับการถลุงเหล็กในหน่วยปฏิบัติการอย่างต่อเนื่องเพื่อให้มั่นใจว่าโลหะมีคุณภาพสูงและระบบอัตโนมัติของ กระบวนการ.

วัสดุถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของเหล็กซึ่งสามารถทนต่อผลกระทบของอุณหภูมิสูงและต่ำ สุญญากาศและแรงกดดันสูง สภาพแวดล้อมที่รุนแรง แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสูง การแผ่รังสีนิวเคลียร์ ฯลฯ การผลิตเหล็กและโลหะผสมมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง ในปี 1971 มีการถลุงแร่ 89.3 ล้านครั้งในสหภาพโซเวียต ตเหล็กหล่อและ 121 ล้าน ตกลายเป็น.

L. A. Shvartsman, L. V. Vanyukova

เหล็กเป็นวัสดุทางศิลปะถูกนำมาใช้ตั้งแต่สมัยโบราณในอียิปต์ (หัวยืนจากหลุมฝังศพของตุตันคามุนใกล้เมืองธีบส์ กลางศตวรรษที่ 14 ก่อนคริสต์ศักราช พิพิธภัณฑ์ Ashmolean เมืองอ็อกซ์ฟอร์ด) เมโสโปเตเมีย (มีดสั้นพบใกล้คาร์เคมิช 500 ปีก่อนคริสตกาล พิพิธภัณฑ์บริติช ลอนดอน) , อินเดีย (เสาเหล็กในเดลี, 415). ตั้งแต่ยุคกลาง ผลิตภัณฑ์ที่มีศิลปะชั้นสูงจำนวนมากจากเหล็กและเหล็กกล้าได้รับการอนุรักษ์ไว้ในประเทศต่างๆ ในยุโรป (อังกฤษ ฝรั่งเศส อิตาลี รัสเซีย ฯลฯ) เช่น รั้วปลอม บานพับประตู ขายึดผนัง ใบพัดสภาพอากาศ กรอบหน้าอก และไฟ การหลอมผ่านผลิตภัณฑ์ที่ทำจากแท่งและผลิตภัณฑ์ที่ทำจากแผ่นโลหะขยาย (มักมีซับในไมกา) โดดเด่นด้วยรูปทรงแบน มีภาพกราฟิกเชิงเส้นที่ชัดเจน และมองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพบนพื้นหลังที่โปร่งสบาย ในศตวรรษที่ 20 เหล็กใช้สำหรับการผลิตตะแกรง, รั้ว, ฉากกั้นภายในฉลุ, เชิงเทียนและอนุสาวรีย์

ที.แอล.

ธาตุเหล็กในร่างกาย เหล็กมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตของสัตว์และพืชทุกชนิด (โดยเฉลี่ยประมาณ 0.02%); จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการเผาผลาญออกซิเจนและกระบวนการออกซิเดชั่นเป็นหลัก มีสิ่งมีชีวิต (ที่เรียกว่าหัว) ที่สามารถสะสมได้ในปริมาณมาก (เช่น แบคทีเรียเหล็ก -มากถึง 17-20% F.) ไขมันเกือบทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตในสัตว์และพืชมีความเกี่ยวข้องกับโปรตีน การขาดไขมันทำให้เกิดการชะลอการเจริญเติบโตและอาการต่างๆ พืชคลอโรซีส,เกี่ยวข้องกับการศึกษาที่ลดลง คลอโรฟิลล์ธาตุเหล็กที่มากเกินไปยังส่งผลเสียต่อการพัฒนาของพืช เช่น ดอกข้าวเป็นหมันและคลอโรซิส ในดินที่เป็นด่างจะเกิดสารประกอบเหล็กซึ่งรากพืชไม่สามารถเข้าถึงได้และพืชไม่ได้รับในปริมาณที่เพียงพอ ในดินที่เป็นกรดเหล็กจะผ่านเข้าไปในสารประกอบที่ละลายน้ำได้ในปริมาณที่มากเกินไป เมื่อมีการขาดหรือมากเกินไปของสารประกอบเหล็กที่ดูดซึมได้ในดิน โรคพืชอาจเกิดขึ้นได้ในพื้นที่ขนาดใหญ่

ไฟเบอร์เข้าสู่ร่างกายของสัตว์และมนุษย์ด้วยอาหาร (แหล่งที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในนั้น ได้แก่ ตับ เนื้อสัตว์ ไข่ พืชตระกูลถั่ว ขนมปัง ซีเรียล ผักโขม และหัวบีท) โดยปกติแล้วคนๆ หนึ่งจะได้รับ 60-110 พร้อมกับการรับประทานอาหาร มกเจ ซึ่งเกินความต้องการรายวันของเขาอย่างมาก การดูดซึมปฏิสนธิที่ได้รับจากอาหารเกิดขึ้นที่ส่วนบนของลำไส้เล็กโดยเข้าสู่กระแสเลือดในรูปแบบที่จับกับโปรตีนและลำเลียงเลือดไปยังอวัยวะและเนื้อเยื่อต่างๆโดยสะสมอยู่ในรูปของปุ๋ย โปรตีนคอมเพล็กซ์ - เฟอร์ริติน คลังไขมันหลักในร่างกายคือตับและม้าม เนื่องจากเฟอร์ริตินของเหล็ก สารประกอบที่มีธาตุเหล็กทั้งหมดของร่างกายจึงถูกสังเคราะห์ขึ้น: เม็ดสีทางเดินหายใจถูกสังเคราะห์ในไขกระดูก เฮโมโกลบิน,ในกล้ามเนื้อ - ไมโอโกลบิน,ในเนื้อเยื่อต่างๆ ไซโตโครมและเอนไซม์ที่มีธาตุเหล็กอื่นๆ ไขมันถูกขับออกจากร่างกายส่วนใหญ่ผ่านทางผนังลำไส้ใหญ่ (ในมนุษย์มีประมาณ 6-10 ตัว) มกต่อวัน) และทางไตเล็กน้อย ความต้องการไขมันของร่างกายเปลี่ยนแปลงไปตามอายุและสภาพร่างกาย สำหรับน้ำหนัก 1 กิโลกรัม เด็กต้องการ - 0.6 ผู้ใหญ่ - 0.1 และสตรีมีครรภ์ - 0.3 มกเจ ต่อวัน. ในสัตว์ความต้องการไขมันจะอยู่ที่ประมาณ (ต่อ 1 กิโลกรัมอาหารแห้ง): สำหรับโคนม - อย่างน้อย 50 มก.สำหรับสัตว์เล็ก - 30-50 มก.สำหรับลูกสุกร - มากถึง 200 มก.สำหรับสุกรท้อง - 60 มก.

วี.วี. โควัลสกี้

ในทางการแพทย์การเตรียมธาตุเหล็ก (เหล็กลดลง, เหล็กแลคเตต, เหล็กกลีเซอรอสฟอสเฟต, เหล็กซัลเฟตไดวาเลนต์, เม็ดโบล, สารละลายมาเลต, เฟราไมด์, เฮโมสติมูลิน ฯลฯ ) ถูกนำมาใช้ในการรักษาโรคที่มาพร้อมกับการขาดธาตุเหล็ก ในร่างกาย ( โรคโลหิตจางจากการขาดธาตุเหล็ก) เช่นเดียวกับยาชูกำลังทั่วไป (หลังโรคติดเชื้อ ฯลฯ ) ไอโซโทปของธาตุเหล็ก (52 fe, 55 fe และ 59 fe) ใช้เป็นตัวบ่งชี้ในการวิจัยทางชีวการแพทย์และการวินิจฉัยโรคในเลือด (โรคโลหิตจาง, มะเร็งเม็ดเลือดขาว, polycythemia ฯลฯ )

ความหมาย:โลหะวิทยาทั่วไป, M. , 1967; Nekrasov B.V. ความรู้พื้นฐานทางเคมีทั่วไป เล่ม 3, M. , 1970; Remi G. หลักสูตรเคมีอนินทรีย์ ทรานส์. จากภาษาเยอรมัน เล่ม 2 ม. 2509; สารานุกรมเคมีโดยย่อ เล่ม 2, M. , 1963; Levinson N. R. [ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและเหล็ก] ในหนังสือ: ศิลปะการตกแต่งของรัสเซีย เล่ม 1-3, M. , 1962-65; Vernadsky V.I. บทความทางชีวธรณีเคมี พ.ศ. 2465-2475 ม. - ล. 2483; Granik S. การเผาผลาญธาตุเหล็กในสัตว์และพืช ในชุด: Microelements, trans จากภาษาอังกฤษ ม. 2505; Dixon M., Webb F., เอนไซม์, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ ม. 2509; neogi p. เหล็กในอินเดียโบราณ กัลกัตตา 2457; เพื่อนเจ n. เหล็กในสมัยโบราณ l. 2469; แฟรงก์อี ข. งานเหล็กเก่าของฝรั่งเศส แคม (พิธีมิสซา) 2493; Lister R. งานเหล็กดัดตกแต่งในบริเตนใหญ่, l., 1960

ดาวน์โหลดบทคัดย่อ

ผู้คนรู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ: นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าของใช้ในครัวเรือนโบราณที่ทำจากวัสดุนี้มีอายุตั้งแต่สหัสวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช

เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงชีวิตมนุษย์ที่ปราศจากธาตุเหล็ก เชื่อกันว่าเหล็กถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมบ่อยกว่าโลหะชนิดอื่น โครงสร้างที่สำคัญที่สุดทำจากมัน เหล็กยังพบได้ในเลือดในปริมาณเล็กน้อย เป็นเนื้อหาของธาตุที่ยี่สิบหกที่ทำให้เลือดเป็นสีแดง

คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก

เหล็กเผาไหม้ในออกซิเจนทำให้เกิดออกไซด์:

3เฟ + 2O₂ = เฟ₃O₄

เมื่อถูกความร้อน เหล็กสามารถทำปฏิกิริยากับอโลหะได้:

นอกจากนี้ที่อุณหภูมิ 700-900 °C ก็ทำปฏิกิริยากับไอน้ำ:

3Fe + 4H₂O = เฟ₃O₄ + 4H₂

สารประกอบเหล็ก

ดังที่ทราบกันดีว่าเหล็กออกไซด์มีไอออนที่มีสถานะออกซิเดชันสองสถานะ: +2 และ + 3 การรู้สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเพราะ ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงจะดำเนินการสำหรับองค์ประกอบที่แตกต่างกัน

ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อธาตุเหล็ก

จำเป็นต้องมีปฏิกิริยาเชิงคุณภาพเพื่อให้สามารถระบุการมีอยู่ของไอออนของสารชนิดหนึ่งในสารละลายหรือสิ่งเจือปนของสารอื่นได้อย่างง่ายดาย ให้เราพิจารณาปฏิกิริยาเชิงคุณภาพของธาตุเหล็กไดวาเลนต์และไตรวาเลนท์

ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อธาตุเหล็ก (III)

เนื้อหาของเฟอร์ริกไอออนในสารละลายสามารถกำหนดได้โดยใช้อัลคาไล หากผลลัพธ์เป็นบวก จะเกิดเบสขึ้น - เหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ Fe(OH)₃

เหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ Fe(OH)₃

สารที่ได้จะไม่ละลายในน้ำและมีสีน้ำตาล มันเป็นตะกอนสีน้ำตาลที่อาจบ่งบอกว่ามีเฟอร์ริกไอออนอยู่ในสารละลาย:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓+ 3NaCl

ไอออน Fe(III) สามารถหาได้โดยใช้ K₃

สารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ผสมกับสารละลายเกลือในเลือดสีเหลือง เป็นผลให้คุณสามารถเห็นตะกอนสีน้ำเงินที่สวยงามซึ่งจะบ่งบอกว่ามีไอออนของเฟอร์ริกอยู่ในสารละลาย คุณจะได้พบกับการทดลองอันน่าทึ่งเพื่อศึกษาคุณสมบัติของเหล็ก

ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อธาตุเหล็ก (II)

ไอออน Fe²⁺ ทำปฏิกิริยากับเกลือในเลือดแดง K₄ หากมีการตกตะกอนสีน้ำเงินเกิดขึ้นเมื่อเติมเกลือ แสดงว่าไอออนเหล่านี้ปรากฏอยู่ในสารละลาย

เรื่องราว

เหล็กเป็นวัสดุเครื่องมือเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ วัตถุเหล็กที่เก่าแก่ที่สุดที่พบในระหว่างการขุดค้นทางโบราณคดีมีอายุย้อนกลับไปถึงสหัสวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช จ. และเป็นของอารยธรรมสุเมเรียนโบราณและอียิปต์โบราณ สิ่งเหล่านี้ทำจากเหล็กอุกกาบาตนั่นคือโลหะผสมของเหล็กและนิกเกิล (เนื้อหาในช่วงหลังอยู่ระหว่าง 5 ถึง 30%) เครื่องประดับจากสุสานอียิปต์ (ประมาณ 3800 ปีก่อนคริสตกาล) และกริชจากเมืองซูร์แห่งสุเมเรียน (ประมาณ 3100 ปีก่อนคริสตกาล) จ.) เห็นได้ชัดว่าหนึ่งในชื่อเหล็กในภาษากรีกและละตินมาจากต้นกำเนิดของเหล็กอุกกาบาตที่มาจากท้องฟ้า: "ไซเดอร์" (ซึ่งแปลว่า "ดวงดาว")

ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กที่ได้จากการถลุงเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่การตั้งถิ่นฐานของชนเผ่าอารยันตั้งแต่ยุโรปไปจนถึงเอเชีย เกาะต่างๆ ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน และอื่นๆ (ปลายสหัสวรรษที่ 4 และ 3 ก่อนคริสต์ศักราช) เครื่องมือเหล็กที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักคือใบมีดเหล็กที่พบในอาคารก่ออิฐของปิรามิด Cheops ในอียิปต์ (สร้างขึ้นเมื่อประมาณ 2530 ปีก่อนคริสตกาล) ดังที่การขุดค้นในทะเลทรายนูเบียแสดงให้เห็นแล้วในสมัยนั้นชาวอียิปต์พยายามแยกทองคำที่ขุดได้จากทรายแมกนีไทต์หนัก เผาแร่ด้วยรำข้าวและสารที่คล้ายกันที่มีคาร์บอน เป็นผลให้ชั้นของเหล็กแป้งลอยอยู่บนพื้นผิวของทองละลาย ซึ่งถูกแปรรูปแยกกัน เครื่องมือถูกสร้างขึ้นจากเหล็กนี้ รวมถึงเครื่องมือที่พบในปิรามิด Cheops อย่างไรก็ตามหลังจากหลานชายของ Cheops Menkaur (2471-2465 ปีก่อนคริสตกาล) ความวุ่นวายก็เกิดขึ้นในอียิปต์: ขุนนางที่นำโดยนักบวชของเทพเจ้า Ra ได้โค่นล้มราชวงศ์ที่ปกครองและการก้าวกระโดดของผู้แย่งชิงก็เริ่มขึ้นซึ่งจบลงด้วยการภาคยานุวัติของ ฟาโรห์แห่งราชวงศ์ถัดมา Userkar ซึ่งนักบวชประกาศให้เป็นลูกชายและอวตารเป็นพระเจ้า Ra เอง (ตั้งแต่นั้นมาสิ่งนี้ก็กลายเป็นสถานะอย่างเป็นทางการของฟาโรห์) ในช่วงความวุ่นวายนี้ ความรู้ทางวัฒนธรรมและเทคนิคของชาวอียิปต์ลดลง และเช่นเดียวกับศิลปะในการสร้างปิรามิดที่เสื่อมโทรมลง เทคโนโลยีการผลิตเหล็กก็สูญหายไป จนถึงจุดนั้นในเวลาต่อมา เมื่อสำรวจคาบสมุทรซีนายเพื่อค้นหาทองแดง แร่ ชาวอียิปต์ไม่ได้ใส่ใจใด ๆ กับแหล่งแร่เหล็กที่มีอยู่ที่นั่น และได้รับเหล็กจากชาวฮิตไทต์และมิทันเนียนที่อยู่ใกล้เคียง

คนแรกที่เชี่ยวชาญในการผลิตเหล็กคือ Hutts ซึ่งระบุได้โดยการกล่าวถึงเหล็กที่เก่าแก่ที่สุด (2 สหัสวรรษก่อนคริสต์ศักราช) ในตำราของชาวฮิตไทต์ผู้ก่อตั้งอาณาจักรของพวกเขาบนดินแดนของ Hutts (อนาโตเลียสมัยใหม่ในตุรกี) ดังนั้น ข้อความของกษัตริย์อานิตตาชาวฮิตไทต์ (ประมาณ 1800 ปีก่อนคริสตกาล) จึงกล่าวว่า:

เมื่อข้าพเจ้าไปรณรงค์ที่เมืองปุรุสคันดะ มีชายคนหนึ่งจากเมืองปุรุสคันดะมากราบข้าพเจ้า (...?) แล้วทรงถวายบัลลังก์เหล็ก 1 องค์ และคทาเหล็ก 1 เล่ม (?) แก่ข้าพเจ้าเป็นสัญลักษณ์แห่งความนอบน้อม (?) ...

(แหล่งที่มา: จอร์จาดเซ จี.จี.// กระดานข่าวประวัติศาสตร์โบราณ พ.ศ.2508 ลำดับที่ 4.)

ในสมัยโบราณ Khalibs เป็นที่รู้จักในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านผลิตภัณฑ์เหล็ก ตำนานของ Argonauts (การรณรงค์ของพวกเขาใน Colchis เกิดขึ้นประมาณ 50 ปีก่อนสงครามเมืองทรอย) เล่าว่า Eet กษัตริย์แห่ง Colchis, Eet ได้มอบคันไถเหล็กให้กับ Jason เพื่อที่เขาจะได้ไถนาในทุ่ง Ares และวิชาของเขาคือ Calibers มีคำอธิบายว่า:

พวกเขาไม่ไถพรวนดิน ไม่ปลูกไม้ผล ไม่กินหญ้าในทุ่งหญ้าอันอุดมสมบูรณ์ พวกเขาสกัดแร่และเหล็กจากที่ดินที่ไม่ได้รับการเพาะปลูกและแลกเปลี่ยนอาหารกับมัน วันนั้นไม่ได้เริ่มต้นสำหรับพวกเขา หากไม่มีการทำงานหนัก พวกเขาใช้เวลาทั้งวันอยู่ในความมืดมิดของกลางคืน และควันหนาทึบ...

อริสโตเติลบรรยายถึงวิธีการผลิตเหล็กของพวกเขาว่า “ชาวคาลิบล้างทรายในแม่น้ำของประเทศของตนหลายครั้ง จึงปล่อยสารเข้มข้นสีดำ (เศษหนักที่ประกอบด้วยแมกนีไทต์และออกไซด์เป็นส่วนใหญ่) แล้วนำไปหลอมในเตาเผา โลหะที่ได้จึงมีสีเงินและเป็นสแตนเลส”

ทรายแมกนีไทต์ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการถลุงเหล็ก ซึ่งมักพบได้ตามชายฝั่งทะเลดำทั้งหมด ทรายแมกนีไทต์เหล่านี้ประกอบด้วยส่วนผสมของแมกนีไทต์เม็ดเล็ก ๆ ไททาโนแมกนีไทต์หรืออิลเมไนต์ และเศษหินอื่น ๆ ดังนั้น ว่าเหล็กที่พวกคาลิบานถลุงนั้นเป็นโลหะผสมและมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม วิธีการรับเหล็กที่เป็นเอกลักษณ์นี้ชี้ให้เห็นว่า Khalibs แพร่กระจายเหล็กเป็นวัสดุทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่วิธีการของพวกเขาไม่สามารถเป็นวิธีการสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์เหล็กทางอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตามการผลิตของพวกเขาเป็นแรงผลักดันในการพัฒนาโลหะวิทยาเหล็กต่อไป

ในสมัยโบราณ เหล็กมีค่ามากกว่าทองคำ และตามคำอธิบายของ Strabo ชนเผ่าแอฟริกันให้ทองคำ 10 ปอนด์ต่อเหล็ก 1 ปอนด์ และจากการวิจัยของนักประวัติศาสตร์ G. Areshyan ราคาของทองแดง เงิน ทองคำและ เหล็กในหมู่ชาวฮิตไทต์โบราณอยู่ในอัตราส่วน 1: 160 : 1280: 6400 ในสมัยนั้นเหล็กถูกใช้เป็นโลหะเครื่องประดับบัลลังก์และเครื่องราชกกุธภัณฑ์อื่น ๆ แห่งพระราชอำนาจถูกสร้างขึ้นจากมันตัวอย่างเช่นหนังสือในพระคัมภีร์ไบเบิลของเฉลยธรรมบัญญัติ 3.11 บรรยายถึง “เตียงเหล็ก” ของกษัตริย์เรฟาอิม อ็อก

ในหลุมฝังศพของตุตันคามุน (ประมาณ 1,350 ปีก่อนคริสตกาล) พบกริชเหล็กในกรอบทองคำ - อาจเป็นของขวัญจากชาวฮิตไทต์เพื่อวัตถุประสงค์ทางการทูต แต่ชาวฮิตไทต์ไม่ได้ต่อสู้ดิ้นรนเพื่อการเผยแพร่เหล็กและเทคโนโลยีในวงกว้างซึ่งเห็นได้จากการติดต่อระหว่างฟาโรห์ตุตันคามุนแห่งอียิปต์กับพ่อตาของเขาฮัททูซิลกษัตริย์แห่งฮิตไทต์ ฟาโรห์ขอให้ส่งเหล็กเพิ่มอีกและกษัตริย์ของชาวฮิตไทต์ก็ตอบอย่างเลี่ยงไม่ได้ว่าปริมาณเหล็กสำรองหมดไปและช่างตีเหล็กก็ยุ่งอยู่กับงานเกษตรกรรมดังนั้นเขาจึงไม่สามารถทำตามคำร้องขอของราชบุตรเขยได้และส่งเพียง กริชหนึ่งอันทำจาก "เหล็กดี" (นั่นคือเหล็ก) อย่างที่คุณเห็นชาวฮิตไทต์พยายามใช้ความรู้ของตนเพื่อให้ได้เปรียบทางการทหารและไม่ได้ให้โอกาสผู้อื่นตามทันพวกเขา เห็นได้ชัดว่านี่คือสาเหตุที่ผลิตภัณฑ์เหล็กแพร่หลายเฉพาะหลังสงครามเมืองทรอยและการล่มสลายของอำนาจฮิตไทต์ เมื่อต้องขอบคุณกิจกรรมการค้าของชาวกรีก เทคโนโลยีเหล็กจึงกลายเป็นที่รู้จักของคนจำนวนมาก และมีการค้นพบแหล่งสะสมเหล็กและเหมืองใหม่ ดังนั้นยุค "ทองแดง" จึงถูกแทนที่ด้วยยุค "เหล็ก"

ตามคำอธิบายของโฮเมอร์ แม้ว่าในช่วงสงครามเมืองทรอย (ประมาณ 1,250 ปีก่อนคริสตกาล) อาวุธส่วนใหญ่ทำจากทองแดงและทองแดง แต่เหล็กก็เป็นที่รู้จักและเป็นที่ต้องการอย่างมาก แม้ว่าจะเป็นโลหะมีค่าก็ตาม ตัวอย่างเช่น ในเพลงที่ 23 ของเพลง Iliad โฮเมอร์กล่าวว่า Achilles มอบจานที่ทำจากเหล็กให้กับผู้ชนะในการแข่งขันขว้างจาน ชาว Achaeans ขุดแร่เหล็กนี้จากโทรจันและผู้คนใกล้เคียง (อีเลียด 7.473) รวมถึงพวกคาลิบที่ต่อสู้เคียงข้างโทรจัน:

“ชาวอาเคียนคนอื่นๆ ซื้อเหล้าองุ่นด้วยการแลกเปลี่ยน
พวกเขาแลกเป็นทองแดงดังกึกก้องเป็นเหล็กสีเทา
สำหรับวัวหนังวัวหรือวัวเขาชัน
สำหรับคนที่เต็มแล้ว และงานเลี้ยงอันแสนสุขได้เตรียมไว้แล้ว..."

บางทีเหล็กอาจเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ชาวกรีก Achaean ย้ายไปยังเอเชียไมเนอร์ซึ่งพวกเขาได้เรียนรู้ความลับของการผลิต และการขุดค้นในกรุงเอเธนส์พบว่าประมาณ 1,100 ปีก่อนคริสตกาล จ. และต่อมาดาบเหล็ก หอก ขวาน และแม้แต่ตะปูเหล็กก็แพร่หลายไปแล้ว หนังสือในพระคัมภีร์ไบเบิลของโยชูวา 17:16 (เปรียบเทียบ ผู้วินิจฉัย 14:4) อธิบายว่าชาวฟิลิสเตีย (ตามพระคัมภีร์ "PILISTIM" และเหล่านี้เป็นชนเผ่ากรีกดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับชาวเฮลเลเนสในเวลาต่อมา ซึ่งส่วนใหญ่เป็นชาว Pelasgians) มีรถรบเหล็กจำนวนมาก กล่าวคือ ในเวลานี้เหล็กได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในปริมาณมากแล้ว

โฮเมอร์ใน Iliad และ Odyssey เรียกเหล็กว่า "โลหะหนัก" และอธิบายถึงการชุบแข็งของเครื่องมือ:

“ช่างตีเหล็กผู้ชำนาญ ได้ทำขวานหรือขวานแล้ว
โลหะลงไปในน้ำ ทำให้ร้อนขึ้นจนเพิ่มเป็นสองเท่า
เขามีป้อมปราการเขาจมอยู่ ... "

โฮเมอร์เรียกเหล็กว่ายากเพราะในสมัยโบราณวิธีการผลิตหลักคือกระบวนการเป่าชีส: การเผาแร่เหล็กและถ่านสลับชั้นในเตาเผาแบบพิเศษ (เตา - จาก "เขา" โบราณ - เขา, ท่อ แต่เดิมเป็น เป็นเพียงท่อที่ขุดลงดิน มักจะวางในแนวนอนตามทางลาดของหุบเขา) ในการตีเหล็กเหล็กออกไซด์จะถูกทำให้เป็นโลหะด้วยถ่านหินร้อนซึ่งรับออกซิเจนออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์และจากการเผาแร่ด้วยถ่านหินจึงได้เหล็กไครชีน (ฟองน้ำ) ที่มีลักษณะคล้ายแป้ง กฤษฎาถูกทำความสะอาดจากตะกรันโดยการตีและบีบสิ่งเจือปนออกด้วยค้อนอันแรง การตีขึ้นรูปครั้งแรกมีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ - ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กหล่ออย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นเหล็กจึงมีคาร์บอนค่อนข้างต่ำ เพื่อให้ได้เหล็กที่แข็งแกร่งจำเป็นต้องเผาและหลอมแกนเหล็กด้วยถ่านหินหลาย ๆ ครั้งในขณะที่ชั้นผิวของโลหะอิ่มตัวด้วยคาร์บอนเพิ่มเติมและเสริมกำลัง นี่คือวิธีการได้รับ "เหล็กที่ดี" - และแม้ว่าจะต้องใช้ความพยายามมาก แต่ผลิตภัณฑ์ที่ได้รับในลักษณะนี้มีความแข็งแกร่งและแข็งกว่าทองแดงอย่างมาก

ต่อมาพวกเขาเรียนรู้ที่จะสร้างเตาเผาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น (ในรัสเซีย - เตาหลอมเหล็ก, domna) สำหรับการผลิตเหล็ก และใช้เครื่องเป่าลมเพื่อจ่ายอากาศให้กับเตาเผา ชาวโรมันรู้วิธีนำอุณหภูมิในเตาหลอมมาหลอมเหล็ก (ประมาณ 1,400 องศา และเหล็กบริสุทธิ์ละลายที่ 1,535 องศา) ทำให้เกิดเหล็กหล่อที่มีจุดหลอมเหลว 1100-1200 องศา ซึ่งเปราะมากในสถานะของแข็ง (ไม่สามารถตีขึ้นรูปได้) และไม่มีความยืดหยุ่นเหมือนเหล็ก ในตอนแรกถือว่าเป็นผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย เหล็กหมูในภาษารัสเซีย หมูเหล็ก แท่ง ซึ่งอันที่จริงแล้วคำว่าเหล็กหล่อมาจาก) แต่จากนั้นก็พบว่าเมื่อหลอมอีกครั้งในเตาเผาโดยมีอากาศพัดผ่านเพิ่มขึ้น เหล็กหล่อจะกลายเป็นเหล็กคุณภาพดี เนื่องจากคาร์บอนส่วนเกินจะเผาผลาญออกไป กระบวนการสองขั้นตอนในการผลิตเหล็กจากเหล็กหล่อกลายเป็นเรื่องง่ายและให้ผลกำไรมากกว่ากระบวนการที่สำคัญและหลักการนี้ถูกนำมาใช้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากนักมานานหลายศตวรรษและยังคงเป็นวิธีหลักในการผลิตวัสดุเหล็กจนถึงทุกวันนี้

บรรณานุกรม: คาร์ล แบ็กซ์.ความร่ำรวยภายในโลก อ.: ความก้าวหน้า, 1986, หน้า 244, บทที่ “เหล็ก”

ที่มาของชื่อ

ที่มาของคำสลาฟ "เหล็ก" มีหลายเวอร์ชัน (เบลารุส zaleza, ยูเครน zalizo, Old Slav เหล็ก, บัลแกเรีย เซลียาโซ, เซอร์โบฮอร์ฟ. เจเจโซ, โปแลนด์ เซลาโซ, เช็ก železo, สโลวีเนีย เชเลโซ)

นิรุกติศาสตร์อย่างหนึ่งเชื่อมโยงปราสลาฟ *เชเลโซ ด้วยคำภาษากรีก χαλκός ซึ่งหมายถึงเหล็กและทองแดงตามเวอร์ชันอื่น *เชเลโซคล้ายกับคำพูด *žely"เต่า" และ *กระจกъ“หิน” ซึ่งมีความหมายว่า “หิน” โดยทั่วไป รุ่นที่สามบ่งบอกถึงการยืมโบราณจากภาษาที่ไม่รู้จัก

ภาษาดั้งเดิมยืมชื่อเหล็ก (Gothic. ไอสาร, ภาษาอังกฤษ เหล็ก, เยอรมัน ไอเซน,เนเธอร์แลนด์ อิจเซอร์, dat. เจิร์น, ภาษาสวีเดน จาร์น) จากเซลติก

คำก่อนเซลติก *อิซาโน-(> ไอริชโบราณ iarn, Old Brett hoiarn) อาจจะย้อนกลับไปถึงบรรพบุรุษ I.e. *h 1 esh 2 r-no- “เลือด” ด้วยการพัฒนาความหมาย “เลือด” > “สีแดง” > “เหล็ก” ตามสมมติฐานอื่นคำนี้ย้อนกลับไปถึงบรรพบุรุษเช่น *(H)ish 2 ro- “แข็งแกร่ง ศักดิ์สิทธิ์ มีพลังเหนือธรรมชาติ”

คำภาษากรีกโบราณ σίδηρος อาจยืมมาจากแหล่งเดียวกันกับคำสลาฟ เยอรมันิก และบอลติกสำหรับเงิน

ชื่อของเหล็กคาร์บอเนตธรรมชาติ (siderite) มาจากภาษาละติน ซีเดอเรียส- เต็มไปด้วยดวงดาว; แท้จริงแล้วเหล็กก้อนแรกที่ตกไปอยู่ในมือของผู้คนนั้นมีต้นกำเนิดจากอุกกาบาต บางทีความบังเอิญนี้อาจไม่ใช่เรื่องบังเอิญ โดยเฉพาะคำภาษากรีกโบราณ ซีเดอรอส (σίδηρος)สำหรับเหล็กและละติน ไซดัสแปลว่า "ดวงดาว" อาจมีต้นกำเนิดร่วมกัน

ไอโซโทป

เหล็กธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปเสถียรสี่ชนิด: 54 Fe (ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป 5.845%), 56 Fe (91.754%), 57 Fe (2.119%) และ 58 Fe (0.282%) ไอโซโทปของเหล็กที่ไม่เสถียรมากกว่า 20 ไอโซโทปเป็นที่รู้จักกันด้วยเลขมวลตั้งแต่ 45 ถึง 72 ซึ่งเสถียรที่สุดคือ 60 Fe (ครึ่งชีวิตตามข้อมูลที่อัปเดตในปี 2552 คือ 2.6 ล้านปี), 55 Fe (2.737 ปี), 59 Fe (44.495 วัน) และ 52 Fe (8.275 ชั่วโมง); ไอโซโทปที่เหลือจะมีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 10 นาที

ไอโซโทปเหล็ก 56 Fe เป็นหนึ่งในนิวเคลียสที่เสถียรที่สุด องค์ประกอบต่อไปนี้ทั้งหมดสามารถลดพลังงานการจับต่อนิวคลีออนโดยการสลายตัว และตามหลักการแล้ว องค์ประกอบก่อนหน้านี้ทั้งหมดสามารถลดพลังงานการจับต่อนิวคลีออนผ่านทางฟิวชั่น เชื่อกันว่าเหล็กสิ้นสุดการสังเคราะห์องค์ประกอบในแกนกลางของดาวฤกษ์ปกติ (ดูดาวเหล็ก) และองค์ประกอบต่อๆ มาทั้งหมดสามารถก่อตัวขึ้นได้จากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาเท่านั้น

ธรณีเคมีของเหล็ก

น้ำพุร้อนที่มีน้ำแร่เป็นแร่ สีเหล็กออกไซด์ของน้ำสีน้ำตาล

เหล็กเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดในระบบสุริยะ โดยเฉพาะบนดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนโลก ส่วนสำคัญของเหล็กของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินตั้งอยู่ในแกนกลางของดาวเคราะห์ซึ่งมีเนื้อหาประมาณ 90% ปริมาณธาตุเหล็กในเปลือกโลกอยู่ที่ 5% และในเนื้อโลกประมาณ 12% ในบรรดาโลหะ เหล็กมีมากเป็นอันดับสองรองจากอลูมิเนียมในเปลือกไม้ ในเวลาเดียวกัน ประมาณ 86% ของเหล็กทั้งหมดพบในแกนกลาง และ 14% อยู่ในเนื้อโลก ปริมาณธาตุเหล็กเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในหินอัคนีมาฟิค โดยมีความเกี่ยวข้องกับไพร็อกซีน แอมฟิโบล โอลิวีน และไบโอไทต์ เหล็กสะสมในความเข้มข้นทางอุตสาหกรรมในระหว่างกระบวนการภายนอกและภายนอกเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก น้ำทะเลมีธาตุเหล็กในปริมาณน้อยมาก 0.002-0.02 มก./ลิตร ในน้ำในแม่น้ำจะสูงกว่าเล็กน้อย - 2 มก./ล.

คุณสมบัติธรณีเคมีของเหล็ก

คุณลักษณะทางธรณีวิทยาที่สำคัญที่สุดของเหล็กคือการมีสถานะออกซิเดชันหลายสถานะ เหล็กในรูปแบบที่เป็นกลาง - เป็นโลหะ - ประกอบขึ้นเป็นแกนกลางของโลก อาจมีอยู่ในเนื้อโลกและไม่ค่อยพบในเปลือกโลก เหล็กที่เป็นเหล็ก FeO เป็นรูปแบบหลักของเหล็กที่พบในเนื้อโลกและเปลือกโลก เหล็กออกไซด์ Fe 2 O 3 เป็นลักษณะของส่วนที่อยู่บนสุดและถูกออกซิไดซ์มากที่สุดของเปลือกโลก โดยเฉพาะหินตะกอน

ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมีของผลึก ไอออน Fe 2+ นั้นใกล้เคียงกับไอออน Mg 2+ และ Ca 2+ ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักอื่นๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนสำคัญของหินบนโลกทั้งหมด เนื่องจากความคล้ายคลึงกันทางเคมีของผลึก เหล็กจึงเข้ามาแทนที่แมกนีเซียมและแคลเซียมบางส่วนในซิลิเกตหลายชนิด ในกรณีนี้ ปริมาณธาตุเหล็กในแร่ธาตุที่มีองค์ประกอบแปรผันมักจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง

แร่ธาตุเหล็ก

เป็นที่รู้กันว่าแร่และแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กจำนวนมาก สิ่งที่สำคัญที่สุดในทางปฏิบัติคือแร่เหล็กสีแดง (ออกไซด์, Fe 2 O 3; มี Fe มากถึง 70%), แร่เหล็กแม่เหล็ก (แม่เหล็ก, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; มี 72.4% Fe), แร่เหล็กสีน้ำตาลหรือ ลิโมไนต์ (โกเอไทต์และไฮโดรโกเอไทต์ ตามลำดับ FeOOH และ FeOOH·nH 2 O) เกอเอไทต์และไฮโดรโกเอไทต์มักพบในเปลือกโลกที่ผุกร่อนซึ่งก่อตัวเรียกว่า "หมวกเหล็ก" ซึ่งมีความหนาหลายร้อยเมตร พวกมันยังสามารถมีต้นกำเนิดจากตะกอน โดยหลุดออกมาจากสารละลายคอลลอยด์ในทะเลสาบหรือพื้นที่ชายฝั่งทะเล ในกรณีนี้แร่เหล็กจะก่อตัวเป็นอูลิติกหรือพืชตระกูลถั่ว Vivianite Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O มักพบในพวกมันก่อตัวเป็นผลึกยาวสีดำและมวลรวมแนวรัศมี

เหล็กซัลไฟด์ยังแพร่หลายในธรรมชาติ - pyrite FeS 2 (กำมะถันหรือเหล็ก pyrite) และ pyrrhotite พวกมันไม่ใช่แร่เหล็ก - ไพไรต์ใช้ในการผลิตกรดซัลฟิวริก และไพโรไทต์มักประกอบด้วยนิกเกิลและโคบอลต์

รัสเซียครองอันดับหนึ่งของโลกในแง่ของปริมาณสำรองแร่เหล็ก ปริมาณธาตุเหล็กในน้ำทะเลคือ 1·10−5 -1·10−8%

แร่ธาตุเหล็กอื่นๆ ที่พบได้ทั่วไป:

• Siderite - FeCO 3 - มีธาตุเหล็กประมาณ 35% มีสีขาวอมเหลือง (มีสีเทาหรือสีน้ำตาลหากสกปรก) ความหนาแน่นคือ 3 g/cm³ และความแข็งอยู่ที่ 3.5-4.5 ตามสเกล Mohs
• แมกกาไซต์ - FeS 2 - มีธาตุเหล็ก 46.6% มันเกิดขึ้นในรูปแบบของผลึกขนมเปียกปูนสีเหลืองคล้ายทองเหลืองที่มีความหนาแน่น 4.6-4.9 g/cm³ และความแข็ง 5-6 ในระดับ Mohs
• Löllingite - FeAs 2 - มีธาตุเหล็ก 27.2% และเกิดขึ้นในรูปของผลึกขนมเปียกปูนแบบปิรามิดัลสีขาวเงิน ความหนาแน่นอยู่ที่ 7-7.4 g/cm³ ความแข็ง 5-5.5 ตามสเกล Mohs
• Mispickel - FeAsS - มีธาตุเหล็ก 34.3% มันเกิดขึ้นในรูปของปริซึมโมโนคลินิกสีขาวที่มีความหนาแน่น 5.6-6.2 g/cm³ และความแข็ง 5.5-6 ในระดับ Mohs
• เมแลนเธอไรต์ - FeSO 4 · 7H 2 O - พบได้น้อยในธรรมชาติและเป็นผลึกโมโนคลินิกสีเขียว (หรือสีเทาเนื่องจากสิ่งสกปรก) ที่มีความแวววาวเหมือนแก้วและเปราะบาง ความหนาแน่น 1.8-1.9 g/cm³
• Vivianite - Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O - เกิดขึ้นในรูปแบบของผลึกโมโนคลินิกสีน้ำเงินเทาหรือเขียวเทาที่มีความหนาแน่น 2.95 g/cm³ และความแข็ง 1.5-2 ในระดับ Mohs

นอกจากแร่ธาตุเหล็กที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีตัวอย่างดังนี้:

เงินฝากหลัก

ตามการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา (ประมาณการปี 2554) ปริมาณสำรองแร่เหล็กที่พิสูจน์แล้วของโลกอยู่ที่ประมาณ 178 พันล้านตัน แหล่งสะสมเหล็กหลักอยู่ที่บราซิล (อันดับที่ 1) ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา แคนาดา สวีเดน เวเนซุเอลา ไลบีเรีย ยูเครน ฝรั่งเศส และอินเดีย ในรัสเซีย มีการขุดแร่เหล็กใน Kursk Magnetic Anomaly (KMA) คาบสมุทร Kola คาเรเลีย และไซบีเรีย เงินฝากใต้มหาสมุทรซึ่งมีเหล็กร่วมกับแมงกานีสและโลหะมีค่าอื่น ๆ ที่พบในก้อนเนื้อเพิ่งได้รับบทบาทสำคัญ

ใบเสร็จ

ในอุตสาหกรรม เหล็กได้มาจากแร่เหล็ก ส่วนใหญ่มาจากออกไซด์ (Fe 2 O 3) และแมกนีไทต์ (FeO Fe 2 O 3)

มีหลายวิธีในการสกัดเหล็กจากแร่ ที่พบบ่อยที่สุดคือกระบวนการโดเมน

ขั้นตอนแรกของการผลิตคือการลดปริมาณเหล็กที่มีคาร์บอนในเตาถลุงเหล็กที่อุณหภูมิ 2000 °C ในเตาถลุงเหล็ก คาร์บอนในรูปของโค้ก แร่เหล็กในรูปของก้อนหรือเม็ด และฟลักซ์ (เช่น หินปูน) จะถูกป้อนจากด้านบน และถูกกระแสลมร้อนพัดมาจากด้านล่าง

ในเตาเผา คาร์บอนในรูปของโค้กจะถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ ออกไซด์นี้เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เมื่อขาดออกซิเจน:

ในทางกลับกัน คาร์บอนมอนอกไซด์จะลดธาตุเหล็กจากแร่ เพื่อให้ปฏิกิริยานี้ดำเนินไปเร็วขึ้น คาร์บอนมอนอกไซด์ที่ได้รับความร้อนจะถูกส่งผ่านเหล็ก (III) ออกไซด์:

แคลเซียมออกไซด์รวมกับซิลิคอนไดออกไซด์ทำให้เกิดตะกรัน - แคลเซียมเมตาซิลิเกต:

ตะกรันซึ่งแตกต่างจากซิลิคอนไดออกไซด์ถูกละลายในเตาเผา ตะกรันซึ่งเบากว่าเหล็กลอยอยู่บนพื้นผิว - คุณสมบัตินี้ช่วยให้แยกตะกรันออกจากโลหะได้ ตะกรันสามารถนำไปใช้ในการก่อสร้างและการเกษตรได้ เหล็กหลอมที่ผลิตในเตาถลุงเหล็กมีคาร์บอน (เหล็กหล่อ) ค่อนข้างมาก ยกเว้นในกรณีที่ใช้เหล็กหล่อโดยตรง จะต้องมีการแปรรูปเพิ่มเติม

คาร์บอนส่วนเกินและสิ่งสกปรกอื่น ๆ (กำมะถัน, ฟอสฟอรัส) จะถูกกำจัดออกจากเหล็กหล่อโดยการเกิดออกซิเดชันในเตาเผาหรือเครื่องแปลงไฟแบบเปิด เตาไฟฟ้ายังใช้สำหรับการถลุงเหล็กโลหะผสมอีกด้วย

นอกจากกระบวนการเตาถลุงเหล็กแล้ว กระบวนการผลิตเหล็กโดยตรงยังเป็นเรื่องปกติ ในกรณีนี้แร่ที่บดล่วงหน้าจะผสมกับดินเหนียวพิเศษเป็นเม็ด เม็ดจะถูกยิงและบำบัดในเตาหลอมที่มีผลิตภัณฑ์แปลงมีเทนร้อนซึ่งมีไฮโดรเจน ไฮโดรเจนลดธาตุเหล็กได้ง่าย:

,

ในกรณีนี้เหล็กจะไม่ปนเปื้อนสิ่งเจือปนเช่นซัลเฟอร์และฟอสฟอรัสซึ่งเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในถ่านหิน เหล็กได้มาในรูปของแข็งและต่อมาละลายในเตาไฟฟ้า

เหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือของมัน

คุณสมบัติทางกายภาพ

ปรากฏการณ์ของความหลากหลายมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโลหะวิทยาเหล็ก ต้องขอบคุณการเปลี่ยน α-γ ของโครงตาข่ายคริสตัลที่ทำให้การรักษาความร้อนของเหล็กเกิดขึ้น หากไม่มีปรากฏการณ์นี้ เหล็กที่เป็นพื้นฐานของเหล็กคงไม่ได้รับการใช้อย่างแพร่หลายเช่นนี้

เหล็กเป็นโลหะทนไฟปานกลาง ในชุดค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดมาตรฐาน เหล็กจะอยู่อันดับก่อนไฮโดรเจนและทำปฏิกิริยากับกรดเจือจางได้ง่าย ดังนั้นเหล็กจึงเป็นของโลหะที่มีฤทธิ์ขั้นกลาง

จุดหลอมเหลวของเหล็กคือ 1539 °C จุดเดือดคือ 2862 °C

คุณสมบัติทางเคมี

สถานะออกซิเดชันที่มีลักษณะเฉพาะ

• กรดไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ - ได้รับเฉพาะเกลือเท่านั้น

เหล็กมีลักษณะเฉพาะด้วยสถานะออกซิเดชันของเหล็ก - +2 และ +3

สถานะออกซิเดชัน +2 สอดคล้องกับแบล็กออกไซด์ FeO และไฮดรอกไซด์สีเขียว Fe(OH) 2 พวกมันเป็นพื้นฐานในธรรมชาติ ในเกลือ Fe(+2) จะปรากฏเป็นไอออนบวก Fe(+2) เป็นตัวรีดิวซ์แบบอ่อน

สถานะออกซิเดชัน +3 สอดคล้องกับออกไซด์สีน้ำตาลแดง Fe 2 O 3 และไฮดรอกไซด์สีน้ำตาล Fe(OH) 3 พวกมันมีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริกถึงแม้จะมีสภาพเป็นกรด และคุณสมบัติพื้นฐานของพวกมันยังแสดงออกมาได้เล็กน้อย ดังนั้นไอออน Fe 3+ จึงถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์แม้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด Fe(OH) 3 ละลาย (และยังไม่ทั้งหมด) ในด่างเข้มข้นเท่านั้น Fe 2 O 3 ทำปฏิกิริยากับอัลคาไลเฉพาะเมื่อฟิวชั่นโดยให้เฟอร์ไรต์ (เกลือของกรดฟอร์มัลของกรด HFeO 2 ซึ่งไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ):

เหล็ก (+3) ส่วนใหญ่มักแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์ที่อ่อนแอ

สถานะออกซิเดชัน +2 และ +3 เปลี่ยนแปลงระหว่างกันได้อย่างง่ายดายเมื่อเงื่อนไขรีดอกซ์เปลี่ยนแปลง

นอกจากนี้ยังมีออกไซด์ Fe 3 O 4 ซึ่งเป็นสถานะออกซิเดชันอย่างเป็นทางการของเหล็กซึ่งก็คือ +8/3 อย่างไรก็ตาม ออกไซด์นี้ยังถือได้ว่าเป็นเหล็ก (II) เฟอร์ไรต์ Fe +2 (Fe +3 O 2) 2

นอกจากนี้ยังมีสถานะออกซิเดชันที่ +6 ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่เกี่ยวข้องไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ แต่ได้เกลือ - เฟอร์เรต (เช่น K 2 FeO 4) มีเหล็ก (+6) อยู่ในรูปของประจุลบ เฟอร์เรตเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง

คุณสมบัติของสารเชิงเดี่ยว

เมื่อเก็บในอากาศที่อุณหภูมิสูงถึง 200 °C เหล็กจะถูกค่อยๆ เคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาแน่น ซึ่งช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะต่อไป ในอากาศชื้นเหล็กจะถูกปกคลุมด้วยชั้นสนิมที่หลวมซึ่งไม่ได้ป้องกันการเข้าถึงออกซิเจนและความชื้นไปยังโลหะและการทำลายล้าง สนิมไม่มีองค์ประกอบทางเคมีคงที่ ประมาณสูตรทางเคมีสามารถเขียนได้เป็น Fe 2 O 3 xH 2 O

สารประกอบเหล็ก (II)

เหล็ก (II) ออกไซด์ FeO มีคุณสมบัติพื้นฐาน โดย FeO ฐาน (OH) 2 สอดคล้องกัน เกลือของเหล็ก (II) มีสีเขียวอ่อน เมื่อเก็บไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอากาศชื้น พวกมันจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเนื่องจากออกซิเดชันกับเหล็ก (III) กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อเก็บสารละลายเกลือของธาตุเหล็ก (II) ที่เป็นน้ำ:

ในบรรดาเกลือของเหล็ก (II) ในสารละลายที่เป็นน้ำ เกลือของ Mohr ที่เสถียรที่สุดคือแอมโมเนียมคู่และเหล็ก (II) ซัลเฟต (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 · 6H 2 O

Potassium hexacyanoferrate(III) K3 (เกลือเม็ดเลือดแดง) สามารถทำหน้าที่เป็นตัวทำปฏิกิริยาสำหรับ Fe 2+ ไอออนในสารละลาย เมื่อ Fe 2+ และ 3− ไอออนทำปฏิกิริยากัน จะเกิดการตกตะกอนของ Turnboole blue:

สำหรับการหาปริมาณธาตุเหล็ก (II) ในสารละลาย จะใช้ฟีแนนโทรลีน เฟน ซึ่งก่อให้เกิด FePhen 3 เชิงซ้อนสีแดงที่มีธาตุเหล็ก (II) (การดูดกลืนแสงสูงสุด - 520 นาโนเมตร) ในช่วง pH กว้าง (4-9)

สารประกอบเหล็ก (III)

สารประกอบเหล็ก (III) ในสารละลายจะลดลงด้วยเหล็กโลหะ:

เหล็ก (III) สามารถสร้างซัลเฟตสองชั้นด้วยแคตไอออนที่มีประจุเดี่ยว เช่น สารส้ม เช่น KFe(SO 4) 2 - สารส้มเหล็ก-โพแทสเซียม (NH 4)Fe(SO 4) 2 - สารส้มเหล็ก-แอมโมเนียม เป็นต้น .

สำหรับการตรวจจับเชิงคุณภาพสารประกอบเหล็ก (III) ในสารละลาย จะใช้ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพของไอออน Fe 3+ กับไอออน SCN − ไทโอไซยาเนต เมื่อ Fe 3+ ไอออนทำปฏิกิริยากับ SCN − แอนไอออน จะเกิดส่วนผสมของธาตุเหล็กไทโอไซยาเนตสีแดงสด 2+ , + , Fe(SCN) 3 , - เกิดขึ้น องค์ประกอบของส่วนผสม (และความเข้มของสี) ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ดังนั้น วิธีการนี้จึงใช้ไม่ได้กับการวัดคุณภาพเหล็กอย่างแม่นยำ

รีเอเจนต์คุณภาพสูงอีกตัวสำหรับไอออน Fe 3+ คือโพแทสเซียมเฮกซายาโนเฟอร์เรต (II) K 4 (เกลือในเลือดสีเหลือง) เมื่อ Fe 3+ และ 4− ไอออนทำปฏิกิริยากัน จะเกิดตะกอนสีน้ำเงินสดใสของสีน้ำเงินปรัสเซียน:

สารประกอบเหล็ก (VI)

คุณสมบัติออกซิไดซ์ของเฟอร์เรตใช้ในการฆ่าเชื้อในน้ำ

สารประกอบเหล็ก VII และ VIII

มีรายงานการเตรียมสารประกอบเหล็ก (VIII) ทางเคมีไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการศึกษาอิสระที่ยืนยันผลลัพธ์เหล่านี้

แอปพลิเคชัน

แร่เหล็ก

เหล็กเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่มีการใช้มากที่สุด โดยคิดเป็นสัดส่วนถึง 95% ของการผลิตโลหะวิทยาทั่วโลก

• เหล็กเป็นส่วนประกอบหลักของเหล็กและเหล็กหล่อซึ่งเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุด
• เหล็กสามารถเป็นส่วนหนึ่งของโลหะผสมที่มีโลหะอื่นเป็นหลัก เช่น นิกเกิล
• เหล็กออกไซด์แม่เหล็ก (แม่เหล็ก) เป็นวัสดุสำคัญในการผลิตอุปกรณ์หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ระยะยาว เช่น ฮาร์ดไดรฟ์ ฟลอปปีดิสก์ ฯลฯ
• ผงแมกนีไทต์ Ultrafine ใช้ในเครื่องพิมพ์เลเซอร์ขาวดำหลายรุ่นผสมกับเม็ดโพลีเมอร์เป็นผงหมึก ซึ่งใช้ทั้งสีดำของแมกนีไทต์และความสามารถในการยึดติดกับลูกกลิ้งส่งกระดาษที่มีแม่เหล็ก
• คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ของโลหะผสมที่มีเหล็กจำนวนหนึ่งมีส่วนช่วยในการใช้อย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมไฟฟ้าสำหรับแกนแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้า
• เหล็ก (III) คลอไรด์ (เฟอร์ริกคลอไรด์) ใช้ในการฝึกวิทยุสมัครเล่นสำหรับการแกะสลักแผงวงจรพิมพ์
• Ferrous sulfate heptate (ferrous sulfate) ผสมกับคอปเปอร์ซัลเฟตใช้เพื่อต่อสู้กับเชื้อราที่เป็นอันตรายในการทำสวนและการก่อสร้าง
• เหล็กถูกใช้เป็นขั้วบวกในแบตเตอรี่เหล็ก-นิกเกิลและแบตเตอรี่เหล็ก-อากาศ
• สารละลายที่เป็นน้ำของเหล็กและเฟอร์ริกคลอไรด์รวมถึงซัลเฟตนั้นถูกใช้เป็นตัวตกตะกอนในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำธรรมชาติและน้ำเสียในการบำบัดน้ำของสถานประกอบการอุตสาหกรรม

ความสำคัญทางชีวภาพของธาตุเหล็ก

ในสิ่งมีชีวิต เหล็กเป็นธาตุสำคัญที่ช่วยกระตุ้นกระบวนการแลกเปลี่ยนออกซิเจน (การหายใจ) ร่างกายมนุษย์ที่เป็นผู้ใหญ่มีธาตุเหล็กประมาณ 3.5 กรัม (ประมาณ 0.02%) ซึ่ง 78% เป็นองค์ประกอบหลักของฮีโมโกลบินในเลือด ส่วนที่เหลือเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ของเซลล์อื่น ๆ กระตุ้นกระบวนการหายใจในเซลล์ การขาดธาตุเหล็กแสดงออกว่าเป็นโรคของร่างกาย (คลอโรซีสในพืชและโรคโลหิตจางในสัตว์)

โดยปกติแล้วธาตุเหล็กจะเข้าสู่เอนไซม์ในรูปของสารเชิงซ้อนที่เรียกว่าฮีม โดยเฉพาะอย่างยิ่งคอมเพล็กซ์นี้มีอยู่ในเฮโมโกลบินซึ่งเป็นโปรตีนที่สำคัญที่สุดที่ช่วยให้มั่นใจในการลำเลียงออกซิเจนในเลือดไปยังอวัยวะทั้งหมดของมนุษย์และสัตว์ และเขาคือผู้ที่ระบายสีเลือดด้วยสีแดงอันเป็นเอกลักษณ์

สารเชิงซ้อนของธาตุเหล็กนอกเหนือจากฮีมพบได้ในเอนไซม์มีเทนโมโนออกซีจีเนส ซึ่งออกซิไดซ์มีเทนเป็นเมทานอล ในเอนไซม์ไรโบนิวคลีโอไทด์รีดักเตสที่สำคัญซึ่งเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ

สารประกอบเหล็กอนินทรีย์พบได้ในแบคทีเรียบางชนิด และบางครั้งใช้เพื่อตรึงไนโตรเจนในอากาศ

เหล็กเข้าสู่ร่างกายของสัตว์และมนุษย์ด้วยอาหาร (ตับ เนื้อ ไข่ พืชตระกูลถั่ว ขนมปัง ซีเรียล และหัวบีทเป็นธาตุที่อุดมไปด้วยมากที่สุด) สิ่งที่น่าสนใจคือครั้งหนึ่งผักโขมถูกรวมไว้ในรายการนี้โดยไม่ได้ตั้งใจ (เนื่องจากผลการวิเคราะห์พิมพ์ผิด - ศูนย์ "พิเศษ" หลังจุดทศนิยมหายไป)

ปริมาณธาตุเหล็กที่มากเกินไป (200 มก. ขึ้นไป) อาจส่งผลเสียได้ การให้ธาตุเหล็กเกินขนาดจะขัดขวางระบบต้านอนุมูลอิสระของร่างกาย จึงไม่แนะนำให้คนที่มีสุขภาพดีรับประทานอาหารเสริมธาตุเหล็ก

หมายเหตุ

1. สารานุกรมเคมี: ใน 5 เล่ม / คณะบรรณาธิการ: Knunyants I. L. (หัวหน้าบรรณาธิการ) - ม.: สารานุกรมโซเวียต, 2533. - ต. 2. - หน้า 140. - 671 น. - 100,000 เล่ม
2. Karapetyants M. Kh., Drakin S. I.เคมีทั่วไปและอนินทรีย์: หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย - ฉบับที่ 4, ลบแล้ว. - อ.: เคมี, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, p. 529
3. เอ็ม. วาสเมอร์.พจนานุกรมนิรุกติศาสตร์ของภาษารัสเซีย - ความคืบหน้า. - พ.ศ. 2529 - ต. 2. - หน้า 42-43.
4. ทรูบาชอฟ โอ. เอ็น.นิรุกติศาสตร์สลาฟ // คำถามเกี่ยวกับภาษาศาสตร์สลาฟหมายเลข 2 พ.ศ. 2500
5. บอรีส ดับเบิลยู. Słownik etymologiczny języka polskiego. - คราคูฟ: Wydawnictwo Literackie. - 2548. - หน้า 753-754.
6. วอลด์ เอ. Lateinisches etymologisches Wörterbuch. - มหาวิทยาลัยคาร์ล วินเทอร์ - พ.ศ. 2449 - หน้า 285.
7. มีเอ.ลักษณะสำคัญของกลุ่มภาษาเจอร์แมนิก - URSS - 2553. - หน้า 141.
8. มาตาโซวิช อาร์.พจนานุกรมนิรุกติศาสตร์ของโปรโต-เซลติก - เก่ง - 2552. - หน้า 172.
9. มัลลอรี, เจ.พี., อดัมส์, ดี.คิว.สารานุกรมวัฒนธรรมอินโด-ยูโรเปียน. - ฟิตซ์รอย-เดียร์บอร์น. - 2540. - หน้า 314.
10. "การวัดค่าครึ่งชีวิต 60 Fe ใหม่" จดหมายทบทวนทางกายภาพ 103 : 72502. ดอย:10.1103/PhysRevLett.103.072502.
11. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot และ A. H. Wapstra (2003) "การประเมินคุณสมบัติทางนิวเคลียร์และการสลายตัวของ NUBASE" ฟิสิกส์นิวเคลียร์ก 729 : 3–128. ดอย:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
12. Yu. M. Shirokov, N. P. Yudinฟิสิกส์นิวเคลียร์ อ.: Nauka, 1972. บทที่ จักรวาลฟิสิกส์นิวเคลียร์.
13. ร. ริปัน, ไอ. เซเทียนู.เคมีอนินทรีย์ // เคมีของอโลหะ = Chimia metalelor - มอสโก: มีร์, 2515 - ต. 2. - หน้า 482-483 - 871 น.
14. ทองคำและโลหะมีค่า
15. โลหะวิทยาและการบำบัดความร้อนของเหล็ก อ้างอิง เอ็ด ใน 3 เล่ม/เอ็ด. ม.ล. เบิร์ชไทน์, เอ.จี. ราคสตัดท์. - ฉบับที่ 4 แก้ไขใหม่ และเพิ่มเติม ต. 2. พื้นฐานของการบำบัดความร้อน ใน 2 เล่ม. หนังสือ 1. ม.: โลหะวิทยา, 2538. 336 น.
16. ที. ทาคาฮาชิ และ ดับบลิว.เอ. บาสเซ็ตต์ "โพลีมอร์ฟแรงดันสูงของเหล็ก" ศาสตร์,ฉบับที่ 145 #3631, 31 ก.ค. 1964, หน้า 483-486.
17. Schilt A. การประยุกต์ใช้การวิเคราะห์ 1,10-phenantroline และสารประกอบที่เกี่ยวข้อง. ออกซ์ฟอร์ด, สำนักพิมพ์เปอร์กามอน, 1969
18. Lurie Yu. Yu. คู่มือเคมีวิเคราะห์. ม., เคมี, 2532. หน้า 297.
19. Lurie Yu. Yu. คู่มือเคมีวิเคราะห์. ม., เคมี, 1989, หน้า 315.
20. Brouwer G. (ed.) คู่มือการสังเคราะห์อนินทรีย์. เล่มที่ 5. M., Mir, 1985. หน้า 1757-1757.
21. Remi G. หลักสูตรเคมีอนินทรีย์ ฉบับ 2. M., Mir, 1966. หน้า 309.
22. Kiselev Yu. M. , Kopelev N. S. , Spitsyn V. I. , Martynenko L. I. Octavalent iron // Dokl. สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2530 ต.292. ป.628-631
23. Perfilyev Yu. D. , Kopelev N. S. , Kiselev Yu. M. , Spitsyn V. I. Mössbauer ศึกษาเหล็กแปดเหลี่ยม // Dokl สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2530 ต.296. หน้า 1406-1409
24. Kopelev N.S. , Kiselev Yu.M. , Perfiliev Yu.D. Mossbauer spectroscopy ของเหล็ก oxocomplexes ในสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้น // J. Radioanal นิวเคลียส เคมี. 1992.V.157. ร.401-411.
25. “ บรรทัดฐานของความต้องการทางสรีรวิทยาสำหรับพลังงานและสารอาหารสำหรับประชากรกลุ่มต่าง ๆ ของสหพันธรัฐรัสเซีย” MR 2.3.1.2432-08

แหล่งที่มา (ไปยังส่วนประวัติ)

• จี.จี. จอร์จาดเซ."ตำราของ Anitta" และคำถามบางข้อเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ยุคแรกของชาวฮิตไทต์
• อาร์. เอ็ม. อับรามิชวิลี.ในประเด็นการพัฒนาเหล็กในดินแดนจอร์เจียตะวันออก, VGMG, XXII-B, 1961
• คาคูไตชวิลี ดี.เอ.เกี่ยวกับประวัติศาสตร์โลหะวิทยาเหล็กโคลเชียนโบราณ คำถามเกี่ยวกับประวัติศาสตร์โบราณ (คอลเลกชันคอเคเซียน - ตะวันออกกลาง ฉบับที่ 4) ทบิลิซี 1973
• เฮโรโดทัส"ประวัติศาสตร์", 1:28.
• โฮเมอร์"อีเลียด", "โอดิสซีย์"
• เวอร์จิล."เนิด", 3:105.
• อริสโตเติล“เกี่ยวกับข่าวลือที่เหลือเชื่อ”, II, 48. VDI, 1947, หมายเลข 2, หน้า 327
• โลโมโนซอฟ เอ็ม.วี.รากฐานแรกของโลหะวิทยา

ดูสิ่งนี้ด้วย

• หมวดหมู่:สารประกอบเหล็ก

ลิงค์

• โรคที่เกิดจากการขาดธาตุเหล็กส่วนเกินในร่างกายมนุษย์

ตารางธาตุองค์ประกอบทางเคมีโดย D. I. Mendeleev

เหล็ก (เฟอร์รัม, เฟ) - องค์ประกอบ VIII ของตารางธาตุของ D. I. Mendeleev; เป็นส่วนหนึ่งของเม็ดสีทางเดินหายใจ รวมถึงฮีโมโกลบิน มีส่วนร่วมในกระบวนการจับและถ่ายโอนออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อในร่างกายของสัตว์และมนุษย์ กระตุ้นการทำงานของอวัยวะเม็ดเลือด ใช้เป็นยารักษาโรคโลหิตจางและพยาธิสภาพอื่น ๆ ไอโซโทปกัมมันตรังสี 59 Fe ใช้เป็นตัวติดตามกัมมันตภาพรังสีในการวิจัยในห้องปฏิบัติการ ลำดับหมายเลข 26 ที่ น้ำหนัก 55.847.

พบไอโซโทปเสถียรของเหล็กสี่ชนิดในธรรมชาติโดยมีเลขมวล 54 (5.84%), 56 (91.68%), 57 (2.17%) และ 58 (0.31%)

เหล็กพบได้ทุกที่ทั้งบนโลกโดยเฉพาะในแกนกลางของมันและในอุกกาบาต เปลือกโลกประกอบด้วยเหล็ก 4.2 น้ำหนักหรือ 1.5 เปอร์เซ็นต์อะตอม ปริมาณเหล็กในอุกกาบาตหินเฉลี่ย 23% และบางครั้งก็สูงถึง 90% (อุกกาบาตดังกล่าวเรียกว่าอุกกาบาตเหล็ก) ในรูปของสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อน เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตพืชและสัตว์

เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุหลายชนิด ได้แก่ เหล็กออกไซด์ (แร่เหล็กสีแดง - Fe 2 O 3, แร่เหล็กแม่เหล็ก - FeO-Fe 2 O 3, แร่เหล็กสีน้ำตาล - 2Fe 2 O 3 -3H 2 O) หรือคาร์บอเนต (siderite - FeCO 3) หรือสารประกอบซัลเฟอร์ (เหล็กไพไรต์ แม่เหล็กไพไรต์) หรือสุดท้ายคือซิลิเกต (เช่น โอลิวีน ฯลฯ) พบในน้ำใต้ดินและแหล่งน้ำต่างๆ น้ำทะเลมีธาตุเหล็กอยู่ในความเข้มข้น 5–10–6%

ในเทคโนโลยีเหล็กถูกใช้ในรูปของโลหะผสมกับองค์ประกอบอื่น ๆ ที่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของมันอย่างมีนัยสำคัญ โลหะผสมของเหล็กและคาร์บอนมีความสำคัญมากที่สุด

คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของเหล็กและสารประกอบของมัน

เหล็กบริสุทธิ์เป็นโลหะอ่อนได้สีขาวมันวาวและมีโทนสีเทา t° pl 1539 ± 5°, t° เดือดประมาณ 3200°; ตี น้ำหนัก 7.874; มีคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติกสูงที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะบริสุทธิ์อื่น ๆ เช่น ความสามารถในการรับคุณสมบัติของแม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กภายนอก

มีการดัดแปลงผลึกเหล็กที่ทราบกันดีอยู่สองแบบ: เหล็กอัลฟ่าและแกมมา ครั้งแรก การปรับเปลี่ยนอัลฟ่า มีความเสถียรต่ำกว่า 911° และสูงกว่า 1392° ครั้งที่สอง การปรับเปลี่ยนแกมมา มีความเสถียรในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 911° ถึง 1392° ที่อุณหภูมิสูงกว่า 769° เหล็กอัลฟ่าจะไม่เป็นแม่เหล็ก และต่ำกว่า 769° เป็นเหล็ก เหล็กอัลฟ่าที่ไม่ใช่แม่เหล็กบางครั้งเรียกว่าเหล็กเบตา และการดัดแปลงอัลฟ่าที่อุณหภูมิสูงเรียกว่าเหล็กเดลต้า เหล็กทำปฏิกิริยากับกรดเจือจางได้ง่าย (เช่น กรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟิวริก กรดอะซิติก) ด้วยการปล่อยไฮโดรเจนและการก่อตัวของเกลือเหล็กที่สอดคล้องกันของเหล็กนั่นคือเกลือ Fe (II) ปฏิกิริยาของของเหลวกับกรดไนตริกที่เจือจางสูงเกิดขึ้นโดยไม่มีการปล่อยไฮโดรเจนพร้อมกับการก่อตัวของเกลือไนเตรตที่เป็นเหล็กของของเหลว - Fe(NO 3) 2 และเกลือแอมโมเนียมไนโตรเจน - NH 4 NO 3 เมื่อของเหลวทำปฏิกิริยากับความเข้มข้น ไนโตรเจนออกไซด์ก่อให้เกิดเกลือออกไซด์ของเหล็กนั่นคือเกลือ Fe (III), - Fe (NO 3) 3 และไนโตรเจนออกไซด์จะถูกปล่อยออกมาพร้อมกัน

ในอากาศแห้ง เหล็กจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์บาง (หนาประมาณ 3 นาโนเมตร) (Fe 2 O 3) แต่ไม่เป็นสนิม ที่อุณหภูมิสูงต่อหน้าอากาศเหล็กจะออกซิไดซ์ก่อตัวเป็นเกล็ดเหล็กซึ่งเป็นส่วนผสมของเหล็กออกไซด์ (FeO) และออกไซด์ (Fe 2 O 3) เมื่อมีความชื้นและอากาศเหล็กจะเกิดการกัดกร่อน มันจะออกซิไดซ์เป็นสนิมซึ่งเป็นส่วนผสมของเหล็กออกไซด์ไฮเดรต เพื่อป้องกันเหล็กจากสนิมจึงเคลือบด้วยโลหะอื่น ๆ เป็นชั้นบาง ๆ (สังกะสี นิกเกิล โครเมียม ฯลฯ) หรือสีน้ำมันและสารเคลือบเงาหรือการก่อตัว ของเหล็กบนพื้นผิวได้ ฟิล์มบาง ๆ ของไนตรัสออกไซด์ - Fe 3 O 4 (เหล็กปล่าว)

เหล็กเป็นของธาตุที่มีความจุแปรผัน ดังนั้นสารประกอบจึงสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยารีดอกซ์ได้ รู้จักสารประกอบของเหล็กได- ไตร- และเฮกซาวาเลนต์

สารประกอบที่เสถียรที่สุดคือเหล็กไดและไตรวาเลนต์ สารประกอบออกซิเจนของเหล็ก - ออกไซด์ (FeO) และออกไซด์ (Fe 2 O 3) - มีคุณสมบัติพื้นฐานและสร้างเกลือด้วย ไฮเดรตของออกไซด์ Fe(OH) 2, Fe(OH) 3 เหล่านี้ไม่ละลายในน้ำ เกลือของเหล็ก เช่น ไดวาเลนต์ เหล็ก (FeCl 2, FeSO 4 เป็นต้น) เรียกว่าเกลือของ Fe (II) หรือเกลือเฟอร์โรซอลต์ ไม่มีสีในสถานะไม่มีน้ำ และเมื่อมีน้ำที่ตกผลึกหรืออยู่ในสถานะละลาย สีฟ้า สีเขียว โดยแยกตัวออกเพื่อสร้างไอออน Fe 2+ ผลึกไฮเดรตของดับเบิ้ลแอมโมเนียมซัลเฟตและของเหลวไดวาเลนต์ (NH 4) 2 SO 4 -FeSO 4 -6H 2 O เรียกว่าเกลือของ Mohr ปฏิกิริยาที่ละเอียดอ่อนต่อเกลือ Fe (II) คือการก่อตัวของตะกอนสีน้ำเงิน Turnboole - Fe 3 2 - ด้วยสารละลาย K 3 Fe(CN) 6

เกลือของออกไซด์ เช่น ไตรวาเลนต์เหล็กหรือ Fe(III) เรียกว่าเกลือ Fe(III) หรือเฟอร์ริซอล มีสีน้ำตาลเหลืองหรือน้ำตาลแดง ตัวอย่างเช่น เฟอร์ริกคลอไรด์ วางตลาดในรูปของผลึกไฮเดรตที่ดูดความชื้นสีเหลือง FeCl 3 -6H 2 O. เกลือซัลเฟตสองชั้นของ Fe (III) เรียกว่าสารส้มเหล็กแพร่หลายเช่นสารส้มเหล็กแอมโมเนียม (NH 4) 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 · 24H 2 O ในสารละลายของ เกลือ Fe (III) แยกตัวออกเพื่อสร้างไอออน Fe 3+ ปฏิกิริยาที่ไวต่อเกลือ Fe (III) คือ: 1) การก่อตัวของตะกอนของ Prussian blue Fe 4 3 ด้วยสารละลาย K 4 Fe(CN) 6 และ 2) การก่อตัวของเหล็กโรเดนสีแดง Fe(CNS) 3 ด้วย การเติมเกลือโรเดน (NH 4 CNS หรือ KCNS)

สารประกอบเหล็กเฮกซะวาเลนต์คือเกลือของเหล็ก (เฟอร์เรต K2FeO4, BaFeO4) กรดเฟอร์ริก (H2FeO4) ที่สอดคล้องกับเกลือเหล่านี้และแอนไฮไดรด์ของกรดนั้นไม่เสถียรและไม่ได้รับในสถานะอิสระ เฟอร์เรตเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ซึ่งไม่เสถียรและสลายตัวได้ง่ายเมื่อปล่อยออกซิเจน

มีสารประกอบเหล็กเชิงซ้อนจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น เมื่อเติมโพแทสเซียมไซยาไนด์ลงในเกลือของเหล็ก เหล็ก จะเกิดการตกตะกอนของเหล็กไซยาไนด์ Fe(CN) 2 เป็นครั้งแรก จากนั้นด้วย KCN ที่มากเกินไป จะละลายอีกครั้งเป็น รูปแบบ K 4 Fe(CN)6 [เฮกซาไซยาโน- (II) โพแทสเซียมเฟอร์เรต, โพแทสเซียมไอรอน-ไซยาไนด์ หรือโพแทสเซียมเฟอร์ริไซยาไนด์] อีกตัวอย่างหนึ่งคือ K 3 Fe(CN) 6 [โพแทสเซียมเฮกซายาโน-(III) เฟอร์เรต, โพแทสเซียมเหล็กซัลไฟด์ หรือโพแทสเซียมเฟอร์โรไซยาไนด์] เป็นต้น เฟอร์โรไซยาไนด์ให้ Fe(CN) 4 - ไอออนในสารละลาย และเฟอร์ริซิไนด์ให้ Fe ไอออน (CN) 6 3- . เหล็กที่มีอยู่ในแอนไอออนเหล่านี้ไม่ให้ปฏิกิริยาคุณภาพสูงกับไอออนของเหล็ก Fe 3+ และ Fe 2+ เหล็กเกิดสารประกอบเชิงซ้อนได้ง่ายด้วยสารประกอบอินทรีย์หลายชนิด รวมทั้งฐานไนโตรเจนด้วย การก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนที่มีสีของเหล็กด้วย a, alpha1-dipyridyl หรือ o-phenanthroline เป็นรากฐานของวิธีการที่ละเอียดอ่อนมากในการตรวจจับและการหาปริมาณธาตุเหล็กในปริมาณเล็กน้อย สารเช่น heme (ดูเฮโมโกลบิน) ที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพก็เป็นสารประกอบเชิงซ้อนของเหล็กเช่นกัน .

ด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ เหล็กจะผลิตสารประกอบระเหย - คาร์บอนิล Carbonyl iron Fe(CO) 5 เรียกว่าเหล็กเพนตะคาร์บอนิล และใช้เพื่อให้ได้เหล็กที่บริสุทธิ์ที่สุดโดยปราศจากสิ่งเจือปนใดๆ เพื่อจุดประสงค์ในการได้รับสารเคมี ตัวเร่งปฏิกิริยาตลอดจนเพื่อวัตถุประสงค์ทางไฟฟ้าบางอย่าง

เหล็กในร่างกายมนุษย์

ร่างกายมนุษย์ที่โตเต็มวัยจะมี Fe อยู่โดยเฉลี่ย 4-5 กรัม ซึ่งในจำนวนนี้ประมาณ 4-5 กรัม พบ 70% ในเฮโมโกลบิน (ดู), 5-10% ใน myoglobin (ดู), 20-25% ในรูปของไขมันสำรองและไม่เกิน 0.1% ในเลือด พบไขมันจำนวนหนึ่งภายในเซลล์ในสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ ตกลง. เหล็ก 1% ยังเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ทางเดินหายใจหลายชนิด (ดูเม็ดสีในระบบทางเดินหายใจ เอนไซม์ทางเดินหายใจ ปฏิกิริยาออกซิเดชันทางชีวภาพ) ซึ่งกระตุ้นกระบวนการหายใจในเซลล์และเนื้อเยื่อ

G. ที่พบในพลาสมาในเลือดเป็นรูปแบบการขนส่งของ G. การตัดมีความเกี่ยวข้องกับโปรตีนทรานสเฟอร์รินซึ่งก็คือเบต้าโกลบูลินและอาจรวมถึงอัลฟาโกลบูลินและอัลบูมิน ตามทฤษฎีแล้ว ไขมัน 1.25 ไมโครกรัมสามารถจับกับโปรตีน 1 มิลลิกรัม ซึ่งรวมแล้วประมาณ 1 มิลลิกรัม ไขมัน 3 มก. อย่างไรก็ตามในความเป็นจริง Transferrin จะอิ่มตัวด้วยไขมันเพียง 20-50% (โดยเฉลี่ยหนึ่งในสาม) ปริมาณธาตุเหล็กเพิ่มเติมซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางประการสามารถสัมผัสกับทรานสเฟอร์รินได้ จะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการจับกับธาตุเหล็กไม่อิ่มตัว (IBC) ของเลือด ปริมาณธาตุเหล็กทั้งหมดซึ่งสามารถจับตัวกันได้ด้วยทรานสเฟอร์ริน จะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการจับกับธาตุเหล็ก (IBC) ของเลือด ในซีรั่มในเลือด ปริมาณไขมันจะถูกกำหนดตาม V. Vahlquist ซึ่งแก้ไขโดย V. Hagberg และ E. A. Efimova วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าสารประกอบเชิงซ้อนของโปรตีนเหล็กในพลาสมาในเลือดในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดจะแยกตัวออกจากการปล่อยธาตุเหล็ก โปรตีนจะถูกตกตะกอนและในการกรองที่ปราศจากโปรตีน Fe (III) จะถูกแปลงเป็น Fe (II) ซึ่ง ก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้ที่มีสีด้วย o-ฟีแนนโทรลีน ความเข้มของสี k- เป็นสัดส่วนกับปริมาณของของเหลวในสารละลาย สำหรับการพิจารณา ให้ใช้ซีรั่มในเลือดที่ไม่ทำให้เป็นเม็ดเลือดแดง 0.3 มล. โดยการคำนวณจะทำโดยใช้เส้นโค้งการสอบเทียบ

ความสามารถในการจับกับธาตุเหล็กของซีรั่มในเลือดถูกกำหนดตาม A. Schade ซึ่งดัดแปลงโดย C. Rath และ C. Finch วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าปฏิสัมพันธ์ของเบต้าโกลบูลินและธาตุเหล็กไดวาเลนต์จะก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนสีส้มแดง ดังนั้นเมื่อเติมเฟอร์โรซอลต์ (โดยปกติคือเกลือของมอร์) ลงในซีรั่มเลือด ความเข้มของสีนี้จะเพิ่มขึ้น และขอบจะคงที่อย่างรวดเร็วเมื่อถึงจุดอิ่มตัวของโปรตีน ปริมาณไขมันที่ต้องใช้ในการทำให้โปรตีนอิ่มตัวจะใช้ในการตัดสิน NGSS ค่านี้เมื่อรวมกับปริมาณไขมันในเลือดจะสะท้อนถึงอายุขัยที่ยั่งยืน

ปริมาณไขมันในเลือดอาจมีความผันผวนทุกวันโดยจะลดลงในช่วงบ่าย ความเข้มข้นของธาตุเหล็กในพลาสมาในเลือดยังขึ้นอยู่กับอายุด้วย: ในทารกแรกเกิดคือ 175 mcg% ในเด็กอายุ 1 ปี - 73 mcg%; จากนั้นความเข้มข้นของไขมันจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งเป็น 110-115 µg% และไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญจนกระทั่งอายุ 13 ปี ในผู้ใหญ่ความเข้มข้นของธาตุเหล็กในซีรั่มในเลือดมีความแตกต่างกันขึ้นอยู่กับเพศ: ปริมาณธาตุเหล็กในผู้ชายคือ 120 ไมโครกรัม% และในผู้หญิง - 80 ไมโครกรัม% ในเลือดครบส่วนความแตกต่างนี้จะเด่นชัดน้อยกว่า TLC ของซีรั่มในเลือดปกติคือ 290-380 mcg% คนเราขับไขมันออกทางปัสสาวะ 60-100 ไมโครกรัมต่อวัน

การสะสมของธาตุเหล็กในเนื้อเยื่อ

ไขมันที่สะสมอยู่ในเนื้อเยื่อของร่างกายอาจมีต้นกำเนิดจากภายนอกหรือจากภายนอก อาการกำเริบจากภายนอกพบได้ในบางอาชีพว่าเป็นอันตรายต่อการประกอบอาชีพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในหมู่คนงานเหมืองที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาแร่เหล็กสีแดง และในหมู่ช่างเชื่อมไฟฟ้า ในกรณีเหล่านี้การสะสมของ Fe (III) ออกไซด์ (Fe 2 O 3) เกิดขึ้นในปอดบางครั้งอาจมีการก่อตัวของก้อนไซเดอโรติกซึ่งวินิจฉัยโดยการถ่ายภาพรังสี ในทางจุลพยาธิวิทยา ก้อนนั้นคือการสะสมของฝุ่นที่มีไขมันอยู่ในรูของถุงลม ในเซลล์ถุงลมที่ถูกทำลายแล้ว ในผนังกั้นระหว่างถุงลม ใน adventitia ของหลอดลมที่มีการพัฒนารอบเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ในช่างเชื่อมไฟฟ้า ปริมาณไขมันที่สะสมในปอดมักจะน้อย อนุภาคของมันมีขนาดเล็กกว่า 1 ไมครอนเป็นส่วนใหญ่ คนงานเหมืองมีแหล่งสะสมเหล็กจำนวนมาก ซึ่งปริมาณในปอดทั้งสองข้างสามารถสูงถึง 45 กรัม และคิดเป็น 39.6% ของน้ำหนักของเถ้าที่เหลืออยู่หลังจากการเผาไหม้ของปอด โรคปอดบวมบริสุทธิ์ เช่น ในช่างเชื่อมไฟฟ้า ไม่ได้มาพร้อมกับโรคปอดบวมและความพิการ อย่างไรก็ตามในคนงานเหมือง sidero-silicosis มักจะสังเกตได้จากการพัฒนาของโรคปอดบวม (ดู)

อาการกำเริบของลูกตาภายนอกนั้นสังเกตได้เมื่อมีการนำเศษเหล็กเศษขี้กบ ฯลฯ เข้าไปในดวงตา ในเวลาเดียวกันของเหลวที่เป็นโลหะจะเปลี่ยนเป็นไบคาร์บอเนตจากนั้นก็กลายเป็นไฮเดรตของของเหลวออกไซด์และสะสมอยู่ในกระบวนการของเลนส์ปรับเลนส์, เยื่อบุผิวของช่องหน้าม่านตา, แคปซูลเลนส์, เนื้อเยื่อ episcleral, จอประสาทตาและจอประสาทตา เส้นประสาทซึ่งสามารถตรวจพบได้โดยใช้ไมโครเคมีที่เหมาะสม ปฏิกิริยา อาการกำเริบในท้องถิ่นจากภายนอกสามารถสังเกตได้รอบ ๆ เศษเหล็กที่เข้าไปในเนื้อเยื่อระหว่างการบาดเจ็บในบ้านและการสู้รบ (เศษระเบิด, เปลือกหอย ฯลฯ )

แหล่งที่มาของอาการไซเดอร์ซิสภายนอกในกรณีส่วนใหญ่คือฮีโมโกลบินในระหว่างการทำลายภายนอกและภายในหลอดเลือด หนึ่งในผลลัพธ์สุดท้ายของการสลายฮีโมโกลบินคือเม็ดสีเฮโมซิเดรินที่มีธาตุเหล็กซึ่งสะสมอยู่ในอวัยวะและเนื้อเยื่อ เฮโมซิเดรินถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2377 โดยเจ. มุลเลอร์ แต่คำว่า "เฮโมซิเดริน" ถูกเสนอโดยเอ. นอยมันน์ในเวลาต่อมาในปี พ.ศ. 2431 เฮโมซิเดรินเกิดจากการสลายของฮีม เป็นโพลีเมอร์เฟอร์ริติน (ดู) [Granick (S. Granick)] ในทางเคมี เฮโมซิเดรินคือการรวมตัวของ Fe(III) ไฮดรอกไซด์ ซึ่งมีความสัมพันธ์อย่างแน่นหนากับโปรตีน มิวโคโพลีแซ็กคาไรด์ และลิพิดของเซลล์ไม่มากก็น้อย การก่อตัวของเฮโมซิเดรินเกิดขึ้นในเซลล์ที่มีลักษณะทั้งมีเซนไคม์และเยื่อบุผิว เซลล์เหล่านี้

V.V. Serov และ V.S. Paukov แนะนำให้เรียกพวกมันว่าไซเดอโรบลาสต์ เม็ดเฮโมซิเดรินถูกสังเคราะห์ในไซเดอโรโซมของไซเดอโรบลาสต์ เมื่อมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ เฮโมซิเดรินจะมีลักษณะเป็นเม็ดสีเหลืองถึงน้ำตาลทอง ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ภายในเซลล์ แต่บางครั้งก็อยู่นอกเซลล์ เม็ดเฮโมซิเดรินมีไขมันมากถึง 35%; เฮโมซิเดรินไม่เคยก่อตัวเป็นผลึก

เนื่องจากแหล่งที่มาของเฮโมซิเดรินในกรณีส่วนใหญ่คือฮีโมโกลบิน จึงสามารถสังเกตการสะสมของฮีโมโกลบินที่ใดก็ได้ในร่างกายมนุษย์ที่เกิดอาการตกเลือด (ดูภาวะฮีโมซิเดอโรซิส) ในภาวะเม็ดเลือดแดงแตกจะตรวจพบ SH-ferritin (รูปแบบที่ออกฤทธิ์ของซัลไฮดริล) ในบริเวณที่มีการสะสมของเฮโมซิเดอรินซึ่งมีคุณสมบัติเป็นอัมพาตของหลอดเลือด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะสมของเฮโมซิเดอรินจำนวนมากซึ่งเกิดจากเฟอร์ริตินอันเป็นผลมาจากการเผาผลาญของเซลล์ในกระเพาะอาหารบกพร่องนั้นพบได้ในฮีโมโครมาโตซิส (ดู); นอกจากนี้ในตับปริมาณไขมันที่สะสมมักจะเกิน 20-30 กรัม การสะสมไขมันในฮีโมโครมาโตซิสนอกเหนือจากตับนั้นพบได้ในตับอ่อน, ไต, กล้ามเนื้อหัวใจตาย, อวัยวะของระบบเรติคูโลเอนโดธีเลียมซึ่งบางครั้งต่อมเมือกของ หลอดลม ในต่อมไทรอยด์ กล้ามเนื้อ และเยื่อบุผิวของลิ้น เป็นต้น

นอกเหนือจากการสะสมของเฮโมซิเดอรินแล้ว การชุบของปอด (ferrugination) ของกรอบยืดหยุ่นของปอด เยื่อหุ้มยืดหยุ่นของหลอดเลือดปอดในระหว่างการแข็งตัวของสีน้ำตาล หรือบางครั้งอาจสังเกตเห็นหลอดเลือดสมองรอบจุดโฟกัสของการตกเลือด (ดูการบดอัดของปอดสีน้ำตาล) . การแข็งตัวของเส้นใยกล้ามเนื้อส่วนบุคคลในมดลูกและเซลล์ประสาทในสมองยังพบได้ในความเจ็บป่วยทางจิตบางอย่าง (ความโง่เขลา, ภาวะสมองเสื่อมในระยะแรกและวัยชรา, การฝ่อของ Pick, ภาวะ hyperkinesis บางอย่าง) การก่อตัวเหล่านี้ถูกชุบด้วยเหล็กคอลลอยด์ และสามารถตรวจพบการแข็งตัวของโลหะได้ด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยาพิเศษเท่านั้น

ในการตรวจจับเหล็กที่แตกตัวเป็นไอออนในเนื้อเยื่อ ปฏิกิริยาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือการก่อตัวของเทิร์นบูลบลูตาม Thiermann-Schmelzer เพื่อตรวจจับ Fe (II) และปฏิกิริยาการก่อตัวของปรัสเซียนบลู [วิธี Perls โดยใช้ Fe (III)]

ปฏิกิริยาการก่อตัวของสีน้ำเงินของ Turnbull ดำเนินการดังนี้: ส่วนที่เตรียมไว้จะถูกวางไว้ในสารละลายแอมโมเนียมซัลไฟด์ 10% เป็นเวลา 1-24 ชั่วโมงเพื่อเปลี่ยนของเหลวทั้งหมดให้เป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไดวาเลนต์ จากนั้นส่วนต่างๆ ให้ล้างให้สะอาดในน้ำกลั่น จะถูกโอนเป็นเวลา 10-20 นาที ลงในส่วนผสมที่เตรียมสดใหม่ของสารละลายโพแทสเซียมไอรอนซัลไฟด์ 20% และสารละลายไฮโดรคลอริก 1% ที่เท่ากัน ลำตัวเปลี่ยนเป็นสีฟ้าสดใส เมล็ดสามารถทาสีด้วยสีแดงเลือดนก ในการพกพาส่วนต่างๆ ควรใช้เฉพาะเข็มแก้วเท่านั้น

ตามวิธี Perls ส่วนต่าง ๆ จะถูกวางไว้เป็นเวลาหลายนาทีในส่วนผสมที่เตรียมสดใหม่ของ 1 ส่วนของสารละลายโพแทสเซียมเฟอร์ริกซัลไฟด์ 2% และ 1.5 ส่วนของสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 1% จากนั้นล้างส่วนต่างๆ ด้วยน้ำ และเมล็ดจะย้อมด้วยสีแดงเลือดนก ก. เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน ตรวจพบ SH-เฟอร์ริตินโดยใช้แคดเมียมซัลเฟต (N. D. Klochkov)

บรรณานุกรม:วิธีการวิจัยทางชีวเคมีในคลินิกเอ็ด A.A. Pokrovsky, p. 440 ม. 2512; ใน e r b เกี่ยวกับ l เกาะ และ h P. A. และ U t e we ใน A. B. เหล็กในร่างกายสัตว์, Alma-Ata, 1967, บรรณานุกรม; Glinka N. L. เคมีทั่วไป, p. 682, ล., 1973; Kassirsky I. A. และ Alekseev G. A. โลหิตวิทยาคลินิก, p. 168, M., 1970, บรรณานุกรม; Levin V.I. การได้รับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี, p. 149 ม. 2515; Mashkovsky M.D. ยารักษาโรคตอนที่ 2 หน้า 94 ม. 2520; การสร้างเม็ดเลือดปกติและการควบคุมของมัน, เอ็ด. N.A. Fedorova, p. 244 ม. 2519; Petrov V.N. และ Shcherba M.M. การระบุความชุกและภูมิศาสตร์ของการขาดธาตุเหล็ก, Klin, med., t. 50, ลำดับ 2, p. 20/09/1972 บรรณานุกรม; P Ya-bov S.I. และ Shostka G.D. ลักษณะทางอณูพันธุศาสตร์ของการสร้างเม็ดเลือดแดง, L. , 1973, บรรณานุกรม; Shcherba M. M. ภาวะขาดธาตุเหล็ก, L. , 197 5; คลินิกโลหิตวิทยา, ชม. โวลต์ เอช. เบเกมันน์, ส. 295, สตุ๊ตการ์ท, 1970; พื้นฐานทางเภสัชวิทยาของการบำบัด, ed. โดย แอล. เอส. กู๊ดแมน เอ. กิลแมน แอล., 1975.

G.E. Vladimirov; G. A. Alekseev (อัญมณี), V. V. Bochkarev (rad.), A. M. Wichert (pat. an.), V. V. Churyukanov (เภสัช)

คำนิยาม. เรื่องราว. ธรณีเคมี คุณสมบัติของธาตุเหล็ก สถานที่เกิด. คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี. การเชื่อมต่อ การใช้เหล็ก

เหล็ก

เหล็กเป็นองค์ประกอบของกลุ่มที่แปด (ตามการจำแนกแบบเก่าซึ่งเป็นกลุ่มย่อยรองของกลุ่มที่แปด) ของช่วงที่สี่ของตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมี I. Mendeleev มีเลขอะตอม 26 ระบุด้วยสัญลักษณ์ เฟ(ละติน เฟอร์รัม). โลหะชนิดหนึ่งที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก (อันดับที่สองรองจากอะลูมิเนียม)
เหล็กสารเดี่ยว (หมายเลข CAS: 7439-89-6) เป็นโลหะสีขาวเงินอ่อนได้ซึ่งมีปฏิกิริยาทางเคมีสูง เหล็กจะกัดกร่อนอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงหรือมีความชื้นในอากาศสูง เหล็กเผาไหม้ในออกซิเจนบริสุทธิ์ และในสถานะที่กระจายตัวอย่างประณีต มันจะติดไฟในอากาศได้เอง
จริงๆ แล้ว เหล็กมักเรียกว่าโลหะผสมซึ่งมีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ (มากถึง 0.8%) ซึ่งยังคงความอ่อนตัวและความเหนียวของโลหะบริสุทธิ์ แต่ในทางปฏิบัติ โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอนมักถูกนำมาใช้มากกว่า: เหล็กกล้า (คาร์บอนสูงถึง 2.14 wt.%) และเหล็กหล่อ (คาร์บอนมากกว่า 2.14 wt.%) เช่นเดียวกับเหล็กสเตนเลส (โลหะผสม) ที่เติมโลหะผสม โลหะ (โครเมียม, แมงกานีส, นิกเกิล ฯลฯ ) การรวมกันของคุณสมบัติเฉพาะของเหล็กและโลหะผสมทำให้เหล็กเป็น "โลหะหมายเลข 1" ที่มีความสำคัญสำหรับมนุษย์
ในธรรมชาติ เหล็กมักไม่ค่อยพบในรูปแบบบริสุทธิ์ ส่วนใหญ่มักพบในอุกกาบาตเหล็ก-นิกเกิล ความอุดมสมบูรณ์ของธาตุเหล็กในเปลือกโลกอยู่ที่ 4.65% (อันดับที่ 4 รองจาก O, Si, Al) เชื่อกันว่าเหล็กประกอบเป็นแกนกลางของโลกเป็นส่วนใหญ่

เรื่องราว.เหล็กเป็นวัสดุเครื่องมือเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ วัตถุเหล็กที่เก่าแก่ที่สุดที่พบในระหว่างการขุดค้นทางโบราณคดีมีอายุย้อนกลับไปถึงสหัสวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช จ. และเป็นของอารยธรรมสุเมเรียนโบราณและอียิปต์โบราณ สิ่งเหล่านี้ทำจากเหล็กอุกกาบาตนั่นคือโลหะผสมของเหล็กและนิกเกิล (เนื้อหาในช่วงหลังอยู่ระหว่าง 5 ถึง 30%) เครื่องประดับจากสุสานอียิปต์ (ประมาณ 3800 ปีก่อนคริสตกาล) และกริชจากเมืองซูร์แห่งสุเมเรียน (ประมาณ 3100 ปีก่อนคริสตกาล) จ.) เห็นได้ชัดว่าหนึ่งในชื่อเหล็กในภาษากรีกและละตินมาจากต้นกำเนิดของเหล็กอุกกาบาตที่มาจากท้องฟ้า: "ไซเดอร์" (ซึ่งแปลว่า "ดวงดาว")

ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กที่ได้จากการถลุงเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่การตั้งถิ่นฐานของชนเผ่าอารยันตั้งแต่ยุโรปไปจนถึงเอเชีย เกาะต่างๆ ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน และอื่นๆ (ปลายสหัสวรรษที่ 4 และ 3 ก่อนคริสต์ศักราช เครื่องมือเหล็กที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักคือใบมีดเหล็กที่พบใน งานหินของปิรามิด Cheops ในอียิปต์ (สร้างขึ้นเมื่อประมาณ 2530 ปีก่อนคริสตกาล)ดังที่การขุดค้นในทะเลทรายนูเบียแสดงให้เห็นแล้วในเวลานั้นชาวอียิปต์พยายามที่จะแยกทองคำที่ขุดได้จากทรายแมกนีไทต์หนักเผาแร่ด้วยรำข้าวและสารที่คล้ายกันที่มี คาร์บอน เป็นผลให้ชั้นของเหล็กที่เหนียวเหนอะหนะลอยอยู่บนพื้นผิวของทองคำหลอมซึ่งถูกแปรรูปแยกกัน เครื่องมือต่างๆ ถูกสร้างขึ้นจากเหล็กนี้รวมทั้งที่พบในปิรามิดแห่ง Cheops อย่างไรก็ตาม หลังจาก Menkaure หลานชายของ Cheops (2471 -2465 ปีก่อนคริสตกาล) ในอียิปต์ ความวุ่นวาย: ขุนนางนำโดยนักบวชของเทพเจ้ารา โค่นล้มราชวงศ์ที่ปกครอง และการก้าวกระโดดของผู้แย่งชิงเริ่มขึ้น จบลงด้วยการขึ้นครองราชย์ของฟาโรห์แห่งราชวงศ์ถัดไป Userkar ซึ่งนักบวช ประกาศให้เป็นโอรสและเป็นอวตารของเทพเจ้าราเอง (ตั้งแต่นั้นมา ก็ได้กลายมาเป็นสถานะทางการของฟาโรห์) ในช่วงความวุ่นวายนี้ ความรู้ทางวัฒนธรรมและเทคนิคของชาวอียิปต์ลดลง และเช่นเดียวกับศิลปะในการสร้างปิรามิดที่เสื่อมโทรมลง เทคโนโลยีการผลิตเหล็กก็สูญหายไป จนถึงจุดนั้นในเวลาต่อมา เมื่อสำรวจคาบสมุทรซีนายเพื่อค้นหาทองแดง แร่ ชาวอียิปต์ไม่ได้ใส่ใจใด ๆ กับแหล่งแร่เหล็กที่มีอยู่ที่นั่น และได้รับเหล็กจากชาวฮิตไทต์และมิทันเนียนที่อยู่ใกล้เคียง
คนแรกที่เชี่ยวชาญวิธีการถลุงเหล็กของ Hatti สิ่งนี้ระบุได้โดยการกล่าวถึงเหล็กที่เก่าแก่ที่สุด (2 สหัสวรรษก่อนคริสต์ศักราช) ในตำราของชาวฮิตไทต์ผู้ก่อตั้งอาณาจักรของพวกเขาในดินแดนฮัตต์ (อนาโตเลียสมัยใหม่ในตุรกี) ดังนั้น ข้อความของกษัตริย์อานิตตาชาวฮิตไทต์ (ประมาณ 1800 ปีก่อนคริสตกาล) จึงกล่าวว่า:
ในสมัยโบราณ Khalibs เป็นที่รู้จักในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านผลิตภัณฑ์เหล็ก ตำนานของ Argonauts (การรณรงค์ของพวกเขาใน Colchis เกิดขึ้นประมาณ 50 ปีก่อนสงครามเมืองทรอย) เล่าว่า Eet กษัตริย์แห่ง Colchis, Eet ได้มอบคันไถเหล็กให้กับ Jason เพื่อที่เขาจะได้ไถนาในทุ่ง Ares และวิชาของเขาคือ Calibers มีคำอธิบายว่า:
พวกเขาไม่ไถพรวนดิน ไม่ปลูกไม้ผล ไม่กินหญ้าในทุ่งหญ้าอันอุดมสมบูรณ์ พวกเขาสกัดแร่และเหล็กจากที่ดินที่ไม่ได้รับการเพาะปลูกและแลกเปลี่ยนอาหารกับมัน วันนั้นไม่ได้เริ่มต้นสำหรับพวกเขา หากไม่มีการทำงานหนัก พวกเขาใช้เวลาทั้งวันอยู่ในความมืดมิดของกลางคืน และควันหนาทึบ...
อริสโตเติลบรรยายถึงวิธีการผลิตเหล็กของพวกเขาว่า “ชาวคาลิบล้างทรายในแม่น้ำของประเทศของตนหลายครั้ง จึงปล่อยสารเข้มข้นสีดำ (เศษหนักที่ประกอบด้วยแมกนีไทต์และออกไซด์เป็นส่วนใหญ่) แล้วนำไปหลอมในเตาเผา โลหะที่ได้จึงมีสีเงินและเป็นสแตนเลส”
ทรายแมกนีไทต์ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการถลุงเหล็ก ซึ่งมักพบตามชายฝั่งทะเลดำทั้งหมด ทรายแมกนีไทต์เหล่านี้ประกอบด้วยส่วนผสมของแมกนีไทต์เม็ดเล็ก ๆ ไทเทเนียมแมกนีไทต์หรืออิลเมไนต์ และเศษหินอื่น ๆ ดังนั้น เหล็กที่หลอมโดยพวกคาลิบนั้นถูกผสมและมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม วิธีการรับเหล็กที่เป็นเอกลักษณ์นี้ชี้ให้เห็นว่า Khalibs แพร่กระจายเหล็กเป็นวัสดุทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่วิธีการของพวกเขาไม่สามารถเป็นวิธีการสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์เหล็กทางอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตามการผลิตของพวกเขาเป็นแรงผลักดันในการพัฒนาโลหะวิทยาเหล็กต่อไป
เคลเมนท์แห่งอเล็กซานเดรียในงานสารานุกรมของเขา "สโตรมาตา" กล่าวถึงว่าตามตำนานกรีก มีการค้นพบเหล็ก (เห็นได้ชัดว่าหลอมจากแร่) บนภูเขาไอดา - นั่นคือชื่อของเทือกเขาใกล้เมืองทรอย (ในอีเลียดเรียกว่าภูเขาไอดา ซึ่งซุสเฝ้าดูการต่อสู้ระหว่างชาวกรีกและโทรจัน) สิ่งนี้เกิดขึ้น 73 ปีหลังจากน้ำท่วม Deucalion และน้ำท่วมนี้ตาม Parian Chronicle เกิดขึ้นในปี 1528 ปีก่อนคริสตกาล e. นั่นคือวิธีการถลุงเหล็กจากแร่ถูกค้นพบเมื่อประมาณ 1455 ปีก่อนคริสตกาล จ. อย่างไรก็ตาม จากคำอธิบายของ Clement ยังไม่ชัดเจนว่าเขากำลังพูดถึงภูเขาลูกนี้ในเอเชียตะวันตก (Ida of Phrygia ใน Virgil) หรือเกี่ยวกับภูเขา Ida บนเกาะ Crete ซึ่งกวีชาวโรมัน Virgil เขียนไว้ใน Aeneid ในฐานะบรรพบุรุษ บ้านของโทรจัน:
“เกาะจูปิเตอร์ ครีตา ตั้งอยู่กลางทะเลอันกว้างใหญ่
ชนเผ่าของเรามีถิ่นกำเนิดอยู่ที่นั่น ที่ซึ่งไอดาเติบโตขึ้น..."
มีแนวโน้มมากขึ้นที่เคลเมนท์แห่งอเล็กซานเดรียกำลังพูดถึงโดยเฉพาะเกี่ยวกับฟรีเจียนไอดาใกล้เมืองทรอย เนื่องจากพบเหมืองเหล็กโบราณและศูนย์กลางการผลิตเหล็กที่นั่น หลักฐานที่เป็นลายลักษณ์อักษรชิ้นแรกเกี่ยวกับเหล็กพบได้ในแผ่นดินเหนียวจากหอจดหมายเหตุของฟาโรห์อะเมนโฮเทปที่ 3 และอาเคนาเตนของอียิปต์ และมีอายุย้อนไปในช่วงเวลาเดียวกัน (1450-1400 ปีก่อนคริสตกาล) กล่าวถึงการผลิตเหล็กทางตอนใต้ของ Transcaucasia ซึ่งชาวกรีกเรียกว่า Colchis (และเป็นไปได้ว่าคำว่า "kolhidos" อาจเป็นการดัดแปลงคำว่า "halibos") - กล่าวคือสิ่งที่กษัตริย์แห่งประเทศ Mitanni และผู้ปกครองแห่งอาร์เมเนียและทรานคอเคเซียใต้ได้ส่งไปยังฟาโรห์อะเมนโฮเทปที่ 2 ของอียิปต์ " พร้อมด้วยนางสนม 318 คน มีดสั้น และแหวนที่ทำจากเหล็กอย่างดี" ชาวฮิตไทต์ก็มอบของขวัญแบบเดียวกันนี้ให้กับฟาโรห์ด้วย
ในสมัยโบราณ เหล็กมีค่ามากกว่าทองคำ และตามคำอธิบายของ Strabo ชนเผ่าแอฟริกันให้ทองคำ 10 ปอนด์ต่อเหล็ก 1 ปอนด์ และจากการวิจัยของนักประวัติศาสตร์ G. Areshyan ราคาของทองแดง เงิน ทองคำ และเหล็กในหมู่ชาวฮิตไทต์โบราณอยู่ในอัตราส่วน 1: 160 : 1280: 6400 ในสมัยนั้นเหล็กถูกใช้เป็นโลหะเครื่องประดับบัลลังก์และเครื่องราชกกุธภัณฑ์อื่น ๆ แห่งพระราชอำนาจถูกสร้างขึ้นจากมันตัวอย่างเช่นหนังสือในพระคัมภีร์ไบเบิลของเฉลยธรรมบัญญัติ 3.11 บรรยายถึง “เตียงเหล็ก” ของกษัตริย์เรฟาอิม อ็อก
ในหลุมฝังศพของตุตันคามุน (ประมาณ 1350 ปีก่อนคริสตกาล) พบกริชเหล็กพร้อมกรอบทองคำ ซึ่งอาจเป็นของขวัญจากชาวฮิตไทต์เพื่อวัตถุประสงค์ทางการทูต แต่ชาวฮิตไทต์ไม่ได้พยายามเผยแพร่เหล็กและเทคโนโลยีในวงกว้าง ดังที่เห็นได้จากการติดต่อระหว่างฟาโรห์ตุตันคามุนแห่งอียิปต์กับพ่อตาของเขา ฮัตทูซิล กษัตริย์แห่งฮิตไทต์ ฟาโรห์ขอให้ส่งเหล็กเพิ่มอีกและกษัตริย์ของชาวฮิตไทต์ก็ตอบอย่างเลี่ยงไม่ได้ว่าปริมาณเหล็กสำรองหมดไปและช่างตีเหล็กก็ยุ่งอยู่กับงานเกษตรกรรมดังนั้นเขาจึงไม่สามารถทำตามคำร้องขอของราชบุตรเขยได้และส่งเพียง กริชหนึ่งอันทำจาก "เหล็กดี" (นั่นคือเหล็ก) อย่างที่คุณเห็นชาวฮิตไทต์พยายามใช้ความรู้ของตนเพื่อให้ได้เปรียบทางการทหารและไม่ได้ให้โอกาสผู้อื่นตามทันพวกเขา เห็นได้ชัดว่านี่คือสาเหตุที่ผลิตภัณฑ์เหล็กแพร่หลายเฉพาะหลังสงครามเมืองทรอยและการล่มสลายของอำนาจฮิตไทต์ เมื่อต้องขอบคุณกิจกรรมการค้าของชาวกรีก เทคโนโลยีเหล็กจึงกลายเป็นที่รู้จักของคนจำนวนมาก และมีการค้นพบแหล่งสะสมเหล็กและเหมืองใหม่ ดังนั้นยุค "ทองแดง" จึงถูกแทนที่ด้วยยุค "เหล็ก"
ตามคำอธิบายของโฮเมอร์ แม้ว่าในช่วงสงครามเมืองทรอย (ประมาณ 1,250 ปีก่อนคริสตกาล) อาวุธส่วนใหญ่ทำจากทองแดงและทองแดง แต่เหล็กก็เป็นที่รู้จักและเป็นที่ต้องการอย่างมาก แม้ว่าจะเป็นโลหะมีค่าก็ตาม ตัวอย่างเช่น ในเพลงที่ 23 ของเพลง Iliad โฮเมอร์กล่าวว่า Achilles มอบจานที่ทำจากเหล็กให้กับผู้ชนะในการแข่งขันขว้างจาน ชาว Achaeans ขุดแร่เหล็กนี้จากโทรจันและผู้คนใกล้เคียง (อีเลียด 7.473) รวมถึงพวกคาลิบด้วย
บางทีเหล็กอาจเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ชาวกรีก Achaean ย้ายไปยังเอเชียไมเนอร์ซึ่งพวกเขาได้เรียนรู้ความลับของการผลิต และการขุดค้นในกรุงเอเธนส์พบว่าประมาณ 1,100 ปีก่อนคริสตกาล จ. และต่อมาดาบเหล็ก หอก ขวาน และแม้แต่ตะปูเหล็กก็แพร่หลายไปแล้ว หนังสือในพระคัมภีร์ไบเบิลของโยชูวา 17:16 (เปรียบเทียบ ผู้วินิจฉัย 14:4) อธิบายว่าชาวฟิลิสเตีย (ตามพระคัมภีร์ "PILISTIM" และเหล่านี้เป็นชนเผ่ากรีกดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับชาวเฮลเลเนสในเวลาต่อมา ซึ่งส่วนใหญ่เป็นชาว Pelasgians) มีรถรบเหล็กจำนวนมาก กล่าวคือ ในเวลานี้เหล็กได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในปริมาณมากแล้ว
โฮเมอร์เรียกเหล็กว่ายากเพราะในสมัยโบราณวิธีการผลิตหลักคือกระบวนการเป่าชีส: การเผาแร่เหล็กและถ่านสลับชั้นในเตาเผาแบบพิเศษ (เตา - จาก "เขา" โบราณ - เขา, ท่อ แต่เดิมเป็น เป็นเพียงท่อที่ขุดลงดิน มักวางในแนวนอนตามทางลาดของหุบเขา) ในการตีเหล็กเหล็กออกไซด์จะถูกทำให้เป็นโลหะด้วยถ่านหินร้อนซึ่งรับออกซิเจนออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์และจากการเผาแร่ด้วยถ่านหินจึงได้เหล็กไครชีน (ฟองน้ำ) ที่มีลักษณะคล้ายแป้ง กฤษฎาถูกทำความสะอาดจากตะกรันโดยการตีและบีบสิ่งเจือปนออกด้วยค้อนอันแรง การตีขึ้นรูปครั้งแรกมีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ - ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กหล่ออย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นเหล็กจึงมีคาร์บอนค่อนข้างต่ำ เพื่อให้ได้เหล็กที่แข็งแกร่งจำเป็นต้องเผาและหลอมแกนเหล็กด้วยถ่านหินหลาย ๆ ครั้งในขณะที่ชั้นผิวของโลหะอิ่มตัวด้วยคาร์บอนเพิ่มเติมและเสริมกำลัง นี่คือวิธีการได้รับ "เหล็กที่ดี" - และแม้ว่าจะต้องใช้ความพยายามมาก แต่ผลิตภัณฑ์ที่ได้รับในลักษณะนี้มีความแข็งแกร่งและแข็งกว่าทองแดงอย่างมาก
ต่อมาพวกเขาเรียนรู้ที่จะสร้างเตาเผาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น (ในรัสเซีย - เตาหลอมเหล็ก, domnitsa) สำหรับการผลิตเหล็ก และใช้เครื่องเป่าลมเพื่อจ่ายอากาศให้กับเตาเผา ชาวโรมันรู้วิธีนำอุณหภูมิในเตาหลอมมาหลอมเหล็ก (ประมาณ 1,400 องศา และเหล็กบริสุทธิ์ละลายที่ 1,535 องศา) ทำให้เกิดเหล็กหล่อที่มีจุดหลอมเหลว 1100-1200 องศา ซึ่งเปราะมากในสถานะของแข็ง (ไม่สามารถตีขึ้นรูปได้) และไม่มีความยืดหยุ่นเหมือนเหล็ก ในตอนแรกถือว่าเป็นผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย แต่ต่อมาพบว่าเมื่อหลอมใหม่ในเตาเผาโดยมีอากาศพัดผ่านมากขึ้น เหล็กหล่อจะกลายเป็นเหล็กคุณภาพดี เนื่องจากคาร์บอนส่วนเกินจะไหม้หมด กระบวนการสองขั้นตอนในการผลิตเหล็กจากเหล็กหล่อกลายเป็นเรื่องง่ายและให้ผลกำไรมากกว่ากระบวนการที่สำคัญและหลักการนี้ถูกนำมาใช้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากนักมานานหลายศตวรรษและยังคงเป็นวิธีหลักในการผลิตวัสดุเหล็กจนถึงทุกวันนี้

ไอโซโทป

เหล็กธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปเสถียรสี่ชนิด: 54Fe (ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป 5.845%), 56Fe (91.754%), 57Fe (2.119%) และ 58Fe (0.282%) ไอโซโทปเหล็กที่ไม่เสถียรมากกว่า 20 ไอโซโทปเป็นที่รู้จักกันด้วยเลขมวลตั้งแต่ 45 ถึง 72 ซึ่งเสถียรที่สุดคือ 60Fe (ครึ่งชีวิตตามข้อมูลที่อัปเดตในปี 2552 คือ 2.6 ล้านปี), 55Fe (2.737 ปี), 59Fe (44.495 วัน) และ 52Fe (8.275 ชั่วโมง); ไอโซโทปอื่นๆ มีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 10 นาที
ไอโซโทปเหล็ก 56Fe เป็นหนึ่งในนิวเคลียสที่เสถียรที่สุด องค์ประกอบต่อไปนี้ทั้งหมดสามารถลดพลังงานการจับต่อนิวคลีออนผ่านการสลายตัว และตามหลักการแล้ว องค์ประกอบก่อนหน้านี้ทั้งหมดสามารถลดพลังงานการจับต่อนิวคลีออนผ่านฟิวชันได้ เชื่อกันว่าเหล็กสิ้นสุดการสังเคราะห์ธาตุในแกนกลางของดาวฤกษ์ปกติ และธาตุที่ตามมาทั้งหมดสามารถก่อตัวขึ้นได้จากการระเบิดของซูเปอร์โนวาเท่านั้น

ธรณีเคมีของเหล็ก

เหล็กเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดในระบบสุริยะ โดยเฉพาะบนดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนโลก ส่วนสำคัญของเหล็กของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินตั้งอยู่ในแกนกลางของดาวเคราะห์ซึ่งมีเนื้อหาประมาณ 90% ปริมาณธาตุเหล็กในเปลือกโลกอยู่ที่ 5% และในเนื้อโลกประมาณ 12% ในบรรดาโลหะ เหล็กมีมากเป็นอันดับสองรองจากอลูมิเนียมในเปลือกไม้ ในเวลาเดียวกัน ประมาณ 86% ของเหล็กทั้งหมดพบในแกนกลาง และ 14% อยู่ในเนื้อโลก ปริมาณธาตุเหล็กเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในหินอัคนีมาฟิค โดยมีความเกี่ยวข้องกับไพร็อกซีน แอมฟิโบล โอลิวีน และไบโอไทต์ เหล็กสะสมในความเข้มข้นทางอุตสาหกรรมในระหว่างกระบวนการภายนอกและภายนอกเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก น้ำทะเลมีธาตุเหล็กในปริมาณน้อยมาก 0.002-0.02 มก./ลิตร ในน้ำในแม่น้ำจะสูงกว่าเล็กน้อย - 2 มก./ล.

คุณสมบัติธรณีเคมีของเหล็ก

คุณลักษณะทางธรณีวิทยาที่สำคัญที่สุดของเหล็กคือการมีสถานะออกซิเดชันหลายสถานะ เหล็กในรูปแบบที่เป็นกลาง - เป็นโลหะ - ประกอบขึ้นเป็นแกนกลางของโลก อาจมีอยู่ในเนื้อโลกและไม่ค่อยพบในเปลือกโลก เหล็กที่เป็นเหล็ก FeO เป็นรูปแบบหลักของเหล็กที่พบในเนื้อโลกและเปลือกโลก เหล็กออกไซด์ Fe2O3 เป็นลักษณะของส่วนบนสุดและส่วนที่ออกซิไดซ์มากที่สุดของเปลือกโลก โดยเฉพาะหินตะกอน
ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมีของผลึก ไอออน Fe2+ นั้นใกล้เคียงกับไอออน Mg2+ และ Ca2+ ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักอื่นๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนสำคัญของหินบนโลกทั้งหมด เนื่องจากความคล้ายคลึงกันทางเคมีของผลึก เหล็กจึงเข้ามาแทนที่แมกนีเซียมและแคลเซียมบางส่วนในซิลิเกตหลายชนิด ในกรณีนี้ ปริมาณธาตุเหล็กในแร่ธาตุที่มีองค์ประกอบแปรผันมักจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง
แร่ธาตุเหล็ก. เหล็กค่อนข้างแพร่หลายในเปลือกโลก - คิดเป็นประมาณ 4.1% ของมวลเปลือกโลก (อันดับที่ 4 ในบรรดาองค์ประกอบทั้งหมดอันดับที่ 2 ในบรรดาโลหะ) ในเนื้อโลกและเปลือกโลก เหล็กมีความเข้มข้นอยู่ในซิลิเกตเป็นหลัก ในขณะที่ปริมาณของเหล็กมีความสำคัญในหินพื้นฐานและหินอัลตราเบสิก และมีหินที่เป็นกรดและหินขั้นกลางต่ำ
เป็นที่รู้กันว่าแร่และแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กจำนวนมาก สิ่งที่สำคัญที่สุดในทางปฏิบัติคือแร่เหล็กสีแดง (ออกไซด์, Fe2O3; มี Fe สูงถึง 70%), แร่เหล็กแม่เหล็ก (แม่เหล็ก, FeFe2O4, Fe3O4; มี 72.4% Fe), แร่เหล็กสีน้ำตาลหรือลิโมไนต์ (โกเอไทต์และไฮโดรโกเอไทต์ตามลำดับ FeOOH และ FeOOH nH2O ) เกอเอไทต์และไฮโดรโกเอไทต์มักพบในเปลือกโลกที่ผุกร่อนซึ่งก่อตัวเรียกว่า "หมวกเหล็ก" ซึ่งมีความหนาหลายร้อยเมตร พวกมันยังสามารถมีต้นกำเนิดจากตะกอน โดยหลุดออกมาจากสารละลายคอลลอยด์ในทะเลสาบหรือพื้นที่ชายฝั่งทะเล ในกรณีนี้แร่เหล็กจะก่อตัวเป็นอูลิติกหรือพืชตระกูลถั่ว Vivianite Fe3(PO4)2·8H2O มักพบอยู่ในพวกมัน ก่อตัวเป็นผลึกยาวสีดำและมวลรวมแนวรัศมี
เหล็กซัลไฟด์ยังแพร่หลายในธรรมชาติ - pyrite FeS2 (กำมะถันหรือเหล็ก pyrite) และ pyrrhotite พวกมันไม่ใช่แร่เหล็ก - ไพไรต์ใช้ในการผลิตกรดซัลฟิวริก และไพโรไทต์มักประกอบด้วยนิกเกิลและโคบอลต์
รัสเซียครองอันดับหนึ่งของโลกในแง่ของปริมาณสำรองแร่เหล็ก
ปริมาณธาตุเหล็กในน้ำทะเลคือ 1·10−5—1·10−8%
แร่ธาตุเหล็กอื่นๆ ที่พบได้ทั่วไป:

• Siderite - FeCO3 - มีธาตุเหล็กประมาณ 35% มีสีขาวอมเหลือง (มีสีเทาหรือสีน้ำตาลหากสกปรก) ความหนาแน่นคือ 3 g/cm³ และความแข็งอยู่ที่ 3.5-4.5 ตามสเกล Mohs
• แมกกาไซด์ - FeS2 - มีธาตุเหล็ก 46.6% มันเกิดขึ้นในรูปแบบของผลึกขนมเปียกปูนสีเหลืองคล้ายทองเหลืองที่มีความหนาแน่น 4.6-4.9 g/cm³ และความแข็ง 5-6 ในระดับ Mohs
• Löllingite - FeAs2 - มีธาตุเหล็ก 27.2% และเกิดขึ้นในรูปของผลึกขนมเปียกปูน Bipyramidal สีขาวเงิน ความหนาแน่นอยู่ที่ 7-7.4 g/cm³ ความแข็ง 5-5.5 ตามสเกล Mohs
• Mispickel - FeAsS - มีธาตุเหล็ก 34.3% มันเกิดขึ้นในรูปของปริซึมโมโนคลินิกสีขาวที่มีความหนาแน่น 5.6-6.2 g/cm³ และความแข็ง 5.5-6 ในระดับ Mohs
• เมลันเธอไรต์ - FeSO4 7H2O - พบได้น้อยในธรรมชาติและเป็นผลึกโมโนคลินิกสีเขียว (หรือสีเทาเนื่องจากสิ่งสกปรก) ที่มีความแวววาวเหมือนแก้วและเปราะบาง ความหนาแน่น 1.8-1.9 g/cm³
• Vivianite - Fe3(PO4)2 8H2O - เกิดขึ้นในรูปแบบของผลึกโมโนคลินิกสีน้ำเงินเทาหรือเขียวเทา ที่มีความหนาแน่น 2.95 g/cm³ และความแข็ง 1.5-2 ในระดับ Mohs

เงินฝากหลัก

ตามการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา (ประมาณการปี 2554) ปริมาณสำรองแร่เหล็กที่พิสูจน์แล้วของโลกอยู่ที่ประมาณ 178 พันล้านตัน แหล่งสะสมเหล็กหลักอยู่ที่บราซิล (อันดับที่ 1) ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา แคนาดา สวีเดน เวเนซุเอลา ไลบีเรีย ยูเครน ฝรั่งเศส และอินเดีย ในรัสเซียมีการขุดเหล็กใน Kursk Magnetic Anomaly (KMA), คาบสมุทร Kola, Karelia และ Siberia ในยูเครน - Krivbass, ภูมิภาค Poltava, คาบสมุทร Kerch เงินฝากใต้มหาสมุทรซึ่งมีเหล็กร่วมกับแมงกานีสและโลหะมีค่าอื่น ๆ ที่พบในก้อนเนื้อเพิ่งได้รับบทบาทสำคัญ

ใบเสร็จ. ในทางอุตสาหกรรม เหล็กได้มาจากแร่เหล็ก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแร่ออกไซด์ (Fe2O3) และแมกนีไทต์ (FeO Fe2O3)

มีหลายวิธีในการสกัดเหล็กจากแร่ ที่พบบ่อยที่สุดคือกระบวนการโดเมน
ขั้นตอนแรกของการผลิตคือการลดปริมาณเหล็กที่มีคาร์บอนในเตาถลุงเหล็กที่อุณหภูมิ 2000 °C ในเตาถลุงเหล็ก คาร์บอนในรูปของโค้ก แร่เหล็กในรูปของก้อนหรือเม็ด และฟลักซ์ (เช่น หินปูน) จะถูกป้อนจากด้านบน และถูกกระแสลมร้อนที่ถูกบังคับจากด้านล่างมาบรรจบกัน
ในเตาเผา คาร์บอนในรูปของโค้กจะถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ ออกไซด์นี้เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เมื่อขาดออกซิเจน:

ในทางกลับกัน คาร์บอนมอนอกไซด์จะลดธาตุเหล็กจากแร่ เพื่อให้ปฏิกิริยานี้ดำเนินไปเร็วขึ้น คาร์บอนมอนอกไซด์ที่ได้รับความร้อนจะถูกส่งผ่านเหล็ก (III) ออกไซด์:

มีการเพิ่มฟลักซ์เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการ (ส่วนใหญ่เป็นซิลิเกต เช่น ควอตซ์) ในแร่ที่ขุดได้ ฟลักซ์ทั่วไปประกอบด้วยหินปูน (แคลเซียมคาร์บอเนต) และโดโลไมต์ (แมกนีเซียมคาร์บอเนต) เพื่อขจัดสิ่งสกปรกอื่น ๆ จะใช้ฟลักซ์อื่น ๆ
ผลของฟลักซ์ (ในกรณีนี้คือแคลเซียมคาร์บอเนต) คือเมื่อได้รับความร้อน จะสลายตัวเป็นออกไซด์:

แคลเซียมออกไซด์รวมกับซิลิคอนไดออกไซด์ทำให้เกิดตะกรัน - แคลเซียมเมตาซิลิเกต:

ตะกรันซึ่งแตกต่างจากซิลิคอนไดออกไซด์ถูกละลายในเตาเผา ตะกรันที่เบากว่าเหล็กลอยอยู่บนพื้นผิว - คุณสมบัตินี้ช่วยให้คุณแยกตะกรันออกจากโลหะได้ ตะกรันสามารถนำไปใช้ในการก่อสร้างและการเกษตรได้ เหล็กหลอมที่ผลิตในเตาถลุงเหล็กมีคาร์บอน (เหล็กหล่อ) ค่อนข้างมาก ยกเว้นในกรณีที่ใช้เหล็กหล่อโดยตรง จะต้องมีการแปรรูปเพิ่มเติม
คาร์บอนส่วนเกินและสิ่งสกปรกอื่น ๆ (กำมะถัน, ฟอสฟอรัส) จะถูกกำจัดออกจากเหล็กหล่อโดยการเกิดออกซิเดชันในเตาเผาหรือเครื่องแปลงไฟแบบเปิด เตาไฟฟ้ายังใช้สำหรับการถลุงเหล็กโลหะผสมอีกด้วย
นอกจากกระบวนการเตาถลุงเหล็กแล้ว กระบวนการผลิตเหล็กโดยตรงยังเป็นเรื่องปกติ ในกรณีนี้แร่ที่บดล่วงหน้าจะผสมกับดินเหนียวพิเศษเป็นเม็ด เม็ดจะถูกยิงและบำบัดในเตาหลอมที่มีผลิตภัณฑ์แปลงมีเทนร้อนซึ่งมีไฮโดรเจน ไฮโดรเจนลดธาตุเหล็กได้ง่าย:
,
ในกรณีนี้เหล็กจะไม่ปนเปื้อนสิ่งเจือปนเช่นซัลเฟอร์และฟอสฟอรัสซึ่งเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในถ่านหิน เหล็กได้มาในรูปของแข็งและต่อมาละลายในเตาไฟฟ้า
เหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือของมัน

คุณสมบัติทางกายภาพ

เหล็กเป็นโลหะทั่วไป ในสถานะอิสระ จะมีสีขาวเงินและมีโทนสีเทา โลหะบริสุทธิ์มีความเหนียว สิ่งเจือปนต่างๆ (โดยเฉพาะคาร์บอน) จะเพิ่มความแข็งและความเปราะบาง มันมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่เด่นชัด สิ่งที่เรียกว่า "กลุ่มเหล็กสาม" มักจะมีความโดดเด่น - กลุ่มของโลหะสามชนิด (เหล็ก Fe, โคบอลต์ Co, นิกเกิล Ni) ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพคล้ายกันรัศมีอะตอมและค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้
เหล็กมีลักษณะเฉพาะโดยความหลากหลาย มีการดัดแปลงผลึกสี่แบบ:

• สูงถึง 769 °C จะมี α-Fe (เฟอร์ไรต์) ที่มีคุณสมบัติโครงตาข่ายลูกบาศก์เป็นศูนย์กลางของร่างกายและคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติก (769 °C γ 1,043 K - จุดกูรีสำหรับเหล็ก)
• ในช่วงอุณหภูมิ 769–917 °C มี β-Fe ซึ่งแตกต่างจาก α-Fe เฉพาะในพารามิเตอร์ของโครงตาข่ายลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางร่างกายและคุณสมบัติทางแม่เหล็กของพาราแมกเนติก
• ในช่วงอุณหภูมิ 917–1394 °C จะมี γ-Fe (ออสเทนไนต์) โดยมีโครงตาข่ายลูกบาศก์อยู่ตรงกลางหน้า
• สูงกว่า 1,394 °C δ-Fe โดยมีโครงตาข่ายลูกบาศก์เป็นศูนย์กลางมีความเสถียร

โลหะวิทยาไม่ได้แยกความแตกต่าง β-Fe เป็นเฟสที่แยกจากกัน และพิจารณาว่าเป็น α-Fe ที่หลากหลาย เมื่อเหล็กหรือเหล็กกล้าถูกให้ความร้อนเหนือจุดกูรี (769 °C พรีเมี่ยม 1,043 K) การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของไอออนจะทำให้ทิศทางของโมเมนต์แม่เหล็กหมุนของอิเล็กตรอนพลิกผัน เฟอร์โรแมกเนติกจะกลายเป็นพาราแมกเนติก - การเปลี่ยนเฟสลำดับที่สองเกิดขึ้น แต่ การเปลี่ยนเฟสลำดับที่หนึ่งโดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทางกายภาพพื้นฐานของคริสตัลจะไม่เกิดขึ้น
สำหรับเหล็กบริสุทธิ์ที่ความดันปกติ จากมุมมองของโลหะวิทยา มีการดัดแปลงที่เสถียรดังต่อไปนี้:

• จากศูนย์สัมบูรณ์ถึง 910 ° C การปรับเปลี่ยน α ด้วยโครงผลึกลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางร่างกาย (bcc) มีความเสถียร
• จาก 910 ถึง 1,400 ° C การปรับเปลี่ยน γ ด้วยโครงตาข่ายคริสตัลลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางใบหน้า (fcc) มีความเสถียร
• จาก 1,400 ถึง 1,539 ° C การปรับเปลี่ยน δ ด้วยโครงผลึกลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางร่างกาย (bcc) มีความเสถียร

การมีอยู่ของคาร์บอนและธาตุอัลลอยด์ในเหล็กทำให้อุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟสเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก (ดูแผนภาพเฟสของเหล็ก-คาร์บอน) สารละลายคาร์บอนที่เป็นของแข็งในเหล็ก α- และ δ เรียกว่าเฟอร์ไรต์ บางครั้งมีการแยกแยะความแตกต่างระหว่าง δ-เฟอร์ไรต์ที่มีอุณหภูมิสูง และ α-เฟอร์ไรต์ที่มีอุณหภูมิต่ำ (หรือเพียงแค่เฟอร์ไรต์) แม้ว่าโครงสร้างอะตอมของพวกมันจะเหมือนกันก็ตาม สารละลายคาร์บอนที่เป็นของแข็งในเหล็ก γ เรียกว่า ออสเทนไนต์

• ในบริเวณที่มีความกดดันสูง (มากกว่า 13 GPa, 128.3 พัน atm) การดัดแปลงของε-เหล็กที่มีโครงตาข่ายบรรจุปิดหกเหลี่ยม (hcp) จะปรากฏขึ้น

ปรากฏการณ์ของความหลากหลายมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโลหะวิทยาเหล็ก ต้องขอบคุณการเปลี่ยน α-γ ในโครงตาข่ายคริสตัลที่ทำให้การรักษาความร้อนของเหล็กเกิดขึ้น หากไม่มีปรากฏการณ์นี้ เหล็กที่เป็นพื้นฐานของเหล็กคงไม่ได้รับการใช้อย่างแพร่หลายเช่นนี้
เหล็กเป็นโลหะทนไฟปานกลาง ในชุดค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดมาตรฐาน เหล็กจะอยู่อันดับก่อนไฮโดรเจนและทำปฏิกิริยากับกรดเจือจางได้ง่าย ดังนั้นเหล็กจึงเป็นของโลหะที่มีฤทธิ์ขั้นกลาง
จุดหลอมเหลวของเหล็กคือ 1539 °C จุดเดือดคือ 2862 °C

คุณสมบัติทางเคมี

สถานะออกซิเดชันที่มีลักษณะเฉพาะ

เหล็กมีลักษณะเฉพาะด้วยสถานะออกซิเดชันของเหล็ก - +2 และ +3
สถานะออกซิเดชัน +2 สอดคล้องกับแบล็กออกไซด์ FeO และไฮดรอกไซด์สีเขียว Fe(OH)2 พวกมันเป็นพื้นฐานในธรรมชาติ ในเกลือ Fe(+2) จะปรากฏเป็นไอออนบวก Fe(+2) เป็นตัวรีดิวซ์แบบอ่อน
สถานะออกซิเดชัน +3 สอดคล้องกับออกไซด์สีน้ำตาลแดง Fe2O3 และไฮดรอกไซด์ Fe(OH)3 สีน้ำตาล พวกมันมีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริกถึงแม้จะมีสภาพเป็นกรด และคุณสมบัติพื้นฐานของพวกมันยังแสดงออกมาได้เล็กน้อย ดังนั้น Fe3+ ไอออนจึงถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์แม้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด Fe(OH)3 ละลาย (และยังไม่ทั้งหมด) ในด่างเข้มข้นเท่านั้น Fe2O3 ทำปฏิกิริยากับด่างเฉพาะเมื่อมีการหลอมเหลว โดยให้เฟอร์ไรต์ (เกลืออย่างเป็นทางการของกรด HFeO2 ซึ่งไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ):

เหล็ก (+3) ส่วนใหญ่มักแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์ที่อ่อนแอ
สถานะออกซิเดชัน +2 และ +3 เปลี่ยนแปลงระหว่างกันได้อย่างง่ายดายเมื่อเงื่อนไขรีดอกซ์เปลี่ยนแปลง
นอกจากนี้ยังมีออกไซด์ Fe3O4 ซึ่งเป็นสถานะออกซิเดชันอย่างเป็นทางการของเหล็กซึ่งมีค่าเท่ากับ +8/3 อย่างไรก็ตาม ออกไซด์นี้ยังถือได้ว่าเป็นเหล็ก (II) เฟอร์ไรต์ Fe+2(Fe+3O2)2 อีกด้วย
นอกจากนี้ยังมีสถานะออกซิเดชันที่ +6 ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่เกี่ยวข้องไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ แต่จะได้รับเกลือ - เฟอร์เรต (เช่น K2FeO4) มีเหล็ก (+6) อยู่ในรูปของประจุลบ เฟอร์เรตเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง

สารประกอบเหล็ก (II)

เหล็ก (II) ออกไซด์ FeO มีคุณสมบัติพื้นฐาน โดย FeO ฐาน (OH)2 สอดคล้องกัน เกลือของเหล็ก (II) มีสีเขียวอ่อน เมื่อเก็บไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอากาศชื้น พวกมันจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเนื่องจากออกซิเดชันกับเหล็ก (III) กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อเก็บสารละลายเกลือของธาตุเหล็ก (II) ที่เป็นน้ำ:

ในบรรดาเกลือของเหล็ก (II) สารละลายน้ำที่เสถียรที่สุดคือเกลือของ Mohr—แอมโมเนียมสองเท่าและเหล็ก (II) ซัลเฟต (NH4)2Fe(SO4)2 · 6H2O
Potassium hexacyanoferrate(III) K3 (เกลือเม็ดเลือดแดง) สามารถทำหน้าที่เป็นตัวทำปฏิกิริยาสำหรับ Fe2+ ไอออนในสารละลาย เมื่อไอออน Fe2+ และ 3− ทำปฏิกิริยากัน การตกตะกอนของโพแทสเซียมเหล็ก (II) เฮกซะไซยาโนเฟอร์เรต (III) (ปรัสเซียนบลู) จะตกตะกอน:

ซึ่งจัดเรียงภายในโมเลกุลใหม่เป็นโพแทสเซียมเหล็ก (III) hexacyanoferrate (II):

สำหรับการหาปริมาณธาตุเหล็ก (II) ในสารละลาย จะใช้ฟีแนนโทรลีน เฟน ซึ่งก่อให้เกิด FePhen3 เชิงซ้อนสีแดงที่มีธาตุเหล็ก (II) (การดูดกลืนแสงสูงสุด - 520 นาโนเมตร) ในช่วง pH กว้าง (4-9)

สารประกอบเหล็ก (III)

เหล็ก (III) ออกไซด์ Fe2O3 มีค่าแอมโฟเทอริกอ่อน โดยจับคู่กับเบสที่อ่อนกว่า Fe(OH)2, Fe(OH)3 ซึ่งทำปฏิกิริยากับกรด:

เกลือ Fe3+ มีแนวโน้มที่จะเกิดผลึกไฮเดรต ในนั้นไอออน Fe3+ มักจะล้อมรอบด้วยโมเลกุลน้ำหกโมเลกุล เกลือเหล่านี้เป็นสีชมพูหรือสีม่วง
ไอออน Fe3+ จะถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์แม้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ที่ pH>4 ไอออนนี้จะถูกตกตะกอนเกือบทั้งหมดในรูปของ Fe(OH)3:

ด้วยการไฮโดรไลซิสบางส่วนของ Fe3+ ไอออน จะเกิดโพลีนิวเคลียร์ออกโซและไฮดรอกโซเคชันขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้สารละลายเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล
คุณสมบัติพื้นฐานของธาตุเหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ Fe (OH) 3 แสดงได้น้อยมาก สามารถทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไลเข้มข้นเท่านั้น:

สารประกอบเชิงซ้อนของไฮดรอกโซของเหล็ก (III) ที่ได้จะมีความเสถียรเฉพาะในสารละลายที่เป็นด่างแก่เท่านั้น เมื่อสารละลายเจือจางด้วยน้ำ สารละลายจะถูกทำลาย และ Fe(OH)3 จะตกตะกอน
เมื่อผสมกับอัลคาลิสและออกไซด์ของโลหะอื่น Fe2O3 จะเกิดเฟอร์ไรต์หลายประเภท:

สารประกอบเหล็ก (III) ในสารละลายจะลดลงด้วยเหล็กโลหะ:

เหล็ก (III) สามารถสร้างซัลเฟตสองชั้นด้วยแคตไอออนที่มีประจุเดี่ยว เช่น สารส้ม ตัวอย่างเช่น KFe(SO4)2 - สารส้มเหล็ก-โพแทสเซียม (NH4)Fe(SO4)2 - สารส้มเหล็ก-แอมโมเนียม เป็นต้น
สำหรับการตรวจจับเชิงคุณภาพสารประกอบเหล็ก (III) ในสารละลาย จะใช้ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพของไอออน Fe3+ กับไทโอไซยาเนตอนินทรีย์ SCN− ในกรณีนี้จะเกิดส่วนผสมของสารประกอบเชิงซ้อนของเหล็กไทโอไซยาเนตสีแดงสด 2+, +, Fe(SCN)3, - องค์ประกอบของส่วนผสม (และความเข้มของสี) ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ดังนั้น วิธีการนี้จึงใช้ไม่ได้กับการวัดคุณภาพเหล็กอย่างแม่นยำ
รีเอเจนต์คุณภาพสูงอีกชนิดหนึ่งสำหรับไอออน Fe3+ คือโพแทสเซียมเฮกซายาโนเฟอร์เรต(II) K4 (เกลือในเลือดสีเหลือง) เมื่อ Fe3+ และ 4− ไอออนทำปฏิกิริยากัน จะเกิดการตกตะกอนสีน้ำเงินสดใสของโพแทสเซียมเหล็ก (III) เฮกซะไซยาโนเฟอร์เรต (II):

ไอออน Fe3+ ถูกกำหนดเชิงปริมาณโดยการก่อตัวของสารเชิงซ้อนสีแดง (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเล็กน้อย) หรือสีเหลือง (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างเล็กน้อย) กับกรดซัลโฟซาลิไซลิก ปฏิกิริยานี้จำเป็นต้องเลือกบัฟเฟอร์อย่างเหมาะสม เนื่องจากแอนไอออนบางตัว (โดยเฉพาะอะซิเตต) จะก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนที่ผสมกับเหล็กและกรดซัลโฟซาลิไซลิกโดยมีลักษณะเฉพาะทางแสงของมันเอง

สารประกอบเหล็ก (VI)

เฟอร์เรตคือเกลือของกรดเหล็ก H2FeO4 ซึ่งไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ เหล่านี้เป็นสารประกอบสีม่วงชวนให้นึกถึงเปอร์แมงกาเนตในคุณสมบัติออกซิเดชั่นและซัลเฟตในการละลาย เฟอร์เรตได้มาจากการกระทำของก๊าซคลอรีนหรือโอโซนกับสารแขวนลอย Fe(OH)3 ในด่าง:

เฟอร์เรตสามารถหาได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอัลคาไล 30% บนขั้วบวกของเหล็ก:

เฟอร์เรตเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดพวกมันจะสลายตัวเมื่อปล่อยออกซิเจน:

คุณสมบัติออกซิไดซ์ของเฟอร์เรตใช้ในการฆ่าเชื้อในน้ำ

แอปพลิเคชัน

เหล็กเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่มีการใช้มากที่สุด โดยคิดเป็นสัดส่วนถึง 95% ของการผลิตโลหะวิทยาทั่วโลก

• เหล็กเป็นส่วนประกอบหลักของเหล็กและเหล็กหล่อ ซึ่งเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุด
• เหล็กสามารถเป็นส่วนหนึ่งของโลหะผสมที่มีโลหะอื่นเป็นหลัก เช่น นิกเกิล
• เหล็กออกไซด์แม่เหล็ก (แม่เหล็ก) เป็นวัสดุสำคัญในการผลิตอุปกรณ์หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ระยะยาว เช่น ฮาร์ดไดรฟ์ ฟลอปปีดิสก์ ฯลฯ
• ผงแมกนีไทต์ Ultrafine ใช้ในเครื่องพิมพ์เลเซอร์ขาวดำหลายรุ่นผสมกับเม็ดโพลีเมอร์เป็นผงหมึก ซึ่งใช้ทั้งสีดำของแมกนีไทต์และความสามารถในการยึดติดกับลูกกลิ้งส่งกระดาษที่มีแม่เหล็ก
• คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ของโลหะผสมที่มีเหล็กจำนวนหนึ่งมีส่วนช่วยในการใช้อย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมไฟฟ้าสำหรับแกนแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้า
• เหล็ก (III) คลอไรด์ (เฟอร์ริกคลอไรด์) ใช้ในการฝึกวิทยุสมัครเล่นสำหรับการแกะสลักแผงวงจรพิมพ์
• Ferrous sulfate heptate (ferrous sulfate) ผสมกับคอปเปอร์ซัลเฟตใช้เพื่อต่อสู้กับเชื้อราที่เป็นอันตรายในการทำสวนและการก่อสร้าง
• เหล็กถูกใช้เป็นขั้วบวกในแบตเตอรี่เหล็ก-นิกเกิลและแบตเตอรี่เหล็ก-อากาศ
• สารละลายที่เป็นน้ำของเหล็กและเฟอร์ริกคลอไรด์รวมถึงซัลเฟตนั้นถูกใช้เป็นตัวตกตะกอนในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำธรรมชาติและน้ำเสียในการบำบัดน้ำของสถานประกอบการอุตสาหกรรม