Железно доба – Дел 1

Медиумите постојано известуваат дека дошла ерата на пластиката, а околу нас цвета силиконската цивилизација. Меѓутоа, реалноста е поинаква: ние живееме во железното време повеќе од три илјади години. Може да се додаде и дека деветнаесеттиот век, т.е. Староста на пареата и електричната енергија (бидејќи електричната енергија сè уште примарно се создава од силата на протокот на водена пареа) продолжува во енергетска смисла.

Римскиот поет Овидиј во своите „Трансформации“ ги опишал митските епохи на човештвото, главно во согласност со развој на цивилизацијата. Така, по среќните векови на златото и среброто (овде авторот имал фантазија, бидејќи тоа било камено доба), владеела добата на бронзата, една од легурите на бакар и калај. Во тоа време живееле Херкулес, Тезеј и Аргонаутите, а хероите на Хомер, облечени во бронзен оклоп, се бореле под ѕидините на Троја со бронзени мечеви. Археолозите овој период го нарекуваат бронзено доба. По неа (по Овидиј)…

...дојде доба на тврдото железо

Кога започна? Тешко е да се одговори на ова прашање. потекнуваат од I милениум п.н.е., а можеби и порано. И тоа не беше „цело“ железо, туку небесно, строго од метеоритско потекло (1). Не е чудно што тие биле третирани како вистински подарок од боговите и соодветно почитувани.

1. Фрагмент од најголемиот полски железен метеорит, пронајден во предградијата на Познањ (Мораско). Примерокот е во Музејот на Земјата AMU (автор: Wikimedia/MOs810)

Со чиста со земно железо човекот се сретнал кога почнал да добива метали од руди, а не од грутки. ,: на температури достижни во печките во тоа време (до максимум 1000°C), овие метали се топеле и можеле да се излеат, а нивната мекост го олеснува ковањето.

Z железо не беше толку лесно. Прво, се топи на температури поголеми од 1500 °C, а второ, кога е ладно е тврд и не може да се обликува со методи стари милениуми. Првично тоа беше проблематичен нуспроизвод (често коегзистираат бакарни и железни руди) - оставајќи парче сунѓереста, тврда маса на дното на печката. Тоа беше железо направено од редуцирани оксиди од рудата. Со среќа, античкиот ковач почнал да ја обработува добиената чеша (од латинскиот што значи волк) уште пред да се олади (2). Овој пат металот беше лесен за обработка. Иако тоа беше многу неквалитетно железо според денешните стандарди, се покажа дека е потврдо од сите метали познати во тоа време.

2. Ковачот е важна професија илјадници години (од Викимедија/Јоргеројан)

Цврстината на железото зависи од количината на јаглерод растворен во него. (дојде од јагленот што се користи за топење), а тоа, пак, зависи од температурата на топење - се зголемува со него. Ниско-јаглеродното железо се произведувало во примитивни печки (содржината на јаглерод не надминува 0,5%).

Сепак, технологијата продолжи да се развива. Беа развиени подобри печки за да се постигнат повисоки температури, така што повеќе јаглерод беше растворен во железото. Кога неговата содржина достигна приближно 1%, човекот за прв пат се запозна со неа. беше. Сечилата направени од него не станаа брзо досадни, а можеше и да се стврднат, што дополнително ја зголеми неговата цврстина. Оттогаш, новиот метал почна брзо да се менува кафеава. Кога се случи овој пробив? Околу средината на вториот милениум п.н.е. на територијата на современа Сирија и Анадолија (Турција). Оттаму, челикот се рашири низ тогашниот свет, иако во различни делови од него овој изум беше спроведен независно еден од друг (на пример, во Индија и Кина).

Но зошто железои покрај проблемите со неговото производство, беше заменет со бронза? Овој пат ќе му дадеме збор на Болеслав Прус, кој во „Фараонот“ ги опиша предностите на новиот материјал вака: „еден од египетските офицери го извади бронзениот меч и го држеше како да сака да нападне. Тогаш Саргон го подигна својот челичен меч, удри и отсече парче од оружјето на непријателот.

Метал на војната

Дејството на романот се случува во 3 век п.н.е., но пред тоа подоброто оружје значело предност на бојното поле. Веројатно не е случајно што пронајдокот за производство на челик бил измислен од Хетитите, воин народ. По нив, го усвоија не помалку храбрите Асирци, чиј пратеник Саргон толку јасно му ги покажа на младиот наследник на египетскиот престол предностите на новото оружје. Оттогаш, железото е засекогаш поврзано со војната, тоа беше посветено на боговите што ја надгледуваат оваа област од животот и (XNUMX).

3. Површината на Марс, покриена со железни оксиди (од ресурсите на НАСА). Астрономскиот симбол на планетата Марс и алхемискиот симбол на железо прикажуваат штит и копје - атрибути на богот на војната

Поминаа векови, технологијата на топење и преработка се подобри (во Полска веќе во XNUMX век п.н.е. металургија). Нивните тајни биле внимателно чувани, а нивните успешни пронајдоци добиле голема слава, како што е совршениот челик. Покрај малите примитивни пушачи, се почесто се граделе и големи печки за топење. Во средновековна Европа, за прв пат беше можно да се достигне температурата на топење на железото и - наместо сунѓереста маса што лежеше на дното на огништето, од печката течеше течен метал, т.е. зелена салата. Сепак, тоа не предизвика восхит: легурата со висока содржина на јаглерод (леано железо) беше кршлива и не можеше да се кова, погодна само за одлеаноци (за таа цел се користи и денес).

Пробивот во производството на челик се случи во XNUMX-тиот и особено XNUMX-тиот век. Прво се користеше за топење Кока Кола (дегазиран јаглен) наместо тоа јаглен. Ова се случи во Англија, каде што челичната индустрија придонесе за значително уништување на шумите во земјата (побарувачката за кокс беше поттик за брзиот развој на рударската индустрија). јаглен). Развојот на методи за производство на челик од топено железо со отстранување на вишокот јаглерод и други адитиви (фосфор, сулфур, силициум) го направи челикот евтин и достапен во големи количини, што пак го означи почетокот на неговата широка употреба како структурен материјал.

Технолошки процеси на XNUMX век - Бесемер, Томас, а особено Сименс-Мартин – до денес тие се основата на производството на челик (се разбира, многу подобрени). Иако обидите и грешките не се практикуваат во денешно време, а процесите на топење и преработка на челик се изучуваат од специјалисти од различни области, сè уште има додаден елемент на уметност на металургијата. Специјалистите во оваа област можат да се споредат со готвачи кои, користејќи ги вистинските зачини, можат да создадат вкусни јадења. Во овој случај, функцијата на зачините ја вршат адитиви од легура (т.е. разни елементи), а готовите јадења се легури „за сите прилики“.

Метален број 1

Железо ова е основата на нашата цивилизација, бројките нека зборуваат сами за себе. Во 2019 година, ширум светот се стопени 1300 10 милиони тони леано железо, од кои околу 1900% се наменети за производство на производи од леано железо, остатокот е преработен во челик. Произведени се околу 10 2 милиони тони челик (разликата е челик што се додава при преработка на сурово железо). „Светската фабрика за челик“ е Кина, која обезбедува повеќе од половина од производството (Полска има околу 80 милиони тони). Годишно производство на метал број XNUMX, т.е. алуминиум, е помалку од XNUMX милиони тони, што во споредба со две милијарди тони челик и железо целосно докажува дека сè уште живееме во Железно доба (4).

4. Светското производство на челик е две милијарди тони годишно.

На Земјата имаме многу железо, површинскиот слој содржи 5,6%, што го става овој метал на 4-то место (по кислородот и глината). Ако ја земеме Земјата како целина, тогаш железото предничи, кое сочинува речиси една третина од масата на земјината топка (во центарот на планетата има јадро од железо-никел со дијаметар од речиси 7000 km). Во универзумот, железото е 6-ти најзастапен елемент, а исто така и најтешкиот елемент што може да се произведе во јадрото на ѕвездата (потешките се создаваат како резултат на космички катаклизми - експлозии на супернова).

Бесплатно железо на Земјата се јавува повремено во вид на мали грутки и. Сепак, минералите на железо се многубројни: хематит Fe₂O₃, сидерит FeCO₃, магнетит Fe₃O₄ Лимонит (хидрирани оксиди, т.н. мочуришна руда) е најчесто ископуваната руда на овој метал и пирит, кој имитира злато FeS₂ се користи за производство на сулфурна киселина (5).

5. Црвеникавата боја на дното на потокот сигнализира присуство на сеприсутни соединенија на железо.

Живиот свет, исто така, ги искористи придобивките од железото; тоа е од суштинско значење за сите организми. Железни јони се во центарот на два важни протеини: хемоглобинот, кој транспортира кислород и миоглобинот, кој складира животворен гас во мускулите. Исто така, многу ензими одговорни за реакции на оксидација и редукција функционираат поради присуството на железни јони (со спроведување на експерименти ќе дознаете зошто тоа се случува). Возрасното човечко тело содржи околу 4 грама железо, а неговиот недостаток предизвикува анемија. Богати извори на лесно сварливо железо се: месото, црниот дроб, жолчките, јаткастите плодови, млекото и мешунките.

Меѓусебни трансформации

Соли на железен и железо се достапни во вашата лабораторија. Пример за првиот е FeSO сулфатот.₄а другиот е FeCl хлорид₃ (и како хидрирани соли). Во случај на FeCl₃ Бидете особено внимателни: неговите раствори се каустични и оставаат кафени дамки кои тешко се отстрануваат. Затоа, потребни се заштитни ракавици и тестовите се вршат на послужавник. Подгответе раствори од двете соли и истурете ги во епрувети. Раствор кој содржи јони на Fe²⁺ има светло зелена боја во случај на катјони на Fe³⁺ боја жолта (6). Додадете мала количина раствор на натриум хидроксид NaOH во секоја епрувета. Во двата случаи се формираат следните наслаги: Fe(OH)₂ сиво-зелена и Fe(OH)₃ - црвено-кафеава (7).

6. Бои на раствори на железни соли.

7. Таложење на железни хидроксиди

За епрувета со талог Fe(OH).₂ додадете неколку капки 3% раствор на водород пероксид H₂O₂ (водород пероксид кој се користи како средство за дезинфекција). Седиментот брзо станува црвено-кафеав (8):

2Fe(OH)₂ +H₂O₂ → 2Fe(OH)₃

8. Железо (II) хидроксид брзо оксидира до железен (III) хидроксид.

Истурете неколку капки раствор на FeCl во епрувета со вода.₃ па бојата е само светло жолта. Додадете мала количина раствор на калиум јодид КИ, веднаш ќе ја затемни содржината. Сега додадете раствор на натриум тиосулфат. _Na2S2O3. Содржината на садот беше речиси обезбојувана. На крајот, додадете неколку капки раствор на NaOH. Добиениот талог има боја... изненадувачки, зеленикава. Какви реакции се случија во епрувета?

Прво, јони на Fe³⁺ оксидирани јодиди до слободен јод (затемнување на растворот), природно, тие самите беа намалени. Додавањето на тиосулфат повторно предизвика редукција на јодот до безбојни јодиди, а под дејство на базата се формираше талог Fe(OH).₂.

Оваа лесна транзиција - како да е поврзана со трансформациите на Овидиј - на јоните на Fe(II) во Fe(III) и обратно е основата на нивната биолошка активност.

Железо, челик, леано железо

Најчесто кога зборуваме за железо, мислиме на челик. Чистото железо речиси никогаш не се користи никаде. Магнетниот материјал што се користи е железо со мала количина на нечистотии (АРМКО железо). Челикот е легура со содржина на јаглерод од 1,7-2,1%. Ако има повеќе јаглерод, тој се одвојува како графит и формира леано железо.